全方位了解DLP中的DMD芯片_dmd芯片原理-程序员宅基地

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什么是DMD?

[DMD(Digital Micromirror Device)]–数字微镜器件

数字微反射镜 DMD
DMD(数字微镜器件)是一种由多个高速数字式光反射开光组成的阵列。DMD是由许多小型铝制反射镜面构成的,镜片的多少有显示分辨率决定一个小镜片对应一个像素。DMD的反射率高,对比度大。将物体成像于DMD器件上,通过DMD器件的像素级可控特性及其高速的翻转频率,再将每个像点依次扫描到探测器上,实现白天对可见光条件下物体的高速被动式点扫描成像。加入适当光源还可实现主动式扫描成像在这里插入图片描述


DMD原理

DMD结构展开
下图是DMD基本单元,从DMD微镜结构图可以发现,DMD的微镜并不是固定不动的,而是被固定在了隐藏的轭板上的,通过扭转铰链结构来连接轭和支柱,扭力铰链结构再接受信号来控制镜片进行翻转;在这里插入图片描述
可以看出利用一个微镜的翻转将光线反射入镜头时,就可以点亮画面中的一个像素,将光线反射到另一面,吸收掉时,像素就是关闭的在这里插入图片描述
控制细节
DMD其实是一种微机电系统MEMS),MEMS系统包括微结构微传感器微执行器控制处理电路四个部分,我司所用的MEMS严格意义上讲是MEMS微结构+微执行器,而DMD是MEMS四个部分都包含在内。每一个 DMD 都含有1080*720(或者其它分辨率)个独立控制的微镜在运行期间,DMD 控制器为每个基本存储单元加载一个“1”或一个“0”。接下来会施加镜像复位脉冲,这会引起每个微镜静电偏离大约一个铰链,从而达到相应的 +/-12° 状态。由于会受到两个弹簧顶针的阻力而物理停止,这两个有效状态的偏离角度是可重复的。+12°状态对应"开"像素,-12°状态对应"关"像素。通过对每个镜片的开/关占空比进行编程来创建灰度图形,并且可以多路复用多个光源以创建 RGB 全彩图像。

在这里插入图片描述
从1到百万的复杂化
上述是一个简单的工作原理介绍,真正实现整个光学系统其实是一个复杂的工程,内部的整个架构,所用的反光材料等等因素都会影响到最终显示效果;下图在这里插入图片描述
展示通过DMD显示彩色画面,需要通过色轮或者RGB光源混色;


关键参数

以D4100来分析
在这里插入图片描述
DMD Format:国际标法,以英寸为单位,0.7英寸、0.95英寸、0.96英寸;后面的XGA、WXGA、1080P是它的分辨率,也就是有多少个小单元,XGA是1024×768、WXGA是1280×800、1080p是1920×1080;
Wavelength:可反射光源波长,UV是紫外光,VIS是可见光;
DMD Package:专为DMD芯片设计的封装,TI总共设计了3种封装格式,都是表贴的;
在这里插入图片描述
DMD Interface:DMD工作是加载后再发送脉冲,加载只有行加载,是通过一个16位或者32位的并行总线来完成的,目前的2×LVDS XGA A类器件采用一个32位的位宽的总线,数据在Clock的rising time和falling time加载。对于XGA分辨率的器件,在32位宽的数据总线上需要32个Clock脉冲边沿(16个时钟周期)以加载一个完整行的1024个位。
Mirror Blocks:16个块,为方便微镜定时脉冲和快速清除数据,DMD被分成若干个块;举例说明XGA分辨率,总共1024个列,768个行,被分成16块;所以这个DMD芯片在被控制时,是先找到哪一块,再打开块里的这一行,再打开这一行里的某一列;在这里插入图片描述
Mirror Pitch:单元间距,与光效率有关
Reset and Settle Time:每个单元setup(重置)时间,也就是工作状态转换之间的时间
Clock Rate:Double Data Rate,差分信号
Data Lines:见DMD Interface解释


DLP技术应用

包括医疗成像、光纤网络、生命科学、光谱分析、光学测量和无掩模光刻、共焦距显微技术,全息数据存贮,结构照明,立体显示


DMD发展

显示效果
同样原生1080P的DMD芯片,从0.95降到0.65降到0.47。由于芯片面积下降,技术难度确实是逐步提升的。但是小芯片由于种种原因,显示效果明显不如大芯片更好。
价格方面
0.95时代的1080P都是万元以上,0.65时代下探到5000左右,0.47时代直接通过搭配LED光源下探到了3000左右。

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