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数字光学处理技术之父Larry J. Hornbeck博士

出处:INFOAV CHINA 作者:本刊编辑部 责任编辑: 日期:2007-12-28 11:07:35


从类比转向数字
  1987年初,Hornbeck博士决定中止发展类比式DMD,并于同年底他提出并展示一种称之为“双稳可变形镜面装置(bistable Deformable Mirror Device, DMD)”的全新数字科技;随后于1992年更名为“数字微镜装置(Digital Micromirror DeviceTM , DMDTM)”。运用此技术所研发的第一个原型晶片为512×1画素阵列。此一真正全数字反射式的投影技术,是由微小的反射镜所组成,每个微镜均藉由一对扭转的铰链而悬挂在空气间隙之上,在其下方有电极安排在其转轴上。同时微镜以偏压处理(bias) 呈现机电双稳状态(electromechanically bistable condition)。微镜旋转的方向则视底层记忆体电路(memory circuit)施加在微镜下方电极的电压所决定。微镜最大可以旋转到接触表面。牺牲层的厚度与长度会精确地决定数字转动角度。与先前的类比技术比较,双稳可变形镜面装置(the bistable DMD)有较大的旋转角度(正负10度)又不受到环境或长时间影响其精确的旋转角度。同时可以相容于标准五伏特电压下的金属氧化物半导体电晶体制程技术。

  基本上双稳可变形镜面装置(the bistable DMD)可视为一组快速光学开关的阵列,用以控制每一个画素是否输出到投射镜。灰阶可以藉由脉宽调制(pulsewidth modulation)产生。1988年,Hornbeck博士提出机电”重置”(reset)的技术来重新释放接触到表面微镜。他同时应用他所开发的DMD知识,发明了类似DMD却不需要冷却红外线影像感测器的结构与制程,由此可得到低成本的夜视应用。

应用于机票印表技术
  1988年展示的DMD引发了极为重要的回响,它被认为可应用于机票的快速列印上,不过产品的可靠程度是最需要克服的部份。因为DMD重复使用时,微镜会沾粘在表面上。然而在1990年Hornbeck博士发明了使用蒸镀碳氟薄膜与微机电自我限制构造的新式润滑制程,这个重要发明象征DMD在印表机应用商业化的最终改善技术。在1990年历史上第一次导入使用DMD技术的机票印表机,成为应用微机电空间光调变器技术的商品。

全数字影像投影技术
  将一对封装在一起的印表机晶片可用于投射彩色影像。不过德州仪器上下对于能将DMD使用在投影显示的应用领域,更感到兴奋。在1991年末,德州仪器设立数字影像创新投影计划,并由中央研究实验室将该技术移转到这个新组织中。在1992年五月发表一个DMD全彩静态影像投影系统的原型,其画素尺寸为17微米,解析度为768x576。这是显示科技历史上重要的里程碑,首次全解析度全彩的单晶片展示。除了历史上的意义之外,它更代表在光学效率、对比率、画素缺陷和可靠度的明显改善。

  在这之后,Hornbeck博士持续提升DMD的功能并屡获显著的突破,并在1993年展示称为“隐藏铰链”(hidden hinge)的DMD。因为将微机械结构隐藏在微镜之下,因此对比度和光学效率皆获得有效的提升;同时微镜更因此能紧密地封装在更小体积内,所以投射出的影像是”无缝隙”或看不出个别画素的显示。这是第一次DMD真正成为可实现的显示技术。在1994年,他更近一步地将微镜下的次结构用来改进机电效率。在德州仪器大量投入资金和人力之后,数字光源处理(Digital Light Processing; DLP)的投影显示技术在1996年4月正式运用到市场上。

  目前,德州仪器专注于将DLP系统应用于会议厅、家庭剧院、平面电视墙以及大型集会的高亮度投影领域。其最新的应用是发展DLP Cinema用于数字电影。

学术肯定
  -Hornbeck博士发明与研发DMD技术,并于1993年晋升为德州仪器院士。他曾分别荣获万象杂志(Discover Magazine)、航空周刊和太空科技(Aviation Week and Space Technology)和微电脑杂志(PC Magazine)所颁发的奖项。

  -在1995年,他得到德国著名的Eduard Rhein Foundation关于 DMD技术的发明奖。

  -于1997年,他再度获得达拉斯福和市智慧财产法律协会(The Dallas Fort Worth Intellectual Property Law Association)的北德州年度发明人殊荣。同年他得到英国皇家药学会(the Royal Society of Medicine)在伦敦针对DMD的发明及全彩影像投影的开创,所颁发Rank Prize奖项。

  -1998年他得到美国电视艺术及科学学会所颁发的艾美奖,其奖项名称为杰出工程技术开发 (Outstanding Achievement in Engineering Development),五年后他再次获此殊荣。

  -于1999年五月,他得到著名的资讯显示学会(the Society for Information Display)所颁发的卡尔·菲迪南德·布劳恩奖(Karl Ferdinand Braun Prize)以表张他在DMD装置投影技术的发明和研究。

  -目前Hornbeck博士拥有三十个关于电荷耦合元件(CCD)、红外线影像感测器(IR image sensor),以及DMD技术的专利,其中包含DMD的基础专利。他目前为国际资讯显示学会(the Society for Information Display (SID))、国际光学工程学会(The International Society for Optical Engineering(SPIE))和美国电子电机工程师协会(The Institute of Electrical and Electronics Engineers) 的会员。

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