Объемный экран трехмерного дисплея для томографии Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

ОБЪЕМНЫЙ ЭКРАН ТРЕХМЕРНОГО ДИСПЛЕЯ ДЛЯ ТОМОГРАФИИ

А.Л. Андреев, И.Н. Компанец, Е.П. Пожидаев Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН Ленинский пр-т, д. 53, Москва 119991, <kompan@sci.lebedev.ru>

В разработке объемного экрана трехмерного дисплея на основе пакета светорассеивающих модуляторов на данном этапе решается задача выбора подходящей для них композиции смектического жидкого кристалла с сегнетоэлектрическими свойствами (СЖК) и режима управления модуляторами. Показано, что по совокупности параметров рассеяния света при бистабильном режиме его включения-выключения наиболее подходящими являются модуляторы на основе двух конкретных композиций негеликоидального СЖК (№508) и геликоидального СЖК (№451).

На конференции ТКМФ-2 сообщалось [1] о начале разработки трехмерного дисплея с объемным экраном, формирующим послойно, сечение за сечением, объемный световой макет трехмерного объекта (сцены) и тем самым наиболее адекватно отображающим в реальном времени окружающий нас трехмерный мир. Для создания объемного экрана авторы использовали стопу светорассеивающих модуляторов света [2] на основе смектического жидкого кристалла с сегнетоэлектрическими свойствами (СЖК). Картины сечений формировались на модуляторах изготовленным в МИФИ быстродействующим акустооптическим лазерным сканером на основе парателлурита [3]. Эксперименты показали работоспособность и перспективность предложенного метода.

Наиболее сложной задачей в разработке объемного экрана является подбор подходящей композиции СЖК, обеспечивающей электрически управляемое рассеяние света: 1) с необходимым быстродействием (цикл включения-выключения и самого рассеяния света должен составлять менее 400 мкс при глубине сцены в 100 сечений), 2) с большим оптическим контрастом (порядка 100 и более), 3) с высокой, практически стопроцентной прозрачностью в отсутствие электрического поля и 4) с широкой угловой апертурой, в идеальном случае ламбертовской. Эта задача и до настоящего времени полностью не решена.

Из нескольких исследованных типов рассеяния первому и главному требованию - быстродействию лучше всего отвечает рассеяние света на сегнетоэлектрических доменах в негеликоидальных СЖК со спонтанной поляризацией более 150 нК/см2. К тому же в модуляторе с композицией СЖК-508 получен бистабильный режим включения-выключения светорассеяния с длительностью цикла всего 200 мкс при управляющем напряжении ±60 В и оптическом контрасте около 100:1. Такие параметры делают подобранный СЖК материал и режим управления модулятором наиболее предпочтительными для формирования объемного экрана с большим числом сечений по глубине объекта или сцены, практически до 100 сечений.

Геликоидальные СЖК обладают существенно меньшим быстродействием. Однако в модуляторе с композицией СЖК-451 тоже удалось найти бистабильный режим переключения оптического состояния (см. Рис.) с длительностью светорассеяния до трех миллисекунд, которое включается за 150 мкс и выключается за 250 мкс при управляющем напряжении ±80 В. Здесь также важно, что оптический контраст превышает 100:1, а угловая диаграмма рассеяния является более широкой, чем у негеликоидального СЖК. Такой СЖК-материал и режим управления модулятором являются подходящими для формирования 20-50 сечений сцены в объемном экране (для сравнения, в американском аналоге экрана формируется только 20 сечений).

IIr tlof

Рисунок. Осциллограммы биполярных управляющих электрических импульсов (1) и электрооптического отклика (2) в бистабильном режиме для ячейки геликоидального СЖК-451 с толщиной слоя 13 мкм при амплитуде импульсов ±80 В.

1. Андреев А.Л. и др. Трехмерные дисплеи с объемным экраном для томографии. Альманах клинической медицины, 2006, т. 12, с. 46.

2. Гончуков С.А., Компанец И.Н. Патент РФ №2219588, 2003 (приоритет 26.04.02).

3. Andreev A. et al. Experimental Model of 3D Volumetric Display Based on a Stack of FLC Light-Scattering Shutters. Proc. SPIE, 2007, v. 6637, 153-158.

4. www.lightspacetech.com

The development of 3D display with a volumetric screen on the base of a stack of light-scattering shutters is continuing. A task of the choice of appropriate composition of smectic LC with ferroelectric properties (FLC) and shutter control regime is solved on the present stage. It was shown that most appropriate bistable regime of light-scattering switching on/off is realized in two modulators with the following concrete FLC compositions: non-helix FLC #508 and helix FLC #451.