DMD光调制系统XD-D01

1、欢迎一起探讨DMD的应用!高级技术支持：x digit联系人：Jerry欢迎一起探讨DMD的应用!X-digit科扌文高级技术支持：x digit联系人：Jerry欢迎一起探讨DMD的应用!高级技术支持：x digit联系人：Jerry欢迎一起探讨DMD的应用!上海辛同信息科技有限公司上海辛同科技公司专注于高新技术的研发，特别是在空间光调制器DMD勺核 心控制电路的开发上，在国内独树一帜。本公司定位于DMD勺高端应用，能够实 现对DMD芯片的灵活控制，其中包括内外同步、微镜任意时间锁定及帧频控制 等关键技术。DMD技术发展的历史并不长，但这是一项学科交叉性和综合性都很 强且极具发展潜力的高新技

2、术。通过对DMD关键技术研究及开发，可以带动一些 重要的基础性课题研究，同时在 DMD相关产业能够协助客户加速设备研发进程， 提高设备性能。数字微镜DM空间光调制器开发系统XD-D01该文档介绍了 DMDT发套件，该开发系统包括软件、驱动、固件和硬件。该 系统采用的DM是0.7 XGA DDR DMD具有内外同步功能，微镜锁定时间可由用 户定义，是一款专门针对特殊应用（光刻、激光调制、二元光学等）下的空间光 学调制器设计的。一、主要性能参数1阵列大小：1024x768对角线长度 0.7英寸。2、微镜尺寸：13.68x13.68微米，微镜的间隙非常小，在1微米以内。3、翻转角度:+12°

3、;、0°和-12 °。4、微镜二进制翻转频率：全屏160Hz实时USBF载。5、波段：350nm2700nm可见光（常规）。6、通过USB 2.0下载数据信息。7、 具有内同步和外同步功能，同步脉冲电平标准为CMQS3.3V。&具有板上可验证功能：通过拨码开关即可验证系统DMD调制好坏。9、对比度：超过 2000 1。10、 响应命令时间：3us，即给出同步或微镜翻转指令后3us微镜即可翻转到指 定角度。11、微镜任意时间锁定。12、非全屏显示下可实现更高帧频。13、软硬件完全可定制，包括光纤传输的高帧频系统。高级技术支持：x digit联系人：Jerry欢迎一起探

4、讨DMD的应用!二、技术背景DMD是 TI公司针对视频应用开发的，TI公司只为用户提供DM及其配套芯 片(DDP和DAD,而对于DMD勺数据传输格式及控制方式是保密的。 这样搭起来 的基于DLP架构的系统控制方式单一，用户不管输入什么图像，系统都会按 256 灰度进行显示。在一些特殊应用中，这样的控制方式就显示出不足。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/广联成像应用中，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

5、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DMGft行随心所欲的操 作。主要存在以下问题：(1) 、二进制图像显示的时间长短无法控制。 基于DLP架构的DMD系统总是认为 收到的是256灰度的图像，因此，尽管用户送的是二进制图像，它仍然会在特定 的时间去复位DMD使微镜回复到平态，尽管肉眼看不出来，但是在一帧图像中 在不等间隔的时间复位了 8次(原理上是8次，由于TI为了改善视频效果，采 用了视频编码技术，实际复位次数超过 8次)，这极大地影响了光调制的效果， 特别是在一些短脉冲、超短脉冲应用下。(2) 、很多光

6、调制系统中，需要采用 CCD采集调制后的光。而基于 DLP架构的 DMD系统无法给出反射光的同步信号，因此而导致 CCDS集到的图像效果很差。(3) 、如果想要实现任意灰度等级的调制，基于 DLP架构的DMD系统无法实现。而目前市面上所有采用DMD开发的系统或开发板基本上都是采用 TI套片开 发的，无法解决以上提出的问题。因此如何实现对DMD勺完全自主控制，才是改 进其在光调制领域应用的根本办法。针对这些问题，公司投入大量精力进行核心技术研发，其中以下几个关键点的确立为很多场合的光学应用提供了优势：1可实现微镜的任意时间自由锁定。当 DM显示当前二进制图像时保持微镜锁 定，只有当用户输入下一帧

7、数据时才使微镜转动，否则微镜一直锁定。2、具有内同步和外同步功能：A、由用户同步信号触发微镜翻转，显示下一帧数据；B微镜翻转稳定后本系统给出同步信号，同步信号脉宽可调整，以保证同步触发用户采集设备。3、高速的翻转频率：最高可达到8000Hz的全屏翻转频率。若只是局部显示，帧 频还可以更咼。高级技术支持：x digit联系人：Jerry欢迎一起探讨DMD的应用!三、dmD简介数字微镜器件是一种新型、全数字化的平面显示器件，应用MEM$MicroElectromechanical System，微电子机械系统）的工艺将反射微镜阵列和CMOSSRAM!成在同一块芯片上。数字微镜是铝合金材质，一个微镜

8、代表一个像素，每个微镜的尺寸为13.68呵X13.68旳，微镜间间隔小于1呵，每个微镜都有±12°的偏转角分 别对应“开”态和“关”态。DMD器件真正实现了全数字方式控制图像的灰度等级，称为二进制脉宽调制（PWM技术。通过这种技术，可将输入DMD勺视频或图像信号转换成层次丰富的灰度图像。二进制PWM表达方式如图1所示，称之为2 PWM方式。二进制PWM 调制公式为：Tpwm =Tlsb 2 。其中，N是像素的灰度等级，Tpwm是每个bit 像素的权重，Tlsb是最低bit位（LSB的显示时间。以5bit像素为例，图中黄色代表微镜开的时间，白色代表微镜关的时间， 可以看到二进

9、制01111b在低4位微镜处于开的状态，开的时间占帧时的 48% 而二进制11010b微镜开的时间占了帧时的84%人类的视觉系统将脉冲式的光 累积（积分效应）就得到灰度图像。本质上说，灰度取决于微镜开的时间。* time01234<>二进制0伯"同 1 II 2 |3二二二进制 11010二进制PWM控制方式当DMD勺每个镜子都处于开态或关态时整个 DMD相当于一个二维闪耀光栅， 其闪耀特性可用闪耀光栅的衍射原理进行解释。数字微镜具有开关速度快，高亮度，对比度高（2000 1以上）和高可靠性 （40万小时平均无故障时间，可见光工作，低于55摄氏度工作环境温度）。基于 数字

10、微镜工作的光学光路结构简单，易于实现。这些优点使得DMD成为最优秀的 空间光调制器之一。非常适合与高精度光学科研实验。不仅已成功应用于高清电 视(HDTV)数字影院等，近几年其应用领域得到较大扩展， 在光纤通信网络的路 由器、衰减器和滤波器、数字相机、高频天线阵列、新一代外层空间望远镜、快 速原型制造系统、物体三维轮廓测量仪、全息照相、数字图像处理联合变换相关 器、光学神经网络、光刻、显微系统中的数字可变光阑以及空间成像光谱等领域 都得到了成功的应用DMDK物图高级技术支持：x digit联系人：Jerry欢迎一起探讨DMD的应用!四、产品照片以及主要芯片和接口DADHSBCONFPGAUSB

11、 ChipDMDSRAMTOWER7YNCXD-D01型开发套件包括：z 一块DMD空制板z 一块DMD、板z 示例的应用软件及API函数z 安装驱动z USB线缆z 电源z DMDS件（DMD底座和铝合金固定架）1. DMD0.7XGA DDR DMD024x768 像元，微镜大小 1.368um x 13.68um,微镜间距小于1um2. DAD为DMD提供高电压源及微镜的复位驱动功能。3. SRAM200MHZ高速静态存储器，用来缓存图像。4. FPGA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。5. USB支持USB2.0的高速传输，从主机下载图像到 DM

12、D5制板上。6. SYN按用户的要求提供内同步或外同步功能。电平标准CMOS3,33.3V。同步脉冲宽度可定制。7. POWERS 电，三种供电：12V1,A5V2,3.3V2A其电路总框图如下图所示:FPGAIDADFPGA:-General 10同步信号高级技术支持：x digit联系人：Jerry欢迎一起探讨DMD的应用!五、光路配置请根据具体应用配置光路，光源沿着实际 DMD芯片的IN '标志角入射。FrameFrameHeaderDieWindowHeaderDieWindow高级技术支持：x digit联系人：Jerry欢迎一起探讨DMD的应用!高级技术支持：x digit

13、联系人：Jerry欢迎一起探讨DMD的应用!本系统的光线入射角如图所示:高级技术支持：x digit联系人：Jerry欢迎一起探讨DMD的应用!高级技术支持：x digit联系人：Jerry欢迎一起探讨DMD的应用!高级技术支持：x digit联系人：Jerry欢迎一起探讨DMD的应用!六、操作步骤1插入电源高级技术支持：x digit联系人：Jerry欢迎一起探讨DMD的应用!高级技术支持：x digit联系人：Jerry欢迎一起探讨DMD的应用!高级技术支持：x digit联系人：Jerry欢迎一起探讨DMD的应用!高级技术支持：x digit联系人：Jerry欢迎一起探讨DMD的应用!2

14、、保证USB线缆及数据线缆正确连接高级技术支持：x digit联系人：Jerry欢迎一起探讨DMD的应用!高级技术支持：x digit联系人：Jerry欢迎一起探讨DMD的应用!高级技术支持：x digit联系人：Jerry欢迎一起探讨DMD的应用!数据线的对应连接方式见下图注意：在拆除和安装数据线时应轻轻将压杆拔出，将数据线对准然后 将压杆压上，切不可用力过大。尽量减少数据线的插拔。3、同步信号同步脉冲宽度为可定制。同步信号从电路板上 J4的第一管脚输出，J4的第二个 管脚为地。这里的同步信号根据客户需求或者为内同步或者为外同步。 根据用户 的需求定制。ON OP5 MX12 3 4附件给出

15、的同步线，蓝色为同步信号，白色为地4、电路板正常工作检查：1）、上电后数码管会被点亮，说明 FPG/已正常配置。2）、将拨码开关SW2勺1拨到ON端，同时拨动2、3、4, DM可显示不同的条纹 图像，说明DMD勺驱动正常。5、 驱动安装：将USB插入PC机后显示安装USB驱动，将路径指向CyUSB.inf 和CyUSB.sys两个文件即可成功安装完电路板的驱动。6、数据格式：生成的数据文件时是以字节格式生成，即一个字节对应DMC器件上的一个微 镜（像素），同时说明DMD只显示一个字节的最低bit位（即二进制显示方式）。 按行顺序读出，即先读第一行（1024个字节），再读第二行。数据下传时，应用

16、 程序会将冗余的数据清除。（也可以定制成按1bit对应1像素生成数据）注意：使用电路板时一定要注意， 不可将电路板直接放置在金属台面 上,禁止金属物件直接与电路板多个部位直接相连，防止电路板短路!七、控制软件控制软件基于 Windows XP全速度 USB驱动,分别有 C+Builder和Visual C+6.0版本软件，开放式接口 ,易于扩展，并且接受软件和硬件全程灵活定制。1配套PC软硬件要求CPU 1GHz Pen tium processor or equivale nt内存：512Mbytes RAMUSB USB 2.0 port硬盘：Hard disk drive with ad

17、ditional 40 Gbytes of available disk space显示器：1024x768 recomme nded操作系统：Windows 2000 or XP2、主界面和功能介绍C+ Builder 程序：Z 初始化：打开程序后先点击初始化按键；z 显示位图：这个功能可显示 .bm格式的图像，bm|图像必须为1024x768大 小，且必须是黑白图像；同时软件界面也会显示相同图像进行验证。此功能 可说明DMtB像显示的正确性；z 条纹测试：条纹测试功能主要是从主机发送一幅条纹图像（4个不同间隔的条纹图像）到DMD以简单验证其正确性，条纹图案内嵌在软件内。z 生成数据是可生成

18、任意帧数的伪随机图像，以供特殊应用使用。生成的数据以.dat文件保存；缩放下拉框可设置生成图像的分辨率（如：选择x2，则生成的图像是2x2方块显示一个像素）。z 打开文件：连续发送和单帧发送时首先需要需要发送的文件图像。z 连续发送：连续发送功能是可以打开一个特定格式的.da文件，然后以想要的帧频连续发送到DM中进行显示。z 单帧发送：单帧发送功能是打开一个多帧的.dat文件，然后点击一次单帧发送就送一帧图像到DM显示，直到文件发送完毕。z 退出：关闭程序VC + 6.0应用程序:齧 ITSB_SEIfD先进的DMD光学调制器微镜任意时间锁定内同步和外同步功能高帧频投影显扇様流道生*W5片制作

19、DMA応済皈位佥咸无掩琪光刻全立体显示m制版与阻焊/印刷脱披前校正光诰分析1压缁彌等三维测量显徴愿明币口号L 打r剧方贰软硬件可定制Z 模式选择：具有内同步和外同步功能，同时也可以选择定时发送方式按用户 的频率发送，定时时间在定时帧频中输入。输入单位为msz 帧数显示：实时显示用户发送到 DM显示的帧数。z 打开串口：选择当前主机用的串口号，将串口打开。z 打开文件：连续发送和单帧发送时首先需要需要发送的文件图像。z 连续发送：连续发送功能是可以打开一个特定格式的.da文件，然后以想要的帧频连续发送到DM冲进行显示。z 单帧发送：单帧发送功能是打开一个多帧的.dat文件，然后点击一次单帧发送就

20、送一帧图像到DMD显示，直到文件发送完毕。z 文件转换：用户生成1字节对于一个像素（只有最低位有效），通过应用程 序的文件转换功能生成 DMD对应的1bit 一个像素的格式，生成的文件保存 在与用户文件相同的目录下。z 显示位图：这个功能可显示 .bm格式的图像，bmp图像必须为1024x768大 小,且必须是黑白图像；同时软件界面也会显示相同图像进行验证。此功能 可说明DMDS像显示的正确性；z 条纹测试：条纹测试功能主要是从主机发送一幅条纹图像（4个不同间隔的条纹图像）到DMD以简单验证其正确性，条纹图案内嵌在软件内。z 关闭：关闭程序所有软件的功能可根据用户需求灵活定制。3、后续开发接口 （api）可为客户提供API函数及驱动文件，方便客户开发自己的应用系统。支持语言：VG VB C+Builder、labvi