Digital Micromirror Device Цифровое микрозеркальное устройство Подготовил А

Digital Micromirror Device (Цифровое микрозеркальное устройство) Подготовил: А. А. Афонин РММ 2 -41

DMD (Digital Micromirrors Device) относится к MEMS-актуаторам: устройствам, преобразующим информацию в движение.

Одни из самых ярких представителей устройств с MEMS-актуаторами – DLPпроекторы (DLP – Digital Light Processing). В основе этих проекторов лежит относительно крупная – по общему размеру готового чипа – микроэлектромеханическая система под названием DMD (Digital Micromirror Device, цифровое микрозеркальное устройство). Это эксклюзивная разработка одного из гигантов полупроводниковой индустрии, компании Texas Instruments (1987).

Рис. 1. DMD-чип в сборе. Сравнительно с другими MEMS, устройство достаточно крупное

DMD-чип представляет собой матрицу микрозеркал, количество ячеек в которой равно разрешению итогового устройства.

Рис. 2. На фото изображена одна из старых матриц с размером ячейки 16 х16 микрон. В более новых DMD-чипах зеркала еще меньше

Зеркало покоится на сравнительно массивной площадке, которая прикреплена к более тонкой и более гибкой, чем прочие детали системы, полоске – подвесу – натянутой между опорами. В двух других углах основания, не занятых опорами, расположены электроды, которые за счет кулоновской силы могут притягивать один из краев зеркала. Таким образом, зеркало может наклоняться в одну и в другую сторону: не слишком сильно, обычно угол поворота составляет 12 градусов.

Рис. 4. Устройство единичного элемента микрозеркальной матрицы

В одном из двух положений зеркальце отражает попадающий на него свет в сторону линзы и далее на экран. В другом положении – направляет световой поток в сторону, на радиатор (также наз. light dump - светопоглотитель). В первом случае на экране получается белая точка, во втором – черная. В результате слаженного действия всей матрицы создается картинка, состоящая из двух цветов: черного и белого.

Рис. 5. Два микрозеркала, одно в «черном» положении, другое – в «белом» . Среднее – «горизонтальное» – положение зеркала занимают только в состоянии, когда проектор выключен

В отличие от ЖК-матриц, полупрозрачность в данном случае использовать нельзя. Создание цветного изображения: 1. Градации серого 2. Добавление цвета

Градации серого Быстрый поворот зеркал (по существу переключение между состояниями «включено» и «выключено» ) позволяет DMD варьировать интенсивность света, которые проходит через линзу, создавая градации серого в дополнение к белому (зеркало в позиции «включено» ) и чёрному (зеркало «выключено» ).

Добавление цвета Существует два основных метода создания цветного изображения. Один метод подразумевает использование одночиповых проекторов, другой — трёхчиповых.

Добавление цвета Одночиповые проекторы В проекторах с одним DMD-чипом цвета образуются путём помещения вращающегося цветного диска между лампой и DMD. Цветной диск обычно делится на 4 сектора: три сектора под основные цвета (красный, зелёный и синий), а четвёртый сектор — прозрачный, для увеличения яркости. Рис. 6. Колесо с тремя светофильтрами

Рис. 7. Более сложные виды дисков с несколькими светофильтрами

Добавление цвета Одночиповые проекторы DMD чип синхронизирован с вращающимся диском таким образом, чтобы зелёный компонент изображения отображался на DMD, когда зелёный сектор диска находится на пути свечения лампы. Аналогично для красного и синего цветов. Красная, зелёная и синяя компоненты изображения отображаются попеременно, но с очень высокой частотой. Таким образом зрителю кажется, что на экран проецируется разноцветная картинка.

Рис. 8. Принцип работы DLP-проектора с одним чипом

Добавление цвета Трёхчиповые проекторы Этот тип DLP-проекторов использует призму для разделения луча, излучаемого лампой, и каждый из основных цветов затем направляется на свой чип DMD. Затем эти лучи объединяются, и изображение проецируется на экран. Трёхчиповые проекторы способны выдать большее количество градаций теней и цветов, чем одночиповые, потому что каждый цвет доступен более длительный период времени и может быть модулирован с каждым видео кадром.

Рис. 9. Микрозеркальная матрица разработки Фраунгоферовского института полупроводниковых технологий

Еще один интересный случай использования микрозеркал – коммутация оптоволоконных сетей. В сложных системах задействуются зеркала, умеющие поворачиваться не по одной оси, как в DMD-чипе, а сразу по двум осям. Это позволяет создавать коммутаторы с большим количеством обслуживаемых каналов.

Рис. 10. Один из вариантов устройства двухосного микрозеркала

Спасибо за внимание! Ссылки: http: //www. 3 dnews. ru/editorial/mems-mikroelektromehanicheskie-sistemi-chast-2/print http: //ru. wikipedia. org/wiki/DLP