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影像再现II—衍射器件在线视频

影像再现II—衍射器件

下一节:影像再现III—干涉器件

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影像再现II—衍射器件课程教案、知识点、字幕

反射器件除了德州仪器的微镜阵列以外

那么采用单个微镜也可以实现

我们所希望的光学调制的效果

我们来看这样的一个图

如果一个微镜可以通过控制它的左右偏转

那么就可以实现对整个影像横和竖

两个方向的扫描

如果做到了这一点我们就不再需要一个阵列

只需要单个微镜就可以实现一个图像的再现

那么为了实现这样的图像再现我们需要

用单个的微镜来扫描x和y两个方向

属于显示的图像比较大

我们需要微镜能够偏转的角度就比较大

这样才能够对整个屏幕进行控制

因此如果用单个微镜来实现

对整个屏幕的扫描成像

必须让微镜能够在x和y两个方向摆动

并且摆动具有较大的角度

我们来看这是一个例子

这个例子是采用了两侧

两个旋转执行器

分别控制微镜

围绕着x轴和y轴的旋转

那么整个的驱动采用梳状叉指的执行器

通过结构的转换把梳状叉指的平行运动

转化为扭转梁的拉动

这样可以获得一个相对较大的角度

同时也降低了驱动电压

这个例子是一个制造在衬底表面上方的

一个完全悬空的微镜

那么它的动作是依靠不同的轴来控制的

由于悬空在表面上方

那么可以为微镜的偏转留出更大的偏转的空间

因此

在驱动电压足够高的时候

可以获得较高的偏转角度

这个例子是Microvision公司所开发的

一个偏转微镜

那么它的原理和前面基本是相同的

也是通过一个微镜来控制

围绕x轴和y轴的偏转

从而来实现对整个图像的扫描

那么这幅图展示的是一个偏转 控制扫描

所实现影像再现的一个过程

对于这样的一个微镜那么它的控制颜色的亮暗

也就是灰度

也是采用了脉宽调制这样的一个办法

我们继续来介绍光的衍射器件

那么光的衍射器件来实现显示

也是一种比较常见的方法

这里边典型的代表是美国的

Silicon Light 公司

所开发的一个叫做光栅光阀的器件

那么我们把它缩写为GLV

它是1992年斯坦福大学Solgaard

和他的导师所研制的一个器件

那么1997年开始在美国投入到了量产

但是由于公司比较小

开拓市场以及可靠性做产品等等

遇到了一些困难

那么2000年Silicon Light公司把这个技术

独家许可给索尼来实现影像再现技术

那么他同时也获得了索尼的技术

和资金上的支持

从此Silicon Light的GLV发展比较快

那么在2002年德国的Agfa公司和

日本的大日本印刷公司

分别实现了基于GLV的印刷系统

由于印刷对色彩的还原

以及显示的效果等等要求较高

所以这是非常高端的一个应用

那么2008年的时候Silicon Light公司

被大日本印刷收购了

那么2009年又重新购回了GLV

用于显示的使用权

我们来看GLV器件

GLV器件相对来讲比较简单

那么它是由一行所构成的

那么这一行中间呢

包括了很多个像素

每一个像素呢是由六根悬空的双端固支梁

所构成的

那么这个固支梁可以在电压的驱动下向下动作

那么也可以在去掉电压以后回复到原来的位置

当间隔性的把梁下拉的时候

那么这样的一个器件就构成了一个衍射器件

利用衍射器件可以实现对光强的调制

我们来看一下它的具体的工作过程

当所有的六个梁处于一个平面的时候

那么它构成了一个反射的镜面

因此入射光会被反射回去

如果间隔着有一个梁被下拉

那么它就构成了一个衍射器件

这个时候当光入射到这个梁的表面的时候

那么梁的高矮形成了一个小缝

那么这个小缝就会发生衍射的现象

衍射会出现零级 一级以及正一 负一

这样的一些不同的衍射级别

那么不同的衍射级别就出现了亮暗

因此

我们可以通过衍射来控制亮暗

这样的一个器件它的驱动电压

通常只有10伏左右是比较低的

那么最大的运动位移只需要两百纳米

也就是从梁的平衡状态到下拉的状态

只需要动作200纳米

那么一个动作所需要的时间

大概在10微秒左右

我们来看这幅图它明确的展示了

如何来实现一个亮和暗的过程

当6个梁处于完全的平面状态的时候

那么入射光和反射光

反相位的叠加

就实现了一个暗的状态

如果间隔着有一个梁下拉

它就形成了一个衍射的状态

那么衍射的时候会有零级条纹和一级条纹

也就是有亮暗的差别

那么这一个差别就可以获得一个亮的像素

因此

当把器件下拉的时候

我们获得的是一个亮的像素

当把平面完全平整的时候

我们得到的是一个暗的像素

因此我们希望实现亮暗

就是通过是否有衍射来实现的

那么GLV的器件

它的工作我们前面提到了

它是由一行像素构成的

这一行像素可以根据所需要的实现图像的

分辨率进行设定

例如我想实现1024乘768的分辨率

那么在行上我可以来制造1024个单元

那么每一个单元呢由六根我们前面

提到的梁所构成

把这样的一个器件与激光光源 透镜系统

和扫描系统组合到一起

就可以实现一个显示系统

例如这一行有1024个像素

那么想实现1024乘768的图像的时候

那么它只需要在垂直方向上

扫描768次就可以了

所以它是一个线阵列的单元

通过在一个方向上的扫描来获得

一个面阵列的一个图像

那么对于彩色它的实现与我们前面

所说的DMD的光轮不同

由于每一个像素可以将其并列在一起

那么我们可以在制造的过程中

控制每一个梁的宽窄

那么梁的宽窄决定了缝隙的大小

而缝隙的大小又决定了哪一个波长

可以发生衍射

因此

我们可以针对红绿蓝三基色进行专门的设计

使某一个像素单元只对红色起作用

而每个像素单元只对蓝色或者绿色起作用

通过这样的组合我们就可以获得

不同颜色的成像

那么2001年索尼公司利用这个技术展示了

一个无缝的50米乘10米的一个显示图像

那么这个显示图像是当时世界上

最大的无缝显示图像

它的亮度达到了5000流明

对比度达到了2500比1

那么这都是大屏幕显示里边的当时最高的水平

我们来看GLV的一些特点

首先它的分辨率可调

例如一个线阵列有1024乘以1

这么多个像素

那么我想实现1024乘768的时候

我只需要沿着另一个方向来扫描768行

就可以了

如果我想实现1024乘1920

那么我只需要沿着另一个方向来

扫描1920就可以了

因此它具有一定的可调性

另外GLV采用的是一个激光光源照射

那么激光光源它的色彩范围很宽

亮度也很大

所以能够实现比较好的一个显示效果

同时通过衍射和反射相干这样的一个对比

能够获得一个较大的对比度

那么图像的对比度

亮和暗可以超过2500比1

另外由于采用的是一个线阵列

它的像素数量很少

比如说1024乘768

那么只需要1024个像素就可以了

这与DMD 1024乘768这么多

超过百万的像素相比这个数量是很少的

数量少带来的优点就是它的可靠性会很高

当然它也有它的缺点

比如说它的系统相对比较复杂

主要是由于它需要在一个方向做机械扫描

另外制造成本也比较高

那么一个线阵列和DMD的面阵列相比

如果DMD的面阵列里边100万个像素

有三个或者五个坏的

那么对整个显示成像没有明显的影响

但是对于GLV来讲

1024个像素只要有一个坏的

那么你看到的沿着扫描方向就会

出现一根线都是不能成像的

那显然这是我们不能接受的

所以DMD虽然数量大

从理论上讲可靠性降低

但是有个别的像素是坏的

对整个成像没有明显的影响

那么GLV尽管它的数量很少

从理论上可靠性比较高

但是只要有一个像素是坏的

那么它的成像就是我们不可接受的

MEMS与微系统课程列表:

第一章 概述

-第1小节 MEMS的定义

--MEMS的定义

-第1小节 MEMS的定义--作业

-第2小节 MEMS的应用领域

--MEMS的应用领域

-第2小节 MEMS的应用领域--作业

-第3小节 MEMS的发展

--MSMS的发展

-第3小节 MEMS的发展--作业

-第4小节 MEMS的发展(续)

--MEMS的发展(续)

-第4小节 MEMS的发展(续)--作业

第二章 微系统基本理论—基础力学与基本物理

-第1小节 应力和应变

--应力与应变

-第1小节 应力和应变--作业

-第2小节 弹性梁

--弹性梁

-第2小节 弹性梁--作业

-第3小节 弹性梁(续)

--弹性梁(续)

-第3小节 弹性梁(续)--作业

-第4小节 薄板与流体的基本概念

--薄板与流体的基本概念

-第4小节 薄板与流体的基本概念--作业

-第5小节 流体的基本概念(续)

--流体的基本概念(续)

-第5小节 流体的基本概念(续)--作业

-第6小节 静电力

--静电力

-第6小节 静电力--作业

-第7小节 尺寸效应

--尺寸效应

-第7小节 尺寸效应--作业

第三章 微系统制造技术I—光刻与体微加工技术

-第1小节 MEMS光刻技术

--MEMS光刻技术

-第1小节 MEMS光刻技术--作业

-第2小节 体微加工技术—各向同性湿法刻蚀

--体微加工技术—各向同性湿法刻蚀

-第2小节 体微加工技术—各向同性湿法刻蚀--作业

-第3小节 体微加工技术—各向异性湿法刻蚀

--体微加工技术—各向异性湿法刻蚀

-第3小节 体微加工技术—各向异性湿法刻蚀--作业

-第4小节 体微加工技术—各向异性湿法刻蚀(续)

--体微加工技术—各向异性湿法刻蚀(续)

-第4小节 体微加工技术—各向异性湿法刻蚀(续)--作业

-第5小节 体微加工技术—干法刻蚀

--体微加工技术—干法刻蚀

-第5小节 体微加工技术—干法刻蚀--作业

-第6小节 体微加工技术—时分复用深刻蚀

--体微加工技术—时分复用深刻蚀

-第6小节 体微加工技术—时分复用深刻蚀--作业

-第7小节 体微加工技术—时分复用深刻蚀(续)

--体微加工技术—时分复用深刻蚀(续)

-第7小节 体微加工技术—时分复用深刻蚀(续)--作业

-第8小节 体微加工技术—稳态深刻蚀

-- 体微加工技术—稳态深刻蚀

-第8小节 体微加工技术—稳态深刻蚀--作业

-第9小节 体微加工技术—干法刻蚀设备与应用

--体微加工技术—稳态深刻蚀--作业

-第9小节 体微加工技术—干法刻蚀设备与应用--作业

第三章 微系统制造技术II—表面微加工技术

-第1小节 表面微加工技术概述

-- 表面微加工技术概述

-第1小节 表面微加工技术概述--作业

-第2小节 表面微加工技术的几个问题

--表面微加工技术的几个问题

-第2小节 表面微加工技术的几个问题--作业

-第3小节 表面微加工代工工艺

--表面微加工代工工艺

-第3小节 表面微加工代工工艺--作业

-第4小节 表面微加工的应用

--表面微加工的应用

-第4小节 表面微加工的应用--作业

-第5小节 厚结构层技术

-- 厚结构层技术

-第5小节 厚结构层技术--作业

第三章 微系统制造技术III—键合

-第1小节 键合概述与直接键合

-- 键合概述与直接键合

-第1小节 键合概述与直接键合--作业

-第2小节 阳极键合与聚合物键合

--阳极键合与聚合物键合

-第2小节 阳极键合与聚合物键合--作业

-第3小节 金属键合与键合设备

-- 金属键合与键合设备

-第3小节 金属键合与键合设备--作业

第三章 微系统制造技术IV—集成与封装

-第1小节 工艺集成

-- 工艺集成

-第1小节 工艺集成--作业

-第2小节 系统集成

--系统集成

-第2小节 系统集成--作业

-第3小节 单芯片集成与多芯片集成

--单芯片集成与多芯片集成

-第3小节 单芯片集成与多芯片集成--作业

-第4小节 三维集成

--三维集成

-第4小节 三维集成--作业

-第5小节 MEMS封装

--MEMS封装

-第5小节 MEMS封装--作业

-第6小节 MEMS封装(续)

--MEMS封装(续)

-第6小节 MEMS封装(续)--作业

第四章 微型传感器I—传感器的敏感机理

-第1小节 概述

--概述

-第1小节 概述--作业

-第2小节 压阻传感器

--压阻传感器

-第2小节 压阻传感器--作业

-第3小节 电容传感器与压电传感器

--电容传感器与压电传感器

-第3小节 电容传感器与压电传感器--作业

-第4小节 谐振传感器与遂穿传感器

--谐振传感器与遂穿传感器

-第4小节 谐振传感器与遂穿传感器--作业

第四章 微型传感器Ⅱ—压力传感器

-第1小节 压力传感器

--压力传感器

-第1小节 压力传感器--作业

-第2小节 压阻式压力传感器

-- 压阻式压力传感器

-第2小节 压阻式压力传感器--作业

-第3小节 压阻式压力传感器(续)

--压阻式压力传感器(续)

-第3小节 压阻式压力传感器(续)--作业

-第4小节 电容式压力传感器与谐振式压力传感器

--电容式压力传感器与谐振式压力传感器

-第4小节 电容式压力传感器与谐振式压力传感器--作业

-第5小节 硅微麦克风

--硅微麦克风

-第5小节 硅微麦克风--作业

第四章 微型传感器Ⅲ—惯性传感器

-第1小节 惯性传感器与加速度传感器概述

--惯性传感器与加速度传感器概述

-第1小节 惯性传感器与加速度传感器概述--作业

-第2小节 压阻式与电容式加速度传感器

--压阻式与电容式加速度传感器

-第2小节 压阻式与电容式加速度传感器--作业

-第3小节 电容式与热传导式加速度传感器

--电容式与热传导式加速度传感器

-第3小节 电容式与热传导式加速度传感器--作业

-第4小节 微机械陀螺概述

--微机械陀螺概述

-第4小节 微机械陀螺概述--作业

-第5小节 典型微机械陀螺

--典型微机械陀螺

-第5小节 典型微机械陀螺--作业

-第6小节 典型微机械陀螺(续)

--典型微机械陀螺(续)

-第6小节 典型微机械陀螺(续)--作业

-第7小节 模态解耦合

--模态解耦合

-第7小节 模态解耦合--作业

第五章 微型执行器

-第1小节 执行器概述

--执行器概述

-第1小节 执行器概述--作业

-第2小节 静电执行器—平板电容执行器

--静电执行器—平板电容执行器

-第2小节 静电执行器—平板电容执行器--作业

-第3小节 静电执行器—平板电容执行器(续)

--静电执行器—平板电容执行器(续)

-第3小节 静电执行器—平板电容执行器(续)--作业

-第4小节 静电执行器—叉指电容执行器

--静电执行器—叉指电容执行器

-第4小节 静电执行器—叉指电容执行器--作业

-第5小节 热执行器

--热执行器

-第5小节 热执行器--作业

-第6小节 压电执行器和磁执行器

-- 压电执行器和磁执行器

-第6小节 压电执行器和磁执行器--作业

第六章 RF MEMS

-第1小节 RF MEMS概述

-- RF MEMS概述

-第1小节 RF MEMS概述--作业

-第2小节 MEMS开关I

--MEMS开关I

-第2小节 MEMS开关I--作业

-第3小节 MEMS开关II

--MEMS开关II

-第4小节 MEMS开关III

--MEMS开关III

-第4小节 MEMS开关III--作业

-第5小节 MEMS谐振器—梳状谐振器

--MEMS谐振器—梳状谐振器

-第5小节 MEMS谐振器—梳状谐振器--作业

-第6小节 MEMS谐振器—板式谐振器

--MEMS谐振器—板式谐振器

-第7小节 MEMS谐振器的制造

--MEMS谐振器的制造

-第7小节 MEMS谐振器的制造--作业

第七章 光学MEMS

-第1小节 光学MEMS概述

-- 光学MEMS概述

-第1小节 光学MEMS概述--作业

-第2小节 MEMS光开关I

--MEMS光开关I

-第2小节 MEMS光开关I--作业

-第3小节 MEMS光开关II

-- MEMS光开关II

-第3小节 MEMS光开关II--作业

-第4小节 影像再现I—反射器件

-- 影像再现I—反射器件

-第4小节 影像再现I—反射器件--作业

-第5小节 影像再现II—衍射器件

--影像再现II—衍射器件

-第5小节 影像再现II—衍射器件--作业

-第6小节 影像再现III—干涉器件

--影像再现III—干涉器件

-第6小节 影像再现III—干涉器件--作业

第八章 微流体与芯片实验室

-第1小节 概述

-- 概述

-第1小节 概述--作业

-第2小节 软光刻技术

--软光刻技术

-第2小节 软光刻技术--作业

-第3小节 微流体输运

--微流体输运

-第3小节 微流体输运--作业

-第4小节 微流体输运(续)

--微流体输运(续)

-第4小节 微流体输运(续)--作业

-第5小节 试样处理

--试样处理

-第5小节 试样处理--作业

-第6小节 试样处理(续)

--试样处理(续)

-第7小节 检测技术

--检测技术

-第8小节 微流体应用

--微流体应用

-第8小节 微流体应用--作业

-第9小节 微流体应用(续)

--微流体应用(续)

-第9小节 微流体应用(续)--作业

第九章 BioMEMS

-第1小节 概述

--概述

-第1小节 概述--作业

-第2小节 药物释放 神经探针 生物传感器

--药物释放 神经探针 生物传感器

-第2小节 药物释放 神经探针 生物传感器--作业

-第3小节 可穿戴与可植入微系统

--可穿戴与可植入微系统

-第3小节 可穿戴与可植入微系统--作业

影像再现II—衍射器件笔记与讨论

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