2009年8月7日

打開雷射電視

資訊科技日新月異,雷射電視是近期新崛起的明日之星,本文介紹其中的設計原理與關鍵,或許這就會是你的下一台電視機!

作者/吳明德

文要介紹新興的電視機——雷射電視;其運作原理,有部分與傳統的陰極射線管電視很相像,但不是用磁場偏向電子打到螢幕發出螢光,而是用鏡子將雷射光偏向打到螢幕。

雷射電視的概念,很早就有了,但是直到藍光雷射的發明,才有了實行的可能,如何快速掃描雷射光,是雷射電視技術的困難處。目前有三種雷射電視類型,主要都是利用兩組旋轉多面鏡與兩組振動偏向面鏡,執行水平、垂直掃描,及數位微鏡晶片執行畫面處理。

另一項要與各位分享的,是介紹筆者指導學生,製作雷射電視專題的歷程。

雷射電視的前身—機械電視

在陰極射線管電視之前,「機械電視」(Scophony System)曾出現在西元1920~1930年間,其運作原理和音樂盒類似;音樂盒上面有個布滿凸點的圓柱筒,圓柱筒旋轉時會觸碰到長短不同的簧片,簧片振動後就能還原成高低頻率不同的樂音。

機械電視則是把畫面訊號儲存在一個布滿小孔的圓形碟子內,當光線通過旋轉的碟子後,會依時序把不同位置的光線訊息,分別透過兩組水平與垂直旋轉的多面鏡,把明暗的光線快速地就水平及垂直面,掃描出完整的動畫;在當時,機械電視所能呈現的動畫畫素很低,而且每秒所播出的畫面張數也太少,所以這個產品在還沒普及之前就很快被淘汰。儘管如此,音樂盒利用金屬圓柱筒記錄聲音訊號的這個概念,影響深遠,甚至後來的磁碟機、光碟機中的磁碟片與光碟片都受其影響;雖然不同的讀寫頭所使用的物理原理不盡相通,但圓形旋轉的機構卻大同小異。

雷射掃描讀寫的關鍵元件—旋轉多面鏡

在大賣場購物,到櫃台要結算金額時,店員會將商品移到櫃台的玻璃桌面上,你會注意到在玻璃桌面內,有發出許多束雷射的紅光,以不同角度掃瞄讀取商品上的條碼,那就是雷射掃描的關鍵元件,也是機械電視內的「旋轉多面鏡」。

雷射印表機裡也是使用旋轉多面鏡,多面鏡旋轉後,反覆依序快速掃描反射出明暗強弱不同訊息的雷射光,先讓感光電極充電,碳粉再以靜電附著吸引在前進的紙張,最後經加熱,固定碳粉在紙張上就列印完畢了。

所以「機械電視」這項科技產品,雖然消逝許久了,但是其中關鍵元件「旋轉多面鏡」掃描雷射光的技術依然存在我們日常資訊化的生活當中。

畫出圖案軌跡的雷射光束—偏轉面鏡

你曾在大型舞會或是活動慶典中,看過用雷射光快速掃描出眩目的動畫輪廓嗎?這種現代雷射藝術的物理原理,就是利用水平與垂直振動的兩組鏡子,將雷射投射,以描繪出複雜的畫面。

在電子儀器實作中,可以很容易用示波器的螢幕中呈現出這種圖案。只要將訊號產生器,以兩組不同強度、頻率及相位的訊號,連接到示波器的X-Y 掃描輸入端,就可以顯示出現李沙育圖案(Lissajous pattern);當然要出現比李沙育圖案更複雜的圖形,必須由電腦先計算規畫在各時間下的鏡面角度,才能辦到。【更進一步的內容,請參閱第476期科學月刊】

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