El dispositivo de microespejos digitales , o DMD , es el sistema microoptoelectromecánico (MOEMS) que es el núcleo de la tecnología de proyección DLP de marca registrada de Texas Instruments (TI). El DMD de Texas Instrument fue creado por el físico de estado sólido y miembro emérito de TI Dr. Larry Hornbeck en 1987. [1] Sin embargo, la tecnología se remonta a 1973 con el uso de Harvey C. Nathanson (inventor de MEMS c. 1965) de millones de microscópicos espejos móviles para crear una pantalla de video del tipo que ahora se encuentra en los proyectores digitales. [2]
El proyecto DMD comenzó como el dispositivo de espejo deformable en 1977 utilizando moduladores de luz analógicos micromecánicos. El primer producto DMD analógico fue la impresora de billetes de avión TI DMD2000 que utilizaba un DMD en lugar de un escáner láser.
Un chip DMD tiene en su superficie varios cientos de miles de espejos microscópicos dispuestos en una matriz rectangular que corresponden a los píxeles de la imagen que se va a mostrar. Los espejos se pueden girar individualmente ± 10-12 °, a un estado encendido o apagado. En el estado encendido, la luz de la bombilla del proyector se refleja en la lente, lo que hace que el píxel parezca brillante en la pantalla. En el estado apagado, la luz se dirige a otra parte (generalmente a un disipador de calor ), lo que hace que el píxel parezca oscuro.
Para producir escalas de grises , el espejo se enciende y apaga muy rápidamente, y la relación entre el tiempo de encendido y el tiempo de apagado determina la sombra producida ( modulación binaria de ancho de pulso ). Los chips DMD contemporáneos pueden producir hasta 1024 tonos de gris (10 bits). Consulte Procesamiento de luz digital para obtener información sobre cómo se producen las imágenes en color en sistemas basados en DMD.
Los espejos en sí están hechos de aluminio y miden alrededor de 16 micrómetros de ancho. Cada uno está montado en un yugo que a su vez está conectado a dos postes de soporte mediante bisagras de torsión compatibles . En este tipo de bisagra, el eje se fija en ambos extremos y gira en el medio. Debido a la pequeña escala, la fatiga de las bisagras no es un problema [3] y las pruebas han demostrado que incluso 1 billón (10 12 ) de operaciones no causan daños notables. Las pruebas también han demostrado que las bisagras no pueden dañarse por golpes y vibraciones normales, ya que son absorbidas por la superestructura DMD.
Dos pares de electrodos controlan la posición del espejo por atracción electrostática. Cada par tiene un electrodo a cada lado de la bisagra, con uno de los pares posicionado para actuar sobre el yugo y el otro actuando directamente sobre el espejo. La mayoría de las veces, se aplican cargas de polarización iguales a ambos lados simultáneamente. En lugar de cambiar a una posición central como cabría esperar, esto en realidad mantiene el espejo en su posición actual. Esto se debe a que la fuerza de atracción en el lado hacia el que ya está inclinado el espejo es mayor, ya que ese lado está más cerca de los electrodos.
Para mover los espejos, primero se carga el estado requerido en una celda SRAM ubicada debajo de cada píxel, que también está conectada a los electrodos. Una vez que se han cargado todas las celdas SRAM, se elimina el voltaje de polarización, lo que permite que prevalezcan las cargas de la celda SRAM, moviendo el espejo. Cuando se restablece la polarización, el espejo se mantiene nuevamente en posición y el siguiente movimiento requerido se puede cargar en la celda de memoria.
El sistema de polarización se utiliza porque reduce los niveles de voltaje requeridos para abordar los píxeles de manera que puedan ser impulsados directamente desde la celda SRAM, y también porque el voltaje de polarización se puede eliminar al mismo tiempo para todo el chip, por lo que todos los espejos se mueven. en el mismo instante. Las ventajas de este último son una sincronización más precisa y una imagen en movimiento más cinematográfica .
El modo de falla descrito en estos es causado por contaminación interna generalmente debido a una falla del sello que corroe los soportes de los espejos. Una falla relacionada es el pegamento usado entre 2007 y 2013 que bajo el calor y la luz se degrada y desgasifica: esto normalmente causa empañamiento dentro del vidrio y eventualmente píxeles blancos / negros. Por lo general, esto no se puede reparar, pero los chips DMD defectuosos a veces se pueden usar para proyectos menos críticos que no necesitan patrones que cambian rápidamente si los píxeles defectuosos existentes pueden formar parte de la imagen proyectada o trazarse de otra manera, incluido el escaneo 3D. [4]
Aplicaciones
- Televisores y HDTV
- Discos versátiles holográficos
- Pantallas montadas en la cabeza
- Cine digital
- Proyectores DLP
- Metrología óptica [5]
- Mecanizado por rayo láser [6]
- Modulación espacial de la luz [7]
- Computación óptica multivariante
- Tomografía holográfica digital [8]
Referencias
- ^ "Larry Hornbeck, dispositivo de microespejos digitales, patente estadounidense n.º 5.061.049, introducida en 2009" , "Salón de la fama de los inventores nacionales"
- ^ Patente de Estados Unidos 3746911 , Nathanson et al, "Válvulas de luz desviables electrostáticamente para pantallas de proyección", emitida 1973-7-17
- ^ Douglass, MR (1998). "Estimaciones de vida útil y mecanismos de falla únicos del dispositivo de microespejos digitales (DMD)". 1998 Actas del Simposio Internacional de Física de Confiabilidad de IEEE 36th Annual (Cat No 98CH36173) RELPHY-98 . págs. 9-16. doi : 10.1109 / RELPHY.1998.670436 . ISBN 0-7803-4400-6. S2CID 33779816 .
- ^ "[Resuelto] Explicación de la falla del chip DLP: ¿Puntos blancos y neblina blanca? - Foro de productos DLP® - Productos DLP® - Foros de soporte de TI E2E" .
- ^ Metrología .
- ^ Heath, Daniel J; Feinaeugle, Matthias; Grant-Jacob, James A; Mills, Ben; Eason, Robert W (1 de mayo de 2015). "Modelado dinámico de pulsos espaciales a través de un dispositivo de microespejos digitales para la transferencia directa inducida por láser de patrones de películas de polímeros sólidos" (PDF) . Materiales ópticos Express . 5 (5): 1129. Bibcode : 2015OMExp ... 5.1129H . doi : 10.1364 / ome.5.001129 . ISSN 2159-3930 .
- ^ Georgieva, Alexandra; Belashov, Andrei; Petrov, Nikolay V (2 de octubre de 2020). "Optimización de la modulación de fase y amplitud independiente basada en DMD: una resolución espacial y cuantificación". pag. 2010.00955. arXiv : 2010.00955 [ física.óptica ].
- ^ Lee, Kyeoreh; Kim, Kyoohyun; Kim, Geon; Shin, Seungwoo; Park, Yong-Keun (28 de febrero de 2017). "Iluminación estructurada multiplexada en el tiempo mediante DMD para tomografía de difracción óptica" . Letras de óptica . 42 (5): 999–1002. arXiv : 1612.00044 . Bibcode : 2017OptL ... 42..999L . doi : 10.1364 / OL.42.000999 . ISSN 0146-9592 . PMID 28248352 . S2CID 46878533 .
enlaces externos
- Biblioteca de White Paper de DLP
- Recurso DMD