ОПТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ И УСТРОЙСТВА
OPTICAL PHENOMENA AND FACILITIES
Статья поступила в редакцию 10.06.13. Ред. рег. № 1676
The article has entered in publishing office 10.06.13. Ed. reg. No. 1676
УДК 621.373.826:621.397.13
МЕТОДЫ СОЗДАНИЯ ЛАЗЕРНОГО ПРОЕКЦИОННОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ
1 2 3
М.А. Казарян , Ю.М. Мокрушин , О.В. Шакин
1Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН 119991 Москва, Ленинский пр., д. 53 Тел.: +7 (499) 135-78-90, e-mail: kazarmishik@yahoo.com 2Санкт-Петербургский государственный политехнический университет (СПбГПУ) 195251 Санкт-Петербург, ул. Политехническая, д. 29 E-mail: yrmok@yandex.ru 3Физико-технический институт им. Иоффе РАН 194021 Санкт-Петербург, ул. Политехническая, д. 26 Факс: (812) 297-1017
Заключение совета рецензентов: 15.06.13 Заключение совета экспертов: 18.06.13 Принято к публикации: 20.06.13
Рассмотрены различные способы формирования проекционного изображения на носителях больших геометрических размеров. Особое внимание уделено импульсным методам формирования оптического изображения с помощью эффективных акустооптических преобразователей. Такие системы представляются в настоящее время единственными из всех возможных для целей широкомасштабного оповещения населения о возможных природных или техногенных катастрофах в чрезвычайных ситуациях.
Ключевые слова: акустооптическая проекционная система, импульсный лазер, модулятор, кристалл ТеО2.
METHODS OF CREATION OF THE LASER PROJECTION IMAGE M.A. Kazaryan1, Yu.M. Mokrushin2, O.V. Shakin3
'P.N. Lebedev Physical Institute of RAS 53 Leninsky ave., Moscow, 119991, Russia Tel.: +7 (499) 135-78-90, e-mail: kazarmishik@yahoo.com 2Saint-Petersburg State Polytechnic University 29 Polytechnic str., St.-Petersburg, 195251, Russia E-mail: yrmok@yandex.ru 3A.F. Ioffe Physical-Tecnical Institute of RAS 26 Polytechnic str., St.-Petersburg, 194021, Russia Fax:(812)297-1017
Referred: 15.06.13 Expertise: 18.06.13 Accepted: 20.06.13
Various ways of formation of the projective image on carriers of the big geometrical sizes are considered. The special attention is given pulse methods of formation of the optical image by means of effective aKycTOonraHecKHX converters. Such systems are represented now unique of all possible for the large-scale notification of the population about possible natural or technogenic accidents in extreme situations.
Keywords: acousto-optical projection system, pulsed laser, modulator, TeO2 crystal.
Развитие лазерных телевизионных устройств отображения информации
На первых этапах своего развития работы по созданию телевизионных отображающих систем велись в основном по двум направлениям. В основе первого направления лежала идея управления электронным
пучком при помощи электромагнитных устройств модуляции и отклонения и дальнейшего преобразования энергии электронов в видимое излучение на люминофорном экране. Эта идея нашла свое отражение в создании электронно-лучевых кинескопов, долгое время являвшихся основными элементами телевизионных отображающих устройств. Другим
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 06/1 (127) 2013
© Scientific Technical Centre «TATA», 2013
направлением являлись работы по непосредственному использованию энергии световых пучков для создания телевизионного изображения на проекционном экране.
Принцип формирования развертки в электроннолучевых кинескопах был напрямую связан с последовательным принципом получения и передачи информации по каналу связи. В современных телевизионных устройствах имеется электронная память на кадр, которая дает возможность преобразования последовательного информационного массива в параллельный с последующим выводом изображения на матричный стационарный экран. При этом отпадает необходимость в системах сканирования по строке и кадру. Каждый элемент изображения на таком экране занимает свое определенное место. В настоящее время существует большое количество различных матричных систем отображения информации, построенных на различных физических принципах, которые отличаются друг от друга способами создания светового излучения и методами его модуляции. Их работа достаточно подробно освещена в литературе [1]. Для создания светового изображения в современных матричных телевизорах используются жидкокристаллические [2, 3] и плазменные панели [4]. Разрабатываются дисплеи на основе органических светодиодов [5, 6]. Получает дальнейшее развитие технология создания цветного изображения путем засветки люминофоров при взаимодействии с ним модулированного пучка электронов. В результате использования холодных катодов с автоэлектронной эмиссией удалось создать плоский матричный дисплей, состоящий из триады RGB люминофоров, которые возбуждаются током автоэлектронной эмиссии [7]. Управляющее поле при этом составляет всего 1,5-2,0 В/мкм. Яркость индикаторов достигает нескольких тысяч кандел на квадратный метр. Дальнейшим развитием этого метода являются работы по созданию плоских дисплеев с поверхностной эмиссией электронов [8]. Для больших экранов коллективного пользования широко используются светодиодные матрицы, а также матрицы из катодолюми-несцентных ламп. Каждая из существующих технологий обладает своими достоинствами и недостатками. К недостаткам жидких кристаллов можно отнести недостаточно большие углы обзора, невозможность отображения черного цвета и инерционность. У плазмы другие проблемы: выгорание пикселей, меньшая, по сравнению с ЖК, яркость и высокое энергопотребление. Плазменной панели противопоказана длительная демонстрация неподвижного изображения. Общими недостатками матричных систем являются дискретность их структуры, неодинаковость свечения отдельных элементов, что особенно сильно проявляется при наблюдении изображения на больших полиэкранах.
В основе современных устройств с проекционными кинескопами, например, Barco Reality 812 (Бельгия), лежит принцип оптического увеличения
изображения, получаемого на экране высокояркост-ных люминофорных электронно-лучевых трубок с диагональю экрана 300 мм и с магнитной фокусировкой электронного пучка. Изображение с экрана трубки проецируется с помощью линзового или зеркально-линзового объектива на проекционный экран. Каждая из трех RGB трубок обладает высокой разрешающей способностью (2000 ТВ-линий) при кадровой развертке до 200 Гц. При очень высоком качестве получаемого изображения световой поток таких проекторов невелик (до 500 лм), что ограничивает область их применения закрытыми залами.
Отдельным направлением, которое продолжает развиваться только в России, являются работы по созданию телевизионных проекторов на основе полупроводниковых лазеров с накачкой электронным пучком - квантоскопов [9, 10]. В квантоскопе экран трубки изготавливается в виде пластины, вырезанной из монокристалла полупроводника, с нанесенными отражающими покрытиями на обе плоскопараллельные поверхности. Эта система играет роль оптического резонатора полупроводникового лазера с электронным возбуждением. При сканировании по монокристаллу электронным лучом, модулированным по интенсивности, он становится источником оптического изображения. Достоинством этих приборов является сравнительно низкая потребляемая мощность (1-1,5 Вт/лм) при достаточно высоком уровне выходного светового потока (до 3000 лм). Несмотря на довольно высокую монохроматичность излучения, позволяющую получать высокий цветовой контраст, в изображении отсутствует «спекло-вая» структура. К другим достоинствам современных квантоскопов можно отнести широкий диапазон длин волн излучения (460-700 нм), сравнительно невысокие требования к проекционной оптике, обусловленные малыми размерами активных элементов и небольшой расходимостью лазерного излучения, а также высокую разрешающую способность (до 1600 ТВ-линий) и быстродействие, присущие электроннолучевым приборам. Основными недостатками кван-тоскопов являются присутствие высокого напряжения, возможность выгорания отдельных активных зон и необходимость эффективного охлаждения полупроводниковых пластин активного элемента, что ограничивает возможность дальнейшего увеличения размеров пластин и выходного светового потока.
С использованием некогерентных источников света второе направление развития телевизионных отображающих систем нашло свое наиболее законченное выражение в телевизионной проекционной системе, разработанной в 1938-1939 гг. английской фирмой «Scophony» [11, 12]. В качестве пространственного модулятора света в данной системе была применена жидкостная ультразвуковая ячейка. В ячейке возбуждалась бегущая ультразвуковая волна, которая была промодулирована по амплитуде видеосигналом. Длина звукопровода выбиралась равной произведению скорости звука в жидкости на дли-
Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 06/1 (127) 2013 © Научно-технический центр «TATA», 2013
тельность телевизионной строки. Ячейка равномерно освещалась световым пучком от мощной ртутной лампы или дугового разряда, направленным параллельно фронту упругой волны. После прохождения света через ячейку наблюдалась картина дифракции света на объемной фазовой решетке, обусловленной изменениями показателя преломления среды ячейки за счет упругооптического эффекта в жидкости. При помощи проекционного объектива из дифрагированных световых пучков на экране формировалось распределение светового поля, интенсивность которого по одной координате изменялась в соответствии с законом амплитудной модуляции. Это изображение перемещалось по экрану со скоростью, пропорциональной скорости звука в ячейке. Для компенсации этого движения световые пучки отражались от дополнительного вращающегося многогранного зеркального барабана. В результате изображение строки становилось неподвижным. Последовательное отклонение амплитудно-модулированных световых строк по другой координате осуществлялось в результате отражения света от второго зеркального барабана, скорость вращения которого была синхронизирована с частотой кадров. При использовании мощной дуговой лампы данная система позволяла получать телевизионное изображение размером 4,5^3,6 м. При полосе ча
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.