Реферат: Лазерные телевизоры
Содержание
Введение
Определение лазера :
Классификация лазеров по безопасности
Лазерные группы:
Твердые лазеры на люминесцентных средах
Газовые лазеры
Полупроводниковые лазеры
История лазерных проекционныхтелевизоров
Принцип действия лазерныхкинескопов
Технология LDT:
Лазерный проектор
Применение
Будущее LDT
Вывод
<span Arial",«sans-serif»">
<span Arial",«sans-serif»">Введение
<span Arial",«sans-serif»">
<span Arial",«sans-serif»;color:black">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.
<span Arial",«sans-serif»;color:black"> <span Arial",«sans-serif»;color:black">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.<span Arial",«sans-serif»;color:black">
<span Arial",«sans-serif»; color:black">Обычный телевизор, главным элементом которого является кинескоп(электронно-лучевой прибор с люминофорным экраном),доведен сейчас практически до уровня своего совершенства и еще по крайней мере10-20 лет будет оставаться главным средством отображения ТВ-информации. Однакоуже много лет назад стало очевидным, что «экран будущего» на основеобычного кинескопа сделать невозможно. Это связано в первую очередь с геометрическимитребованиями к такому экрану: он должен быть не менее 2,0 метров по диагонали.Сделать такой кинескоп практически невозможно, да и не нужно. Поэтому далее вкачестве средств создания «экрана будущего» рассматриваются толькопроекционные системы. Но прежде необходимо хотя бы в общем виде определить,каким же должен быть этот будущий экран.
<span Arial",«sans-serif»;color:black">Всяистория развития телевидения однозначно указывает на главный критерий качестваТВ-изображения — это его соответствие реальности, т.е. чем ближе изображение креальной жизни, тем лучше. Поэтому «экран будущего» должен быть какбы «окном» в реальный мир. Из этого общего положения следуют дваосновных требования: по размерам этого «окна» и по качествуизображения. Второе требование достаточно сложно и будет подробно рассмотренониже, а первое, геометрическое, очень просто: размеры изображения должны бытьтакими, чтобы зритель наблюдал привычные ему в реальной жизни размеры знакомыхобъектов. Указанная выше диагональ экрана 2 метра дана для небольших (жилых)помещений с линейными размерами до 10 метров («домашний телетеатр»).В этом случае телезритель будет, например, действительно наблюдать знакомых емуактеров в своем телетеатре как в реальном театре с первых рядов партера. Приувеличении линейных размеров зрительских аудиторий диагональ экрана такжедолжна пропорционально увеличиваться; здесь нет верхнего предела — аудиториимогут быть любыми, например, стадионами.
<span Arial",«sans-serif»; color:black">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.).
<span Arial",«sans-serif»; color:black">
<span Arial",«sans-serif»; color:black">Определение лазера
<span Arial",«sans-serif»">Лазер или оптический квантовый генератор — это генератор электромагнитного излучения оптического диапазона, основанный наиспользовании вынужденного (стимулированного) излучения.
<span Arial",«sans-serif»">Классификация лазеров по безопасности
<span Arial",«sans-serif»">В основу классификации лазеров положена степеньопасности лазерного излучения для обслуживающего персонала. По этойклассификации лазеры разделены на 4 класса:
<span Arial",«sans-serif»">класс 1 (безопасные) — выходное излучение неопасно для глаз;
<span Arial",«sans-serif»">класс II (малоопасные) — опасно для глазпрямое или зеркально отраженное излучение;
<span Arial",«sans-serif»">класс III (среднеопасные)- опасно для глаз прямое, зеркально, а также диффузно отраженное излучение нарасстоянии 10 см от отражающей поверхности и (или) для кожи прямое илизеркально отраженное излучение;
<span Arial",«sans-serif»">класс IV (высокоопасные)-опасно для кожи диффузно отраженное излучение на расстоянии 10 см от отражающейповерхности.
<span Arial",«sans-serif»">Лазерные группы
<span Arial",«sans-serif»">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.
<span Arial",«sans-serif»">ТВЕРДОТЕЛЬНЫЕ ЛАЗЕРЫ НАЛЮМИНИСЦИРУЮЩИХ СРЕДАХ.
<span Arial",«sans-serif»"> Это лазеры на стеклах, активированных неодимом(Nd: YAG), лазеры на кристалле иттрий-литиевогофлюорита, легированного эрбием (ИЛФ, Er: YAG) или иханалоги. Это лазеры с оптической накачкой. КПД не выше 5%, однако мощностьпрактически не зависит от рабочей температуры. Так как это сравнительно дешевыйматериал, повышение мощности можно производить простым увеличением размерарабочего элемента. Эти типы лазеров применяются в лазерной спектроскопии,нелинейной оптике, лазерной технологии: сварка, закалка, упрочнениеповерхности. Лазерные стекла применяются в мощных установках для лазерноготермоядерного синтеза
<span Arial",«sans-serif»">.<span Arial",«sans-serif»">Газовыелазеры
<span Arial",«sans-serif»">.<span Arial",«sans-serif»">
<span Arial",«sans-serif»">Существует несколько смесей газов, которыемогут испускать вынужденное излучение. Один из газов — двуокись углерода — применяется в N2 — СО2- и СО — лазерах мощностью >15 кВт. споперечной накачкой электрическим разрядом. А также газодинамические лазеры степловой накачкой, у которых основная рабочая смесь: N2+CO2+He или N2+CO2+H2O.<span Arial",«sans-serif»">ПРОЧИЕ ГАЗОВЫЕ ЛАЗЕРЫ
<span Arial",«sans-serif»">.<span Arial",«sans-serif»">Электроразрядныелазеры низкого давления на благородных газах: He-Ne,He-Xe и др. Это маломощные системы отличаются высокоймонохроматичностью и направленностью. Применяются вспектроскопии, стандартизации частоты и длины излучения, в настройке оптическихсистем.
<span Arial",«sans-serif»">Ионный аргоновыйлазер — лазер непрерывного действия, генерирующий зеленый луч. Накачка осуществляетсяэлектрическим разрядом. Мощность достигает нескольких десятков Вт. Применяетсяв медицине, спектроскопии, нелинейной оптике.
<span Arial",«sans-serif»">Эксимерные
<span Arial",«sans-serif»"> лазеры. Рабочаясреда — смесь благородных газов с F2, Cl2, фторидами. Возбуждаются сильноточнымэлектронным пучком или поперечным разрядом. Работают в импульсном режиме в УФ — диапазоне длин волн. Применяются для лазерного термоядерного синтеза.<span Arial",«sans-serif»">Химические лазеры.Рабочая среда — смесь газов. Основной источник энергии — химическая реакциямежду компонентами рабочей смеси. Возможны варианты лазеров импульсного инепрерывного 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.
<span Arial",«sans-serif»">ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕЛАЗЕРЫ
<span Arial",«sans-serif»">составляют самуюмногочисленную группу. Накачка осуществляется инжекцией через гетеропереход, атакже электронным пучком. Гетеролазеры миниатюрны,имеют высокий КПД. Могут работать как в импульсном, так и в непрерывномрежимах. Несмотря на низкую мощность они нашли свое применение впромышленности. Они применяются для спектроскопии, оптической стандартизациичастоты, оптико-волоконных линий связи, для контроля формы, интерференционныхполос деформации, в оптико-электронике, вробототехнике, в системах пожаробезопасности
<span Arial",«sans-serif»; color:black">
<span Arial",«sans-serif»">История лазерныхпроекционных телевизоров
<span Arial",«sans-serif»">
<span Arial",«sans-serif»;color:black">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 лазеров высококогерентно и поэтому ТВ-изображение на внешнем экранеимеет так называемый "спекл-фон"(зернистость поля), что крайне отрицательно сказывается на зрении — глазаначинают болеть, как при прямом наблюдении дуги при электросварке. По этимпричинам все разработанные в течение последних 30 лет лазерные проекционныесистемы для ТВ до сих пор остаются на уровне прототипов (макетных образцов) ине находят широкого применения.
<span Arial",«sans-serif»;color:black">
<span Arial",«sans-serif»;color:black">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-Доннел Дуглас" или «ЗМ» (США), или"Самсунг" (Южная Корея), создать лазерныйкинескоп заканчивались одинаково — эти программы сворачивались из-за того, чтосамим разработчикам этих компаний становилось ясным — нужны годы и годы дляуспешного выполнения этих программ. А этого большого времени им никто не давал-требовалась прибыль, и прибыль в течение не более чем 2-3, максимум 5 лет. Аэто было не возможно.
<span Arial",«sans-serif»;color:black">
<span Arial",«sans-serif»;color:black">
<span Arial",«sans-serif»">Принцип действиялазерных кинескопов
<span Arial",«sans-serif»;color:black">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 совершенно чистые, как и у традиционных лазеров, но полностью без спекл-фона. Однако создание этого лазерного слайда идоведение его до уровня практического применения потребовало именно этиуказанные 30 лет.
<span Arial",«sans-serif»;color:black;mso-ansi-language:EN-US"><span Arial",«sans-serif»;color:black; mso-ansi-language:EN-US">
<span Arial",«sans-serif»;color:black">Технология
<span Arial",«sans-serif»; color:black;mso-ansi-language:EN-US">LDT<span Arial",«sans-serif»;color:black">LDT(Laser-Display-Technologie) или лазерная технология, возникла не так давно, а серийное производство освоено только в 2000 году.Производством таких проекторов занимается немецкаякомпания LaserTechnologiesAG. Какуже упоминалось, для создания изображения используется лазер. Три лучазеленого, синего и красного цвета модулируются по амплитуде в соответствии сподаваемым видеосигналом. Затем, с помощью специальной системы полупрозрачныхзеркал, три составляющих смешиваются в один поток. Этот луч подается прооптоволоконному кабелю на проекционное устройство, которое включает в себясистему фокусировки и опто-механическую систему развертки. На экранеизображение создается построчно, по вертикали лучом управляет качающее зеркало,а по горизонтали колесо с 25 зеркалами. Получается, луч, двигаясь сверху вниз, <span Arial",«sans-serif»">успеваетпрорисовывать строки слева направо. Так как луч успевает за секунду полностьюперерисовать экран 50 раз, глаз успевает воспринимать изображение как единоецелое и не замечает мерцания.
<img src="/cache/referats/14853/image001.gif" align=«left» v:shapes="_x0000_s1028">
<span Arial",«sans-serif»">
<span Arial",«sans-serif»">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 LaserTechnologies AG планирует построить специальный новыйзавод, после чего можно ожидать и более доступной стоимости на LDT-проекторы. Сейчасприменение проекторов, основанных на лазерной технологии, может быть оправданопри организации крупных световых шоу, проецирования компьютерной графики,космического моделирования, в центрах управления, тренажерах, системахвиртуальной реальности, крупных конференциях. В будущем же, вероятно, с ихпомощью будут организовывать кинотеатры, проводить презентации и использовать вдругих более распространенных сферах.
<span Arial",«sans-serif»">
<span Arial",«sans-serif»">Лазерный проектор.
<span Arial",«sans-serif»">
<span Arial",«sans-serif»">По случаю второй годовщины International Planetarium Society компания SCHNEIDER Laser Technologies совместно с Carl Zeiss представила лазерный проектор в Монреале (Канада).Новый видеопроектор с названием ZULIP (Zeiss Universal LaserImage Projektor) специально разработан для планетария и выполненпо технологии LDT. С помощью этого проектора изображение проецировалось наэкран площадью 100 кв. м.
<span Arial",«sans-serif»"><span Arial",«sans-serif»"><img src="/cache/referats/14853/image003.jpg" v:shapes="_x0000_i1025">
<span Arial",«sans-serif»">
<span Arial",«sans-serif»">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 LaserOptik Systeme. Именно сприменением полупроводниковых лазеров значительно удалось снизить энергопотреблениепроектора. Дело в том, что в первых опытах по созданию лазерного проектораиспользовался газовый аргон-криптоновый лазер спотребляемой мощностью 160 кВт, требовавший специальной системы охлаждения.Новые полупроводниковые лазеры разработаны в сотрудничестве с университетом Кайзерлаутерн (Kaiserlautern). Для получения лазеров различных цветовиспользуется принцип конверсии цветов: при пропускании лазерного излучениячерез специальные кристаллы оно (излучение) меняет свою длину волны и,соответственно, цвет. Проекционную головку с оптической системой изготовилафирма Carl Zeiss, аэлектронную начинку — Schneider.
<span Arial",«sans-serif»">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.)
<span Arial",«sans-serif»">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: CompositeVideo (PAL, NTSC), Component(YUV и RGB), D1, HDTV, DVB; компьютерные: VGA, XVGA, SXGA и т. д. Проекторимеет систему синхронизации с источником сигнала и аппаратно интерполируетизображение на максимальное число строк.
<span Arial",«sans-serif»">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 основе материалов GaPAs, GaInP,AlGaAs (для красной области видимого излучения иближней ИК-области с? от 0,57 до 0,91 мкм), КПД может превышать 90%!
<span Arial",«sans-serif»"> <span Arial",«sans-serif»">Применение<span Arial",«sans-serif»"> Проектор рассчитан напрофессиональное применение: презентации, шоу, конференции, медицина. Он хорошоподходит для космического и авиа- моделирования, военных командных пунктов,центров управления, систем виртуальной реальности и тренажёров. Компания Schneider активно сотрудничает в этом направлении с STN-Atlas, а вместе с Silicon Graphics на основе ZULIP разрабатывает систему проекцииизображения на весь купол для создания виртуальной реальности.
<span Arial",«sans-serif»"> Для занимающихся компьютерной графикой,анимацией и видеомонтажом Ziess предлагает кLDT-проектору ZULIP DVD-плейер с 6-канальнойаудиосистемой или же систему нелинейного видеомонтажа Fast-601-Video с наборомжестких дисков для хранения видео и аудио.
<span Arial",«sans-serif»"> <span Arial",«sans-serif»"><span Arial",«sans-serif»"> <span Arial",«sans-serif»">Будущее LDT<span Arial",«sans-serif»"><span Arial",«sans-serif»">
<span Arial",«sans-serif»">В этом году планируется выпустить 50проекторов по технологии LDT. В 2001 году — свыше 100 штук. Проекторы будутпроизводиться на заводе Carl Zeissв г. Иена. К 2002 году должен быть построен новый завод в г. Гера, на которомначнётся массовое производство проекторов. Schneider Laser Technologies продолжаетпроводить исследования по совершенствованию своей технологии, и в первуюочередь по созданию нового поколения мощных компактных лазеров. Фирманамеривается в ближайшие годы занять 20% рынка профессиональных устройств, а к2004/2005 году сделать доступными свои проекторы для домашнего использования иначать производство телевизоров на основе LDT. Ну, а пока цена этого "чудо-проектора" составляет около 400 000 немецкихмарок.<span Arial",«sans-serif»">
<span Arial",«sans-serif»">Вывод
<span Arial",«sans-serif»">Применениелазеров в телевидении в дальнейшем довольно перспективная, но на сегодняшнийдень довольно дорогая технология.
<span Arial",«sans-serif»">
<span Arial",«sans-serif»">
<span Arial",«sans-serif»">
<span Arial",«sans-serif»">
<span Arial",«sans-serif»">
<span Arial",«sans-serif»">
<span Arial",«sans-serif»">
<span Arial",«sans-serif»">