空间光调制器

基本结构
1024×768 DMD 1024×
一对偏转＋12o和－12o的DMD单元
DMD单元结构图
DMD单元部件分解图
工作原理
DMD工作原理图
4位二元脉冲宽度调制（PWM）序列图样
信号的每一位代表一个时间段对应入射光的开或关（0或1）这些时独立 的间段对应一定的值：20、21、22、23，或1、2、4、8。最短的时间 段称为最低有效位LSB，LSB占一个帧时的1/（2N-1），N为数据位数。 最长的时间段称为最高有效位（MSB ）。因此、一个帧时（例如1/50秒 ）被分为4个独立的时间段，时间片的长短与该位的二进制的加权值呈比 例，LSB分配到1/15个帧时，LSB+1分配到2/15个帧时，LSB+2分配到 4/15个帧时，LSB+3分配到8/15个帧时。
写入（ 写入（电）光
读出光 读出光 输出光 写入（ 写入（电）光
输出光
透射式
反射式
空间光调制器的功能
输入器件 电-光转换 光转换 波长转换 处理与运算器件 放大器 乘法器 对比度反转 模拟数字转换 串行-并行转换 串行 并行转换 非相干光-相干光转换 非相干光 相干光转换
基本性能参数
输入-输出特性曲线 输入 输出特性曲线 输出光
数字微反镜DMD 数字微反镜DMD—Digital Micromirror Device DMD
DL P 是基于微机电系统(MEMS) 的器件,被称为数字微镜器件(DMD - Digital micromirror device) ,DMD由美国德克萨斯仪器公司在1987 年发明。DL P 投 影显示技术的核心是数字微镜器件,它是一种基于半导体制造技术,由高速数字 式光反射开关阵列组成的器件,采用二进制脉宽调制技术能精确地控制光的灰 度等级,加上图像处理、存储器、光源和光学系统便组成DL P 系统,能投射大 屏幕、高亮度、无缝的、高对比度彩色图像。
高光学效率
DLP光学系统的光学效率
DMD象素单元的光学效率
对比度 500∶1 2000∶1
反射镜上反射的光束与光轴的夹角为4θL,接近50度，被仪 器四壁专门设计的吸收介质吸收，只有少量散射光进入投影 物镜
响应时间
10µｓ
扭臂梁非常薄(约0.05—0.1µｍ),微型反射镜的重量很轻， 转动惯量极小，因此响应时间非常快
基本结构与分类
独立单元：像素 独立单元：
包括： 包括： 写入信号------控制信号； 控制信号； 写入信号 控制信号 读出光---------输入信号； 输入信号； 读出光 输入信号 输出光---------输出信号 输出信号; 输出光 输出信号
分类：透射式光寻址；反射式光寻址；透射式电寻址； 分类：透射式光寻址；反射式光寻址；透射式电寻址；反射式电寻址 寻址概念； 寻址概念；光寻址与电寻址特点
理想输出 模拟输出
写入信号 灵敏度 阈值灵敏度；指定值灵敏度；特性曲线灵敏度； 阈值灵敏度；指定值灵敏度；特性曲线灵敏度；
对比度（反差） 对比度（反差） 定义
γ = I max / I min
动态范围
DR = 10 log10 γ
灰阶数
dB
D = − log10 T
调制传递函数 定义
MTF = M o / M w
DMD的二元脉冲宽度调制（以4位为例）
二进制的“1”将驱动DMD微镜偏转到“开”的位置，而“0”将使 DMD微镜偏转到“关”的位置。例如，数字10 在4位二进制 表示为1010，在此种情况下，在LSB＋1时间段和LSB＋3 时间段中，DMD处于“开 ”的状态，在LSB时间段和LSB＋2 时间段中DMD处于“关”状态。
磁光空间光调制器
表面形变空间光调制器
近晶相液晶
向列相液晶
胆甾相液晶
液晶的光学特性 液晶的双折射性
∆n = ne − no =0.1∼0.3
方解石
∆n = −0.172
石英
∆n = 0.008
液晶的扭曲效应
（a）未加电压
（b）电压超过阈值
液晶的宾主效应
玻璃 染料
料
液晶 入 的染料,染 的染料 染 液晶 .
透明电极 液晶 偏振片 吸 收 吸 入射光 收
Information Optics
信息光学
第六章 空间光调制器
定义
SLM：Spatial Light Modulator ：
能对光波的某种特性进行空间和时间的变换或调制。 能对光波的某种特性进行空间和时间的变换或调制。即其输 某种特性进行空间和时间的变换或调制 出光信号是随控制信号变化的空间和时间的函数
帧频 信息流量 单幅信息容量与帧频乘积 存储时间 写入信号撤除后被调制量减小到最大值的a倍时所需时间
液晶显示器
液晶分类 液晶是一种介于各向同性液体和各向异性晶体之间的物质状态。在一定温度 范围内，它既有液体的流动性、粘度、形变等机械性质，又具有晶体的热（ 热效应）、光（光学各向异性）、电（电光效应）、磁（磁光效应）等物理 性质。 按液晶分子的排列方式，分为三种：
调制度 分辨率 能分辨的最大空间频率；单位： 能分辨的最大空间频率；单位：lp/mm 空间-带宽积（ 空间 带宽积（SBP） 带宽积 ） 像数数目 单幅信息容量
M = ( I max − I min ) /( I max + I min )
C=SBP*log2N bit
响应速度 指写入信号作用到器件直至输出光产生所需时间
DMD的特点 的特点
高分辨率
ＤＭＤ有640×480 (ＶＧＡ)，800×600(ＳＶＧＡ),1024×768(ＸＧＡ)及1280×1024(ＳＸＧＡ) 等多种解析度规格，特别是适用于高宽比16∶9宽屏幕电视的ＤＭＤ，器件尺寸37×22ｍｍ,像素 尺寸为17×17µｍ，一个ＤＭＤ上的像素数为1920×1080，
光
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光
a
电
b
电
电寻址液晶空间光调制器的基本原理 电寻址的空间光调制器多采用矩阵寻址的方案。通常在一块玻璃板上，形 成互相绝缘的行电极和列电极，在它们的交点上用大规模集成电路技术制 作薄膜晶体管TFT。ＴＦＴ的栅极、源极和漏极分别连接行电极、列电极 和显示像素。在另一块玻璃板的表面，所有像素共用一个电极，两块玻璃 板之间充以扭曲型或超扭曲型液晶。下图为ＴＦＴ-ＬＣＤ的等效电路。 当某一像素的行、列电极同时加上电信号时，ＴＦＴ型场效应管接通，该 像素透光。顺序选通各行电极，并同步地选通列电极，就可以控制各像素 的明暗，电压的大小可控制灰阶。