На главнуюНаписать намenglish version
Переход на микроуровень одна из основных тенденций развития дисплея
Николай Шпаковский

5 апреля 2005
При анализе дерева развития дисплея выявился ряд интересных, не всегда очевидных, закономерностей.

Деревья Эволюции один из основных инструментов анализа технической системы и прогнозирования её развития, используемого для стратегического планирования. Кроме того, такой подход весьма плодотворен при обходе патентов конкурирующих компаний и построении патентных зонтиков. [1,2,3]

При совершенствовании метода нами были построены несколько деревьев эволюции различных технических объектов, в том числе дисплея. При анализе дерева дисплея выявился ряд интересных, не всегда очевидных, закономерностей, одна из которых представлена в данной статье.

Кинематограф
Кинематограф был первым устройством для показа движущегося изображения на большом экране. Изобретение кино стало одним из величайших достижений человечества. Кинематограф дал огромные выразительные возможности для изображения окружающего мира. Днём рождения кинематографа считают 28 декабря 1895 года: в этот день французы Луи и Огюст Люмьер провели первый публичный платный киносеанс на бульваре Капуцинов в Париже.
Свет от мощной лампы, установленной за полупрозрачной плёнкой, проецирует на большой экран ряд последовательно изменяющихся изображений. Единичные картинки быстро, незаметно для глаза, сменяют друг друга, и на экране образуется движущееся изображение.

Рис.1. Кинопроектор

 

Кроме братьев Люмьер над конструкцией проектора работало много изобретателей. Среди них известный американский изобретатель Эдисон, «кинетоскопы» которого появились в продаже на Бродвее в 1894 году. В Германии опыты с кинематографом проводил Макс Складановский, показавший в ноябре 1895 года в берлинском варьете «Винтергартен» несколько снятых им коротких фильмов.
В ряду изобретателей, трудившихся над созданием кинематографа, можно отметить Ганнибала Гудвина изобретателя целлулоидной плёнки; Луи Лапренса, придумавшего перфорацию четыре дырочки по обеим сторонам каждого кадра, что является стандартом до сих пор; Вильяма Фриз-Грина изобретателя кинокамеры; Бирта Акреса и Роберта Пола создателей проекционного аппарата. Один из важнейших элементов кинопроектора механизм прерывистого передвижения ленты, заставляющий киноаппараты забавно стрекотать при работе, изобрел российский изобретатель И. Тимченко.
Принцип кинематографа остаётся неизменным и сейчас протягивание пленки перед направленным на экран источником света при помощи механических устройств (Рис.1). При этом для кинопроектора совершенно всё равно чёрно-белая или цветная пленка заряжена в него.
Переход на микроуровень для кинематографа заключается в отказе от механического способа смены кадров плёнки. Сейчас всё более широкое распространение получают лазерные проекторы. Изображение рисуется на экране тремя лазерными лучами красным, зелёным и синим. Отклонение лучей в горизонтальном и вертикальном направлениях осуществляется специальными зеркалами.

Рис.2. Лазерный проектор

 

Чёрно-белое телевидение
Каждая техническая система стремится к идеальности. Поэтому такая громоздкая система, как кинематограф, была обречена на упрощение, свёртывание. Идея телевизора была следующей: здание кинотеатра удаляется из состава системы, а зрительские кресла выносятся за её пределы. Проектор и экран, прежде разнесённые в пространстве и не связанные друг с другом, объединяются в одно компактное устройство, осуществляющее развёртку изображения и проецирование его на экран.

Рис.3. Телевизор с диском Нипкова. а) общий вид
 
б) вид сзади со снятым корпусом

 

По аналогии с кинематографом в первых телевизорах развёртка изображения осуществлялась механическим способом, при помощи диска Нипкова. Вращающийся диск имел ряд отверстий, расположенных по спирали, через которые на экран проецировались точки-пикселы, составляющие примитивное изображение (Рис.3). Затем появились телевизоры с электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ). Первая сканирующая катодная трубка была изобретена немецким ученым Карлом Фердинандом Брауном (Karl Ferdinand Braun) в 1897 году (Рис.4). Электронно-лучевые трубки нашли применение, в первую очередь, в осциллоскопах.

Рис.4. Переход к электронно-лучевой трубке.
а) первая ЭЛТ, б) первый серийный телевизор с ЭЛТ

 

В электронно-лучевой трубке никаких механических частей уже не было, а развёртка изображения осуществлялась за счет магнитного отклонения пучка электронов, генерируемого электронной пушкой. Электронный луч активировал покрытые фосфором пикселы, расположенные изнутри трубки на её передней панели. В 1932 году в Америке научно-исследовательская лаборатория RCA, возглавляемая инженером-электроником Владимиром Зворыкиным, продемонстрировала первый электронный телевизор. Какое-то время электронное и механическое телевидение существовали параллельно. Но уже в середине 30-х годов электронное, с развёрткой на 180-400 строк, вытеснило механическое, предел развёртки которого составлял 30 строк.
Произошел переход на микроуровень, неизбежный с точки зрения законов технической эволюции.

Дисплеи объёмного изображения
Сейчас всё более популярными становятся дисплеи объёмного изображения. Они различаются по устройству, принципу действия и качеству изображения. Так, например, есть дисплеи с двухслойным экраном (компании Deep Video Imaging). Число слоёв может быть и больше (примером может служить дисплей компании Dynamic Digital Depth). То есть наблюдается переход от монослойного экрана к би- и полисистемам (Рис.5).

Рис.5. Моно-би-поли слоев экрана

 

Эта линия, известная в ТРИЗ, как «Моно-би-поли» заканчивается, как правило, переходом к моносистеме более высокого уровня. Количество элементов в полисистеме не может увеличиваться до бесконечности, возникает противоречие между сложностью системы и качеством выполнения какого-то её эксплуатационного параметра.
При проектировании многослойных объёмных дисплеев возникает следующее противоречие:

Если экранов-слоёв много, то изображение получается глубоким и объёмным. Но предыдущие экраны перекрывают последующие, изображение становится нечётким, образуется так называемый «эффект радуги».

Если экранов-слоёв мало, то предыдущие экраны не сильно перекрывают последующие, изображение остаётся качественным. Но недостаточно глубоким.

Такое противоречие можно разрешить через динамизацию.

Рис.6. Подвижный экран. Рис.7. Вращающийся экран

 

Если взять один экран и заставить его очень быстро двигаться, например, вперёд-назад, то для глаза создастся впечатление, что экран всегда находится в каждой точке объёма. Затем можно спроецировать на него светящуюся точку или несколько точек, появляющихся по особой программе, и получить изображение (Рис.6).

Однако при возвратно-поступательном движении экрана в точках перемены направления будут возникать огромные инерционные нагрузки. Для устранения этой проблемы нужно обеспечить вращательное движение экрана (Рис.7).

Рис.8. Дисплей Actuality Systems

 

На таком принципе вращательное движение полупрозрачного экрана компании Actuality Systems удалось создать первый по-настоящему объёмный дисплей (Рис.8). Это прозрачный шар диаметром около 50 см, внутри которого находится плоский двухмерный экран. Экран вращается со скоростью около десяти оборотов в секунду. На него выводятся последовательные «срезы» трёхмерного изображения, которые сливаются для наблюдателя в одну картинку. Получается действительно объёмное изображение. Его можно наблюдать с разных сторон как реальный объект в пространстве. Этим дисплей с вращающимся экраном отличается от многослойных дисплеев, где образуется псевдообъёмное изображение, видимое только с одного направления.
По аналогии с диском Нипкова развёртка положения точек в пространстве осуществляется в дисплее Actuality Systems вращающимся полупрозрачным экраном, то есть механическим способом.

Дальнейшее направление эволюции объёмного дисплея переход на микроуровень.
Необходимо получить объёмное изображение, видимое со всех сторон, но без применения вращающегося диска, только за счёт электронной развёртки местоположения пикселов.

Одно из возможных решений предусматривает получение светящихся точек в кристаллах или газовой среде под воздействием невидимого инфракрасного излучения (Рис.9).

Рис.9. Дисплей на двух инфракрасных лазерах

 

Лучи двух инфракрасных полупроводниковых лазеров пересекаются в заданной точке пространства, заполненнного активным газом. Мощность лазеров подбирают таким образом, чтобы энергия одного луча была недостаточной для получения видимого света в газе, а суммарная энергия двух лучей была достаточной для получения светящейся точки. Управляя отклонением лучей, например, с помощью подвижных зеркал, можно добиться получения светящихся точек по всему объёму газа.

Цветное телевидение
А как обстоит дело с цветным телевидением?
По аналогии с кинематографом, чёрно-белым телевизором и трёхмерным дисплем, здесь был применён всё тот же вращающийся диск, который образовывали четыре секторных светофильтра (красный, синий, зелёный и жёлтый). При вращении диск перекрывал экран обычного чёрно-белого телевизора своим краем, так что перед ним последовательно проходили все четыре цвета (Рис.10).

Рис.10. Вращающийся светофильтр

 

Чёрно-белый дисплей работал по специальной программе и в четыре раза быстрее, чем обычно. Когда перед экраном проходил красный светофильтр, дисплей показывал картинку для красного цвета. Когда проходил зелёный, высвечивались точки, которые должны стать зелёными, и так далее. За один полный оборот диска глаз видел четыре изображения, которые сливались для него в одну цветную картинку. Цветной телевизор с механическим сканированием цвета Zenith выпускался и продавался в США.
Переход на микроуровень здесь произошел очень быстро, и механическое сканирование цвета было заменено на электронное. Цветные телевизоры получили такую же электронно-лучевую трубку, как и чёрно-белые, с тем отличием, что они имели не одну, а три электронных пушки, активизирующие фосфор опредёленного цвета красный, зелёный или синий.

Идеальный дисплей
Как видно из таблицы 1, четыре различных системы: кинематограф, чёрно-белый и цветной телевизоры, дисплей объёмного изображения в своём развитии претерпели до удивления похожую трансформацию. Механический принцип действия в каждом случае был изменён на электронный, произошёл явный переход на микроуровень. Это объясняется тем, что все эти системы являются структурно подобными, то есть, имеют одинаковую структуру. Как показано в статье Е. Новицкой [9], такие системы испытывают при своём развитии одинаковые трансформации.

Таблица 1

 

А что лежит дальше, за электронным принципом действия дисплея?
Согласно тенденциям развития в конце линии будет находиться некий «идеальный дисплей», то есть дисплей, которого нет, а функция его выполняется.
Это может быть передача информации непосредственно в мозг, минуя глаза.
Такое предположение нелепо только на первый взгляд, ведь видим же мы сны, причём часто очень зрелищные. Из этого можно сделать вывод, что вызвать какой-то зрительный образ в мозгу человека нетрудно. Другое дело, что управлять этим процессом не так уж просто.
Японская компания Takara Co заявила о создании устройства, позволяющего моделировать сон по желанию клиента (Рис.11). Заказчику нужно внимательно посмотреть на изображение того, что он хотел бы видеть во сне, затем записать комментарии к понравившейся картинке, и в «мастерской снов» ему подготовят индивидуальный сон.

Рис.11. Передача изображения непосредственно в мозг

 

«Машина Снов», используя голосовой и музыкальный ряд, свет и запахи, на которые указано в программе, в течение восьми часов будет управлять сновидениями, пока клиента не разбудят с помощью мягкого света и музыки. В идеале он должен в мельчайших подробностях помнить свои сновидения.
Как говорят сотрудники компании, аппарат ещё нуждается в значительной доработке, поскольку не всегда удаётся получить желаемое сновидение, однако тенденция к разработке аппаратов, позволяющих передавать изображения прямо в мозг, очевидна.

По-видимому, усилия разработчиков новых принципов передачи зрительной информации сосредоточатся на проблеме управления этим процессом. Когда удастся найти надежный способ передавать заданную картинку прямо в мозг пользователя, то это будет прорыв, поскольку такой «дисплей» является наиболее идеальным с точки зрения технологической эволюции.

 

Список литературы:
1. Николай Шпаковский, Петр Чуксин, Елена Новицкая. Прогнозные карты развития Технических Систем
http://www.gnrtr.com/tools/ru/a03.html
2. Николай Шпаковский, Петр Чуксин, Елена Новицкая. Инструмент для генерации и выбора концепций на основе тенденций развития технических систем
http://www.gnrtr.com/tools/ru/a05.html
3. Книга «Обработка технической и патентной информации с использованием Деревьев Эволюции»
http://www.gnrtr.com/powers/ru/book01.html
4. Television History The First 75 Years.
http://www.tvhistory.tv/pre-1935.htm
5. Mary Bellis. The History of the Cathode Ray Tube.
http://inventors.about.com/library/inventors/blcathoderaytube.htm
6. Perspecta. Spatial 3-D.
http://www.actuality-systems.com/
7. Knut Langhans and all. SOLID FELIX: A Static Volume 3-D Laser Display.
http://www.felix3d.com/paper_pw_03.pdf
8. Edwin Howard Reitan. The history of early color television.
http://www.novia.net/~ereitan/
9. Елена Новицкая. Преобразование структурно подобных элементов технических систем
http://www.gnrtr.com/tools/ru/a09.html 

 

Вторая формула ТРИЗ / Семинар по обмену опытом (ТРИЗ коллоквиум №2) / Семинар по обмену опытом (ТРИЗ коллоквиум №1) / Эволюция технологий обработки почвы / Нари, нари, генари... / ТРИЗ и Six Sigma – друзья или соперники?  / Использование метода ФСА+ТРИЗ для совершенствования очесывающего зерноуборочного устройства / Беда в Мексиканском заливе (продолжение) / Беда в Мексиканском заливе / Этажи ТРИЗ / Алгоритм работы с изобретательскими проектами / История Галльской жатки  / Эмоциональная Toyota  / Безразмерные кроссовки / Переход на микроуровень одна из основных тенденций развития дисплея  / Преобразование структурно подобных элементов технических систем  / «Медный Всадник»  / ТРИЗ-приемы для арт-композиции / Человек и Техническая Система (часть II)
Идеи и решения / Инструменты и методы / Решённые задачи / Старые и новые байки / Эволюция
Алгоритмы решения задач / Деревья эволюции / Идеальный конечный результат / Приемы Альтшуллера / Противоречие / Ресурсы / Физические эффекты / ...
Автомобили / Безопасность / Дисплеи / Материалы с особыми свойствами / Медицина / Приятные мелочи / Юзабилити / ...
Обзорный семинар по ТРИЗ / Семинар «Прогнозирование как метод управления бизнесом» / Семинар «Технология обхода патентов»

Copyright © 2002-2017 «Генератор»
Авторы сайта Н.Шпаковский, Е.Новицкая