Лазерные средства отображения информации (стр. 2 из 3)

Одним из очевидных применений голограмм является объемное телевидение. Исходная голограмма может регестрироваться непосредственно на поверхности изображения в телевизионной камере. При сканировании эта голограмма преобразуется в телевизионный сигнал, который может наблюдаться на специально сконструированном приемнике. Трудности осуществления такой системы связаны с необходимостью использовать очень широкую полосу частот для передачи сигнала, совершенствовать устройства, преобразующие изображение в видеосигнал, применять когерентный свет для освещения объекта и специальный приемник. Однако голографическая фототелеграфная система может быть изготовлена при существующем состоянии техники.

Устройства отображения информации на лазерных генераторах света.

Применительно к индикаторным устройствам представляют интерес следующие свойства излучения лазеров: пространственная когерентность, временная когерентность, цвет и яркость.

Когерентность - высокая степень согласованности фаз колебаний, образующих волновой фронт. Пространственная когерентность означает жесткую взаимосвязь фаз колебаний, разделенных временным интервалом, и равнозначна узкополосности по частоте.

Лазер представляет собой когерентный источник света. Путем подбора трех источников света с соответствующими основными цветами и введения их в схему аддитивного образования цветов можно воспроизвести широкую гамму цветов. Для получения основных цветов могут быть использованы гелий - неоновые и арго - неоновые лазеры.

Пиковая яркость (кд/м ) рассматриваемого участка изображения

B = GFnKз/( S), (2)

где - световой КПД оптической системы; G - коэффициент яркости экрана; Fn - пиковое значение светового потока, лм; Кз - коэффициент заполнения, равный отношению времени пребывания луча лазера на любом элементе изображения ко времени воспоизведения этогор изображения, м .

Пиковое значение светового потока

Fn = WK C, (3)

где W - выходная мощность лазера, Вт; К - значение функции относительной видности для излучения источника света; С - коэффициент пересчета , лм/Вт. Если длина волны = 555нм, то коэффициент С=680 лм/Вт.

На рис. показана схема УОИ с использованием лазера. Лазер Л, оптический модулятор МО, дефлектор Д, схема управления модулятором СУМ, схема управления дефлектором СУД и источник питания ИП образуют лазерный проектор. Отображается информация на экране Э. Вспомогательное оборудование, в которое входит ЭВМ и буферно - преобразовательное запоминающее устройство БЗУ, лазерный проектор и экран обеспечивают управление процессом отображения информации, а также долговременное и кратковременное ее хранение.

При разработке УОИ на лазерах используются следующие методы : визуальная лазерная индикация,когда на экран направляется собственный свет лазера; индикация с активным экраном,когда луч лазера применяется лишь для управления световым излучением некоторого активного материала экрана;лазерно-лучевой световой клапан,когда луч лазера обеспечивает местное управление оптическими параметрами некоторого материала (его коэффициентом отражения или коэффициентом пропускания),а отдельный источник обычного типа дает свет для проекции на экран;лазерный генератор изображения с непосредственным воздействием на объемный резонатор (такой генератор позволяет получить двумерное изображение непосредственно от лазерного источника).

При отображении информации используют способ “последовательной выдачи”, когда луч лазера последовательно обходит все точки поверхности экрана, либо способ “выборочного отображения”,когда луч лазера направляется только на те элементы экрана,в которые вводится информация.

Модулятор света предназначен для наложения изменяющейся во времени информации на излучение лазера путем изменения во времени его яркости. Если изменения информации синхронизированы с перемещением луча дефлектора, то информация превращается в зрительно воспринимаемое изображение.

К основным характеристикам модулятора относят ширину полосы частот, характеристики светопропускания и воспроизведения полутонов, контрастные характеристики, рассеиваемую мощность, линейность и требования к модулирующему сигналу. Требуемая полоса частот модулятора зависит от необходимого качества изображения и способа отображения. При последовательной выдаче число строк

n =2*0,75df(1-C0)/(fkRc), (4)

где df - ширина полосы частот или верхняя граничная частота модулятора,МГц; C0 - отношение времени обратного хода к полному времени развертки; fk - частота смены кадров, с ; Rc - разрешающая способность по строкам, линия/кадр; 0,75 - коэффициент, учитывающий формат кадра, равный 4:3.

Коэффициент 2 в (4) учитывает, что переход от черного элемента развертки к соседнему белому происходитза время одного периода модулирующего сигнала.

При выборочном отображении ширина полосы частот модулятора определяется быстродействием системы отклонения. В этом случае модулятор в основном используют только для гашения луча в моменты его переключения, т. е. при переходе от знака к знаку, и поэтому требуемая ширина полосы частот оказывается меньшей, чем в первом случае.

Характеристики светопропускания модулятора в значительной мере определяют его надежность, так как рассеяние даже нескольких процентом мощности лазера может привести к перегреву кристаллических элементов, из которых изготовляют модуляторы.

Контраст характеризуется отношением максимальной мощности, проходящей через модулятор, находящийся в возбужденном состоянии, к минимально достижимому значению мощности, которая тем меньше, чем меньше расходимость луча. Используя лучи с минимальным угловым расхождением, можно за счет ухудшения светопропускания повысить контраст. Для получения пяти градаций полутонов требуется контрастность больше 20 и линейная модуляционная характеристика. Этими трабованиями можно пренебречь, если устройство должно отображать знаки, а не полутоновые изображения.

Для изменения интенсивности луча лазера используются различные способы. Необходимость воспроизведения широкой полосы частот с целью получения высокой разрешающей способности требует быстродействующих устройств, в качестве которых используют электрооптические модуляторы с линейным или квадратичным эффектом.

Линейный электрооптический эффект (эффект Поккелса) возникает при возбуждении кристаллов дигидроген фосфата калия, дидейтериум фосфата калия, дигидроген фосфата аммония. Характерная черта таких модуляторов - то, что приложенное электроческое поле параллельно направлению светового луча.

Многие изотропные материалы, помещенные в электроческое поле, ведут себя подобно одноосным кристаллам, оптическая ось которых совпадает с направлением поля. В этом случае наведенное двойное лучепреломление является функцией квадрата напряженности электрического поля, а само явление называется квадратичным электрооптическим эффектом (эффект Керра). Квадратичный эффект наблюдается при использовании нитробензола, кристаллов из семейства перовскитов и т. д.

Дефлекторы, осуществляющие управление лучом, основаны на различных способах отклонения луча: механическом, рефракционном, дифракционном, когерентной оптической фазовой решетки, двоичного электрооптического управления положением луча и др.

Механический способ реализуется с помощью применения двух вращающихся многогранных призм или зеркала с весьма высоким коэффициентом отражения, перемещающего по горизонтали и вертикали пьезоэлектрическим и гальванометрическим приводами. Способ обеспечивает относительно большие рабочие углы отклонения (до 10 - 12 ) и достаточно высокий оптический коэффициент полезного действия. Быстродействие таких устройств мало, поэтому их можно использовать лишь при режиме последовательной выдачи. Кроме того, им свойственны нестабильность, жесткие допуски на элементы, трудности синхронизации и т. д.

Рефракционный способ реализует известное оптическое свойство - отклонение светового луча в следствии преломления (рефракции) на границе

двух прозрачных сред. В этом случае применяют электрооптическую призму или ультразвуковую рефракционную ячейку.

Дифракционный способ может быть использован , если диаметр падающего светового пучка существенно больше длины ультразвуковой волны, когда возникает дифракция света (при растровой развертке). Он обеспечивает малые рабочие углы (до нескольких градусов) и низкую эффективность отклонения.

Способ когерентной оптической фазовой решетки основан на свойстве излучения лазера, характеризующимся высокой степенью временной и пространственной когерентности. Это свойство используется для отклонения лазерного луча за счет разделения его на множество параллельных лучей и изменения относительных фаз между соседними лучами в ближней зоне поля. Этот способ требует высокой стабильности как источники света, так и дефлектора и имеет ряд других ограничений.

Способ двоичного электрооптического управления световым лучом основан на использовании свойства двойного лучепреломления некоторых веществ. В таких веществах обычный неполяризованный луч света расщепляется на два луча. Один из лучей называется обыкновенным, а другой - необыкновенным. Эти лучи линейно поляризованы, причем плоскости их поляризации взаимно ортогональны. Если свет, падающий на вещество с двойным лучепреломлением (по нормали), полностью линейно поляризован и его плоскость поляризации совпадает с плоскостью поляризации обыкновенного луча, то свет проходит не отклоняясь. Если падающий свет линейно поляризован в плоскости необыкновенного луча, выходной луч оказывается смещенным относительно точки выхода обыкновенного луча. Величина такого смещения пропорциональна толщине кристалла с двойным лучепреломлением (КДП). В качестве такого вещества используют кальцит. Кристалл такого рада может выполнять функцию двоичного переключения линейно поляризованного света, преобразующего обыкновенный О-луч в необыкновенный H- луч путем введения фазового запаздывания на 180 при воздействии на кристалл напряжения полуволнового запаздывания.