DIY लेजर शो। भाग 1

ड्राइंग बीम: अतीत, वर्तमान और भविष्य।

यह विकास के इतिहास और सूचना के वेक्टर प्रदर्शन के लिए प्रौद्योगिकियों के संचालन के सिद्धांतों के बारे में एक परिचयात्मक लेख है।
इस तथ्य से नाराज़ मत हो कि यहाँ सब कुछ "विकिपीडिया" है, मैं सिर्फ बेवकूफ सवालों से थक गया।
जो लोग विषय में हैं, उन्हें लेख के अंत को पढ़ना दिलचस्प लग सकता है और अंत में लिंक द्वारा दूसरे भाग में जा सकते हैं।

थोड़ा इतिहास ...

यह सब इस तथ्य के साथ शुरू हुआ कि एक निश्चित जर्मन फर्डिनेंड ब्राउन ने तथाकथित कैथोड किरणों का अभ्यास करने की कोशिश की, एक विद्युत क्षेत्र में इलेक्ट्रॉनों के एक बीम को तेज किया, और 1897 में बहुत पहले कैथोड रे ट्यूब (सीआरटी, सीआरटी) का आविष्कार किया। यह एक ठंडा कैथोड के साथ एक ट्यूब था, एक कुल्हाड़ियों में से एक के साथ एक विद्युत चुम्बकीय विक्षेपण प्रणाली (दूसरी धुरी के साथ यह एक घूमता हुआ दर्पण था) और एक स्क्रीन एक फॉस्फर के साथ लेपित। अन्य वैज्ञानिकों (बोरिस रोसिंग, जॉन बी। जॉनसन, हैरी वेनर और टेलीविजन आविष्कारक व्लादिमीर ज़्वोरकिन) द्वारा आगे सुधार के दौरान, एक गर्म कैथोड, दूसरी धुरी के साथ एक विक्षेपण प्रणाली और स्क्रीन पर डॉट की चमक को नियंत्रित करने के लिए एक बीम इंटेंसिटी मॉड्यूलेटर को इसमें जोड़ा गया था। तो आधुनिक कैथोड रे ट्यूब का जन्म हुआ।


इसमें इलेक्ट्रॉन बीम ऊर्ध्वाधर और क्षैतिज विक्षेपन की प्लेटों के विद्युत क्षेत्र में अपना मार्ग बदल देता है (आकृति में पीला दिखाया गया है) और स्क्रीन के फॉस्फर में प्रवेश करता है, जिससे यह चमकता है। इस तरह की प्रणाली में चमक बिंदु के निर्देशांक डिफ्लेक्टिंग प्लेटों पर वोल्टेज द्वारा निर्धारित किए जाते हैं। लगभग ऐसे CRT को एनालॉग ऑसीलोस्कोप में स्थापित किया गया था। इलेक्ट्रोस्टैटिक के अलावा, बीम को विक्षेपित करने के लिए एक चुंबकीय प्रणाली है - एक इलेक्ट्रॉन बीम कॉइल द्वारा गठित चुंबकीय क्षेत्र के माध्यम से उड़ता है और कॉइल में वर्तमान ताकत के आधार पर अपने प्रक्षेपवक्र को बदलता है।

मानव दृष्टि की जड़ता और फॉस्फोर के बाद का उपयोग करना, स्क्रीन पर चित्र बनाना और सूचना प्रदर्शित करने का एक नया तरीका प्रकट हुआ, जो मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी (एमआईटी) के इंजीनियरों द्वारा उपयोग किया गया था, जो उस समय नवीनतम आउटपुट डिवाइस के साथ पहला व्हर्लविंड- I कंप्यूटर (1950) बना रहा था। वेक्टर स्कैनिंग प्रदर्शन। इसने वेक्टर स्कैनिंग (बीम की मनमानी स्कैनिंग के साथ) के साथ डिस्प्ले के विकास की शुरुआत को चिह्नित किया।



छवि गठन की पूरी ज्ञात रेखापुंज विधि में (बाईं ओर की आकृति में), बीम, लाइनों के साथ ग्लाइडिंग, असतत तत्वों से एक छवि बनाता है - चित्र बनाने वाले पिक्सेल; वेक्टर विधि में (दाईं ओर की आकृति में), बीम वैक्टर द्वारा स्थापित ग्राफिक प्राइमेटिक्स के साथ ग्लाइड होता है - एक सीधी रेखा, एक आयत, एक चक्र या एक वक्र, एक छवि बनाते हैं।
पिछली सदी के 60 के दशक के बाद से वेक्टर स्कैनिंग डिस्प्ले का व्यापक रूप से उपयोग किया गया है, और फिर भी, रास्टर वाले के विपरीत, उन्होंने 4096x4096 पिक्सल तक के संकल्पों का दावा किया।

कुछ समय पहले तक, इस तरह के डिस्प्ले को सक्रिय रूप से इस्तेमाल किया गया था (कुछ स्थानों पर अभी भी उपयोग किया जाता है) परीक्षण उपकरण में:



रडार स्टेशनों और वायु यातायात नियंत्रकों पर प्रदर्शन उपकरणों के रूप में:



और, निश्चित रूप से, ऑसिलोस्कोप में:



कई पुराने और आधुनिक ऑसिलोस्कोप एनालॉग वेक्टर डिस्प्ले मोड में काम करने की क्षमता रखते हैं। ऐसा करने के लिए, आपको ऑसिलोस्कोप को X / Y स्वीप मोड में स्विच करना होगा और बीम की क्षैतिज स्थिति को नियंत्रित करने के लिए एक्स-इनपुट का उपयोग करना होगा (कुछ मॉडल में जेड-इनपुट भी है जो बीम की चमक को नियंत्रित करता है)। हालांकि, "डिजिटल फास्फोरस" फ़ंक्शन के बिना आधुनिक डिजिटल ऑसीलोस्कोप पर, वेक्टर छवि अपने सभी आकर्षण खो देता है और डॉट-बनाने वाले वैक्टर के एक साधारण सेट की तरह दिखता है।

वर्तमान में

लैंप को लेज़रों द्वारा प्रतिस्थापित किया गया था, और मेमोरी को सस्ता करने और रेखापुंज स्कैनिंग के साथ उपकरणों के विकास के साथ, वेक्टर स्कैनिंग का उपयोग केवल कुछ निशानों में किया जाता है (और मुख्य रूप से एवियोनिक्स में और, हाल ही में, मोटर वाहन उद्योग में - बाहरी वातावरण की पृष्ठभूमि के खिलाफ छवियों को प्रदर्शित करने के लिए एचयूडी-सिस्टम, साथ ही साथ लेजर में भी। उत्कीर्णन और लेजर शो)।

चूंकि निम्नलिखित लेख एक लेजर प्रोजेक्टर के बारे में होंगे, आइए देखें कि यह ड्राइंग बीम को कैसे परिभाषित करता है।

वर्तमान में, लेजर बीम को नियंत्रित करने के दो तरीके लोकप्रिय हैं, और प्रत्येक के अपने नुकसान और फायदे हैं:

1. ध्वनिक-ऑप्टिकल डिफ्लेक्टर (AOD)

- लाभ: उच्च बीम विक्षेपन गति।
- नुकसान: कम रिज़ॉल्यूशन, स्कैनिंग का छोटा कोणीय क्षेत्र (बीम विचलन का कोण), उच्च शक्ति वाले लेजर बीम के साथ काम करने की कठिनाई, महंगी उच्च आवृत्ति नियंत्रण प्रणाली।

AOD निम्नानुसार काम करता है। एक वैकल्पिक रूप से सक्रिय क्रिस्टल में (उदाहरण के लिए, टीओ ₂ ) एक ध्वनिक लहर दसियों से सैकड़ों मेगाहर्ट्ज़ की आवृत्तियों से उत्साहित है; जब एक लेजर बीम इस तरह के क्रिस्टल से गुजरता है, तो विवर्तन या अपवर्तन की घटना के कारण किरण की दिशा बदल जाती है। विवर्तनशील AOD में, विक्षेपित किरण का विक्षेपण कोण ध्वनिक तरंग की आवृत्ति में परिवर्तन द्वारा नियंत्रित किया जाता है। अपवर्तक एओडी में, बीम पथ की वक्रता के कारण विचलन होता है जब एक क्रिस्टल माध्यम से गुजरने के दौरान एक अमानवीय विरूपण के साथ होता है जो एक यात्रा ध्वनिक लहर के प्रभाव में होता है।

2. गैल्वेनोमीटर पर यांत्रिक स्कैन प्रणाली

- लाभ: किसी भी शक्ति के लेजर बीम के साथ काम करने की क्षमता जो दर्पण, उच्च संकल्प और स्थिति सटीकता, कम कीमत का सामना कर सकती है।
- नुकसान: सिस्टम में यांत्रिक भागों के उपयोग के कारण कम स्वीप गति।

इस तरह की प्रणाली गैल्वेनोमीटर के आधार पर बनाई गई है - एक इलेक्ट्रोमैग्नेट और एक स्थायी चुंबक से युक्त उपकरण, दर्पण के समान अक्ष पर घुड़सवार।
जब कॉइल में करंट बदलता है, तो कॉइल के क्षेत्र के साथ परस्पर क्रिया करने वाला स्थायी चुंबक, कॉइल से गुजरने वाले करंट के आनुपातिक रूप से मिरर के साथ एक्सिस को घुमाता है। दो ऐसे गैल्वेनोमीटर को मिलाते समय, विमान में बीम की स्थिति को नियंत्रित करना संभव हो जाता है, जैसा कि नीचे दिए गए आंकड़े में दिखाया गया है।

भविष्य

2012 की गर्मियों में, एक दिलचस्प घटना हुई जो कुछ लोगों ने देखी।
सुमितोमो इलेक्ट्रिक और सोनी ने ग्रीन लेजर का उत्सर्जन करते हुए दुनिया के पहले लघु का अनावरण किया। सीधे लाल और नीली बत्ती का उत्सर्जन करने वाले डायोड पहले से ही पिकोपॉजेक्टर बाजार पर थे, और केवल सीधे ग्रीन लेजर डायोड का अभी भी व्यावसायीकरण नहीं किया गया था। इसके बजाय, लेजर डायोड की आवृत्ति को दोगुना करने के लिए सिंथेटिक तरीकों का उपयोग किया गया था जो अवरक्त विकिरण के करीब उत्पन्न करते हैं। यह बाजार पर सीधे हरे लेज़रों का उत्सर्जन करने की अनुपस्थिति थी जो लेजर तकनीकों के दृश्यता विशेषताओं, मूल्य और द्रव्यमान (मोबाइल और ऑटोमोटिव) अनुप्रयोगों तक सीमित थी।

ग्रीन लेजर डायोड का आविष्कार व्यावसायिक रूप से उपलब्ध एचयूडी और एचएमडी (हेड माउंटेड डिस्प्ले) प्रौद्योगिकियों के विकास के साथ-साथ मोबाइल पिकप्रोजेक्टर्स को एक नया प्रोत्साहन देता है।

HUDs के क्षेत्र में सबसे आशाजनक समाधान में से एक है लेजर स्कैनिंग एमईएमएस तकनीक, जो उच्च चमक के साथ हमेशा केंद्रित, उच्च परिभाषा वाली आभासी छवि प्रदान कर सकता है, साथ ही कम खपत, आकार, वजन और डिवाइस की कीमत भी।



लेजर स्कैनिंग तकनीक कुछ हद तक गैल्वेनोमीटर पर एक स्कैनिंग सिस्टम के समान है और यह तीन मूल रंगों - लाल, हरे और नीले - इसी रंग के लेजर डायोड के संयोजन के उपयोग (रंगों का एक पूरा सेट बनाने के लिए) पर आधारित है। एमईएमएस प्रौद्योगिकी द्वारा बनाए गए एक सूक्ष्म लघु दर्पण पर संयुक्त लेजर बीम, घटना को इलेक्ट्रॉनिक स्कैनिंग सिस्टम द्वारा निर्दिष्ट कोण द्वारा विक्षेपित किया जाता है। दर्पण के लघु आकार के कारण, स्कैनिंग गति ऐसी प्रणालियों को वेक्टर और रेखापुंज मोड दोनों में काम करने की अनुमति देती है। स्कैनिंग रिज़ॉल्यूशन आधुनिक फुल एचडी की तुलना में कई गुना अधिक हो सकता है।

दुनिया का पहला वाणिज्यिक एचयूडी एमईएमएस लेज़र स्कैनर एक कार विंडशील्ड पर संवर्धित वास्तविकता की जानकारी को सीधे उत्सर्जित करने वाले लेज़रों (नए हरे एक सहित) का उपयोग करके, हाल ही में जापान में दिखाई दिया है। पायनियर कॉर्पोरेशन ने संवर्धित वास्तविकता के साथ माइक्रोविज़न तकनीक पर आधारित दुनिया की पहली इन-कार जीपीएस नेविगेशन प्रणाली जारी की है - पॉयनर साइबरनवी ।


AR-HUD सिस्टम का प्रोजेक्शन मॉड्यूल ड्राइवर की सीट के किनारे पर सूरज की दृष्टि की स्थिति में स्थापित किया गया है, HUD डिस्प्ले पारदर्शी प्लास्टिक की एक शीट है जो कि विंडशील्ड के विपरीत ड्राइवर के देखने के क्षेत्र में लगाई गई है, और 37 इंच का वर्चुअल डिस्प्ले ड्राइवर की आंखों से लगभग 3 मीटर की दूरी पर स्थित है। HUD वर्चुअल एलिमेंट्स का गठन RGB स्पेस के तीन मूल रंगों के लेजर बीम को प्रोजेक्टर के एमईएमएस दर्पणों को स्कैन करने के माध्यम से किया जाता है, जो उच्च स्तर के कंट्रास्ट के साथ फुल-कलर इमेज देता है।

लेजर स्कैनिंग प्रौद्योगिकियों का उपयोग जल्द ही संवर्धित वास्तविकता वाले चश्मे (उदाहरण के लिए, Google ग्लास) में हर जगह किया जाएगा, कारों की विंडशील्ड पर, मोटरसाइकिल हेलमेट में और सेल फोन में मोबाइल प्रोजेक्टर के रूप में जानकारी प्रदर्शित करने के लिए।

अगले भाग में, मैं आपको अधिक विस्तार से बताऊंगा कि प्रकाश शो के लिए लेजर प्रोजेक्टर की व्यवस्था कैसे की जाती है, और मैं उच्च गति वाले डीएसी के लिए तैयार सर्किट को बाहर कर दूंगा। और एक बोनस के रूप में - मैं आपको तीन तारों और एक कनेक्टर का उपयोग करके वीडियो को एक आस्टसीलस्कप में आउटपुट करने का तरीका बताऊंगा।

साहित्य

1. विकी: कैथोड रे ट्यूब
2. विकी: किनेस्कोप
3. PDF: Acousto-Optic Effect
4. STMicroelectronics और bTendo अगली पीढ़ी के स्मार्ट फोन के लिए दुनिया का सबसे छोटा फोकस मुक्त एंबेडेड पिको-प्रोजेक्टर विकसित करने के लिए
5. ओमिक्रॉन डायरेक्ट ग्रीन डायोड लेजर का सीरियल प्रोडक्शन शुरू करता है
6. Microvision दृष्टि अग्रणी सौदा पर बनाता है
7. बड़ा विश्वकोश पॉलिटेक्निक शब्दकोश। 2004।
8. जर्नल ऑफ़ मॉडर्न इलेक्ट्रॉनिक्स, नंबर 11, 2012, पी। 144 "लेजर स्कैनिंग तकनीकों के रोडमैप में ग्रीन लाइट"