Материал: 516_Mamchev, G. V. Televidenie Vysokoj Chetkosti

Рис. 12.8. Структура лазерного диода NECSEL-типа

Компания Novalux (США) разработала относительно недорогие источники света для проекционных телевизоров, изготавливаемые по технологии NECSEL (Novalux Extended Cavity Surface Emitting Laser – лазер Novalux повышенной мощности с поверхностной эмиссией), являющейся дальнейшим развитием технологии VCSEL [81]. В нее заложен принцип получения мощного инфракрасного излучения на полупроводниках типа InGaAs (многослойные структуры из арсенида галлия с напряженными квантовыми ямами) и удвоения его частоты на нелинейных кристаллах из ниобата лития с периодической структурой

PPLN (Periodically Poled Lithium Niobate – периодический ниобат лития).

Структура светового излучателя NECSEL-типа показана на рис. 12.8. Данный лазерный диод состоит из p-n перехода, промежуточного слоя, в котором происходит рекомбинация электронов и дырок, и резонатора инфракрасного излучения, выполненного на двух зеркалах DBR (Distributed Bragg Reflector). Зеркало p-DBR со 100% отражением имеет тепловой контакт с основой (подложкой из окиси бериллия – BeO), обладающий высокой теплопроводностью. Расположенное над ним полупрозрачное зеркало n-DBR отделено от зеркала p-DBR областью усиления, содержащей квантовые колодцы, обеспечивающие эффективную излучательную рекомбинацию носителей. Базовый кристалл GaAs, на котором сформирована структура инфракрасного полупроводникового лазера, является одновременно тепловой линзой, фокусирующей излучение в область нелинейного кристалла и повышающей эффективность преобразования инфракрасного излучения в видимый свет. Внешний резонатор, настроенный на вторую гармонику инфракрасного излучения, то есть на длину волны выходного света, состоит из зеркала VBG (Volume Bragg Grating) и поверхности базового кристалла из арсенида галлия. Это позволяет использовать плоскую оптику и существенно упрощает производство. Нелинейный материал – периодический ниобат лития – используется для всех трех длин волны с небольшим изменением периода решетки. Никакие световые волноводы или сферические элементы не используются, что удешевляет производство. Изготовление излучателей NECSEL начинается с эпитаксиального наращивания на 4 пластине из арсенида галлия (GaAs) около тысячи структур лазерных диодов. Их можно проверить

до разделения полупроводниковой пластины на отдельные кристаллы и установки массива на теплоотвод. Красный (621 нм), зеленый (532 нм) и синий (465 нм) цвета могут быть реализованы в едином блоке излучателей.

Для примера на рис. 12.9 приведена зависимость средней выходной мощности второй гармоники NECSEL-излучателя от амплитуды тока управления, из которой видно, что лазерный диод характеризуется довольно широкой, близкой к линейной, зоной управления. Эффективность преобразования мощности излучателей NECSEL, определяемая как отношение мощности излучения к потребляемой мощности, в настоящее время составляет 5…6%. Ожидается, что при серийном производстве для излучателей мощностью более 4 Вт она возрастает до 10%, что гораздо выше, чем у больших по размерам плазменных и ЖКдисплеев. Эксперименты показали, что массив инфракрасных лазерных диодов NECSEL из 225 штук (15 15), расположенных на площадке 5 5 мм, в режиме параллельной непрерывной работы всех излучателей генерирует световой поток мощностью около 80 Вт. При этом температура p-n переходов массива диодов изменялась в пределах не более 3 С.

Массивы лазерных диодов NECSEL излучают пучки света с круговой поляризацией и слабо расходящимися, почти параллельными лучами. Такой свет может быть с помощью четвертьволновой пластинки практически без потерь преобразован в свет с заданной линейной поляризацией и эффективно использоваться для подсветки DMD-матрицы в проекционных DLP-телевизорах. Например, компания Mitsubishi (Япония) продемонстрировала разработанный ею лазерный DLP-телевизор проекционного типа, в котором нет цветного вращающегося светофильтра (Colorwheel), так как чередование цветов засветки микрозеркального чипа производится переключением компонентов (R, G, B) лазерного источника света Novalux. Причем лазерный HD-телевизор проекционного типа с размером экрана 55 (140 см по диагонали) имеет толщину 27 см. Одновременно компания Mitsubishi анонсировала свой новый 62 (157 см по диагонали) лазерный проекционный телевизор DLP-типа, сравнимый по толщине с плазменными дисплеями.

Рис. 12.9. Зависимость средней мощности излучения лазерного диода от тока

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Переход на цифровой стандарт телевизионного вещания позволяет практически реализовать объемное, то есть трехмерное телевидение (3D). 3Dтелевизоры и дисплеи стереоскопического типа, воспроизводящие левое и правое изображения (стереопару) объектов рассматривания, уже выпускаются рядом крупнейших в области телевизоростроения компаний: Samsung, Panasonic, Sony, JVC и др. Раздельное наблюдение левым и правым глазами зрителей отображаемой стереопары обеспечивается специальными устройствами пространственной селекции, среди множества которых наибольший практический интерес представляют очки из поляроидов и эклипсные (затворного типа) очки, использующие жидкие кристаллы.

Несмотря на сравнительно широкое распространение 3D-телевизоров с очками, данный способ воспроизведения стереоэффекта имеет существенный недостаток – собственно, необходимость телезрителям надевать очки. Это сложно для людей, использующих очки для коррекции зрения, и трудноприменимо в общественных местах. Однако в настоящее время рядом фирм стали выпускаться опытные партии 3D-телевизоров автостереоскопического типа, не требующих очков для наблюдения стереоскопических изображений. Функционирование подобных моделей телевизоров основано на использовании оптического растра лентикулярного типа, состоящего из большого количества миниатюрных цилиндрических линз, расположенных вертикально. Разработка линзоворастровых 3D-устройств началась еще в прошлом веке, но действительно хорошего стереоэффекта и определенного коммерческого успеха удалось добиться лишь сравнительно недавно с появлением жидкокристаллических экранов высокого разрешения с размером воспроизводимых изображений по диагонали в 1…1,5 м, то есть 39…59 дюймов. Современные воспроизводящие устройства жидкокристаллического типа позволяют одновременно отображать несколько изображений одного и того же объекта, полученных с разных точек зрения, то есть многоракурсные изображения, обеспечивающие эффект оглядывания, тем самым создавая условия рассматривания, наиболее близкие к естественным. В соответствии с классификацией Международного союза электросвязи многоракурсные автостереоскопические системы относятся к системам трехмерного телевидения второго поколения.

Телевизионное воспроизводящее устройство автостереоскопического типа представляет собой жидкокристаллический экран, к фронтальной плоскости которого прикреплены цветной светофильтр, состоящий из совокупности чередующихся горизонтальных полосок фильтров основных цветов R, G и В, в сочетании с оптическим растром (рис. З.1). В данной конструкции следует обеспечить выполнение следующего условия: плоскость, в которой формируются изображения пикселей жидкокристаллической панели, должна совпадать с фокальной плоскостью вертикальных линз оптического растра. Число однородных, вертикально расположенных цилиндрических линзочек оптического раст-

Рис. З.1. Конструкция телевизионного воспроизводящего устройства автостереоскопического типа:

1 – жидкокристаллический экран; 2 – цветной светофильтр; 3 – оптический растр; fр – фокусное расстояние растра

ра выбирается таким, чтобы структура растра не была заметна глазу наблюдателя. Следовательно, оптические растры, предназначенные для применения в стереотелевизионных устройствах стандартного разрешения, должны в горизонтальном направлении содержать не менее 800 линзочек. При отображении стереотелевизионных изображений высокого разрешения число цилиндрических линз оптического растра должно соответствовать стандарту телевидения высокой четкости (ТВЧ), то есть быть равным 1920.

Зрители непосредственно через оптический растр рассматривают сформированное на передающей стороне телевизионной системы с помощью компьютерной программы Octopus Multiview Editor кодированное стереоизображение, составленное из чередующихся двух или нескольких штриховых изображений разных ракурсов объекта [82]. Причем под каждой вертикально расположенной линзой оптического растра, работающей как миниатюрная проекционная система, оказывается совокупность воспроизводимых вертикальных полос (штрихов): каждая от изображения соответствующего ракурса.

Световые лучи от всех элементов (штрихов) воспроизведенного кодированного изображения каждого ракурса, проходя через оптический растр, собираются в определенной точке схода, в которой и образуется зона видения изображения данного ракурса (рис. З.2). Поскольку глаза наблюдателя расположены на расстоянии глазного базиса друг от друга, в среднем равного 65 мм, то один глаз будет наблюдать изображение, сформированное из одной группы пикселей, а другой – изображение из второй группы. При перемещении головы относительно экрана влево или вправо воспринимаемые наблюдателем пары изображений, формируемых различными группами пикселей, будут чередоваться,

305

Рис. З.2. Оптическая схема простраственного разделения изображений

трех ракурсов с помощью оптического растра

обеспечивая тем самым эффект оглядывания. Связь между расстоянием рассматривания стереоизображения от стереоэкрана и его параметрами определяется следующим выражением:

l fр n1tр mрn2 tрn2 n2 mр tр ,

где n1 – показатель преломления воздуха; n2 – показатель преломления материала оптического растра; tр – шаг оптического растра; mр – расстояние между элементарными штрихами кодированного изображения одного ракурса.

При использовании типового жидкокристаллического устройства для воспроизведения телевизионных изображений двух ракурсов каждая вертикальная линза правильно подобранного растра, совмещенного с фронтальной поверхностью экрана, будет прикрывать два столбца пикселей (шесть столбцов субпик-