TWI653613B - 操作顯示驅動器的方法 - Google Patents

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Abstract

揭示一種操作包括驅動電路的顯示裝置之方法。該驅動電路包括複數個單一灰階通道，其分別包括一輸入、一輸出、以及連接在該輸入與輸出之間的一信號處理器。每一個信號處理器包括一數位至類比轉換器以及具有電壓偏移的一運算放大器。該方法包括：利用每一個別的信號處理器來轉換在該輸入處所接收到的數位信號成為在該輸出處的類比電壓；可切換地接收每一個單一灰階通道的該類比電壓；分析該些類比電壓，並且根據針對於該灰階通道的所接收到的該類比電壓來個別地補償每一個運算放大器的該電壓偏移。

Description

操作顯示驅動器的方法
本揭露內容關於一種用於一顯示裝置之驅動方法。更具體而言，本揭露內容關於一種用於一液晶覆矽的空間光調變器之驅動方法。本揭露內容進一步關於校準一用於複數個灰階電壓的運算放大器電路。實施例關於一種操作用於一液晶覆矽的空間光調變器的一背板之方法。實施例關於一種校準用於一液晶覆矽的空間光調變器的一驅動電路之方法、以及一種補償在用於一液晶覆矽的空間光調變器的該驅動電路中所用的運算放大器的隨機的偏移電壓之方法。
從一物體散射的光包含振幅及相位兩者的資訊。此振幅及相位資訊可以在例如是一感光板上，藉由眾所周知的干涉技術來加以捕捉，以形成一全息的記錄或是"全息圖"，其包括干涉條紋。該全息圖可以藉由利用適當的光的照明來加以重建，以形成代表該原始物體的一個二維的(重播影像)或是三維的全息的重建。
電腦產生的全息術可以數值地模擬該干涉過程。一電腦產生的全息圖(CGH)可以藉由一種基於一例如是菲涅耳(Fresnel)或傅立葉轉換的數學的轉換之技術而被計算出。這些類型的全息圖可被稱為菲涅耳或傅立 葉全息圖。一傅立葉全息圖可被視為該物體的一傅立葉域表示、或是該物體的一頻域表示。例如，一CGH亦可藉由相干光線追蹤或是一種點雲技術而被計算出。
一CGH可以在一空間光調變器(SLM)上加以編碼，該SLM被配置以調變入射光的振幅及/或相位。例如，光調變可以利用電性可定址的液晶、光學可定址的液晶、或是微鏡來加以達成。
該SLM可包括複數個個別可定址的像素，其亦可被稱為胞或是元件。該光調變設計可以是二進位的、多位準的、或是連續的。或者是，該裝置可以是連續的(亦即並非是由像素所構成的)，並且光調變因此可以是橫跨該裝置連續的。該SLM可以是反射的，此係表示經調變的光係以反射而從該SLM輸出。該SLM可以等同的是透射的，此係表示經調變的光係以透射而從該SLM輸出。
一全息的投影器可以利用所述的技術來加以提供。此種投影器已經獲得應用在例如是視訊投影機、抬頭顯示器(HUD)、以及包含近眼裝置的頭戴式顯示器(HMD)中。
在此揭示有一種用於一例如是用於投影的空間光調變器的顯示裝置的改善的驅動解決方案。
本發明的特點被界定在所附的獨立項申請專利範圍中。
本發明人已經提出一種用於一例如是空間光調變器的顯示裝置之改善的驅動方法。實施例僅藉由舉例來參照到一LCOS顯示裝置。本揭露內容可應用於任何需要複數個類比電壓以提供複數個灰階或是相位 延遲的位準的顯示裝置。實施例僅藉由舉例來參照到一提供128個灰階的驅動電路。本揭露內容可應用於任意數目的灰階。
本揭露內容的驅動電路利用複數個運算放大器(op-amp)。然而，運算放大器遭受到一隨機的偏移電壓，此係降低可以利用運算放大器而被設定的其輸出電壓的精確度。本發明人在此揭示一種降低由該些運算放大器所引起的電壓誤差的系統及方法。本揭露內容描述一種個別地補償用於驅動顯示裝置的灰階通道的每一個運算放大器所遭受到的電壓偏移之方法。在實施例中，該方法藉由校準對應的運算放大器的參數來補償每一個別的運算放大器的電壓偏移，以提供一所要的或是目標的灰階電壓。在其它實施例中，該方法藉由根據該運算放大器的輸出響應來決定一提供該所要的或是目標的灰階電壓的輸入，以補償每一個別的運算放大器的電壓偏移。
本揭露內容關於一種裝置，其中其係設置有一數位至類比轉換器(DAC)/運算放大器的對，其係形成用於每一個灰階電壓的一信號處理器。於是，在此對於一灰階通道的一運算放大器的"校準一參數"或是"決定一輸入"的參照係欲涵蓋對於一包括一DAC/運算放大器的對之信號處理器、或是一灰階通道的一信號處理器的一個別的DAC或運算放大器之校準一參數或是決定一輸入。
實施例僅藉由舉例來參照到在該顯示裝置上顯示一全息圖。本揭露內容等同可應用於在該顯示裝置上顯示一平常的影像。本揭露內容可應用於利用複數個電壓位準來在該顯示裝置上顯示任意類型的資訊。
在整篇對於"位準"的參照包含灰階、調變位準、以及相位延遲的位準。該術語"位準"在此揭露內容中被使用來表示離散的值。換言之，所述的參數只能夠採用一等於複數個離散的值中之一的值。換言之，該參數被限制到特定的值。例如，在顯示器產業中所理解到的是，一顯示器的每一個像素可以調變光的強度，並且可被操作在從黑到白、或是從白到黑的例如是128個灰階的複數個灰階下。每一個像素可被描述為一光調變元件，其可以操作在複數個調變位準下。該光調變元件可以是一相位調變的元件，其可以操作在例如是0、π/2、π、3π/2及2π的複數個相位延遲的位準下。在整篇對於"灰階"的參照只是為了揭露內容的便利性以及一致性而已。在相關於相位調變的像素的實施例中，該術語"灰階"可以被解讀為"相位延遲的位準"。換言之，在這些實施例中，每一個"灰色"是一"相位延遲"。例如，灰階號碼1可以是一個0的相位延遲，並且灰階號碼128可以是一個2π的相位延遲。
於是，在此對於"灰階通道"的參照是指一包括上述的信號處理器的驅動路徑或是驅動電路，該信號處理器包括一DAC/運算放大器的對，其係提供一用於將該顯示器的像素驅動在對應的離散的灰階的電壓位準。因此，在一特定的顯示器的時間間隔(例如幀或是子幀)，一灰階通道提供一固定的電壓位準，其係被用來驅動該顯示器的所有欲顯示該對應的灰階的像素。
該術語"全息圖"被用來參照到包含有關物體的振幅及/或相位的資訊的記錄。該術語"全息的重建"被用來參照到該物體的光學重建，其係藉由照明該全息圖來加以形成。該術語"重播場(replay field)"被用來參照 到在其中該全息的重建被形成的空間中的平面。
該術語"編碼"、"寫入"或是"定址"被用來描述分別提供複數個控制值給該SLM的複數個像素的過程，該複數個控制值分別決定每一個像素的調變位準。其可以說成是該SLM的像素被組態設定以響應於接收該複數個控制值來"顯示"一光調變分布。
該術語"光"在此以最廣義的方式被利用。實施例等同可應用於可見光、紅外光及紫外光、以及其之任意組合。
實施例僅藉由舉例來描述1D及2D全息的重建。在其它實施例中，該全息的重建是一3D全息的重建。換言之，在實施例中，每一個電腦產生的全息圖形成一3D全息的重建。
110‧‧‧光源
111‧‧‧準直透鏡
112‧‧‧離開的波前
120‧‧‧傅立葉轉換透鏡
125‧‧‧螢幕
140‧‧‧空間光調變器(SLM)
201‧‧‧第一振幅成分
203‧‧‧第一相位成分
205‧‧‧第二相位資訊
207‧‧‧第三振幅成分
209‧‧‧第三相位成分
210‧‧‧輸入影像
211‧‧‧第四振幅成分
213‧‧‧第四相位成分
215‧‧‧第五振幅成分
230‧‧‧隨機的相位成分
250‧‧‧隨機的相位成分
252‧‧‧處理區塊
254‧‧‧處理區塊
256‧‧‧處理區塊
258‧‧‧處理區塊
260‧‧‧處理區塊
301‧‧‧電極
301a‧‧‧間隙
302‧‧‧單晶矽基板
302a‧‧‧電路
303‧‧‧對準層
304‧‧‧液晶層
305‧‧‧第二對準層
306‧‧‧透明層
307‧‧‧電極
308‧‧‧相位調變的元件
350‧‧‧電壓偏移
360‧‧‧根據本揭露內容的DAC/運算放大器的對的響應
370‧‧‧理想的DAC/運算放大器的對的響應
410‧‧‧第一單一灰階通道
412‧‧‧第一輸入
414‧‧‧第一DAC
416‧‧‧第一運算放大器
418‧‧‧第一輸出
420‧‧‧第二單一灰階通道
422‧‧‧第二輸入
424‧‧‧第二DAC
426‧‧‧第二運算放大器
428‧‧‧第二輸出
430‧‧‧切換電路
440‧‧‧校準子系統(電路)
445‧‧‧回授參數
450‧‧‧電壓差
特定實施例僅藉由舉例，參考以下的圖式來加以描述：圖1是展示一反射的SLM的概要圖，其係在一螢幕上產生一全息的重建；圖2A描繪一範例的Gerchberg-Saxton類型的演算法的一第一疊代；圖2B描繪該範例的Gerchberg-Saxton類型的演算法的第二及後續的疊代；圖3A是一反射的LCOS SLM的概要圖；圖3B展示根據本揭露內容的一運算放大器的固有的電壓偏移；以及圖4展示一包括兩個單一灰階通道的實施例；圖5、6及7展示一例如是包含液晶的像素的光調變元件對於電壓的範例的響應；以及 圖8A、8B及8C展示在該些單一灰階通道之間的灰階分布的三個個別的例子。
相同的元件符號將會被使用在整個圖式，以指稱相同或類似的元件。
本發明並未受限於在以下敘述的實施例，而是延伸至所附的申請專利範圍的完整範疇。換言之，本發明可以用不同的形式來體現，因而不應該被解釋為受限於所述的實施例。
除非另有指明，否則一單數形的術語可以包含複數形。
一結構被敘述為形成在另一結構的一上方的部分/下方的部分之處、或是在其它結構之上/之下應該被解釋為包含其中該些結構彼此接觸的一情形、以及此外的其中一第三結構被設置在兩者之間的一情形。
在描述一時間關係中，例如是當事件的時間順序係被描述為"之後"、"後續"、"接著"、"之前"或類似者時，除非另有指明，否則本揭露內容應該被視為包含連續及非連續的事件。例如，除非例如是"就在"、"立即"或是"直接"的措詞被使用，否則該說明應該被視為包含一種不是連續的情形。
儘管該些術語"第一"、"第二"、等等在此可被使用來描述各種的元件，但這些元件並不受限於這些術語。這些術語只是被用來區別一元件與另一元件而已。例如，一第一元件可被稱為一第二元件，並且一第二元件類似地可被稱為一第一元件，而不脫離所附的申請專利範圍的範疇。
不同的實施例的特點可以部分或整體地彼此耦合或組合，並且可以各式各樣地與彼此相互操作。實施例可以彼此獨立地加以實行、或 是可以一起用相互依賴的關係來加以實行。
已經發現到的是具有可接受的品質的一全息的重建可以從一僅包含相關原始物體的相位資訊的"全息圖"來加以形成。此種全息的記錄可被稱為一只有相位的全息圖。實施例僅藉由舉例而有關於只有相位的全息術。換言之，在實施例中，該空間光調變器只施加一相位延遲的分布至入射光。在實施例中，由每一個像素所施加的相位延遲是多位準的。換言之，每一個像素可被設定一離散數目的相位位準中之一。該離散數目的相位位準可以從一大許多的調色板來加以選擇。
在實施例中，該電腦產生的全息圖是該物體的一傅立葉轉換以用於重建。在這些實施例中，其可以說成是該全息圖是該物體的一傅立葉域或頻域的表示。圖1是展示一實施例，其係利用一反射的SLM以顯示一只有相位的傅立葉全息圖，並且在一重播場產生一全息的重建。
一例如是雷射或雷射二極體的光源110被設置，以經由一準直透鏡111來照明該SLM 140。該準直透鏡使得光的一大致平面的波前入射在該SLM上。該波前的方向是偏離垂直的(例如，與該透明層的平面真正正交的偏離兩度或三度)。在其它實施例中，該大致平面的波前例如是利用一分光鏡而在垂直的入射下加以提供。在圖1所示的例子中，該配置使得來自該光源的光從該SLM的一反射的後表面被反射出，並且與一相位調變層相互作用以形成一離開的波前112。該離開的波前112被施加至包含一傅立葉轉換透鏡120的光學系統，此係使得其聚焦在一螢幕125之處。
該傅立葉轉換透鏡120是從該SLM接收一射束的相位調變的光，並且執行一頻率-空間的轉換以在該螢幕125之處產生一全息的重建。
光係入射橫跨該SLM的相位調變的層(亦即，相位調變元件的陣列)。離開該相位調變的層之經調變的光橫跨該重播場來加以分布。值得注意的是，在此類型的全息術中，該全息圖的每一個像素都貢獻至該整體的重建。換言之，在該重播影像上的特定點以及特定的相位調變的元件之間並沒有一種一對一的相關性。
在這些實施例中，該全息的重建在空間中的位置藉由該傅立葉轉換透鏡的光功率來加以決定。在圖1所示的實施例中，該傅立葉轉換透鏡是一物理透鏡。換言之，該傅立葉轉換透鏡是一光學傅立葉轉換透鏡，並且該傅立葉轉換係光學地加以執行。任何透鏡都可以作用為一傅立葉轉換透鏡，但是該透鏡的效能將會限制其所執行的傅立葉轉換的正確性。熟習技術者瞭解如何使用一透鏡以執行一光學傅立葉轉換。然而，在其它實施例中，該傅立葉轉換是藉由在該全息的資料中包含透鏡化資料而在計算上加以執行的。換言之，該全息圖包含代表一透鏡的資料、以及代表該物體的資料。在電腦產生的全息圖的領域中如何計算代表一透鏡的全息的資料是已知的。代表一透鏡的全息的資料可被稱為一軟體透鏡。一只有相位的全息的透鏡例如可以藉由計算由該透鏡的每一點因為其折射率以及空間上不同的光學路徑長度所引起的相位延遲來加以形成。例如，在一凸透鏡的中心處的光學路徑長度大於在該透鏡的邊緣處的光學路徑長度。一只有振幅的全息的透鏡可以藉由一菲涅耳波帶片來加以形成。在電腦產生的全息圖的技術中也已知的是如何結合代表一透鏡的全息的資料與代表該物體的全息的資料，因而一傅立葉轉換可以在不需要一物理傅立葉透鏡下加以執行。在實施例中，透鏡化資料係藉由簡單的向量相加來和該全息的資料 組合。在實施例中，一物理透鏡係被結合一軟體透鏡來加以使用，以執行該傅立葉轉換。或者是，在其它實施例中，該傅立葉轉換透鏡係完全被省略，使得該全息的重建係發生在遠場中。在另外的實施例中，該全息圖可包含光柵(grating)資料-亦即被配置以執行一例如是射束控制的光柵的功能之資料。同樣地，在電腦產生的全息圖的領域中已知的是如何計算此種全息的資料，並且將其與代表該物體的全息的資料結合。例如，一只有相位的全息的光柵可以藉由模型化在一閃耀(blazed)光柵的表面上的每一點所引起的相位延遲來加以形成。一只有振幅的全息的光柵可以單純地重疊在代表一物體的一只有振幅的全息圖上，以提供一只有振幅的全息圖的角度的控制。
一2D影像的一傅立葉全息圖可以用一些方式來加以計算出，其係包含利用例如是該Gerchberg-Saxton演算法的演算法。該Gerchberg-Saxton演算法可被用來從在空間域中的振幅資訊(例如一2D影像)導出在該傅立葉域中的相位資訊。換言之，相關於該物體的相位資訊可以從在空間域中的只有強度或是振幅的資訊加以"擷取"。於是，該物體的一只有相位的傅立葉轉換可被計算出。
在實施例中，一電腦產生的全息圖係從振幅資訊，利用該Gerchberg-Saxton演算法或是其之一變化而被計算出。當一光束分別在平面A及B中的強度橫截面IA(x,y)及IB(x,y)是已知的，並且IA(x,y)及IB(x,y)是藉由單一傅立葉轉換來關聯時，該Gerchberg Saxton演算法係求解該相位取出問題。在該些給定的強度橫截面下，分別在平面A及B中對於該相位分布的一近似ΨA(x,y)及ΨB(x,y)被找出。該Gerchberg-Saxton演算法藉由依循 一疊代的過程，來找出此問題的解決方案。
該Gerchberg-Saxton演算法係於反覆地在空間域以及傅立葉(頻譜)域之間轉換一代表IA(x,y)及IB(x,y)的資料集(振幅及相位)時，疊代地施加空間及頻譜的限制。該空間以及頻譜的限制分別是IA(x,y)及IB(x,y)。在該空間或頻譜域中的限制係被施加在該資料集的振幅之上。對應的相位資訊係透過一系列的疊代來加以擷取。
在實施例中，該全息圖係利用一基於該Gerchberg-Saxton演算法的演算法而被計算出，例如是在英國專利2,498,170或是2,501,112中所敘述者，該些英國專利係藉此以其整體被納入作為參考。
根據實施例，一基於該Gerchberg-Saxton演算法的演算法係擷取該資料集的傅立葉轉換的相位資訊Ψ[u,v]，其係產生一已知的振幅資訊T[x,y]。振幅資訊T[x,y]係代表一目標影像(例如是一照片)。該相位資訊Ψ[u,v]係被用來在一影像平面產生該目標影像的一全息的代表。
由於該振幅及相位係在傅立葉轉換中固有地加以組合，因此經轉換的振幅(以及相位)係包含有關計算出的資料集的正確性的有用的資訊。因此，該演算法可以提供有關該振幅以及相位資訊兩者的回授。
根據本揭露內容的實施例的一基於該Gerchberg-Saxton演算法之範例的演算法係在以下參考圖2來加以描述。該演算法是疊代且收斂的。該演算法係被配置以產生代表一輸入影像的一全息圖。該演算法可被用來決定一只有振幅的全息圖、一只有相位的全息圖、或是一完整複數的(complex)全息圖。在此揭露的例子係僅藉由舉例而有關於產生一只有相位的全息圖。圖2A係描繪該演算法的第一疊代，並且代表該演算法的核 心。圖2B係描繪該演算法的後續的疊代。
為了此說明之目的，該振幅及相位資訊係分開地被考量，儘管它們係固有地被組合以形成一複合的複數的資料集。參考圖2A，該演算法的核心可被視為具有一包括第一複數的資料的輸入、以及一包括一第四複數的資料的輸出。第一複數的資料係包括一第一振幅成分201以及一第一相位成分203。第四複數的資料係包括一第四振幅成分211以及一第四相位成分213。在此例子中，該輸入影像是二維的。因此，該振幅以及相位資訊是在該遠場影像中的空間的座標(x,y)的函數以及針對於該全息圖場的(u,v)的函數。換言之，在每一個平面的振幅及相位是在每一個平面的振幅及相位分布。
在此第一疊代中，該第一振幅成分201是全息圖正被計算的輸入影像210。在此第一疊代中，該第一相位成分203是一隨機的相位成分230，其係僅僅被使用作為用於該演算法的一開始點。處理區塊250係執行該第一複數的資料的一傅立葉轉換，以形成具有一第二振幅成分(未顯示)以及一第二相位資訊205的第二複數的資料。在此例子中，該第二振幅成分係被拋棄，並且被一藉由處理區塊252的第三振幅成分207所取代。在其它例子中，處理區塊252係執行不同的功能以產生該第三振幅成分207。在此例子中，該第三振幅成分207是一代表該光源的分布。第二相位成分205係藉由處理區塊254來加以量化，以產生第三相位成分209。該第三振幅成分207以及第三相位成分209係形成第三複數的資料。該第三複數的資料係被輸入到執行一逆傅立葉轉換的處理區塊256。處理區塊256係輸出具有該第四振幅成分211以及該第四相位成分213的第四複數的資料。該 第四複數的資料係被用來形成用於下一個疊代的輸入。換言之，第n個疊代的第四複數的資料係被用來形成第(n+1)個疊代的第一複數的資料集。
圖2B係展示該演算法的第二以及後續的疊代。處理區塊250係接收第一複數的資料，其係具有一從先前的疊代的第四振幅成分211所導出的第一振幅成分201、以及一對應於該先前的疊代的第四相位成分的第一相位成分213。
在此例子中，如同在以下所敘述的，該第一振幅成分201係從該先前的疊代的第四振幅成分211導出。處理區塊258係將該輸入影像210從該先前的疊代的第四振幅成分211減去，以形成第五振幅成分215。處理區塊260係藉由一增益因數α來縮放該第五振幅成分215，並且將其從該輸入影像210減去。此係藉由以下的方程式，在數學上加以表示：R n+1[x,y]=F'{exp(iψ n [u,v])} ψ n [u,v]=∠F{η．exp(i∠R n [x,y])} η=T[x,y]-α(|R n [x,y]|-T[x,y])其中：F'是逆傅立葉轉換；F是順向傅立葉轉換；R是重播場；T是目標影像；∠是角度的資訊；Ψ是該角度的資訊的量化的版本；ε是新的目標振幅，ε0；以及 α是一個~1的增益元件。
該增益元件α可以是固定的、或是可變的。在例子中，該增益元件α係根據進入的目標影像資料的尺寸及速率而被決定出。
處理區塊250、252、254及256係如同參考圖2A所述地運作。在最後的疊代中，一代表該輸入影像210的只有相位的全息圖Ψ(u,v)係被輸出。其可以說成是該只有相位的全息圖Ψ(u,v)係包括一在該頻率或傅立葉域中的相位分布。
在其它例子中，該第二振幅成分並未被拋棄。而是，該輸入影像210係從該第二振幅成分減去，並且該振幅成分的一倍數係從該輸入影像210減去，以產生該第三振幅成分307。在其它例子中，該第四相位成分並未被完全地回授，而是只有一與其在例如是前兩個疊代上的改變成比例的部分係被回授。
在實施例中，其係設置有一即時的引擎，其係被配置以接收影像資料，並且即時地利用該演算法來計算全息圖。在實施例中，該影像資料是一視訊，其係包括一序列的影像幀。在其它實施例中，該些全息圖係被預先計算出，被儲存在電腦記憶體中，並且視需要地被召回以用於顯示在一SLM上。換言之，在實施例中，其係提供有一預設的全息圖的儲存庫。
然而，實施例係僅藉由舉例而相關於傅立葉全息術以及Gerchberg-Saxton類型的演算法。本揭露內容係等同可應用於菲涅耳全息術、以及藉由其它例如是那些基於點雲方法的技術所計算出的全息圖。
本揭露內容可以利用一些不同類型的SLM的任一個來加以 實施。該SLM可以用反射或是透射來輸出空間調變的光。在實施例中，該SLM是一液晶覆矽(LCOS)SLM，但是本揭露內容並未受限於此類型的SLM。
一LCOS裝置係能夠用一小的孔徑來顯示大陣列的只有相位的元件。小的元件(通常是約10微米或是更小的)係產生一實際的繞射角度(幾度)，因而該光學系統並不需要一非常長的光學路徑。相較於一較大的液晶裝置的孔徑所將會是的，充分地照明一LCOS SLM的小的孔徑(幾平方公分)是較容易的。LCOS SLM亦具有一大的孔徑比，在像素之間係有著非常小的無效空間(因為用以驅動它們的電路係被埋入在該些反射鏡之下)。這是一項重要的議題，以降低在該重播場中的光學雜訊。利用一矽背板係具有該些像素是光學平坦的優點，其對於一相位調變的裝置而言是重要的。
一合適的LCOS SLM係在以下僅藉由舉例來參考圖3A加以描述。一LCOS裝置係利用單晶矽基板302來加以形成。其係具有一被配置在該基板的上表面上的2D陣列的方形平面的鋁電極301，該些電極301係以一間隙301a來間隔開。該些電極301的每一個可以經由埋入在該基板302中的電路302a來加以定址。該些電極的每一個係形成一個別的平面的反射鏡。一對準層303係被設置在該陣列的電極上，並且一液晶層304係被設置在該對準層303上。一第二對準層305係被設置在該液晶層304上，並且一例如是玻璃的平面的透明層306係被設置在該第二對準層305上。例如是ITO的單一透明的電極307係被設置在該透明層306以及該第二對準層305之間。
該些方形電極301的每一個係和該透明的電極307以及該介 於中間的液晶材料的覆蓋的區域一起界定一可控制的相位調變的元件308，其通常被稱為一像素。考量在像素之間的間隙301a下，有效的像素區域或是填充因數是總像素中係光學主動的百分比。藉由控制相對於該透明的電極307而被施加至每一個電極301的電壓，該個別的相位調變元件的液晶材料的性質可被改變，藉此以提供一可變的延遲給入射於其上的光。其功效係用以提供只有相位的調變至該波前，亦即沒有振幅的功效發生。
所述的LCOS SLM係以反射來輸出空間調變的光，但是本揭露內容係等同可應用於一透射的LCOS SLM。反射的LCOS SLM係具有信號線、閘極線以及電晶體是在該反射的表面之下的優點，此係產生高的填充因數(通常大於90%)以及高的解析度。利用一反射的LCOS空間光調變器的另一優點是相較於若一透射裝置被使用所將會必要有的厚度，該液晶層可以是一半的厚度。此係大為改善該液晶的切換速度(用於移動的視訊影像的投影的一關鍵點)。
本發明人已經提出有用於一例如是LCOS裝置的顯示裝置的一改善的驅動解決方案。實施例係僅藉由舉例來參照到一LCOS顯示裝置。本揭露內容係可應用於任何需要複數個類比灰階電壓以提供複數個灰階的顯示裝置。實施例係僅藉由舉例來參照到一提供128個灰階的驅動解決方案。本揭露內容係可應用於任意數目的灰階。
其係提出有一種補償或調整用於在該LCOS數位至類比轉換器中的電壓偏移變化的方法。本揭露內容的LCOS背板設計是每一電壓位準包括一數位至類比轉換器。每一個DAC係需要一運算放大器，其係一 起形成一DAC/運算放大器的對(亦即信號處理器)。每一個運算放大器將會遭受到一隨機的偏移電壓，此係降低電壓位準可被設定所在的精確度。在所有的情形中，該DAC係具有比在該系統中的灰階更多的位元。
本發明人係在此揭示用於個別地補償該128個灰階通道的每一個的運算放大器所遭受到的電壓偏移的方法。實施例係使用一切換電路以使得該128個輸出電壓的每一個能夠經由該切換電路而被指定路由至一其中線性及效能係被量測的輸出接腳。這些量測可以結合目標的灰階電壓來加以利用，以最小化該電壓誤差。每一個相位位準的電壓正確性對於只有相位的全息的系統而言是特別重要的，因為該電壓誤差是一相位誤差，其係在該影像中表現自身為隨機的雜訊。
值得注意的是，本揭露內容係有關於一種裝置，其中係設置有一信號處理器，其係包括用於每一個灰階通道的一DAC/運算放大器的對。每一個DAC/運算放大器的對只提供一輸出。明確地說，每一個DAC/運算放大器的對係唯一地專用於在任一時間，尤其是在一給定的顯示時間間隔(例如是幀或子幀)只提供一灰階電壓。因此，其可被理解為每一個DAC/運算放大器的對係提供對應於複數個灰階中之一的單一灰階電壓。因此，本揭露內容係有關於利用對應的複數個DAC/運算放大器的對，來提供複數個單一灰階通道。例如，若該驅動電路需要產生128個灰階時，則將會有128個對應的灰階通道的128個DAC/運算放大器的對。
圖3B係描繪相對於二進位輸入的電壓輸出。一理想的DAC/運算放大器的對的響應係藉由線370來加以表示。然而，由於在該運算放大器的製程上的缺陷，根據本揭露內容的一DAC/運算放大器的對實際係具 有一如同由線360所代表的響應。一電壓偏移350係被展示在該y軸上。該電壓偏移350係表示每一個對於該灰階通道的二進位輸入並不會產生所預期的電壓輸出。再者，每一個運算放大器係具有一容限，其係表現自身為一在該電壓輸出上的容限。在某些應用中，此在該電壓輸出上的容限是完全可接受的。然而，此容限對於某些在此揭露的應用而言並非可接受的。
在某些實施例中，該顯示裝置係包括複數個調變光的像素，其中每一個調變光的像素係被配置以調變光一個量，該量係藉由一橫跨該像素的主動元件(例如是液晶)所施加的電壓所決定的。
在某些實施例中，該顯示裝置係包括複數個像素，其係可以根據個別複數個類比驅動電壓而運作在複數個灰階，其中每一個像素係選擇性地可連接至該複數個單一灰階通道的任何單一灰階通道的輸出。在某些實施例中，該像素係包含液晶。在某些實施例中，每一個像素係被配置以調變通過該像素的光的一參數，其中每一個灰階是一調變位準。在某些實施例中，該參數是相位，並且每一個調變位準是一相位延遲的位準。在某些實施例中，該像素係被配置以運作為個別且獨立的相位調變器，選配的是液晶相位調變器。
液晶作為一相位調變器的使用係廣為理解的，然而較不眾所周知的是相位調變的正確性係直接反應在該影像品質，尤其是在對比上。例如，對於一只有相位的全息的顯示器而言，達成產生該相位調變的液晶的精確的電壓控制是最為重要的。此電壓精確度係需要一具有大量位元的數位至類比轉換器，並且因而對於任何給定的電壓範圍都需要大量的電壓步階。例如，在某些實施例中，在該輸入處接收到的數位信號是一8位元 的二進位信號。若一特定的LCOS背板設計係每一灰色/相位位準使用一DAC，則和其相關的將會是一運算放大器電路，以改善該負載驅動的功能。在某些實施例中，每一個像素係需要一高達5V的電壓。例如，若128個均勻間隔開的灰階是所需的話，則該些灰階電壓應該被分開約40mV。作為該運算放大器特徵的部分的偏移電壓的變化並無法被保證，並且可能是在+/-100mV的範圍內。若小於100mV的精確度是所需的話(此是針對於128灰階而言)，則使用此方法是不可行的。然而，本發明人已經解決此問題，使得一DAC/運算放大器的對可以在所需的電壓精確度下被使用於每一個灰階。
圖4係展示一實施例，其係包括一第一單一灰階通道410以及一第二單一灰階通道420。圖4係僅藉由舉例來展示兩個單一灰階通道。可以理解到的是，本揭露內容係延伸到任意複數個單一灰階通道，例如是128個。如上所述，每一個單一灰階通道係被用來提供一電壓位準以將一顯示裝置的像素驅動在複數個離散的灰階中之一。第一單一灰階通道410係包括一第一輸入412以及第一輸出418。該第一輸入412以及第一輸出418係藉由一第一DAC 414以及第一運算放大器416來串聯連接。第一DAC 414以及第一運算放大器416係全體構成一第一信號處理器。第二單一灰階通道420係包括一第二輸入422以及第二輸出428。該第二輸入422以及第二輸出428係藉由一第二DAC 424以及第二運算放大器426來串聯連接。第二DAC 424以及第二運算放大器426係全體構成一第二信號處理器。該第一輸出418以及第二輸出428係連接至切換電路430，該切換電路430係接著連接至一輸出一回授參數445的校準子系統或電路440。
例如，第一輸入412可以是十六進位的信號0100h。第一DAC 414係轉換此數位信號成為類比的，並且第一運算放大器416係提供適當的驅動功能。在信號處理技術中已知的是如何為此目的來配置一DAC以及運算放大器，因而在此不需要進一步說明。也為已知的是一運算放大器可以納入其它構件及/或電路，以便於改變或調諧該運算放大器的電壓偏移。例如，已知的是一運算放大器可以包含一輸入電壓偏移。該第一輸出418係提供一電壓，其係被配置以將該顯示裝置的一或多個像素驅動在一第一灰階。
同樣地，第二輸入422可以是十六進位的信號0101h。DAC 424係轉換此數位信號成為類比的，並且運算放大器426係提供適當的放大。該第二輸出428係提供一電壓，其係被配置以將該顯示裝置的一或多個像素驅動在一第二灰階。
因此，該第一輸出418是用於該顯示裝置的一第一灰階電壓。該第二輸出428因此是用於該顯示裝置的一第二灰階電壓。可以理解的是，在該些灰階電壓之間的電壓差可以如何被選擇來用於該特定的顯示裝置。更明確地說，在第一輸出418以及第二輸出428之間的電壓差450可以根據該顯示裝置的工作參數來加以選擇。在實施例中，128個灰階(因此，128個單一灰階通道)係被設置，並且在相鄰的灰階(例如灰階0100h及灰階0101h)之間的電壓差450可以是幾mV。可以理解的是，該顯示裝置的全工作電壓範圍可以如何在該些灰階之間被分割，例如是均勻地分割。
切換電路430係被配置以依次接收該些單一灰階通道的每一個電壓輸出，以作為一校準過程的部分。校準子系統或電路440係接收 及分析來自切換電路430的每一個接收到的電壓輸出。尤其，校準子系統或電路440可以比較一接收到的電壓輸出與針對於該灰階的一參考電壓。例如，該參考電壓可以代表針對於該灰階的一目標電壓。一查找表可被用來根據對應的輸出電壓以決定用於每一個單一灰階通道的運算放大器的一回授參數。該回授參數係直接或間接影響或決定該運算放大器的偏移電壓。在實施例中，該回授參數是該運算放大器或是運算放大器電路的一參數。此項技術中已知的是一運算放大器可以如何具有調諧該運算放大器的特性之相關的構件，例如是電阻器。該運算放大器以及其相關的構件可以被視為形成一運算放大器電路。在實施例中，該回授參數是該運算放大器或是運算放大器電路的一電性構件的值。例如，該回授參數可以是一電壓(例如是用於該運算放大器的一端子的一電壓)、或是一電阻(例如是構成該運算放大器電路的部分的一可變電阻器的值)。可以理解的是，該切換電路以及校準子系統或電路因此可以如何被用來根據從單一灰階通道接收到的電壓輸出與一參考電壓的比較並且利用該回授參數，以確保每一個單一灰階通道係提供正確的電壓輸出。例如，若來自單一灰階通道的電壓輸出下降時，則可以在該查找表中識別一不同的回授參數，其係具有調整相關的運算放大器的偏移電壓以便於增高該灰階電壓的功效。換言之，該回授參數係被用來對於每一個灰階通道細微調諧或校準該運算放大器的偏移電壓。如上參考圖3B所述的，由於每一個單一灰階通道的運算放大器都可能遭受到一與其它灰階通道的運算放大器不同的電壓偏移，因此用於每一個灰階通道的運算放大器之個別的校準係補償由運算放大器所遭受到的隨機的偏移電壓。因此，可以理解到的是，實施例係提供一種藉由自我校準一驅動電路 以及顯示裝置的對，來個別地補償由一灰階通道的的每一個運算放大器所遭受到的隨機偏移電壓的方法。例如，此校準過程可以只在第一次開機之際被執行一次、每次該裝置被開機時都加以執行、及/或在適當的更新點加以執行、及/或在操作期間週期性地加以執行。因此，該驅動電路的每一個灰階可以個別地加以校準。
因此，其係提出有一種包含一顯示裝置之系統，該顯示裝置係包括一驅動電路，該驅動電路係包括：複數個單一灰階通道，其中每一個單一灰階通道係包括一輸入、一輸出、以及一連接在該輸入與輸出之間的信號處理器，其中每一個處理器係被配置以轉換一在該輸入處接收到的數位信號成為一在該輸出處的類比電壓，並且其中每一個信號處理器係包括一數位至類比轉換器"DAC"、以及一具有一電壓偏移的運算放大器"op-amp"；一切換電路，其係連接至每一個單一灰階通道的該輸出，其中該切換電路係被配置以可切換地接收該複數個單一灰階通道的每一個單一灰階通道的該類比電壓；一校準子系統，其係連接至每一個運算放大器，其中該校準子系統係被配置以從該切換電路接收每一個類比電壓，並且根據針對於該灰階通道的該接收到的類比電壓來個別地補償每一個運算放大器的該電壓偏移。該子系統可以是一電路。該子系統可以是在該顯示裝置的該背板的內部或外部。
在替代的實施例中，另一種個別地補償由一灰階通道的每一個運算放大器所遭受到的隨機的偏移電壓的方法係被利用。尤其，每一個DAC/運算放大器的對的電壓輸出係在複數個二進位輸入處加以量測(參見，例如是在圖3B中的V1、V2...V6)。這些量測係以每一灰階地被分析 以及儲存在一查找表中、或是被用來計算一近似演算法。換言之，對於每一個單一灰階通道而言，該電壓輸出係在複數個二進位輸入處加以量測，並且該些量測到的值係被儲存。該些被儲存的量測係代表包括每一個單一灰階通道的DAC/運算放大器的對之信號處理器的特定的電壓或輸出響應。每一個灰階通道的電壓響應可以被分析以及用來提供針對於該灰階通道的正確的灰階電壓。因此，當一特定的電壓是所需時，所需的二進位輸入係被查找(或是計算出)，並且該正確的電壓係被供應至該顯示裝置背板。此校準過程(其係包括分析響應於複數個二進位輸入的電壓輸出的量測以決定橫跨一操作範圍的輸出響應)是每一件所需的。換言之，此校準過程係在每一個單一灰階通道上加以實行。圖3B係僅藉由舉例來展示呈現一線性響應的一範例的DAC/運算放大器的對。可以理解的是，每一個DAC/運算放大器的對都可以呈現任意類型的響應，例如是包含一非線性響應。在實施例中，該校準子系統或電路440係包含一類比至數位轉換器(ADC)、以及一比較器，其係被配置以比較該ADC的輸出與對應的DAC的二進位輸入。這些構件可以是在該背板的外部或內部的。
因此，可以理解到的是在某些實施例中，該校準子系統係被配置以個別地決定每一個單一灰階通道對於複數個數位輸入的該輸出響應，並且對於每一個單一灰階通道，根據該單一灰階通道的該個別地決定的輸出響應來決定在該輸出處達成每一個類比驅動電壓所需的該數位輸入。每一個單一灰階通道的該輸出響應都可以藉由任意的手段來加以決定。在某些實施例中，該校準子系統係被配置以藉由量測每一個單一灰階通道對於複數個數位輸入的該輸出響應，來個別地決定每一個單一灰階通 道的該輸出響應。在某些實施例中，該校準子系統係被配置以在該單一灰階通道的量測到的輸出響應之間進行內插。
圖5係展示一液晶對於電壓VLC的一第一範例的響應。在某些實施例中，該像素對於類比電壓的響應係被量測。在其它實施例中，該像素的灰階響應例如是該顯示裝置的由一製造商所界定的一效能特徵。許多液晶並不響應於小於0.7V的電壓。例如亦可從圖5看出的是，為了提供均等間隔開的灰階，所需的對應的電壓並不一定是均等間隔開的。圖5係僅藉由舉例來展示四個灰階。在某些實施例中，128個灰階是所需的，但本揭露內容同樣是等同可應用於任意數目的灰階。藉由瞭解到該液晶的響應以及每一個DAC/運算放大器的對的響應，達成每一個所需的(例如是均勻間隔開的)灰階所需的二進位輸入可以針對於每一個單一灰階通道來加以決定。
在某些實施例中，該校準子系統係被配置以根據該些像素對於類比電壓的灰階響應來選擇該複數個灰階，並且根據該些像素的灰階響應來決定該些像素達成個別的複數個灰階所需的複數個類比驅動電壓。該些灰階可以根據應用需求而具有在一範圍的灰階值內的一預設的分布(例如是在灰階之間的間隔)。在某些實施例中，該複數個灰階係在每一個像素的一較低的灰階以及一較高的灰階之間均勻地間隔開的，選配的是在每一個像素的一最小的灰階以及一最大的灰階之間均勻地間隔開的。然而，本揭露內容並未在此方面受到限制，因而該些灰階例如可以是不均勻地間隔開的。
圖6係展示一液晶系統對於電壓VLC的一第二範例的響應。 同樣地，達成均勻地間隔開的灰階所需的電壓可加以決定，並且與每一個DAC/運算放大器的對的量測到的特性相關聯以提供一查找表。在某些實施例中，該液晶的響應特性係動態可改變的(例如是可以在顯示期間加以操縱)。此被達成是因為在實施例中，每一個單一灰階通道係在一範圍上加以校準。在某些實施例中，每一個單一灰階通道係在其完整的工作範圍上完全地加以校準。
圖7係展示一液晶系統對於電壓VLC的一第三範例的響應。此第三範例的響應係與該第一範例的響應實質相反的。對於一只有相位的影像而言，反轉該液晶響應將會垂直地翻轉該影像。
根據以上的替代實施例，一種用於驅動一液晶為基礎的顯示器之方法係使用一種兩個階段的校準過程。一第一階段係根據一液晶系統的響應來選擇複數個離散的灰階。所選的離散的灰階可以是均勻地間隔開的。該液晶系統的灰階響應可加以量測、或是用其它方式獲得的(例如是來自製造商的資料)。根據該像素響應，該過程係決定該些液晶像素達成所選的複數個灰階的每一個灰階所需的複數個類比驅動電壓。在一第二階段中，該過程係針對於每一個灰階通道個別地決定包括一DAC/運算放大器的對之信號處理器對於複數個二進位輸入電壓的輸出響應。該過程係分析每一個灰階通道的所決定的輸出響應，並且決定提供藉由該第一階段所決定的複數個類比驅動電壓所需的對應的二進位輸入。尤其，該第二階段係針對於每一個灰階通道關聯該信號處理器的輸出響應以及來自該第一階段的液晶系統響應，並且接著針對於每一個灰階通道決定提供該複數個類比驅動電壓所需的二進位輸入電壓，以達成用於該液晶系統的複數個灰階的每 一個灰階。因此，每一個灰階通道係橫跨一例如是0到5或6V的操作電壓範圍而被校準。針對於每一個灰階通道，該複數個灰階所需的二進位輸入電壓可被儲存在一查找表中。因此，每一個灰階通道係能夠利用來自該查找表的對應的二進位輸入以提供一對應於該複數個離散的灰階的任一個的輸出電壓，並且產生與其它灰階通道實質相同的像素響應。因此，該方法係個別地補償該多個灰階通道的運算放大器所遭受到的隨機的偏移電壓。該方法係針對於對應所選的複數個離散的灰階(例如是均勻地間隔開的灰階)的複數個電壓位準來補償在不同的灰階通道的響應上的變化。因此，該方法係達成對於由不同的灰階通道所提供的類比輸出電壓的一致的像素響應。
根據替代實施例的方法可以藉由如同在圖4中所示的一切換電路430以及一校準子系統440來加以執行。尤其，切換電路430可被配置以依次接收每一個單一灰階通道的響應於複數個二進位輸入電壓的每一個的電壓輸出。該校準子系統440可包含任何適當的處理系統，其係被配置以根據該方法來接收及分析來自該切換電路430的電壓輸出。尤其，該校準子系統430可以針對於每一個灰階通道來決定該信號處理器的輸出響應，並且關聯每一個信號處理器的響應以及該液晶系統的響應。該校準子系統430可以執行量測以決定該液晶系統的響應，選擇複數個離散的灰階並且決定對應的類比驅動電壓、或是從別處(例如是一外部的系統、或是一內部的資料儲存處)獲得此種資料。因此，該校準子系統430可以產生一查找表(或是等同的演算法)，其可被利用以識別每一個灰階通道提供正確的類比輸出電壓位準所需的二進位輸入電壓，以將該特定的顯示裝置的像素 驅動在所選的複數個離散的灰階的每一個灰階。在操作上，該校準子系統430或是該驅動器的其它適當的構件可以使用該查找表(或是演算法)以提供一回授參數445給每一個灰階通道，其中該回授參數445係指出用於目前被指定給該灰階通道的灰階所需的二進位輸入。因此，該校準子系統440係能夠個別地控制每一個灰階通道以驅動該顯示裝置，來補償如同在此所述的變化。
在實施例中，在該液晶中的黏度變化係藉由根據溫度來動態地改變該液晶對於電壓的響應來加以補償，以確保灰階的完全範圍(例如一整個2π相位)是可達成的。在其它實施例中，該響應係根據用於調變的入射光的色彩來加以改變。
在某些實施例中，該系統係被配置以改變該些像素的灰階響應，並且重複該些單一灰階通道的個別的校準，以補償因此所遭受到的如上所述的隨機的偏移電壓。在某些實施例中，該些像素的灰階響應係藉由改變該像素的調變光的元件(亦即該像素的內部的一改變)來加以調整。
在某些實施例中，一灰階係被指定到每一個單一灰階通道，並且每一個單一灰階通道達成該個別被指定的灰階所需的數位輸入係被建立。一查找表可被用來記錄此資訊。例如，若所決定的是灰階64係所需的，則該查找表將會識別哪一個單一灰階通道(例如通道12)已經被指定灰階64，並且取出通道12達成灰階64所需的數位輸入(例如0101h)。通道12的輸出係接著被施加至需要灰階64的該像素(或甚至是多個像素)。在某些實施例中，灰階至灰階通道的指定可以是固定的，因而每一個單一灰階通道總是提供一輸出電壓以將一顯示裝置的像素驅動在複數個離散的灰階的 一特定的灰階處。在其它實施例中，如同在以下敘述的，灰階至灰階通道的指定可以在顯示的時間間隔之間動態地加以改變。在其中灰階至灰階通道的指定可加以改變的實施例中，灰階的指定係在一顯示的時間間隔(例如是一子幀或幀)的持續期間維持固定的。
圖8A、8B及8C係展示根據某些實施例的驅動電路的範例的光電的響應。更明確地說，圖8A、8B及8C係展示複數個灰階通道是如何可被用來提供個別的複數個灰階，例如是相位位準。圖8A係展示一第一種配置，其中第一通道係提供最低的灰階，並且每一個後續的通道係提供下一個灰階。因此，最後一個通道係提供最高的灰階。圖8B及8C係展示個別的第二及第三配置，其中連續的通道係大致提供下一個灰階，但是最低的灰階通道並不在任一極限處。於是，在該灰階分布中有一不連續性。可以說成是，在該些通道之間的一灰階的環繞的分布係被提供。
在某些實施例中，該方法係包括改變在該些通道之間的灰階的分布。可以說成是，該方法係包括移動、改變或是變化(包含動態地變化)在該環繞的分布中的不連續性。在某些實施例中，在該些通道之間的灰階分布係在顯示期間(例如，在一序列的幀的幀之間)被改變。在其它實施例中，每一個幀係由相同或實質相同的子幀(例如是因為該顯示裝置需要一更新)所構成、或是包括相同或實質相同的子幀，並且該分布係在子幀之間被改變。換言之，在某些實施例中，該分布係在顯示期間動態地被改變。可以說成是，該方法係包括在顯示期間改變在該些單一灰階通道之間的灰階的指定。本發明人已經識別出藉由動態地改變在該些單一灰階通道之間的灰階分布所引入的隨機性係在該影像中提供一去斑的功效。此隨機性係足 以至少部分地補償雷射光斑的隨機性。因此，其係提出有一種降低光斑的計算的方法。因此，一改善的影像係被提供。在某些實施例中，該些像素是相位調變的像素，並且該些灰階例如是在該範圍0到2π中的相位值。在某些實施例中，在該些通道之間的相位延遲的分布係動態地被改變(例如是被來回地移位π/2)，以便於降低在該影像中由光斑所引起的雜訊。
在某些實施例中，一查找表係被設置，其係主導哪個通道係被用來提供每一個灰階、以及每一個通道達成被指定的灰階所需要的何種數位輸入。該查找表可以根據來自該校準過程的分析而被產生，並且在該驅動方法的操作期間被使用。
於是，用於驅動一利用複數個灰階通道的顯示裝置之方法係被提出。每一個灰階通道係包括一信號處理器，其係提供在一用於驅動該顯示器的像素在複數個離散的灰階中之一灰階處的電壓位準的一輸出電壓。該方法係藉由一校準過程來補償在不同的灰階通道中的隨機的變化，尤其是在具有一DAC/運算放大器的對的一信號處理器中的一運算放大器的電壓偏移上的隨機的變化。實施例係分析每一個灰階通道的一或多個類比電壓輸出。校準可以根據該分析來加以執行。在某些實施例中，該分析係針對於一灰階通道來比較一類比輸出電壓與一參考電壓(例如目標電壓)。在這些實施例中，該方法係利用一回授參數來個別地校準每一個灰階通道，該回授參數係改變其之一電性構件的一值。因此，每一個經校準的灰階通道係提供用於該對應的灰階的一目標電壓輸出。在其它實施例中，該分析係決定每一個灰階通道對於橫跨其之一操作範圍的複數個數位輸入的輸出響應。根據該輸出響應，該分析係進一步決定達成對應於複數個灰 階中的一或多個的一目標類比輸出電壓所需的一數位輸入。該複數個灰階可以根據該像素(例如液晶)的響應來加以選擇，並且該對應的類比輸出電壓係從其來加以決定。因此，實施例係將每一個灰階通道的響應關聯至該灰階像素的響應。由於每一個灰階通道係橫跨一範圍的電壓而被校準，因此其可以在任一時間被指定到該複數個灰階的任一個。因此，灰階的指定可以動態地加以改變以引入一隨機性，其係至少部分地補償雷射光斑。再者，當灰階的指定係動態地被改變時，該些不同的灰階通道係提供針對於相同的灰階產生一致的像素響應的電壓。
可以理解的是，本揭露內容係提供補償單一灰階通道的一信號處理器的一運算放大器的電壓偏移之技術，以減輕和由不同的運算放大器由於隨機的變化所遭受到的電壓偏移的變化相關的缺點。於是，在此所述的實施例可能並未消除和每一個運算放大器相關的一電壓偏移，而是可以補償在該些信號處理器(以及因此的該多個灰階通道)之間的電壓偏移上的變化的影響。尤其，實施例目標是操作每一個單一灰階通道以提供一盡可能接近針對於被指定到該通道的灰階之所要或是目標的電壓的類比輸出電壓。該術語"補償該電壓偏移"應該根據以上的內容而被理解，因而其意義並不限於消除或降低一信號處理器的一運算放大器所遭受到的一電壓偏移。
在實施例中，該空間光調變器是一只有相位的空間光調變器。這些實施例係有利的，因為沒有光學能量係由於調變振幅而損失。於是，一種有效率的全息的投影系統係被提出。然而，本揭露內容可以等同地被實施在一只有振幅的空間光調變器、或是一振幅及相位調變器上。可 以理解的是，該全息圖將會相應的是只有相位的、只有振幅的、或是完整複數的。
在實施例中，該光源是一雷射。在實施例中，該偵測器是一光檢測器。在實施例中，該螢幕是一漫射器。本揭露內容的全息的投影系統可被用來提供一改善的抬頭顯示器、或是頭戴式顯示器。在實施例中，其係提供有一種包括該全息的投影系統的運載工具。
儘管實施例的群組已經大部分是個別地加以揭露，但是任何實施例或是實施例的群組的任何特點都可以和任何實施例或是實施例的群組的任何其它特點或是特點的組合來加以組合。換言之，在本揭露內容中所揭露的特點的所有可能的組合及排列都被設想到。
該全息的重建的品質可能會受到所謂的零階問題的影響，該零階問題是利用一像素化的空間光調變器的繞射本質的一結果。此種零階的光可被視為"雜訊"，並且例如包含鏡面反射的光、以及其它來自該SLM的非所要的光。
在傅立葉全息術的例子中，此"雜訊"係被聚焦在該傅立葉透鏡的焦點處，其係在該全息的重建的中心處導致一以該"DC斑點"著稱的亮的斑點。該零階的光可以單純地被阻擋掉，然而此會表示用一暗的斑點來取代該亮的斑點。實施例係包含一角度選擇的濾波器，以僅移除該零階的準直的光線。實施例亦包含在歐洲專利2,030,072中所敘述的管理零階的方法，該歐洲專利係藉此以其整體被納入作為參考。
儘管在此所述的實施例係包含在該空間光調變器上每幀顯示一全息圖，本揭露內容係絕不受限於在此方面，因而超過一全息圖可以 在任一時間被顯示在該SLM之上。例如，實施例係實施"拼接(tiling)"的技術，其中該SLM的表面積係進一步分割成為一些拼塊(tile)，該些拼塊的每一個係用一類似或相同於原始的拼塊的相位分布之相位分布來加以設定。因此，相較於若是該SLM的整體被配置的區域被使用作為一大的相位圖案的話，則每一個拼塊係具有一較小的表面積。在該拼塊中的頻率成分的數目越小，並且分別拼塊的數目越大，則當該影像被產生時，被重建的像素係被分開的更開。該影像係在零階繞射之內被產生，並且較佳的是一階及更高階係被位移足夠遠的，因而並不和該影像重疊，並且可以藉由一空間的濾波器來加以阻擋。
如同在以上所提及的，藉由此方法(不論是否利用拼接)所產生的全息的重建係包括形成影像像素的斑點。所用的拼塊的數目越高，則這些斑點會變得越小。若吾人舉一無限的正弦波的一傅立葉轉換的例子，則單一頻率係被產生。此係最佳的輸出。實際上，若只是一拼塊被使用，則此係對應於一正弦波的單一週期的一輸入，其中一個零的值係延伸在從該正弦波的末端節點至無窮大的正及負的方向上。並非是單一頻率從其傅立葉轉換被產生，而是主要的頻率成分以及在其兩側上的一系列的相鄰的頻率成分係被產生。拼接的使用係降低這些相鄰的頻率成分的振幅，並且直接由於此的關係，較少干涉(建設性或是破壞性的)係發生在相鄰的影像像素之間，藉此改進該影像品質。較佳的是，每一個拼塊是一整個拼塊，儘管實施例有使用一拼塊的部分。
在此揭露的例子中，三個不同的色彩光源以及三個對應的SLM係被用來提供複合的色彩。這些例子可被稱為空間分開的色彩"SSC"。 在本揭露內容所包含的一變化中，每一個色彩的不同的全息圖係被顯示在同一個SLM的不同的區域上，並且接著組合以形成複合的彩色影像。然而，熟習技術者將會理解到本揭露內容的至少某些裝置及方法係等同可應用於其它提供複合的彩色全息的影像的方法。
這些方法中之一係以幀順序的色彩"FSC"著稱的。在一範例的FSC系統中，三個雷射係被使用(紅光、綠光以及藍光)，並且每一個雷射係被連續地發射在單一SLM之處，以產生視訊的每一個幀。該些色彩係以一足夠快速的速率循環(紅色、綠色、藍色、紅色、綠色、藍色、依此類推)，使得人類觀看者從該三個雷射的一組合看到一多色的影像。因此，每一個全息圖是特定色彩的。例如，在一每秒25幀的視訊中，第一幀將會是藉由發射該紅光雷射一秒的1/75，接著該綠光雷射將會被發射一秒的1/75，並且最後該藍光雷射將會被發射一秒的1/75來加以產生的。下一個幀係接著被產生，其係以該紅光雷射來開始、依此類推。
FSC方法的一優點是該整個SLM係被使用於每一個色彩。此係表示所產生的三個色彩的影像的品質將不會受損，因為在該SLM上的所有像素係被使用於該色彩的影像的每一個。然而，該FSC方法的一缺點是所產生的整體的影像將不會和藉由該SSC方法所產生的一對應的影像一樣亮的，而大約為其三分之一，因為每一個雷射只被利用三分之一的時間。此缺點可以潛在地藉由過驅動該雷射、或是藉由利用更強的雷射來加以解決，但是此將會需要使用更大功率，將會牽涉到較高的成本並且將會使得該系統較不為小型的。
該SSC方法的一優點是該影像係較亮的，因為所有的三個 雷射都同時被發射。然而，若由於空間限制的關係，只使用一SLM是所需的時候，則該SLM的表面積可被分成三個部分，其實際上係作用為三個個別的SLM。此的缺點是每一個單一色彩的影像的品質係被降低，因為每一個單色的影像可利用的SLM表面積係減少。因此，該多色影像的品質係相應地被降低。可利用的SLM表面積的減少係表示在該SLM上較少的像素可被利用，因此降低該影像的品質。該影像的品質係被降低，因為其解析度係被降低。
例子係描述利用可見光來照明該SLM，但是熟習技術者將會理解到該些光源以及SLM可以等同地被用來如同在此所揭露地導引例如是紅外光或紫外光。例如，為了提供資訊給使用者之目的，熟習技術者將會知道用於轉換紅外光以及紫外光成為可見光的技術。例如，本揭露內容係延伸至利用磷光體及/或量子點的技術。
在此所述的方法及過程可被體現在一電腦可讀取的媒體上。該術語"電腦可讀取的媒體"係包含一被配置以暫時或永久地儲存資料的媒體，例如隨機存取記憶體(RAM)、唯讀記憶體(ROM)、緩衝記憶體、快閃記憶體、以及快取記憶體。該術語"電腦可讀取的媒體"亦應該被視為包含任何的媒體、或是多個媒體的組合，其係能夠儲存用於藉由一機器執行的指令，使得該些指令當藉由一或多個處理器執行時，其係使得該機器執行在此所述的方法中的任一或多個的整體或是部分。
該術語"電腦可讀取的媒體"亦包含雲端為基礎的儲存系統。該術語"電腦可讀取的媒體"係包含但不限於一或多個具有一固態的記憶體晶片、一光碟、一磁碟片、或是其之任何適當的組合的範例的形式之實 體且非暫態的資料儲存庫(例如，資料磁碟區)。在某些範例實施例中，用於執行的指令可以藉由一載體媒體來加以傳遞。此種載體媒體的例子係包含一暫態的媒體(例如，一傳遞指令的傳播的信號)。
本揭露內容的特點係被闡述在以下。
一種包括一驅動電路的顯示裝置以及對應的方法係被提出。該驅動電路係包括複數個單一灰階通道，其中每一個單一灰階通道係包括一輸入、一輸出、以及一連接在該輸入與輸出之間的信號處理器。每一個信號處理器係被配置以轉換一在該輸入處接收到的數位信號成為一在該輸出處的類比電壓，並且包括一數位至類比轉換器"DAC"以及一具有一電壓偏移的運算放大器"op-amp"。一切換電路係連接至每一個單一灰階通道的輸出，其中該切換電路係被配置以可切換地接收該複數個單一灰階通道的每一個單一灰階通道的該類比電壓。一校準子系統或電路係從該切換電路接收每一個類比電壓，並且根據針對於該灰階通道的該接收到的類比電壓來個別地校準每一個運算放大器的該電壓偏移。該校準子系統可被配置以例如是藉由比較單一灰階通道的每一個類比電壓與一對應的參考電壓，來分析該些類比電壓。校準可以根據該分析來加以執行。
在實施方式中，該校準子系統或電路可被配置以藉由個別地選擇用於每一個運算放大器的一回授參數，來個別地校準每一個運算放大器的該電壓偏移。一查找表可加以設置，其係根據由該切換電路接收到的該對應的類比電壓來識別用於每一個運算放大器的該回授參數。該回授參數可以是該運算放大器的一電性構件的值、或是在該相關的運算放大器電路中的一電性構件的值。
每一個單一灰階通道係提供單一灰階電壓。在例子中，其係有分別提供128個灰階電壓的128個單一灰階通道。
該顯示裝置可以是一空間光調變器，例如是一液晶覆矽"LCOS"的空間光調變器。
其係提出有一種用於校準一具有背板的LCOS裝置之方法，該背板係每一灰階包括一DAC，其中每一個DAC係包括一運算放大器。該方法係包括利用一切換電路來指定路由給該128個輸出電壓的每一個至一輸出接腳；量測每一個輸出電壓；以及利用此量測結合一目標的灰階電壓以最小化在該些運算放大器中的該電壓誤差。
其係提出有一種用於一包括一驅動電路的顯示裝置之方法。該驅動電路係包括複數個單一灰階通道，其中每一個單一灰階通道係包括一輸入、一輸出、以及一連接在該輸入與輸出之間的信號處理器。每一個信號處理器係包括一數位至類比轉換器"DAC"以及一具有一電壓偏移的運算放大器"op-amp"。一在該輸入處接收到的數位信號係利用每一個別的信號處理器而被轉換成為一在該輸出處的類比電壓。該複數個單一灰階通道的每一個單一灰階通道的一類比電壓係例如是利用一切換電路而可切換地加以接收，該切換電路係連接至每一個單一灰階通道的該輸出。每一個類比電壓係從該切換電路例如是藉由一校準子系統來加以接收。該方法係根據針對於該灰階通道的該接收到的類比電壓來個別地補償每一個運算放大器的該電壓偏移。例如，針對於一灰階通道的該接收到的類比電壓係被分析。根據該分析，該驅動電路係被操作以根據針對於該灰階通道的該接收到的類比電壓來個別地補償每一個運算放大器的該電壓偏移。
在實施方式中，該顯示裝置係包括複數個像素，其係根據個別的複數個類比驅動電壓而可運作在複數個灰階下。每一個像素係選擇性地可連接至該複數個單一灰階通道的任何單一灰階通道的輸出。每一個像素可被配置以調變通過該像素的光的一參數，其中每一個灰階是一調變位準。例如，該參數是相位，並且每一個調變位準是一相位延遲的位準。
在該輸入處接收到的該數位信號可以是一8位元的二進位信號。
在實施方式中，每一個單一灰階通道對於複數個數位輸入的該輸出響應係進一步被決定。對於每一個單一灰階通道而言，在該輸出處達成每一個類比驅動電壓所需的該數位輸入係根據該單一灰階通道的該輸出響應而被決定出。
個別地決定每一個單一灰階通道的該輸出響應可包括量測每一個單一灰階通道對於複數個數位輸入的該輸出響應。在實施方式中，在該單一灰階通道的該量測的輸出響應之間的內插可被用來決定該輸出響應。
在實施方式中，該方法係包括根據該些像素對於類比電壓的該灰階響應來選擇該複數個灰階；以及根據該些像素的該灰階響應來決定該些像素達成該個別的複數個灰階所需的該複數個類比驅動電壓。
該複數個灰階可以是在每一個像素的一較低的灰階以及一較高的灰階之間均勻地間隔開的，選配的是在每一個像素的一最小的灰階以及一最大的灰階之間均勻地間隔開的。然而，根據應用的需求，用於一特定顯示裝置的像素的灰階的任何所要的分布(例如間隔)都是可能的。
在實施方式中，一灰階係被指定到每一個單一灰階通道，並且該方法係建立每一個單一灰階通道所需的該數位輸入，以輸出對於個別被指定的灰階的該所需的類比電壓。灰階的指定可以在顯示期間，例如是在顯示的時間間隔(例如是幀或子幀)之間，在該些單一灰階通道之間加以改變。
在實施方式中，該些像素對於類比電壓的該灰階響應可加以改變。在此例中，該方法係被重複。因此，每一個灰階通道的該輸出響應係與該新的灰階像素響應相關聯。改變每一個像素的該灰階響應可包括對於該像素內部做出一改變、或是在該像素外部做出一改變。
對於熟習此項技術者而言將會明顯的是，可以做成各種的修改及變化而不脫離所附的申請專利範圍的範疇。本揭露內容係涵蓋所有在所附的申請專利範圍及其等同物的範疇之內的修改及變化。

Claims (18)

  1. 一種用於包括驅動電路的顯示裝置之方法，該顯示裝置包括複數個像素，其係可以根據個別的複數個類比驅動電壓而運作在複數個灰階下，該驅動電路包括複數個單一灰階通道，其中每一個單一灰階通道包括一輸入、一輸出、以及連接在該輸入與輸出之間的一信號處理器，其中每一個信號處理器包括一數位至類比轉換器(DAC)以及具有電壓偏移的一運算放大器(op-amp)，該方法包括：利用每一個別的信號處理器來轉換在該輸入處接收到的一數位信號成為在該輸出處的一類比電壓；可切換地接收該複數個單一灰階通道的每一個單一灰階通道的該類比電壓；分析該些類比電壓；以及根據針對於該灰階通道的所接收到的該類比電壓來個別地補償每一個運算放大器的該電壓偏移，其中分析該些類比電壓包括：個別地決定每一個單一灰階通道對於複數個數位輸入的輸出響應；以及對於每一個單一灰階通道，根據此灰階通道的個別地被決定的該輸出響應來決定在該輸出處達成每一個類比驅動電壓所需的數位輸入；所述方法進一步包括：根據該些像素對於類比電壓的灰階響應來選擇該複數個灰階；以及根據該些像素的該灰階響應來決定該些像素達成個別的複數個灰階所需的複數個類比驅動電壓。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其進一步包括選擇性地連接該複數個像素的每一個像素至該複數個單一灰階通道的任何單一灰階通道的該輸出。
  3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中每一個像素被配置以調變通過該像素的光的參數，其中每一個灰階是一調變位準。
  4. 如申請專利範圍第3項之方法，其中該參數是相位，並且每一個調變位準是一相位延遲的位準。
  5. 如申請專利範圍第1至4項的任一項之方法，其中在該輸入處接收到的該數位信號是一8位元的二進位信號。
  6. 如申請專利範圍第1項之方法，其中個別地決定每一個單一灰階通道的輸出響應包括量測每一個單一灰階通道對於複數個數位輸入的該輸出響應。
  7. 如申請專利範圍第6項之方法，其中個別地決定每一個單一灰階通道的輸出響應進一步包括對於每一個單一灰階通道，在該單一灰階通道的該些量測到的輸出響應之間進行內插。
  8. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該複數個灰階具有在每一個像素的一較低的灰階以及一較高的灰階之間的一預設的分布，選配的是在每一個像素的一最小或較低的灰階以及一最大或較高的灰階之間的一均勻地間隔開的分布。
  9. 如申請專利範圍第1至4項的任一項之方法，其進一步包括指定一灰階給每一個單一灰階通道，並且建立每一個單一灰階通道所需的數位輸入以輸出用於分別被指定的灰階所需的類比電壓。
  10. 如申請專利範圍第9項之方法，其進一步包括在顯示期間，在該些單一灰階通道之間改變灰階的指定。
  11. 如申請專利範圍第1項之方法，其進一步包括改變該些像素對於類比電壓的灰階響應，並且重複以下的步驟：個別地決定每一個單一灰階通道對於複數個數位輸入的輸出響應；以及對於每一個單一灰階通道，根據此灰階通道的個別地被決定的該輸出響應來決定在該輸出處達成每一個類比驅動電壓所需的數位輸入。
  12. 如申請專利範圍第11項之方法，其中改變每一個像素的該灰階響應包括對於該像素的內部做成一改變、或是對於該像素的外部做成一改變。
  13. 如申請專利範圍第1至4項的任一項之方法，其中每一個單一灰階通道被指定對應於複數個灰階的單一灰階的單一灰階電壓。
  14. 如申請專利範圍第1至4項的任一項之方法，其中有分別提供128個灰階電壓的128個單一灰階通道。
  15. 如申請專利範圍第1至4項的任一項之方法，其中該顯示裝置是空間光調變器。
  16. 如申請專利範圍第1至4項的任一項之方法，其中該顯示裝置是一液晶覆矽(LCOS)的空間光調變器。
  17. 一種包含顯示裝置之系統，該顯示裝置包括驅動電路且包括複數個像素，該複數個像素可以根據個別的複數個類比驅動電壓而運作在複數個灰階下，該驅動電路包括：複數個單一灰階通道，其中每一個單一灰階通道包括一輸入、一輸出、以及連接在該輸入與輸出之間的一信號處理器，其中每一個處理器被配置以轉換在該輸入處接收到的一數位信號成為在該輸出處的一類比電壓，並且其中每一個信號處理器包括一數位至類比轉換器(DAC)以及具有電壓偏移的一運算放大器(op-amp)；以及一切換電路，其連接至每一個單一灰階通道的該輸出，其中該切換電路被配置以可切換地接收該複數個單一灰階通道的每一個單一灰階通道的該類比電壓，其中該系統進一步包括：一校準子系統，其係連接至每一個運算放大器，其中該校準子系統被配置以接收及分析來自該切換電路的每一個類比電壓，並且根據針對於該灰階通道的所接收到的該類比電壓來個別地補償每一個運算放大器的該電壓偏移，其中該校準子系統被配置以透過以下步驟來分析來自該切換電路的類比電壓：個別地決定每一個單一灰階通道對於複數個數位輸入的輸出響應；以及對於每一個單一灰階通道，根據此灰階通道的個別地被決定的該輸出響應來決定在該輸出處達成每一個類比驅動電壓所需的數位輸入；其中該校準子系統進一步被配置以根據該些像素對於類比電壓的灰階響應來選擇該複數個灰階；以及根據該些像素的該灰階響應來決定該些像素達成個別的複數個灰階所需的複數個類比驅動電壓。
  18. 如申請專利範圍第17項之系統，其中該校準子系統被配置以執行如申請專利範圍第1至16項的任一項之方法。
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