一种随机翻转数字微镜(dmd)阵列系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种随机翻转数字微镜（DMD）阵列系统。该系统包括：计算机模块、驱动板模块和数字微镜模块。计算机模块通过程序控制用户可编程FPGA，让用户参与编程，灵活实现各种功能，同时提供FPGA中USB数据收发程序和SDRAM数据收发程序；驱动板模块包括：用户可编程FPGA、USB数据收发块、核心驱动FPGA、SDRAM数据收发块、高速IO、同步信号；FPGA相关模块对USB接口进行控制，实现图像接收，对DMD和DAD进行核心驱动控制；同步信号使其具有内同步和外同步功能；数字微镜模块包括：数字微镜阵列、DAD块；数字微镜阵列可实现微镜的任意时间自由锁定，或者可由由用户定义锁定时间，否则微镜一直锁定；DAD块为DMD提供高电压源及微镜的复位驱动功能。
【专利说明】一种随机翻转数字微镜(DMD)阵列系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及单像素成像【技术领域】，尤其涉及一种随机翻转数字微镜(DMD)阵列系统。
【背景技术】
[0002]DMD是TI公司针对视频应用开发的，TI公司采用了 DLP的架构，对于DMD的数据传输格式及控制方式是保密的。这种基于DLP架构的系统控制方式单一，帧频低，用户输入的任何图像，系统都会按256灰度进行显示，微镜的翻转不能自由灵活控制。
[0003]在激光调制应用中，要求能够自由控制二进制微镜翻转的时间；在压缩成像/关联成像/量子成像应用中，要求微镜翻转的时间快速并且尽量等间隔，同时要求微镜翻转后能够给出同步信号，以便于CCD的图像采集；在激光光刻领域，目前国际上主要有“步进光刻”和“飞行光刻”曝光方式，这两种方式都需要微镜绝对锁定功能和同步功能的支持，“飞行光刻”方式还需要高帧频的支持，才能达到最好的光刻效果；还有在其它高级的二元光学的应用等等，用户无法对DMD进行随心所欲的操作。
[0004]数字微镜阵列(DMD)是单像素成像系统的关键处理元件，用以实现DLP投影技术的数字光学处理过程。DMD可以提供1670万种颜色和256段灰度层次，从而可以确保DLP投影机投影的活动影像画面色彩艳丽细腻、自然逼真。
【发明内容】
[0005]本发明公开了一种随机翻转数字微镜(DMD)阵列系统。该系统包括:计算机模块、驱动板模块和数字微镜模块。计算机模块通过程序控制用户可编程FPGA，让用户参与编程，灵活实现各种功能，同时提供FPGA中USB数据收发程序和SDRAM数据收发程序；驱动板模块包括:用户可编程FPGA、USB数据收发块、核心驱动FPGA、SDRAM数据收发块、高速10、同步信号；FPGA相关模块对USB接口进行控制，实现图像接收，对DMD和DAD进行核心驱动控制；同步信号使其具有内同步和外同步功能；数字微镜模块包括:数字微镜阵列、DAD块；数字微镜阵列可实现微镜的任意时间自由锁定，或者可由由用户定义锁定时间，否则微镜一直锁定；DAD块为DMD提供高电压源及微镜的复位驱动功能。
【专利附图】
【附图说明】
[0006]图1是本发明一种随机翻转数字微镜(DMD)阵列系统的电路总框图图2是本发明3*3数字微镜阵列模型图
图3是本发明单微镜翻转示意图图4是本发明微镜不稳定时间示意图图5是本发明内同步示意图图6是本发明外同步示意图【具体实施方式】下面结合图对本发明做进一步的说明。
[0007]如图1所示，本发明公开了一种随机翻转数字微镜(DMD)阵列系统。该系统包括:计算机模块、驱动板模块和数字微镜模块。计算机模块通过程序控制用户可编程FPGA，让用户参与编程，灵活实现各种功能，同时提供FPGA中USB数据收发程序和SDRAM数据收发程序；驱动板模块包括:用户可编程FPGA、USB数据收发块、核心驱动FPGA、SDRAM数据收发块、高速10、同步信号；FPGA相关模块对USB接口进行控制，实现图像接收，对DMD和DAD进行核心驱动控制；同步信号使其具有内同步和外同步功能；数字微镜模块包括:数字微镜阵列、DAD块；数字微镜阵列可实现微镜的任意时间自由锁定，或者可由由用户定义锁定时间，否则微镜一直锁定；DAD块为DMD提供高电压源及微镜的复位驱动功能。
[0008]如图2是本发明3*3数字微镜阵列模型图，在DMD芯片的最上面由数十万片面积为14X14微米、比头发断面还小的微镜片组成，增加DMD内微镜片的数量，即可提高产品的分辨率，而不须改变微镜片的大小(例如分辨率为1024X768的投影机DMD芯片上有786432个小镜片)，这些镜面经由下面被称为“轭”的装置链接，并被“扭力铰链”控制，可以左右翻转。前期的镜片的翻转角度仅为10°，后来德州仪器对镜片下方的链接部分进行了改善和简化，镜片的翻转角度提升到了 12°。虽然仅仅提升了 2度，但是成像过程中的杂散光线的影响被大大降低，对比度指标进一步提高。
[0009]图3是本发明单微镜翻转示意图当记忆晶胞处于“0N”状态时，反射镜会旋转至+12度，若记忆晶胞处于“OFF”状态，反射镜会旋转至-12度。只要结合DMD以及适当光源和投影光学系统，反射镜就会把入射光反射进入或是离开投影镜头的透光孔，使得“0N”状态的反射镜看起来非常明亮，“OFF”状态的反射镜看起来很黑暗。
[0010]图4是本发明微镜不稳定时间示意图，DMD开发板保证DMD微镜在图像显示时的锁定状态。锁定状态时微镜的角度保持等参数满足TI公司DMD产品的参数指标。从一帧图像切换到另一帧图像时，有12微秒左右的翻转不稳定时间。如图所示，在DMD为低时微镜处于锁定状态，如b点和c点之间，ab和Cd是微镜的翻转时间，为12微秒左右，除了在ab和Cd这种翻转时刻，微镜都处于锁定状态。
[0011]图5是本发明内同步示意图，内同步输出的是高电平脉冲，脉冲宽度默认情况下是100微秒左右，可通过串口修改其脉冲宽度。电平标准是CM0S33。内同步信号是在所有微镜完全锁定后给用户的，用户在收到内同步的上升沿起即可对DMD图像进行采集。如图所示，a点是微镜开始翻转,到b点微镜稳定，a点到b点时间为12微秒左右。c点为DMD驱动板给出内同步的时刻。b点到c点时间可由用户提出，正常情况下是I微秒。
[0012]图6是本发明外同步示意图，外同步脉冲输入以上升沿为有效触发，脉冲宽度要大于I微秒，外同步电平标准是CM0S33AMD驱动板在收到外同步信号上升沿后发一个串口指令到PC主机，主机收到指令后读取一帧数据下载到DMD中，这个过程需要6.5毫秒左右的时间。也就是说用户在给出同步脉冲后6.5毫秒左右DMD的图像输出才是稳定的当前图像，这要保证电脑无过重负载，能够收到指令后及时读取数据通过USB下载。如图，从用户给出外同步信号(a点)，到d点一帧图像才被稳定触发显示，ad的时间为6.5毫秒左右。DMD在c点之前显示的上一帧图像。ab宽度需大于I微秒。
【权利要求】
1.本发明公开了一种随机翻转数字微镜(DMD)阵列系统，该系统包括:计算机模块、驱动板模块和数字微镜模块；计算机模块通过程序控制两个FPGA，让用户参与编程，灵活实现各种功能，同时提供FPGA中USB数据收发程序和SDRAM数据收发程序；驱动板模块包括:用户可编程FPGA、USB数据收发块、核心驱动FPGA、SDRAM数据收发块、高速10、同步信号；FPGA相关模块对USB接口进行控制，实现图像接收，对DMD和DAD进行核心驱动控制；同步信号使其具有内同步和外同步功能；数字微镜模块包括:数字微镜阵列、DAD块；数字微镜阵列可实现微镜的任意时间自由锁定，或者可由由用户定义锁定时间，否则微镜一直锁定；DAD块为DMD提供高电压源及微镜的复位驱动功能。
2.根据权利要求1所述的一种随机翻转数字微镜(DMD)阵列系统，其特征在于:采用DMD板载式，直接将DMD安装在控制板上，在一些特殊应用场合，可嵌入在用户的系统中。
3.根据权利要求1所述的一种随机翻转数字微镜(DMD)阵列系统，其特征在于:采用了同步信号SMA同轴电缆作为同步线，抗干扰能力强，保证系统正常工作。
4.根据权利要求1所述的一种随机翻转数字微镜(DMD)阵列系统，其特征在于:供电方式进行了优化，摒弃了第一代产品多种电源供电方式，只需常用的单5V供电即可。
5.根据权利要求1所述的一种随机翻转数字微镜(DMD)阵列系统，其特征在于:入射光与微镜表面的法线成24度角，这样入射效果最好。
6.根据权利要求1所述的一种随机翻转数字微镜(DMD)阵列系统，其特征在于:具有两个FPGA，一个核心的DMD驱动FPGA，一个用户可编程FPGA，让用户参与编程，灵活实现各种功能，同时提供FPGA中USB数据收发程序和DDR2 SDRAM数据收发程序。
【文档编号】H04N9/31GK104301701SQ201410633968
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年11月12日 优先权日:2014年11月12日
【发明者】李智, 李健, 向中辉 申请人:四川大学