数字微镜器件DMD

１ 前言美国德州仪器公司（ＴＩ）对ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）的开发,始于２２年前,当时ＴＩ在原始的可变型薄膜显示阵列（Ｄｅｆｏｒｍａｂｌｅ Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｄｉｓｐｌａｙ）基础上发明了数字微镜器件ＤＭＤ。自那时起,ＴＩ一直在对ＤＭＤ进行深入研究。现在,ＤＭＤ芯片和数字光线处理ＤＬＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）技术已经得到广泛的应用。中国电视界对ＤＬＰ技术还比较陌生,下面对ＤＭＤ的发展过程作一点介绍。ＤＭＤ的中文意义是数字微镜器件。值得指出的…     

数字微镜器件及其应用

数字微镜器件是一种新型的全数字化的平板显示器件，以其为主要组件的大屏幕投影显示技术获得了良好的市场反映。本文将具体介绍数字微镜器件的工作原理、像素结构、制作工艺及图像显示原理等。     

一种基于DRAM的新型数字微镜器件设计

为了满足数字光处理系统(DLP)对其核心器件数字微镜器件(DMD)的高性能要求,文中提出了一种基于0.13μm CMOS工艺,采用DRAM存储的新型数字微镜器件。通过对DMD芯片结构、工作原理的分析提出一种新型数字微镜单元电路设计,对电路进行仿真验证并设计电路版图。经测试,该设计基本满足数字微镜器件开关时间、芯片良率、寿命等要求。     

基于多步相位恢复的激光远场焦斑测量方法

为了实现激光远场焦斑的高精度测量,提出一种基于多步相位恢复的激光远场焦斑测量方法。理论推导了基于多步相位恢复的激光远场焦斑重构模型,其中为了解决焦斑计算中出现的欠采样问题,引入了线性调频z变换(CZT)技术,相较于传统的快速傅里叶变换(FFT)补零计算,此方法避免了计算冗余。同时,提出一种基于多步相位恢复的激光远场焦斑重构算法,并仿真分析了扫描步长和探测位置数对所提方法收敛性的影响,确定了最佳扫描步长和探测位置数。为了验证所提方法的有效性,搭建了基于纯相位型液晶空间光调制器(SLM)的实验验证装置,实验结果和理论值的相关系数为0.9976。同时,所提方法与传统长焦距透镜成像法相比,测量精度更高,可为激光远场焦斑高精度测量提供一种技术手段。     

基于数字微镜器件的高分辨率计算全息显示

针对基于数字微镜器件的全息显示分辨率受限的问题,提出了一种大尺寸、高分辨率计算全息显示方法。本文利用计算机渲染或相关变换方法生成高分辨率输入图像,利用菲涅尔衍射算法和傅立叶变换并行计算提升全息图的分辨率,根据数字微镜器件特性进行衍射图像的时空复用与动态融合,有效提升计算全息显示的分辨率与动态效率。实验结果表明,该方法可实现大尺寸、高分辨率的动态全息显示效果,突破了数字微镜器件固有的像素数目及分辨率限制,使用像素分辨率为2K的数字微镜器件可显示8K甚至更高分辨率的重建图像,尺寸可以达到82 mm甚至更大。     

数字微镜器件的时空特性

数字微镜器件是一种新型的微电子、微机械、微光学集成器件，可广泛的用于大屏幕投影显示。实际上，数字微镜器件作为一种新型的空间光调制器，在光学信息处理和结构照明型三维传感中也具有广泛的应用前景。本文介绍了数字微镜器件和数字光处理器的基本原理，分析这种器件的时间空间特征，讨论了这种时空特性对结构照明型三维传感应用的影响。本文还给出了反映这种时空特性的实验结果。     

基于数字微镜器件的朗契检验

将传统的朗契检验原理、数字微镜器件和同位相探测方法结合起来,快速、较高精度地检测球面非球面透镜或大量值波像差.用数字微镜器件作为记录介质,代替普通的照相胶片,实时记录计算全息图.实验时先通过编制的程序,在计算机的控制下,在小数字微镜器件上显示一个光栅图像.然后将此小数字微镜器件放入朗契检验装置中.通过程序让光栅像移动与转动,并相应拍摄一系列朗契图像.最后进行分析计算.它的优点是代替普通的光学光栅和步进电机,并在测试中不要实际地移动与转动光栅.这样去除了因电机移动和光栅转动引起的测量误差,节省了时间.分析了数字微镜器件在光电测试中的应用特性.用同位相探测方法对球面进行了测量与计算,并进行了此球面的波面复原,给出了波像差的二维、三维图.     

数字微镜显示

数字微镜器件(Digital Micromirror Device,早期也有称为Deformable Mirror Device)是一种新型的全数字化的平板显示器件,它将反射微镜阵列及CMOS SRAM集成在同一芯片上。DMD技术是近年来正在逐步走向实用的微电子机械系统(MEMS)的成功应用之一。采用DMD为主要组件的大屏幕投影显示技术获得了良好的市场反映。目前以DMD为基础的数字光学处理技术DLP(Digital Light Processing)在民用和军事方面都有应用,DMD和DLP已成为注册商标。     

数字微镜器件调制多波长关联成像系统

关联成像是一种新体制成像方法,能够解决一些传统成像技术无法解决的问题,近年来颇受关注。其中,又以基于数字微镜器件（DMD）和空间光调制器（SLM）的计算关联成像发展最快。将DMD应用于计算关联成像,利用其调制速度快、反射波段宽的优势,结合压缩感知方法,可在多个波长上获取高质量图像,实现多波长关联成像。多波长关联成像在实现过程中存在几个关键问题,包括赝热光场的有效产生、光场调制中衍射效应和调制噪声的影响,以及高质量图像重建算法等。对上述关键问题进行数值仿真,确定系统最佳工作参数;在此基础上构建多波长关联成像实验系统以验证效果,为关联成像技术的实用化提供了参考。     

数字微镜器件动态红外景象投影技术

动态红外景象投影技术是硬件闭环仿真(HWIL)和成像系统测试及评估的关键技术,随着数字微镜器件的研制成功,应用动态红外景象技术已备受关注。描述了动态红外景象投影技术在仿真和红外成像系统测试中的应用,具体介绍了数字微镜器件的工作原理,讨论了动态红外景象投影系统的关键技术和国内外研究现状。     

基于图像处理技术的光斑质心高精度测量

针对传统的光斑质心测量方法子孔径窗口内远离光斑的噪声对一阶矩质心算法的影响,本文提出一种利用图像处理技术提高光斑质心探测精度的新方法。在哈特曼-夏克（H-S）波前传感器测得的光斑阵列图像中,采用自适应阈值方法优化每个子孔径的探测窗口,使探测窗口和光斑分布区域最佳匹配;然后在探测窗口内,采用线性插值方法提高图像的分辨率。...     

胶片扫描法精测微米光斑

为了精确测量零阶贝塞耳光束的中心亮斑半径,采用彩色反转胶片作为记录媒质,通过滚筒扫描的方法将底片上的图像转为数字图像,在对数字图像做必要的处理后,测量出氦氖激光的零阶贝塞耳光束的中心光斑半径为16.77μm±0.01μm,与理论计算值15.16μm吻合良好。实验结果表明,采用胶片测量微米量级的光斑具有高精度、低成本,可测截面面积大的优点,在1Hz超短脉冲实验中,可以替代甚至超越了常规的激光光束分析仪。     

弱光条件下的高分辨光谱测量

提出了一种基于数字微镜器件(DMD)和光电倍 增管(PMT)的弱光高分辨光谱测量 的新方法。 首先,利用基于小尺寸狭缝的分光光路将被测光光谱成像到DMD上,然后DMD微镜阵列按列依 次翻转 将光谱分波段投射到PMT点探测器上,最终实现对光谱的分时扫描测量。进行了与CCD光 谱仪的对 比实验以及不同弱光条件下的测试实验,并对系统的信噪比(SNR)特性进行了实验测试。实验结果表明,光谱测 量系统的谱分辨率高达0.23nm,灵敏度可达4.6pW以下,系统的信噪比(SNR)特性比较理想。相对于传 统的光谱 测量方法,本文方法具有成本低、易于实现且性能稳定等优点,在弱光高分辨光谱测量领域 具有较大的潜在应用价值。     

基于探测器阵列的激光远场光斑测量系统

设计开发了一套基于探测器阵列的激光远场光斑测量系统.在1.5 m×1.5 m的靶面尺寸上间隔10 cm排列了15行×15列激光探测器阵列,探测器响应信号经前置放大后分别进行同步脉冲产生和信号峰值保持、峰值信号A/D采样,最后经计算机通信存储,事后进行光斑图像的形成和分析处理.光斑能量密度测量范围10 μJ/cm~2～10 mJ/cm~2,单元探测器测量精度优于15%,最高测量激光频率可达500 Hz.可满足目前大功率激光干扰武器装备的测量需求.     

基于微球透镜远场超分辨率成像方法研究

在可见光波段,传统光学显微镜的成像分辨率被限制到200nm。为了突破衍射极限,采用了将微球与传统光学显微镜相结合的方法来获得远场超分辨率成像。首先通过理论分析平行光通过微纳结构物体后物光波在空气中的传输,进而分析微球将倏逝波转换成传输波实现远场超分辨的成像机理;其次通过仿真研究了微球的光纳米喷射特性,可知微球光纳米喷射的半径尺寸小于入射光波长的一半;最后搭建了基于微球与传统光学显微镜相结合的超分辨率成像实验系统。结果表明,将蓝光光盘作为被测物体,通过该成像系统可获得100nm的远场超分辨率成像; 该成像系统可以对微纳元件结构进行检测。这一结果对光刻技术、生物医学等领域是有帮助的。     

基于数字微镜的数字光处理技术

无论是计算机还是电视机,目前主要都使用阴极射线管（ＣＲＴ）显示器。现在液晶显示器（ＬＣＤ）也已进入计算机和电视机领域,主要用在笔记本电脑和便携式电视机。随着大屏幕、高清晰度电视的发展,ＣＲＴ和ＬＣＤ越来越不能适应新的要求,一种基于数字微镜（ＤｉｇｉｔａｌＭｉｃｒｏ－ｍｉｒｒｏｒＤｅｖｉｃｅ－ＤＭＤ）的数字光路处理技术（ＤｉｇｉｔａｌＬｉｇｈｔＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ,ＤＬＰ）已经用于制造大屏幕显示器（≥３２英寸）和多媒体投影机,它具有高亮度、大屏幕、高清晰度的优良特性。音频数字化己有１０多年历史了,…     

基于DMD的近红外光谱仪的研究

数字微镜器件（Digital Micromirror Device,DMD）作为一种新型的空间光调制器,具有分辨率高、生产成本低、加工效率高等优点,使用起来非常灵活,因此实验室搭建了基于DMD的近红外光谱仪。首先,介绍了DMD近红外光谱仪的基本工作原理。其次,对该光谱仪进行了波长标定,提出基于同一样品吸光度曲线相关系数的方法对其进行了波长台间差标准化,使得波长的台间差在理论上小于0.1 nm,在模型转移时符合要求。又通过在强光与弱光条件下对其噪声与信噪比的测试实验对比得出DMD近红外光谱仪不同编码模版的选择准则:在强光条件下扫描方法优于阿达玛方法,在弱光条件下相反。最后,利用该光谱仪对实际样品汽油和柴油进行检测,测试结果表明该光谱仪性能稳定。该DMD近红外光谱仪检测波长范围为1 330~2 500 nm,吸光度偏差小于等于0.000 4 AU。     

Far-field uncertainty due to random near-field measurement error

Recent planar near-field scanning tests with ultralow-sidelobe antennas have confirmed that random near-field measurement errors will ultimately limit the accuracy of far-field patterns. A formulation is outlined for estimating the spectral signal-to-noise ratio (SNR) arising from noncorrectable near-field random measurement errors. The formulation applies to arbitrarily directive test antennas and probes-even nulling probes. A far-field parameter, called the scan plane coupling factor, may be computed directly from the near-field data, and then used to form the spectral SNR. The accuracy of the spectral SNR is confirmed by simulation and by actual tests with low-sidelobe AWACS array antenna     

基于计算机视觉的热物理激光光斑位置精确测量方法设计

为了缩短热物理激光光斑位置的测量周期,提高热物理激光光斑位置的测量水平,提出了基于计算机视觉的热物理激光光斑位置精确测量方法设计.利用计算机视觉技术计算热物理激光光斑的初始位置,根据热物理激光光斑位置特征的提取流程,完成了热物理激光光斑位置特征的提取;利用热物理激光光斑质心位置与解算值的关系式,得到了热物理激光光斑的估...     

DMD动态红外景象仿真器研究

概述了国外红外成像制导仿真技术的发展现状,讨论了红外成像仿真系统的构成及工作原理、技术要求。根据DMD工作原理设计了一套实验室仿真装置,给出了实验结果。