Самоскануюча матриця напівпровідникових лазерів з модуляцією

Реферат: Самоскануюча матриця напівпровідникових лазерів з модуляцією може використовуватися як самостійний проектор, який випромінює переміщувані у просторі промені, або при побудові проекторів, що створюють зоровий образ на віддзеркалюючому або частково просвітлюваному екрані, віддаленому на відстань, яка визначається поглинанням середовища, в якому розповсюджується паралельний лазерний промінь. У самоскануючій матриці напівпровідникових лазерів з модуляцією, яка містить у собі напівпровідникові лазери, засвітлювані за допомогою попередніх лазерів і фотоелектричних перетворювачів, почергово, один за одним, з метою отримання різного часу появи та світіння на екрані світлових плям від лазерних променів, між кожним фотоелектричним перетворювачем і кожним наступним лазером увімкнені переналагоджувані джерела імпульсних електрорушійних сил у вигляді генераторів стробуючих імпульсів зі змінюваними часовими термінами початків і закінчень стробів, для засвітлювання кожного наступного лазера матриці, внаслідок чого випромінення, яке за часом дорівнює продовжуваності стробуючого імпульса, пересувається послідовно від лазера до лазера з зазначеними періодами та залишає на екрані слід, який за формою відповідає формі розташування лазерів у заявлюваній самоскануючій матриці напівпровідникових лазерів з модуляцією.. UA 100405 C2 (12) UA 100405 C2 UA 100405 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід може бути використаний для відтворення окремих символів, картин, телевізійного зображення, при розробці проекторів, створюючих зорові образи на віддзеркалюючому або частково просвітлюваному екрані, віддаленому на відстань, визначену поглинанням середовища, в якому розповсюджується лазерний промінь, також на хмарах, і навіть на поверхні Місяця у фазах, наприклад, з третьої чверті, разом з новолунням, до першої чверті, включно. Відомі проектори, які являють собою електрооптичні пристрої, що утримують у собі електричне джерело світла, оптичну систему для формування світлового потоку, відхилюючу систему для переміщення світлового потоку в просторі. Недоліком таких пристроїв є те, що, створювана ними освітленість екрана обернено-пропорційна квадрату відстані між джерелом світла й екраном. Для збільшення освітленості підвищують інтенсивність випромінювання джерела світла, зростання тепловиділення при цьому примушує вживати заходи теплозахисту, від чого знижується економічність і коефіцієнт корисної дії пристрою, при збільшенні яскравості світіння електронно-променевої трубки (ЕПТ) посилюється жорсткість рентгенівського випромінення від ЕПТ, що порушує санітарні й екологічні норми та вимоги. Часто, на практиці, потрібно створити несуцільне засвітлення екрана світловим потоком у вигляді піраміди, верхівка якої – джерело світла, основа – екран, а необхідно почергово освітлювати елементи поверхні екрана вузьким світловим жмутом, який з загаданою швидкістю переміщується – сканує по екрану та, з урахуванням запам'ятовуючих властивостей людського ока, створювати на екрані образ, який сприймається спостерігачем як растр або зображення. Для пересування променя, який створює растр, застосовують різні пристрої, наприклад, оптико-механічні, які пересувають у просторі дзеркала, що віддзеркалюють палий на них промінь. Недоліками таких систем є їхня нестабільність, критичність до зовнішніх механічних і температурних впливів т. ін. Відома також система з електронним скануванням, наприклад самоскануюча матриця світловипромінюючих напівпровідникових діодів, надана у патенті «Самоскануюча матриця світлодіодів», EP 0335553 А2, 04.10.1989. Матриця утримує в собі світловипромінюючі елементи Т(-2), Т(-1), Т(0), Т(1), Т(2). Спочатку випромінює світло елемент Т(0). Потім, після перевищення порогу вмикання вмикається елемент Т(1). Світло передається по матриці у відповідності до такту імпульсу збудження. Недоліком такої самоскануючої матриці світлодіодів є те, що світловий потік від світловипромінюючих діодів створює на екрані освітленість, обернено-пропорційну квадрату відстані між джерелом світла та світловіддзеркалюючим екраном, і ця освітленість буде недостатньою при відстанях, вимірюваних навіть одиницями метрів. Найближчим до заявлюваного винаходу є патент України на винахід № 90412 «Самоскануюча матриця напівпровідникових лазерів», зареєстрований у Державному реєстрі патентів України на винаходи 26.04.2010, в якому надана самоскануюча матриця напівпровідникових лазерів, яка утримує в собі зазначену кількість двопроменевих напівпровідникових лазерів, кожний з яких у потрібний час випромінює два жмути світла – лазерні промені, які збігаються у часі, але не збігаються у просторі, і кожний з двопроменевих напівпровідникових лазерів підімкнутий до попереднього двопроменевого напівпровідникового лазера через фотоелектричний перетворювач, наприклад, фотопримножувач з підсилювачем електричної напруги, а усі двопроменеві напівпровідникові лазери заздалегідь підготовані до випромінення джерелом опірної електрорушійної сили (ЕРС), яка не досягає порогу засвітлення кожного з двопроменевих напівпровідникових лазерів на величину, не більшу ніж ЕРС, отримана від фотоелектричного перетворювача, освітленого ініціюючим променем з попереднього двопроменевого напівпровідникового лазера, і кожний наступний двопроменевий напівпровідниковий лазер випромінює світло після досягнення порогу засвітлення, який перевищується після складання опірної ЕРС з додатковою ЕРС, отриманою з фотоелектричного перетворювача при освітленні його ініціюючим променем з попереднього двопроменевого напівпровідникового лазера. Недоліком такої самоскануючої матриці напівпровідникових лазерів є те, що період перемикань лазерних випромінювачів, отже, швидкість пересування лазерної плями по екрану, визначається піко- або наносекундними тривалостями перехідних процесів у фотоелектричних перетворювачах, підсилювачах і самих лазерах. Для вирішення низки технічних задач необхідно змінювати часові терміни появи та зникнення на екрані плям від лазерних променів у більш широких межах, і це особливо важливо при використанні самоскануючої матриці напівпровідникових лазерів з модуляцією як часозадавального ланцюга у пристроях типу реле часу. 1 UA 100405 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Часто, на практиці, потрібно змінювати період перемикань лазерів у таких межах, щоб, при зазначеній незмінній кількості лазерів у лазерній матриці, час розгортання одного рядка самоскануючої матриці напівпровідникових лазерів з модуляцією відповідав періоду, наприклад, одного рядка телевізійної розгортки, наприклад 64 мікросекунди,(відповідно до телевізійного стандарту України), 98,8 мікросекунди (за стандартом Великої Британії), 48,8 мікросекунди (за стандартом Франції), 63,5 мікросекунди (за стандартом США) т.ін. Недоліками самоскануючої матриці напівпровідникових лазерів за патентом UA 90412 є також те, що у тій матриці застосовані імпульсні напівпровідникові лазери, дорогокоштуючі у виробництві та неекономічні в експлуатації, а при використанні у матриці однакових напівпровідникових лазері, є безперервним випромінюванням, усі інформаційні жмути світла, які з'являються з однакових напівпровідникових лазерів, мають однакову інтенсивність, що суттєво обмежує можливості передавання інформації за допомогою самоскануючої матриці напівпровідникових лазерів, за патентом № 90412. Від такої самоскануючої матриці напівпровідникових лазерів на екрані виходить зображення растру монотонної яскравості, тобто, рівномірно та постійно освітленого сліду, який відповідає за формою розташуванню лазерів у матриці. А застосування у такій матриці багатокоштовних імпульсних напівпровідникових лазерів економічно недоцільно. Для розширення інформаційних можливостей, наприклад, створення графічного одноколірного зображення на віддаленому екрані, необхідно отримати на екрані слід, який складається зі світлових плям різної освітленості, для чого необхідно змінювати інтенсивність кожного променя лазера за визначеним законом, тобто, модулювати кожний лазерний промінь, наприклад, по амплітуді. Задачею заявлюваного винаходу є створення самоскануючої матриці напівпровідникових лазерів з модуляцією, в якій треба: 1) змінювати часові терміни засвітлювання та гасіння лазерних випромінень, які залишають на екрані засвітлені плями; 2) модулювати інтенсивність кожного світлового потоку усіх випромінюючих лазерів. Для вирішення першої технічної задачі у самоскануючу матрицю напівпровідникових лазерів, поміж кожним фотоелектричним перетворювачем з підсилювачем і кожним наступним лазером, увімкнені нові пристрої, кожний з яких являє собою переналагоджуване джерело імпульсної електричної напруги, що створює додаткову ЕРС у вигляді стробуючого імпульсу зі змінюваними часовими термінами початку та закінчення імпульсу, наприклад, пристрій, який складається з двох, підімкнених паралельно, чекаючих мультивібраторів-одновібраторів з регульованими продовжуваностями імпульсів тригера-формувача, за допомогою якого формують стробуючий імпульс, причому тригер-формувач своїми входами підімкнений до виходів обох чекаючих мультивібраторів-одновібраторів з регульованими продовжуваностями імпульсів і перекидається позадніми фронтами імпульсів чекаючих мультивібраторіводновібраторів з регульованими продовжуваностями імпульсів, причому передній фронт стробуючого імпульса, і, внаслідок цього, час засвітлювання кожного наступного лазера, задають позаднім фронтом імпульсу першого чекаючого мультивібратора-одновібратора, який перекидає тригер-формувач до «одиничного» стану, а позадній фронт стробуючого імпульсу, отже, час вимикання цього наступного лазера, завдають позаднім фронтом імпульсу другого чекаючого мультивібратора-одновібратора, який перекидає тригер-формувач до «нульового» стану. При цьому продовжуваність імпульсу першого чекаючого мультивібратора-одновібратора принципово повинна бути короткіша, ніж продовжуваність імпульсу другого чекаючого мультивібратора-одновібратора, внаслідок чого продовжуваність стробуючого імпульсу буде дорівнювати різниці від віднімання продовжуваності імпульсу першого чекаючого мультивібратора-одновібратора з продовжуваності імпульсу другого чекаючого мультивібратора-одновібратора. Запускання обох чекаючих мультивібраторів – одновібраторів з регульованими продовжуваностями імпульсів здійснюють одночасно, переднім фронтом імпульсу, який надходить з фотоелектричного перетворювача, при освітленні його ініціюючим променем попереднього лазера. Такі переналагоджувані джерела імпульсних електричних напруг, які створюють додаткову ЕРС у вигляді стробуючих імпульсів зі змінюваними часовими термінами початків і закінчень імпульсів, застосовані для засвітлювання усіх лазерів матриці, включаючи перший, за чергою засвітлювання, лазер, внаслідок чого випромінення, за часом, дорівнююче продовжуваності стробуючого імпульса, пересувається послідовно від лазера до лазера з періодами, які визначаються часовими термінами передніх і позадніх фронтів стробуючих імпульсів, залишаючи на екрані світловий слід, який пересувається по екрану з заданими періодами, при цьому форма світлового сліду на екрані відповідає формі 2 UA 100405 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 розташування лазерів у заявлюваній самоскануючій матриці напівпровідникових лазерів з модуляцією. При цьому формувач стробуючого імпульсу для першого засвітлюваного лазера запускають окремим імпульсом, наприклад телевізійним імпульсом синхронізації рядків. При цьому регулювання продовжуваності імпульсу в кожному з чекаючих мультивібраторіводновібраторів здійснюють, змінюючи величини опору чи ємності у базовому часозадавальному ланцюзі чекаючого мультивібратора-одновібратора з регульованою продовжуваністю імпульсу. Завдяки регулюванню продовжуваностей імпульсів чекаючих мультивібраторіводновібраторів, час вмикання і вимикання кожного лазера змінюють у потрібних межах, тим самим вирішують задачу зміни частоти переміщень (періодів переміщень, які задають швидкості пересування) лазерної плями по екрану, також розширюють діапазон змін часу між засвітлюванням першого і будь-якого наступного, включно з останнім, лазерів матриці, що важливо при використанні самоскануючої матриці напівпровідникових лазерів з модуляцією як часозадавального ланцюга у пристроях типу реле часу. Істотним недоліком самоскануючої матриці напівпровідникових лазерів, за патентом України на винахід № 90412, є також те, що усі інформаційні жмути світла, які з'являються з однакових напівпровідникових лазерів, мають однакову інтенсивність, що суттєво обмежує можливості передавання інформації за допомогою такої самоскануючої матриці напівпровідникових лазерів. Для вирішення другої технічної задачі, для розширення інформаційних можливостей, наприклад, створення графічного одноколірного зображення на віддаленому екрані, у заявлюваному винаході встановлено рідкокристалічну матрицю для модуляції інтенсивності лазерних випромінень. Для покращення економічних і експлуатаційних характеристик по всій самоскануючій матриці напівпровідникових лазерів з модуляцією, на шляхах усіх, використовуваних для передавання інформації, основних променів усіх лазерів лазерної матриці, встановлюють лише одну рідкоокристалічну матрицю, оскілько у кожний момент часу крізь рідкоокристалічну матрицю, керовану потрібним інформаційним сигналом, просякає тільки один лазерний промінь, інтенсивність якого визначається пропускною спроможністю рідкокристалічної матриці, яка залежить від модулюючого сигналу. Технічний результат, який полягає у можливості змінювати періоди світіння напівпровідникових лазерів, тим самим змінювати швидкість переміщення лазерної плями по екрану, за рахунок встановлювання часових термінів вмикання та вимикання випромінювання кожного лазера, за допомогою зміни положення у часі передніх і позадніх фронтів стробуючих імпульсів, досягнутий включенням до схеми самоскануючої матриці напівпровідникових лазерів з модуляцією нових пристроїв, кожний з яких являє собою переналагоджуване джерело імпульсної електричної напруги, яке створює додаткову ЕРС у вигляді стробуючих імпульсів зі змінюваними часовими термінами початків і закінчень кожного імпульсу, для засвітлювання кожного наступного лазера, наприклад, пристрій, який складається з двох, підімкнених паралельно, чекаючих мультивібраторів-одновібраторів з регульованими продовжуваностями імпульсів, причому передній фронт стробуючого імпульсу, отже, час засвітлювання кожного наступного лазера, задають позаднім фронтом імпульсу першого чекаючого мультивібратораодновібратора, а позадній фронт стробуючого імпульсу, отже, час вимикання цього лазера, задають позаднім фронтом імпульсу другого чекаючого мультивібратора-одновібратора. Такі переналагоджувані джерела імпульсних електричних напруг, які створюють додаткові ЕРС у вигляді стробуючих імпульсів зі змінюваними часовими термінами початків і закінчень імпульсів, застосовані для засвітлювання усіх лазерів матриці, включаючи перший, за чергою засвітлювання, лазер, засвітлюваний за допомогою спеціальних імпульсів, наприклад, телевізіних імпульсів синхронізації рядків, внаслідок чого випромінювання, яке за часом дорівнює продовжуваності стробуючого імпульсу, переміщується послідовно від лазера до лазера зі швидкістю, визначеною часовими термінами виникнення передніх і позадніх фронтів стробуючих імпульсів, і випромінення залишає на екрані слід, який за формою відповідає формі розташування лазерів у заявлюваній самоскануючій матриці напівпровідникових лазерів з модуляцією, та пересувається по екрану з заданою швидкістю. Технічний результат, який полягає у можливості створення на екрані послідовано освітлюваних плям різної яскравості, які складають зоровий образ, досягнутий шляхом здійснення модуляції інтенсивності кожного зі світлових потоків, послідовно виникаючих з усіх лазерів матриці та потрапляючих на екран, для чого всередину самоскануючої матриці напівпровідникових лазерів з модуляцією включено рідкокристалічну матрицю зі змінюваною пропускною спроможністю, керовану потрібним інформаційним сигналом, встановлену на шляхах усіх основних, спрямованих на екран і використовуваних для передавання інформації, променів усіх напівпровідникових лазерів. 3 UA 100405 C2 5 10 15 20 Економічний і експлуатаційний результати, які полягають у спрощенні конструкції лазерної матриці, спрощенні технології виготовлення та зниження собівартості продукції, отримано за рахунок того, що всередині лазерної матриці встановлюють лише одну рідкокристалічну матрицю по всій самоскануючій матриці напівпровідникових лазерів з модуляцією, на шляхах випромінень усіх лазерів лазерної матриці, а не безліч рідкокристалічних «пікселів», як це реалізовано, наприклад, у сучасних РКМ-моніторах електронно-обчислюваних машин і РКМекранах телевізорів, внаслідок того, що у кожний момент часу крізь рідкокристалічну матрицю, керовану потрібним інформаційним сигналом, просякає тільки один лазерний промінь, інтенсивність якого визначається пропускною спроможністю усієї рідкокристалічної матриці у даний момент. Технічний результат, який полягає у збільшенні яскравості зображення, що формується за допомогою самоскануючої матриці напівпровідникових лазерів з модуляцією, яка утримує у собі рідкокристалічну матрицю, у порівнянні з існуючими РКМ-моніторами та РКМ-екранами, досягнутий, завдяки застосуванню лазерів як джерел світла. Заявлений пристрій дозволяє керувати часовими термінами світіння лазерних світлових плям на екрані, за допомогою змінюваних продовжуваностей стробуючих імпульсів, створюваних за допомогою, наприклад, переналагоджуваних чекаючих мультивібраторіводновібраторів зі змінюваними продовжуваностями імпульсів і тригера, також і керувати інтенсивностями усіх лазерних жмутів світла за допомогою лише однієї рідкокристалічної матриці – дозволяють казати про суттєву новітність і корисність заявлюваного технічного рішення. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 25 30 35 40 1. Самоскануюча матриця напівпровідникових лазерів з модуляцією, яка містить у собі визначену кількість двопроменевих напівпровідникових лазерів, заздалегідь підготованих до випромінювання і засвітлюваних, кожний наступний лазер, з використанням випромінення попереднього лазера, за допомогою фотоелектричних перетворювачів, почергово, один за одним, яка відрізняється тим, що для встановлення потрібного часу світіння на екрані кожної світлової плями від кожного з лазерних світлових потоків, які послідовно з'являються з лазерів матриці, між кожним фотоелектричним перетворювачем і кожним наступним лазером увімкнено переналагоджувані джерела імпульсних електричних напруг, які під дією випромінення попередніх лазерів створюють додаткові електрорушійні сили, у вигляді стробуючих імпульсів зі змінюваними часовими термінами початків і закінчень імпульсів. 2. Самоскануюча матриця за п. 1, яка відрізняється тим, що здійснюють модуляцію кожного зі світлових потоків, які послідовно з'являються з лазерів матриці, включенням керованої потрібним інформаційним сигналом рідкокристалічної матриці, встановленої на шляхах усіх основних, спрямованих на екран і використовуваних для передавання інформації, світлових потоків усіх напівпровідникових лазерів. 3. Самоскануюча матриця за п. 1, яка відрізняється тим, що всередині лазерної матриці встановлюють лише одну рідкокристалічну матрицю у всій самоскануючій матриці напівпровідникових лазерів з модуляцією, на шляхах усіх основних, спрямованих на екран і використовуваних для передавання інформації, світлових потоків усіх напівпровідникових лазерів самоскануючої матриці напівпровідникових лазерів з модуляцією. 45 Комп’ютерна верстка Шеверун Д.М. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4