光控技術(shù)的智能工業(yè)應(yīng)用

撰文/齊鍵

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光控技術(shù)的智能工業(yè)應(yīng)用

撰文/齊鍵

鄭海兵

22015年12月16日，德州儀器（TI）在北京舉行了“TI DLP產(chǎn)品先進(jìn)光控創(chuàng)新技術(shù)研討會(huì)”。會(huì)上，德州儀器（TI）DLP產(chǎn)品中國(guó)區(qū)業(yè)務(wù)拓展經(jīng)理鄭海兵對(duì)DLP技術(shù)在3D打印、機(jī)器視覺(jué)、光譜分析和高光譜成像等多個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀與前景進(jìn)行了介紹，并展示了利用DLP先進(jìn)光控創(chuàng)新技術(shù)為諸多工業(yè)應(yīng)用打造高性能且差異化的解決方案。

什么是DLP？

DLP技術(shù)是德州儀器擁有的一項(xiàng)重要專(zhuān)利技術(shù)。DLP技術(shù)的核心是DMD芯片，DMD芯片的構(gòu)造包括電子電路、機(jī)械和光學(xué)三部分，電子電路部分為控制電路，機(jī)械部分為控制鏡片轉(zhuǎn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)部分，光學(xué)器件部分是指鏡片部分。這項(xiàng)技術(shù)可以在微米級(jí)的空間內(nèi)，對(duì)大量極微小的微鏡單元實(shí)現(xiàn)精密控制，操作它們的動(dòng)作與姿態(tài)，從而精確控制光路。當(dāng)DMD正常工作的時(shí)候，光線經(jīng)過(guò)DMD芯片，DMD表面布滿了體積微小的可轉(zhuǎn)動(dòng)鏡片便會(huì)通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)年，德州儀器的Larry Hornbeck博士開(kāi)始從事運(yùn)用反射控制光線投射的原理研究，并于1987年成功研制出了世界上第一款以光學(xué)半導(dǎo)體DMD芯片為核心的DLP投影系統(tǒng)。最早的DMD芯片使用的是模擬技術(shù)驅(qū)動(dòng)，反射面是采用一種柔性材料，在當(dāng)時(shí)被稱(chēng)為“變形鏡器件”（Deformable Mirror Device）。經(jīng)過(guò)深入地研究改進(jìn)，Larry Hornbeck博士以數(shù)字控制技術(shù)取代了模擬技術(shù)，開(kāi)發(fā)出了新一代DMD器件，并命名為“數(shù)字微鏡器件”。經(jīng)過(guò)幾十年的不斷改進(jìn)與革新，應(yīng)用DMD芯片的DLP系統(tǒng)，在全世界的眾多光學(xué)電子儀器中得到了廣泛地應(yīng)用。2015年2月7日，Larry Hornbeck博士更是因?yàn)镈LP技術(shù)對(duì)電影產(chǎn)業(yè)的杰出貢獻(xiàn)，被美國(guó)電影藝術(shù)與科學(xué)學(xué)院授予了奧斯卡金像獎(jiǎng)的科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)。

在改變投影放映行業(yè)的同時(shí)，德州儀器一直在積極地將DLP技術(shù)應(yīng)用到更廣泛的工業(yè)領(lǐng)域中。據(jù)鄭海兵介紹，DLP技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的主要優(yōu)勢(shì)在于：微鏡偏轉(zhuǎn)速度快、波長(zhǎng)范圍廣和微鏡的可控制性強(qiáng)。首先，微鏡的偏轉(zhuǎn)速度非常快，在很多工業(yè)領(lǐng)域都需要應(yīng)用到實(shí)時(shí)控制和顯示，DLP的快速響應(yīng)能力可以快速高效地滿足實(shí)時(shí)需求；其次，在光波頻率方面，新近推出的DLP2010NIR支持700～2500納米的光波范圍，并具有針對(duì)非可見(jiàn)光譜分析的芯片，滿足用戶對(duì)非可見(jiàn)光應(yīng)用的需求；同時(shí)，DLP技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)微鏡的單獨(dú)控制，能夠有選擇性地控制要顯示的內(nèi)容。

完全可編程的便攜光譜分析設(shè)備

超便攜光譜分析的應(yīng)用是DLP未來(lái)市場(chǎng)中的一個(gè)重要領(lǐng)域。研討會(huì)上，鄭海兵展示了為手持近紅外（NIR）傳感應(yīng)用開(kāi)發(fā)的DLP2010NIR芯片組。DLP2010NIR是一款完全可編程的微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）芯片組，其可以支持700～2500納米波長(zhǎng)范圍的光譜分析。并具有低功耗、可編程高速模式和最新的5.4微米像素等特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)緊湊型的光學(xué)設(shè)計(jì)。

TI DLP NIRscan? 超便攜評(píng)估模塊（EVM）

在光譜分析中，DLP技術(shù)中核心的DMD可幫助實(shí)現(xiàn)高性能的液體和固體分析。在分析過(guò)程中，DLP微鏡陣列作為一個(gè)可編程波長(zhǎng)選擇濾波器，不僅可以提供更高的波長(zhǎng)分辨率、更大的探測(cè)面積和更高的光捕獲效率，還可實(shí)現(xiàn)更好的信噪比（SNR）指標(biāo)，可被用于設(shè)計(jì)高性能、可靠、靈活和經(jīng)濟(jì)的光譜分析解決方案。

與傳統(tǒng)光譜分析方法相比，DLP技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)在于便攜性，DLP2010NIR芯片組的尺寸十分小巧，可以集成到手持設(shè)備甚至手機(jī)當(dāng)中，其應(yīng)用可以從專(zhuān)業(yè)設(shè)備延伸到消費(fèi)電子產(chǎn)品當(dāng)中。同時(shí)，DLP2010NIR芯片組可以與藍(lán)牙和采用藍(lán)牙低功耗技術(shù)的DLP NIRscan超便攜評(píng)估模塊（EVM）組合使用，幫助工程人員設(shè)計(jì)便攜分析儀器的原型，從而加快超便攜光譜儀的開(kāi)發(fā)進(jìn)程。DLP2010NIR芯片組可以應(yīng)用于光譜儀和化學(xué)成份分析儀器，應(yīng)用涵蓋農(nóng)業(yè)、餐飲、石油化工、醫(yī)療及皮膚護(hù)理等行業(yè)。

更精準(zhǔn)、更平滑的3D打印機(jī)

德州儀器在2015年10月推出了針對(duì)3D打印和平板印刷應(yīng)用開(kāi)發(fā)的新一代光固化打印核心芯片組——DLP9000X。其應(yīng)用領(lǐng)域可以覆蓋3D打印、直接成像平板印刷術(shù)、激光打標(biāo)、LCD/OLED修復(fù)、快速成型打印機(jī)、3D機(jī)器視覺(jué)以及高光譜成像等。

DLP9000X芯片組由DLP9000X數(shù)字微鏡器件（DMD）和全新的DLPC910控制芯片組成。其有效光波范圍為400~700納米，可以支持405納米波長(zhǎng)的常用激光。DLP9000X的微鏡陣列分辨率高達(dá)2560×1600，而微鏡陣列尺寸只有0.9英寸，像素點(diǎn)距7.6微米，打印光頭數(shù)量較DLP9500減少了一半，可以支持1微米以下的打印特征尺寸。與現(xiàn)有的DLP9000不同，DLP9000X的最高數(shù)據(jù)速率支持為60Gbps，連續(xù)數(shù)據(jù)流支持是DLP9000的5倍。

DLP NIRscan? 超便攜評(píng)估模塊（EVM）

常用的3D打印設(shè)備采用材料快速溶解和涂抹的方式，難免產(chǎn)生精細(xì)度低，打印時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題?；诠饷舨牧虾虳LP技術(shù)的光固化打印則可以有效地解決這些問(wèn)題，DLP技術(shù)提供的大規(guī)模微鏡陣列能夠提高3D打印的體像素，通過(guò)DLP芯片組構(gòu)建的紫外線影像對(duì)材料進(jìn)行曝光，材料隨著紫外影像的刷新，分層凝固，逐層下沉，并最終實(shí)現(xiàn)紫外影像所繪制的產(chǎn)品。在分層照射過(guò)程中，DLP提供的精確微鏡控制能力，則可以提高3D打印產(chǎn)品的平滑度和精確度。

德州儀器（TI）DLP產(chǎn)品中國(guó)區(qū)業(yè)務(wù)拓展經(jīng)理鄭海兵說(shuō)：“德州儀器看到了光譜分析和3D打印在工業(yè)及民用領(lǐng)域的巨大潛力。我們希望通過(guò)DLP產(chǎn)品本身的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和客戶一起做產(chǎn)品的創(chuàng)新，并通過(guò)評(píng)估模塊和廣泛的生態(tài)系統(tǒng)幫助客戶加快產(chǎn)品的上市?！?/p>