RU2115148C1 - Device for electronic formation of three dimensional holographic picture - Google Patents

Device for electronic formation of three dimensional holographic picture Download PDF

Info

Publication number
RU2115148C1
RU2115148C1 RU96118863A RU96118863A RU2115148C1 RU 2115148 C1 RU2115148 C1 RU 2115148C1 RU 96118863 A RU96118863 A RU 96118863A RU 96118863 A RU96118863 A RU 96118863A RU 2115148 C1 RU2115148 C1 RU 2115148C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
group
transducers
holographic display
elements
control system
Prior art date
Application number
RU96118863A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU96118863A (en
Inventor
В.В. Петров
Original Assignee
Научно-производственная фирма "Эксцентр" при Саратовском государственном университете
Петров Владимир Владимирович
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Научно-производственная фирма "Эксцентр" при Саратовском государственном университете, Петров Владимир Владимирович filed Critical Научно-производственная фирма "Эксцентр" при Саратовском государственном университете
Priority to RU96118863A priority Critical patent/RU2115148C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2115148C1 publication Critical patent/RU2115148C1/en
Publication of RU96118863A publication Critical patent/RU96118863A/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/02—Details of features involved during the holographic process; Replication of holograms without interference recording
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/22—Processes or apparatus for obtaining an optical image from holograms
    • G03H1/2294—Addressing the hologram to an active spatial light modulator
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/02—Details of features involved during the holographic process; Replication of holograms without interference recording
    • G03H2001/0208—Individual components other than the hologram
    • G03H2001/0224—Active addressable light modulator, i.e. Spatial Light Modulator [SLM]
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H2225/00—Active addressable light modulator
    • G03H2225/10—Shape or geometry
    • G03H2225/12—2D SLM
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H2225/00—Active addressable light modulator
    • G03H2225/20—Nature, e.g. e-beam addressed
    • G03H2225/21—Acousto-optic SLM [AO-SLM]

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Holo Graphy (AREA)

Abstract

FIELD: acoustooptics; development of television and computer systems. SUBSTANCE: device has holographic display, source of coherent monochromatic light, and electronic control system which includes signalling and reference units, as well as synchronization unit. Holographic display is made as rectangular plate manufactured of photoelastic material. Two groups of elements are positioned on narrow edge of plate. Every element represents piezoelectric transducer of acoustic waves. It has form of strip parallel to smaller side of edge. Transducers of first group are positioned between transducers of second group. They have identical period with them and are displaced relative to transducers of second group by half the period. Every transducer of first group is connected to respective channel of reference unit, and every transducer of second group is connected to respective channel of signalling unit. Source of coherent monochromatic light is provided with modulator controlled by synchronization unit in electronic control system. EFFECT: extended field of application. 2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к акустооптике и может быть использовано при разработке телевизионных и компьютерных систем. The invention relates to acousto-optics and can be used in the development of television and computer systems.

Известно устройство для формирования электронного трехмерного голографического изображения, предназначенное для отображения символьных сообщений. (см. Р. Ж. "Изобретения стран мира", вып.90 МКИ ПО3 N 12; (19): РСТ(WO), (51): 5 кл. G 03 H 1/26, (71): Graham, Dundas, Richmond, (12): А1 (11): 94/24615, (40): 941027-24, (54): Holograms). Устройство выполнено из матрицы идентичных голограмм, каждая из которых содержит все изображения, необходимые для формирования отображаемой информации. A device for forming an electronic three-dimensional holographic image for displaying symbolic messages is known. (see R. Zh. "Inventions of the World", issue 90 MKI PO3 N 12; (19): PCT (WO), (51): 5 cl. G 03 H 1/26, (71): Graham, Dundas, Richmond, (12): A1 (11): 94/24615, (40): 941027-24, (54): Holograms). The device is made of a matrix of identical holograms, each of which contains all the images necessary for the formation of the displayed information.

Недостатками устройства являются: невозможность формирования произвольного количества изображений вследствие конечного числа голограмм, входящих в матрицу; устройство позволяет формировать лишь символьные сообщения вследствие однажды заложенной информации в виде идентичных голограмм. The disadvantages of the device are: the inability to form an arbitrary number of images due to the finite number of holograms included in the matrix; the device allows only symbolic messages to be generated due to once embedded information in the form of identical holograms.

Известно также устройство для формирования электронного трехмерного голографического изображения, содержащее голограммный блок, состоящий из множества первых и вторых голографических изображений и формирующий стереопару изображений (см. C.Newswanger. "Animated holographic stereogram display", U. S. Patent No. 5191449 (March 02.1993). РЖ "ИСМ", вып. 90, кл. G 03 G,H N 9, 1994 cnh/74). Упомянутое множество первых изображений накладывается на первый голограмный элемент, а множество вторых изображений - на второй голограмный элемент. Голограмные элементы расположены на расстоянии друг от друга и образуют голограмный блок, при этом первый голограмный элемент может наблюдаться одним глазом наблюдателя, а второй - одновременно вторым глазом того же наблюдателя. Каждая пара изображений имеет заданные, рядом расположенные зоны наблюдения при освещении точечным источником, расположенным в заданном положении относительно голограмного блока. Зона наблюдения каждой пары изображений пространственно отделена от зоны наблюдения каждой другой пары изображений. Дисплей содержит множество источников света, расположенных с заданным пространственным соотношением относительно голограмного блока таким образом, что при включении любого из источников света наблюдатель будет видеть зоны соответствующей пары изображений. Also known is a device for generating an electronic three-dimensional holographic image comprising a hologram block consisting of a plurality of first and second holographic images and forming a stereo pair of images (see C. Newswanger. "Animated holographic stereogram display", US Patent No. 5191449 (March 02.1993). RZH "ISM", issue 90, class G 03 G, HN 9, 1994 cnh / 74). The said plurality of first images is superimposed on the first hologram element, and the plurality of second images are superimposed on the second hologram element. The hologram elements are located at a distance from each other and form a hologram block, while the first hologram element can be observed with one eye of the observer, and the second with the second eye of the same observer at the same time. Each pair of images has predetermined, adjacent observation zones when illuminated by a point source located in a predetermined position relative to the hologram unit. The observation zone of each pair of images is spatially separated from the observation zone of each other pair of images. The display contains many light sources located with a given spatial ratio relative to the hologram block so that when you turn on any of the light sources, the observer will see the zones of the corresponding pair of images.

Недостатками такого устройства являются: дискретность меняемых изображений вследствие дискретности зон наблюдения; каждое трехмерное изображение в таком устройстве формируется лишь парой изображений и фактически является стереоскопическим - псевдообъемным. The disadvantages of this device are: discreteness of the replaced images due to discreteness of the observation zones; each three-dimensional image in such a device is formed only by a pair of images and is actually stereoscopic - pseudo-volume.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для формирования электронного трехмерного голографического изображения с использованием акустического излучения (J.A.Robillard "Detection panel and method for acoustical holography", U.S. Patent N 4905202 (Feb 27, 1990). - РЖ "ИСМ" кл. G 03 G,H, вып. 90, N 5, 1991, с.27). Устройство содержит излучатель, формирующий пучок акустических волн, который направляется на объект съемки. Регистрирующий экран, на который поступают отраженные от объекта акустические волны, имеет форму плоской ячейки с жидкокристаллическим слоем, состоящим из смеси нематического и холестерического жидких кристаллов. В состав устройства входит блок, направляющий пучок когерентного светового излучения на оптическое окно регистрирующего экрана. При этом световое излучение от поверхности жидкокристаллического слоя подвергается фазовой и амплитудной модуляции за счет вариации показателя преломления на поверхности жидкокристаллического слоя. В устройстве также предусмотрен блок, формирующий видимое изображение с помощью модулированного светового пучка, отраженного от поверхности жидкокристаллического слоя. The closest in technical essence to the proposed one is a device for forming an electronic three-dimensional holographic image using acoustic radiation (JARobillard "Detection panel and method for acoustical holography", US Patent N 4905202 (Feb 27, 1990). - РЖ "ИСМ" cl. G 03 G, H, issue 90, N 5, 1991, p. 27). The device contains an emitter forming a beam of acoustic waves, which is sent to the subject. The recording screen, which receives acoustic waves reflected from the object, has the form of a flat cell with a liquid crystal layer consisting of a mixture of nematic and cholesteric liquid crystals. The device includes a unit that directs a beam of coherent light radiation to the optical window of the recording screen. In this case, light radiation from the surface of the liquid crystal layer undergoes phase and amplitude modulation due to variation of the refractive index on the surface of the liquid crystal layer. The device also provides a block that forms a visible image using a modulated light beam reflected from the surface of the liquid crystal layer.

Главным недостатком такого устройства является необходимость облучения объекта акустическими волнами для формирования изображения, что ограничивает область его применения. The main disadvantage of such a device is the need to irradiate the object with acoustic waves to form an image, which limits its scope.

Целью изобретения является расширение области применения устройства, включая создание движущихся телевизионных или компьютерных изображений. The aim of the invention is to expand the scope of the device, including the creation of moving television or computer images.

Это достигается тем, что в устройстве для формирования электронного трехмерного голографического изображения, содержащем голографический дисплей, источник когерентного монохроматического света и систему электронного управления, имеющую сигнальный и опорный блоки, а также блок синхронизации, голографический дисплей выполнен в виде прямоугольной пластины из фотоупругого материала с размещенными на узкой грани пластины двумя группами выполненных периодически элементов, каждый из которых представляет собой пьезоэлектрический преобразователь акустических волн и имеет форму полоски, параллельной меньшей стороне грани, а преобразователи первой группы размещены между преобразователями второй группы, имеют с ними одинаковый период и смещены относительно преобразователей второй группы на половину периода, причем каждый преобразователь первой группы соединен с соответствующим каналом опорного блока, каждый преобразователь второй группы соединен с соответствующим каналом сигнального блока, а источник когерентного монохроматического света имеет модулятор, управляемый блоком синхронизации в системе электронного управления. This is achieved by the fact that in the device for forming an electronic three-dimensional holographic image containing a holographic display, a coherent monochromatic light source and an electronic control system having signal and reference blocks, as well as a synchronization unit, the holographic display is made in the form of a rectangular plate of photoelastic material with on a narrow face of the plate by two groups of periodically executed elements, each of which is a piezoelectric transformer the acoustic wave generator and has the form of a strip parallel to the smaller side of the face, and the transducers of the first group are located between the transducers of the second group, have the same period with them and are offset from the transducers of the second group by half the period, each transducer of the first group is connected to the corresponding channel of the reference block, each converter of the second group is connected to the corresponding channel of the signal unit, and the source of coherent monochromatic light has a modulator, controlling first sync block in the electronic control system.

Кроме того, сущностью изобретения является вариант выполнения устройства для электронного формирования трехмерного голографического изображения с введением анализатора света, размещенного между наблюдателем и голографическим дисплеем, выполненным из двулучепреломляющего материала, а элементы в группах представляют собой пьезопреобразователи сдвиговых акустических волн. In addition, the invention is an embodiment of a device for electronically generating a three-dimensional holographic image with the introduction of a light analyzer located between an observer and a holographic display made of birefringent material, and the elements in the groups are piezoelectric transducers of shear acoustic waves.

Сущностью другого варианта выполнения устройства для электронного формирования трехмерного голографического изображения является расположение групп элементов на широкой грани дисплея в непосредственной близости от одной из узких граней на прямой, параллельной этой грани, а элементы представляют собой преобразователи поверхностных акустических волн. The essence of another embodiment of the device for the electronic formation of three-dimensional holographic images is the location of groups of elements on a wide face of the display in the immediate vicinity of one of the narrow faces on a straight line parallel to this face, and the elements are transducers of surface acoustic waves.

Признаки, сходные с заявляемыми, в известной автору научно-технической литературе отсутствуют. Signs similar to those claimed are absent in the well-known author of scientific and technical literature.

На фиг. 1 изображена схема устройства для электронного формирования трехмерного голографического изображения на фиг. 2 - общий вид голографического дисплея; на фиг. 3 - вариант устройства с группами элементов, расположенными на широкой грани дисплея. In FIG. 1 shows a diagram of a device for electronically forming a three-dimensional holographic image in FIG. 2 is a general view of a holographic display; in FIG. 3 - a variant of the device with groups of elements located on a wide edge of the display.

Устройство для электронного формирования трехмерного голографического изображения содержит голографический дисплей 1, источник 2 когерентного монохроматического света и систему электронного управления, имеющую сигнальный 3 и опорный 4 блоки, а также блок 5 синхронизации. Голографический дисплей 1 выполнен в виде прямоугольной пластины 6 из фотоупругого материала с размещенными на узкой грани 7 пластины двумя группами выполненных периодически элементов 8, каждый из которых представляет собой пьезоэлектрический преобразователь акустических волн и имеет форму полоски, параллельной меньшей стороне 9 грани, а преобразователи первой группы размещены между преобразователями второй группы, имеют с ними одинаковый период и смещены относительно преобразователей второй группы на половину периода, причем каждый преобразователь первой группы соединен с соответствующим каналом опорного блока 4, каждый преобразователь второй группы соединен с соответствующим каналом сигнального блока 3, а источник 2 когерентного монохроматического света имеет модулятор 10, выполненный с возможностью управления блоком 5 синхронизации в системе электронного управления. A device for electronically forming a three-dimensional holographic image comprises a holographic display 1, a coherent monochromatic light source 2, and an electronic control system having a signal 3 and reference 4 blocks, as well as a synchronization block 5. The holographic display 1 is made in the form of a rectangular plate 6 of photoelastic material with two groups of elements 8 periodically placed on a narrow face 7 of the plate, each of which is a piezoelectric acoustic wave transducer and has the form of a strip parallel to the smaller side 9 of the face, and the transducers of the first group placed between the transducers of the second group, have the same period with them and are offset relative to the transducers of the second group by half the period, each the converter of the first group is connected to the corresponding channel of the reference unit 4, each converter of the second group is connected to the corresponding channel of the signal unit 3, and the coherent monochromatic light source 2 has a modulator 10 configured to control the synchronization unit 5 in the electronic control system.

Другой вариант технического решения дополнительно имеет анализатор света 11, размещенный между наблюдателем 12 и голографическим дисплеем 1, выполненным из двулучепреломляющего материала, а элементы 8 в группах представляют собой пьезопреобразователи сдвиговых акустических волн. Another technical solution further has a light analyzer 11 located between the observer 12 and the holographic display 1 made of birefringent material, and the elements 8 in the groups are piezoelectric transducers of shear acoustic waves.

В другом варианте технического решения группы элементов 8 расположены на широкой грани 13 дисплея 1 в непосредственной близости от одной из узких граней 7 на прямой, параллельной этой грани, а элементы 8 представляют собой преобразователи поверхностных акустических волн. На чертеже показаны также воспроизводимый и видимый наблюдателем 12 объект 14. In another embodiment of the technical solution, the groups of elements 8 are located on a wide face 13 of the display 1 in the immediate vicinity of one of the narrow faces 7 on a straight line parallel to this face, and the elements 8 are transducers of surface acoustic waves. The drawing also shows the reproduced and visible by the observer 12 object 14.

Устройство работает следующим образом. Голографический дисплей 1 выполнен из фотоупругого материала, в котором возможна дифракция света на акустических колебаниях, генерируемых элементами 8 - пьезоэлектрическими преобразователями. Первая группа элементов 8, управляемая сигнальным блоком 3, и вторая группа элементов 8, управляемая опорным блоком 4, возбуждают в фотоупругом материале дисплея 1 акустические колебания, которые создают интерференционную картину двух взаимодействующих акустических полей: сигнального - возбуждаемого первой группой элементов 8, управляемых от сигнального блока 3 и опорного - возбуждаемого второй группой элементов 8, управляемых от опорного блока 4. Эта интерференционная картина соответствует интерференционной картине двух взаимодействующих оптических полей: поля опорного пучка света и поля предметного пучка света, отраженного от объекта 14. Система электронного управления устройством содержит алгоритм масштабирования координат, учитывающий различие длин световых и акустических волн. Таким образом, генерируемое акустическое поле представляет собой акустическую динамическую голограмму, содержащую информацию об объекте 14. При освещении такой голограммы (голографического дисплея 1) источником 2 когерентного монохроматического света наблюдатель 12 видит действительное трехмерное голографическое изображение объекта 14. Система электронного управления устройством 3,4,5 формирует динамическую голограмму в форме кадра, имеющего длительность, определяемую разрешающей способностью голографического дисплея 1, которая, в свою очередь, зависит от скорости акустических волн в материале голографического дисплея 1. Частота повторения кадров, определяемая временем прохождения звуковой волны от начала до конца голографического дисплея 1, устанавливается модулятором 10, управляемым от блока синхронизации 5. Модулятор 10 и блок 5 синхронизации формируют импульсы подсветки, которые синхронизируются с моментом формирования полного кадра на голографическом дисплее 1. Когерентный монохроматический свет от источника 2, промодулированный импульсами подсветки модулятора 10 с блоком синхронизации 5, направляется на голографический дисплей 1 под углом Брэгга, определяемым на центральной частоте рабочего диапазона пьезоэлектрических преобразователей 8, относительно плоскости этих элементов, копланарной плоскости грани 7 голографического дисплея 1. Действительное трехмерное голографическое изображение будет видно наблюдателю 12 с противоположной от источника 2 света стороны дисплея 1 также под углом Брэгга к указанной плоскости. Брэгговский режим дифракции характеризуется лишь одним дифракционным порядком, вследствие чего другие порядки дифракции наблюдаться не будут. Брэгговский режим дифракции достигается использованием протяженных вдоль области дифракции пьезопреобразователей 8, которые имеют форму полосок. The device operates as follows. The holographic display 1 is made of a photoelastic material, in which diffraction of light by acoustic vibrations generated by elements 8 - piezoelectric transducers is possible. The first group of elements 8, controlled by the signal unit 3, and the second group of elements 8, controlled by the support unit 4, excite acoustic vibrations in the photoelastic material of the display 1, which create an interference pattern of two interacting acoustic fields: signal - excited by the first group of elements 8, controlled from the signal block 3 and reference - excited by the second group of elements 8, controlled from the reference block 4. This interference pattern corresponds to the interference pattern of two interacting x optical fields: Field of the reference light beam and the field object light beam reflected from the object 14. The electronic device control system comprises an algorithm scaling coordinates, taking into account the difference in the lengths of light and acoustic waves. Thus, the generated acoustic field is an acoustic dynamic hologram containing information about object 14. When illuminating such a hologram (holographic display 1) with a coherent monochromatic light source 2, the observer 12 sees a real three-dimensional holographic image of the object 14. The device’s electronic control system 3.4, 5 forms a dynamic hologram in the form of a frame having a duration determined by the resolution of the holographic display 1, which, in its the turn depends on the speed of the acoustic waves in the material of the holographic display 1. The frame repetition rate, determined by the propagation time of the sound wave from the beginning to the end of the holographic display 1, is set by a modulator 10 controlled from the synchronization unit 5. The modulator 10 and the synchronization unit 5 form backlight pulses, which are synchronized with the moment of formation of the full frame on the holographic display 1. Coherent monochromatic light from source 2, modulated by the backlight pulses of modulator 1 0 with the synchronization unit 5, is sent to the holographic display 1 at a Bragg angle determined at the central frequency of the working range of the piezoelectric transducers 8, relative to the plane of these elements, the coplanar plane of face 7 of the holographic display 1. The actual three-dimensional holographic image will be visible to the observer 12 from the opposite from the source 2 the lights of the side of the display 1 are also at a Bragg angle to the indicated plane. The Bragg diffraction mode is characterized by only one diffraction order, as a result of which other diffraction orders will not be observed. The Bragg diffraction mode is achieved by using piezoelectric transducers 8 extended along the diffraction region, which are in the form of strips.

Другой вариант предлагаемого технического решения имеет дополнительно анализатор света, при этом предполагается что когерентный монохроматический источник 2 света имеет поляризованное излучение. Голографический дисплей 1 в этом случае выполняется из двулучепреломляющего материала, что позволяет использовать режим анизотропной дифракции света на сдвиговых акустических волнах. При анизотропной дифракции свет, продифрагировавший в первый порядок, имеет плоскость поляризации, повернутую на 90o относительно падающего света, тогда как прошедший свет сохраняет свою поляризацию. Таким образом, использование анализатора света 11 позволяет устранить нежелательную фоновую подсветку, обусловленную прошедшим (непродифрагировавшим) светом.Another variant of the proposed technical solution has an additional light analyzer, while it is assumed that the coherent monochromatic light source 2 has polarized radiation. The holographic display 1 in this case is made of birefringent material, which allows the use of anisotropic diffraction of light by shear acoustic waves. In anisotropic diffraction, light diffracted in the first order has a plane of polarization rotated 90 ° relative to the incident light, while transmitted light retains its polarization. Thus, the use of a light analyzer 11 eliminates undesirable background illumination due to transmitted (non-diffracted) light.

В другом варианте предложенного технического решения группы элементов 8 расположены на широкой грани 13 голографического дисплея 1 в непосредственной близости от одной из узких граней 7 на прямой, параллельной этой грани, а элементы представляют собой преобразователи поверхностных акустических волн. Такое решение не предполагает брэгговского режима дифракции. Однако достоинством такого решения является возможность использования планарных тонкопленочных технологий, что может иметь экономическое значение при массовом производстве. In another embodiment of the proposed technical solution, the groups of elements 8 are located on a wide face 13 of the holographic display 1 in the immediate vicinity of one of the narrow faces 7 on a straight line parallel to this face, and the elements are transducers of surface acoustic waves. Such a solution does not imply a Bragg diffraction regime. However, the advantage of this solution is the possibility of using planar thin-film technologies, which can be of economic importance in mass production.

Пример 1. Эффективная работа предложенного устройства предполагает использование фотоупругого материала, обладающего малым акустическим затуханием и высоким значением коэффициента упругооптического качества. Таким материалом для изготовления лабораторного образца голографического дисплея может служить, например, кристалл ниобата лития, широко применяемый в видимом диапазоне акустооптики как материал с относительно малым акустическим затуханием и сравнительно высоким коэффициентом акустооптического качества. Сегодняшняя технологическая база позволяет выращивать кристаллы ниобата лития площадью рабочего среза, не превышающей размеры примерно 4х4 см. Example 1. The effective operation of the proposed device involves the use of a photoelastic material having a low acoustic attenuation and a high value of the coefficient of elastic-optical quality. Such material for the manufacture of a laboratory sample of a holographic display can be, for example, a lithium niobate crystal, which is widely used in the visible range of acousto-optics as a material with relatively low acoustic attenuation and a relatively high coefficient of acousto-optical quality. Today's technological base allows you to grow lithium niobate crystals with a working section area not exceeding the size of about 4x4 cm.

Голографический дисплей 1 демонстрационного макета заявляемого устройства может быть выполнен из пластины Y+36o среза ниобата лития с преобразователями 8 из такого же среза кристалла, размещенными на грани 7 пластины, имеющей Х-срез кристалла ниобата лития. Для возбуждения широкоапертурных акустических полей размеры линейных апертур (фиг.3,а) излучающих элементов 8 должны примерно быть равными половине длины акустической волны в звукопроводе. Центральная частота рабочего диапазона преобразователей 8 выбрана равной 60 МГц, а полоса рабочих частот 20 Гц; при этом полоса рабочих частот определяет глубину возможных наблюдаемых размеров объекта 14 по третьей координате, перпендикулярной плоскости дисплея. Тогда линейная апертура а излучающего элемента 8 равна примерно 50 мкм, а период l - 70 мкм. Точки с равными фазами двух фронтов акустических волн, излучаемых одновременно двумя соседними преобразователями 8, в плоскости, параллельной плоскости 7 преобразователей 8, будут отстоять друг от друга на расстоянии, равном расстоянию между соседними преобразователями 8 одной группы, т.е. на расстоянии в 140 мкм. Таким образом, пространственное разрешение дисплея по координате, параллельной плоскости 7 преобразователей 8, оказывается равным 140 мкм. Для получения такого же разрешения по другой координате, лежащей в плоскости 13 дисплея и перпендикулярной плоскости 7 преобразователей 8, длительность импульса подсветки, формируемого модулятором 10 и блоком 5 синхронизации, должна быть равной примерно 30 нс. Кроме длительности подсветки, пространственное разрешение по этой координате определяет скорость упругой волны в фотоупругом материале. Так, разрешение в 140 мкм по указанной координате может быть получено с длительностью импульса подсветки в 0,5 мкс, если в качестве материала голографического дисплея используется кристалл парателлурита, а преобразователи 8 возбуждают сдвиговые акустические волны.The holographic display 1 of the demonstration model of the claimed device can be made of a plate Y + 36 o cut of lithium niobate with transducers 8 of the same cut of a crystal placed on the edge 7 of the plate having an X-cut of a lithium niobate crystal. To excite wide-aperture acoustic fields, the dimensions of the linear apertures (Fig. 3, a) of the radiating elements 8 should be approximately equal to half the length of the acoustic wave in the sound duct. The central frequency of the operating range of the transducers 8 is chosen equal to 60 MHz, and the operating frequency band is 20 Hz; while the operating frequency band determines the depth of the possible observed dimensions of the object 14 according to the third coordinate perpendicular to the display plane. Then the linear aperture a of the radiating element 8 is approximately 50 μm, and the period l is 70 μm. Points with equal phases of two fronts of acoustic waves emitted simultaneously by two adjacent transducers 8 in a plane parallel to the plane 7 of transducers 8 will be separated from each other by a distance equal to the distance between adjacent transducers 8 of the same group, i.e. at a distance of 140 microns. Thus, the spatial resolution of the display in a coordinate parallel to the plane 7 of the transducers 8 is 140 μm. To obtain the same resolution at a different coordinate lying in the plane 13 of the display and perpendicular to the plane 7 of the transducers 8, the duration of the backlight pulse generated by the modulator 10 and the synchronization unit 5 should be approximately 30 ns. In addition to the duration of illumination, the spatial resolution along this coordinate determines the speed of the elastic wave in the photoelastic material. Thus, a resolution of 140 μm along the indicated coordinate can be obtained with a backlight pulse duration of 0.5 μs if a paratellurite crystal is used as the material of the holographic display, and transducers 8 excite shear acoustic waves.

Пример 2. В устройстве для формирования электронного трехмерного голографического изображения по другому варианту предложенного технического решения голографический дисплей 8 выполнен из двулучепреломляющего материала - парателлурита, в котором возможно анизотропное акустооптическое взаимодействие с поворотом плоскости поляризации диафрагированного света относительно падающего света. При этом преобразователи 8, выполненные из Х-среза ниобата лития, возбуждают сдвиговые акустические волны, имеющие низкую скорость распространения и обеспечивающие высокое пространственное разрешение голографического дисплея. Размеры излучающих элементов 8 при этом могут быть такими же, как и в первом варианте технического решения. Использование анализатора света 11, размещенного между наблюдателем 12 и голографическим дисплеем 1, позволяет устранить нежелательную подсветку, обусловленную прошедшим светом, имеющим поляризацию, перпендикулярную поляризации дифрагированного света. Таким образом, основные преимущества этого варианта предложенного технического решения заключаются в возможности устранить нежелательную подсветку, а также в получении более высокого пространственного разрешения голографического дисплея 1. Example 2. In the device for forming an electronic three-dimensional holographic image according to another embodiment of the proposed technical solution, the holographic display 8 is made of a birefringent material - paratellurite, in which anisotropic acousto-optic interaction is possible with rotation of the plane of polarization of the diaphragmed light relative to the incident light. In this case, the transducers 8 made of an X-cut of lithium niobate excite shear acoustic waves having a low propagation velocity and providing high spatial resolution of the holographic display. The dimensions of the radiating elements 8 can be the same as in the first embodiment of the technical solution. The use of a light analyzer 11 located between the observer 12 and the holographic display 1 eliminates undesirable illumination caused by transmitted light having a polarization perpendicular to the polarization of the diffracted light. Thus, the main advantages of this variant of the proposed technical solution are the ability to eliminate unwanted illumination, as well as to obtain a higher spatial resolution of the holographic display 1.

Пример 3. В устройстве группы элементов 8, представляющем собой встречно-штыревые или щелевые преобразователи поверхностных акустических волн, расположены на широкой грани 13 дисплея 1 в непосредственной близости от одной из узких граней 7. При этом голографический дисплей 1 выполнен из прозрачной стеклянной подложки с нанесенной на нее пленкой фотоупругого и пьезоэлектрического материала - окиси цинка. Пьезопреобразователи 8 размещены поверх пленки окиси цинка и возбуждают в ней поверхностные акустические волны, образующие акустическую динамическую голограмму. Трехмерное голографическое изображение восстанавливается при освещении голографического дисплея 1 когерентным монохроматическим светом, падающим под углом Брэгга к плоскости 7 преобразователей 8. Наблюдатель 12 может видеть объемное изображение также под углом Брэгга к плоскости 7 преобразователей 8 с противоположной от источника света 2 стороны голографического дисплея 1. Основное преимущество данного варианта технического решения заключается в возможности создания экранов достаточно больших размеров, а также в возможности применения планарной тонкопленочной технологии, что экономически выгодно при массовом производстве. Example 3. In the device of the group of elements 8, which is an interdigital or slotted transducer of surface acoustic waves, are located on the wide face 13 of the display 1 in the immediate vicinity of one of the narrow faces 7. In this case, the holographic display 1 is made of a transparent glass substrate coated with on it with a film of photoelastic and piezoelectric material - zinc oxide. Piezoelectric transducers 8 are placed on top of the zinc oxide film and excite surface acoustic waves in it, forming an acoustic dynamic hologram. A three-dimensional holographic image is restored when the holographic display 1 is illuminated by coherent monochromatic light incident at a Bragg angle to plane 7 of the transducers 8. Observer 12 can see the volume image also at a Bragg angle to plane 7 of the transducers 8 from the opposite side of the holographic display 1 from the light source 2. the advantage of this embodiment of the technical solution lies in the possibility of creating screens of sufficiently large sizes, and also in the possibility of applying I have a planar thin-film technology, which is economically advantageous for mass production.

Предложенное устройство для формирования электронного трехмерного голографического изображения может быть использовано для создания движущихся телевизионных или компьютерных трехмерных голографических изображений, что расширяет область его применения по сравнению с прототипом. The proposed device for forming an electronic three-dimensional holographic image can be used to create moving television or computer three-dimensional holographic images, which expands the scope of its application in comparison with the prototype.

Claims (2)

1. Устройство для электронного формирования трехмерного голографического изображения, содержащее голографический дисплей, источник когерентного монохроматического света и систему электронного управления, имеющую сигнальный и опорный блоки, а также блок синхронизации, отличающееся тем, что голографический дисплей выполнен в виде прямоугольной пластины из фотоупругого материала с размещенными на узкой грани пластины двумя группами выполненных периодически элементов, каждый из которых представляет собой пьезоэлектрический преобразователь акустических волн и имеет форму полоски, параллельной меньшей стороне грани, а преобразователи первой группы размещены между преобразователями второй группы, имеют с ними одинаковый период и смещены относительно преобразователей второй группы на половину периода, причем каждый преобразователь первой группы соединен с соответствующим каналом опорного блока, каждый преобразователь второй группы соединен с соответствующим каналом сигнального блока, а источник когерентного монохроматического света имеет модулятор, выполненный с возможностью управления блоком синхронизации в системе электронного управления. 1. Device for electronic formation of a three-dimensional holographic image containing a holographic display, a coherent monochromatic light source and an electronic control system having signal and reference blocks, as well as a synchronization unit, characterized in that the holographic display is made in the form of a rectangular plate of photoelastic material with on a narrow face of the plate by two groups of periodically executed elements, each of which is a piezoelectric transformer acoustic wave generator and has the shape of a strip parallel to the smaller side of the face, and the transducers of the first group are located between the transducers of the second group, have the same period with them and are offset relative to the transducers of the second group by half the period, each transducer of the first group is connected to the corresponding channel of the support each converter of the second group is connected to the corresponding channel of the signal unit, and the source of coherent monochromatic light has a modulator made with the ability to control the synchronization unit in an electronic control system. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно дополнительно имеет анализатор света, размещенный между наблюдателем и голографическим дисплеем, выполненным из фотоупругого двулучепреломляющего материала, а элементы в группах представляют собой пьезопреобразователи сдвиговых акустических волн. 2. The device according to claim 1, characterized in that it additionally has a light analyzer located between the observer and the holographic display made of a photoelastic birefringent material, and the elements in the groups are piezoelectric transducers of shear acoustic waves.
RU96118863A 1996-09-20 1996-09-20 Device for electronic formation of three dimensional holographic picture RU2115148C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU96118863A RU2115148C1 (en) 1996-09-20 1996-09-20 Device for electronic formation of three dimensional holographic picture

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU96118863A RU2115148C1 (en) 1996-09-20 1996-09-20 Device for electronic formation of three dimensional holographic picture

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2115148C1 true RU2115148C1 (en) 1998-07-10
RU96118863A RU96118863A (en) 1999-01-10

Family

ID=20185695

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU96118863A RU2115148C1 (en) 1996-09-20 1996-09-20 Device for electronic formation of three dimensional holographic picture

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2115148C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1465126A3 (en) * 2003-03-27 2005-03-30 Wms Gaming, Inc. Gaming machine having a 3D display
WO2009123500A1 (en) * 2008-04-03 2009-10-08 Adzhalov Vladimir Isfandeyarov Image visualisation method and device for carrying out said method
US7708640B2 (en) 2002-02-15 2010-05-04 Wms Gaming Inc. Gaming machine having a persistence-of-vision display

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7708640B2 (en) 2002-02-15 2010-05-04 Wms Gaming Inc. Gaming machine having a persistence-of-vision display
EP1465126A3 (en) * 2003-03-27 2005-03-30 Wms Gaming, Inc. Gaming machine having a 3D display
US8118674B2 (en) 2003-03-27 2012-02-21 Wms Gaming Inc. Gaming machine having a 3D display
WO2009123500A1 (en) * 2008-04-03 2009-10-08 Adzhalov Vladimir Isfandeyarov Image visualisation method and device for carrying out said method
CN101939706A (en) * 2008-04-03 2011-01-05 弗拉基米尔·伊斯凡迪亚洛维奇·阿扎洛夫 Method for visualizing images and a device for performing the same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9983547B2 (en) Holographic video display system
JP4576083B2 (en) Holographic display
US7218435B2 (en) Reconfigurable spatial light modulators
US5020882A (en) Electro-optic animated displays and indicators
St-Hilaire et al. Real-time holographic display: Improvements using a multichannel acousto-optic modulator and holographic optical elements
CA2103950A1 (en) Stereoscopic Display Method of Horogram and Its Forming Method and Its Stereoscopic Display Apparatus
US5963569A (en) Multiple channel acousto-optic modulators
US3831434A (en) Methods and apparatus for image display of sound waves and utilizations thereof
US5625484A (en) Optical modulator
Smalley et al. Holographic video display based on guided-wave acousto-optic devices
JP2010529482A (en) Holographic image processing system
EP0593276B1 (en) Display apparatus
RU2115148C1 (en) Device for electronic formation of three dimensional holographic picture
US4561727A (en) Two-dimensional acousto-optic deflection arrangement
RU5267U1 (en) DEVICE FOR ELECTRONIC FORMATION OF THREE-DIMENSIONAL HOLOGRAPHIC IMAGE
RU2117975C1 (en) Installation for electronic formation of three-dimensional holographic picture
RU5270U1 (en) INSTALLATION FOR ELECTRONIC FORMATION OF THREE-DIMENSIONAL HOLOGRAPHIC IMAGE
RU183810U1 (en) Device for creating dynamic holographic images in space
JPH0667142A (en) Spatial optical modulator
JP3576852B2 (en) Holographic television element and holographic television device
JP3292516B2 (en) Spatial light modulator and stereoscopic display
JP3515994B2 (en) Electric field sensor using liquid crystal and stereoscopic moving image recording / reproducing device using the same
RU60233U1 (en) HOLOGRAPHIC PROJECTIVE LASER VOLUME DISPLAY
RU96118863A (en) DEVICE FOR ELECTRONIC FORMATION OF THREE-DIMENSIONAL HOLOGRAPHIC IMAGE
Chen Analytical investigations of dynamic and static optical gratings and some modern applications