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如何在OpticStudio中建模DMD(MEMS)

發布日期:
2024-03-01

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數字鏡陣列 (DMD) 或微機電系統 (MEMS) 由一組小型矩形反射鏡組成。每個鏡子可以有不同的傾斜度。這些設備可用于許多應用,包括光譜學(鏡子可以在不同位置發送不同波長的光)和DLP投影技術-將圖像從監視器投影到大屏幕上。OpticStudio可以使用DLL對它們進行連續建模,或者使用MEMS對象對它們進行非序列建模。


什么是DMD/ MEMS


下圖顯示了一個DMD設備,它單獨傾斜的微鏡組成。鏡子通常被稱為像素。


如何在OpticStudio中建模DMD(MEMS)


如何在OpticStudio中建模DMD


這些設備可以在序列或非序列模式下建模。

模式

對象

示例文件

序列

User Defined Surface called us_mems.dll

{Zemax}\Samples\Sequential\Miscellaneous

\MEMS DLL Sample.ZMX

非序列

MEMS

{Zemax}\Samples\Non-sequential\Miscellaneous\MEMS device.zmx"


如何計算單個像素/鏡子的旋轉


本節將說明如何設置單個像素的旋轉。像素可以按行(在這種情況下,一行鏡子將始終處于相同的狀態/傾斜)、按列(在這種情況下,一列鏡子將始終處于相同的狀態/傾斜)或按像素單獨設置。


在本節中,我們將解釋如何單獨設置像素,即當P-Flag參數等于2時。


MEMS可以看作是一個網格,從左下角開始,隨著您向右移動,然后向上移動一排,像素數會增加。

如下這個例子,下面是一個 6x6 的網格。類似最多3750個元素的任何網格大小。

如何在OpticStudio中建模DMD(MEMS)


MEMS對象一次考慮15個像素/鏡子的組。


因此,如果MEMS是 6x6 網格,則意味著它總共有36個像素,所以共有3組:2組15像素和1組6像素:


如何在OpticStudio中建模DMD(MEMS)


這些組將由不同的參數設置:

模式

行/列/鏡像狀態 1-15

行/列/鏡像狀態 16-30

行/列/鏡像狀態 1-15

組別

綠色

黃色

行/列/鏡像狀態 1-15

序列模式

參數14標記為“像素 1-15”

參數15標記為“像素16-30”

行/列/鏡像狀態 1-15

非序列模式

標有“像素1-15”的Par 10列

標有“像素16-30”的Par 11列

行/列/鏡像狀態 1-15


由于每個分組都有一個基數為3的數字來告訴OpticStudio如何指向單個像素,像素的分組可以如下所示進行歸一化,每個值對應于您需要將基數3提高到的冪:


如何在OpticStudio中建模DMD(MEMS)


每個像素可以具有對應于角度0、角度1和角度2的三個值(0、1、2)之一。


假設角度值定義為:

?角度 0 = 12°

?角度 1 = 0°

?角度 2 = -8°??


下面的網格顯示了每個像素的狀態:


如何在OpticStudio中建模DMD(MEMS)


現在,要計算行/列/鏡像1-15的狀態值,您需要使用以下等式:

P = ∑∑(像素的角度狀態*3^(像素數-1))

如何在OpticStudio中建模DMD(MEMS)

需要對像素 16-30 和像素 31-45 重復此過程。


Excel宏計算像素傾斜


附件中的 Excel 宏工作簿有助于計算這些值。

要運行 Excel 宏:

?點擊?Table

?然后單擊MEMS按鈕(確保已設置 Excel 安全性以運行宏)。

將出現一個用戶表單,您可以在其中輸入X像素和Y像素

?然后單擊創建表。如果您之前有以前的數據,您應該檢查Clear Previous Table


如何在OpticStudio中建模DMD(MEMS)


然后這將填充2個表格,其中一個位于頁面頂部,顯示行、列、像素數和15個像素的分組,您可以將其用作指南。第二個表格,從我們的6x6示例的第13行開始(該行將根據您選擇的X像素的數量而變化)是您應該輸入0/1/2像素值狀態的地方。


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輸入這些值后,單擊“計算P Val”按鈕。然后,宏將計算復制并粘貼到OpticStudio中所需的值:


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序列模式下的MEMS


讓我們看一下 {Zemax}\Samples\Sequential\Miscellaneous\MEMS DLL Sample.ZMX 下的Sequential Mode示例文件


該示例文件描述了一個4x4 MEMS反射鏡。

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因此,該器件可以看作:

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現在讓我們看看像素處于哪個狀態。P flag = 0表示鏡像按行尋址。

參數“第 1-15 行”的值 = 5

參數“第 1-15 行”的值 = Row1×30+Row2×31+Row3×32+Row4×33)

即參數“第1?15行”的值=Row1+3×Row2+9×Row3+27×Row4

此時因為參數“第1?15行”的值= 5,這意味著Row3 = 0 和 Row4 = 0

然后我們可以推導出 Row2 = 1和Row1 = 2


像素狀態定義如下:

如何在OpticStudio中建模DMD(MEMS)


這意味著我們有以下角度。旋轉角度為45度。初始尖端平面沿+X。然后這些角度圍繞Z軸旋轉以使鏡子尖端。


如何在OpticStudio中建模DMD(MEMS)


所以布局顯示鏡子的不同部分有不同的角度:


如何在OpticStudio中建模DMD(MEMS)


非序列模式下的MEMS


讓我們看一下 {Zemax}\Samples\Non-sequential\Miscellaneous\MEMS device.zmx 下的Non-Sequential Mode示例文件


該示例文件描述了一個 1x15 MEMS反射鏡

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因此,該器件可以看作:

如何在OpticStudio中建模DMD(MEMS)


現在讓我們看看像素處于哪個狀態(0,1,2)。P flag = 2,因此這意味著鏡像是單獨尋址的。

參數“像素 1-15”的值= 13245761。


我們可以推斷像素狀態定義如下:

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這意味著我們有以下角度。

如何在OpticStudio中建模DMD(MEMS)


結論


MEMS可以在OpticStudio中輕松建模。

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