專利名稱：智能數字微鏡驅動時序配置裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及用于顯示圖像的微鏡器件DMD驅動開發領域，是一種智能的微鏡驅動時序配置裝置。
背景技術：
目前最主要的投影技術之中，DLP(數字光處理)投影系統具有體積小、結構緊湊，重量輕等優點。同時，其顯示的圖像色彩豐富、亮度高、對比度高、清晰度好，這使得基于DLP技術的投影系統競爭力更強。作為DLP核心部件的數字微鏡器件DMD由美國TI公司的Larry Hornbeck博士在1977年開始發明，在1987年第一塊數字微鏡器件誕生。在接下來的10年中，數字微鏡的性能一直不斷的被完善，直到1996年，DMD以DLP技術的形式開始商業化。2002年，近150萬套DLP系統進入投影市場，自此DLP投影系統成為了最被廣為接受的反射式光調制技術。數字微鏡器件DMD目前主要應用在投影系統中，但近幾年TI公司一直致力于挖掘并擴大其應用范圍，比如立體顯示、平板印刷、微顯示及寬光譜應用等。DMD在DLP投影系統中是用光調制的方法產生圖像的。一個單片式DLP由以下幾部分組成(I) 一個帶有數字微鏡器件的主板用于處理視頻信號和驅動數字微鏡器件；(2)色輪和高壓汞燈組成投影系統的光源；(3)光路系統用于引導光線。在數字微鏡器件DMD上有成千上萬個結構一致的可以反光的微鏡，每個微鏡只有“開”和“關”兩個狀態。微鏡驅動電路可以精確的控制DMD上每個微鏡的開關狀態。DLP投影系統開始工作后，色輪開始勻速轉動，高壓汞燈發出高強度的白光，并照射在高速轉動的色輪上。色輪是一個特殊的部件，它的一周是分成段的，每一段只允許三基色中一種顏色的光通過，所以色輪勻速轉動時，透過色輪的光線按照色段順序規律的變化著(比如紅-綠-藍-紅-綠-藍)。透過色輪的光線經過光路系統引導照射在DMD上，那些被控制為“開”的微鏡就會把光線反射出去并投射在投影屏幕上，而被控制為“關”的微鏡在屏幕上顯示黑，如此便有了圖像，由于高速旋轉的色輪有不同色段，人眼是分辨不出這些的，在屏幕上看到的是三基色合成的彩色圖像。微鏡反射的光線強度控制是通過二進制脈寬調制技術實現的。視頻處理電路接收到視頻信號后將每個顏色分量的數據轉換成比特面的形式(即一幅圖像中所有像素的相同比特位組成的比特平面)，每個比特都有權重，權重代表該比特面顯示的時間長度，最低比特面顯示時間最短，最高比特面顯示時間最長。在一幀圖像時間內將固定的顯示時間按照權重比例分配給每個比特面，讓這些比特面依次顯示。比特面中的數字“I”表示將微鏡置于“開”狀態，數字“O”表示將微鏡置于“關”狀態。同一面微鏡經過比特面控制不斷地被打開和關閉，當所有比特面都顯示過后，人眼視覺系統將微鏡處于開狀態的時間積分起來，最終形成的光線強度與該像素處的視頻值成正比。雖然DMD有很多的應用優勢，但開發難度較大，這主要體現在時序的產生方面。DMD上的每一個微鏡代表一個像素，整個器件上的微鏡組成了二維的像素陣列(如1024*768規格)。DMD是按比特面驅動的，對DMD的基本操作有(I)載入，向DMD寫入比特面數據，但不立刻顯示，只是被DMD保存起來；(2)復位，將寫入的比特面數據顯示出來；
(3)清空，將微鏡置于“關”狀態。這些操作可以對器件的所有微鏡全局操作，也可以對局部按塊操作。其中耗時比較多的是載入操作，載入數據之后在需要顯示的時刻執行復位操作，所以比特面的顯示時間是從復位后開始計算的。要讓DMD正確的顯示圖像，需要精確的控制這些操作的時間和所對應的比特面。這些操作在時間上的排列便組成了比特面序列。最簡單的比特面序列就是讓每個比特面按權重順序從高到低顯示，并且都使用全局操作，但這并不是最理想的序列。為了改善圖像的顯示效果或更加合理的利用數據帶寬，人們提出了各種各樣的驅動算法。最終發現這些算法都可以總結成比特面序列。但每改一次比特面序列，就要重新設計驅動時序，這是一項復雜且靈活性低的工作。

實用新型內容本實用新型的目的是針對現有技術的不足而提供的一種智能數字微鏡驅動時序配置裝置，該裝置可以對DMD驅動時序進行靈活的配置，使DMD驅動時序的修改變得方便且 靈活，大大提高了 DMD驅動的開發效率。實現本實用新型目的的具體技術方案是一種智能數字微鏡驅動時序配置裝置，該裝置包括PC機、數字微鏡驅動板、數字微鏡器件DMD及光源，數字微鏡驅動板分別連接PC機和數字微鏡器件DMD，光源照射在數字微鏡器件DMD上；所述數字微鏡驅動板包括ARM微控制器、FPGA及色輪，ARM微控制器分別連接FPGA及色輪，FPGA連接色輪及數字微鏡器件DMD ;其中FPGA中設有驅動電路，該電路包括SPI接口模塊、驅動序列表存儲器及通用狀態機，SPI接口模塊連接驅動時序表存儲器，通用狀態機連接驅動時序表存儲器，通用狀態機讀取驅動序列表存儲器中的內容，產生對應的驅動時序。本實用新型中用到的FPGA (現場可編程門陣列)是一種數字器件，利用FPGA為載體，可以實現各種設計的數字電路。本實用新型解決了實現數字微鏡器件驅動時序難度大的問題，它可以對DMD驅動時序進行靈活的配置，使DMD驅動時序的修改變得方便且靈活，大大提高了 DMD驅動的開發效率。

圖I為本實用新型結構示意圖；圖2為本實用新型數字微鏡驅動板結構框圖；圖3為本實用新型色輪結構示意圖；圖4為與圖3色輪對應的一種驅動時序；圖5和圖6是PC機上用于配置參數的應用程序界面。
具體實施方式
參閱圖1，在PC機上運行用于配置參數的應用程序，微鏡驅動板的ARM通過USB與PC機上的應用程序連接接收參數；在數字微鏡驅動板中ARM驅動色輪勻速轉動(如60轉/秒)，并將從PC機應用程序接收到的參數傳遞給FPGA內的驅動電路，驅動電路接收時序參數，并將視頻信號轉換成比特面存儲到動態存儲器中以備調用，為使數字微鏡器件DMD的驅動與色輪保持同步，驅動電路還要接收色輪的反饋信號。UHP燈作為本裝置中數字微鏡器件DMD的光源，色輪作為光源的濾色器，每一時刻光源發出的白色光只有單一色光能通過色輪照在DMD上。參閱圖3，為一個三色段色輪，三個色段分別為紅色120°，綠色120°，藍色120°。若色輪在ARM微控制器的控制下以60轉/秒的轉速勻速轉動，那么三個色段每一周持續的時間分別為紅色5. 56ms，綠色5. 56ms，藍色5. 56ms。色輪在勻速轉動的同時產生反饋信號，從反饋信號可以得知色輪的實時相位，DMD的驅動就是利用反饋信號使驅動時序與色輪保持同步的。參閱圖4，是針對圖3色輪的一種典型的驅動時序，在色輪的每個色段里(5. 56ms)要實現4個比特面的脈寬調制，設最低比特面顯示的時間為t，那么每個比特面的顯示時間依次為t、2t、4t、8t,其中載入操作所需的時間為Tload,復位操作所需的時間為Treset,清·零操作所需的時間為Tclear (這些參數與具體的DMD有關)。5. 56ms的時間除去第一個比特面載入和復位所需的時間，剩余的時間按照比例分配給4個比特面。設紅色段起始時刻為O時刻。FPGA將每個比特面載入DMD后執行復位操作使其顯示出來；按照上述過程將時
序轉換成驅動序列表，如下所示。
權利要求1.一種智能數字微鏡驅動時序配置裝置，其特征在于該裝置包括PC機、數字微鏡驅動板、數字微鏡器件DMD及光源，數字微鏡驅動板分別連接PC機和數字微鏡器件DMD，光源照射在數字微鏡器件DMD上；所述數字微鏡驅動板包括ARM微控制器、FPGA及色輪，ARM微控制器分別連接FPGA及色輪，FPGA連接色輪及數字微鏡器件DMD ;其中FPGA中設有驅動電路，該電路包括SPI接口模塊、驅動序列表存儲器及通用狀態機，SPI接口模塊連接驅動時序表存儲器，通用狀態機連接驅動時序表存儲器，通用狀態機讀取驅動序列表存儲器中的內容,產生對應的驅動時序。
專利摘要本實用新型公開了一種智能數字微鏡驅動時序配置裝置，該裝置包括PC機、數字微鏡驅動板及數字微鏡器件DMD，數字微鏡驅動板分別連接PC機和數字微鏡器件DMD；所述數字微鏡驅動板包括ARM微控制器、FPGA及色輪，ARM微控制器分別連接FPGA及色輪，FPGA連接色輪及數字微鏡器件DMD；其中FPGA中設有驅動電路，該電路包括SPI接口模塊、驅動序列表存儲器及通用狀態機，SPI接口模塊連接驅動時序表存儲器，通用狀態機連接驅動時序表存儲器，通用狀態機讀取驅動序列表存儲器中的內容，產生對應的驅動時序。本實用新型解決了實現數字微鏡器件驅動時序難度大的問題，它可以對DMD驅動時序進行靈活的配置，使DMD驅動時序的修改變得方便且靈活，大大提高了DMD驅動的開發效率。
文檔編號G02B26/08GK202713526SQ201220274630
公開日2013年1月30日 申請日期2012年6月12日 優先權日2012年6月12日
發明者劉一清, 林新新, 岳小龍 申請人:華東師范大學