211service.com
Další dimenze v technologii displeje
Zatímco vidíme ve 3D, většina obrázků existuje pouze ve 2D. Dokonce i chytré pokusy o přesvědčivé trojrozměrné znázornění objektů – stereoskopy z viktoriánské éry, brýle se zelenými a červenými čočkami pro filmy B z 50. let, dokonce i sofistikované holografické obrázky – to vše se snaží vytvořit iluzi tří rozměrů na dvourozměrném povrch.
Nyní Elizabeth Downingová, bývalá studentka inženýrství na Stanfordské univerzitě, která se stala podnikatelkou, zvolila zcela jiný přístup a vytvořila skutečný 3D displej. I když je její osvědčený vynález – blok speciálního skla o velikosti kostky cukru – malý a primitivní, může ožít tančícími barvami, které vykazují výšku, šířku a hlavně hloubku.
Tento příběh byl součástí našeho vydání z května 1997
- Viz zbytek čísla
- předplatit
Nová technologie nevytváří obraz, který se zdá být trojrozměrný, říká Downing, ve skutečnosti vytváří obraz, který je nakreslen ve třech rozměrech. Výsledkem je malá omezení úhlu pohledu nebo počtu lidí, kteří mohou sledovat obraz současně. Obrazy jsou navíc emisní – spíše září než odrážejí – takže je diváci mohou snadno vidět pod běžným osvětlením místnosti bez speciálních brýlí nebo pokrývky hlavy.
Zdá se, že jedinečné vlastnosti displeje jej činí přirozeným pro potenciální použití například v lékařských diagnostických zobrazovacích systémech, arkádových hrách, počítačových nástrojích pro návrh a monitorech řízení letového provozu. Displej by mohl být také použit jako vědecko-vizualizační pomůcka pro analýzu vzorců počasí, proudění vzduchu kolem letadla a dalších komplexních vícerozměrných souborů dat.
Patentované zařízení, které nyní komercializuje nová společnost Downing, 3D Technology Laboratories of Mountain View, Kalifornie, využívá pár infračervených laserů k selektivnímu buzení fluorescenčních kovových částic zavěšených v čiré skleněné krychli o rozměru 1,5 centimetru na straně. Když se tyto speciální přísady kovů vzácných zemin (také nazývané příměsi) přimíchají do roztaveného skla během výroby, rozmístí se rovnoměrně po skle jako čokoládové lupínky v sušence, říká Downing. Když je místo uvnitř ztuhlého skla osvětleno neviditelným infračerveným světlem, drobné nečistoty jasně září.
Schopnost vizualizovat objemová data v reálném čase ve skutečné trojrozměrné podobě byla po desetiletí svatým grálem úsilí o vývoj zobrazení. A zatímco koncept zobrazování 3D objektů ve fluorescenčním skle sahá přinejmenším do poloviny 60. let 20. století, až na počátku 70. let se vědcům z Battelle Laboratories v Columbusu v Ohiu podařilo vytvořit dva slabé světelné body uvnitř krystalu erbia- dopovaný fluorid vápenatý využívající vysoce intenzivní světlo z xenonových výbojek, podobné tomu, které generují halogenové zdroje. Ale to bylo tak daleko, jak se dostali.
Downing, který pracoval jako inženýr na laserovém zařízení v Technologickém centru FMC Corp. v Santa Clara v Kalifornii, si uvědomil, že od té doby byly k dispozici levné, ale výkonné lasery a nové optické materiály, a věřil, že čas na vývoj technologie nastal v ruka. Když v roce 1988 přišla do Stanfordu na další postgraduální studium, pokračovala ve výzkumu 3D displejů s Lambertusem Hesselinkem, profesorem elektrotechniky na univerzitě, obdržela grant ve výši 350 000 USD a další podporu od Agentury pro obranné pokročilé výzkumné projekty. koncept.
Prototyp displeje, který vyvinula, je založen na principu zvaném upconversion. Některé prvky vzácných zemin vykazují tento jev vyzařováním viditelného světla, když na něj rychle za sebou dopadají dva infračervené laserové paprsky daných vlnových délek. Ani jeden paprsek nemá dostatek energie, aby sám o sobě způsobil fluorescenci, vysvětluje Downing, ale kombinovaná energie těchto dvou může způsobit, že iont ve skle bude zářit.
Když iont, který normálně zůstává na své nejnižší energetické úrovni, absorbuje energii z prvního laseru, přejde do přechodné excitované fáze, kde setrvá po krátkou dobu. Když je iont v této fázi zasažen druhým laserovým paprskem, absorbuje energii na druhé vlnové délce, prochází přechodem do ještě excitovanějšího stavu a při rozpadu znovu emituje většinu své přebytečné energie jako jediný foton viditelného světla. zpět do základního stavu.
Aby prototypový displej mohl produkovat barevné obrázky, sestavil Downing malou skleněnou kostku ze tří vrstev fluoridového skla vyvinutého pro komerční vláknové lasery a optické zesilovače. Každá vrstva obsahuje ionty, které vyzařují jednu ze tří aditivních primárních barev – vrstva dopovaná praesodymem svítí červeně, další erbiem zeleně a třetí thulliem svítí modře.
Downing přiřazené adresy k přesným bodům na každé skleněné vrstvě. Potom naprogramováním dvojice laserových skenerů, které si vypůjčila od přehrávačů optických disků, dokázala nasměrovat laserové paprsky vertikálně a horizontálně, stejně jako dozadu a dopředu skrz kostku. Tím, že přesně řídila místo, kde se dva neviditelné laserové paprsky křížily v průhledném skle, dokázala rozsvítit fluorescenční přísadu dané barvy – podobně jako elektronový paprsek rozsvěcuje určité fosfory na barevné televizní obrazovce – a vytváří požadovaný obraz.
Každý zapnutý bod světla zvaný volume element neboli voxel je jako bombardér z druhé světové války zachycený v průsečíku dvou paprsků světlometů. Voxely jsou však malé. Ve skutečnosti paprsky zaostřené na průměr 100 mikronů produkují zhruba 300 voxelů po obvodu kruhu o průměru jednoho centimetru.
Displej v původním prototypu Downing se skládá ze sady pouze tří jednotlivých skleněných vrstev slepených dohromady pomocí opticky kompatibilního lepidla, aby vytvořily kompozitní strukturu. Vynálezce však zamýšlí vybudovat 3D barevný systém ve větším měřítku sestavením mnoha tenkých dotovaných vrstev uspořádaných v opakované sekvenci - červená, modrá, zelená; červená, modrá, zelená; a tak dále, aby bylo možné vytvářet barevné obrázky s vysokým rozlišením. Ve skutečnosti Downing již začala vyhodnocovat nové zobrazovací materiály a zahájila práce na svém dalším projektu (pro který, jak říká, získala financování rizikového kapitálu): stavba displeje pomocí 6palcové skleněné kostky.