Digital micromirror enhed - Digital micromirror device

Image
En DMD-chip, der bruges i de fleste projektorer og nogle tv'er

Den digitale mikromirror-enhed eller DMD er det mikrooptoelektromekaniske system (MOEMS), der er kernen i den varemærkebeskyttede DLP-projektionsteknologi fra Texas Instruments (TI). Texas Instruments DMD blev oprettet af solid state fysiker og TI Fellow Emeritus Dr. Larry Hornbeck i 1987. Teknologien går imidlertid tilbage til 1973 med Harvey C. Nathansons (opfinder af MEMS c. 1965) brug af millioner af mikroskopisk små bevægelige spejle til oprette en videodisplay af den type, der nu findes i digitale projektorer.

DMD-projektet startede som det deformerbare spejlindretning i 1977 ved hjælp af mikromekaniske analoge lysmodulatorer. Det første analoge DMD-produkt var TI DMD2000-flybilletprinteren, der brugte en DMD i stedet for en laserscanner.

En DMD-chip har på overfladen flere hundrede tusinde mikroskopiske spejle anbragt i et rektangulært array, der svarer til pixelerne i det billede, der skal vises. Spejle kan drejes individuelt ± 10-12 °, til en tændt eller slukket tilstand. I tændt tilstand reflekteres lys fra projektorpæren ind i linsen, så pixlen ser lys ud på skærmen. I slukket tilstand er lyset rettet et andet sted (normalt mod en køleplade ), hvilket gør pixlen mørk. For at producere gråtoner slås spejlet meget hurtigt til og fra, og forholdet mellem tid og slukketid bestemmer den producerede skygge (binær pulsbreddemodulation ). Moderne DMD-chips kan producere op til 1024 gråtoner (10 bit). Se Digital lysbehandling for at diskutere, hvordan farvebilleder produceres i DMD-baserede systemer.

Image
Diagram over en digital mikrospejl, der viser spejlet monteret på det ophængte åg med torsionsfjederen, der kører nederst til venstre mod øverst til højre (lysegrå) med de elektrostatiske puder i hukommelsescellerne nedenunder (øverst til venstre og nederst til højre)

Spejle i sig selv er lavet af aluminium og er omkring 16 mikrometer på tværs. Hver er monteret på et åg, som igen er forbundet med to støttepæle med eftergivende vridningshængsler . I denne type hængsel er akslen fastgjort i begge ender og drejes i midten. Grund af den lille målestok, hængsel træthed er ikke et problem, og forsøg har vist, at engang 1  billioner (10 12 ) operationer ikke forårsager mærkbar skade. Test har også vist, at hængslerne ikke kan beskadiges af normalt stød og vibrationer, da det absorberes af DMD-overbygningen.

To par elektroder styrer spejlets position ved elektrostatisk tiltrækning. Hvert par har en elektrode på hver side af hængslet, hvor det ene par er placeret til at virke på åget, og det andet virker direkte på spejlet. Størstedelen af ​​tiden anvendes lige bias-afgifter på begge sider samtidigt. I stedet for at vende til en central position, som man kunne forvente, holder dette faktisk spejlet i sin nuværende position. Dette skyldes, at tiltrækningskraften på siden, som spejlet allerede er vippet mod, er større, da den side er tættere på elektroderne.

For at flytte spejle læsses den krævede tilstand først ind i en SRAM- celle placeret under hver pixel, som også er forbundet til elektroderne. Når alle SRAM-cellerne er indlæst, fjernes forspændingen, hvilket muliggør, at opladningerne fra SRAM-cellen hersker, hvilket bevæger spejlet. Når bias er gendannet, holdes spejlet igen på plads, og den næste nødvendige bevægelse kan indlæses i hukommelsescellen.

Bias-systemet bruges, fordi det reducerer spændingsniveauerne, der kræves for at adressere pixelerne, så de kan drives direkte fra SRAM-cellen, og også fordi forspændingen kan fjernes på samme tid for hele chippen, så hvert spejl bevæger sig i samme øjeblik. Fordelene ved sidstnævnte er mere nøjagtig timing og et mere filmisk bevægelsesbillede .

Image
En ødelagt DMD-chip, der viser de "hvide prikker", der vises på skærmen som "hvide pixels".

Den beskrevne fejltilstand på disse er forårsaget af intern forurening, normalt på grund af tætningsfejl, der korroderer spejlstøtterne. En relateret fejl er lim brugt mellem 2007 og 2013, som under varme og lys nedbrydes og udgasser: dette forårsager normalt tåge inde i glasset og til sidst hvide / sorte pixels. Dette kan normalt ikke repareres, men defekte DMD-chips kan undertiden bruges til mindre kritiske projekter, der ikke har brug for hurtigt skiftende mønstre, hvis de eksisterende dårlige pixels kan gøres til en del af det projicerede billede eller på anden måde kortlægges, inklusive 3D-scanning.

Ansøgninger

Referencer

  1. ^ "Larry Hornbeck, Digital Micromirror Device, US patent nr. 5.061.049, indført i 2009" , "National Inventors Hall of Fame"
  2. ^ US patent 3746911 , Nathanson et al., "Elektrostatisk afbøjelige lysventiler til projektionsdisplayer", udstedt 1973-7-17 
  3. ^ Johnson, R. Colin (2007-01-29). "TI-fyr på DLP: Vi gjorde det med spejle" . EE Times . Hentet 2021-05-29 .
  4. ^ Brennesholtz, Matthew; Stupp, Edward H. (15. september 2008). "Kapitel 5 Mikroelektromekaniske enheder". Projektionsskærme . John Wiley & Sons. s. 57–69. ISBN 978-0-470-77091-7.
  5. ^ Akride, Mike; Butler, Tim J .; Moss, Graham H. (1. august 1999). "Digital micromirror giver lyse vifte af farver" . Laser Focus World . Hentet 2021-06-07 .
  6. ^ Douglass, MR (1998). "Livstidsestimater og unikke fejlmekanismer for Digital Micromirror Device (DMD)". 1998 IEEE International Reliability Physics Symposium Proceedings 36th Annual (PDF) . s. 9–16. doi : 10.1109 / RELPHY.1998.670436 . ISBN 0-7803-4400-6. S2CID  33779816 .
  7. ^ Horenstein, Mark N .; Pappas, Seth; Fishov, Asaf; Bifano, Thomas G. (2002). "Elektrostatiske mikrofejl til underkonstruktion i et adaptivt optiksystem" (PDF) . Journal of Electrostatics . 54 (3–4): 321–332.
  8. ^ Schirmer, Eric. "Forklaring til DLP-chipfejl: hvide prikker og hvid tåge?" . DLP®-produkter - DLP-produktforum . Texas Instruments Inc . Hentet 19/12/2019 .
  9. ^ "Plano biograffirma åbner teater med digital projektion, selvbetjente snacks" . Texas Business . Old Mesquite LLC. 2010-10-25. Arkiveret fra originalen den 26/01/2012 . Hentet 24.10.2011 .
  10. ^ Barreto, Raul (2011-05-13). "Brug af DLP®-udviklingssæt til 3D-optiske metrologisystemer" (PDF) (applikationsrapport). DLPA026. Texas Instruments . Hentet 2021-05-29 .
  11. ^ Heath, Daniel J; Feinaeugle, Matthias; Grant-Jacob, James A; Mills, Ben; Eason, Robert W (2015-05-01). "Dynamisk rumlig pulsformning via en digital mikromirror-enhed til mønstret laserinduceret fremadrettet overførsel af faste polymerfilm" (PDF) . Optiske materialer Express . 5 (5): 1129. Bibcode : 2015OMExp ... 5.1129H . doi : 10.1364 / ome.5.001129 . ISSN  2159-3930 .
  12. ^ Georgieva, Alexandra; Belashov, Andrei; Petrov, Nikolay V (2020-10-02). "Optimering af DMD-baseret uafhængig amplitude og fasemodulation: en rumlig opløsning og kvantisering". s. 2010.00955. arXiv : 2010.00955 [ physics.optics ].
  13. ^ Lee, Kyeoreh; Kim, Kyoohyun; Kim, Geon; Shin, Seungwoo; Park, Yong-Keun (2017-02-28). "Time-multiplekset struktureret belysning ved hjælp af en DMD til optisk diffraktionstomografi" . Optikbogstaver . 42 (5): 999–1002. arXiv : 1612.00044 . Bibcode : 2017OptL ... 42..999L . doi : 10.1364 / OL.42.000999 . ISSN  0146-9592 . PMID  28248352 . S2CID  46878533 .
  14. ^ "State-of-the-Art Illumination Technology" . Polygon Cellular-Resolution Optogenetics & Photostimulation . Mightex Systems . Hentet 2021-05-28 .

eksterne links