空間光調(diào)制器

InformationOptics

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

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

獨立單元：像素包括：寫入信號------控制信號；讀出光---------輸入信號；輸出光---------輸出信號;分類：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寫入（電）光讀出光輸出光透射式讀出光寫入（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)換波長轉(zhuǎn)換放大器乘法器對比度反轉(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入信號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；對比度（反差）定義動態(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)速度指寫入信號作用到器件直至輸出光產(chǎn)生所需時間幀頻信息流量單幅信息容量與幀頻乘積存儲時間寫入信號撤除后被調(diào)制量減小到最大值的a倍時所需時間液晶顯示器液晶分類

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)，它既有液體的流動性、粘度、形變等機械性質(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）電壓超過閾值入射光（可見光）波長吸收（可見光）波長吸收向列相液晶中摻入少量二向色性的染料,染料分子會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、列電極同時加上電信號時，ＴＦＴ型場效應(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是基于微機電系統(tǒng)(MEMS)的器件,被稱為數(shù)字微鏡器件(DMD-Digitalmicromirrordevice),DMD由美國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)字式光反射開關(guān)陣列組成的器件,采用二進制脈寬調(diào)制技術(shù)能精確地控制光的灰度等級,加上圖像處理、存儲器、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、無縫的、高對比度彩色圖像。1024×768DMD

一對偏轉(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）序列圖樣信號的每一位代表一個時間段對應(yīng)入射光的開或關(guān)（0或1）這些時獨立的間段對應(yīng)一定的值：20、21、22、23，或1、2、4、8。最短的時間段稱為最低有效位LSB，LSB占一個幀時的1/（2N-1），N為數(shù)據(jù)位數(shù)。最長的時間段稱為最高有效位（MSB）。因此、一個幀時（例如1/50秒）被分為4個獨立的時間段，時間片的長短與該位的二進制的加權(quán)值呈比例，LSB分配到1/15個幀時，LSB+1分配到2/15個幀時，LSB+2分配到4/15個幀時，LSB+3分配到8/15個幀時。

DMD的二元脈沖寬度調(diào)制（以4位為例）二進制的“1”將驅(qū)動DMD微鏡偏轉(zhuǎn)到“開”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位二進制表示為1010，在此種情況下，在LSB＋1時間段和LSB＋3時間段中，DMD處于“開”的狀態(tài)，在LSB時間段和LSB＋2時間段中DMD處于“關(guān)”狀態(tài)。

DMD的特點

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ＤＭＤ上的像素數(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)效率對比度

500∶1

2000∶1

響應(yīng)時間

10μｓ

扭臂梁非常薄(約0.0