За формирование трехмерной картинки отвечает видеокарта GeForce 8800, создающая более 5.000 изображений трехмерного объекта в секунду. Изображения проецируются на быстро вращающееся зеркало при помощи высокоскоростной проекционной системы. Здесь же необходимо отметить разработку исследователями специального MCOP-алгоритма, который обеспечивает корректное отображение картинки, независимо от места расположения наблюдателя и его расстояния до голографического дисплея.
Уникальная система уже демонстрировалась публике, причем в качестве "экспоната" был выбран космический корабль из фантастического фильма "Star Wars" (см. приложенеие О, рис.18). В данный момент исследователи заняты работой над улучшением системы - повышением качества голограммы, реализацией возможности формирования правильного изображения при изменении положения точки наблюдения в вертикальной плоскости.
Является необходимым определить возможные области применения 3-D технологий:
- геология (анализ и оценка спутниковых фотографий или карт);
- 3D-анимация и 3D-видео;
- образование;
- 3D-рабочие станции/САПР;
- компьютерные игры;
- дизайн и архитектура;
- медицина;
- военные применения;
- биохимия и химия;
- управление воздушным движением.
Конечно, этот список не претендует на завершённость. Но он позволяет дать общее представление. Как правило, 3D-дисплей может существенно облегчить работу там, где требуется пространственное представление.
Схемы дисплея и видеотерминального устройства изображены в Приложении П, рис. 19 и рис. 20.
2 УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ВИДЕОТЕРМИНАЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ
Максимальная яркость дисплеев ЭЛТ — 100–120 кд/м2. Увеличить ее трудно из-за непомерного роста ускоряющих напряжений на катодах электронных пушек, что приводит к побочным эффектам — таким, как повышенный уровень излучения и ускоренное выгорание люминофорного покрытия. У ЖК-мониторов в этой области нет конкурентов. Максимальная величина яркости в принципе определяется характеристиками ламп дневного света, которые используются для подсветки экрана. Не является проблемой получение яркости порядка 200–250 кд/м2. Хотя технически вполне возможно ее увеличение до значительно более высоких значений, этого не делают, чтобы не ослепить пользователя.
После настройки монитора на заводе он проделывает долгий путь, прежде чем попадет на стол к пользователю. На этом пути монитор подвергается различным механическим, термическим и прочим воздействиям. Это приводит к тому, что предустановленные настройки сбиваются и после включения изображение на экране отображается не очень качественно. Этого не может избежать ни один монитор. Для того, чтобы устранить эти, а также прочие, возникающие в процессе использования монитора, дефекты, монитор должен обладать развитой системой регулирования и управления, в противном случае потребуется вмешательство специалистов.
Под управлением понимают подстройку таких параметров, как яркость, геометрия изображения на экране. Существуют два типа систем управления и регулирования монитора: аналоговые (ручки, движки, потенциометры) и цифровые (кнопки, экранное меню, цифровое управление через компьютер). Аналоговое управление используется в дешевых мониторах и позволяет напрямую изменять электрические параметры в узлах монитора. Как правило, при аналоговом управлении пользователь имеет возможность настраивать только яркость и контраст. Цифровое управление обеспечивает передачу данных от пользователя к микропроцессору, управляющему работой всех узлов монитора. Микропроцессор на основании этих данных делает соответствующие коррекции формы и величины напряжений в соответствующих аналоговых узлах монитора. В современных мониторах используется только цифровое управление, хотя количество контролируемых параметров зависит от класса монитора и варьируется от нескольких простейших параметров (яркость, контраст, примитивная подстройка геометрии изображения) до сверхрасширенного набора — 25–40 параметров, обеспечивающие точные настройки и более простые в эксплуатации.
Большинство производителей электронно-лучевых трубок нормирует среднее время безотказной работы (MTBF — Mean Time Before Failure) от 30 до 60 тыс. часов, что обеспечивает бесперебойную работу устройства в течение не менее 3,5 лет. После этого изображение может начать терять яркость и контрастность.
В данном проекте предлагается усовершенствование монитора на ЭЛТ посредством введения блока автоматического регулирования яркости свечения экрана от освещенности рабочего места.
Блок состоит из фоторезистора, который регулирует, посредством своего сопротивления током на базе управляющего транзистора. Сопротивление фоторезистора зависит от освещенности последнего.
2.1 Фоторезисторы
Фоторезисторы как элементы цепи преобразования информации применяются в различных системах, предназначенных для контроля и измерения геометрических размеров и скоростей движения объектов, температуры, управления различными механизмами, для определения качественного состава твердых, жидких и газообразных сред, включения и выключения различных устройств и т. д. При этом во многих случаях фоторезисторный способ получения и обработки информации дает явное преимущество по сравнению с другими способами.
Эксплуатация фоторезисторных устройств показывает их высокую надежность и широкие возможности.
Успехи в развитии фоторезисторной автоматики стали возможными благодаря значительному усовершенствованию конструкции и расширению номенклатуры серийно выпускаемых фоторезисторов. Они обладают высокой чувствительностью, достаточно малой инерционностью, имеют незначительные габариты, долговечны в работе, обеспечивают бесконтактные измерения и контроль. При их применении достигается односторонность связи между источником сигнала информации – излучателем и потребителем – фоторезистором.
В последние годы фоторезисторы широко применяются во многих отраслях науки и техники. Это объясняется их высокой чувствительностью, простотой конструкции, малыми габаритами и значительной допустимой мощностью рассеяния. Значительный интерес представляет использование фоторезисторов в оптоэлектронике. В современной электронной технике широко используются полупроводниковые приборы, основанные на принципах фотоэлектрического и электрооптического преобразования сигналов. Первый из этих принципов обусловлен изменением электрофизических свойств вещества в результате поглощения в нем световой энергии (квантов света). Второй принцип связан с генерацией излучения в веществе, обусловленной приложенным к нему напряжением и протекающим через светоизлучающий элемент током. Указанные принципы составляют научную основу оптоэлектроники – нового научно-технического направления, в котором для передачи, обработки и хранения информации используются как электрические, так и оптические средства и методы.
2.1.1 Устройство, характеристики, принцип действия фоторезисторов
Все многообразие оптических и фотоэлектрических явлений в полупроводниках можно свести к следующим основным:
– поглощение света и фотопроводимость;
– фотоэффект в p-n переходе;
– электролюминесценция;
– стимулированное когерентное излучение.
Явлением фотопроводимости называется увеличение электропроводности
полупроводника под воздействием электромагнитного излучения. Причина
фотопроводимости — увеличение концентрации носителей заряда — электронов в зоне проводимости и дырок в валентной зоне. Вследствие этого проводимость полупроводника возрастает на величину
Ds = e (mnDni + mpDpi), (2.1)
где e – заряд электрона;
mn – подвижность электронов;
mp – подвижность дырок;
Dni – концентрация генерируемых электронов;
Dpi – концентрация генерируемых дырок.
Поскольку основным следствием поглощения энергии света в полупроводнике является перевод электронов из валентной зоны в зону проводимости, то энергия кванта света фотона должна удовлетворять условию
hnкр ³ DW, (2.2)
где h – постоянная Планка;
DW – ширина запрещенной зоны полупроводника;
nкр – критическая частота электромагнитного излучения (красная граница фотопроводимости).
Излучение с частотой n < nкр не может вызвать фотопроводимость, так как энергия кванта такого излучения hn < DW недостаточна для перевода электрона из валентной зоны в зону проводимости. Если же hn > DW, то избыточная относительно ширины запрещенной зоны часть энергии квантов передается электронам в виде кинетической энергии.
Критической частоте nкр соответствует граничная длина волны:
lгр=с / nкр, (2.3)
где с - скорость света (3·108 м/с).
При длинах волн, больших граничной, фотопроводимость резко падает. Так, для германия граничная длина волны составляет примерно 1.8 мкм. Однако спад фотопроводимости наблюдается и в области малых длин волн. Это объясняется быстрым увеличением поглощения энергии с частотой и уменьшением глубины проникновения падающей на полупроводник электромагнитной энергии. Поглощение происходит в тонком поверхностном слое, где и образуется основное количество носителей заряда. Появление большого количества избыточных носителей только у поверхности слабо отражается на проводимости всего объема полупроводника, так как скорость поверхностной рекомбинации больше объемной и проникающие вглубь не основные носители заряда увеличивают скорость рекомбинации в объеме полупроводника.
Фотопроводимость полупроводников может обнаруживаться в инфракрасной, видимой или ультрафиолетовой частях электромагнитного спектра в зависимости от ширины запрещенной зоны, которая, в свою очередь, зависит от типа полупроводника, температуры, концентрации примесей и напряженности электрического поля.