Лазерні телевізори

Содержание Введение Визначення лазера: Класифікація лазерів за безпеку Лазерні групи: Тверді лазери на люмінесцентних середовищах Газові лазери Напівпровідникові лазери Історія лазерних проекційних телевізорів Принцип дії лазерних кінескопів Технологія LDT: Лазерний проектор Застосування Майбутнє LDT Вывод.

XX століття залишився у історії як століття найвражаючих набутків у різних галузях науку й техніки. Досить такі глобальні програми як космос і атомна енергія. Проте вони що неспроможні зрівнятися із суперпрограмою ХХ століття — телебаченням ні з до вкладених коштів, ні з тому потужному впливу життя планети, які відчуває у собі практично кожна людина і який продовжує зростати. Тому постає запитання: «Яким буде телебачення ХХІ сторіччя? «- надзвичайно важливий і у собі дуже багато різних аспектів: економічний, науково-технічний, філософський, політичний, моральний тощо. Питання, яким буде телебачення нової доби, цікавить всіх. Особливого значення це питання має тисячі розроблювачів і конструкторів, створюють дедалі нові зразки телевізійних систем. Усі вони свідомо чи несвідомо запитує себе: в правильному напрямку я веду розробку; потрібна буде моя робота у майбутньому й якою ця майбутнє будет.

Звичайний телевізор, головним елементом якого є кінескоп (електронно-променевої прилад з люминофорным екраном), доведено зараз практично рівня свого досконалості і ще у крайнього заходу 10−20 років залишатиметься головним засобом відображення ТВ-информации. Але вже багато років тому стала очевидною, що «екран майбутнього «з урахуванням звичайного кінескопа вдіяти не можна. Це було пов’язано насамперед з геометричними вимогами до такого екрану: повинен бути щонайменше 2,0 метрів по-діагоналі. Зробити такий кінескоп практично неможливо, та й потрібно. Тому далі як кошти створення «екрана майбутнього «розглядаються лише проекційні системи. Але спочатку необхідно бодай в загальному вигляді визначити, яким має бути цей майбутній экран.

Уся історія розвитку телебачення однозначно свідчить про головний критерій якості ТВ-изображения — це її відповідність реальності, тобто. чим ближче зображення до реального життя, краще. Тому «екран майбутнього «має бути як б «вікном «на реальний світ. На цьому загального стану йдуть дві основні вимоги: за величиною цього «вікна «і якістю зображення. Друге вимога дуже складно і буде докладно розглянуто нижче, а перше, геометричне, досить легко: розміри зображення би мало бути такими, щоб глядач спостерігав звичні то реальному житті розміри знайомих об'єктів. Означена вище діагональ екрана 2 метри дана для невеликих (житлових) приміщень із лінійними розмірами до 10 метрів («домашній телетеатр »). І тут телеглядач буде, наприклад, справді спостерігати знайомих йому акторів у своєму телетеатре як і реальному театрі із перших рядів партеру. При збільшенні лінійних розмірів глядацьких аудиторій діагональ екрана також має пропорційно збільшуватися; але немає верхньої межі - аудиторії може бути будь-якими, наприклад, стадионами.

Отже, «екран майбутнього «- це велика екран з максимально наближеним до реальності якістю ТВ-изображения. Та навіть якщо звичайні кінескопи випадають з розгляду коштів створення такої екрана по геометричних причин, то причини принципової недоступності реальності зображення відпадає цілий клас сучасних засобів відображення інформації: складових екранів; плазмових, світлодіодних панелей тощо. Вони що і не претендують на вищий рівень якості ТВ-изображения, і було і мають великі розміри екранів, призначені на свої цілей (зовнішня реклама, шоу-бізнес і др.).

Визначення лазера.

Лазер чи оптичний квантовий генератор — це генератор електромагнітного випромінювання оптичного діапазону, заснований на використанні вимушеного (стимулированного) излучения.

Класифікація лазерів по безопасности.

У основу класифікації лазерів покладено ступінь небезпеки лазерного випромінювання для обслуговуючого персоналу. З цієї класифікації лазери розділені на виборах 4 класу: клас 1 (безпечні) — вихідний випромінювання безпечно для очей; клас II (малоопасные) — небезпечний очей пряме чи дзеркально відбите випромінювання; клас III (среднеопасные) — небезпечний очей пряме, дзеркально, і навіть дифузно відбите випромінювання з відривом 10 див від що відбиває поверхні і (чи) для шкіри пряме чи дзеркально відбите випромінювання; клас IV (высокоопасные) — небезпечний шкіри дифузно відбите випромінювання з відривом 10 див від що відбиває поверхности.

Лазерні групи Лазерні системи діляться втричі основні групи: твердотільні лазери, газові, серед яких окреме місце посідає CO2 — лазер; і напівпровідникові лазери. Певний час тому з’явилися такі, як перестраиваемые лазери на барвниках, твердотільні лазери на активованих шибках. ТВЕРДОТІЛЬНІ ЛАЗЕРИ НА ЛЮМИНИСЦИРУЮЩИХ СЕРЕДОВИЩАХ. Це лазери на шибках, активованих неодимом (Nd: YAG), лазери на кристалі иттрий-литиевого флюорита, легованого эрбием (ИЛФ, Er: YAG) чи його аналоги. Це лазери з оптичної накачуванням. ККД не вище 5%, проте потужність слабко від робочої температури. Оскільки це порівняно дешевий матеріал, підвищення потужності можна робити простим збільшенням розміру робочого елемента. Ці типи лазерів застосовують у лазерної спектроскопії, нелінійної оптиці, лазерної технології: зварювання, гарт, зміцнення поверхні. Лазерні скла застосовують у потужних установках для лазерного термоядерного синтезу. Газові лазери. Є кілька сумішей газів, які можуть опинитися випускати вимушене випромінювання. Одне з газів — двоокис вуглецю — застосовується у N2 — СО2- й CO — лазерах потужністю >15 кВт. із поперечною накачуванням електричним розрядом. До того ж газодинамические лазери з теплової накачуванням, які мають основна робоча суміш: N2+CO2+He чи N2+CO2+H2O. ІНШІ ГАЗОВІ ЛАЗЕРИ. Электроразрядные лазери низький тиск на шляхетних газах: He-Ne, HeXe та інших. Це малопотужні системи вирізняються високою монохроматичностью і спрямованістю. Застосовуються в спектроскопії, стандартизації частоти і довжини випромінювання, в їх настроюванні оптичних систем. Іонний аргоновий лазер — лазер безперервного дії, генеруючий зелений промінь. Накачування здійснюється електричним розрядом. Потужність сягає кілька десятків Вт. Застосовується до медицини, спектроскопії, нелінійної оптиці. Ексимерні лазери. Робоча середовище — суміш шляхетних газів з F2, Cl2, фторидами. Порушуються сильноточным електронним пучком чи поперечним розрядом. Працюють в імпульсному режимі у СФ — діапазоні довжин хвиль. Застосовуються для лазерного термоядерного синтезу. Хімічні лазери. Робоча середовище — суміш газів. Основне джерело енергії - хімічна реакція між компонентами робочої суміші. Можливі варіанти лазерів імпульсного і безперервного дії. Вона має широкий, спектр генерації у ближчій ІК — області спектра. Мають великий потужністю безперервного випромінювання та досить енергії в імпульсі. Такі лазери застосовують у спектроскопії, лазерної хімії, системах контролю складу атмосфери. НАПІВПРОВІДНИКОВІ ЛАЗЕРИ становлять найчисленнішу групу. Накачування здійснюється инжекцией через гетеропереход, і навіть електронним пучком. Гетеролазеры мініатюрні, мають високий ККД. Можуть працюватиме, як в імпульсному, і у безупинному режимах. Попри низьку потужність вони застосування в промисловості. Вони застосовуються для спектроскопії, оптичної стандартизації частоти, оптико-волоконних ліній зв’язку, контролю форми, інтерференційних смуг деформації, в оптико-электронике, в робототехніці, в системах пожаробезопасности.

Історія лазерних проекційних телевизоров.

Спроби використовувати лазер для ТБ почалися ще 60-ті роки минулого століття, і де вони припиняються досі.. Бажання зробити «Лазерний телевізор «пояснюється лише тим, що така телевізор має одну принципове перевагу проти будь-якими іншимиабсолютну чистоту квітів, чи інакше, повну насиченість і «глибину «квітів. Ця обставина відразу ж потрапляє робить лазерне ТВ-изображение надзвичайно гарними чоловіками та пам’ятним, що й вперше продемонстровано ще 1970 року на виставці у Осаці. Проте використання у проекторах традиційних лазерів (газових, рідинних, твердотільних та інших) пов’язане з дуже великими труднощами з організацією ТВ-растра через труднощі в модуляції випромінювання таких лазерів простором і інтенсивності. Тому лазерні проектори були й залишаються по сьогодні громіздкими, дуже дорогими і складними в експлуатації. З іншого боку, випромінювання традиційних лазерів высококогерентно і тому ТВ-изображение осіб на зовнішньому екрані має так званий «спекл-фон «(зернистость поля), що негативно б'є по зір — очі занедужують, як із прямому спостереженні дуги при електрозварювання. З цих причин все розроблені протягом останніх 30 років лазерні проекційні системи для ТБ досі залишаються лише на рівні прототипів (макетных зразків) і знаходять широкого применения.

Особливе останнє місце посідають проекційні ТВ-системы з урахуванням нетрадиційних лазерів — лазерних ЭЛП, чи лазерних кінескопів. Відмінність їхнього капіталу від інших у тому, якщо всі системи розроблялися паралельно переважають у всіх розвинених країн світу, то, то лазерні кінескопи створювались і вдосконалювалися безупинно всі роки лише у у Радянському Союзі, нині у Росії. Спорадичні спроби окремих, хоча й потужних зарубіжних компаній, як-от наприклад, «Мак-Доннел Дуглас «чи «ЗМ «(США), чи «Самсунг «(Південну Корею), створити лазерний кінескоп закінчувалися однаково — ці програми згорталися тому, що самим розробникам цих компаній прояснювалось — потрібні роки й роки для успішного виконання цих програм. А цього великого часу цим ніхто і б не дававбула потрібна прибуток, і прибуток у протягом лише 2−3, максимум 5 років. І це було не возможно.

Принцип дії лазерних кинескопов Принцип дії лазерних кінескопів гранично простий і суть його криється у наступному: замінити люмінофор на кристал, що з тієї ж елементів, як і люмінофор. Це означає впорядкування структури екрана ЭЛП, який стає єдиним монокристалом, а кожна його точка — лазером, у якому генерація буває у будь-якої миті, як у цю точку потрапляє електронний пучок. З огляду на принципових фізичних законів світловий потік чи яскравість світіння цієї нової «лазерного слайда «вдесятеро більше, ніж в люминофорного, а кольору цілком чисті, як і в традиційних лазерів, але цілком без спекл-фона. Проте створення цього лазерного слайда і доведення його рівня практичного застосування зажадало саме ця зазначені 30 лет.

Технологія LDT.

LDT (Laser-Display-Technologie) чи лазерна технологія, виникла негаразд давно, а серійне виробництво освоєно лише у 2000 року. Виробництвом таких проекторів займається німецька компанія Laser Technologies AG. Як згадувалося, до створення зображення використовується лазер. Три променя зеленого, синього і червоного кольору модулюють за амплітудою згідно з подаваним видеосигналом. Потім, з допомогою спеціальної системи напівпрозорих дзеркал, три складових змішуються до одного потік. Цей промінь подається про оптоволоконному кабелю на проекционное пристрій, яке включає у собі систему фокусування і опто-механическую систему розгорнення. На екрані зображення створюється через підрядник, за вертикаллю променем управляє качающее дзеркало, а, по горизонталі колесо із 25-ма дзеркалами. Виходить, промінь, рухаючись згори донизу, встигає прорисовувати рядки зліва-направо. Оскільки промінь встигає за секунду повністю перемалювати екран 50 раз, очей встигає сприймати зображення як єдине ціле і помічає мерцания.

С допомогою лазерного проектора цілком реальне проектувати зображення на поверхню площею кілька сотень кв. метрів, і не обов’язково має бути звичний екран, що можуть бути стіни будівель або вже інакші криві поверхні. Лазерний промінь у будь-якій точці створює різке, насичене і навіть яскраве і контрастне изображение.

Единственное, оскільки технологія відносно «сира », очевидці спостерігають певні проблеми з правильністю цветопередачи. Хоча для забарвлення кожного з проміння застосовуються спеціальні кристали, що змінюють довжину хвилі і, колір, домогтися виключно правильного втілення квітів непросто. Схоже, у цьому напрямі ведеться певна робота, і крізь кілька днів проблема, а то й зникне, то крайньої мері, буде дуже помітна. Тривалість служби таких проекторів можна пов’язати з цим тривалістю «життя «лазера, а вона у 3−5 разів перевищує показники ламп інших видів проекторів через кращого проти ними ККД. Що стосується розмірів такі проектори створюють двояке враження. З одним боку, сам лазер — пристрій далеко ще не маленьке й цілком нелегка, з іншого боку, проекционная частина сполучається з лазером оптиковолоконним кабелем довжиною до 30 метрів і може розміститися чверть квадратного метри. З урахуванням можливість створення величезних зображень такі особливості цілком приемлемы.

Пока вартість таких проекторів становить менше $ 200 000, а виробляються вони у дуже обмежених кількостях. У найближчим часом Laser Technologies AG планує побудувати спеціальний новим заводом, після чого можна й доступнішим вартості на LDT-проекторы. Зараз застосування проекторів, заснованих на виключно лазерної технології, можна виправдати з організацією великих світлових шоу, проектування комп’ютерної графіки, космічного моделювання, в центрах управління, тренажерах, системах віртуальної реальності, великих конференціях. У найближчому майбутньому ж, мабуть, з допомогою організовуватимуть кінотеатри, проводити презентації і залучити до інших більш поширених сферах.

Лазерний проектор.

По випадку другий річниці International Planetarium Society компанія SCHNEIDER Laser Technologies що з Carl Zeiss представила лазерний проектор в Монреалі (Канада). Новий відеопроектор під назвою ZULIP (Zeiss Universal LaserImage Projektor) спеціально розроблений для планетарію і виконано за технологією LDT. З допомогою цього проектора зображення проектувалося на екран площею 100 кв. м. [pic].

Проекционная голівка проектора має невеликі розміри і може повертатися на 270° по азимуту і 90° за вертикаллю. Сумарна потужність лазерного випромінювання становить 10 Вт, а споживана потужність від 2 до запланованих 4 кВт. У проекторі використовуються імпульсні напівпровідникові лазери з тривалістю світлового спалаху 7 пикосекунд (7· 10−12 з) і тимчасовим інтервалом між спалахами порядку 14 наносекунд (14· 10−9 з). Самі лазери з системою модулювання виготовлені на замовлення фірмою Jenoptik Laser Optik Systeme. Саме із застосуванням напівпровідникових лазерів значно вдалося знизити енергоспоживання проектора. Річ у тім, що у перших дослідах по створенню лазерного проектора використовувався газовий аргон-криптоновый лазер з споживаної потужністю 160 кВт, що вимагав спеціальної системи охолодження. Нові напівпровідникові лазери розроблено у співробітництво з університетом Кайзерлаутерн (Kaiserlautern). Для отримання лазерів різних кольорів використовується принцип конверсії квітів: при пропущенні лазерного випромінювання через спеціальні кристали воно (випромінювання) змінює свою довжину хвилі і, колір. Проекційну голівку з оптичної системою виготовила фірма Carl Zeiss, а електронну начинку — Schneider.

Якість зображення. Якщо творцям, то якості зображення конкурентів у нового LDT-проектора немає. З застосуванням лазера можна було отримання зображення кінематографічного якості з насиченими квітами з великої екрані, у своїй над збитки яскравості і контрастності зображення. Відпала проблема відомості променів і настрою різкості. Лазерний промінь скрізь проектує різке зображення і плаский екран і поверхню довільній форми. Проектор здатний відтворювати зображення з контрастністю, вчетверо перевищує можливості людського зору. Проектор має високої роздільну здатність і частотою зміни кадрів. Роздільна здатність ZULIP втричі перевершує можливості ТВЧ (для ТВЧ растр кадру 1920×1080). Порівняйте, максимальне дозвіл звичайних проекторів вбирається у 1366×1024. (Хоча фірма JVC вже продемонструвала чіпи з дозволом Q-XGA: 2048×1536, проте випуск видеопроекторов з їхньої основі почнеться лише 2001 году.).

Підтримувані стандарти. Оскільки проектор орієнтований під час першого чергу на професійне використання, те, як й належить проектору такого класу, він оснащён повний набір аналогових та на цифрових інтерфейсів і може відтворювати як відео, і дані з комп’ютера. Підтримувані стандарти: Composite Video (PAL, NTSC), Component (YUV і RGB), D1, HDTV, DVB; комп’ютерні: VGA, XVGA, SXGA тощо. буд. Проектор має систему синхронізації з джерелом сигналу і апаратно интерполирует зображення на максимальну кількість строк.

Поділ проектора на частини значно спрощує його встановлення, оскільки проекционная голівка має невелику масу чуток і вимагає для своєї установки вільне простір діаметром 0,6 м. Творці стверджують, що лазер найефективніший джерело світла, на відміну галогенних ламп, що застосовуються у звичайних проекторів, чий ККД вбирається у 2−4%. Термін служби лазерів понад 10 000 годин, у ламп зазвичай 2000;4000 годин. Творці проектора не вказують значення ККД їхнього лазерів, тому наведено загальні дані про ефективності лазерів. Так, для инжекционных напівпровідникових лазерів, виготовлених з урахуванням подвійних гетероструктур (double heterostructure) з урахуванням матеріалів GaPAs, GaInP, AlGaAs (для червоною області видимого випромінювання та ближньої ИК-области з? від 0,57 до 0,91 мкм), ККД може перевищувати 90%!

Применение.

Проектор вміщує професійне застосування: презентації, шоу, конференції, медицина. Він дуже добре адресований космічного і авіамоделювання, військових командних пунктів, центрів управління, систем віртуальної і тренажерів. Компанія Schneider активно співпрацює у цьому напрямі з STN-Atlas, а разом із Silicon Graphics на основі ZULIP розробляє систему проекції зображення все купол для створення віртуальної реальности.

Для котрі займаються комп’ютерної графікою, анімацією і видеомонтажом Ziess пропонує до LDT-проектору ZULIP DVD-плеєр із шостоїканальної аудіосистемою або ж систему нелінійного відеомонтажу Fast-601- Video з набором жорстких дисків для зберігання відеота аудио.

Майбутнє LDT.

Цього року планується випустити 50 проекторів за технологією LDT. У 2001 року — понад 100 штук. Проектори проводитимуться заводу Carl Zeiss м. Ієна. До 2002 року має бути споруджено новий на заводі р. Гера, у якому почнеться масове виробництво проекторів. Schneider Laser Technologies продовжує проводити дослідження з вдосконаленню своєї технології, й у першу чергу зі створення нової покоління потужних компактних лазерів. Фірма намеривается найближчими роками зайняти 20% ринку професійних пристроїв, а до 2004/2005 року зробити доступними свої проектори для домашнього використання коштів і розпочати виробництво телевізорів на основі LDT. А поки що ціна цього «чудо-проектора «становить близько 400 000 німецьких марок.

Вывод.

Застосування лазерів в телебаченні надалі досить перспективна, але сьогодні досить дорогий технология.