(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
眼鏡型マイクロディスプレイ装置の照射源を較正するためのシステムであって、
イメージングアレイ、及び光検出器を有する集積回路と、
前記イメージングアレイに光学的に結合され、異なる色の発光ダイオード（ＬＥＤ）からなる照射源と、
前記集積回路上に設けられ、前記光検出器に結合された強度検知回路と前記照射源に結合された制御回路とを有する回路とを含み、
前記強度検知回路が、
前記光検出器に結合された第１の増幅器と、
前記第１の増幅器の出力、及び前記照射源の第１の強度レベルを表す信号を受けるように構成された第２の増幅器と、
前記第１の増幅器の出力、及び前記照射源の第２の強度レベルを表す信号を受けるように構成された第３の増幅器とを含み、
前記制御回路が、
前記第２の増幅器の出力に結合された第１の入力、前記第３の増幅器の出力に結合された第２の入力を有するカウンタと、
前記カウンタに結合され、前記異なる色の発光ダイオードのそれぞれの強度に対応する値を記憶するレジスタと、
前記カウンタの出力に結合されたデジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）と、
前記デジタル／アナログ変換器、及び前記照射源に、前記カウンタの出力に応じて前記照射源の供給電流を制御するように結合されたトランジスタとを含み、
リセット信号に基づいて、発光を行う色に対応する値が前記レジスタから前記カウンタにロードされて当該色に対応するＬＥＤが照射を開始し、当該ＬＥＤの照射期間の終了時に当該色に対応するＬＥＤの補正が実行されて、当該色に関する新しい値が前記レジスタに記憶される動作を各色で順次に行う、システム。
【請求項２】
前記光検出器が前記照射源の強度を検出する、請求項１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディスプレイに関し、特に、集積回路ディスプレイ用の照射源をオン・チップ較正するための照射源較正方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
新たな集積回路マイクロ・ディスプレイは、反射イメージング素子に向けられた照射源を使用して、質の高い画像を再生するようにしている。典型的なカラー・マイクロ・ディスプレイは、赤、緑、及び青の発光ダイオード（ＬＥＤ）光源を備えているが、他の照射源も可能である。各色光源は、しばしば、均一な照射フィールドが生じるように空間的に配列された、同じ公称波長の光を発生する複数のＬＥＤから構成される。公称では同じ仕様に合わせて製造されている市販のＬＥＤは、一般に、ターン・オン電圧及び強度対電流特性の両方に関して、互いにかなりの量の不整合を示す。さらに、同じ仕様に合わせて製造されたＬＥＤの光出力は、装置のエージングや、装置の保管温度及び動作温度といった要素によって変動する可能性がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
あいにく、この不整合のため、各マイクロ・ディスプレイ・モジュールの照射源を製造時に較正することが必要になる。照射源は、例えば、各ＬＥＤを駆動する回路に微調整を施すか、または、ディスプレイに関連した不揮発性メモリにプログラミングを施すことによって、較正することが可能である。これらの「ユニット毎の」調整によって、各マイクロ・ディスプレイの製造コストが大幅に増大することになる。さらに、製造時の較正では、エージング及び／または温度変動による長期のＬＥＤ不整合問題に対処することはできない。
【０００４】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みて為されたものであり、マイクロ・ディスプレイのイメージング素子を構成する装置に、照射源の連続自動較正機能を直接組み込むことができるような照射源較正方法を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、集積回路マイクロ・ディスプレイ用照射源にオン・チップ較正を施すための方法が得られる。
【０００６】
本発明は、照射源を較正するための方法として概念化することが可能であり、この方法には、少なくとも１つの光検出器と強度検知・制御回路を有する集積回路を設けるステップと、照射源を用いて１つの光検出器を照射するステップと、光検出器を用いて前記照射源の強度を測定するステップと、該強度を前記強度検知・制御回路に伝達するステップと、前記強度検知・制御回路を用いて前記照射源を所定のレベルに調整するステップとが含まれている。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下の説明には、個別構成要素及び回路ブロックに対する言及が含まれるが、マイクロ・ディスプレイ用照射源をオン・チップ較正するためのシステム及び方法の部分は、単一シリコン・ダイ上において実施可能である。さらに、以下の説明では、反射マイクロ・ディスプレイに言及するが、本発明は、それに限定するわけではないが、放射ディスプレイを含む他のタイプのディスプレイにも等しく適用可能である。
【０００８】
次に図面を参照すると、図１は、本発明に従って構成された、照射源１２ａ及び１２ｂ、マイクロ・ディスプレイ装置１４、及び強度検知・制御回路５０を含むマイクロ・ディスプレイ・システム１０を示す概略図である。マイクロ・ディスプレイ装置１４は、その開示が参考までに本明細書において援用されている、１９９８年４月３０日に提出され、出願番号０９／０７０，４８７（特開平１１−３３８４０２号）が付与された、「Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｏｐｔｉｃａｌ Ｍａｔｅｒｉａｌ−Ｂａｓｅｄ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｄｅｖｉｃｅ Ｈａｖｉｎｇ Ａｎａｌｏｇ Ｐｉｘｅｌ Ｄｒｉｖｅｒｓ」と題された、同時係属の米国特許出願の開示内容に従って構成されている。上述のマイクロ・ディスプレイ装置１４の場合、照射源１２ａ及び１２ｂは、マイクロ・ディスプレイ装置１４から遠隔の場所にあり、基板を使用して、装置を見る者に光を向けるマイクロ・ディスプレイ装置１４を照射するために用いられる。マイクロ・ディスプレイ装置１４には、照射源１２ａ及び１２ｂによって照射される図示しないピクセル・アレイを有するイメージング・アレイ１６が含まれている。照射源１２ａ及び１２ｂは、発光ダイオード（ＬＥＤ）とすることが可能である。本実施形態では、ＬＥＤを用いて、イメージング・アレイ１６を照射するように示されているが、本発明の概念に従って、他の照射源を使用することも可能である。
【０００９】
本発明によれば、マイクロ・ディスプレイ装置１４には、照射源１２ａ及び１２ｂの連続オン・チップ較正を可能にする強度検知・制御回路５０が含まれている。マイクロ・ディスプレイ装置１４は、例えば、集積回路とすることが可能である。強度検知・制御回路５０は、各種電子回路を含んでおり、照射源１２ａ及び１２ｂの強度に関する、光検出器１１ａ及び１１ｂからの入力を受ける。光検出器１１ａ及び１１ｂは、１９９８年６月２３日にＢａｕｍｇａｒｔｎｅｒ他に対して発行された、「ＬＯＷ  ＤＩＦＦＥＲＥＮＴＩＡＬ  ＬＩＧＨＴ  ＬＥＶＥＬ  ＰＨＯＴＯＲＥＣＥＰＴＯＲＳ」と題された米国特許第５，７６９，３８４号の開示内容に従って構成されている。２つの照射源１２ａ及び１２ｂと、２つの光検出器１１ａ及び１１ｂを用いて説明されているが、本発明の概念は、使用される照射源及び光検出器の数がもっと多いか、または、少ないシステムにも適用可能である。さらに、照射源が一時的に変調される場合、センサ数を照射源数に対して増減させることが可能である。実際の実施形態では、イメージング・アレイ１６は、例えば、１０２４×７６８ピクセル（画素）から構成されている。しかしながら、イメージング・アレイ１６は、他の任意の許容可能な２次元ピクセル配列から構成することも可能である。
【００１０】
マイクロ・ディスプレイ・システム１０において、各光検出器は、照射源との整合が図られている。上述のように、光検出器と照射源との整合を図ることは必要ではない。光検出器及び照射源は、図示のためにそのように描かれている。例示の実施形態の場合、光検出器１１ａ及び１１ｂは、それぞれ、照射源１２ａ及び１２ｂの強度を測定するために用いられている。測定された強度は、接続１７を介して、強度検知・制御回路５０に伝達される。強度検知・制御回路５０は、マイクロ・ディスプレイ装置１４に配置されており、マイクロ・ディスプレイ装置１４に入射する光強度をシステムの指定レベルに保つため、必要に応じて、接続１８を介して、照射源１２ａ及び照射源１２ｂに対する駆動電流を増減させる働きをする。強度検知・制御回路５０については、図３を参照しながらさらに詳細に後述することにする。コントローラ５１は、強度検知・制御回路５０にタイミング信号及び制御信号を供給する。
【００１１】
本発明の利点の１つは、強度検知・制御回路５０及びコントローラ５１は、同時に、また、イメージング・アレイ１６の製作に使用されるのと同じ製作プロセスを使用して製作することが可能であり、従って、本発明の構成に必要な資源が最小限に抑えられるということである。さらに、強度検知・制御回路５０及びコントローラ５１は、同じ基板上にイメージング・アレイ１６と一体化して製作することが可能である。
【００１２】
上述の理由から、各照射源の強度を較正し、制御する能力を備えることが望ましい。例えば、赤、緑、及び青のＬＥＤを備えたカラー・ディスプレイ・システムの場合、赤、緑、及び青の各ＬＥＤの出力を較正して、組み合わせると、それらの出力によって白色光が形成されるようにするのが望ましい場合もある。この例では、各ＬＥＤを較正して、適切な光の強度が得られない限り、赤、緑、及び青の光を組み合わせても、所望の白色光を得ることはできない。ホワイト・バランスは、白色光の全ての強度において維持されるべきである。例えば、３つのＬＥＤ全てのバランスがとれない限り、各ＬＥＤの温度変動による光強度の変化のために、ホワイト・バランスの正しくない白色光が生じる可能性がある。図２は、本発明を示す略機能ブロック回路図である。
【００１３】
本発明によれば、電流を発生するフォトダイオードとして概略が示されているが、それに入射する光を電気信号に変換することができる任意のデバイスとすることが可能な光検出器１１ａは、ＬＥＤ１２ａからの光を受ける。光検出器１１ａは、ＬＥＤ１２ａからそれに入射する光子数に比例した電流を発生する。この例においては積分器として構成されている演算増幅器２２は、光検出器１１ａから電流を受け取り、指定の時間にわたって積分を行い、接続２６に出力電圧を発生させる。この電圧は、光検出器１１ａに入射する光の強度に比例しており、光検出器１１ａによって供給される電荷を表している。
【００１４】
積分器２２の出力は、コンパレータ２７ａ及び２７ｂに供給される。この値は、測定期間にわたる光検出器における平均光強度を表している。コンパレータ２７ａ及び２７ｂは、接続２６の信号値と設定値ＶＳＥＴの比較を行うウィンドウ・コンパレータを構成している。設定値は、照射源、この場合、ＬＥＤ１２ａの所望の強度を表すアナログ値である。接続２９を介してコンパレータ２７ｂに供給される設定値には、値ＶＳＥＴにオフセット電圧値△Ｖを加えた値が含まれており、これを使用して、照射源の調整が行われない範囲が判定される。設定値を調整することによって、ディスプレイの輝度を制御することが可能である。
【００１５】
コンパレータ２７ａは、積分器２２から接続２６を介して供給されるＬＥＤ１２ａの測定強度と、接続２８を介したＶＳＥＴ信号によって表される所望の強度とを比較する。これら２つの信号の相対値に基づいて、コンパレータ２７ａの出力は、論理的に高または論理的に低になる。例えば、測定強度を表す電圧が、ＶＳＥＴ値より低い場合、コンパレータ２７ａの出力は、論理的に高になる。逆に、測定強度を表す電圧が、設定値ＶＳＥＴ、すなわち、所望の強度より高い場合、コンパレータ２７ａの出力は、論理的に低になる。コンパレータ２７ｂは、コンパレータ２７ａとは逆の意味の働きをする。
【００１６】
回路の残りの部分について述べる前に、コンパレータ２７ｂに供給される設定値ＶＳＥＴ＋△Ｖの機能について簡単に説明しておくことにする。本質的に、コンパレータ２７ａ及び２７ｂは、ウィンドウ・コンパレータを構成している。これは、積分器２２の出力電圧範囲には、設定値ＶＳＥＴにオフセット電圧△Ｖが加算されることによって形成される領域が含まれており、その領域内では、コンパレータ２７ａ及び２７ｂによる出力は、両方とも、論理的に高にならないということを意味している。ウィンドウ・コンパレータが用いられるのは、測定強度を表す電圧が設定値ＶＳＥＴか、または、それに近い場合、ＬＥＤ１２ａの強度を補正するのは望ましくないためである。
【００１７】
接続３１を介したコンパレータ２７ａの出力、及び、接続３２を介したコンパレータ２７ｂの出力は、カウンタ３４に供給される。接続３１を介した論理的高信号によって、カウンタ３４はインクリメントし、接続３２を介した論理的高信号によって、カウンタ３４はディクリメントする。コンパレータ２７ａによっても、コンパレータ２７ｂによっても、論理的高出力が得られない場合、すなわち、積分器２２の出力が、設定値ＶＳＥＴから△Ｖの範囲内にある場合、カウンタ３４の状態は不変のままである。
【００１８】
説明のため、ＬＥＤ１２ａによって生じる光の強度が、光検出器１１ａによる測定時に低すぎたと仮定する。このような場合、接続２６を介してコンパレータ２７ａに供給される積分器２２の出力は、接続２８における設定値ＶＳＥＴより低くなる。この状態は、コンパレータ２７ａの出力が論理的高になり、その結果、カウンタ３４がインクリメントすることを表している。カウンタ３４がインクリメントすると、カウンタ３４の出力３６によって、接続３６を介してＤＡＣ（デジタル／アナログ変換器）３７に供給されるデジタル値が増加することになる。接続３６の信号は、照射源１２ａの駆動に用いられる電流を表すｎビットのデジタル・ワードである。接続３８を介したＤＡＣ３７のアナログ出力は、電流源ＭＯＳＦＥＴトランジスタ３９を介してＬＥＤ１２ａを直接駆動する。従って、ＤＡＣ３７の出力が増大するにつれて、トランジスタ３９を流れる電流が増加し、よって、ＬＥＤ１２ａによって生じる光の強度が増すことになる。
【００１９】
あるいはまた、ＬＥＤ１２ａによって生じる光が明るすぎる場合には、積分器２２の出力は、接続２８における設定値ＶＳＥＴを超えることになり、従って、積分器２２の出力がＶＳＥＴ＋△Ｖの値を超えると、コンパレータ２７ａの出力は論理的低になり、コンパレータ２７ｂの出力は論理的高になる。ＬＥＤ１２ａによって生じる光が明るすぎる上述の例の場合、接続３２におけるコンパレータ２７ｂの出力は、論理的高になる。これにより、カウンタ３４はディクリメントする。接続３６におけるカウンタ３４の出力がディクリメントすると、ＤＡＣ３７に対する入力は減少する。これにより、ＤＡＣ３７は、ＬＥＤ１２ａを流れる電流量を減少させ、従って、ＬＥＤ１２ａによって生じる光の強度が低下する。
【００２０】
最後に、ＬＥＤ１２ａがほぼ所望の明るさであれば、積分器２２の出力は、設定値ＶＳＥＴから△Ｖの範囲内に含まれ、コンパレータ２７ａの出力も、コンパレータ２７ｂの出力も論理的高にはならない。このような場合、カウンタ３４の出力及び回路の動作状態は、不変のままである。
【００２１】
図３は、図１のオン・チップ較正回路の第１の実施形態を示す概略ブロック回路図である。図３には、それぞれ、単一ＬＥＤの強度を制御する、２つのチャンネルを使用する強度検知・制御回路５０が例示されている。チャンネル１には、ＬＥＤ１２ａ、図１の光検出器１１ａ、積分器５７ａ、トランジスタ５４ａ及び７２ａ、カウンタ８２ａ、ＤＡＣ（デジタル／アナログ変換器）８６ａ、及びトランジスタ８８ａが含まれている。チャンネル２には、ＬＥＤ１２ｂ、図１の光検出器１１ｂ、積分器５７ｂ、トランジスタ５４ｂ及び７２ｂ、カウンタ８２ｂ、ＤＡＣ８６ｂ、及びトランジスタ８８ｂが含まれている。コンパレータ７８ａ及び７８ｂは、両チャンネルに共通であり、後述することにする。さらに、コントローラ５１、ラッチ６４、及びＤＡＣ６７も、両チャンネルに共通である。留意すべきは、２つのチャンネルを用いて示されているが、強度検知・制御回路５０を用いて、多くの追加照射源及び光検出器を制御することも可能である、ということである。さらに、光検出器１１ａ及び１１ｂと照射源１２ａ及び１２ｂは、図３においては強度検知・制御回路５０の一部として概略が示されているが、必ずしも物理的にその内部に配置されるとは限らない。
【００２２】
本発明によれば、電流を発生するフォトダイオードとして概略が示されているが、それに入射する光を電気信号に変換することができる任意のデバイスとすることが可能な光検出器１１ａは、ＬＥＤ１２ａからの光を受ける。光検出器１１ａは、ＬＥＤ１２ａからそれに入射する光子数に比例した電流を発生する。この例においては積分器として構成されている演算増幅器５７ａは、光検出器１１ａから電流を受け取り、指定の時間にわたって積分を行い、接続５５ａに出力電圧を発生させる。この電圧は、光検出器１１ａに入射する光の強度に比例している。測定サイクルを開始するため、リセット信号が、接続５２ａを介して、コントローラ５１からリセット・トランジスタ５４ａに加えられる。コントローラ５１は、強度検知・制御回路５０の要素に対してタイミング信号及び制御信号を供給する装置である。リセット・トランジスタ５４ａは、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、または、コントローラ５１から制御信号を受けると、コンデンサ５６ａを短絡させることが可能な他の任意のデバイスとすることが可能である。コンデンサ５６ａを短絡させると、光検出器１１ａがＬＥＤ１２ａから光を受ける前に、積分器５７ａの出力がゼロにリセットされる。
【００２３】
同様に、光検出器１１ｂは、ＬＥＤ１２ｂから光を受けて、光検出器１１ｂに入射する光子数に比例した電流を発生し、この電流を積分器５７ｂに供給する。積分器５７ｂは、上述の方法と同様の方法で、接続５２ｂを介してコントローラ５１からリセット・トランジスタ５４ｂに供給されるリセット信号によってリセットされると、光検出器１１ｂから接続５５ｂを介して供給される電流を表す電圧を発生する。
【００２４】
積分器５７ａ及び５７ｂが、光検出器１１ａ及び１１ｂに入射する光に応じて発生される電流を測定している時間に、設定値がラッチ６４にロードされる。設定値は、照射源、この場合、ＬＥＤ１２ａ及び１２ｂの所望の強度を表すデジタル値である。設定値は、ユーザまたはシステムによる定義が可能であり、固定値を表す。例えば、設定値の調整によって、ディスプレイをより明るく、または、より暗くすることが可能である。この調整は、コントローラ５１に対する図示しないユーザ・インターフェイスを用いて実行可能である。コントローラ５１に記憶され、適時にラッチ６４にロードされるデフォルト時設定値を設けることも可能である。接続６１を介して受け取られる設定値は、接続５９を介したコントローラ５１からのロード信号、及び、接続６２を介したコントローラ５１からのイネーブル信号が受け取られると、ラッチ６４にロードされる。設定値が固定のままであれば、ラッチ６４に新たな設定値がロードされることはない。
【００２５】
接続６６を介したラッチ６４の出力は、設定値であり、ＤＡＣ（デジタル／アナログ変換器）６７に供給される。接続６８を介したＤＡＣ６７のアナログ出力電圧ＶＳＥＴは、接続６６のデジタル設定値のアナログ表現である。接続６９を介したＤＡＣ６７のもう１つの出力ＶＳＥＴ＋△Ｖは、図２を参照して上述したように、接続６６の設定値にあるオフセット電圧を加えた値のアナログ表現である。
【００２６】
次に、トランジスタ７２ａと７２ｂのいずれが、接続９１ａまたは９１ｂを介したコントローラ５１からのＣＨ１＿ＡＣＴＩＶＥ信号またはＣＨ２＿ＡＣＴＩＶＥ信号によってアクティブとなるかによって、コンパレータ７８ａ及び７８ｂは、接続７１を介した積分器５７ａの出力または接続７４を介した積分器５７ｂの出力と、接続６８の設定値ＶＳＥＴ及び接続６９のＶＳＥＴ＋△Ｖ値との比較を行う。コンパレータ７８ａ及び７８ｂの機能は、上述のコンパレータ２７ａ及び２７ｂの機能と同様である。
【００２７】
次に、チャンネル１がアクティブである場合、すなわち、コントローラ５１によって接続９１ａを介してトランジスタ７２ａが起動された場合の、強度検知・制御回路５０の動作について述べることにする。チャンネル２がアクティブである場合の動作は同様であり、説明を控えることにする。コンパレータ７８ａは、接続７６を介して積分器５７ａの出力を受け、接続６８を介してＤＡＣ６７のＶＳＥＴ出力を受ける。コンパレータ７８ａは、積分器５７ａからトランジスタ７２ａを経て接続７６によって供給される、ＬＥＤ１２ａの測定強度を表す電圧と、ＤＡＣ６７から接続６８を介して受けるＶＳＥＴ信号によって表される所望の強度とを比較する。これら２つの信号の相対値に従って、コンパレータ７８ａの出力は、論理的高または論理的低になる。例えば、接続６８を介したＶＳＥＴ値が、接続７６の測定強度を表す電圧値より高い場合、コンパレータ７８ａの出力は、論理的高になる。逆に、接続７６の測定強度を表す電圧が、接続６８を介した所望の強度より高い場合、コンパレータ７８ａの出力は、論理的低になる。コンパレータ７８ｂは、コンパレータ７８ａとは逆の意味の働きをする。コンパレータ７８ａ及び７８ｂは、チャンネル間の不整合を最小限に抑えるため、両チャンネルに共通である。コンパレータ７８ａ及び７８ｂは、固有のオフセットを有しているので、同じコンパレータを用いることによって、全チャンネルのオフセットが同じになり、従って、チャンネル間の不整合が最小限に抑えられる。
【００２８】
ＤＡＣ６７によって生じる設定値ＶＳＥＴ及びＶＳＥＴ＋△Ｖの機能は、上述のものと同様であり、反復は控えることにする。
【００２９】
次に、カウンタ８２ａ及び８２ｂの動作に関する説明に戻ると、カウンタ８２ａは、コントローラ５１から接続７９ａを介して更新信号を受けると、論理的高が接続８１ａのコンパレータ７８ａの出力に生じるか、あるいは、接続８１ｂのコンパレータ７８ｂの出力に生じるかを判定する。同様に、カウンタ８２ｂは、コントローラ５１から接続７９ｂを介してその更新信号を受けると、論理的高が接続８１ａのコンパレータ７８ａの出力に生じるか、あるいは、接続８１ｂのコンパレータ７８ｂの出力に生じるかを判定する。論理的高がカウンタ８２ａまたは８２ｂの接続８１ａに生じる場合、カウンタ８２ａ及び８２ｂは、それぞれの更新信号に応答してインクリメントする。逆に、論理的高信号が接続８１ｂに生じる場合、カウンタ８２ａ及び８２ｂは、それぞれの更新信号に応答してディクリメントする。図２を参照して上述したように、コンパレータ７８ａも７８ｂも論理的高を出力しない場合、すなわち、積分器５７ａ及び５７ｂの出力が、設定値ＶＳＥＴから△Ｖの範囲内にある場合、カウンタ８２ａ及び８２ｂの状態は不変のままである。
【００３０】
あるいはまた、コンパレータ７８ａ及び７８ｂ、及びカウンタ８２ａの代わりに、その出力によってカウンタのアップ／ダウン入力が駆動される単一のコンパレータを使用することも可能である。この構成の場合、ＬＥＤ１２ａによって生じる光の強度は、設定値に対応する強度のあたりで揺動する。このような構成は、連続した更新信号間の時間間隔が十分に短ければ、許容し得る場合もある。ＤＡＣ及びカウンタの分解能が十分であれば、単一のコンパレータを使用することも可能である。
【００３１】
コンパレータ７８ａ及び７８ｂ、及びカウンタ８２ａの動作を説明するため、ＬＥＤ１２ａによって生じる光が、光検出器１１ａによる測定時に、暗すぎるものと仮定する。このような場合、接続７６を介してコンパレータ７８ａに供給される積分器５７ａの出力は、接続６８の設定値ＶＳＥＴより低くなる。この状態は、コンパレータ７８ａの出力が論理的高になり、その結果、カウンタ８２ａはコントローラ５１から更新信号を受けるとインクリメントするということを表している。カウンタ８２ａがインクリメントすると、カウンタ８２ａの出力８４ａによって、接続８４ａを介してＤＡＣ８６ａに供給されるデジタル値が大きくなる。接続８４ａの信号は、ＬＥＤ１２ａを駆動する電流を表すｎビットのデジタル・ワードである。接続８７ａを介したＤＡＣ８６ａのアナログ出力は、電流源ＭＯＳＦＥＴトランジスタ８８ａを介してＬＥＤ１２ａを直接駆動する。従って、ＤＡＣ８６ａの出力が増大するにつれて、電流ＩLEDも増大し、この結果、ＬＥＤ１２ａが明るさを増す。
【００３２】
あるいはまた、ＬＥＤ１２ａによって生じる光が明るすぎる場合には、積分器５７ａの出力は接続６８ａの設定値ＶＳＥＴより高くなり、その結果、コンパレータ５７ａの出力がＶＳＥＴ＋△Ｖの値より高ければ、コンパレータ７８ａの出力は論理的低になり、コンパレータ７８ｂの出力は論理的高になる。ＬＥＤ１２ａが明るすぎる上述の例の場合、接続８１ｂにおけるコンパレータ７８ｂの出力は論理的高になり、この結果、カウンタ８２ａの出力はディクリメントする。接続８４ａにおけるカウンタ８２ａの出力がディクリメントすると、ＤＡＣ８６ａに対する入力は新たな更新信号に応じて減少し、このため、ＤＡＣ８６ａはＬＥＤ１２ａを流れる電流ＩLEDの量を減少させ、その結果、ＬＥＤ１２ａの強度は低下する。
【００３３】
接続８９ａを介したＤＡＣ８６ａに対するＬＥＤ１＿ＯＮ入力、及び接続８９ｂを介したＤＡＣ８６ｂに対するＬＥＤ２＿ＯＮ入力が、コントローラ５１から送り出される。これらの信号によって、各ＬＥＤのオン／オフ・タイミングが決定される。
【００３４】
次に、図２を参照して上述したＤＡＣ６７の出力ＶＳＥＴ及びＶＳＥＴ＋△Ｖに関する説明に戻ると、ＬＥＤ１２ａを流れる電流の調整も、ＬＥＤ１２ｂを流れる電流の調整も行われないウィンドウすなわち範囲を有することが望ましいので、接続６９におけるＤＡＣ６７の出力にわずかな電圧オフセットが加えられる。換言すると、測定強度値に対応する電圧が、△Ｖ値によって決まる、設定値ＶＳＥＴを超える規定範囲内にある場合には、強度調整は望ましくない。積分器５７ａ及び５７ｂの出力は、それぞれ、無限数の異なるレベルを有することが可能なアナログ値であるため、この範囲の使用が望ましい。また、ＤＡＣ６７の出力もアナログ値である。これら２つの値はコンパレータ７８ａ及び７８ｂによって比較されるので、ＶＳＥＴを超えるオフセット電圧が含まれていない限り、回路は積分器５７ａ及び５７ｂからの測定強度値とＤＡＣ６７の設定値ＶＳＥＴの間で絶えず揺動することになりそうである。このような場合、望ましくない量のフリッカが、マイクロ・ディスプレイ装置を見る者に視認される可能性がある。
【００３５】
説明を加えると、接続６８におけるＤＡＣ６７の値ＶＳＥＴがコンパレータ５７ａの出力より高い場合、カウンタ８２ａはインクリメントし、ＬＥＤ１２ａの明るさが増す。接続６８におけるＶＳＥＴ値が積分器５７ａの出力より低いが、量△Ｖを超えるほど低くはない場合、コンパレータ７８ｂの出力は状態を変化させない。△Ｖ値は、固定値とすることもできるし、あるいは、実際には、ユーザが決めることも可能である。△Ｖの値によって、調整が施されないウィンドウが規定され、その結果、マイクロ・ディスプレイ装置を見る者に視認されるフリッカの量が減少する。
【００３６】
全チャンネルの測定が１フレームの時間期間内に行われるように、時間多重化を施して、ディスプレイ装置によって表示されるビデオ信号の全てのフレーム毎に１回ずつ、ＬＥＤの測定を実施することが可能である。換言すると、積分値を比較し、カウンタのインクリメントまたはディクリメントを行うステップが、１フレームの時間期間より短い時間内に行われることになる。数フレーム後、カウンタ８２ａ及び８２ｂによって出力される値は、ＬＥＤ１２ａ及び１２ｂを要求される強度に設定する値に収束することになる。言及しておくべきは、ＤＡＣ６７及びＤＡＣ８６ａ及び８６ｂは単調（ｍｏｎｏｔｏｎｉｃ）であることが望ましい、すなわち、入力における各ビットの増減毎に、各ＤＡＣの出力は入力の増大と同じ方向において増減することが望ましいという点である。
【００３７】
ＤＡＣ８６ａ及び８６ｂは、その線形要求を緩和することができるように、フィードバック・ループに配置されている。さらに、ＤＡＣ６７は、その正確度要求も緩和することができるように、２つのチャンネル間で共用されている。図３に描かれた２つのチャンネルを正確に整合させるためには、積分器５７ａ及び５７ｂのオフセットが最小限であり、コンデンサ５６ａ及び５６ｂが整合し、所定の照射強度に対する光検出器１１ａ及び１１ｂの出力が整合することが望ましい。上述のように、コンパレータは固有のオフセットを有しているので、同じコンパレータを用いると、全チャンネルのオフセットが同じになり、従って、チャンネル間の不整合が最小限に抑えられる。
【００３８】
本発明が役立つもう１つの状況は、周囲光の条件を補償することが望ましい場合である。ＬＥＤのオフ時間中に、光検出器１１ａ及び１１ｂを用いて、光強度を測定することによって、周囲光の強度を導き出すことができる。これにより、測定された周囲光の強度を使用して、コンデンサ５６ａ及び５６ｂをプリセットすることが可能になり、その結果、周囲光の強い条件の場合には、より高い強度レベルまでＬＥＤ１２ａ及び１２ｂを駆動することが可能になる。さらに、頭部に装着する眼鏡ディスプレイの場合、上述の周囲光検出を使用して、ディスプレイが装着されているか否かを判定することが可能である。高い周囲光レベルが検出されると、それはディスプレイがおそらく使用されていないことを表しており、電力の節約のため、停止させるか、待機モードにすることが可能である。
【００３９】
留意すべきは、図３に示した構造を複製することによって、図示の構成を追加チャンネルに拡張することが可能であるという点である。図示の構成を拡張して、カラー・ディスプレイにおいて異なる色を発生するＬＥＤの制御を行うためには、図４を参照して後述するように、適時に適切なＬＥＤをオンにする回路、及びカウンタに各色毎の値を保持するための回路が必要になる。光検出器及び積分器の構成は、各色毎に再使用することが可能である。波長応答のエラーは、異なる色毎の設定値によって補償することが可能である。
【００４０】
図４は、図１のオン・チップ較正回路の好ましい実施形態を示す概略ブロック回路図である。強度検知・制御回路１００は、多色複数照射源ディスプレイ応用例において用いられている。図４に示す実施形態には、詳細には後述する赤、緑、及び青の照射源１１０ａ及び１１０ｂが含まれている。図３のものと同様の要素には同様の番号が付けられており、再度の説明は控えることにする。強度検知・制御回路１００には、チャンネル１及び２に、それぞれ、読み出し／書き込み（Ｒ／Ｗ）レジスタ１０１ａ及び１０１ｂが含まれている。Ｒ／Ｗレジスタ１０１ａ及び１０１ｂは、Ｍ×Ｎレジスタである。ここで、Ｍは、ＬＥＤ１１１ａ／ｂ、１１２ａ／ｂ、及び１１４ａ／ｂによって全体として生じる色の数（この実施形態では３）であり、Ｎは、Ｒ／Ｗレジスタ１０１ａに関連したカウンタ８２ａのビット幅を表している。照射源１１０ａには、赤のＬＥＤ１１１ａ、緑のＬＥＤ１１２ａ、及び青のＬＥＤ１１４ａが含まれている。これらのＬＥＤは、接続１１６ａの電圧源ＶＬＥＤとトランジスタ８８ａの間に並列に接続されている。照射源１１０ｂのＬＥＤも同様に接続されている。
【００４１】
次に、Ｒ／Ｗレジスタ１０１ａ及び照射源１１０ａの動作について説明することにする。Ｒ／Ｗレジスタ１０１ｂ及び照射源１１０ｂの動作は同様であり、反復は控えることにする。
【００４２】
異なる色の光は別個に発生されるので、カウンタ８２ａに記憶されている、異なる色の光を発生するＬＥＤに供給される電流を表す値は、各色毎に異なる。各ＬＥＤを使用可能にする前に、そのＬＥＤに関して先行フレームにおいて用いられた値が、Ｒ／Ｗレジスタ１０１ａから呼び出され、接続１０７ａを介してカウンタ８２ａにロードされる。接続８３ａを介してコントローラ５１からＰＲＥＳＥＴ信号を受けると、現在の色に関して先行サイクルから得られるその色に対応する値が、Ｒ／Ｗレジスタ１０１ａから読み出され、カウンタ８２ａにロードされる。ＰＲＥＳＥＴ信号は、積分器５７ａ及び５７ｂのリセットに用いられるＲＳＴ信号に対応する。次に、適時に、ＬＥＤを使用可能にし、光検出器の出力が積分される。各照射期間の終了時に、コントローラ５１によって、ＣＨ１＿ＡＣＴＩＶＥ信号が許可されて、上述のように、補正信号の計算が可能になる。補正が実行されると、次の色に関する値がロードされる前に、新しい値がＲ／Ｗレジスタ１０１ａに記憶される。その後、次の色に関してこのようなサイクルが繰り返される。
【００４３】
照射源１１０ａの制御は、それぞれ、コントローラ５１によってトランジスタ１１８ａ、１１９ａ、または１２１ａに供給される適切なＲ＿ＯＮ、Ｇ＿ＯＮ、またはＢ＿ＯＮ信号に関連して、ＤＡＣ８６ａから適切な信号を受けると、トランジスタ８８ａによって行われる。これらの信号は、それぞれ、ＬＥＤ１１１ａ、１１２ａ、または１１４ａのオン時間を制御するものであり、図５を参照して詳細に後述することにする。
【００４４】
図５は、図４のオン・チップ較正回路の動作を説明するためのタイムチャートである。
【００４５】
信号Ｒ＿ＯＮ２０１、Ｇ＿ＯＮ２０２、及びＢ＿ＯＮ２０４は、トランジスタ１１８ａ、１１９ａ、及び１２１ａ（図４）をアクティブにする時間に対応しており、さらに、これらのトランジスタに接続されたそれぞれのＬＥＤがオンになる時間に対応している。リセット信号ＲＳＴ２０６は、接続５２ａを介して、コントローラ５１からトランジスタ５４ａに供給され、ＣＨ１＿ＡＣＴＩＶＥ信号２０７及びＣＨ２＿ＡＣＴＩＶＥ信号２０８は、それぞれ、図３のトランジスタ７２ａ及び７２ｂに供給される。ＲＳＴ信号によって、積分器５７ａ及び５７ｂがリセットされ、ＣＨ１＿ＡＣＴＩＶＥ信号及びＣＨ２＿ＡＣＴＩＶＥ信号によって、コンパレータ７８ａ及び７８ｂが積分器５７ａ及び５７ｂの出力を受ける時が決まる。ＬＯＡＤ信号２９は、接続５９を介して、コントローラ５１からラッチ６４に供給される。
【００４６】
ＥＮＡＢＬＥ信号２１１が、接続６２を介して、コントローラ５１からラッチ６４に供給されると、ラッチ６４の出力をＤＡＣ６７に供給することが可能になり、ＵＰＤＡＴＥ１信号２１２及びＵＰＤＡＴＥ２信号２１４が、それぞれ、接続７９ａ及び７９ｂを介して、カウンタ８２ａ及び８２ｂに供給されると、カウンタは新たな強度値に更新される。各カウンタは、前述のように、それぞれ、接続８１ａ及び８１ｂを介して供給されるコンパレータ７８ａ及び７８ｂの出力が論理的高か、論理的低かに従って、それぞれのＵＰＤＡＴＥ信号が表明されると、インクリメントするか、ディクリメントするか、あるいは、不変のままということになる。Ｒ／Ｗ信号２１６は、コントローラ５１から、接続１０４ａを介してＲ／Ｗレジスタ１０１ａに供給され、また接続１０４ｂを介してＲ／Ｗレジスタ１０１ｂに供給される。
【００４７】
Ｒ／Ｗ信号２１６が論理的高の場合、Ｒ／Ｗレジスタ１０１ａ及び１０１ｂは読み出しモードになり、レジスタに記憶されている値が、それぞれ、対応するカウンタ８２ａ及び８２ｂにロードされる。Ｒ／Ｗ信号２１６が論理的低の場合、カウンタ８２ａの値はＲ／Ｗレジスタ１０１ａに記憶され、カウンタ８２ｂの値はＲ／Ｗレジスタ１０１ｂに記憶される。
【００４８】
ＲｅｇＳｅｌ１信号２１７及びＲｅｇＳｅｌ２信号２１８は、それぞれ、接続１０２ａ及び１０２ｂを介して、Ｒ／Ｗレジスタ１０１ａ及びＲ／Ｗレジスタ１０１ｂに供給される。これらの信号によって、特定色のＬＥＤについて各レジスタに記憶されている値が対応するカウンタに転送される時が決まる。カラー信号２１９及び２２１は、それぞれ、接続１０６ａ及び１０６ｂを介して、コントローラ５１によって供給されるアドレスであり、Ｒ／Ｗレジスタ１０１ａ及び１０１ｂにおけるＭ個のワードのどれが、それぞれ、カウンタ８２ａ及び８２ｂに供給されるかを決定する。このようにして、複数照射源と、照射源毎に複数の色を備えたカラー・ディスプレイの強度を連続してモニタし、調整することが可能になる。
【００４９】
当業者には明らかなように、本発明の原理を実質的に逸脱することなく、上述の本発明の好ましい実施形態に対して多くの変更及び変形を加えることが可能である。例えば、オン・チップ較正回路は、ＬＥＤ以外の光源及びフォトダイオード以外の光検出器を備える応用例にも用いることが可能である。さらに、本発明は、Ｎ個のカウンタ（ここで、Ｎは色の数である）と、ＬＥＤ駆動用ＤＡＣに対する入力におけるＮ：１マルチプレクサとが、図４に示したＲ／Ｗレジスタの代わりに用いられるような多色の応用例においても使用される。このように、各色の専用カウンタを用いて、対応するＬＥＤを駆動する。マルチプレクサは、適時に各色用の適切なカウンタを選択する。さらに、集積回路ディスプレイを照射している照射源の強度の測定及び調整に関して説明したが、本発明の概念は、照射源をその一部として備える集積回路に対して容易に拡張することが可能である、このような変更及び変形は、全て、前記請求項において定義された本発明の範囲内に含まれるものとする。
【００５０】
以下に、本発明の実施形態を要約する。
１．少なくとも１つの光検出器（１１ａ）と強度検知・制御回路（５０）を有する集積回路（１４）を設けるステップと、
照射源（１２ａ）を用いて前記少なくとも１つの光検出器（１１ａ）を照射するステップと、
前記光検出器（１１ａ）を用いて前記照射源（１２ａ）の強度を測定するステップと、
前記強度を前記強度検知・制御回路（５０）に伝達するステップと、
前記強度検知・制御回路（５０）を用いて前記照射源（１２ａ）を所定のレベルに調整するステップと、を有してなることを特徴とする照射源較正方法。
【００５１】
２．前記照射源（１２ａ）が発光ダイオードであることを特徴とする上記１に記載の照射源較正方法。
【００５２】
３．前記照射源（１２ａ）を調整するステップが、さらに、前記照射源（１２ａ）に対する駆動電流（ＩLED）を増減させるステップを有していることを特徴とする上記１に記載の照射源較正方法。
【００５３】
４．前記光検出器（１１ａ）が前記強度検知・制御回路（５０）と同じ場所に配置されていることを特徴とする上記１に記載の照射源較正方法。
【００５４】
５．前記集積回路（１４）が前記照射源（１２ａ）を有していることを特徴とする上記１に記載の照射源較正方法。
【００５５】
６．イメージング・アレイ（１６）と光検出器（１１ａ）を有する集積回路（１４）と、
前記イメージング・アレイ（１６）に光学的に結合された照射源（１２ａ）と、
前記集積回路（１４）上に設けられ、前記光検出器（１１ａ）に結合された強度検知回路と前記照射源（１２ａ）に結合された制御回路を有する回路（５０）と、を備えてなることを特徴とする照射源較正システム（１０）。
【００５６】
７．前記強度検知回路が、さらに、
前記光検出器（１１ａ）に結合された第１の増幅器（５７ａ）と、
前記第１の増幅器（５７ａ）の出力及び前記照射源（１２ａ）の所定の強度レベルを表す信号（６８）を受けるように構成された第２の増幅器（７８ａ）と、を有していることを特徴とする上記６に記載の照射源較正システム（１０）。
【００５７】
８．前記集積回路（１４）が前記照射源（１２ａ）を有していることを特徴とする上記６に記載の照射源較正システム（１０）。
【００５８】
９．前記制御回路が、さらに、
前記第２の増幅器（７８ａ）に結合されたカウンタ（８２ａ）と、
前記カウンタ（８２ａ）に結合されたデジタル／アナログ変換器（８６ａ）と、
前記デジタル／アナログ変換器（８６ａ）及び前記照射源（１２ａ）に結合されたトランジスタ（８８ａ）と、を有していることを特徴とする上記６に記載の照射源較正システム（１０）。
【００５９】
１０．前記照射源（１２ａ）が複数の発光ダイオード（１１１ａ、１１２ａ、１１４ａ）を有しており、前記制御回路が、さらに、前記カウンタ（８２ａ）に結合され前記複数の発光ダイオード（１１１ａ、１１２ａ、１１４ａ）のそれぞれの強度に対応する値を記憶するレジスタ（１０１ａ）を有していることを特徴とする上記９に記載の照射源較正システム（１０）。
【００６０】
【発明の効果】
上述の説明から明らかなように、本発明の照射源較正方法によれば、マイクロ・ディスプレイのイメージング素子を構成する装置に、照射源の連続自動較正機能を直接組み込むことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のオン・チップ較正回路を含むマイクロ・ディスプレイ・システムを示す概略図である。
【図２】本発明を示す略機能ブロック回路図である。
【図３】図１のオン・チップ較正回路の第１の実施形態を示す概略ブロック回路図である。
【図４】図１のオン・チップ較正回路の好ましい実施形態を示す概略ブロック回路図である。
【図５】図４のオン・チップ較正回路の動作を説明するためのタイムチャートである。
【符号の説明】
１０  マイクロ・システム・ディスプレイ
１１ａ  光検出器
１２ａ  照射源
１４  マイクロ・ディスプレイ装置（集積回路）
１６  イメージング・アレイ
５０  強度検知・制御回路
５７ａ  積分器（第１の増幅器）
７８ａ  コンパレータ（第２の増幅器）
８２ａ  カウンタ
８６ａ  ＤＡＣ
８８ａ  トランジスタ
１０１ａ  レジスタ
１１１ａ、１１２ａ、１１４ａ  ＬＥＤ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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