CC BY
28
ОПТИЧЕСКИЙ МОДУЛЬ С УПРАВЛЯЕМОЙ ИНДИКАТРИСОЙ ИЗЛУЧЕНИЯ
В.М. Золотарев
В современных технологиях, связанных с изготовлением оптических элементов, работающих на разного рода физических принципах, для больших дисплеев используется разнообразная элементная база на основе: светодиодов [1—3], газоразрядных модулей, применяемых в плазменных дисплейных панелях [4], жидкокристаллических [5] и органических полупроводниковых [6, 7] системах, а также голографических экранов с трехмерным ЗБ-изображением [8-10]. В последнем случае имеется принципиальная возможность обеспечивать оптически адресуемое отражение в заданный телесный угол. Подробный анализ тенденций развития дисплейных технологий дан в обзорах литературы [11] и информации, помещаемой фирмами-разработчиками в сети Интернет [12]. При этом для больших экранов активно разрабатываются и совершенствуются как принципы формирования дисплеев, так и элементная база и материалы[11,12].
В настоящем сообщении предлагается схемное решение, направленное на создание стекловолоконного оптического модуля нового типа, индикатриса излучения которого может иметь практически любую заданную форму, которая может изменяться, начиная от ламбертовской и вплоть до остро вытянутого лепестка. Предлагаемое решение достаточно универсально и может быть реализовано как в видимом диапазоне, так и в ИК области; последнее важно для ряда научных и прикладных задач. В частности, в приложении к дисплейным технологиям данный оптический модуль может быть приспособлен для управления цветом формируемого оптического сигнала, направленностью излучения и формированием динамических ЗБ-изображений. Предлагаемая конструкция стеклово-локонного оптического модуля хорошо сопрягается с растровыми линейными структурами [13] и растровыми жидкокристаллическими (ЖК) структурами [14].
Ь С
Рис. 1. а - принципиальная схема стекловолоконного оптического модуля. 1 - стекло-волоконная излучающая шайба, 2 - источник света, 3 - излучение, 4 - светоподводя-щий волоконный жгут, 5 - форма индикатрисы для центральной части шайбы, 6 - форма индикатрисы для периферической части шайбы. Ь - излучатель - усеченный конус (или пирамида), с - излучатель - полусфера, 2 - источник (кристаллические цветные светодиоды - красный, зеленый, синий), 3 - защитная пластинка
Некоторые формы стекловолоконных оптических модулей с излучающей поверхностью показаны на рис. 1. Для случаев 1а, 1Ь индикатриса имеет двунаправленную осевую симметрию, для 1в индикатриса — полусфера. Диаграмму направленности излучения можно распределять по интенсивности излучения и по площади объекта (рис.1 а) либо менять ее рис.1Ь, 1с) в рамках самого объекта. Яркость излучения оптического модуля типа в не будет зависеть от угла наблюдения, если наблюдатель находится на расстояниях, намного больших размера самого модуля.
Кроме того, можно за счет регулирования с помощью ЖК модуляторов подачи света по волокну обеспечивать проблесковый характер яркости излучающей поверхности и изменение ее яркости и окраски (рис. 2). Можно регулировать яркость шайбы в определенном телесном угле а и в определенном азимуте наблюдения (угол у) и под определенным углом наблюдения к плоскости шайбы (угол 0).
Рис. 2. Схема управления яркостью и индикатрисой излучателя. 1 - стекловолоконная излучающая шайба, 2 - ЖК модулятор, 3 - ЖК микролинзы. Y - азимут наблюдения,
6 - угол наблюдения.
Можно чередовать эти показатели во времени, т.е использовать цвета по одному каналу (направлению), а затем дать проблески, и наоборот. Для повышения контраста целесообразно основу материала шайбы, в которую импрегировано стекловолокно, выполнять из светопоглощающего материала.
ипшшпг^
ч
ч
ч^
ч
#
Рис. 3. Схема управления цветом излучателя с помощью световолокна: 1, 2 - подводящие свет стекловолоконные пучки: красный, зеленый (синий - не показан), на входе стоят ЖК модуляторы, 3 - стекловолоконные пучки на выходе
Возможно организовать чередование разных цветов во времени, а также по площади излучателя, или за счет эффекта Керра, регулируя электрическое напряжение на
ЖК кювете, изменять двулучепреломление, тем самым регулируя апертуру света на выходе волокна (рис. 3). Если в рамках рис. 2 использовать оптический модуль 1 в виде полусферы (рис.1с), слой 2 изготовить в виде фасеточных приемников, а слой 3 - из ЖК микролинз, то такая система может быть использована в качестве оптического радара, позволяющего измерять угловую скорость перемещения объекта и сферические координаты его перемещения.
Примером реализации такого рода устройств в природе могут служить биосистемы, в которых реализован принцип распределенной транспортировки веществ в направлении границы роста биотканей. В частности, можно сослаться на организацию дентиновых трубочек в дентине зуба человека [15]. Фотоснимки шлифов зуба, сделанные при разных углах наблюдения 0, наглядно демонстрируют системное изменение углов наклона этих трубочек в центре и на периферии шлифа (рис.4). Из сопоставления рис.4а-4с видно, что темное обрамление шлифа зуба премоляра толщиной 1мм на периферии при наблюдении сверху становится светлым для направления наблюдения
о
[15]. Угол наблюдения 0 составлял - 20 .
Рис. 4. Фотоснимки шлифа зуба: а - вид сверху, подсветка идет снизу. Ь - вид по стрелке 1, с - вид по стрелке 2.
Работа выполнена при поддержке Федеральной целевой программы «Интеграция науки и высшего образования России на 2002-2006 годы», Про ект № Б0120, Направление 1.1, УНЦ «Оптика и научное приборостроение».
В заключение выражаю благодарность доктору технических наук, профессору М.Г. Томилину за обсуждение идей, изложенных в этой работе.
Литература
1. Трофимов Ю. Светодиодная элементная база — некоторые особенности и проблемы применения в дисплейных технологиях // Электрон. компоненты. 2002. № 1. С. 29— 34.
2. Коган Л.М. Светодиоды нового поколения для светосигнальных и осветительных приборов // Новости светотехники. № 7. / Под ред. Айзенберга Ю.Б. М.: Дом света, 2001.
3. Абрамов В.С., Пуйша А.Э., Полякова И.П. и др. Светодиодные модули для больших экранов // Оптический журнал. 2003. Т. 70. № 7. С. 50—52.
4. Воронов А.А., Дедов В.П. Принципы построения и проблемы совершенствования плазменных дисплеев // Оптический журнал. 1999. Т. 66. № 6. С. 64—73.
5. Томилин М.Г. Информационные дисплеи на ЖК // Оптический журнал.1998. Т. 65. №7. С. 64- 76.
6. Не Y., Kanicki J. High-efficiency organic polymer light-emitting heterostructure device оп flexible plastic substrates // Proc. EuroDisplay'99. Berlin, 1999. Р. I43-146.
7. Самарин А. Технология и схемотехника OLED-дисплеев // Электрон. компоненты. 2002. № 1. С. 51-54.
8. ТЫе М/W., Lukins L., Gregory D.A. Optically addressed SLM-based holographic display // Ргос. SPIE. 1995. V. 2488. Р. 408-416.
9. Farhoosh Н., Fainman Y., Urquhart К. еt аl. Real-time display of 3D computer data using computer-generated holograms // Ргос. SPIE. 1989. V. 1052. Р. 172-176.
10. Денисюк Ю.Н., Ганжерли Н.М., Орлов В.В. и др. Проекция трехмерного изображения при помощи сфокусированных в точки аспектов изображаемой сцены // Опт. и спектр. 1999. Т. 86. № 5. С. 864-872.
11. Томилин М.Г. Передовые дисплейные технологии // Оптический журнал. 2003. Т. 70. № 7. С. 50-52.
12. Макушенко А.М. Новейшие дисплейные технологии // Оптический журнал. 2003. Т. 70. №7. С. 78-80.
13. Гвоздарев В.А., Невская Г.Е., Юдин И..Б. Перестраиваемые жидкокристаллические микролинзы с гомеотропной ориентацией // Оптический журнал. 2001. Т. 68. №9. С. 55-60.
14. .Вдовин Г.В., Гуральник И.Р., Котов С.П. и др. Жидкокристаллические микролинзы с перестраиваемым фокусным расстоянием// Квант. электрон.1999.Т. 26. №3. С. 256-264.
15. Золотарев В.М., Грисимов В.Н. Архитектоника и оптические свойства дентина и эмали зуба // Опт. и спектр. 2001. T. 90. № 5. С. 838-845.
