Cyfrowe urządzenie mikrolustra - Digital micromirror device

Chip DMD używany w większości projektorów i niektórych telewizorach

Cyfrowe urządzenie mikrolusterek lub DMD , jest microoptoelectromechanical System (MOEMS), która jest rdzeniem znakiem towarowym technologii projekcji DLP Texas Instruments (TI). DMD Texas Instrument został stworzony przez fizyka półprzewodnikowego i emerytowanego stypendystę TI, dr Larry'ego Hornbecka w 1987 roku. Jednak technologia sięga 1973 roku, kiedy Harvey C. Nathanson (wynalazca MEMS około 1965) użył milionów mikroskopijnie małych ruchomych luster do stworzyć wyświetlacz wideo typu obecnie spotykanego w projektorach cyfrowych.

Projekt DMD rozpoczął się jako urządzenie odkształcalnego lustra w 1977 roku przy użyciu mikromechanicznych analogowych modulatorów światła. Pierwszym analogowym produktem DMD była drukarka biletów lotniczych TI DMD2000, która wykorzystywała DMD zamiast skanera laserowego.

Chip DMD ma na swojej powierzchni kilkaset tysięcy mikroskopijnych luster ułożonych w prostokątny układ, który odpowiada pikselom wyświetlanego obrazu. Lustra mogą być indywidualnie obracane o ±10-12°, do stanu włączenia lub wyłączenia. W stanie włączonym światło z żarówki projektora odbija się od obiektywu, dzięki czemu piksel wydaje się jasny na ekranie. W stanie wyłączonym światło jest kierowane w inne miejsce (zwykle na radiator ), przez co piksel wydaje się ciemny. Aby uzyskać odcienie szarości , lustro jest bardzo szybko włączane i wyłączane, a stosunek czasu włączenia do czasu wyłączenia określa uzyskany odcień (binarna modulacja szerokości impulsu ). Współczesne chipy DMD mogą wytwarzać do 1024 odcieni szarości (10 bitów). Zobacz Digital Light Processing w celu omówienia sposobu wytwarzania kolorowych obrazów w systemach opartych na technologii DMD.

Schemat cyfrowego mikrolusterka przedstawiającego lustro zamontowane na zawieszonym jarzmie ze sprężyną skrętną biegnącą od dołu od lewej do prawej górnej strony (jasnoszary), z podkładkami elektrostatycznymi komórek pamięci poniżej (na górze po lewej i na dole po prawej)

Same lustra są wykonane z aluminium i mają około 16 mikrometrów średnicy. Każdy z nich jest zamontowany na jarzmie, które z kolei jest połączone z dwoma słupkami wsporczymi za pomocą zgodnych zawiasów skrętnych . W tego typu zawiasach oś jest zamocowana na obu końcach i skręca się pośrodku. Ze względu na małą skalę zmęczenie zawiasu nie stanowi problemu, a testy wykazały, że nawet 1  bilion (10 12 ) operacji nie powoduje zauważalnych uszkodzeń. Testy wykazały również, że zawiasy nie mogą zostać uszkodzone przez normalne wstrząsy i wibracje, ponieważ są one pochłaniane przez nadbudowę DMD.

Dwie pary elektrod kontrolują położenie zwierciadła poprzez przyciąganie elektrostatyczne. Każda para ma jedną elektrodę po każdej stronie zawiasu, przy czym jedna z par działa na jarzmo, a druga działa bezpośrednio na lustro. W większości przypadków jednakowe obciążenia stronniczości są nakładane na obie strony jednocześnie. Zamiast obracać się do pozycji centralnej, jak można by się spodziewać, to faktycznie utrzymuje lustro w obecnej pozycji. Dzieje się tak, ponieważ siła przyciągania po stronie, do której lustro jest już pochylone, jest większa, ponieważ ta strona jest bliżej elektrod.

Aby przesunąć lustra, wymagany stan jest najpierw ładowany do komórki SRAM znajdującej się pod każdym pikselem, która jest również połączona z elektrodami. Po załadowaniu wszystkich komórek SRAM, napięcie polaryzacji jest usuwane, umożliwiając dominację ładunków z komórki SRAM, przesuwając lustro. Po przywróceniu odchylenia lustro jest ponownie utrzymywane w pozycji, a następny wymagany ruch może zostać załadowany do komórki pamięci.

System bias jest używany, ponieważ zmniejsza poziomy napięcia wymagane do adresowania pikseli, tak aby można je było sterować bezpośrednio z komórki SRAM, a także dlatego, że napięcie polaryzacji można usunąć w tym samym czasie dla całego układu, dzięki czemu każde lustro się porusza w tej samej chwili. Zaletami tych ostatnich są dokładniejsze taktowanie i bardziej kinowy ruchomy obraz .

Zepsuty układ DMD pokazujący „białe kropki” pojawiające się na ekranie jako „białe piksele”.

Opisany tryb awaryjny tych elementów jest spowodowany zanieczyszczeniem wewnętrznym, zwykle z powodu uszkodzenia uszczelnienia, które powoduje korozję wsporników lusterek. Powiązaną wadą jest klej używany w latach 2007–2013, który pod wpływem ciepła i światła ulega degradacji i odgazowuje: zwykle powoduje to zaparowanie wnętrza szkła i ostatecznie białe/czarne piksele. Zwykle nie można tego naprawić, ale wadliwe chipy DMD mogą być czasami używane w mniej krytycznych projektach, które nie wymagają szybko zmieniających się wzorów, jeśli istniejące uszkodzone piksele można uczynić częścią wyświetlanego obrazu lub w inny sposób odwzorować, w tym skanowanie 3D.

Aplikacje

Bibliografia

  1. ^ „Larry Hornbeck, Digital Micromirror Device, patent USA nr 5 061 049, wprowadzony w 2009 r.” , „Narodowa Galeria Sław Wynalazców”
  2. ^ Patent USA 3746911 , Nathanson i in., „Elektrostatycznie odchylane zawory świetlne do wyświetlaczy projekcyjnych”, wydany 17.07.1973 
  3. ^ Johnson, R. Colin (2007-01-29). „TI guy on DLP: Zrobiliśmy to z lustrami” . Czasy EE . Pobrano 2021-05-29 .
  4. ^ Brennesholtz, Mateusz; Stupp, Edward H. (15 września 2008). „Rozdział 5 Urządzenia mikroelektromechaniczne”. Wyświetlacze projekcyjne . John Wiley & Synowie. s. 57-69. Numer ISBN 978-0-470-77091-7.
  5. ^ Akride, Mike; Butler, Tim J.; Moss, Graham H. (1 sierpnia 1999). „Cyfrowe mikrolusterko zapewnia jasną gamę kolorów” . Świat ostrości lasera . Pobrano 2021-06-07 .
  6. ^ Douglass, MR (1998). „Szacunki czasu życia i unikalne mechanizmy awarii urządzenia Digital Micromirror (DMD)”. 1998 Międzynarodowe Sympozjum Fizyki Niezawodności IEEE 36th Annual (PDF) . s. 9-16. doi : 10.1109/RELPHY.1998.670436 . Numer ISBN 0-7803-4400-6. S2CID  33779816 .
  7. ^ Horenstein, Mark N.; Pappas, Set; Fiszowa, Asaf; Bifano, Thomas G. (2002). „Mikrozwierciadła elektrostatyczne do podaperturowania w układzie optyki adaptacyjnej” (PDF) . Czasopismo Elektrostatyki . 54 (3-4): 321-332.
  8. ^ Schirmer, Eric. „Wyjaśnienie awarii chipa DLP: białe kropki i biała mgiełka?” . Produkty DLP® — forum produktów DLP . Texas Instruments Inc . Źródło 2019-12-19 .
  9. ^ „Firma Plano Cinema, aby otworzyć kino z projekcją cyfrową, przekąski samoobsługowe” . Teksas biznes . Stary Mesquite LLC. 2010-10-25. Zarchiwizowane od oryginału dnia 2012-01-26 . Pobrano 24.10.2011 .
  10. ^ Barreto, Raul (2013-05-13). „Korzystanie z zestawów rozwojowych DLP® dla systemów metrologii optycznej 3D” (PDF) (raport aplikacji). DLPA026. Texas Instrumenty . Pobrano 2021-05-29 .
  11. ^ Heath Daniel J; Feinaeugle, Maciej; Grant-Jacob, James A; Mills, Ben; Pora, Robert W (2015-05-01). „Dynamiczne przestrzenne kształtowanie impulsu za pomocą cyfrowego urządzenia mikrolustra do wzorowanego, indukowanego laserowo przenoszenia do przodu stałych folii polimerowych” (PDF) . Materiały Optyczne Express . 5 (5): 1129. Kod bib : 2015OMExp...5.1129H . doi : 10.1364/ome.5.001129 . ISSN  2159-3930 .
  12. ^ Georgiewa, Aleksandra; Biełaszow, Andrzej; Pietrow, Mikołaj V (02.10.2020). „Optymalizacja niezależnej modulacji amplitudy i fazy opartej na DMD: rozdzielczość przestrzenna i kwantyzacja”. str. 20100.00955. arXiv : 2010.00955 [ fizyka.optyka ].
  13. ^ Lee, Kyeoreh; Kim, Kyoohyun; Kim, Geon; Shin, Seungwoo; Park, Yong-Keun (28.02.2017). „Zwielokrotnione w czasie oświetlenie strukturalne przy użyciu DMD do optycznej tomografii dyfrakcyjnej” . Litery optyki . 42 (5): 999–1002. arXiv : 1612.00044 . Kod Bib : 2017OptL...42..999L . doi : 10.1364/OL.42.000999 . ISSN  0146-9592 . PMID  28248352 . S2CID  46878533 .
  14. ^ „Najnowocześniejsza technologia oświetlenia” . Polygon Cellular-Resolution Optogenetyka i fotostymulacja . Systemy Mightex . Pobrano 2021-05-28 .

Linki zewnętrzne