空間光調(diào)制器

InformationOptics

信息光學(xué)第六章空間光調(diào)制器能對(duì)光波的某種特性進(jìn)行空間和時(shí)間的變換或調(diào)制。即其輸出光信號(hào)是隨控制信號(hào)變化的空間和時(shí)間的函數(shù)定義

SLM：SpatialLightModulator基本結(jié)構(gòu)與分類(lèi)

獨(dú)立單元：像素包括：寫(xiě)入信號(hào)------控制信號(hào)；讀出光---------輸入信號(hào)；輸出光---------輸出信號(hào);分類(lèi)：透射式光尋址；反射式光尋址；透射式電尋址；反射式電尋址尋址概念；光尋址與電尋址特點(diǎn)寫(xiě)入（電）光讀出光輸出光透射式讀出光寫(xiě)入（電）光輸出光反射式空間光調(diào)制器的功能

輸入器件處理與運(yùn)算器件電-光轉(zhuǎn)換串行-并行轉(zhuǎn)換非相干光-相干光轉(zhuǎn)換波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換放大器乘法器對(duì)比度反轉(zhuǎn)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換基本性能參數(shù)

輸入-輸出特性曲線輸出光寫(xiě)入信號(hào)理想輸出模擬輸出靈敏度閾值靈敏度；指定值靈敏度；特性曲線靈敏度；對(duì)比度（反差）定義動(dòng)態(tài)范圍灰階數(shù)調(diào)制傳遞函數(shù)定義調(diào)制度分辨率能分辨的最大空間頻率；單位：lp/mm空間-帶寬積（SBP）像數(shù)數(shù)目單幅信息容量C=SBP*log2Nbit響應(yīng)速度指寫(xiě)入信號(hào)作用到器件直至輸出光產(chǎn)生所需時(shí)間幀頻信息流量單幅信息容量與幀頻乘積存儲(chǔ)時(shí)間寫(xiě)入信號(hào)撤除后被調(diào)制量減小到最大值的a倍時(shí)所需時(shí)間液晶顯示器液晶分類(lèi)

液晶是一種介于各向同性液體和各向異性晶體之間的物質(zhì)狀態(tài)。在一定溫度范圍內(nèi)，它既有液體的流動(dòng)性、粘度、形變等機(jī)械性質(zhì)，又具有晶體的熱（熱效應(yīng)）、光（光學(xué)各向異性）、電（電光效應(yīng)）、磁（磁光效應(yīng)）等物理性質(zhì)。按液晶分子的排列方式，分為三種：

近晶相液晶向列相液晶膽甾相液晶液晶的光學(xué)特性

液晶的雙折射性

=0.10.3方解石

石英

液晶的扭曲效應(yīng)

（b）電壓超過(guò)閾值（a）未加電壓液晶的賓主效應(yīng)

染料液晶透明電極玻璃偏振片（a）未加電壓（b）電壓超過(guò)閾值入射光（可見(jiàn)光）波長(zhǎng)吸收（可見(jiàn)光）波長(zhǎng)吸收向列相液晶中摻入少量二向色性的染料,染料分子會(huì)隨同液晶分子定向排列.

電尋址液晶空間光調(diào)制器的基本原理

電尋址的空間光調(diào)制器多采用矩陣尋址的方案。通常在一塊玻璃板上，形成互相絕緣的行電極和列電極，在它們的交點(diǎn)上用大規(guī)模集成電路技術(shù)制作薄膜晶體管TFT。ＴＦＴ的柵極、源極和漏極分別連接行電極、列電極和顯示像素。在另一塊玻璃板的表面，所有像素共用一個(gè)電極，兩塊玻璃板之間充以扭曲型或超扭曲型液晶。下圖為ＴＦＴ-ＬＣＤ的等效電路。當(dāng)某一像素的行、列電極同時(shí)加上電信號(hào)時(shí)，ＴＦＴ型場(chǎng)效應(yīng)管接通，該像素透光。順序選通各行電極，并同步地選通列電極，就可以控制各像素的明暗，電壓的大小可控制灰階。

數(shù)字微反鏡DMD—DigitalMicromirrorDeviceDLP是基于微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)的器件,被稱(chēng)為數(shù)字微鏡器件(DMD-Digitalmicromirrordevice),DMD由美國(guó)德克薩斯儀器公司在1987年發(fā)明。DLP投影顯示技術(shù)的核心是數(shù)字微鏡器件,它是一種基于半導(dǎo)體制造技術(shù),由高速數(shù)字式光反射開(kāi)關(guān)陣列組成的器件,采用二進(jìn)制脈寬調(diào)制技術(shù)能精確地控制光的灰度等級(jí),加上圖像處理、存儲(chǔ)器、光源和光學(xué)系統(tǒng)便組成DLP系統(tǒng),能投射大屏幕、高亮度、無(wú)縫的、高對(duì)比度彩色圖像。1024×768DMD

一對(duì)偏轉(zhuǎn)＋12o和－12o的DMD單元基本結(jié)構(gòu)

DMD單元結(jié)構(gòu)圖DMD單元部件分解圖

工作原理

DMD工作原理圖4位二元脈沖寬度調(diào)制（PWM）序列圖樣信號(hào)的每一位代表一個(gè)時(shí)間段對(duì)應(yīng)入射光的開(kāi)或關(guān)（0或1）這些時(shí)獨(dú)立的間段對(duì)應(yīng)一定的值：20、21、22、23，或1、2、4、8。最短的時(shí)間段稱(chēng)為最低有效位LSB，LSB占一個(gè)幀時(shí)的1/（2N-1），N為數(shù)據(jù)位數(shù)。最長(zhǎng)的時(shí)間段稱(chēng)為最高有效位（MSB）。因此、一個(gè)幀時(shí)（例如1/50秒）被分為4個(gè)獨(dú)立的時(shí)間段，時(shí)間片的長(zhǎng)短與該位的二進(jìn)制的加權(quán)值呈比例，LSB分配到1/15個(gè)幀時(shí)，LSB+1分配到2/15個(gè)幀時(shí)，LSB+2分配到4/15個(gè)幀時(shí)，LSB+3分配到8/15個(gè)幀時(shí)。

DMD的二元脈沖寬度調(diào)制（以4位為例）二進(jìn)制的“1”將驅(qū)動(dòng)DMD微鏡偏轉(zhuǎn)到“開(kāi)”的位置，而“0”將使DMD微鏡偏轉(zhuǎn)到“關(guān)”的位置。例如，數(shù)字10在4位二進(jìn)制表示為1010，在此種情況下，在LSB＋1時(shí)間段和LSB＋3時(shí)間段中，DMD處于“開(kāi)”的狀態(tài)，在LSB時(shí)間段和LSB＋2時(shí)間段中DMD處于“關(guān)”狀態(tài)。

DMD的特點(diǎn)

高分辨率

ＤＭＤ有640×480(ＶＧＡ)，800×600(ＳＶＧＡ),1024×768(ＸＧＡ)及1280×1024(ＳＸＧＡ)等多種解析度規(guī)格，特別是適用于高寬比16∶9寬屏幕電視的ＤＭＤ，器件尺寸37×22ｍｍ,像素尺寸為17×17μｍ，一個(gè)ＤＭＤ上的像素?cái)?shù)為1920×1080，

高光學(xué)效率

DLP光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)效率DMD象素單元的光學(xué)效率對(duì)比度

500∶1

2000∶1

響應(yīng)時(shí)間

10μｓ

扭臂梁非常薄(約0.0