CN110036437B

CN110036437B - 操作显示器驱动器的方法

Info

Publication number: CN110036437B
Application number: CN201780075010.3A
Authority: CN
Inventors: J.克里斯特马斯
Original assignee: Dualitas Ltd
Current assignee: Dualitas Ltd
Priority date: 2016-10-27
Filing date: 2017-10-25
Publication date: 2021-09-28
Anticipated expiration: 2037-10-25
Also published as: US10847068B2; JP2019536084A; EP3472827B1; CN110036437A; WO2018078366A1; TW201830363A; TWI653613B; EP3472827A1; JP7049335B2; US20190295449A1

Abstract

本发明公开了一种操作包括驱动电路的显示设备的方法。驱动电路包括多个单灰度级通道，每个通道包括输入(412，422)、输出(418，428)和连接在输入和输出之间的信号处理器。每个信号处理器包括数模转换器(414，424)和具有电压偏移的运算放大器(416，426)。该方法包括：使用每个相应的信号处理器将在输入(412，422)处接收的数字信号转换成输出(418，428)处的模拟电压(410，420)；使用开关电路(430)在每个单灰度级通道的模拟电压(410，420)之间切换；在校准子系统(440)中接收和分析模拟电压(410，420)，并使用校准子系统(440)基于该灰度级通道的接收到的模拟电压(410，420)单独补偿每个运算放大器(416，426)的电压偏移。

Description

操作显示器驱动器的方法

技术领域

本公开涉及一种用于显示设备的驱动方法。更具体地，本公开涉及一种用于硅基液晶空间光调制器的驱动方法。本公开还涉及针对多个灰度级电压校准运算放大器电路。实施例涉及一种操作硅基液晶空间光调制器背板的方法。实施例涉及一种校准用于硅基液晶空间光调制器的驱动电路的方法和一种补偿用于硅基液晶空间光调制器的驱动电路中的运算放大器的随机偏移电压的方法。

背景技术

从物体散射的光包含振幅和相位信息。该振幅和相位信息可以通过众所周知的干涉技术在例如感光板上捕获，以形成包括干涉条纹的全息记录或“全息图”。全息图可以通过用合适的光照明来重建，以形成代表原始物体的二维(重放图像)或三维全息重建。

计算机生成全息术可以数值模拟干涉处理。计算机生成的全息图“CGH”可以通过基于数学变换如菲涅耳(Fresnel)或傅里叶变换的技术来计算。这些类型的全息图可以称为菲涅耳全息图或傅里叶全息图。傅里叶全息图可以被认为是物体的傅里叶域表示或者物体的频域表示。例如，也可以通过相干光线跟踪或点云技术来计算CGH。

CGH可以被编码在空间光调制器“SLM”上，该空间光调制器被设置成调制入射光的振幅和/或相位。例如，光调制可以使用电可寻址液晶、光可寻址液晶或微镜来实现。

SLM可以包括多个可单独寻址的像素，这些像素也可以被称为单元或元件。光调制方案可以是二元的、多级的或连续的。

替代地，该设备可以是连续的(即不是由像素组成的)，因此光调制可以在整个设备上是连续的。SLM可以是反射性的，这意味着调制光从SLM反射输出。SLM同样可以是透射性的，这意味着从SLM输出的调制光是透射的。

可以使用所描述的技术来提供全息投影仪。这种投影仪已经在视频投影仪、平视显示器、“HUD”和头戴显示器“HMD”例如包括近眼设备中得到应用。

这里公开了一种用于诸如投影用的空间光调制器的显示设备的改进的驱动方案。

发明内容

本发明的方面在所附独立权利要求中定义。

发明人提供了一种用于诸如空间光调制器的显示设备的改进的驱动方法。实施例仅通过示例的方式涉及LCOS显示设备。本公开适用于需要多个模拟电压来提供多个灰度级或相位延迟级的任何显示设备。实施例仅作为示例涉及提供128个灰度级的驱动电路。本公开适用于任何数量的灰度级。

本公开的驱动电路使用多个运算放大器“op-amp”。然而，运算放大器会经历随机偏移电压，这会降低其输出电压设置的精度。发明人在此公开了一种减少由运算放大器引起的电压误差的系统和方法。本公开描述了一种单独补偿用于驱动显示设备的灰度级通道的每个运算放大器所经历的电压偏移的方法。在实施例中，该方法通过校准相应运算放大器的参数来补偿每个单独运算放大器的电压偏移，以提供期望的或目标灰度级电压。在其他实施例中，该方法通过基于运算放大器的输出响应确定提供期望或目标灰度级电压的输入来补偿每个单独运算放大器的电压偏移。

本公开涉及一种设备，其中提供了一种数模转换器“DAC”/运算放大器对，其为每个灰度级电压形成信号处理器。因此，这里提到的为灰度级通道的运算放大器“校准参数”或“确定输入”旨在包括为包括DAC/运算放大器对的信号处理器或者灰度级通道的信号处理器的单个DAC或运算放大器校准参数或确定输入。

实施例仅通过示例的方式涉及在显示设备上显示全息图。本公开同样适用于在显示设备上显示规则图像。本公开适用于使用多个电压电平在显示设备上显示任何类型的信息。

通篇提到“级”包括灰度级、调制级和相位延迟级。术语“级”在本公开中用于表示离散值。也就是说，所描述的参数可以仅取等于多个离散值之一的值。换句话说，参数受限于特定的值。例如，在显示工业中可以理解，显示器的每个像素可以调制光的强度，并且可以在多个灰度级例如从黑色到白色或者从白色到黑色的128个灰度级下操作。每个像素可以被描述为可在多个调制级下操作的光调制元件。光调制元件可以是在多个相位延迟级例如0、π/2、π、3π/2和2π下操作的相位调制元件。通篇提及“灰度级”仅是为了公开的方便性和一致性。在与相位调制像素相关的实施例中，术语“灰度级”可以被理解为“相位延迟级”。换句话说，在这些实施例中，每个“灰色”是“相位延迟”。例如，灰度级1可以是0的相位延迟，灰度级128可以是2π的相位延迟。

因此，这里提到的“灰度级通道”指的是驱动路径或驱动电路，包括上述信号处理器，该信号处理器包括DAC/运算放大器对，该DAC/运算放大器对提供电压电平，用于以相应的离散灰度级驱动显示器的像素。因此，在特定的显示时间间隔(例如，帧或子帧)期间，灰度级通道提供固定的电压电平，该电压电平用于驱动显示器的所有旨在显示相应灰度级的像素。

术语“全息图”用于指包含关于物体的振幅和/或相位信息的记录。术语“全息重建”用于指通过照射全息图形成的物体的光学重建。术语“重放场”用于指形成全息重建的空间平面。

术语“编码”、“写入”或“寻址”用于描述向SLM的多个像素提供分别确定每个像素的调制水平的相应多个控制值的处理。可以说，SLM的像素被配置成响应于接收到多个控制值而“显示”光调制分布。

术语“光”在这里以其最广泛的意义使用。一些实施例同样适用于可见光、红外光和紫外光及其任意组合。

实施例仅通过示例的方式描述了1D和2D全息重建。在其他实施例中，全息重建是3D全息重建。也就是说，在实施例中，每个计算机生成的全息图形成3D全息重建。

附图说明

仅参考以下附图通过示例的方式描述具体实施例：

图1是示出在屏幕上产生全息重建的反射型SLM的示意图；

图2A示出了示例格希贝格-萨克斯顿(Gerchberg-Saxton)型算法的第一次迭代；

图2B示出了示例格希贝格-萨克斯顿型算法的第二次和后续迭代；

图3是反射型LCOS SLM的示意图；

图3B示出了根据本公开的运算放大器的固有电压偏移；和

图4示出了包括两个单一灰度级通道的实施例；

图5、图6和图7示出了光调制元件例如包括液晶的像素对电压的示例响应；和

图8、图8B和图8C分别示出了单灰度级通道之间灰度级分布的三个示例。

在所有附图中，相同的附图标记将用于指代相同或相似的部件。

具体实施方式

本发明不限于下面描述的实施例，而是延伸到所附权利要求的全部范围。也就是说，本发明可以以不同的形式具体实施，并且不应该被解释为限于所描述的实施例。

除非另有说明，单数形式的术语可以包括复数形式。

被描述为形成在另一结构的上部/下部或者在另一结构之上/之下的结构应当被解释为包括结构彼此接触的情况，并且还包括第三结构设置在它们之间的情况。

在描述时间关系时，例如，当事件的时间顺序被描述为“之后”、“后续”、“下一个”、“之前”等时，除非另有说明，否则本公开应当被认为包括连续和非连续事件。例如，除非使用“恰好”、“立即”或“直接”等措辞，否则描述应理解为包括不连续的情况。

虽然术语“第一”、“第二”等可以在此用于描述各种元素，这些元素不受这些术语的限制。这些术语仅用于区分一种元素和另一种元素。例如，在不脱离所附权利要求的范围的情况下，第一元素可以被称为第二元素，并且类似地，第二元素可以被称为第一元素。

不同实施例的特征可以部分或全部彼此耦合或组合，并且可以彼此不同地相互操作。实施例可以彼此独立地执行，或者可以以相互依赖的关系一起执行。

已经发现，可接受质量的全息重建可以由仅包含与原始物体相关的相位信息的“全息图”形成。这种全息记录可以被称为仅相位全息图。实施例仅通过示例的方式涉及仅相位全息术。也就是说，在实施例中，空间光调制器仅对入射光应用相位延迟分布。在实施例中，每个像素施加的相位延迟是多级的。也就是说，每个像素可以被设置在离散数量的相位水平之一。离散数量的相位水平可以从大得多的“调色板”中选择。

在实施例中，计算机生成的全息图是用于重建的物体的傅里叶变换。在这些实施例中，可以说全息图是物体的傅里叶域或频域表示。图1示出了一个实施例，该实施例使用反射型SLM来显示仅相位傅里叶全息图，并在重放场上产生全息重建。

光源110，例如激光器或激光二极管，被设置成通过准直透镜111照射SLM 140。准直透镜使得光的大致平坦的波前入射到SLM上。波前的方向是不垂直的(例如，偏离透明层平面的真正正交方向两到三度)。在其他实施例中，例如，使用分束器以垂直入射提供大致平面的波前。在图1所示的示例中，该设置使得来自光源的光从SLM的镜射后表面反射，并与相位调制层相互作用以形成出射波前112。出射波前112应用于包括傅里叶变换透镜120的光学设备，其焦点在屏幕125上。

傅里叶变换透镜120接收来自SLM的相位调制光束，并执行频率空间变换以在屏幕125产生全息重建。

光入射穿过SLM的相位调制层(即相位调制元件阵列)。离开相位调制层的调制光分布在重放场中。值得注意的是，在这种全息术中，全息图的每个像素都有助于整个重建。也就是说，重放图像上的特定点和特定相位调制元件之间没有一对一的相关性。

在这些实施例中，全息重建在空间中的位置由傅里叶变换透镜的光功率决定。在图1所示的实施例中，傅里叶变换透镜是物理透镜。即，傅里叶变换透镜是光学傅里叶变换透镜，并且傅里叶变换是光学执行的。任何透镜都可以充当傅里叶变换透镜，但是透镜的性能会限制其执行傅里叶变换的精度。本领域技术人员理解如何使用透镜来执行光学傅里叶变换。然而，在其他实施例中，傅里叶变换通过在全息数据中包括透镜数据来计算执行。也就是说，全息图包括代表透镜的数据以及代表物体的数据。在计算机生成的全息图的领域中，已知如何计算代表透镜的全息数据。代表透镜的全息数据可以被称为软件透镜。例如，可以通过计算透镜的每个点由于其折射率和空间变化的光路径长度而引起的相位延迟来形成仅相位全息透镜。例如，凸透镜中心的光路径长度大于透镜边缘的光路径长度。仅振幅全息透镜可以由菲涅耳波带片形成。在计算机生成的全息图的领域中，还已知如何将代表透镜的全息数据与代表物体的全息数据相结合，使得傅里叶变换可以在不需要物理傅里叶透镜的情况下执行。在实施例中，透镜数据通过简单的矢量相加与全息数据相结合。在实施例中，物理透镜与软件透镜结合使用来执行傅里叶变换。替代地，在其他实施例中，傅里叶变换透镜被完全省略，使得全息重建发生在远场中。在进一步的实施例中，全息图可以包括光栅数据，即，被设置成执行光栅函数如光束控制的数据。同样，在计算机生成的全息图的领域中，已知如何计算这种全息数据并将其与代表物体的全息数据相结合。例如，可以通过为闪耀光栅表面上每个点引起的相位延迟建模来形成仅相位全息光栅。仅振幅全息光栅可以简单地叠加在代表物体的仅振幅全息图上，以提供仅振幅全息图的角度控制。

2D图像的傅里叶全息图可以用多种方法计算，包括使用诸如格希贝格-萨克斯顿算法的算法。格希贝格-萨克斯顿算法可用于从空间域(例如2D图像)中的振幅信息导出傅里叶域中的相位信息。也就是说，可以仅从空间域中的强度或振幅信息中“检索”与物体相关的相位信息。因此，可以计算物体的仅相位傅里叶变换。

在实施例中，使用格希贝格-萨克斯顿算法或其变体从振幅信息计算计算机生成的全息图。格希贝格-萨克斯顿算法考虑了当光束在平面A和平面B中的强度截面I_A(x,y)和I_B(x,y)分别已知并且I_A(x,y)和I_B(x,y)通过单个傅里叶变换相关时的相位检索问题。对于给定的强度截面，分别找到平面A和平面B中的相位分布的近似值ψ_A(x,y)和ψ_B(x,y)。格希贝格-萨克斯顿算法通过遵照迭代处理找到这个问题的解决方案。

格希贝格-萨克斯顿算法迭代地应用空间和频谱约束，同时在空间域和傅里叶(频谱)域之间重复传输代表I_A(x,y)和I_B(x,y)的数据集(振幅和相位)。空间和频谱约束分别是I_A(x,y)和I_B(x,y)。空间域或频谱域中的约束被施加到数据集的振幅上。通过一系列迭代检索相应的相位信息。

在实施例中，全息图是使用基于例如在英国专利2,498,170或2,501,112中描述的算法格希贝格-萨克斯顿算法的算法来计算的，在此这些专利通过引用将其全部并入。

根据实施例，基于格希贝格-萨克斯顿算法的算法检索数据集的傅里叶变换的相位信息ψ[u,v]，这产生已知的振幅信息T[x,y]。振幅信息T[x,y]代表目标图像(例如照片)。相位信息ψ[u,v]用于在图像平面上产生目标图像的全息代表。

由于幅度和相位在傅里叶变换中本质上是结合的，所以变换后的幅度(以及相位)包含关于计算数据集的精度的有用信息。因此，该算法可以提供幅度和相位信息的反馈。

下面参照图2描述根据本公开的一些实施例的基于格希贝格-萨克斯顿算法的示例算法。该算法迭代收敛。该算法被设置来产生表示输入图像的全息图。该算法可用于确定仅振幅全息图、仅相位全息图或完全复合全息图。这里公开的示例仅通过示例涉及产生仅相位全息图。图2A展示了算法的第一次迭代，代表了算法的核心。图2B示出了算法的后续迭代。

出于描述的目的，振幅和相位信息被分开考虑，尽管它们本质上被组合以形成复合复杂数据集。参考图2A，该算法的核心可以被认为是具有包括第一复数数据的输入和包括第四复数数据的输出。第一复数数据包括第一振幅分量201和第一相位分量203。第四复数数据包括第四振幅分量211和第四相位分量213。在这个示例中，输入图像是二维的。因此，振幅和相位信息是远场图像中空间坐标(x,y)的函数和全息图场的(u,v)的函数。也就是说，每个平面上的振幅和相位是每个平面上的振幅和相位分布。

在该第一次迭代中，第一振幅分量201是计算全息图的输入图像210。在该第一次迭代中，第一相位分量203是仅用作算法起点的随机相位分量230。处理框250对第一复数数据执行傅里叶变换，以形成具有第二振幅分量(未示出)和第二相位信息205的第二复合数据。在该示例中，处理框252丢弃第二振幅分量，并用第三振幅分量207代替。在其他示例中，处理框252执行不同的功能来产生第三振幅分量207。在该示例中，第三振幅分量207是代表光源的分布。第二相位分量205由处理框254量化，以产生第三相位分量209。第三振幅分量207和第三相位分量209形成第三复数数据。第三复数数据被输入到执行傅里叶逆变换的处理框256。处理框256输出具有第四振幅分量211和第四相位分量213的第四复数数据。第四复杂数据用于形成下一次迭代的输入。也就是说，第n次迭代的第四复数数据用于形成第(n+1)次迭代的第一复数数据集。

图2B显示了该算法的第二次和后续迭代。处理框250接收第一复数据，该第一复数据具有从先前迭代的第四振幅分量211导出的第一振幅分量201和对应于先前迭代的第四相位分量的第一相位分量213。

在该示例中，如下所述，第一振幅分量201从先前迭代的第四振幅分量211中导出。处理框258从先前迭代的第四振幅分量211中减去输入图像210，以形成第五振幅分量215。处理框260将第五振幅分量215缩放增益因子α，并从输入图像210中减去它。这通过以下等式数学表达：

R_n+1[x,y]＝F’{exp(iΨ_n[u,v])}

Ψ_n[u,v]＝∠F{η·exp(i∠[x,y])}

η＝T[x,y]-α(|R_n[x,y]|-T[x,y])

其中：

F’是傅里叶逆变换；

F是前向傅里叶变换；

R是重放场；

T是目标图像；

∠是角度信息；

ψ是角度信息的量化版本；

ε是新的目标幅度，ε≥0；并且

α是增益元素～1。

增益元素α可以是固定的或可变的。在示例中，增益元素α基于输入目标图像数据的大小和速率来确定。

处理框250、252、254和256的功能如参考图2A所述。在最后一次迭代中，输出代表输入图像210的仅相位全息图ψ(u,v)。可以说，仅相位全息图ψ(u,v)包括频率或傅里叶域中的相位分布。

在其他示例中，第二振幅分量没有被丢弃。相反，从第二振幅分量中减去输入图像210，并且从输入图像210中减去该振幅分量的倍数，以产生第三振幅分量307。在其他示例中，第四相位分量没有被完全反馈，并且仅反馈与其例如最后两次迭代的变化成比例的一部分。

在实施例中，提供了实时引擎，该实时引擎被设置成接收图像数据并使用该算法实时计算全息图。在实施例中，图像数据是包括图像帧序列的视频。在其他实施例中，全息图是预先计算的，存储在计算机存储器中，并且根据需要被调用以显示在SLM上。也就是说，在实施例中，提供了预定全息图的储存库。

然而，实施例仅作为示例涉及傅里叶全息术和格希贝格-萨克斯顿型算法。本公开同样适用于菲涅耳全息术和通过其他技术计算的全息图，例如基于点云法的技术。

本公开可以使用多种不同类型的SLM中的任何一种来实施。SLM可以输出反射或透射的空间调制光。在实施例中，该SLM是硅基液晶(LCOS)SLM，但是本公开不限于这种类型的SLM。

LCOS设备能够在小孔径中显示大阵列的仅相位元素。小元素(通常约为10微米或更小)产生实际衍射角(几度)，因此光学系统不需要很长的光路径。相对于较大的液晶设备的孔径，更容易充分照亮LCOS SLM的小孔径(几平方厘米)。LCOS SLM也有很大的孔径比，像素之间几乎没有死区(因为驱动它们的电路埋在镜子下面)。这是降低重放场中光学噪声的重要问题。使用硅背板的优点是像素是光学平坦的，这对相位调制设备很重要。

下面参考图3，仅通过示例的方式描述合适的LCOS SLM。使用单晶硅衬底302形成LCOS设备。它具有方形平面铝电极301的2D阵列，由间隙301a隔开，设置在衬底的上表面上。每个电极301可以通过埋在衬底302中的电路302a寻址。每个电极形成各自的平面镜。对准层303设置在电极阵列上，液晶层304设置在对准层303上。第二对准层305设置在液晶层304上，例如玻璃制成的平面透明层306设置在第二对准层305上。例如ITO制成的单个透明电极307设置在透明层306和第二对准层305之间。

每个方形电极301与透明电极307的覆盖区域和中间液晶材料一起限定可控相位调制元件308，通常称为像素。考虑到像素301a之间的空间，有效像素面积或填充因子是光学活性的总像素的百分比。通过相对于透明电极307控制施加到每个电极301的电压，可以改变各个相位调制元件的液晶材料的属性，从而为入射到其上的光提供可变延迟。其效果是为波前提供仅相位调制，即没有振幅效应发生。

所描述的LCOS SLM输出反射的空间调制光，但是本公开同样适用于透射型LCOSSLM。反射型LCOS SLM的优势在于信号线、栅极线和晶体管位于镜面之下，这导致高填充因子(通常大于90％)和高分辨率。使用反射型LCOS空间光调制器的另一个优点是，液晶层的厚度可以是使用透射设备时所需厚度的一半。这大大提高了液晶的切换速度(运动视频图像投影的关键点)。

发明人已经为诸如LCOS设备的显示设备提供了改进的驱动方案。实施例仅通过示例的方式涉及LCOS显示设备。本公开适用于需要多个模拟灰度级电压来提供多个灰度级的任何显示设备。实施例仅作为示例涉及提供128个灰度级的驱动方案。本公开适用于任何数量的灰度级。

提供了一种补偿或调整LCOS数模转换器中的电压偏移变化的方法。本公开的LCOS背板设计包括每个电压电平一个数模转换器。每个DAC都需要一个运算放大器，它们共同构成DAC/运算放大器对(即信号处理器)。每个运算放大器都会经历随机偏移电压，这会降低电压电平设置的精度。在所有情况下，系统中DAC的位数都多于灰度级。

发明人在此公开了用于单独补偿128个灰度级通道中的每一个的运算放大器所经历的电压偏移的方法。实施例使用开关电路来使得128个输出电压中的每一个能够经由开关电路被路由到输出引脚，在输出引脚处测量线性度和性能。这些测量值可以与目标灰度级电压结合使用，以最小化电压误差。每个相位电平的电压精度对于仅相位全息系统特别重要，因为电压误差是在图像中表现为随机噪声的相位误差。

值得注意的是，本公开涉及一种设备，其中提供了信号处理器，该信号处理器包括用于每个灰度级通道的DAC/运算放大器对。每个DAC/运算放大器对仅提供一个输出。具体而言，每个DAC/运算放大器对在任何时候，特别是在给定的显示时间间隔(例如，帧或子帧)期间，唯一地专用于仅提供一个灰度级电压。因此，可以理解的是，每个DAC/运算放大器对提供对应于多个灰度级之一的单灰度级电压。因此，本公开涉及使用相应的多个DAC/运算放大器对来提供多个单灰度级通道。例如，如果驱动电路需要产生128个灰度级，将有128个相应的灰度级通道的128个DAC/运算放大器对。

图3B绘出了电压输出与二进制输入的关系。理想DAC/运算放大器对的响应由线370表示。然而，实际上，由于运算放大器制造处理中的缺陷，根据本公开的DAC/运算放大器对具有如线360所示的响应。电压偏移350示出在y轴上。电压偏移350意味着灰度级通道的每个二进制输入不会产生预期的电压输出。此外，每个运算放大器都有容差，它本身表现为电压输出的容差。在某些应用中，电压输出的这种容差是完全可以接受的。然而，这种容差对于本文公开的一些应用是不可接受的。

在一些实施例中，显示设备包括多个光调制像素，其中每个光调制像素被设置成以由施加在该像素的有源元件(例如液晶)上的电压确定的量来调制光。

在一些实施例中，显示设备包括根据相应的多个模拟驱动电压以多个灰度级操作的多个像素，其中每个像素可选择性地连接到多个单灰度级通道中的任何一个单灰度级通道的输出。在一些实施例中，像素包括液晶。在一些实施例中，每个像素被设置成调制穿过像素的光的参数，其中每个灰度级是调制级。在一些实施例中，参数是相位，并且每个调制级是相位延迟级。在一些实施例中，像素被设置成作为单个的独立的相位调制器工作，可选地是液晶相位调制器。

液晶用作相位调制器是众所周知的，然而，不太为人所知的是，相位调制的精度直接影响图像质量，尤其是对比度。例如，对于纯相位全息显示器，实现液晶的精确电压控制是至关重要的，这产生相位调制。这种电压精度要求数模转换器具有大量的位，因此对于任何给定的电压范围都需要大量的电压阶跃。例如，在一些实施例中，在输入端接收的数字信号是8位二进制信号。如果特定的LCOS背板设计在每个灰度/相位级使用一个DAC，那么与之相关的将是一个运算放大器电路，以提高负载驱动能力。在一些实施例中，每个像素需要高达5V的电压。例如，如果需要128个均匀间隔的灰度级，那么灰度级电压应该分开大约40mV。偏移电压变化作为运算放大器特性的一部分无法保证，可能在+/-100mV范围内。如果需要小于100mV的精度(对于128灰度级而言)，则不可能使用这种方法。然而，发明人已经解决了这个问题，以便可以以所需的电压精度为每个灰度级使用一个DAC/运算放大器对。

图4示出了包括第一单灰度级通道410和第二单灰度级通道420的实施例。图4仅作为示例示出了两个单灰度级通道。可以理解，本公开延伸到任何多个单灰度级通道，例如128个。如上所述，每个单灰度级通道用于提供电压电平，以多个离散灰度级之一驱动显示设备的像素。第一单灰度级通道410包括第一输入412和第一输出418。第一输入412和第一输出418通过第一DAC 414和第一运算放大器416串联连接。第一DAC 414和第一运算放大器416共同形成第一信号处理器。第二单灰度级通道420包括第二输入422和第二输出428。第二输入422和第二输出428通过第二DAC 424和第二运算放大器426串联连接。第二DAC 424和第二运算放大器426共同形成第二信号处理器。第一输出418和第二输出428连接到开关电路430，开关电路430又连接到输出反馈参数445的校准子系统或电路440。

例如，第一输入412可以是十六进制信号0100h。第一DAC 414将该数字信号转换成模拟信号，并且第一运算放大器416提供合适的驱动能力。信号处理领域中已知如何为此目的配置DAC和运算放大器，因此这里不需要进一步描述。众所周知，运算放大器可以包含其他组件和/或电路，以便改变或调谐运算放大器的电压偏移。例如，已知运算放大器可能包括输入电压偏移。第一输出418提供被设置成以第一灰度级驱动显示设备的一个或多个像素的电压。

同样，第二输入422可以是十六进制信号0101h。DAC 424将该数字信号转换成模拟信号，运算放大器426提供适当的放大。第二输出428提供被设置成以第二灰度级驱动显示设备的一个或多个像素的电压。

因此，第一输出418是显示设备的第一灰度级电压。因此，第二输出428是显示设备的第二灰度级电压。可以理解，可以如何为特定的显示设备选择灰度级电压之间的电压差。更具体地，可以基于显示设备的工作参数来选择第一输出418和第二输出428之间的电压差450。在实施例中，提供128个灰度级(因此，128个单灰度级通道)，并且相邻灰度级(例如，灰度级0100h和灰度级0101h)之间的电压差450可以是几毫伏。可以理解显示设备的整个工作电压范围如何在灰度级之间划分(例如均匀划分)。

开关电路430被配置成依次接收单灰度级通道的每个电压输出，作为校准处理的一部分。校准子系统或电路440接收并分析从开关电路430输出的每个接收电压。具体而言，校准子系统或电路440可以将接收到的电压输出与该灰度级的参考电压进行比较。例如，参考电压可以代表该灰度级的目标电压。查找表可用于基于相应的输出电压来确定每个单灰度级通道的运算放大器的反馈参数。反馈参数直接或间接影响或决定运算放大器的偏移电压。在实施例中，反馈参数是运算放大器或运算放大器电路的参数。本领域中已知运算放大器如何具有相关组件，例如电阻器，来调谐运算放大器的行为。运算放大器及其相关组件可被视为形成运算放大器电路。在实施例中，反馈参数是运算放大器或运算放大器电路的电气组件的值。例如，反馈参数可以是电压，例如运算放大器一个端子的电压，或者是电阻，例如形成运算放大器电路一部分的可变电阻器的值。可以理解，因此可以基于从单灰度级通道接收的电压输出与参考电压的比较并使用反馈参数，如何使用开关电路和校准子系统或电路确保每个单灰度级通道提供正确的电压输出。例如，如果从一个单灰度级通道输出的电压下降，则可以在查找表中识别不同的反馈参数，其效果是调整相关运算放大器的偏移电压，以便增加灰度级电压。也就是说，反馈参数用于微调或校准每个灰度级通道的运算放大器的偏移电压。如上参考图3B所述，由于每个单灰度级通道的运算放大器可能经历与其他灰度级通道的运算放大器不同的电压偏移，因此每个灰度级通道的运算放大器的单独校准补偿了运算放大器经历的随机偏移电压。因此，可以理解，实施例提供了一种通过自校准驱动电路和显示设备对来单独补偿灰度级通道的每个运算放大器所经历的随机偏移电压的方法。例如，该校准处理可以在每次设备启动时首次启动时和/或在合适的刷新点仅运行一次，和/或在操作期间周期性运行。驱动电路的每个灰度级因此可以被单独校准。

因此，提供了一种包括显示设备的系统，该显示设备包括驱动电路，该驱动电路包括：多个单灰度级通道，其中每个单灰度级通道包括输入、输出和连接在输入和输出之间的信号处理器，其中每个处理器被设置成将在输入处接收的数字信号转换成输出处的模拟电压，并且其中每个信号处理器包括数模转换器“DAC”和具有电压偏移的运算放大器“op-amp”；开关电路，其连接到每个单灰度级通道的输出，其中所述开关电路被设置成可切换地接收多个单灰度级通道中的每个单灰度级通道的模拟电压；校准子系统，其连接到每个运算放大器，其中校准子系统被设置成从开关电路接收每个模拟电压，并且基于接收到的用于该灰度级通道的模拟电压来单独补偿每个运算放大器的电压偏移。子系统可以是电路。子系统可以在显示设备背板的内部或外部。

在替代实施例中，使用另一种单独补偿灰度级通道的每个运算放大器所经历的随机偏移电压的方法。具体而言，在多个二进制输入(例如，参见第图3B中的V1、V2…V6)处测量每个DAC/运算放大器对的电压输出。这些测量值被分析并存储在查找表中，或者用于在每个灰度级的基础上计算近似算法。也就是说，对于每个单灰度级通道，在多个二进制输入处测量电压输出，并存储测量值。存储的测量值代表信号处理器的特定电压或输出响应，信号处理器包括每个单灰度级通道的DAC/运算放大器对。每个灰度级通道的电压响应可以被分析并用于为该灰度级通道提供正确的灰度级电压。因此，当需要特定电压时，查找(或计算)所需的二进制输入，并将正确的电压提供给显示设备背板。对于每一件，需要这种校准处理，包括响应于多个二进制输入分析电压输出的测量值，以确定整个操作范围内的输出响应。也就是说，该校准处理在每个单灰度级通道上执行。图3B仅作为示例示出了表现出线性响应的示例DAC/运算放大器对。可以理解，每个DAC/运算放大器对可以表现出任何类型的响应，例如包括非线性响应。在实施例中，校准子系统或电路440包括模数转换器(ADC)和比较器，该比较器被设置为将ADC的输出与对应DAC的二进制输入进行比较。这些组件可以在背板外部或内部。

因此，可以理解，在一些实施例中，校准子系统被设置成单独确定每个单灰度级通道对多个数字输入的输出响应，并且对于每个单灰度级通道，基于单灰度级通道的单独确定的输出响应，确定在输出处实现每个模拟驱动电压所需的数字输入。每个单灰度级通道的输出响应可以通过任何方式确定。在一些实施例中，校准子系统被设置成通过测量每个单灰度级通道对多个数字输入的输出响应来单独确定每个单灰度级通道的输出响应。在一些实施例中，校准子系统被设置成在单灰度级通道的测量输出响应之间插值。

图5示出了液晶对电压V_LC的第一示例响应。在一些实施例中，测量像素对模拟电压的响应。在其他实施例中，像素的灰度级响应是例如由制造商定义的显示设备的性能特征。许多液晶对小于0.7V的电压不作响应。例如，从图5中还可以看出，为了提供均匀间隔的灰度级，所需的相应电压不必均匀间隔。图5仅作为示例示出了四个灰度级。在一些实施例中，需要128个灰度级，但是本公开同样适用于任何数量的灰度级。通过理解液晶的响应和每个DAC/运算放大器对的响应，可以为每个单灰度级通道确定实现每个所需(例如，均匀间隔的)灰度级所需的二进制输入。

在一些实施例中，校准子系统被设置成基于像素对模拟电压的灰度级响应来选择多个灰度级，并且基于像素的灰度级响应来确定像素实现相应的多个灰度级所需的多个模拟驱动电压。根据应用要求，灰度级可以在灰度级值的范围内具有预定的分布(例如灰度级之间的间距)。在一些实施例中，多个灰度级在每个像素的下灰度级和上灰度级之间均匀间隔，可选地，在每个像素的最小灰度级和最大灰度级之间均匀间隔。然而，本公开在这方面不受限制，例如，灰度级可以是不均匀间隔的。

图6示出了液晶系统对电压V_LC的第二示例响应。同样，可以确定实现均匀间隔灰度级所需的电压，并将其与每个DAC/运算放大器对的测量行为相关，以提供查找表。在一些实施例中，液晶的响应行为是动态可变的(例如，可以在显示期间操控)。这是因为，在实施例中，每个单灰度级通道在一定范围内被校准。在一些实施例中，每个单灰度级通道在其整个工作范围内被完全校准。

图7示出了液晶系统对电压V_LC的第三示例响应。该第三示例响应基本上与第一示例响应相反。对于仅相位图像，反转液晶响应将垂直翻转图像。

根据上述替代实施例，用于驱动基于液晶的显示器的方法使用两阶段校准处理。第一阶段基于液晶系统的响应选择多个离散灰度级。所选择的离散灰度级可以是均匀间隔的。液晶系统的灰度级响应可以被测量或以其他方式获得(例如从制造商数据)。基于像素响应，该处理确定液晶像素实现所选择的多个灰度级中的每个灰度级所需的多个模拟驱动电压。在第二阶段，该处理单独确定信号处理器对多个二进制输入电压的输出响应，该信号处理器包括每个灰度级通道的DAC/运算放大器对。该处理分析确定的每个灰度级通道的输出响应，并确定提供由第一阶段确定的多个模拟驱动电压所需的相应二进制输入。具体而言，第二阶段将每个灰度级通道的信号处理器输出响应与来自第一阶段的液晶系统响应相关，然后为每个灰度级通道确定提供多个模拟驱动电压以实现液晶系统的多个灰度级中的每一个所需的二进制输入电压。因此，每个灰度级通道在诸如0至5或6V的操作电压范围内被校准。多个灰度级所需的二进制输入电压可以存储在每个灰度级通道的查找表中。因此，每个灰度级通道能够使用来自查找表的相应二进制输入提供对应于多个离散灰度级中任一个的输出电压，并且产生与其他灰度级通道基本相同的像素响应。因此，该方法单独补偿多个灰度级通道的运算放大器所经历的随机偏移电压。该方法补偿对应于所选择的多个离散灰度级(例如，均匀间隔的灰度级)的多个电压级的不同灰度级通道的响应变化。因此，该方法实现了对不同灰度级通道提供的模拟输出电压的一致像素响应。

根据替代实施例的方法可以由如图4所示的开关电路430和校准子系统440来执行。具体而言，开关电路430可以被配置成依次接收每个单灰度级通道的电压输出，以响应多个二进制输入电压中的每一个。校准子系统440可以包括被配置为根据该方法接收和分析来自开关电路430的电压输出的任何合适的处理系统。具体而言，校准子系统430可以确定每个灰度级通道的信号处理器输出响应，并将每个信号处理器响应与液晶系统响应相关。校准子系统430可以执行测量以确定液晶系统响应，选择多个离散灰度级并确定相应的模拟驱动电压，或者从别处(例如外部系统或内部数据存储设备)获得这样的数据。因此，校准子系统430可产生查找表(或等效算法)，该查找表可用于识别每个灰度级通道所需的二进制输入电压，以提供正确的模拟输出电压电平以所选择的多个离散灰度级中的每一个驱动特定显示设备的像素。在操作中，校准子系统430或驱动器的其他合适组件可以使用查找表(或算法)向每个灰度级通道提供反馈参数445，其中反馈参数445指示当前分配给灰度级通道的灰度级所需的二进制输入。因此，校准子系统440能够单独控制每个灰度级通道来驱动显示设备，以补偿这里描述的变化。

在实施例中，通过根据温度动态地改变液晶对电压的响应来补偿液晶中的粘度变化，以保证可以实现灰度级的整个范围，例如全2π相位。在其他实施例中，响应根据用于调制的入射光的颜色而改变。

在一些实施例中，系统被设置成改变像素的灰度级响应，并重复单灰度级通道的单独校准，以补偿其经历的随机偏移电压，如上所述。在一些实施例中，通过改变像素的光调制元件(即像素内部的改变)来调整像素的灰度级响应。

在一些实施例中，将灰度级分配给每个单灰度级通道，并且建立每个单灰度级通道实现各自分配的灰度级所需的数字输入。可以使用查找表来记录该信息。例如，如果确定需要灰度级64，则查找表将识别哪个单灰度级通道(例如通道12)被分配了灰度级64，并提取通道12实现灰度级64所需的数字输入(例如0101h)。通道12的输出然后被施加到需要灰度级64的像素(或者甚至多个像素)。在一些实施例中，对灰度级通道的灰度级分配可以是固定的，使得每个单灰度级通道总是提供输出电压以在多个离散灰度级中的特定一个驱动显示设备的像素。在其他实施例中，如下所述，对灰度级通道的灰度级分配可以在显示时间间隔之间动态改变。在对灰度级通道的灰度级分配可以改变的实施例中，灰度级的分配在显示时间间隔(例如一个子帧或帧)的持续时间内保持固定。

图8、图8B和图8C示出了根据一些实施例的驱动电路的示例电光响应。更具体地，图8、图8B和图8C示出了如何使用多个灰度级通道来提供相应的多个灰度级，例如相位级。图8A示出了第一配置，其中第一通道提供最低灰度级，并且每个连续通道提供下一灰度级。因此，最后一个通道提供最高的灰度级。图8B和图8C分别示出了第二和第三配置，其中连续通道通常提供下一个灰度级，但是最低灰度级通道不在两个极端。因此，灰度级分布存在不连续性。可以说，提供了通道之间灰度级的环绕分布。

在一些实施例中，该方法包括改变通道之间灰度级的分布。可以说，该方法包括移动、改变或更改——包括动态地更改——环绕分布中的不连续性。在一些实施例中，通道之间的灰度级分布在显示期间改变，例如，在帧序列中的帧之间。在其他实施例中，每个帧由相同或基本相同的子帧组成或包括相同或基本相同的子帧，例如因为显示设备需要刷新，并且子帧之间的分布发生改变。也就是说，在一些实施例中，分布在显示期间动态地改变。可以说，该方法包括在显示期间改变单灰度级通道之间的灰度级分配。发明人已经发现，通过动态地改变单灰度级通道之间的灰度级分布引入的随机性在图像中提供了去斑点效果。这种随机性足以至少部分补偿激光散斑的随机性。因此，提供了一种减少散斑的计算方法。因此提供了改进的图像。在一些实施例中，例如，像素是相位调制像素，灰度级是在0到2π范围内的相位值。在一些实施例中，通道之间的相位延迟分布被动态地改变(例如，来回偏移π/2)，以便减少由散斑引起的图像中的噪声。

在一些实施例中，提供查找表，该查找表规定提供每个灰度级使用哪个通道，以及每个通道需要什么数字输入来实现分配的灰度级。查找表可以基于校准处理的分析生成，并在驱动方法的操作期间使用。

因此，提供了用于驱动使用多个灰度级通道的显示设备的方法。每个灰度级通道包括信号处理器，该信号处理器提供用于以多个离散灰度级之一驱动显示器的像素的电压电平下的输出电压。该方法通过校准处理补偿不同灰度级通道中的随机变化，特别是DAC/运算放大器对的信号处理器中的运算放大器的电压偏移的随机变化。实施例分析每个灰度级通道的一个或多个模拟电压输出。可以基于分析进行校准。在一些实施例中，该分析将灰度级通道的模拟输出电压与参考电压(例如，目标电压)进行比较。在这些实施例中，该方法使用改变其电组件值的反馈参数来单独校准每个灰度级通道。因此，每个校准的灰度级通道为相应的灰度级提供目标电压输出。在其他实施例中，该分析确定每个灰度级通道对在其操作范围内的多个数字输入的输出响应。基于输出响应，该分析进一步确定实现对应于多个灰度级中的一个或多个的目标模拟输出电压所需的数字输入。可以基于像素(例如液晶)响应以及由此确定的相应模拟输出电压来选择多个灰度级。因此，实施例将每个灰度级通道的响应与灰度级像素响应相关。因为每个灰度级通道在一定电压范围内被校准，所以它可以在任何时间被分配给多个灰度级中的任何一个。因此，灰度级的分配可以动态地改变，以引入随机性，该随机性至少部分地补偿激光散斑。此外，当灰度级的分配动态地改变时，不同的灰度级通道提供对相同的灰度级产生一致的像素响应的电压。

可以理解，本公开提供了补偿单灰度级通道的信号处理器的运算放大器的电压偏移的技术，以减轻与不同运算放大器由于随机变化而经历的电压偏移变化相关联的缺点。因此，这里描述的实施例可以不消除与每个运算放大器相关联的电压偏移，而是可以补偿在信号处理器之间从而在多个灰度级通道之间的电压偏移变化的影响。具体而言，实施例旨在操作每个单灰度级通道，以提供尽可能接近分配给该通道的灰度级的期望或目标电压的模拟输出电压。术语“补偿电压偏移”应该根据上文理解，并且其含义不限于消除或减少信号处理器的运算放大器所经历的电压偏移。

在实施例中，空间光调制器是仅相位空间光调制器。这些实施例是有利的，因为调制振幅没有光能损失。因此，提供了一种有效的全息投影系统。然而，本公开可以等同地实施在仅振幅空间光调制器或振幅和相位调制器上。可以理解，全息图将相应地是仅相位、仅振幅或完全复合的。

在实施例中，光源是激光器。在实施例中，检测器是光电检测器。在实施例中，检测器是漫射体。本公开的全息投影系统可用于提供改进的平视显示器或头戴式显示器。在实施例中，提供了一种包括全息投影系统的车辆。

尽管成组实施例已经在很大程度上单独公开，但是任何实施例或成组实施例的任何特征可以与任何实施例或成组实施例的任何其他特征或特征的组合相组合。也就是说，设想了本公开中公开的特征的所有可能的组合和置换。

全息重建的质量可能受到所谓的零阶问题的影响，该问题是使用像素化空间光调制器的衍射性质的结果。这种零阶光可以被视为“噪声”，并且包括例如镜面反射光和来自SLM的其他不想要的光。

在傅里叶全息术的示例中，这种“噪声”聚焦在傅里叶透镜的焦点上，在全息重建的中心产生亮点，称为“DC点”。零阶光可能会被简单地遮挡，但是这意味着用暗点代替亮点。实施例包括角度选择性滤光器，以仅去除零阶准直光线。实施例还包括欧洲专利2,030,072中描述的管理零阶的方法，该专利在此全文引入作为参考。

虽然这里描述的实施例包括在空间光调制器上每帧显示一个全息图，但是本公开在这一方面绝不受到限制，并且可以在任何时候在SLM上显示不止一个全息图。例如，实施例实施了“平铺”技术，其中SLM的表面积被进一步分成多个平铺块，每个平铺块被设置成与原始平铺块相似或相同的相位分布。因此，与将SLM的整个分配区域用作一个大相位图案相比，每个平铺块的表面积更小。平铺块中频率分量的数量越小，并且平铺块的数量分别越大，则当产生图像时，重建像素分离得越远。图像在零级衍射阶内形成，并且优选的是，第一阶和后续阶位移足够远，以便不与图像重叠，并且可以通过空间滤光器被阻挡。

如上所述，通过该方法产生的全息重建(无论有无平铺)包括形成图像像素的点。使用的平铺块数量越多，这些点变得越小。以无穷大正弦波的傅里叶变换为例，会产生单一频率。这是最佳输出。实际上，如果只使用一个平铺块，这对应于正弦波的单个周期的输入，零值从正弦波的末端节点沿正负方向延伸到无穷大。不是从傅里叶变换产生单一频率，而是所产生的主要频率分量两边都有一系列相邻的频率分量。平铺的使用降低了这些相邻频率分量的幅度，并且作为直接结果，相邻图像像素之间发生较少的干扰(相长的或相消的)，从而提高了图像质量。优选地，每个平铺块是整个平铺块，尽管实施例使用平铺块的部分。

在这里公开的示例中，使用三个不同色彩的光源和三个相应的SLM来提供复合色彩。这些示例可以被称为空间分离的色彩“SSC”。在本公开所包含的变型中，每种色彩的不同全息图显示在同一SLM的不同区域上，然后组合以形成复合彩色图像。然而，本领域技术人员将理解，本公开的至少一些设备和方法同样适用于其他提供复合彩色全息图像的方法。

其中一种方法被称为帧序列色彩，“FSC”。在示例FSC系统中，使用三个激光器(红色、绿色和蓝色)，并且每个激光器在单个SLM上连续发射，以产生视频的每个帧。色彩(红色、绿色、蓝色、红色、绿色、蓝色等)以足够快的速度循环，使得人类观察者从三个激光器的组合中看到多色图像。因此，每个全息图都是特定色彩的。例如，在每秒25帧的视频中，第一帧将通过将红色激光发射1/75秒来产生，然后将绿色激光发射1/75秒，最后将蓝色激光发射1/75秒。然后产生下一帧，从红色激光开始，依此类推。

FSC方法的优点是每种色彩都使用整个SLM。这意味着所产生的三个彩色图像的质量不会受到影响，因为SLM上的所有像素都用于每个彩色图像。然而，FSC方法的缺点是产生的整体图像比SSC方法产生的相应图像暗约3倍，因为每个激光器仅使用三分之一的时间。这个缺点可以通过过度驱动激光器或者使用更强的激光器来解决，但是这将需要使用更多的功率，将涉及更高的成本并且将使系统不那么紧凑。

SSC方法的优点是图像更亮，因为所有三个激光器同时发射。然而，如果由于空间限制，只需要使用一个SLM，则SLM的表面积可分为三个部分，实际上作为三个独立的SLM。这样做的缺点是，由于每个单色图像可用的SLM面积减少，每个单色图像的质量降低了。多色图像的质量因此相应降低。可用SLM表面积的减少意味着可以使用SLM上更少的像素，从而降低图像质量。图像的质量会因为分辨率降低而降低。

实施例描述了用可见光照射SLM，但是本领域技术人员将理解，光源和SLM同样可以用于引导红外光或紫外光，例如，如本文所公开的。例如，本领域技术人员将意识到为了向用户提供信息而将红外光和紫外光转换成可见光的技术。例如，本公开延伸到使用磷光体和/或量子点技术。

这里描述的方法和处理可以在计算机可读介质上具体实施。术语“计算机可读介质”包括被设置成临时或永久存储数据的介质，例如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、缓冲存储器、闪存和高速缓冲存储器。术语“计算机可读介质”还应被理解为包括能够存储供机器执行的指令的任何介质或多种介质的组合，使得当指令被一个或多个处理器执行时，使得机器整体或部分地执行这里描述的任何一种或多种方法。

术语“计算机可读介质”也包括基于云的存储系统。术语“计算机可读介质”包括但不限于固态存储芯片、光盘、磁盘或其任何合适组合的示例形式的一个或多个有形和非暂时性数据储存库(例如，数据卷)。在一些示例实施例中，用于执行的指令可以由载体介质传送。这种载体介质的示例包括瞬态介质(例如，传送指令的传播信号)。

本公开的各方面如下所述。

提供了一种包括驱动电路的显示设备和相应的方法。驱动电路包括多个单灰度级通道，其中每个单灰度级通道包括输入、输出和连接在输入和输出之间的信号处理器。每个信号处理器被设置成将在输入处接收的数字信号转换成输出处的模拟电压，并且包括数模转换器“DAC”和具有电压偏移的运算放大器“op-amp”。开关电路连接到每个单灰度级通道的输出，其中开关电路被设置成可切换地接收多个单灰度级通道中的每个单灰度级通道的模拟电压。电路的校准子系统从开关电路接收每个模拟电压，并基于该灰度级通道的接收到的模拟电压单独校准每个运算放大器的电压偏移。校准子系统可以被设置成例如通过将单灰度级通道的每个模拟电压与相应的参考电压进行比较来分析模拟电压。校准可以基于分析来执行。

在实施方案中，校准子系统或电路可以被设置成通过为每个运算放大器单独选择反馈参数来单独校准每个运算放大器的电压偏移。可以提供查找表，该查找表基于开关电路接收的相应模拟电压来识别每个运算放大器的反馈参数。反馈参数可以是运算放大器的电气组件的值，或者相关运算放大器电路中的电气组件的值。

每个单灰度级通道提供单灰度级电压。在示例中，有128个单灰度级通道分别提供128个灰度级电压。

显示设备可以是空间光调制器，例如硅基液晶“LCOS”空间光调制器。

提供了一种用于校准具有背板的LCOS设备的方法，背板包括每个灰度级一个DAC，其中每个DAC包括一个运算放大器。该方法包括使用开关电路将128个输出电压中的每一个路由到输出引脚；测量每个输出电压；并且结合目标灰度级电压使用该测量值来最小化运算放大器中的电压误差。

提供了一种用于包括驱动电路的显示设备的方法。驱动电路包括多个单灰度级通道，其中每个单灰度级通道包括输入、输出和连接在输入和输出之间的信号处理器。每个信号处理器包括数模转换器“DAC”和具有电压偏移的运算放大器“op-amp”。使用每个相应的信号处理器将在输入处接收的数字信号转换成输出处的模拟电压。例如使用连接到每个单灰度级通道的输出的开关电路，可切换地接收多个单灰度级通道中的每个单灰度级通道的模拟电压。每个模拟电压例如由校准子系统从开关电路接收。该方法基于该灰度级通道的接收到的模拟电压，单独补偿每个运算放大器的电压偏移。例如，分析灰度级通道的接收到的模拟电压。基于该分析，驱动电路被操作以基于该灰度级通道的接收到的模拟电压来单独补偿每个运算放大器的电压偏移。

在实施方案中，显示设备包括根据相应的多个模拟驱动电压以多个灰度级操作的多个像素。每个像素可选择性地连接到多个单灰度级通道中的任何一个单灰度级通道的输出。每个像素可以被设置成调制穿过像素的光的参数，其中每个灰度级是调制级。例如，参数是相位，每个调制级是相位延迟级。

在输入接收的数字信号可以是8位二进制信号。

在实施方案中，进一步确定每个单灰度级通道对多个数字输入的输出响应。对于每个单灰度级通道，基于单灰度级通道的输出响应，确定在输出处实现每个模拟驱动电压所需的数字输入。

单独确定每个单灰度级通道的输出响应可以包括测量每个单灰度级通道对多个数字输入的输出响应。在实施方案中，可以使用在单灰度级通道的测量输出响应之间进行插值来确定输出响应。

在实施方案中，该方法包括基于像素对模拟电压的灰度级响应来选择多个灰度级；以及基于像素的灰度级响应，确定像素实现相应的多个灰度级所需的多个模拟驱动电压。

多个灰度级可以在每个像素的下灰度级和上灰度级之间均匀间隔，可选地，在每个像素的最小灰度级和最大灰度级之间均匀间隔。然而，根据应用要求，特定显示设备的像素灰度级的任何期望分布(例如间距)都是可能的。

在实施方案中，给每个单灰度级通道分配灰度级，并且该方法建立每个单灰度级通道所需的数字输入，以输出分别分配的灰度级所需的模拟电压。在显示期间，灰度级的分配可以在单灰度级通道之间改变，例如在诸如帧或子帧的显示时间间隔之间。

在实施方案中，像素对模拟电压的灰度级响应可以改变。在这种情况下，重复该方法。因此，将每个灰度级通道的输出响应与新的灰度级像素响应相关。改变每个像素的灰度级响应可以包括在像素内部进行改变或者在像素外部进行改变。

对于本领域技术人员来说，很明显，在不脱离所附权利要求的范围的情况下，可以进行各种修改和变化。本公开涵盖所附权利要求及其等同物范围内的所有修改和变化。

Claims

1.一种用于包括驱动电路的显示设备的方法，所述显示设备包括在根据相应的多个模拟驱动电压的多个灰度级下可操作的多个像素，所述驱动电路包括多个单灰度级通道，其中，每个单灰度级通道包括输入、输出和连接在所述输入和输出之间的信号处理器，其中，每个信号处理器包括数模转换器(DAC)和具有电压偏移的运算放大器(op-amp)以形成数模转换器/运算放大器对，所述方法包括：

使用每个相应的信号处理器将在所述输入处接收的数字信号转换成在所述输出处的模拟电压；

使用连接到每个单灰度级通道的所述输出的开关电路可切换地接收所述多个单灰度级通道中的每个单灰度级通道的模拟电压；

接收来自所述开关电路的每个模拟电压，每个所述数模转换器/运算放大器对提供单灰度级电压，所述单灰度级电压对应于所述多个灰度级中的一个；以及

对于每个单灰度级通道，执行校准处理以基于该灰度级通道的接收到的模拟电压单独补偿每个运算放大器的电压偏移，其中，所述校准处理包括：

单独确定每个单灰度级通道对通道的整个操作范围内多个数字输入的输出响应，包括测量每个单灰度级通道对所述多个数字输入的模拟输出响应；以及

对于每个单灰度级通道，基于该灰度级通道的单独确定的输出响应，确定在所述输出处实现每个模拟驱动电压所需的数字输入，

所述方法还包括：

基于所述像素对模拟电压的灰度级响应选择多个灰度级；以及

基于所述像素的灰度级响应，确定所述像素实现响应的多个灰度级所需的多个模拟驱动电压。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括将每个像素可选择性地连接到所述多个单灰度级通道中的任何一个单灰度级通道的输出。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，每个像素被设置成调制穿过所述像素的光的参数，其中，每个灰度级是调制级。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述参数是相位，并且每个调制级是相位延迟级。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述输入处接收的数字信号是8位二进制信号。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，单独确定每个单灰度级通道的输出响应还包括，对于每个单灰度级通道，在该单灰度级通道的测量输出响应之间进行插值。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述多个灰度级在每个像素的下灰度级和上灰度级之间具有均匀间隔的分布。

8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述多个灰度级在每个像素的最小灰度级和最大灰度级之间具有均匀间隔的分布。

9.根据权利要求1所述的方法，其还包括为每个单灰度级通道分配灰度级，并建立每个单灰度级通道输出分别分配的灰度级所需的模拟电压所需的数字输入。

10.根据权利要求9所述的方法，其还包括在显示期间改变所述单灰度级通道之间的灰度级分配。

11.根据权利要求1所述的方法，其还包括将所述像素的灰度级响应改变为模拟电压，并重复以下的步骤：

单独确定每个单灰度级通道对多个数字输入的输出响应；以及

对于每个单灰度级通道，基于该灰度级通道的单独确定的输出响应，确定在所述输出处实现每个模拟驱动电压所需的数字输入。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，改变每个像素的灰度级响应包括在所述像素内部进行改变或者在所述像素外部进行改变。

13.根据权利要求1所述的方法，其中，有128个单灰度级通道分别提供128个灰度级电压。

14.根据权利要求1所述的方法，其中，所述显示设备是空间光调制器。

15.根据权利要求1所述的方法，其中，所述显示设备是硅基液晶(LCOS)空间光调制器。

16.一种包括包含驱动电路的显示设备的系统，所述驱动电路包括：

多个单灰度级通道，其中，每个单灰度级通道包括输入、输出和连接在所述输入和输出之间的信号处理器，其中，每个处理器被设置成将在所述输入接收的数字信号转换成所述输出处的模拟电压，并且其中，每个信号处理器包括数模转换器(DAC)和具有电压偏移的运算放大器(op-amp)以形成数模转换器/运算放大器对，每个所述数模转换器/运算放大器对提供单灰度级电压，所述单灰度级电压对应于所述多个灰度级中的一个；以及

开关电路，其连接到每个单灰度级通道的输出，其中，所述开关电路被设置成可切换地接收所述多个单灰度级通道中的每个单灰度级通道的模拟电压，其中，所述系统还包括：

校准子系统，其连接到每个运算放大器，其中，所述校准子系统被设置成接收来自所述开关电路的每个模拟电压，对于每个单灰度级通道，执行校准处理以基于该灰度级通道的接收到的模拟电压单独补偿每个运算放大器的电压偏移，其中所述校准处理包括：单独确定每个单灰度级通道对通道的整个操作范围内多个数字输入的输出响应，包括测量每个单灰度级通道对所述多个数字输入的模拟输出响应；以及对于每个单灰度级通道，基于该单个灰度级通道的单独确定的输出响应，确定在所述输出处实现每个模拟驱动电压所需的数字输入，

其中，所述校准子系统还被设置成基于所述像素对模拟电压的所述灰度级响应来选择多个灰度级，并且基于所述像素的所述灰度级响应来确定所述像素实现相应的多个灰度级所需的多个模拟驱动电压。

17.根据权利要求16所述的系统，其中，所述校准子系统被设置成将每个像素可选择性地连接到所述多个单灰度级通道中的任何一个单灰度级通道的输出。

18.根据权利要求16所述的系统，其中，每个像素设置成调制穿过所述像素的光的参数，其中，每个灰度级是调制级。

19.根据权利要求18所述的系统，其中，所述参数是相位，并且每个调制级是相位延迟级。

20.根据权利要求16所述的系统，其中，在所述输入处接收的数字信号是8位二进制信号。

21.根据权利要求16所述的系统，其中，单独确定每个单灰度级通道的输出响应还包括，对于每个单灰度级通道，在该单灰度级通道的测量输出响应之间进行插值。

22.根据权利要求21所述的系统，其中，所述多个灰度级在每个像素的下灰度级和上灰度级之间具有均匀间隔的分布。

23.根据权利要求21所述的系统，其中，所述多个灰度级在每个像素的最小灰度级和最大灰度级之间具有均匀间隔的分布。

24.根据权利要求16所述的系统，所述校准子系统还被设置成为每个单灰度级通道分配灰度级，并建立每个单灰度级通道输出分别分配的灰度级所需的模拟电压所需的数字输入。

25.根据权利要求24所述的系统，所述校准子系统还被设置成在显示期间改变所述单灰度级通道之间的灰度级分配。

26.根据权利要求16所述的系统，所述校准子系统还被设置成将所述像素的灰度级响应改变为模拟电压，并重复以下的步骤：

27.根据权利要求26所述的系统，其中，改变每个像素的灰度级响应包括在所述像素内部进行改变或者在所述像素外部进行改变。

28.根据权利要求16所述的系统，其中，所述校准子系统被设置成有128个单灰度级通道分别提供128个灰度级电压。

29.根据权利要求16所述的系统，其中，所述显示设备是空间光调制器。

30.根据权利要求16所述的系统，其中，所述显示设备是硅基液晶(LCOS)空间光调制器。