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數(shù)字微鏡器件（Digital Micro-mirror Device，DMD）是由美國(guó)TI的科學(xué)家Larry J.Hom-beck在1987年發(fā)明的，它是一種快速響應(yīng)、反射式的數(shù)字光開(kāi)關(guān)器件。目前，其顯示分辨率已達(dá)2048x1080像素。一塊1280x1024像素的DMD，它含有130萬(wàn)個(gè)規(guī)則排列相互皎接的微型反射鏡，每個(gè)反射鏡的大小約為16μm x16μm，反射鏡之間的間隔約為1μm，可以將DMD與圖像信號(hào)、光源和光學(xué)投影單元，彼此協(xié)調(diào)組合成一個(gè)圖像顯示系統(tǒng)。由于其優(yōu)越的技術(shù)性能，DMD近年在多媒體數(shù)字投影儀、高清晰度電視和數(shù)字電影院系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。

一、數(shù)字微鏡器件的結(jié)構(gòu)和工作原理

一塊DMD是由成千上萬(wàn)個(gè)微小的、可傾斜的鋁合金鏡片組成的，這些鏡片被固定在隱藏的轆上，扭轉(zhuǎn)釵鏈結(jié)構(gòu)連接軸和支柱，并允許鏡片旋轉(zhuǎn)±10°（最新產(chǎn)品為±12°）。支柱連接下面的偏置/復(fù)位總線，使得偏置和復(fù)位電壓能夠提供給每個(gè)鏡片。鏡片、釵鏈結(jié)構(gòu)及支柱都在互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）上地址電路及一對(duì)地址電極上形成。在一個(gè)地址電極上加上電壓，連帶著把偏置/復(fù)位電壓加到鏡片結(jié)構(gòu)上，將在鏡片與地址電極一側(cè)產(chǎn)生一個(gè)靜電吸引，鏡片傾斜直到與具有同樣電壓的著陸點(diǎn)電極接觸為止。在這點(diǎn)，鏡片以機(jī)電方式鎖定在位置上。在存儲(chǔ)單元中存入一個(gè)二進(jìn)制數(shù)字1，使鏡片傾斜+10°；同時(shí)在存儲(chǔ)單元中存入一個(gè)二進(jìn)制數(shù)字0，使鏡片傾斜-10°。

圖1是一個(gè)DMD上單獨(dú)鏡片的結(jié)構(gòu)分解示意圖。

圖1 DMD中單個(gè)反射鏡的結(jié)構(gòu)

DMD上每一個(gè)16|imxl6gm的鏡片包括這樣三個(gè)物理層和兩個(gè)“空氣隙”層，“空氣隙”層分離三個(gè)物理層，并且允許鏡片傾斜+10°或-10°。

DMD上的每一微反射鏡都能將入射的光線從兩個(gè)方向反射出去，實(shí)際反射方向則由底層存儲(chǔ)單元的狀態(tài)而定。當(dāng)存儲(chǔ)單元處于“ON”狀態(tài)時(shí)，反射鏡會(huì)旋轉(zhuǎn)至+12°，若存儲(chǔ)單元處于“OFF”狀態(tài)，反射鏡會(huì)旋轉(zhuǎn)至-12°。只要結(jié)合DMD以及適當(dāng)光源和投影光學(xué)系統(tǒng)，反射鏡就會(huì)把入射光反射進(jìn)入或者離開(kāi)投影鏡頭的透光孔，使得“ON”狀態(tài)的反射鏡看起來(lái)非常明亮，“OFF”狀態(tài)的反射鏡看起來(lái)就很黑暗。利用二位脈沖寬度調(diào)變可以得到灰階效果，如果使用固定式或旋轉(zhuǎn)式彩色濾鏡，再搭配一枚或三枚DMD芯片，即可得到彩色顯示效果。

DMD的輸入是由電流代表的電子字符，輸出則是光學(xué)字符，這種光調(diào)變或開(kāi)關(guān)技術(shù)又稱為二位脈沖寬度調(diào)變，它會(huì)把8位數(shù)字符送至DMD的每個(gè)數(shù)字光開(kāi)關(guān)輸入端，產(chǎn)生28或256級(jí)灰階。最簡(jiǎn)單的地址序列是將可供使用的字符時(shí)間分成8個(gè)部分，再?gòu)淖罡哂行唬∕SB）到最低有效位（LSB），依序在每個(gè)位時(shí)間使用一個(gè)地址序列。當(dāng)整個(gè)光開(kāi)關(guān)數(shù)組都被最高位尋址后，再將各個(gè)像素致能（重設(shè)），使它們同時(shí)對(duì)最高有效位的狀態(tài)（1或0）做出反應(yīng)。在每個(gè)位時(shí)間，下個(gè)位會(huì)被加載內(nèi)存數(shù)組，等到這個(gè)位時(shí)間結(jié)束時(shí)，這些像素會(huì)被重設(shè)，使它們同時(shí)對(duì)下一個(gè)地址位做出反應(yīng)。此過(guò)程會(huì)不斷重復(fù)，直到所有的地址位都加載內(nèi)存。

入射光進(jìn)入光開(kāi)關(guān)后，會(huì)被光開(kāi)關(guān)切換或調(diào)變成為一群光包，然后反射出來(lái)，光包時(shí)間則由電子字符的個(gè)別位所決定。對(duì)于觀察者來(lái)說(shuō)，由于光包時(shí)間遠(yuǎn)小于眼睛的視覺(jué)暫留時(shí)間，因此可以看到固定亮度的光線。

二、使用數(shù)字微鏡器件的投影系統(tǒng)

DMD為美國(guó)德州儀器公司研發(fā)的成像器件，它為數(shù)字光學(xué)處理器（Digital Light Processor，DLP）的實(shí)現(xiàn)提供了技術(shù)保障，從而使DLP技術(shù)開(kāi)辟了投影機(jī)技術(shù)發(fā)展的數(shù)字時(shí)代。

DLP投影成像系統(tǒng)有單片DMD式、兩片與三片式三種，單片式主要用在便攜式投影產(chǎn)品；兩片式主要用于大型拼接顯示墻；三片式則主要用于屏幕和高亮度應(yīng)用領(lǐng)域，如數(shù)字電影院。DLP投影機(jī)清晰度高，畫面均勻，色彩銳利，三片機(jī)可達(dá)到很高的亮度，且可隨意變焦，調(diào)整十分方便。

使用DMD的投影顯示器的基本構(gòu)架如圖2所示，由圖可知，使用DMD的投影顯示系統(tǒng)主要有下列幾個(gè)組成部分。

圖2 使用DMD的投影顯示系統(tǒng)框圖

（1）光源。采用Philips公司首創(chuàng)的超高壓（UHP）弧光燈，其功率一般在100-200W，壽命一般在3000~6000h。