Принципы отображения информации на больших экранах

Для отображения информации, используемой одновременно группой людей, приме­няются экраны больших форматов с рабочей поверхностью от одного до десятков квад­ратных метров. Преобра­зование информации, выводимой на большой экран, основывается на самых различных принципах. Множество известных устройств работает с промежуточ­ным носителем информации: фотоплен­кой, фотополупроводниковой пластиной и т. д. Полученное на таком носителе изображение проециру­ется с помощью оптической системы на экран. При хорошем качест­ве отображения все эти устройства в принципе не могут работать в реальном масштабе времени с системой, включающей ЭВМ, ввиду чего область их применения ограничена.

Проекционные ЭЛТ, известные достаточно давно, в последние годы значительно усовершенствованы. Основные требования к таким трубкам - повышенная яркость при малых габаритных разме­рах. Это достигается применением люминофоров с высокой свето­отдачей и увеличением анодного напряжения (до 40—80 кВ). При относительно не­больших размерах трубки с ее поверхности удается получить световой поток порядка 1000 лм. На базе такой ЭЛТ строятся системы с экраном размером до 3 3 м. Ввиду большой мощности электронного пучка здесь возникает необходи­мость использовать принуди­тельное охлаждение трубки и специаль­ную защиту от рентгеновского излучения. Другим недостатком является чувствительность к уровню внешней засветки экрана, что ограничи­вает область применения таких устройств.

Светоклапанные проекционные системы обеспечивают значи­тельно лучшее каче­ство изображения в условиях внешней засветки и большие размеры экрана, хотя они и сложнее по конструкции, чем системы с проекционными ЭЛТ. Под общим термином «светокла­панные» объединены все устройства, которые модулируют свет внешнего ис­точника, меняя параметры пропускающей его среды. Наиболее распространены устрой­ства, в которых изменяющейся средой явля­ется тонкая масляная пленка с определенными оптическими и элек­трическими характеристиками. Принцип работы светоклапанного уст­ройства отображения упро­щенно показан на рис. 14. Свет от мощного источника с линзо­вой оптикой 1 обеспечивающей рав­номерность потока, попадает на щелевое зеркало 2 и отражается им на сферическое зеркало 6, по­крытое масляной пленкой 7. Зер­кала сориен­тированы таким обра­зом, что при гладкой пленке свет, отражаясь, возвращается в на­прав­лении к источнику, а эк­ран 4 остается незасвеченным. Деформация пленки в какой-либо точке вызывает отклонение отра­жающегося от нее луча, который, проходя через щель зеркала 2, попадает с помощью проекцион­ной оптики 3 в определенную точ­ку экрана. Яр­кость свечения пят­на на экране определяется сте­пенью деформации пленки, которая, в свою очередь, зависит от величины заряда, устанавливаемого на ее поверхности элек­тронным пучком. При снятии заряда пленка достаточно быстро приходит к исходному со­стоянию. Скорость процесса деформации и восста­новления зависит от вязкости пленки и температуры. Электронная пушка 5, генерирующая электронный пучок, заключена в об­щую со сферическим зеркалом стеклянную оболочку, в которой поддержи­вается вакуум. Пучок фокусируется, отклоняется электромагнитной системой и модулируется по мощно­сти аналогично тому, как это происходит в обычных ЭЛТ. Отображение информации осуществля­ется растровым способом по телевизионному стандарту. В некоторых устрой­ствах достигается и более высокая разрешающая способность (до 1000 строк).

Рис. 14. Упрощенная схема расположения элементов светоклапанного устройства

Для поддержания работоспособности описанного устройства не­обходим ряд мер, усложняющих его конструкцию. В частности, требуется поддерживать постоянный хими­ческий состав и темпера­туру пленки, удалять примеси и остаточные заряды, обеспечивать работоспособность катода и т. д.

Описаны также проекционные системы, работающие на пропускание света, в кото­рых модулятором является ЖК панель. Участки панели меняют коэффициент пропуска­ния под воздействием оптических или электрических сигналов.

Лазерные средства отображения на большой экран находятся в настоящее время в стадии эксперимента, однако важные достоин­ства — высокая разрешающая способность, быстродействие, воз­можность цветных изображений, отсутствие необходимости в проме­жуточных носителях — позволяют считать их наиболее перспектив­ными из имеющихся средств коллективного пользования. Использу­емые для этой цели лазеры имеют непре­рывный режим работы со стабильной выходной мощностью. Это обычно криптоновые ионные лазеры, излучающие красный цвет, и аргоновые, излучающие синий или зеленый цвет.

Наиболее развиты методы, при которых изображение создается непосредственно лу­чами лазера, направляемыми на экран. В упрощенном виде схема лазерного устройства отображе­ния приведена на рис. 15. Элек­трооптический модулятор работа­ет на принципе вращения плоско­сти поляризации. На выходе мо­дулятора действует анализатор, пропус­кающий амплитуду коге­рентного излучения, пропорцио­нальную косинусу угла поляриза­ции. Угол поляризации меняется в зависимости от приложенного к модулятору электри­ческого на­пряжения. Управляя поляризацией луча воздействием напряжения на кристалл (вводя фазовое запаздывание на 180°), можно обеспечить его распространение в одном из двух фиксиро­ванных направлениях. В принципе, имея набор аналогичных пе­реключате­лей, через которые последовательно проходит луч, можно дискретно управлять его проек­цией на экран.

Рис. 15. Схема лазерного устройства отображения:

1 – лазер; 2 – электрооптический модулятор; 3 – отклоняющая система (дефлектор); 4 – управление модулятором и дефлектором; 5 – экран

Основные трудности в развитии лазерных устройств отображе­ния в настоящее время заключаются в высокой сложности управля­ющих электрооптических блоков, обеспечении стабильности их ра­боты в обычных условиях. Проблемой является также достижение дос­таточной яркости изображения на большом экране, так как излучение лазеров имеет зна­чительно более низкую световую отда­чу, чем излучение обычных источников.