数字微镜器件(DMD)在相干光照明下的空间光调制特性

分析了DMD的微结构和工作原理;引入占空比因子,通过空间分区建立了较为完善的DMD空间光调制理论模型;根据该模型预测了经DMD调制后的频谱中,存在2个互补图像区域;沿这2个互补区域的对称轴方向各级衍射不含图像调制信息;设计了相干光照明下DMD空间光调制特性实验,理论与实验符合得很好.

基于数字微镜器件的激光光刻技术

数字微镜器件(Digital Micro-mirror Device,DMD)作为数字光处理技术(Digital Light Processing,DLP)的核心,可通过控制其反射微镜的偏转实现全数字化成像。基于DMD的数字光刻系统采用动态数字掩模的曝光方式,分辨率高、速度快、加工面积大,可用于制作复杂三维结构和表面浮雕结构。本文阐述了DMD的基本结构和工作原理,分析了其灰度调理机制和投影成像特性,介绍了基于DMD的数字光刻技术的两个重要研究方向:灰度光刻技术和微立体光刻技术,具体探讨了DMD在两种技术中的应用。

数字微镜器件制造精度误差对紫外光调制特性的影响

数字微镜器件(DMD)的能量利用率对于提高无掩膜激光直写系统的效率十分重要。对DMD在相干光照明下的相位调制特性进行数值和实验分析,发现同种型号DMD在出射0级光垂直于微镜表面角度入射情况下的衍射图样,其光能量分布各不相同,有0级光强占总光强27.2%的情况,也有零0级光强占总光强13.1%的情况,理论计算表明,DMD的微镜偏转角存在±1°的误差可以使DMD衍射0级的衍射效率在极大和极小之间变化。这一结论对于选择高能量利用效率的DMD有重要参考价值。

基于数字全息图像质改善的DMD再现技术研究

在运用数字全息技术记录三维物体时,由于物光是漫反射场,所记录的全息图像中噪声比较大,再现图像的质量会受到很大影响,在数字微镜器件(DMD)显示系统中这种影响尤为严重.本文首先对CCD记录的全息图衍射效率进行分析,然后采用多种图像滤波算子对全息图进行滤波处理,以提高衍射效率;在对数字全息图进行二值化提高条纹对比度之后,最终在DMD上显示了较高质量的三维物体再现像.

基于DMD的红外场景仿真系统光学引擎设计

针对DMD(Digital Micromirror Device)器件是针对可见光波段设计,直接用于红外波段会遇到问题,提出了一种远心投影光学引擎架构,包括投影光学系统和照明光学系统.该光学引擎采用柯勒远心照明架构,并引入一片场镜来分离投影和照明光束.这种光学引擎结构紧凑、照明均匀、光能利用率高.

基于FPGA的DMD驱动控制电路的研究设计

根据数字微镜装置DMD的显示特性,以FPGA芯片为核心,设计了一种DMD驱动控制方案;从微镜的工作过程和二进制脉冲宽度调制理论入手,阐述了在有限利用TI公司相关芯片的情况下自主开发设计驱动控制电路的原理和整体方案,详细分析了包括图像解码模块和主驱动控制模块在内的主要电路的作用和设计方案,给出了系统组成框图、硬件设计部分的模块封装图以及仿真结果;本驱动控制电路成功实现了对DMD成像系统的驱动控制。

基于DMD的长波红外变焦投影系统设计

基于数字微镜器件（DMD）的红外景象模拟器在室内环境下通过模拟真实景物及其环境的红外辐射来测试红外成像系统的性能。为实现基于DMD的红外景象模拟器能够满足不同待测系统的视场角匹配,同时为避免投影系统与照明系统发生空间上的重叠,设计了一套配有分光棱镜的红外变焦投影系统。该系统工作波段为8~12μm,F数为2.7,采用光学补偿变焦方式,可实现50/100/150/200 mm四档变焦。根据四组元系统负组补偿原理及其高斯光学公式对系统光学参数进行计算,选用与参数相近的初始结构进行处理及优化。设计结果表明,各焦距位置在20 lp/mm处的调制传递函数值均接近衍射极限,符合使用要求。

双DMD变焦红外双波段场景模拟器光学引擎设计

为仿真现实场景中目标和干扰的光谱分布差异,设计了一种基于双数字微镜器件(DMD,Digital Micro-mirror Device)的双通道、共口径、变焦光学引擎,包括投影光学系统和两套照明光学系统.光学引擎以红外中波和长波柯勒远心光路分别直接照明两DMD靶面,采用空间立体布局避免不同光路间干扰.设计结果表明:照明光学系统的照度均匀性优于94%;中波(3.7~4.8μm)和长波(8~12μm)内,变焦投影光学系统在10 1p/mm处的调制传递函数(MTF,Modulation Transfer Function)值分别优于0.7和0.4;系统畸变小于0.5%,满足使用要求.

基于DMD多波段动态红外场景仿真系统的关键技术研究

对基于数字微镜器件(DMD)多波段动态红外场景仿真系统的几项关键技术进行了阐述,首先分析了黑体的特性,给出了温度范围计算公式;其次,分析了几种红外材料的特性及封装技术,确定了以硫化锌为多波段仿真系统的DMD窗口材料及粘合剂封装方法的选择;最后,分析了系统的需求及红外投影光学系统的特点,确定了多波段光学系统的整体光路设计及投影系统的技术指标。

基于DMD的红外双波段景象模拟投影光学系统设计

本文针对动态红外景象模拟的应用需求,设计了基于数字微镜器件(DMD)的共轴红外双波段(中波3～5μm和长波8～12μm)景象模拟投影光学系统。该系统结构简单,仅由4片球面透镜和1个投影棱镜组成,使用Ge、ZnS和ZnSe三种普通红外材料校正红外双波段色差。在截止频率17lp/mm、像距5.1mm时,红外中波的调制传递函数(MTF)大于0.7;红外长波MTF大于0.4,接近衍射极限,像质优良,满足红外景象模拟器的总体设计要求。

基于DMD的长波红外景象生成器分光构架设计

红外景象生成器通过模拟生成真实景物及其所处环境的红外辐射以测试和评估红外光电系统的工作性能。为了避免由DMD工作方式而导致的照明光学系统和投影光学系统会发生重叠的问题,提出了一种分光构架设计的技术方案。在分析了长波红外材料的折射率特性和棱镜设计理论的基础之上,采用极限光束设计的分光构架具有高透射率、低杂散光等优点,通过POB建模方式将设计模型加载至ZEMAX软件中,模拟得到分光构架的工作状态,经验证满足实际应用要求。

DMD的动力分析

数字微镜装置(DMD)是微电子机械系统(MEMS)的典型器件,是数字光处理(DLP)的核心。应用积分法推导出DMD倾斜极板电容静电转矩表达式;由微观连续介质理论,推导出粘附力矩表达式;根据机电动力学原理,建立了DMD动力学模型,并进行数值仿真。通过同实验数据比较,得到了满意的结果。

基于数字光处理的结构光三维扫描系统的设计

结合结构光投影三维扫描的原理,设计了数字微镜器件(DMD)作为结构光的发生装置,主控芯片为FPGA,实现了高速的DMD的控制和相机的同步采集。搭建了一个嵌入式三维扫描光学平台,并应用四步相移法完成实验。首先指定不同方向和周期的正弦条纹结构光,同步采集图像;然后通过软件设计完成对采集图像的预处理、相位的解调、相位的展开、相位-高度映射还原得到三维的深度信息并建模;最终获得最高464.8帧/s不同方向和周期的正弦条纹结构光显示,达到194帧/s的相机触发采集,三维扫描效果图清晰,还原和重建效果理想。

DMD系统的环形光栅的设计和制作

本文讨论了基于数字微镜系统(DMD)的环形光栅的设计和制作方法。利用DMD系统,我们可以制作出低成本、半径可调的环形光栅,为使其集成到微光机电系统提供了一种可能。通过实验,我们获得了最大外半径为42.7μm的环形光栅。

DLP投影机的特点及选用

DLP(Digital Light Processor)投影机是全数字反射式投影机,采用了革新性的投影和显示信息方法,利用美国德州仪器公司开发的数字微反射镜器件DMDTM(Digital Micomirror Device),完成了显示数字可视信息的最终环节,使投影机产品进入了数字时代.

自校准型光谱辐亮度标准光源

针对高精度空间光学定量遥感的需求,研制了一种采用数字微镜器件的自校准型光谱辐亮度标准光源。该光源具有两种工作模式:在窄带工作模式下,由Gershun管辐射计和CAS光谱辐射计自校准;在宽带工作模式下,作为光谱辐亮度标准光源用于地面或空间遥感仪器的光谱辐亮度响应度定标。以光谱辐照度标准光源和Spectralon标准漫反射板组成光谱辐亮度标准光源为CAS光谱辐射计定标,测得自校准光源的光谱辐亮度。又以标准探测器定标的Gershun管辐射计测量自校准光源,采用迭代法得到自校准光源的光谱辐亮度。窄带模式下两种不同定标方法对自校准光源的光谱辐亮度测量结果在测量不确定度允许范围内一致。不确定度分析显示:基于标准光源和基于标准探测器的自校准光源光谱辐亮度测量不确定度分别为1.41%~2.09%和1.28%~1.61%。实验及不确定度分析结果表明,该光源可以满足高精度空间光学定量遥感的使用要求。

基于数字微镜和旋转扫描技术的体三维显示器

研究了一种基于旋转体扫描方案的体三维显示系统,利用数字微镜设备(DMD)作为空间光调制器,将三维场景经离散化后得到的一系列二维切片轮流投影到高速旋转的屏幕上,基于视觉暂留效应,按时序变换的二维切片图像可被人眼融合并感知为连续完整的三维图像。试制了原理样机,实现了三维图像以24 Hz的刷新频率在体积为Φ200 mm×100 mm的柱体空间内的显示,可以任意选择视点直接观看,验证了设计方案的可行性。

一种数字微镜控制的近红外阿达玛变换光谱仪

使用高精度的数字微镜(DMD)阵列代替传统的阿达玛编码模板,使得阿达玛光学编码过程中没有任何机械运动部件,从而大大提高了光谱仪的抗震性和稳定性.利用FPGA和MSP430单片机控制DMD产生阿达玛变换编码模板,并按照特定的时序完成模板的移动、模拟信号/数字信号(A/D)采样脉冲产生与筛选等工作.利用以该模板为核心部件的阿达玛变换光谱仪进行了性能测试实验,结果表明该仪器性能优良,稳定可靠.

基于数字微镜器件的高动态范围场景像素级调光技术研究

对于空间目标成像探测和科学成像应用,通常要求成像设备的动态范围达到60dB以上。为了对高动态场景进行实时有效观测,设计了一种利用数字微镜器件(DMD)作为像素级空间光调制器的成像系统。为了消除镜元与像元不匹配造成的采集图像失真,实现像素级的调光控制,提出一种利用摩尔条纹相位性质装调测试系统的方法,控制调光位置精度达到0.4pixel。在此基础上提出一种高效实时的调光算法,利用DMD调制每一个像素的有效积分时间,调光后图像熵值优于调光前。实验结果表明,DMD调光成像系统能够对约90dB动态范围场景进行调光成像,并实时输出显示,帧频达90frame/s。

高均匀性长波红外远心照明系统设计

基于数字微镜器件(DMD)的红外景象模拟器可在室内环境下模拟真实景物及其环境的红外辐射,实现对红外成像系统性能的准确测试与评估。照明系统作为红外景象模拟器的重要组成部分,为其提供红外辐射能。为使光束均匀照射在DMD器件表面,通过分析研究黑体特性及朗伯定律,确定采用像方远心光路作为照明系统的结构形式。以拉氏不变量为依据研究确定的照明系统特性参数,能够实现与投影系统完美衔接。根据设计参数完成对照明系统初始结构的计算,利用ZEMAX进行调制、优化,并完成像质评价。设计结果表明,以此方式设计的照明系统均匀性高、球差小,可进一步提高模拟仿真效果。