Реферат: Лазерные телевизоры

Содержание

 

Введение

Определение лазера :

 Классификация лазеров побезопасности

 Лазерные группы:

 Твердые лазеры налюминесцентных средах

 Газовые лазеры

 Полупроводниковые лазеры

История лазерных проекционныхтелевизоров

Принцип действия лазерныхкинескопов

Технология LDT:

 Лазерный проектор

 Применение

 Будущее LDT

Вывод

Введение

 

XX векостался в истории как век самых впечатляющих достижений в различных областяхнауки и техники. Достаточно вспомнить такие глобальные программы как космос иатомная энергия. Однако даже они не могут сравниться с суперпрограммой XX века- телевидением ни по вложенным средствам, ни по тому мощному влиянию на жизньпланеты, которые ощущает на себе практически каждый человек и которое продолжаетвозрастать. Поэтому вопрос: «Каким будет телевидение XXI века?»-чрезвычайно важен и содержит в себе очень много различных аспектов:экономический, научно-технический, философский, политический,морально-нравственный и т.д. Вопрос о том, каким будеттелевидение нового века, интересует всех. Особое значение этот вопрос имеет длятысяч разработчиков и конструкторов, создающих все новые и новые образцытелевизионных систем. Каждый из них вольно или невольно спрашивает себя: вправильном ли направлении я веду разработку; нужна ли будет моя работа вбудущем и каким это будущее будет.

Обычный телевизор, главным элементом которого является кинескоп(электронно-лучевой прибор с люминофорным экраном), доведен сейчас практическидо уровня своего совершенства и еще по крайней мере 10-20 лет будет оставатьсяглавным средством отображения ТВ-информации. Однако уже много лет назад сталоочевидным, что «экран будущего» на основе обычного кинескопа сделатьневозможно. Это связано в первую очередь с геометрическими требованиями ктакому экрану: он должен быть не менее 2,0 метров по диагонали. Сделать такойкинескоп практически невозможно, да и не нужно. Поэтому далее в качествесредств создания «экрана будущего» рассматриваются толькопроекционные системы. Но прежде необходимо хотя бы в общем виде определить,каким же должен быть этот будущий экран.

            Вся история развития телевидения однозначно указывает на главныйкритерий качества ТВ-изображения — это его соответствие реальности, т.е. чемближе изображение к реальной жизни, тем лучше. Поэтому «экранбудущего» должен быть как бы «окном» в реальный мир. Из этогообщего положения следуют два основных требования: по размерам этого«окна» и по качеству изображения. Второе требование достаточно сложнои будет подробно рассмотрено ниже, а первое, геометрическое, очень просто:размеры изображения должны быть такими, чтобы зритель наблюдал привычные ему вреальной жизни размеры знакомых объектов. Указанная выше диагональ экрана 2метра дана для небольших (жилых) помещений с линейными размерами до 10 метров(«домашний телетеатр»). В этом случае телезритель будет, например,действительно наблюдать знакомых ему актеров в своем телетеатре как в реальномтеатре с первых рядов партера. При увеличении линейных размеров зрительских аудиторийдиагональ экрана также должна пропорционально увеличиваться; здесь нет верхнегопредела — аудитории могут быть любыми, например, стадионами.

Таким образом, «экран будущего» — это большой экран смаксимально приближенным к реальности качеством ТВ-изображения. И если обычныекинескопы выпадают из рассмотрения средств создания такого экрана погеометрическим причинам, то по причине принципиальной недоступности реальностиизображения отпадает целый класс современных средств отображения информации: составныхэкранов; плазменных, светодиодных панелей и т.д. Они пока и не претендуют навысший уровень качества ТВ-изображения, и хотя и имеют большие размеры экранов,предназначены для своих целей (наружная реклама, шоу-бизнес и др.).

Определение лазера

Лазер или оптическийквантовый генератор — это генератор электромагнитного излучения оптическогодиапазона, основанный на использовании вынужденного (стимулированного)излучения.

Классификация лазеровпо безопасности

В основуклассификации лазеров положена степень опасности лазерного излучения дляобслуживающего персонала. По этой классификации лазеры разделены на 4 класса:

класс 1 (безопасные)- выходное излучение не опасно для глаз;

класс II(малоопасные) — опасно для глаз прямое или зеркально отраженное излучение;

класс III(среднеопасные) — опасно для глаз прямое, зеркально, а также диффузноотраженное излучение на расстоянии 10 см от отражающей поверхности и (или) длякожи прямое или зеркально отраженное излучение;

класс IV(высокоопасные)- опасно для кожи диффузно отраженное излучение на расстоянии 10см от отражающей поверхности.

Лазерные группы

Лазерныесистемы делятся на три основные группы: твердотельные лазеры, газовые, средикоторых особое место занимает CO2 — лазер; и полупроводниковыелазеры. Некоторое время назад появились такие системы, как перестраиваемыелазеры на красителях, твердотельные лазеры на активированных стеклах.

ТВЕРДОТЕЛЬНЫЕЛАЗЕРЫ НА ЛЮМИНИСЦИРУЮЩИХ СРЕДАХ.

 Этолазеры на стеклах, активированных неодимом (Nd: YAG), лазеры на кристаллеиттрий-литиевого флюорита, легированного эрбием (ИЛФ, Er: YAG) или их аналоги.Это лазеры с оптической накачкой. КПД не выше 5%, однако мощность практическине зависит от рабочей температуры. Так как это сравнительно дешевый материал,повышение мощности можно производить простым увеличением размера рабочегоэлемента. Эти типы лазеров применяются в лазерной спектроскопии, нелинейнойоптике, лазерной технологии: сварка, закалка, упрочнение поверхности. Лазерныестекла применяются в мощных установках для лазерного термоядерного синтеза.

Газовыелазеры.

 Существует несколькосмесей газов, которые могут испускать вынужденное излучение. Один из газов — двуокись углерода — применяется в N2 — СО2- и СО — лазерах мощностью>15 кВт. с поперечной накачкой электрическим разрядом. А такжегазодинамические лазеры с тепловой накачкой, у которых основная рабочая смесь:N2+CO2+He или N2+CO2+H2O.

ПРОЧИЕГАЗОВЫЕ ЛАЗЕРЫ.

Электроразрядныелазеры низкого давления на благородных газах: He-Ne, He-Xe и др. Этомаломощные системы отличаются высокой монохроматичностью и направленностью.Применяются в спектроскопии, стандартизации частоты и длины излучения, внастройке оптических систем.

Ионныйаргоновый лазер — лазер непрерывного действия, генерирующий зеленый луч.Накачка осуществляется электрическим разрядом. Мощность достигает несколькихдесятков Вт. Применяется в медицине, спектроскопии, нелинейной оптике.

Эксимерныелазеры. Рабочая среда — смесь благородных газов с F2, Cl2, фторидами.Возбуждаются сильноточным электронным пучком или поперечным разрядом. Работаютв импульсном режиме в УФ — диапазоне длин волн. Применяются для лазерноготермоядерного синтеза.

Химическиелазеры. Рабочая среда — смесь газов. Основной источник энергии — химическаяреакция между компонентами рабочей смеси. Возможны варианты лазеров импульсногои непрерывного действия. Они имеют широкий спектр генерации в ближней ИК — области спектра. Обладают большой мощностью непрерывного излучения и большойэнергией в импульсе. Такие лазеры применяются в спектроскопии, лазерной химии,системах контроля состава атмосферы.

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕЛАЗЕРЫ

составляютсамую многочисленную группу. Накачка осуществляется инжекцией черезгетеропереход, а также электронным пучком. Гетеролазеры миниатюрны, имеютвысокий КПД. Могут работать как в импульсном, так и в непрерывном режимах.Несмотря на низкую мощность они нашли свое применение в промышленности. Ониприменяются для спектроскопии, оптической стандартизации частоты,оптико-волоконных линий связи, для контроля формы, интерференционных полосдеформации, в оптико-электронике, в робототехнике, в системахпожаробезопасности

 

История лазерныхпроекционных телевизоров

 

Попыткииспользовать лазер для ТВ начались еще в 60-х годах прошлого века, и они непрекращаются до сих пор… Желание сделать "/>/>Лазерный телевизор" объясняется тем, что такойтелевизор имеет одно принципиальное преимущество по сравнению с любыми другими-абсолютную чистоту цветов, или по-другому, полную насыщенность и«глубину» цветов. Это обстоятельство сразу же делает лазерноеТВ-изображение чрезвычайно красивым и запоминающимся, что и было впервыепродемонстрировано еще в 1970 году на выставке в Осаке. Однако использование впроекторах традиционных лазеров (газовых, жидкостных, твердотельных и других)сопряжено с очень большими сложностями при организации ТВ-растра из-затрудностей в модуляции излучения таких лазеров по пространству и интенсивности.Поэтому лазерные проекторы были и остаются по сей день громоздкими, оченьдорогими и сложными в эксплуатации. Кроме того, излучение традиционных лазероввысококогерентно и поэтому ТВ-изображение на внешнем экране имеет такназываемый «спекл-фон» (зернистость поля), что крайне отрицательносказывается на зрении — глаза начинают болеть, как при прямом наблюдении дугипри электросварке. По этим причинам все разработанные в течение последних 30лет лазерные проекционные системы для ТВ до сих пор остаются на уровнепрототипов (макетных образцов) и не находят широкого применения.

Особоеместо занимают проекционные ТВ-системы на основе нетрадиционных лазеров — лазерных ЭЛП, или лазерных кинескопов. Отличие их от прочих состоит в том, чтоесли все системы разрабатывались параллельно во всех развитых странах мира, то,то лазерные кинескопы создавались и совершенствовались непрерывно все эти годытолько в Советском Союзе, а ныне в России. Спорадические попытки отдельных,хотя и очень мощных зарубежных компаний, таких как например, «Мак-ДоннелДуглас» или «ЗМ» (США), или «Самсунг» (Южная Корея),создать лазерный кинескоп заканчивались одинаково — эти программы сворачивалисьиз-за того, что самим разработчикам этих компаний становилось ясным — нужны годыи годы для успешного выполнения этих программ. А этого большого времени имникто не давал -требовалась прибыль, и прибыль в течение не более чем 2-3,максимум 5 лет. А это было не возможно.

Принцип действиялазерных кинескопов

 

Принцип действия лазерныхкинескопов предельно прост и суть его заключена в следующем: заменить люминофорна кристалл, состоящий из тех же элементов, что и люминофор. Это означаетупорядочение структуры экрана ЭЛП, который становится единым монокристаллом, акаждая его точка — лазером, в котором генерация достигается в любой момент,когда в эту точку попадает электронный пучок. В силу принципиальных физическихзаконов световой поток или яркость свечения этого нового «лазерногослайда» в десятки раз больше, чем у люминофорного, а цвета совершенночистые, как и у традиционных лазеров, но полностью без спекл-фона. Однакосоздание этого лазерного слайда и доведение его до уровня практическогоприменения потребовало именно эти указанные 30 лет.

ТехнологияLDT

LDT(Laser-Display-Technologie) или лазерная технология, возникла не так давно, а серийноепроизводство освоено только в 2000 году./>Производством таких проекторов занимается немецкая компания Laser Technologies AG. Как уже упоминалось, длясоздания изображения используется лазер. Три луча зеленого, синего и красногоцвета модулируются по амплитуде в соответствии с подаваемым видеосигналом.Затем, с помощью специальной системы полупрозрачных зеркал, три составляющихсмешиваются в один поток. Этот луч подается про оптоволоконному кабелю напроекционное устройство, которое включает в себя систему фокусировки иопто-механическую систему развертки. На экране изображение создается построчно,по вертикали лучом управляет качающее зеркало, а по горизонтали колесо с 25 зеркалами.Получается, луч, двигаясь сверху вниз, успевает прорисовывать строки слева направо.Так как луч успевает за секунду полностью перерисовать экран 50 раз, глазуспевает воспринимать изображение как единое целое и не замечает мерцания.
 

/>

 

С помощью лазерного проектора вполне реальнопроецировать изображение на поверхность площадью несколько сотен квадратныхметров, причем это не обязательно должен быть привычный экран, это могут бытьстены зданий или какие-то другие кривые поверхности. Лазерный луч в любой точкесоздает резкое, насыщенное и при этом яркое и контрастное изображение.
Единственное, так как технология еще относительно «сырая», очевидцынаблюдают определенные проблемы с правильностью цветопередачи. Хотя для окраскикаждого из лучей применяются специальные кристаллы, меняющие длину волны и,соответственно, цвет, добиться исключительно правильного воплощения цветовнепросто. Похоже, в этом направлении ведется определенная работа, и черезнекоторое время проблема если не исчезнет, то, по крайней мере, будет не такзаметна. Длительность службы таких проекторов можно увязать с длительностью«жизни» лазера, а она в 3-5 раз превосходит показатели ламп в другихвидах проекторов из-за лучшего по сравнению с ними КПД. По части размеров такиепроекторы создают двоякое впечатление. С одной стороны, сам лазер — устройстводалеко не маленькое и абсолютно не легкое, с другой стороны, проекционная частьсоединяется с лазером оптоволоконным кабелем длиной до 30 метров и можетразместиться на четверти квадратного метра. С учетом возможности созданияогромных изображений такие особенности вполне приемлемы.
Пока стоимость таких проекторов составляет не менее $200000, а производятся онив весьма ограниченных количествах. В ближайшее время Laser Technologies AGпланирует построить специальный новый завод, после чего можно ожидать и болеедоступной стоимости на LDT-проекторы. Сейчас применение проекторов, основанныхна лазерной технологии, может быть оправдано при организации крупных световыхшоу, проецирования компьютерной графики, космического моделирования, в центрахуправления, тренажерах, системах виртуальной реальности, крупных конференциях.В будущем же, вероятно, с их помощью будут организовывать кинотеатры, проводитьпрезентации и использовать в других более распространенных сферах.

Лазерный проектор.

 

По случаю второй годовщины InternationalPlanetarium Society компания SCHNEIDER Laser Technologies совместно с CarlZeiss представила лазерный проектор в Монреале (Канада). Новый видеопроектор сназванием ZULIP (Zeiss Universal LaserImage Projektor) специально разработандля планетария и выполнен по технологии LDT. С помощью этого проектораизображение проецировалось на экран площадью 100 кв. м.

/>

 

Проекционнаяголовка проектора имеет небольшие размеры и может поворачиваться на 270° поазимуту и 90° по вертикали. Суммарная мощность лазерного излучения составляет10 Вт, а потребляемая мощность от 2 до 4 кВт. В проекторе используютсяимпульсные полупроводниковые лазеры с длительностью световой вспышки 7пикосекунд (7·10-12 с) и временным интервалом между вспышками порядка 14наносекунд (14·10-9 с). Сами лазеры с системой модулирования изготовлены позаказу фирмой Jenoptik Laser Optik Systeme. Именно с применениемполупроводниковых лазеров значительно удалось снизить энергопотреблениепроектора. Дело в том, что в первых опытах по созданию лазерного проектораиспользовался газовый аргон-криптоновый лазер с потребляемой мощностью 160 кВт,требовавший специальной системы охлаждения. Новые полупроводниковые лазерыразработаны в сотрудничестве с университетом Кайзерлаутерн (Kaiserlautern). Дляполучения лазеров различных цветов используется принцип конверсии цветов: припропускании лазерного излучения через специальные кристаллы оно (излучение)меняет свою длину волны и, соответственно, цвет. Проекционную головку соптической системой изготовила фирма Carl Zeiss, а электронную начинку — Schneider.

Качествоизображения. Если верить создателям, то по качеству изображения конкурентов унового LDT-проектора нет. С применением лазера стало возможным получениеизображения кинематографического качества с насыщенными цветами на большомэкране, при этом не в ущерб яркости и контрастности изображения. Отпалапроблема сведения лучей и настройки резкости. Лазерный луч всюду проецируетрезкое изображение и на плоский экран и на поверхность произвольной формы.Проектор способен воспроизводить изображение с контрастностью, вчетверопревышающей возможности человеческого зрения. Проектор обладает высокойразрешающей способностью и частотой смены кадров. Разрешающая способность ZULIPвтрое превосходит возможности ТВЧ (для ТВЧ растр кадра 1920х1080). Длясравнения, максимальное разрешение обычных проекторов не превышает 1366х1024.(Хотя фирма JVC уже продемонстрировала чипы с разрешением Q-XGA: 2048x1536,однако выпуск видеопроекторов на их основе начнётся только 2001 году.)

Поддерживаемыестандарты. Поскольку проектор ориентирован в первую очередь на профессиональноеиспользование, то как и полагается проектору такого класса, он оснащён полнымнабором аналоговых и цифровых интерфейсов и способен воспроизводить как видео,так и данные с компьютера. Поддерживаемые стандарты: Composite Video (PAL,NTSC), Component (YUV и RGB), D1, HDTV, DVB; компьютерные: VGA, XVGA, SXGA и т.д. Проектор имеет систему синхронизации с источником сигнала и аппаратноинтерполирует изображение на максимальное число строк.

Разделениепроектора на две части значительно упрощает его установку, посколькупроекционная головка имеет небольшую массу и требует для своей установкисвободное пространство диаметром 0,6 м. Создатели утверждают, что лазернаиболее эффективный источник света, в отличие от галогенных ламп,применяющихся в обычных проекторов, чей КПД не превышает 2-4%. Срок службылазеров свыше 10000 часов, у ламп обычно 2000-4000 часов. Создатели проекторане указывают значение КПД для их лазеров, поэтому приведены общие данные поэффективности лазеров. Так, для инжекционных полупроводниковых лазеров,изготовленных на базе двойных гетероструктур (double heterostructure) на основематериалов GaPAs, GaInP, AlGaAs (для красной области видимого излучения иближней ИК-области с? от 0,57 до 0,91 мкм), КПД может превышать 90%!

                                             Применение

         Проектор рассчитан на профессиональное применение: презентации, шоу,конференции, медицина. Он хорошо подходит для космического и авиа-моделирования, военных командных пунктов, центров управления, системвиртуальной реальности и тренажёров. Компания Schneider активно сотрудничает вэтом направлении с STN-Atlas, а вместе с Silicon Graphics на основе ZULIPразрабатывает систему проекции изображения на весь купол для созданиявиртуальной реальности.

          Для занимающихся компьютерной графикой, анимацией и видеомонтажом Ziessпредлагает к LDT-проектору ZULIP DVD-плейер с 6-канальной аудиосистемой или жесистему нелинейного видеомонтажа Fast-601-Video с набором жестких дисков дляхранения видео и аудио.

                                                                                  БудущееLDT

          В этом годупланируется выпустить 50 проекторов по технологии LDT. В 2001 году — свыше 100штук. Проекторы будут производиться на заводе Carl Zeiss в г. Иена. К 2002 годудолжен быть построен новый завод в г. Гера, на котором начнётся массовоепроизводство проекторов. Schneider Laser Technologies продолжает проводитьисследования по совершенствованию своей технологии, и в первую очередь посозданию нового поколения мощных компактных лазеров. Фирма намеривается вближайшие годы занять 20% рынка профессиональных устройств, а к 2004/2005 годусделать доступными свои проекторы для домашнего использования и начатьпроизводство телевизоров на основе LDT. Ну, а пока цена этого «чудо-проектора»составляет около 400 000 немецких марок.

 

Вывод

Применениелазеров в телевидении в дальнейшем довольно перспективная, но на сегодняшнийдень довольно дорогая технология.