Цифровое микрозеркальное устройство - Digital micromirror device

DLP CINEMA. Технология Texas Instruments

В цифровое микрозеркальное устройство, или же DMD, это микрооптоэлектромеханическая система (MOEMS), который является ядром зарегистрированной технологии проецирования DLP от Инструменты Техаса (TI). DMD Texas Instrument был создан физиком твердого тела и почетным научным сотрудником TI. Доктор Ларри Хорнбек в 1987 г.[1] Однако технология восходит к 1973 году, когда Харви С. Натансон (изобретатель MEMS c. 1965) использовал миллионы микроскопически маленьких движущихся зеркал для создания видеодисплея того типа, который сейчас используется в цифровых проекторах.[2]

Проект DMD начался в 1977 году как устройство деформируемого зеркала с использованием микромеханических аналоговых модуляторов света. Первым аналоговым DMD-продуктом был принтер для авиабилетов TI DMD2000, в котором DMD использовался вместо лазерного сканера.

Микросхема DMD имеет на своей поверхности несколько сотен тысяч микроскопических зеркал, расположенных в прямоугольной форме. множество которые соответствуют пикселям отображаемого изображения. Зеркала можно поворачивать по отдельности на ± 10-12 °, во включенное или выключенное состояние. Во включенном состоянии свет от лампы проектора отражается в объектив, благодаря чему пиксель на экране становится ярким. В выключенном состоянии свет направлен в другое место (обычно на радиатор ), делая пиксель темным.

Производить оттенки серого зеркало включается и выключается очень быстро, а соотношение времени включения и времени выключения определяет получаемый оттенок (двоичный широтно-импульсная модуляция ). Современные микросхемы DMD могут воспроизводить до 1024 оттенков серого (10 бит). Видеть Цифровая обработка света для обсуждения того, как создаются цветные изображения в системах на основе DMD.

Схема цифрового микрозеркала, показывающая зеркало, установленное на подвесной вилке, с торсионной пружиной, движущейся снизу слева направо (светло-серый), с электростатическими подушками ячеек памяти внизу (вверху слева и внизу справа)

Сами зеркала сделаны из алюминия и имеют диаметр около 16 микрометров. Каждый из них установлен на ярме, которое, в свою очередь, соединено с двумя опорными стойками соответствующими торсионные петли. В шарнирах этого типа ось закреплена с обоих концов и поворачивается посередине. Из-за небольшого размера петля усталость не проблема [3] и тесты показали, что даже 1 триллион (1012) операции не вызывают заметных повреждений. Испытания также показали, что шарниры не могут быть повреждены обычными ударами и вибрациями, поскольку они поглощаются надстройкой DMD.

Две пары электродов регулируют положение зеркала за счет электростатического притяжения. Каждая пара имеет по одному электроду с каждой стороны шарнира, при этом одна из пар расположена так, чтобы воздействовать на ярмо, а другая действует непосредственно на зеркало. В большинстве случаев к обеим сторонам одновременно прикладываются одинаковые заряды смещения. Вместо того, чтобы переключаться в центральное положение, как можно было бы ожидать, это 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.

Чтобы переместить зеркала, необходимое состояние сначала загружается в SRAM ячейка, расположенная под каждым пикселем, которая также подключена к электродам. После того, как все ячейки SRAM загружены, напряжение смещения снимается, позволяя зарядам от ячейки SRAM преобладать, перемещая зеркало. Когда смещение восстанавливается, зеркало снова удерживается на месте, и следующее необходимое движение может быть загружено в ячейку памяти.

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 может быть снято одновременно для всего чипа, поэтому каждое зеркало перемещается в тот же момент. Преимущества последнего - более точный тайминг и более кинематографическое движущееся изображение.

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

Описанный тип отказа на них вызван внутренним загрязнением, обычно из-за разрушения уплотнения, разъедающего опоры зеркал. Связанный отказ - клей, использованный в период с 2007 по 2013 год, который под действием тепла и света разлагается и выделяется: это обычно вызывает запотевание стекла и в конечном итоге белое / Это обычно не может быть восстановлено, но дефектные микросхемы DMD могут иногда использоваться для менее важных проектов, не требующих быстрого изменения шаблонов, если существующие плохие пиксели можно сделать частью проецируемого изображения или иным образом отобразить, включая 3D-сканирование.[4]

Приложения

Рекомендации

  1. ^ «Ларри Хорнбек, цифровое микрозеркальное устройство, патент США № 5,061,049, введенный в действие в 2009 году», "Национальный зал славы изобретателей"
  2. ^ Патент США 3746911, Натансон и др., "Электростатически отклоняемые световые клапаны для проекционных дисплеев", выпущенный 1973-7-17 
  3. ^ Дуглас, М. Р. (1998). «Оценка срока службы и уникальные механизмы отказа цифрового микрозеркального устройства (DMD)». Материалы 36-го ежегодного международного симпозиума по физике надежности IEEE 1998 г. (Кат. № 98CH36173) RELPHY-98. С. 9–16. Дои:10.1109 / RELPHY.1998.670436. ISBN  0-7803-4400-6. S2CID  33779816.
  4. ^ "[Решено] Объяснение отказа микросхемы DLP: белые точки и белая дымка? - Форум продуктов DLP® - Продукты DLP® - Форумы поддержки TI E2E".
  5. ^ Метрология.
  6. ^ Хит, Дэниел Дж; Feinaeugle, Матиас; Грант-Джейкоб, Джеймс А; Миллс, Бен; Исон, Роберт В. (01.05.2015). «Динамическое пространственное формирование импульса с помощью цифрового микрозеркального устройства для структурированного лазерно-индуцированного прямого переноса твердых полимерных пленок» (PDF). Оптические материалы Экспресс. 5 (5): 1129. Bibcode:2015OMExp ... 5,1129ч. Дои:10.1364 / ом.5.001129. ISSN  2159-3930.
  7. ^ Георгиева Александра; Белашов, Андрей; Петров, Николай В (2020-10-02). «Оптимизация независимой амплитудной и фазовой модуляции на основе DMD: пространственное разрешение и квантование» (PDF). arXiv: 2010.00955.
  8. ^ Ли, Киоре; Ким, Кюхён; Ким, Геон; Шин, Сыну; Пак, Ён-Гын (2017-02-28). «Структурированное освещение с мультиплексированием по времени с использованием DMD для оптической дифракционной томографии». Письма об оптике. 42 (5): 999–1002. Дои:10.1364 / OL.42.000999. ISSN  0146-9592.

внешняя ссылка