用投影仪的原理，实现无掩膜光刻、3D打印、3D机器视觉

电子发烧友网报道（文/李诚）DLP技术是一项我们在日常生活中经常用到，但又很陌生的技术。DLP是数字光处理的缩写，其工作原理是将影像信号通过数字处理，在通过光的方式投射出来。这一技术具有极高的图像保真度，能够投射出清晰、明亮、色彩逼真的画面，多用于投影仪系统。
 

图源：TI

 
DLP技术的核心是MEMS DMD，DMD的全称是空间光调制器，DMD的内部由许多小型的铝制反光镜片构成，每一个镜片相当于是一个像素点，镜片的数量直接决定着分辨率的大小。而投影仪所使用到的DLP技术，只是DLP技术的冰山一角。其实，DMD是一个可以对下至363nm的UV紫外光，上至2500nm的红外光进行光的调制。如此大的覆盖范围，以及反光镜片极高的翻转速率和可控性，使得DMD能够通过使用不同的光源实现3D打印、3D机器视觉以及PCB光刻等非显示领域的应用。
 
DLP 3D打印
 
3D打印是目前市场上较为热门的一个领域，随着科技的进步，3D打印技术已不再是那么高高在上，开始走进了大众的生活。除了在显示领域，DLP技术在3D打印方面也有着很高的市场地位。
 

图源：TI

 
在3D打印中使用到DLP技术的主要有SLA和SLS两种，其实SLA和SLS是两个实现原理大同小异的3D打印技术，都是通过高强度的光对光敏树脂或金属粉末进行照射，实现打印材料的固化。其中，SLA使用的是UV紫外光对树脂表明进行固化，SLS使用的是近红外光对金属粉末进行熔断与固化。
 
基于DLP的SLA和SLS和传统的3D打印技术相比，存在什么优势呢？基于DLP的SLA和SLS的3D打印技术使用的是面阵曝光的方式对打印材料进行固化，传统的3D打印技术在通常情况下，多以激光光源或扫描的方式，对打印材料进行点阵式曝光固化，整体的打印效率相对较低，而采用DLP技术的3D打印以面阵的方式层层叠加，打印效率自然就会有所提高。同时由于DMD对光波支持的波段较宽，因此在面对不同的打印材料时，可根据实际需求更换打印光源，使3D打印技术显得更加灵活。
 
DLP 3D机器视觉
 
3D机器视觉是将人眼所看到的事物，通过一些技术手段或设备让机器可以看到，当机器拥有3D视觉时才能够针对不同的应用场景进行扫描、检测、定位等操作。实现机器3D视觉的方式有很多，例如使用双目摄像头、激光、结构光等技术手段，而DLP 3D机器视觉就是通过结构光的方式实现的。
 

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DLP 3D机器视觉的实现原理如上图所示，当DMD向被测物体投射出一束光时，被测物体会因外形特征产生一些与其相对应的线条，再由高速的工业摄像头对被测物体进行捕捉，并将捕捉到的数据传输至电脑，就可以通过软件的处理，计算出z轴坐标。
 
实现机器视觉结构光生成器的方式有很多，那为什么要使用到DLP技术呢？主要得益于DMD是一颗具有高稳定性的MEMS，同时基于DLP技术的结构光生成器可以通过DMD镜面的高速翻转，得到高帧率、高速的输出。最重要的一点是，基于DLP技术的结构光生成器可以通过选择不同的波段在不同的应用场景中使用。例如在生物测量的应用 场景中使用红外光波段，在金属、液体、玻璃测量的应用中，使用紫外光进行测量。
 
DLP 无掩膜光刻
 
近年来，将DLP技术应用于PCB印刷电路板的光刻领域受到人们的高度关注.虽然传统PCB光刻已经发展得很成熟，但是无论从效益、成本、精度、还是环保等方面来讲，都已经无法跟上时代的步伐，而基于DLP的数字光刻技术恰好在传统光刻的基础上，实现了数字化，使PCB光刻重新跟上了时代的节奏.
 

图源：TI

 
DLP PCB光刻主要是利用了DLP高速、高分辨率和UV光的支持，其工作原理是UV光束经过扩束、准直、均光后，经反射镜面反射，以一定的角度平行射入DMD上，再对DMD的反光镜面进行调制产生掩膜图案，掩膜图案最终会通过DMD投射到所要光刻基板的光刻胶上完成曝光操作。与传统的投影成像光刻相比，DLP光刻的不同之处在于，DLP光刻采用的是数字成像技术，可通过数字输入调整所需的光刻图案，无需传统光刻所需的掩膜，极大地降低了生产的成本。
 
值得一提的是，DMD芯片上数十万的微型反光镜片，每一块镜片都能反射出等效的独立光源，这也就意味着在光刻的过程中能够实现面阵式的曝光，极大地提高了生产效率，尤其是在结构相对繁琐的图形中，DLP光刻技术更显优势。
 
结语
 
DLP技术是一项数字光的处理技术，在实际应用中，可根据不同的应用场景，实现实时的动态调整，具有极大的延展性。目前DLP技术已经不在局限于显示领域的应用，正逐渐向工业、汽车电子、医疗等领域延伸，在未来拥有无限的可能。