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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Diese
Erfindung betrifft das Gebiet von Anzeigesystemen und insbesondere
mikrospiegelbasierte Anzeigesysteme und ganz besonders bistabile mikrospiegelbasierte
Anzeigesysteme, welche eine analoge Impulsbreitenmodulation ausführen.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Mikromechanische
Vorrichtungen sind kleine Strukturen, die typischerweise unter Verwendung solcher
Techniken, wie der optischen Lithographie, einer Dotierung, eines
Sputterns von Metall, einer Oxidabscheidung und eines Plasmaätzens, welche für die Herstellung
integrierter Schaltungen entwickelt wurden, auf einem Halbleiterwafer
hergestellt werden.
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Digitale
Mikrospiegelvorrichtungen (DMDs), die manchmal als verformbare Mikrospiegelvorrichtungen
bezeichnet werden, sind ein Typ mikromechanischer Vorrichtungen.
Andere Typen mikromechanischer Vorrichtungen umfassen Beschleunigungsmesser,
Druck- und Strömungssensoren,
Getriebe und Motoren. Wenngleich manche mikromechanische Vorrichtungen,
wie Drucksensoren, Strömungssensoren
und DMDs, kommerziellen Erfolg gefunden haben, sind andere Typen
noch nicht kommerziell einsetzbar.
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Digitale
Mikrospiegelvorrichtungen werden in erster Linie bei optischen Anzeigesystemen
verwendet. Bei Anzeigesystemen ist die DMD ein Lichtmodulator, der
digitale Bilddaten verwendet, um einen Lichtstrahl durch selektives
Reflektieren von Teilen des Lichtstrahls zu einem Anzeigeschirm
zu modulieren. Wenngleich analoge Betriebsmodi möglich sind (d.h. Modi, in denen
die Spiegelauslenkung eine Funktion der Eingangsdaten oder der Vorspannung ist),
arbeiten DMDs typischerweise in einem digitalen bistabilen Betriebsmodus,
in dem der Spiegel, unabhängig
von den auf den Spiegel angewendeten Bilddaten, stets vollständig ausgelenkt
ist.
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Mikrospiegel
haben sich im Laufe der letzten zehn bis fünfzehn Jahre schnell entwickelt.
Bei frühen
Vorrichtungen wurde eine verformbare reflektierende Membran verwendet,
die, wenn sie elektrostatisch zu einer darunter liegenden Adresselektrode gezogen
wird, zur Adresselektrode eingesenkt wird. Eine Schlierenoptik beleuchtet
die Membran und erzeugt ein Bild anhand des von den eingesenkten
Abschnitten der Membran gestreuten Lichts. Schlierensysteme ermöglichen,
dass die Membranvorrichtungen Bilder erzeugen, die erzeugten Bilder
waren jedoch sehr dunkel und hatten geringe Kontrastverhältnisse,
wodurch sie für
die meisten Bildanzeigeanwendungen ungeeignet waren.
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Spätere Mikrospiegelvorrichtungen
verwendeten Klappen oder sprungbrettförmige freitragende Ausleger
aus Silicium oder Aluminium, die mit Dunkelfeldoptik gekoppelt waren,
um Bilder mit verbesserten Kontrastverhältnissen zu erzeugen. Klappen- und
freitragende Auslegervorrichtungen verwendeten typischerweise eine
einzige Metallschicht zur Bildung der oberen reflektierenden Schicht
der Vorrichtung. Diese einzige Metallschicht neigte jedoch zur Verformung über einen
großen
Bereich, wodurch auf den verformten Abschnitt einfallendes Licht
gestreut wurde. Torsionsauslegervorrichtungen verwenden eine dünne Metallschicht
zur Bildung eines Torsionsauslegers, der als ein Gelenk bezeichnet
wird, und eine dickere Metallschicht zur Bildung eines starren Elements
oder Auslegers, der typischerweise eine spiegelartige Oberfläche aufweist,
wodurch die Verformung auf einem verhältnismäßig kleinen Abschnitt der DMD-Oberfläche konzentriert
wird. Der starre Spiegel bleibt flach, während sich die Gelenke verformen,
wodurch die von der Vorrichtung gestreute Lichtmenge minimiert wird
und das Kontrastverhältnis
der Vorrichtung verbessert wird.
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Neuere
Mikrospiegelkonfigurationen, die als Entwürfe mit verborgenen Gelenken
bezeichnet werden, verbessern das Bildkontrastverhältnis weiter,
indem der Spiegel auf einem Sockel über den Torsionsauslegern hergestellt
wird. Der erhöhte
Spiegel überdeckt
die Torsionsausleger, die Torsionsauslegerträger und ein starres Joch, das
die Torsionsausleger und den Spiegelträger verbindet, wodurch das
Kontrastverhältnis
der von der Vorrichtung erzeugten Bilder weiter verbessert wird.
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Alle
mikrospiegelbasierten Projektionsanzeigen verwenden eine Impulsbreitenmodulation
zum Steuern der jedes Pixel einer Bildebene erreichenden Lichtmenge.
Typische Impulsbreiten-Modulationsschemata unterteilen eine Rahmenperiode
in binäre
Bitperioden. Jedes Bilddatenbit im Eingangsdatenwort steuert die
Funktionsweise des Spiegels während
einer Bitperiode. Falls das Bit aktiv ist, wird der Spiegel demgemäß während der
Bitperiode "eingeschaltet", und Licht von einer
Lichtquelle wird während
der Bitperiode auf die Bildebene gerichtet. Falls das Bilddatenbit
nicht aktiv ist, ist der Spiegel während der Bitperiode "ausgeschaltet", und Licht von der
Lichtquelle wird während
der Bitperiode von der Bildebene fortgerichtet. Das menschliche
Auge oder ein anderer Photorezeptor integriert die auf jedes Pixel
gerichtete Energie, um die Wahrnehmung von Zwischenintensitätsniveaus
zu erzeugen. Typische binäre
Impulsbreiten-Modulationssysteme unterteilen die größeren Bitperioden
in zwei oder mehr Bitzerlegungen, welche über die Rahmenperiode verteilt
sind. Durch Ausbreiten des Beitrags großer Datenbits über die
Rahmenperiode werden manche der Artefakte beseitigt, die durch die
binären
Impulsbreiten-Modulationsschemata erzeugt werden.
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Wenngleich
dies vorstehend nicht beschrieben wurde, erfordert die Erzeugung
eines Vollfarbbilds drei räumliche
DMD-Lichtmodulatoren, die gleichzeitig monochromatische Bilder erzeugen.
Die drei primären
monochromatischen Bilder werden dann überlagert, um ein einziges
Vollfarbbild zu erzeugen. Alternativ wird eine einzige DMD in Kombination
mit einem Farbrad oder einem anderen sequenziellen Filtermechanismus
verwendet. Das Farbrad unterteilt den Weißlichtstrahl in drei monochromatische
Primärfarb-Lichtstrahlen,
die sequenziell moduliert werden, um einfarbige Teilbilder zu erzeugen.
Die drei monochromatischen Primärfarbbilder
werden vom Betrachter integriert, um die Wahrnehmung eines einzigen
Vollfarbbilds zu erzeugen.
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Wenngleich
die binäre
Impulsbreitenmodulation ein bequemes Mittel zum Erzeugen von Zwischenintensitätsniveaus
bereitstellt und binäre
Daten verwendet, die sich leicht verarbeiten lassen, um die angezeigten
Bilder zu verbessern, erfordern binäre Impulsbreiten-Modulationssysteme
einen sehr großen
Umfang an Speicher- und Verarbeitungshardware. Wenngleich DMD-basierte
Anzeigesysteme in der Lage sind, praktisch perfekte Bilder zu erzeugen, treiben
die Kosten dieser Bildqualität
das DMD-basierte Projektionssystem jedoch außerhalb der Reichweite vieler
Verbraucher. Es sind ein Verfahren und ein System zum Erzeugen qualitativ
hochwertiger Bilder mit Anzeigesystemen, die viel weniger Verarbeitungsleistung
aufweisen, erforderlich.
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In
der europäischen
Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer
0 520 481 sind ein moduliertes DMD-System und ein Verfahren zum
digitalen Modulieren eines DMD-Systems offenbart. Bei dem Verfahren
wird mindestens ein Datenstrom aus Daten mit einer Auflösung von
N Bits je Pixel von einer Eingabevorrichtung empfangen, wird der
Datenstrom in N Eingangs-Schieberegister
eingegeben, werden mindestens N gewichtete DMDs mit den Schieberegistern
adressiert, wobei die Ausgabe der DMDs kombiniert wird, um ein Pixel
eines Bilds zu erzeugen, und werden die DMDs auf der Grundlage des
Datenstroms aktiviert.
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In
der europäischen
Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer
0 731 444 ist ein Datenleitungstreiber offenbart, der ein Videosignal
an Spaltenelektroden einer Flüssigkristallanzeige
anlegt. Der Anzeigetreiber beinhaltet einen Referenz-Rampengenerator
und Spaltendaten-Leitungstreiber. Ein Referenz-Rampensignal wird
mit dem Videosignal kombiniert und an einen Eingang eines Vergleichers
angelegt. Der Vergleicher steuert einen ersten Transistor, der ein
Datenrampensignal an eine gegebene Pixelspalte anlegt. Der erste
Transistor initialisiert eine in der gegebenen Pixelspalte entwickelte
Spannung zumindest teilweise vor dem Moment, in dem das Datenrampensignal
mit dem rampenförmigen
Erhöhen
beginnt. Ein zweiter Transistor, der parallel zum ersten Transistor
geschaltet ist, gewährleistet,
dass die Spaltenspannung vollständig
initialisiert wird.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegenden Lehren offenbaren ein Verfahren und ein System zur
analogen Impulsbreitenmodulation eines räumlichen Lichtmodulators. Eine offenbarte
Ausführungsform
sieht ein Verfahren zum Betätigen
eines Elements des räumlichen
Lichtmodulators gemäß dem unabhängigen Anspruch
1 vor.
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Gemäß einer
anderen offenbarten Ausführungsform
ist eine Mikrospiegelvorrichtung gemäß dem unabhängigen Anspruch 9 vorgesehen.
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Das
offenbarte analoge Impulsbreiten-Modulationsschema und der Mikrospiegel
verringern erheblich die bisher zum Erzeugen eines impulsbreitenmodulierten
Videobilds unter Verwendung einer Mikrospiegelvorrichtung erforderliche
Hardware. Die Reduktion der Schaltungsanordnung und des Rahmenspeichers
verringert die Kosten mikrospiegelbasierter Anzeigesysteme erheblich.
Weiterhin werden viele der von den binären Zeitgetrenntlage-Modulationsschemata
erzeugten Artefakte beseitigt.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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Für ein vollständigeres
Verständnis
der vorliegenden Erfindung und ihrer Vorteile wird nun auf die folgenden
Beschreibungen Bezug genommen, die in Zusammenhang mit der anliegenden
Zeichnung gelesen werden sollten. Es zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines kleinen Teils einer Mikrospiegelanordnung,
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2 eine
perspektivische Einzelteilansicht eines einzelnen Mikrospiegelelements
aus der Mikrospiegelanordnung aus 1,
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3 eine
Draufsicht einer digitalen Mikrospiegelvorrichtung gemäß einer
offenbarten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung,
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4a eine
schematische Ansicht einer Ausführungsform
eines Elements in der digitalen Mikrospiegelanordnung aus 3,
die betreibbar ist, um eine analoge Impulsbreitenmodulation auszuführen,
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4b eine
schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Elements in
der digitalen Mikrospiegelanordnung aus 3, die betreibbar ist,
um eine analoge Impulsbreitenmodulation auszuführen,
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5a eine
Auftragung der Ausgabe des Referenzspannungsgenerators aus den 4a und 4b,
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5b eine
Auftragung von Pixelspannungsdaten für ein einziges Pixel über zwei
Rahmen,
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5c eine
Auftragung, in der die Spiegelposition für eine Mikrospiegelzelle mit
den Pixeldaten aus 5b und der Referenzspannungseingabe
aus 5a dargestellt sind,
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6a eine
Auftragung der Ausgabe des Referenzspannungsgenerators aus den 4a und 4b,
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6b eine
Auftragung von Pixelspannungsdaten für ein erstes Pixel,
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6c eine
Auftragung von Pixelspannungsdaten für ein zweites Pixel,
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6d eine
Auftragung der Spiegelposition für
eine Mikrospiegelzelle mit den Pixeldaten aus 6b und
der Referenzspannungseingabe aus 6a,
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6e eine
Auftragung der Spiegelposition für
eine Mikrospiegelzelle mit den Pixeldaten aus 6c und
der Referenzspannungseingabe aus 6a,
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7 eine
schematische Ansicht einer Mikrospiegelzellen-Ausführungsform,
in der die Auswahl einer globalen Rücksetzwellenform dargestellt ist,
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8 eine
schematische Ansicht einer Mikrospiegelzellen-Ausführungsform,
in der die lokale Erzeugung einer Rücksetzwellenform dargestellt
ist, und
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9 eine
schematische Ansicht eines mikrospiegelbasierten Projektionssystems,
bei dem eine analoge impulsbreitenmodulierte Mikrospiegelvorrichtung
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Es
wurden eine neue Modulationstechnik und ein neuer Mikrospiegel entwickelt,
um eine analoge Impulsbreitenmodulation jedes Elements eines räumlichen
Lichtmodulators zu ermöglichen.
Durch die Möglichkeit,
analoge Bilddaten zu empfangen, wird die Bildverarbeitungshardware,
die typischerweise erforderlich ist, um digitale impulsbreitenmodulierte
Bilder zu erzeugen, überflüssig gemacht
oder erheblich reduziert. Daher ermöglichen die hier offenbarten
Verfahren und Systeme kostengünstige
Systeme, die auf räumlichen
Lichtmodulatoren beruhen. Die offenbarten Verfahren und Systeme
sind besonders nützlich,
um kostengünstige
mikrospiegelbasierte Anzeigesysteme bereitzustellen, weil sich die
digitalen Mikrospiegelvorrichtungen nicht leicht in analoger Weise
ansteuern lassen.
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Wenngleich
in der folgenden Beschreibung die Funktionsweise der offenbarten
Erfindung in Bezug auf digitale Mikrospiegelvorrichtungen spezifisch beschrieben
wird, ist zu verstehen, dass diese Beschreibung der Erläuterung
dient und nicht einschränkend
sein soll. Die beschriebenen erfindungsgemäßen Aspekte sind gleichermaßen auf
andere räumliche
Lichtmodulatoren, wie Flüssigkristallvorrichtungen,
anwendbar.
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Eine
typische DMD 100 mit verborgenen Gelenken ist tatsächlich eine
orthogonale Anordnung von DMD-Zellen oder Elementen. Diese Anordnung weist
häufig
mehr als tausend Zeilen und Spalten von DMD-Zellen auf. 1 zeigt
einen kleinen Abschnitt eines DMD-Felds, wobei mehrere Spiegel 102 entfernt
sind, um die darunter liegende mechanische Struktur des DMD-Felds
zu zeigen. 2 ist eine Einzelteilansicht
eines einzelnen DMD-Elements, worin weiter die Beziehungen zwischen
den DMD-Strukturen detailliert dargestellt sind.
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Eine
DMD wird auf einem Halbleitersubstrat, typischerweise einem Siliciumsubstrat 104,
hergestellt. Eine elektrische Steuerschaltungsanordnung wird typischerweise
in oder auf der Fläche
des Halbleitersubstrats 104 unter Verwendung standardmäßiger Prozessabläufe für integrierte
Schaltungen hergestellt. Diese Schaltungsanordnung weist typischerweise
Strukturen auf, die zum Empfangen von Bilddaten und zum Erzeugen
von Spiegelsteuersignalen, abhängig
von den Bilddaten, erforderlich sind. Spannungstreiberschaltungen
zum Treiben von Vorspannungs- und Rücksetzsignalen für die Spiegel-Überstruktur
können
auch auf dem DMD-Substrat hergestellt werden, oder sie können sich
außerhalb
der DMD befinden. Für
den Zweck dieser Offenbarung wird davon ausgegangen, dass die Adressierungsschaltungsanordnung
irgendeine Schaltungsanordnung mit Gleichspannungsanschlüssen einschließt, die
zum Steuern der Drehrichtung eines DMD-Spiegels verwendet wird.
Die Adressierungsschaltungsanordnung wird nachstehend in weiteren
Einzelheiten erörtert.
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Das
Siliciumsubstrat 104 und alle erforderlichen Metall-Zwischenverbindungsschichten
sind von der DMD-Überstruktur
durch eine Isolierschicht 106 isoliert, die typischerweise
eine abgeschiedene Siliciumdioxidschicht ist, auf der die DMD-Überstruktur gebildet
ist. Löcher
oder Durchkontakte sind in der Oxidschicht geöffnet, um eine elektrische
Verbindung der DMD-Überstruktur
mit der in dem Substrat 104 gebildeten elektronischen Schaltungsanordnung
zu ermöglichen.
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Die
erste Schicht der Überstruktur
ist eine Metallisierungsschicht, typischerweise die dritte Metallisierungsschicht,
und sie wird daher häufig
als M3 bezeichnet. Die ersten zwei Metallisierungsschichten sind
typischerweise erforderlich, um die auf dem Substrat hergestellte
Schaltungsanordnung zu verschalten. Die dritte Metallisierungsschicht
ist auf die Isolierschicht abgeschieden und zur Bildung von Adresselektroden 110 und
einer Spiegelvorspannungsverbindung 112 strukturiert. Manche
Mikrospiegelentwürfe
weisen Aufsetzelektroden auf, die getrennte und abgesetzte Strukturen
sind, jedoch elektrisch mit der Spiegelvorspannungsverbindung 112 verbunden
sind. Aufsetzelektroden begrenzen die Drehung des Spiegels 102 und
verhindern, dass der gedrehte Spiegel 102 oder das Gelenkjoch 114 die
Adresselektroden 110 berühren, welche ein Spannungspotential
in Bezug auf den Spiegel 102 haben. Falls der Spiegel 102 die
Adresselektroden 110 berührt, könnte der sich ergebende Kurzschluss die
Torsionsgelenke 116 schmelzen oder den Spiegel 102 an
die Adresselektroden 110 anschweißen, wobei die DMD in jedem
Fall ruiniert werden würde.
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Weil
die gleiche Spannung stets sowohl an die Aufsetzelektroden als auch
die Spiegel 102 angelegt wird, werden die Spiegelvorspannungsverbindung
und die Aufsetzelektroden vorzugsweise zu einer einzigen Struktur
kombiniert, wenn dies möglich ist.
Die Aufsetzelektroden werden mit der Spiegelvorspannungsverbindung 112 kombiniert,
indem Bereiche auf der Spiegelvorspannungs-/Rücksetzverbindung 112,
die als Aufsetzstellen bezeichnet werden, aufgenommen werden, welche
die Drehung des Spiegels 102 mechanisch begrenzen, indem
sie entweder den Spiegel 102 oder das Torsionsgelenkjoch 114 berühren. Diese
Aufsetzstellen werden häufig mit
einem Material beschichtet, das ausgewählt wird, um die Tendenz des
Spiegels 102 und des Torsionsgelenkjochs 114 zu
verringern, an der Aufsetzstelle zu haften.
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Spiegelvorspannungs-/Rücksetzspannungen
laufen über
eine Kombination von Wegen unter Verwendung sowohl der Spiegelvorspannungs-/Rücksetzmetallisierung 112 als
auch der Spiegel und Torsionsausleger benachbarter Spiegelelemente
zu jedem Spiegel 102. Die in 1 dargestellte
Konfiguration der Aufsetzelektrode bzw. der Spiegelvorspannung 112 ist
für unterteilte
Rücksetzanwendungen
ideal geeignet, weil sich die DMD-Elemente leicht in elektrisch
isolierte Zeilen oder Spalten trennen lassen, indem einfach die Spiegelvorspannungs-/Rücksetzschicht
zwischen den Teilanordnungen isoliert wird. Die Spiegelvorspannungs-/Rücksetzschicht
aus 1 ist wie dargestellt in Zeilen isolierter Elemente
unterteilt.
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Eine
erste Schicht von Trägern,
die typischerweise als Abstands-Durchkontakte
bezeichnet werden, wird auf der Metallschicht hergestellt, welche
die Adresselektroden 110 und die Spiegelvorspannungsverbindungen 112 bildet.
Diese Abstands-Durchkontakte, welche sowohl Gelenkträger-Abstands-Durchkontakte 116 als
auch Abstands-Durchkontakte 118 für obere Adresselektroden einschließen, werden
typischerweise durch Aufschleudern einer dünnen Abstandsschicht auf die Adresselektroden 110 und
die Spiegelvorspannungsverbindungen 112 gebildet. Diese
dünne Abstandsschicht
ist typischerweise eine 1 μm
dicke Schicht aus positivem Photoresist. Nachdem die Photoresistschicht
aufgebracht wurde, wird sie belichtet, strukturiert und durch fernes
UV-Licht gehärtet,
um Löcher zu
bilden, in denen Abstands-Durchkontakte gebildet werden. Diese Abstandsschicht
und eine später
beim Herstellungsprozess verwendete dickere Abstandsschicht werden
häufig
als Opferschichten bezeichnet, weil sie nur als Formen während des
Herstellungsprozesses verwendet werden und vor dem Vorrichtungsbetrieb
von der Vorrichtung entfernt werden.
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Eine
dünne Metallschicht
wird auf die Abstandsschicht und in die Löcher gesputtert. Ein Oxid wird
dann auf die dünne
Metallschicht aufgebracht und strukturiert, um über den Bereichen, die später Gelenke 120 bilden,
eine Ätzmaske
zu bilden. Eine dickere Schicht aus Metall, typischerweise einer
Aluminiumlegierung, wird auf die dünne Schicht und die Oxidätzmasken
gesputtert. Eine andere Oxidschicht wird aufgebracht und strukturiert,
um das Gelenkjoch 114, die Gelenkkappe 122 und
die oberen Adresselektroden 124 zu definieren. Nach der
Strukturierung dieser zweiten Oxidschicht werden die zwei Metallschichten
gleichzeitig geätzt,
und die Stopps entfernt, so dass dicke starre Gelenkjoche 114,
Gelenkkappen 122 und obere Adresselektroden 124 sowie
dünne flexible
Torsionsausleger 120 zurückgelassen werden.
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Eine
dicke Abstandsschicht wird dann auf die dicke Metallschicht aufgebracht
und strukturiert, um Löcher
zu definieren, in denen Spiegelträger-Abstands-Durchkontakte 126 gebildet
werden. Die dicke Abstandsschicht ist typischerweise eine 2 μm dicke Schicht
aus positivem Photoresist. Eine Schicht aus Spiegelmetall, typischerweise
einer Aluminiumlegierung, wird auf die Oberfläche der dicken Abstandsschicht
und in die Löcher
in der dicken Abstandsschicht gesputtert. Diese Metallschicht wird dann
strukturiert, um die Spiegel 102 zu bilden, und beide Abstandsschichten
werden unter Verwendung eines Plasmaätzens entfernt.
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Sobald
die beiden Abstandsschichten entfernt wurden, kann sich der Spiegel
frei um die durch das Torsionsgelenk gebildete Achse drehen. Die elektrostatische
Anziehung zwischen einer Adresselektrode 110 und einem
auslenkbaren starren Element, welche im Wesentlichen die beiden
Platten eines Luftspaltkondensators bilden, wird zum Drehen der
Spiegelstruktur verwendet. Abhängig
vom Entwurf der Mikrospiegelvorrichtung, ist das auslenkbare starre
Element das Torsionsauslegerjoch 114, der Ausleger oder
der Spiegel 102, ein direkt an den Torsionsgelenken angebrachter
Ausleger oder eine Kombination davon. Die oberen Adresselektroden 124 ziehen
das auslenkbare starre Element auch elektrostatisch an.
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Die
durch das Spannungspotential erzeugte Kraft ist eine Funktion des
Kehrwerts des Abstands zwischen den beiden Platten. Wenn sich das
starre Element infolge des elektrostatischen Drehmoments dreht,
widerstehen die Torsionsauslegergelenke einer Verformung durch ein
wiederherstellendes Drehmoment, das eine in etwa lineare Funktion
der Winkelauslenkung der Torsionsausleger ist. Die Struktur dreht
sich, bis das wiederherstellende Torsionsausleger-Drehmoment dem
elektrostatischen Drehmoment gleicht oder bis die Drehung durch
einen Kontakt zwischen der sich drehenden Struktur und einem festen
Bauteil mechanisch blockiert wird. Wie nachstehend erörtert wird,
werden die meisten Mikrospiegelvorrichtungen in einem digitalen
Modus betrieben, in dem ausreichend große Vorspannungen verwendet
werden, um eine vollständige
Auslenkung der Mikrospiegel-Überstruktur
zu gewährleisten.
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Mikrospiegelvorrichtungen
werden im Allgemeinen in einem von zwei Betriebsmodi betrieben. Der
erste Betriebsmodus ist ein analoger Modus, der manchmal als Strahlsteuerung
bezeichnet wird, wobei die Adresselektrode auf eine der gewünschten Auslenkung
des Spiegels entsprechende Spannung aufgeladen wird. Auf die Mikrospiegelvorrichtung
fallendes Licht wird unter einem durch die Auslenkung des Spiegels
festgelegten Winkel vom Spiegel reflektiert. Abhängig von der an die Adresselektrode
angelegten Spannung, wird der Kegel des von einem Einzelspiegel
reflektierten Lichts so gelenkt, dass er außerhalb der Öffnung einer
Projektionslinse, teilweise innerhalb der Öffnung oder vollständig innerhalb
der Öffnung
der Linse liegt. Das reflektierte Licht wird durch die Linse auf
eine Bildebene reflektiert, wobei jeder Einzelspiegel einem festen
Ort auf der Bildebene entspricht. Wenn der Kegel des reflektierten
Lichts von vollständig
innerhalb der Öffnung
zu vollständig außerhalb
der Öffnung
bewegt wird, verdunkelt sich der dem Spiegel entsprechende Bildort,
wodurch kontinuierliche Helligkeitsniveaus erzeugt werden.
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Der
zweite Betriebsmodus ist ein digitaler Modus. Wenn er digital betrieben
wird, wird jeder Mikrospiegel vollständig in eine der zwei Richtungen um
die Torsionsauslegerachse ausgelenkt. Beim digitalen Betrieb wird
eine verhältnismäßig große Spannung
verwendet, um zu gewährleisten,
dass der Spiegel vollständig
ausgelenkt wird. Weil es vorteilhaft ist, die Adresselektrode unter
Verwendung von Standard-Logikspannungspegeln anzusteuern, wird eine
Vorspannung, typischerweise eine negative Spannung, an die Spiegelmetallschicht
angelegt, um die Spannungsdifferenz zwischen den Adresselektroden
und den Spiegeln zu erhöhen.
Die Verwendung einer ausreichend großen Spiegelvorspannung (d.h.
einer Spannung oberhalb der so genannten Kollabierspannung der Vorrichtung)
gewährleistet,
dass der Spiegel selbst dann, wenn keine Adressspannung vorhanden
ist, zu den nächstgelegenen
Aufsetzelektroden ausgelenkt wird. Daher brauchen die Adressspannungen
bei Verwendung einer großen Spiegelvorspannung
nur groß genug
zu sein, um den Spiegel leicht auszulenken.
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Zum
Erzeugen eines Bilds unter Verwendung der Mikrospiegelvorrichtung
wird die Lichtquelle unter einem Winkel positioniert, der gleich
dem Zweifachen des Drehwinkels ist, so dass zur Lichtquelle gedrehte
Spiegel Licht in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche der
Mikrospiegelvorrichtung und in die Öffnung einer Projektionslinse
reflektieren (d.h. ein helles Pixel auf der Bildebene erzeugen).
Von der Lichtquelle fortgedrehte Spiegel reflektieren Licht von der
Projektionslinse fort (d.h. sie lassen das entsprechende Pixel dunkel).
Zwischenhelligkeitsniveaus werden durch Impulsbreiten-Modulationstechniken erzeugt,
bei denen der Spiegel schnell und wiederholt gedreht wird, so dass
er "eingeschaltet" und "ausgeschaltet" wird. Der Tastgrad
des Spiegels bestimmt die die Bildebene erreichende Lichtmenge. Das
menschliche Auge integriert die Lichtimpulse, und das Gehirn nimmt
ein flackerfreies Zwischenhelligkeitsniveau wahr.
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Wie
vorstehend beschrieben wurde, unterteilen Impulsbreiten-Modulationsschemata
aus dem Stand der Technik jede Einzelfarb-Rahmenperiode in mehrere
Bitperioden, wobei eine Bitperiode jedem anzuzeigenden Datenbit
zugeordnet ist. Die Spiegel werden in jeder Bitperiode, abhängig von
dem angezeigten Bilddatenbit, ein- oder ausgeschaltet. Es ist umfangreiche
Hardware erforderlich, um die Daten von dem Rasterabtastformat,
das von den meisten Videoquellen bereitgestellt wird, zum Bitebenenformat,
das für
die binäre
Impulsbreitenmodulation unter Verwendung einer Mikrospiegelvorrichtung
erforderlich ist, zu formatieren.
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3 ist
eine Draufsicht einer digitalen Mikrospiegelvorrichtung 300 gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Wenngleich von der Vorrichtung aus 3 eine
analoge Spannung verwendet wird, wird der Begriff digitale Mikrospiegelvorrichtung
beibehalten, weil der Spiegel selbst digital betrieben wird, d.h.
der Spiegel stets vollständig
entweder in die "Einschaltrichtung" oder die "Ausschaltrichtung" ausgelenkt ist.
Die in 3 dargestellte DMD 300 weist einen optionalen
Digital-Analog-Wandler 302 zum Umwandeln eines digitalen
Bilddatenstroms in ein Analogsignal auf. Die bevorzugte Ausführungsform
empfängt
eine analoge Eingabe und benötigt
daher den Digital-Analog-Wandler 302 nicht.
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Die
Ausgabe des Digital-Analog-Wandlers 302 wird von einem
analogen Schieberegister 304 empfangen. Der analoge Schieberegister 304 ist
typischerweise eine ladungsgekoppelte Vorrichtung (CCD), die die
analoge Eingabe periodisch abtastet und eine Spannung oder Ladung,
welche die analoge Eingabe darstellt, in jeder Periode von Zelle
zu Zelle überträgt. Falls
die DMD beispielsweise eine Spiegelanordnung 308 aufweist,
die 1280 Spiegel breit und 1024 Spiegel hoch ist, enthält das analoge Schieberegister 304 mindestens
1280 Zellen, die jeweils in der Lage sind, ein Analogsignal zu speichern, das
ein Pixel der analogen Eingangsvideodaten darstellt.
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Nachdem
eine gesamte Datenzeile in das analoge Schieberegister 304 geschoben
wurde, wählt
ein Zeilendecodierer 306 oder ein Zeilenzähler eine
Zeile der Spiegelanordnung 308 aus, in die die Analogdaten übertragen
werden. Die Ausgabe des Zeilendecodierers 306 funktioniert
wie ein Schreibfreigabesignal in einem Speicherfeld, um eine gesamte
Datenzeile in die Spiegelanordnung 308 zu übertragen.
Wenngleich dies in 3 nicht dargestellt ist, können manche
Ausführungsformen
zwei oder mehr analoge Schieberegister 304, abhängig von
der Geschwindigkeit, mit der die Analogdaten zur Spiegelanordnung 308 übertragen
werden können, alternierend
und pingpongartig verwenden.
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Die
Mikrospiegelvorrichtung 300 aus 3 kann leicht
verschachtelte oder progressive Abtastvideodaten entgegennehmen.
Falls verschachtelte Daten eingegeben werden, kann der Zeilendecodierer 306 um
zwei inkrementieren, so dass das verschachtelte Format beibehalten
wird. Alternativ wählt
der Zeilendecodierer 306 zwei Modulatorzeilen aus, um jede
Bilddatenzeile zu empfangen. Durch Laden jeder Zeile der verschachtelten
Bilddaten in zwei Modulatorzeilen wird eine grobe Zeilenverdopplungs-Entschachtelungswandlung
ausgeführt.
Weil die hier beschriebene Erfindung gleichermaßen auf verschachtelte und
progressive Abtastdatenformate anwendbar ist, werden die Begriffe
Feld und Rahmen in dieser Offenbarung austauschbar verwendet, wobei
zu verstehen ist, dass der geeignete Begriff und der geeignete Signalzeitablauf
vom Eingangsdatenstrom abhängen.
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4a ist
eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Mikrospiegelelements
oder einer Zelle, das oder die betreibbar ist, um eine analoge Impulsbreitenmodulation
auszuführen.
In 4a werden Pixeldaten vom analogen Schieberegister
in einen ersten Kondensator 402 geschrieben, wenn das Schreibsignal
vom Zeilendecodierer den Transistor 404 "einschaltet". Nachdem der erste Transistor 404 "ausgeschaltet" wurde, wird ein
zweiter Transistor 408 durch ein Feldschreibsignal "eingeschaltet", um eine Ladungsübertragung
vom ersten Kondensator 402 zu einem zweiten Kondensator 406 zu
ermöglichen.
Die Verwendung von zwei Transistoren 404, 408 und
zwei Kondensatoren 402, 406 ist optional, sie
ermöglicht
jedoch, dass eine Datenzeile angezeigt wird, während eine zweite Datenzeile
geladen wird. Ohne den zweiten Transistor und den zweiten Kondensator
kann es erforderlich sein, eine Austastperiode zu verwenden, während gerade
ein Datenfeld geladen wird.
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In 4a ist
auch ein Pufferverstärker 410 vorhanden.
Der Puffer 410 wird verwendet, um einen Strom zuzuführen oder
abzuführen,
wie es erforderlich ist, um den Kondensator 406 geeignet
zu laden. Ohne den Puffer 410 würde die am Kondensator 402 gespeicherte
Ladung mit der am Kondensator 406 gespeicherten Ladung
gemittelt werden, wenn der Transistor 408 "eingeschaltet" ist. Das Mitteln
der Ladung auf den beiden Kondensatoren würde es ermöglichen, dass Bilddaten von
einem Rahmen Bilddaten im nächsten
Rahmen beschädigen.
Ein Puffer an jedem Ausgang des analogen Schieberegisters erfüllt die
gleiche Funktion, wenn Ladung zum Kondensator 402 übertragen
wird.
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Es
können
auch andere Mittel zum Löschen der
Kondensatoren 402, 406 verwendet werden. Bei einem
alternativen Verfahren wird ein Widerstand 422 verwendet,
um die Ladung zur Masse abzuleiten. Falls ein großer Widerstand 422 den
Kondensator langsam, jedoch konstant entlädt, weist die Mikrospiegelzelle, ähnlich dem
Nachleuchten einer Kathodenstrahlröhre, einen langsamen Helligkeitsabfall auf.
Alternativ wird ein kleiner Widerstand unmittelbar vor dem Datenschreibvorgang
an den Kondensator angeschlossen, um den Kondensator schnell zu
entladen. Natürlich
könnten
sowohl ein Abfallswiderstand als auch ein schneller Entladungswiderstand verwendet
werden.
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Eine
weitere Änderung
der Abtast- und Halteschaltung am Eingang jedes Vergleichers ermöglicht es,
dass die Modulatorzelle ein rekursives zeitliches Filtern der eingegebenen
Bilddaten ausführt. Zum
Implementieren dieser Änderung
wird ein Widerstand in Reihe mit dem Kondensator 406 hinzugefügt. Der
Widerstand begrenzt die Entladung des Kondensators 406 und
ermöglicht
es, dass Daten von einem Rahmen die Arbeitsweise des Mikrospiegels
im nächsten
Rahmen beeinflussen. Je größer der
Wert des Widerstands 424 ist, desto langsamer kann die
Ladung am Kondensator 406 geändert werden und desto stärker beeinflussen
vorhergehende Videodaten spätere
Videorahmen. Typischerweise wird weder der Widerstand 422 noch
der Widerstand 424 verwendet.
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Sobald
ein Datenfeld oder Datenrahmen im Kondensator 406 gespeichert
wurde, steuern die Daten die Arbeitsweise des Mikrospiegels 412 der
Zelle. Die am Kondensator 406 gespeicherten Daten werden
einem Eingang eines Vergleichers 414 mit komplementären Ausgängen zugeführt. Eine
Referenzspannung von einem Referenzspannungsgenerator 416 wird
dem anderen Eingang des Vergleichers 414 zugeführt. Die
komplementären
Ausgänge
des Vergleichers 414 werden verwendet, um die Adresselektroden 418 des
Mikrospiegels anzusteuern. Der Vergleicher 414 mit komplementären Ausgängen kann eine
beliebige Schaltung sein, die einen Vergleich zwischen den beiden
Eingangssignalen ausführt
und die Adresselektroden 418 ansteuert. Beispielsweise kann
ein Eintaktvergleicher verwendet werden, um Analogschalter, Schalttransistoren
oder andere Logik anzusteuern, die wiederum die Spannungen den Adresselektroden 418 zuführen.
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Abhängig von
den relativen Beträgen
der den Vergleichereingängen
zugeführten
Spannungen, wird eine Adresselektrode 418 auf den hohen
Pegel getrieben, während
die andere Adresselektrode 418 auf den niedrigen Pegel
getrieben wird. Der Referenzspannungsgenerator 416 ist
typischerweise nicht Teil jeder Mikrospiegelzelle, sondern stattdessen
ein einzelner Referenzspannungsgenerator, der vielen Mikrospiegelzellen
eine Referenzspannung zuführt.
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Die
elektrostatische Anziehung zwischen dem Mikrospiegel 412 und
den Adresselektroden 418 bewirkt, dass der Mikrospiegel 412 zu
der Seite gedreht wird, die die größte elektrostatische Anziehung
hat. Weil die elektrostatische Anziehung eine Funktion sowohl der
Spannungsdifferenz als auch des Abstands zwischen der Elektrode 418 und
dem Mikrospiegel 412 ist, kann selbst eine kleine Spannungsdifferenz
zwischen dem Mikrospiegel 412 und der nächstgelegenen Adresselektrode 418 ausreichen,
um den Mikrospiegel an der Aufsetzelektrode 420 zu halten.
Daher wird die Spiegelvorspannung im Allgemeinen gleich einer Ausgabe
des Vergleichers gesetzt, so dass auf einer Seite des Mikrospiegels 412 keine
Spannungsdifferenz auftritt.
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4b ist
eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Mikrospiegelelements 401 oder
einer Zelle, die betreibbar ist, um eine analoge Impulsbreitenmodulation
auszuführen. Die
Ausführungsform
aus 4b ähnelt
der in 4a dargestellten Ausführungsform,
weist jedoch nicht zwei Kondensatoren und Schreibtransistoren oder
die zum Filtern und Abführen
der auf den Kondensator aufgebrachten Ladung verwendeten Widerstände auf.
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5a zeigt
eine mögliche
Wellenform für die
Ausgabe des Referenzspannungsgenerators aus 4a. Die
Wellenform 500, die in 5a dargestellt
ist, ist eine modifizierte Sägezahn-Wellenform. Die
Kurve des ansteigenden Abschnitts der Wellenform führt eine
Degamma-Funktion aus, indem der Tastgrad des Mikrospiegels für einen
gegebenen Bilddatenwert geändert
wird. Weil die Degamma-Wellenform eine glatte analoge Wellenform
ist, treten die Probleme falscher Konturen, die Abdunklungsdatenwerten
zugeordnet sind, nicht auf.
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Die
Referenzspannungs-Wellenform 500 ist typischerweise eine
periodische Funktion mit einer Frequenz, die ein Vielfaches der
Rahmenrate ist. Die Verwendung einer Referenzspannung mit einer
Frequenz, die höher
als die Rahmenrate ist, ermöglicht Hilfestellungen
zum Verringern des Flackerns und erfüllt eine Funktion ähnlich den
Bitperioden-Zerlegungstechniken aus dem Stand der Technik. 5a zeigt
eine Referenzspannung, die sich in jedem Rahmen vier Mal wiederholt.
Eine typische Referenzspannung wiederholt sich in jedem Rahmen sechzehn
Mal.
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Der
Betrag der Referenzspannung 500 und des Pixel-Bilddatensignals
ist nicht kritisch. Spannungen von lediglich 1 Volt können verwendet
werden und noch die Entsprechung von 8 Bits von Bilddaten mit 4-mV-Schritten
bereitstellen. Höhere
Spannungen erfordern mehr Leistung, während eine niedrigere Spannung
eine erhöhte
Genauigkeit und eine verbesserte Isolation von umgebenden Schaltungsanordnungen
erfordert, um ein Beeinträchtigen
des Bilds zu vermeiden.
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Der
Referenzspannungsgenerator kann eine analoge Schaltungsanordnung
zum Erzeugen der Wellenform, einen Digital-Analog-Wandler zum Umwandeln
in einem Speicher gespeicherter Wellenformdaten in eine Referenzspannung
oder einen anderen Typ einer Schaltungsanordnung zum Erzeugen der
Referenzspannungs-Wellenform verwenden.
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5b ist
eine Spannungswellenform, die im Kondensator 406 aus 4a gespeicherte
Bilddaten darstellt. Wie in 5b dargestellt
ist, sind die Bilddaten für
einen Rahmen t0–t1 und
t1–t2 konstant. 5c zeigt
die durch die Wellenformen aus den 5a und 5b bestimmte
Position des Mikrospiegels. Wie in 5c ersichtlich
ist, ist der Tastgrad des Mikrospiegels während der vier Referenzspannungsimpulse
des zweiten Rahmens, verglichen mit den vier Referenzspannungsimpulsen
des ersten Rahmens, erhöht.
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Auf 4a zurückverweisend
sei bemerkt, dass durch die Verwendung des Widerstands 422 eine
Abfalls- oder Nachleuchtwirkung erzeugt wird, weil die Spiegeleinschaltperioden
während
jedes Rahmens allmählich
verkürzt
werden.
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Alternativ
ermöglicht
der Abfall des am Kondensator 406 gespeicherten Signals
die Verwendung einer konstanten Referenzspannung. Die Verwendung
einer konstanten Referenzspannung mit einer abfallenden Ladung am
Kondensator 406 erzeugt nur eine Spiegeleinschaltperiode
in jedem Rahmen. Zum Erzeugen zusätzlicher Spiegeleinschaltperioden
in jeder Rahmenperiode wird der Transistor 408 während der
Rahmenperiode mehrere Male "eingeschaltet", um die Ladung am
Kondensator 406 aufzufrischen.
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6a zeigt
eine Referenzspannungs-Wellenform 600 gemäß einer
zweiten Ausführungsform der
offenbarten Erfindung. Wie in 6a dargestellt ist,
wird die Referenzspannung wiederholt rampenförmig erhöht und verringert. Der Vorteil
der Wellenform aus 6a besteht darin, dass die Energie
von jedem eingeschalteten Spiegel, unabhängig von den Bilddaten, um
denselben Zeitpunkt zentriert ist. Wenngleich die in 6a dargestellte
Wellenform befriedigendere Videobilder bereitstellen kann oder dies
nicht der Fall sein kann, verbessert sie die Ausgabe von Druckervorrichtungen,
welche auch die offenbarten analogen Impulsbreiten-Modulationstechniken
verwenden können.
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Eine
Spannungswellenform, welche die Daten in einer ersten Mikrospiegelzelle
darstellt, ist in 6b dargestellt. 6c zeigt
eine Spannungswellenform, welche die Daten in einer zweiten Mikrospiegelzelle
darstellt. Wie in den 6d und 6e dargestellt
ist, sind die Perioden, in denen die Spiegel "eingeschaltet" sind, in Bezug zueinander zentriert, wenngleich
die zwei Mikrospiegelzellen unterschiedliche Tastgrade haben. Weil
die meisten DMD-basierten Drucker eine einzige Datenzeile auf einem
sich bewegenden Photorezeptor drucken, verbessert das Zentrieren
der Ausgabe von jedem Mikrospiegelelement, unabhängig von den projizierten Daten,
die Ausrichtung der Pixel in jeder Bildzeile.
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Die
Referenz-Rücksetzspannung
bietet auch ein ideales Mittel zum Einstellen der Helligkeit und des
Kontrasts des Bilds. Weil die Referenzspannung an alle Bildpixel
angelegt wird, ändert
eine Änderung der
Referenzspannungs-Wellenform
den Tastgrad aller Mikrospiegelelemente. Bei Verwendung der in 6 dargestellten Polaritäten verringert
eine Aufwärtsverschiebung
der Referenzspannung den Tastgrad des Mikrospiegels und dunkelt
das projizierte Bild ab. Ebenso erhöht eine Abwärtsverschiebung die Helligkeit
des projizierten Bilds. Ähnlich ändert lediglich
eine Verschiebung eines Endes der Referenzspannungs-Wellenform oder
eine Verschiebung an beiden Enden in entgegengesetzten Richtungen
den Kontrast des projizierten Bilds.
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Die
vorstehende Beschreibung des Mikrospiegels mit analoger Impulsbreitenmodulation
beruht auf der Fähigkeit
des Spiegels zum spontanen Rücksetzen,
wenn die Ausgabe des Vergleichers die Zustände wechselt. Es ist auf dem
Fachgebiet wohlbekannt, dass Mikrospiegel dazu neigen, dass bei
ihnen Anhaftprobleme auftreten. Das Anhaften ist auf eine zwischen
dem Mikrospiegel und einer Aufsetzelektrode erzeugte Kraft, wenn
der Mikrospiegel in Kontakt mit der Aufsetzelektrode steht, zurückzuführen. Das
Anhaften kann sowohl das rückstellende Drehmoment
des Torsionsgelenks als auch die elektrostatischen Kräfte überwinden
und verhindern, dass der Mikrospiegel die Zustände wechselt. Passivierungsbeschichtungen
werden verwendet, um diese Anziehung zu verringern. Selbst bei Verwendung von
Passivierungsbeschichtungen kann es jedoch erforderlich sein, irgendeine
Art einer Rücksetzspannung
zu verwenden, um den Mikrospiegel von der Aufsetzelektrode fortfedern
zu lassen.
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Bei
Rücksetzschemata
werden gewöhnlich ein
oder mehrere Spiegel-Vorspannungsimpulse,
um Energie in den Gelenken des Mikrospiegels zu speichern, und Änderungen
sowohl an der Adresselektrodenspannung als auch an der Spiegelvorspannung verwendet.
Das Ändern
der an den Mikrospiegel und die Adresselektroden angelegten Vorspannungen,
im Allgemeinen durch zeitliches Erhöhen der Adressspannungen, soll
die Anziehung zwischen den Adresselektroden und dem Mikrospiegel
erhöhen.
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Die 7 und 8 zeigen
beide schematische Ansichten verschiedener Ausführungsformen, in denen dargestellt
ist, wie eine optionale Rücksetzspannung
während
einer Rücksetzperiode
auf das Spiegelvorspannungssignal angewendet werden kann. In 7 gibt
ein Flankendetektor 700 immer dann ein Signal aus, wenn
der Vergleicher die Zustände
wechselt, d.h. wenn der Mikrospiegel zurückgesetzt werden sollte. Die
Ausgabe des Flankendetektors wird von einem Analogschalter verwendet, um
zu ermöglichen,
dass eine Rücksetzspannungs-Wellenform
an die Mikrospiegel-Überstruktur angelegt
wird. Die Rücksetzspannungs-Wellenform wird
für die
gesamte Mikrospiegelanordnung bereitgestellt, sie wird jedoch nur
für den
Mikrospiegel bereitgestellt, wenn der Vergleicher die Zustände wechselt.
Die Rücksetzspannungs-Wellenform
bietet eine große
Anzahl von Rücksetzmöglichkeiten
für jeden Rahmen,
beispielsweise 256 Rücksetzimpulse
für jeden
Rahmen. Wenngleich die in 7 dargestellte Rücksetzschaltungsanordnung
die Auswirkungen des Anhaltens beseitigt, führt sie viele der Quantisierungsartefakte,
wie eine falsche Konturierung, die durch die diskreten Rücksetzereignisse
hervorgerufen wird, wieder ein.
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Eine
verbesserte Einrichtung zum Vermeiden anhaftender Spiegel, wobei
keine Quantisierungsartefakte herbeigeführt werden, ist in 8 dargestellt.
Die Schaltung aus 8 ähnelt der Schaltung aus 9,
abgesehen davon, dass der Flankendetektor 700 einen Rücksetzgenerator 800 auslöst, der
jedem Element in der Mikrospiegelanordnung eine eindeutige Rücksetzwellenform
bereitstellt. Wenngleich die in 8 dargestellte
Schaltung die in 7 herbeigeführten Quantisierungsprobleme
vermeidet, passt die zum Erzeugen einer eindeutigen Rücksetzwellenform
erforderliche Schaltungsanordnung typischerweise nicht unter jede
Mikrospiegelzelle.
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9 ist
eine schematische Ansicht eines Bildprojektionssystems 900,
bei dem ein analoger impulsbreitenmodulierter Mikrospiegel 902 verwendet
wird. In 9 wird Licht von der Lichtquelle 904 durch
eine Linse 906 auf den verbesserten Mikrospiegel 902 fokussiert.
Wenngleich sie als eine Einzellinse dargestellt ist, ist die Linse 906 typischerweise
eine Gruppe von Linsen und Spiegeln, welche gemeinsam Licht von
der Lichtquelle 904 auf die Oberfläche der Mikrospiegelvorrichtung 902 fokussieren und
lenken. Bilddaten und Referenzspannungssignale von der Steuereinrichtung 914 bewirken,
dass die Spiegel der Mikrospiegelvorrichtung entsprechend dem Wert
des Bilddatensignals des Pixels so gedreht werden, dass sie ein-
und ausgeschaltet werden. Spiegel an der Mikrospiegelvorrichtung,
die in eine Ausschaltposition gedreht werden, reflektieren Licht zu
einer Lichtfalle 908 oder einfach von der Öffnung der
Linse 910 fort, während
zu einer Einschaltposition gedrehte Spiegel Licht zur Projektionslinse 910 reflektieren.
Die Projektionslinse 910 ist zur Vereinfachung als eine
Einzellinse dargestellt. Die Projektionslinse 910 fokussiert
das von der Mikrospiegelvorrichtung 902 modulierte Licht
auf eine Bildebene oder einen Bildschirm 912.
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Das
in 9 dargestellte Anzeigesystem hat den Vorteil,
dass es keinen Rahmenspeicher benötigt, wenn drei parallele Mikrospiegelvorrichtungen verwendet
werden, und dass der Umfang der erforderlichen Datenverarbeitung
reduziert wird. Bei kostengünstigen
Systemen ist es jedoch bevorzugt, die vorstehend beschriebenen zeitsequenziellen
Verfahren zu verwenden, um Vollfarbbilder unter Verwendung nur eines
oder zweier räumlicher
Lichtmodulatoren zu erzeugen. Diese Ein- oder Zweichip-Anzeigesysteme
benötigen
einen Pufferspeicher zum Speichern von Bilddaten für eine oder
mehrere inaktive Primärfarben,
während
die eine oder zwei aktiven Primärfarben
angezeigt werden.
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Wenngleich
bis zu diesem Punkt eine bestimmte Ausführungsform für ein Verfahren
und ein System zur Verwendung einer analogen Impulsbreitenmodulation
mit einem digitalen Mikrospiegel offenbart wurde, sollen diese spezifischen
Bezüge
nicht als Einschränkungen
des Schutzumfangs dieser Erfindung angesehen werden. Nachdem die
Erfindung in Zusammenhang mit bestimmten spezifischen Ausführungsformen
beschrieben wurde, ist weiterhin zu verstehen, dass weitere Modifikationen
Fachleuten nun nahe liegen können.