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DMD的工作原理与结构

发布时间:2020-07-09 10:48:07 浏览量:38


DMD是一种微光学电子机械系统(MEMS),它包含一组有±12度倾斜状态的高反射率的铝正交微镜阵列。拥有极高的刷新频率和可编程

的显示控制,可以实现对投影区域光能量的调制。这些DLP芯片通常用于高速工业、医疗和高级显示应用。


光学

作为一种微光学机械电子元件,它有两个稳定的微镜状态(对大多数当前的DMD来说是+12°和-12°),这是由像素在工作中的几何结构和

静电控制决定的。不上电时,DMD微镜处于平坦状态,上电以后,可以实现双稳态运行,两种偏转位置决定了光的偏折方向。按照惯

例,DMD作为空间光调制器,正(+)状态是向照明方向倾斜的,称为“打开”状态。类似地,负(-)状态偏离了光照,称为“off”状态。通过编

程可以控制每一块微镜的偏转状态和偏转时间,从而实现DMD“光开关”的功能。图1显示了两个像素,一个处于on状态,另一个处于off

状态。这是微镜唯二的工作状态。


图1像素处于开/关状态

机械

在机械上,每一个像素由一个微镜构成,微镜通过一个通孔连接到一个隐藏的扭转铰链上,微镜偏转轴沿正方形微镜的一条对脚线方

向,微镜的底面与如图2所示的弹簧片接触,这样的设计,有助于提高DMD微镜偏转的稳定性和响应速度。该图显示了未上电时处于平

坦状态下的微镜。上电后,图中所示的两个电极可以通过静电作用,将微镜吸附并固定在两种工作位置,实现+12°和-12°度的偏转。


 

图2  带有零件标注的微镜像素


双重cmos存储器

每个微镜下面是一个由双CMOS存储器元件组成的记忆单元,如图3所示。这两个记忆单元的状态不是独立的,但总是互补的。如果一

个元素是逻辑1,那么另一个元素是逻辑0,反之亦然。像素存储单元的状态对微镜的机械位置有一定影响,但加载记忆单元并不会直

接改变微镜的机械状态。


 

图3  双CMOS像素存储器


存储状态和微镜状态

虽然双CMOS单元的状态决定了微镜的状态,但它不是唯一的因素。一旦微镜方位确定,改变存储单元的状态不会导致微镜翻转到另一

种状态。因此,存储状态和微镜状态并不是直接联系在一起的。


微镜时钟脉冲-将内存状态转换为微镜状

为了将CMOS存储器的状态转移到微镜的机械位置,像素必须接收一个“微镜时钟脉冲”(以前版本中称为“复位”脉冲)。这个微镜时钟脉冲

暂时释放微镜,然后根据下面CMOS存储器的状态重新放置它。因此,重要的是在微镜时钟脉冲操作期间不要覆盖内存单元。各种

DMD数据表指定了微镜时钟脉冲发生前后的时间,即数据不能加载到像素CMOS内存中。


这允许预加载像素阵列的内存,并通过一个微镜时钟脉冲同时改变它们的机械位置。


微镜的上电,断电

当DMD“上电”或“断电”时,有一些过程是必要的,以确保微镜的正常操作,我们称之为“复位”。微镜在上电时触底,经过一段时间稳定

后,微镜将保持在这个状态。在断电时,微镜被释放,实现“复位”,这时微镜需要一段时间来达到稳定的平坦状态。只有当DMD微镜稳

定后,下一次上电,DMD才能正常偏转。