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數(shù)字微鏡器件（Digital Micro-mirror Device，DMD）是由美國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130萬個規(guī)則排列相互皎接的微型反射鏡，每個反射鏡的大小約為16μm x16μm，反射鏡之間的間隔約為1μm，可以將DMD與圖像信號、光源和光學(xué)投影單元，彼此協(xié)調(diào)組合成一個圖像顯示系統(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是由成千上萬個微小的、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）上地址電路及一對地址電極上形成。在一個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)生一個靜電吸引，鏡片傾斜直到與具有同樣電壓的著陸點電極接觸為止。在這點，鏡片以機(jī)電方式鎖定在位置上。在存儲單元中存入一個二進(jìn)制數(shù)字1，使鏡片傾斜+10°；同時在存儲單元中存入一個二進(jìn)制數(shù)字0，使鏡片傾斜-10°。

圖1是一個DMD上單獨鏡片的結(jié)構(gòu)分解示意圖。

圖1 DMD中單個反射鏡的結(jié)構(gòu)

DMD上每一個16|imxl6gm的鏡片包括這樣三個物理層和兩個“空氣隙”層，“空氣隙”層分離三個物理層，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方向反射出去，實際反射方向則由底層存儲單元的狀態(tài)而定。當(dāng)存儲單元處于“ON”狀態(tài)時，反射鏡會旋轉(zhuǎn)至+12°，若存儲單元處于“OFF”狀態(tài)，反射鏡會旋轉(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)，反射鏡就會把入射光反射進(jìn)入或者離開投影鏡頭的透光孔，使得“ON”狀態(tài)的反射鏡看起來非常明亮，“OFF”狀態(tài)的反射鏡看起來就很黑暗。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)變或開關(guān)技術(shù)又稱為二位脈沖寬度調(diào)變，它會把8位數(shù)字符送至DMD的每個數(shù)字光開關(guān)輸入端，產(chǎn)生28或256級灰階。最簡單的地址序列是將可供使用的字符時間分成8個部分，再從最高有效位（MSB）到最低有效位（LSB），依序在每個位時間使用一個地址序列。當(dāng)整個光開關(guān)數(shù)組都被最高位尋址后，再將各個像素致能（重設(shè)），使它們同時對最高有效位的狀態(tài)（1或0）做出反應(yīng)。在每個位時間，下個位會被加載內(nèi)存數(shù)組，等到這個位時間結(jié)束時，這些像素會被重設(shè)，使它們同時對下一個地址位做出反應(yīng)。此過程會不斷重復(fù)，直到所有的地址位都加載內(nèi)存。

入射光進(jìn)入光開關(guān)后，會被光開關(guān)切換或調(diào)變成為一群光包，然后反射出來，光包時間則由電子字符的個別位所決定。對于觀察者來說，由于光包時間遠(yuǎn)小于眼睛的視覺暫留時間，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）的實現(xiàn)提供了技術(shù)保障，從而使DLP技術(shù)開辟了投影機(jī)技術(shù)發(fā)展的數(shù)字時代。

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。