stringtranslate.com

Цифровое микрозеркальное устройство

Чип DMD, используемый в большинстве проекторов и некоторых телевизорах.

Цифровое микрозеркальное устройство , или DMD , представляет собой микрооптоэлектромеханическую систему (MOEMS), которая является основой проекционной технологии Digital Light Processing (DLP) под торговой маркой от Texas Instruments (TI). DMD компании Texas Instruments был создан физиком твердого тела и почетным научным сотрудником TI доктором Ларри Хорнбеком в 1987 году . микроскопически маленьких движущихся зеркал для создания видеоизображения того типа, который сейчас используется в цифровых проекторах. [2]

История

Проект DMD начался с создания деформируемого зеркального устройства в 1977 году с использованием микромеханических аналоговых модуляторов света. Первым аналоговым продуктом DMD был принтер для авиабилетов TI DMD2000, в котором вместо лазерного сканера использовался DMD. [3]

Строительство и использование

Чип DMD имеет на своей поверхности несколько сотен тысяч микроскопических зеркал, расположенных в виде прямоугольной матрицы , соответствующей пикселям отображаемого изображения. Зеркала и поддерживающие механические конструкции изготовлены с использованием поверхностной микрообработки . [4] Зеркала можно поворачивать по отдельности на ±10–12° во включенное или выключенное состояние. Во включенном состоянии свет лампы проектора отражается в линзу, благодаря чему пиксель на экране выглядит ярким. В выключенном состоянии свет направляется в другое место (обычно на радиатор ), в результате чего пиксель кажется темным. Для создания оттенков серого зеркало очень быстро включается и выключается, а соотношение времени включения и времени выключения определяет создаваемый оттенок (двоичная широтно-импульсная модуляция ). [5] Современные чипы DMD могут воспроизводить до 1024 оттенков серого (10 бит). [6] См. «Цифровая обработка света» , где обсуждается, как цветные изображения создаются в системах на основе DMD.

Схема цифрового микрозеркала, показывающая зеркало, установленное на подвешенном хомуте с торсионной пружиной, движущейся снизу слева направо (светло-серый), с электростатическими площадками ячеек памяти внизу (вверху слева и внизу справа).

Сами зеркала изготовлены из алюминия и имеют диаметр около 16 микрометров. Каждое зеркало установлено на траверсе, которая, в свою очередь, соединена с двумя опорными стойками с помощью торсионных шарниров . В шарнире этого типа ось фиксируется с обоих концов и закручивается посередине. Из-за небольшого масштаба усталость шарниров не является проблемой, и испытания показали, что даже 1  триллион (10 12 ) операций не причиняет заметного ущерба. Испытания также показали, что петли не могут быть повреждены обычными ударами и вибрациями, поскольку они поглощаются надстройкой DMD. [7]

Две пары электродов контролируют положение зеркала за счет электростатического притяжения. Каждая пара имеет по одному электроду с каждой стороны шарнира, причем одна из пар расположена так, чтобы воздействовать на ярмо, а другая - непосредственно на зеркало. В большинстве случаев одинаковые заряды смещения прикладываются к обеим сторонам одновременно. Вместо того, чтобы перевернуть зеркало в центральное положение, как можно было бы ожидать, оно фактически удерживает зеркало в его текущем положении. Это связано с тем, что сила притяжения на стороне, к которой зеркало уже наклонено, больше, поскольку эта сторона находится ближе к электродам. [8]

Для перемещения зеркал необходимое состояние сначала загружается в ячейку SRAM , расположенную под каждым пикселем, которая также связана с электродами. После того, как все ячейки SRAM загружены, напряжение смещения снимается, позволяя зарядам ячейки SRAM преобладать, перемещая зеркало. Когда смещение восстанавливается, зеркало снова удерживается на месте, и в ячейку памяти можно загрузить следующее необходимое движение.

Система смещения используется потому, что она снижает уровни напряжения, необходимые для адресации пикселей, так что они могут управляться непосредственно из ячейки SRAM, а также потому, что напряжение смещения можно снять одновременно для всего чипа, поэтому каждое зеркало перемещается. в тот же момент. Преимуществами последнего являются более точный расчет времени и более кинематографичное движущееся изображение .

Сломанный чип DMD, на котором «белые точки» появляются на экране как «белые пиксели».

Описанный тип неисправности вызван внутренним загрязнением, обычно из-за разрушения уплотнения, вызывающего коррозию опор зеркала. Связанным с этим отказом стал клей, использовавшийся в период с 2007 по 2013 год, под действием которого тепло и свет разлагаются и выделяют газы: обычно это вызывает запотевание внутри стекла и, в конечном итоге, появление белых/черных пикселей. Обычно это невозможно исправить, но неисправные чипы DMD иногда можно использовать для менее важных проектов, не требующих быстрого изменения шаблонов, если существующие плохие пиксели можно сделать частью проецируемого изображения или нанести на карту иным образом, включая 3D-сканирование. [9]

Приложения

Рекомендации

  1. ^ «Ларри Хорнбек, Цифровое микрозеркальное устройство, патент США № 5 061 049, введен в должность в 2009 году». Архивировано 3 марта 2016 г. в Wayback Machine , «Национальный зал славы изобретателей».
  2. ^ Патент США 3746911, Натансон и др., «Электростатически отклоняемые световые клапаны для проекционных дисплеев», выдан 17 июля 1973 г. 
  3. ^ Джонсон, Р. Колин (29 января 2007 г.). «Сотрудник TI по ​​DLP: мы сделали это с помощью зеркал» . ЭЭ Таймс . Проверено 29 мая 2021 г.
  4. ^ Сасаки, М. (2021). Микрообработка поверхности металлов. М. Эсаши (ред.) «3D и схемная интеграция МЭМС». https://doi.org/10.1002/9783527823239.ch6
  5. ^ Бреннешольц, Мэтью; Ступп, Эдвард Х. (15 сентября 2008 г.). «Глава 5 Микроэлектромеханические устройства». Проекционные дисплеи . Джон Уайли и сыновья. стр. 57–69. ISBN 978-0-470-77091-7.
  6. ^ Акриде, Майк; Батлер, Тим Дж.; Мосс, Грэм Х. (1 августа 1999 г.). «Цифровое микрозеркало дает яркую палитру цветов». Мир лазерного фокуса . Проверено 7 июня 2021 г.
  7. ^ Дуглас, MR (1998). «Оценки срока службы и уникальные механизмы отказа цифрового микрозеркального устройства (DMD)». Материалы 36-го ежегодного международного симпозиума по физике надежности IEEE 1998 г. (PDF) . стр. 9–16. дои : 10.1109/RELPHY.1998.670436. ISBN 0-7803-4400-6. S2CID  33779816.
  8. ^ Хоренштейн, Марк Н.; Паппас, Сет; Фишов, Асаф; Бифано, Томас Г. (2002). «Электростатические микрозеркала для субапертуры в системе адаптивной оптики» (PDF) . Журнал электростатики . 54 (3–4): 321–332. дои : 10.1016/S0304-3886(01)00159-0. Архивировано из оригинала (PDF) 23 сентября 2021 г. Проверено 29 мая 2021 г.
  9. ^ Ширмер, Эрик. «Объяснение неисправности DLP-чипа: белые точки и белая дымка?». Продукты DLP® — форум продуктов DLP . Техас Инструментс Инк . Проверено 19 декабря 2019 г.
  10. ^ «Фирма Plano Cinema откроет кинотеатр с цифровой проекцией и закусками самообслуживания» . Техасский бизнес . ООО «Олд Мескит». 25 октября 2010 г. Архивировано из оригинала 26 января 2012 г. Проверено 24 октября 2011 г.
  11. ^ Баррето, Рауль (13 мая 2011 г.). «Использование комплектов разработки DLP® для систем 3D-оптической метрологии» (PDF) (отчет о применении). ДЛПА026. Инструменты Техаса . Проверено 29 мая 2021 г.
  12. ^ Хит, Дэниел Дж; Фейнегл, Матиас; Грант-Джейкоб, Джеймс А.; Миллс, Бен; Исон, Роберт В. (01 мая 2015 г.). «Динамическое пространственное формирование импульса с помощью цифрового микрозеркального устройства для узорчатого лазерно-индуцированного прямого переноса твердых полимерных пленок» (PDF) . Оптические материалы Экспресс . 5 (5): 1129. Бибкод : 2015OMExp...5.1129H. дои : 10.1364/ome.5.001129 . ISSN  2159-3930.
  13. ^ Лю и др., 2015 «3D-изображения в объемно-рассеивающих средах с использованием измерений в фазовом пространстве»
  14. ^ Георгиева, Александра; Белашов Андрей; Петров, Николай В. (11 мая 2022 г.). «Оптимизация независимой амплитудной и фазовой модуляции на основе DMD путем анализа целевого сложного волнового фронта». Научные отчеты . 12 (1): 7754. arXiv : 2010.00955 . Бибкод : 2022NatSR..12.7754G. дои : 10.1038/s41598-022-11443-x . ISSN  2045-2322. ПМЦ 9095630 . ПМИД  35546600. 
  15. ^ Ли, Кёре; Ким, Кёхён; Ким, Геон; Шин, Сыну; Пак, Ёнгын (28 февраля 2017 г.). «Структурированное освещение с мультиплексированием по времени с использованием DMD для оптической дифракционной томографии». Оптические письма . 42 (5): 999–1002. arXiv : 1612.00044 . Бибкод : 2017OptL...42..999L. дои : 10.1364/OL.42.000999. ISSN  0146-9592. PMID  28248352. S2CID  46878533.
  16. ^ «Современная технология освещения». Полигональная оптогенетика и фотостимуляция клеточного разрешения . Системы Майтекс . Проверено 28 мая 2021 г.

Внешние ссылки