Лазерные средства отображения информации
ждой точки объекта, регестрируется на всей поверхности плен-ки. Существуют и другие полезные особенности, но они мало значат для ин-дикации.
Одним из очевидных применений голограмм является объемное теле-видение. Исходная голограмма может регестрироваться непосредственно на поверхности изображения в телевизионной камере. При сканировании эта голограмма преобразуется в телевизионный сигнал, который может наблю-даться на специально сконструированном приемнике. Трудности осуществ-ления такой системы связаны с необходимостью использовать очень широ-кую полосу частот для передачи сигнала, совершенствовать устройства, пре-образующие изображение в видеосигнал, применять когерентный свет для освещения объекта и специальный приемник. Однако голографическая фо-тотелеграфная система может быть изготовлена при существующем состоя-нии 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 же-сткую 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 ге-лий - 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 за-полнения, 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 относи-тельной видности для излучения источника света; С - коэффициент пересче-та , лм/Вт. Если длина волны = 555нм, то коэффициент С=680 лм/Вт.
На рис. показана схема УОИ с использованием лазера. Лазер Л, опти-ческий модулятор МО, дефлектор Д, схема управления модулятором СУМ, схема управления дефлектором СУД и источник питания ИП образуют ла-зерный проектор. Отображается информация на экране Э. Вспомогательное оборудование, в которое входит ЭВМ и буферно - преобразовательное запо-минающее устройство БЗУ, лазерный проектор и экран обеспечивают управ-ление процессом отображения информации, а также долговременное и крат-ковременное ее хранение.
При разработке УОИ на лазерах используются следующие методы : ви-зуальная 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 экра-на;лазерно-лучевой световой клапан,когда луч лазера обеспечивает местное управление оптическими параметрами некоторого материала (его коэффици-ентом отражения или коэффициентом пропускания),а отдельный источник обычного типа дает свет для проекции на экран;лазерный генератор изобра-жения с непосредственным воздействием на объемный резонатор (такой ге-нератор позволяет получить двумерное изображение непосредственно от ла-зерного источника).
При отображении информации используют способ “последовательной выдачи”, когда луч лазера последовательно обходит все точки поверхности экрана, либо способ “выборочного отображения”,когда луч лазера направля-ется только на те элементы экрана,в которые вводится информация.
Модулятор света предназначен для наложения изменяющейся во вре-мени информации на излучение лазера путем изменения во времени его яр-кости. Если изменения информации синхронизированы с перемещением лу-ча дефлектора, то информация превращается в зрительно воспринимаемое изображение.
К основным характеристикам модулятора относят ширину полосы час-тот, характеристики светопропускания и воспроизведения полутонов, кон-трастные характеристики, рассеиваемую мощность, линейность и требования к модулирующему сигналу. Требуемая полоса частот модулятора зависит от необходимого качества изображения и способа отображения. При последо-вательной выдаче число строк
n =2*0,75df(1-C0)/(fkRc), (4)
где df - ширина полосы частот или верхняя граничная частота модуля-тора,МГц; C0 - отношение времени обратного хода к полному времени раз-вертки; fk - частота смены кадров, с ; Rc - разрешающая способность по строкам, линия/кадр; 0,75 - коэффициент, учитывающий формат кадра, рав-ный 4:3.
Коэффициент 2 в (4) учитывает, что переход от черного элемента раз-вертки к соседнему белому происходитза время одного периода модули-рующего сигнала.
При выборочном отображении ширина полосы частот модулятора оп-ределяется быстродействием системы отклонения. В этом случае модулятор в основном используют только для гашения луча в моменты его переключе-ния, 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, про-ходящей через модулятор, находящийся в возбужденном состоянии, к мини-мально достижимому значению мощности, которая тем меньше, чем меньше расходимость луча. Используя лучи с минимальным угловым расхождением, можно за счет ухудшения светопропускания повысить контраст. Для получе-ния 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 фос-фата калия, дигидроген фосфата аммония. Характерная черта таких модуля-торов - то, что приложенное электроческое поле параллельно направлению светового луча.
Многие изотропные материалы, помещенные в электроческое поле, ве-дут 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 яв-ление называется квадратичным электрооптическим эффектом (эффект Кер-ра). Квадратичный эффект наблюдается при использовании нитробензола, кристаллов из семейства перовскитов и т. д.
Дефлекторы, осуществляющие управление лучом, основаны на раз-личных способах отклонения луча: механическом, рефракционном, дифрак-ционном, когерентной оптической фазовой решетки, двоичного электрооп-тического управления положением луча и др.
Механический способ реализуется с помощью применения двух вра-щающихся многогранных призм или зеркала с весьма высоким коэффициен-том отражения, перемещающего по горизонтали и вертикали пьезоэлектри-ческим и гальванометрическим приводами. Способ обеспечивает относи-тельно большие рабочие углы отклонения (до 10 - 12 ) и достаточно высокий оптический коэффициент полезного действия. Быстродействие таких уст-ройств мало, поэтому их можно использовать лишь при режиме последова-тельной выдачи. Кроме того, им свойственны нестабильность, жесткие до-пуски на элементы, трудности синхронизации и т. д.
Рефракционный способ реализует известное оптическое свойство - от-клонение 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 па-дающего светового пучка существенно больше длины ультразвуковой волны, когда возникает дифракция света (при растровой развертке). Он обеспечива-ет малые рабочие углы (до нескольких градусов) и низкую эффективность отклонения.
Способ когерентной оптической фазовой решетки основан на свой-стве 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 по-ля. 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 расщеп-ляется на два луча. Один из лучей называется обыкновенным, а другой - не-обыкновенным. Эти лучи линейно поляризованы, причем плоскости их по-ляризации взаимно ортогональны. Если свет, падающий на вещество с двой-ным 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 поляри-зован в плоскости необыкновенного луча, выходной луч оказывается сме-щенным относительно точки выхода обыкновенного луча. Величина такого смещения пропорциональна
| |  скачать работу |
Лазерные средства отображения информации |
