Механические мониторы
Электроника окружает нас в данный момент со всех сторон и для нас является само собой разумеющимся, что любые сложные системы, так или иначе, включают в свой состав электронные компоненты.
Особенно это стало ярко проявляется в тот момент, когда появились миниатюрные сложные электронные схемы, помещенное внутрь компактных корпусов — интегральные микросхемы.
Однако так было не всегда. Ввиду того, что предыдущие поколения были вынуждены довольствоваться более громоздкими электронными решениями, некоторые решения были невозможны в принципе, даже такая сложная система как телевидение, — была представлена в механическом виде!
Конечно, с точки зрения нашего современного момента, это кажется невероятным, что телевидение может быть механическим, — у современного человека даже не укладывается в голове!
Однако в истории отображения и передачи информации была и такая страница. Хотя, если хорошо подумать это не является таким уж невероятным, — ведь если вспомнить, даже широко известный кинематограф, — представляет собой механическую систему! Мало того, в кинематографе не только изображения нанесены на ленту, но и звук кодирован оптическим способом прямо на киноленте.
В основу механического телевидения было положено изобретение, называемое «диском Нипкова».
Рисунок 1: диск Нипкова (согласно wikipedia)
Данный диск изготовлялся из непрозрачного материала, по которому на равных расстояниях друг от друга, нанесены были по окружности, сходящиеся к центру диска по спирали — отверстия.
При вращении данного диска, если зона обзора представляет собой узкий сектор в районе 90 градусов или менее, то хорошо видно, как эти отверстия пробегают по данному сектору, как бы сканируя его, строка за строкой. Именно на основании данного принципа и было построено механическое телевидение.
Вкратце это работало следующим образом: изображение, захватываемое объективом камеры, проецировалась на сектор диска. Вращающийся диск сканировал получающееся изображение строка за строкой. Прямо за этим диском находился фотоприемник, который принимал получающееся изображение. Таким образом, можно сказать, что изображение сканировалось и кодировалось для передачи его приемному устройству.
Приемное устройство, в свою очередь, представляло собой подключенный к радиоприемнику источник света, а также синхронизированный и вращающийся в точности с такой же скоростью диск Нипкова, как и диск перед камерой.
Источник света, получающий сигналы от радиоприемника мерцал с определённой частотой, что позволяло, смотря в такой же сектор, находящийся прямо за диском, получить кодированные изображения, снятые на передающем конце.
Несмотря на то, что по горизонтали разрешение данного способа сканирования было достаточно большим, по вертикали изображение было весьма ограничено и состояло из ряда линий.
Ситуация особенно осложнялась тем, что количество линий в различных стандартах было разное. Кроме того, устройства, построенные на основе диска Нипкова, были достаточно громоздкими. Однако, несмотря на все их недостатки, это был уже существенный прорыв и люди той поры искренне восхищались таким достижением науки и техники.
Некоторые даже создают вполне рабочие экземпляры, даже сейчас:
Со временем, данный принцип был заменён на более перспективный электронно-лучевой принцип развертки, который копировал изначальный принцип, положенный в основу работы диска Нипкова, — получение изображения с помощью построчной его прорисовки. Именно на основе данного подхода работали все дальнейшие телевизоры и экраны с электронно-лучевой трубкой.
Казалось бы, все эти события в данный момент уже воспринимаются как некий курьез из далекого прошлого. Особенно это касается молодого поколения, которое не застало электронно-лучевых трубок и всю свою жизнь проводит в окружении электронных плоских мониторов.
Однако, несмотря на такие впечатляющие достижения современной науки и техники, существует до сих пор одна область, где построение изображения до сих пор ведется механическим способом! Мало того, этот принцип и не собирается умирать и уступать сцену другим принципам построения изображения!
Возможно, многие уже догадались, о чём сейчас пойдёт речь, Однако если же нет, — подскажу, что поговорим мы о DLP технологии.
Данная технология является собственностью компании Texas Instruments, которая является мировым лидером в производстве устройств, на основе ее. Аббревиатура DLP расшифровывается как Digital Light Processing, то есть «цифровая обработка света».
Изобретение данного микрозеркального чипа было совершено в 1987 году Ларри Хорнбеком.
До этого момента компания вела разработки в области микрозеркальных систем, только отличались они от нынешнего прорывного варианта тем, что компания пыталась сделать гибкие микрозеркальные сборки. А после этого ключевого момента, — стала заниматься исключительно массивами жёстких микрозеркальных систем.
Эта технология является поистине удивительным сплавом современных достижений и механического подхода. А для тех, кто до сих пор не сталкивался с данной технологией или же сталкивался, но не интересовался глубоко, следующая информация будет насколько интересной, настолько и удивительной.
DLP технология базируется на основе понятия микроэлектронных механических устройств.
Суть данных систем заключается в том, что современная технология позволяет производить не только миниатюрную электронику, поражающую воображение, но и миниатюрные механические устройства, стоимость которых достаточно мала и позволяет иметь доступ к подобным технологиям любому человеку.
Данные микромеханические устройства производятся, как правило, с помощью фотолитографического способа. Среди подобных устройств, можно назвать такие широко применяющиеся компоненты, как гироскопы и акселерометры.
Физической основой DLP технологии являtтся DMD чип, что расшифровывается как Digital Micromirror Device (цифровой микрозеркальный чип).
Данный чип представляет собой квадратную матрицу, которая состоит из отдельных миниатюрных квадратиков, — подвижных зеркал.
Каждое зеркальце изготовлено из алюминиевого сплава и обладает очень высокой степенью отражения света. Каждое зеркальце может отклоняться на 20 градусов, в одну или другую сторону.
Для совершения данных движений, используются электростатические актуаторы, которые благодаря кулоновском силам, при подаче напряжения отклоняют зеркало. Скорость отклонения является очень большой и составляет порядка 11 микросекунд.
Из-за миниатюрных размеров зеркал, при создании данных чипов компании пришлось пройти через ряд технологических трудностей, среди основных из которых можно назвать залипание зеркал в одном из крайних положений. Это связано с тем, что при такой миниатюризации объекты начинают притягиваться друг к другу.
Чтобы решить данную проблему, компании пришлось применить специальные пружинящие упоры и смазку соприкасающихся поверхностей, после того, как была произведена финальная сборка каждого чипа.
Итак, мы подошли к описанию самого принципа работы данной системы: луч света от источника, через системы линз и оптический волновод (для создания однородного светового потока) направляется на DMD чип. Каждое зеркальце в этом чипе отклоняется, отбрасывая лучик света либо в выходной объектив проектора, либо на специальную темную пластину, называемую «ловушкой». Если зеркальце отбросило лучик света в объектив, то на экране мы видим светящийся пиксель, Если же зеркальце было повернуто в сторону ловушки, — то на экране образуется черная точка.
Как мы уже говорили ранее, зеркальце может с большой частотой отклоняться из одного положения в другое; мало того, достаточно сложно удержать зеркальце в каком-либо из фиксированных состояний, поэтому оно вынуждено колебаться. Изменяя скорость колебаний зеркальце, — мы можем регулировать яркость каждого конкретного пикселя в составе изображение, в результате,- и всего изображения в целом.
Однако, таким образом мы можем получить только чёрно-белое изображение. Каким же тогда образом, получается цветное изображение? Всё очень просто — для того, чтобы окрасить в какой-либо цвет лучик света, отброшенный в сторону экрана, достаточно на его пути поставить соответствующий светофильтр.
В современных видеопроекторах в роли данного светофильтра выступает цветовой диск. Как правило, данные светофильтры поддерживают стандартную модель RGB и состоят из трёх цветов: красный, зелёный, голубой. В некоторых проекторах, для повышения яркости изображения, -данное колесо содержит ещё и прозрачный сектор.
Однако, и это ещё не всё! Пропуская лучики света через соответствующее сектора, — можно получить только пиксель трех из возможных цветов. Каким же тогда образом получить смешанные цвета? Я думаю, все уже догадались: нужно просто «мигнуть» лучиком света несколько раз через соответствующие сектора, для одного и того же пикселя!
Несмотря на то, что отображение цветов происходит один за другим, благодаря быстрой их смене, — мозгом данная смена воспринимается как однородный цвет! Таким образом, можно получать миллионы цветов.
Технологии, на которых базируется производство DLP чипов, позволяет производить их с таким качеством, что они выдерживают наработку на отказ до 15000 часов и более (по данным открытых источников).
В современных видеопроекторах, данная конструкция уже постепенно отходит: вместо цветового колеса, используется несколько отдельных источников света. В качестве данных источников, могут быть использованы как сверхяркие светодиоды, так и лазеры. В случае использования лазерного излучения, изображение получается сочным и состоящим из натуральных нежных оттенков. Автор данной статьи пользуется одним из проекторов, который содержит в себе лазерный источник света и его изображение отличается всеми вышеперечисленными качествами.
В последние годы, появляются еще более интересные типы проекционных систем, которые содержат в себе так называемые сканирующие МЭМС зеркала.
Данное устройство представляет собой зеркало, которое может отклоняться в 2 плоскостях, благодаря чему, если на зеркальце направить луч света, — данный луч может описывать произвольную траекторию.
Хорошая презентация данных устройств показана в этих видео:
Если использовать данные сканирующие зеркальные системы в качестве системы развертки, для создания изображения, — то, фактически, данные зеркальца могут играть роль электронно-лучевой трубки, в предыдущих типах мониторов. То есть, строят изображение также, пробегая строку за строкой.
Подобные системы базируются, как правило, на лазерных источниках света, что позволяет сделать данные проекторы достаточно миниатюрными. К примеру, типичный проектор имеет размер современного смартфона!
Наработка на отказ данного типа сканирующих зеркал составляет триллионы изгибов подвесов (на которых данное зеркало закреплено).
Особым преимуществом данного типа проекционных систем является то, что использование лазерного луча позволяет получить четкое изображение на любых искривленных поверхностях. То есть, можно проецировать изображение не только на плоские экраны, как обычно это делается в кинотеатрах или видеопроекционных системах, а на абсолютно любой поверхности, — рифленой, изогнутой, дугообразной и т. д.
Несмотря на то, что изображение одновременно находится на разных частях неровного, изогнутого экрана, — оно абсолютно четкое и контрастное.
Первым устройством подобного типа был проектор Microvision ShowWX:
В настоящее время существуют и модели от других производителей. Например, Сelluon Picopro:
Или Nebra Anybeam:
Кроме того, данное свойство выбранных проекторов позволяет их применять в весьма интересном качестве, — когда их прикрепляют на имитатор оружия и ведут виртуальный бой в тёмной комнате. Данное применение выглядит интересной альтернативой трехмерным очкам:
В завершение данной статьи, можно сказать, что, несмотря на повсеместное проникновение разнообразных электронных технологий, механические способы создания изображения не спешат покинуть современный мир. Как знать, может быть, в ближайшем будущем, мы увидим ещё какое-либо впечатляющее применение симбиоза механики и электроники?
VDS серверы от Маклауд быстрые и безопасные.
Зарегистрируйтесь по ссылке выше или кликнув на баннер и получите 10% скидку на первый месяц аренды сервера любой конфигурации!
