RU2173000C1

RU2173000C1 - Method, laser projector, and projection system for shaping frame-by-frame color pictures

Info

Publication number: RU2173000C1
Application number: RU2000128075A
Authority: RU
Inventors: Евгений Борисович Берик; В.Н. Нарвер; Н.П. Солодовников; А.З. Розенштейн
Original assignee: Евгений Борисович Берик; Нарвер Валерий Наумович; Солодовников Николай Пантелеевич; Розенштейн Аркадий Зильманович
Filing date: 2000-11-10
Publication date: 2001-08-27

Abstract

FIELD: light engineering. SUBSTANCE: method involves following operations: formation of coherent light flux of (R), green (G), and blue (B) beams; conversion of continuous primary picture into pulsed pixels considering color and brightness distribution in primary picture; modulation of R-, G- and B-beams with respect to power and angular position in space; novelty is that upon modulation three R-, G-, and B-beams are conveyed simultaneously over single optical path to input ends of adjustable-corearrangement fiber-optic cable; all three beams are transmitted to point of pattern visualization over fiber-optic cable sequentially over its three cores so that pixel is formed across its output ends. Color laser projector has source of coherent polarized red beam R, green beam G, and blue beam B; laser R-, G, and B-beam shaping unit; unit for controlling intensity and angular position of laser R-, G-, and B-beams in space; scanning unit; scaling, focusing, and interrelated beams aligning unit; radiating screen formed by output ends of adjustable- core-arrangement fiber-optic cable. R-, G-, and B-beams arrive at output ends of cable; point of alignment of three beams is displaced by means of control unit along input ends of fiber-optic cable so that one point on output end corresponds to each point on input end. Projection system used for producing stereoscopic picture has two color laser projectors whose beams are relatively orthogonal; control units of projectors are relatively synchronized with respect to frames, and fiber-optic cables are designed to maintain direction of polarization or cables are not designed to do so; polarizer is mounted at output of each cable core. EFFECT: enhanced brightness of pixel-displaying screens; provision for reducing stereoscopic effect; reduced cost. 10 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к светотехнике и может быть использовано для отображения на экране цветных статических и динамических лазерных изображений со стереоэффектом или без него, созданных на основе пиксельной компьютерной графики. The invention relates to lighting technology and can be used to display on the screen color static and dynamic laser images with stereo effect or without it, created on the basis of pixel computer graphics.

Известен патент России по заявке N 97107740/90 от 1998,08,10 "Способ воспроизводства цветных телевизионных изображений", заключающийся в получении световых потоков трех одноцветных изображений в базовых - красном, синем и зеленом цветах, передаче полученных потоков на экран и формировании полного изображения на экране при помощи оптических волокон, оканчивающихся оптическими линзами, из которых образуется экран, при этом для получения цветного изображения из каждой точки одноцветных изображений с одноименными координатами световой поток передают на экран с теми же координатами. Указанный способ требует для реализации трех световодных кабелей, которые с одной стороны касаются экранов трех одноцветных кинескопов, создающих световые потоки, а с другой стороны - три световода, идущие от разных кинескопов с одноименными координатами в конце, сходятся в один световод с оптической линзой и образуют элементы большего экрана с такими же координатами. При этом свет передается по всем волокнам одновременно. Смешение трех одноцветных сигналов в пределах каждого элемента изображения происходит на поверхности самого экрана, а не в глазу человека, как это имеет место при известных конструкциях трубок для цветного телевидения. Световые потоки красного, синего и зеленого цвета проходя по световодам, смешиваются на светорассеивающем основании экрана и дают результирующий цвет соответственно их удельному содержанию. Применение трех оптоволоконных кабелей усложняет и удорожает конструкцию. Кроме того, несогласованность угловых апертур излучающего телеэкрана и оптического волокна приводят к значительным потерям излучения при вводе излучения с телеэкрана в волокно. Способ не позволяет создать стереоэффект. A patent of Russia is known according to the application N 97107740/90 of 1998,08.10 "Method for reproducing color television images", which consists in obtaining the light flux of three single-color images in the basic - red, blue and green colors, transmitting the received fluxes to the screen and forming a full image on the screen using optical fibers ending with optical lenses from which the screen is formed, while to obtain a color image from each point of the same-color images with the same coordinates, the light flux is transmitted t on the screen with the same coordinates. This method requires the implementation of three light guide cables, which, on the one hand, touch the screens of three single-color picture tubes creating light fluxes, and, on the other hand, three light guides coming from different picture tubes with the same coordinates at the end, converge into one light guide with an optical lens and form elements of a larger screen with the same coordinates. In this case, light is transmitted through all the fibers simultaneously. The mixing of three single-color signals within each image element occurs on the surface of the screen itself, and not in the human eye, as is the case with known designs of color television tubes. Luminous fluxes of red, blue and green color passing through the light guides are mixed on the light-scattering base of the screen and give the resulting color according to their specific content. The use of three fiber optic cables complicates and increases the cost of construction. In addition, the inconsistency of the angular apertures of the radiating television screen and the optical fiber leads to significant radiation losses when radiation is introduced from the television screen into the fiber. The method does not allow to create a stereo effect.

Известен "Способ производства статических и динамических лазерных многоцветных изображений и лазерный проектор для его реализации". (RU, патент 2116703 С), в котором описано устройство для управления лазерными пучками с целью отображения на удаленном экране цветных статических и динамических лазерных изображений, состоящее из источника лазерного излучения, в котором присутствуют лазерные пучки красного-R, зеленого-G и синего-B цветов, устройства управления и светорассеивающего экрана. Изображение конкретного цвета отдельно фокусируется на экране собственной выходной оптической системой. При этом цветные изображения, формируемые R, G, В-каналами, совмещаются на экране механически, юстировкой выходных объективов и, более точно, при помощи специальной компьютерной программы совмещения изображений от разных каналов. Полноцветное сфокусированное изображение существует только в плоскости светорассеивающего экрана, удаленного на фиксированное расстояние. The well-known "Method for the production of static and dynamic laser multi-color images and a laser projector for its implementation." (RU, patent 2116703 C), which describes a device for controlling laser beams for displaying color static and dynamic laser images on a remote screen, consisting of a laser source in which there are laser beams of red-R, green-G and blue- B colors, controls and diffuser. The image of a specific color is separately focused on the screen with its own output optical system. At the same time, color images formed by R, G, B-channels are combined on the screen mechanically, by aligning the output lenses and, more precisely, using a special computer program for combining images from different channels. A full-color focused image exists only in the plane of a diffuser screen that is remote at a fixed distance.

Известное техническое решение обладает следующими недостатками:
1. Изображение в плоскости экрана состоит из совокупности R, G, D-пикселей, видимая яркость которых для стороннего наблюдателя, зависит от величины телесного угла наблюдения, коэффициента поглощения поверхности экрана для длин волн излучения используемых лазеров, и значения индикатрисы отражения поверхности экрана в направлении наблюдения. Как правило, экраны обладают диффузно отражающей поверхностью с квазиламбертовой индикатрисой отражения. При ограниченной мощности излучения лазеров, работающих в режиме непрерывной генерации (суммарная мощность излучения в R, G, В линиях не превышает 15-20 Вт), наблюдение сравнительно яркой картины на больших экранах с подобной индикатрисой отражения возможно только в условиях практически полной темноты, что существенно ограничивает использование подобных устройств для целей рекламы и передачи информации.Known technical solution has the following disadvantages:
1. The image in the plane of the screen consists of a set of R, G, D pixels, the visible brightness of which for an outside observer depends on the magnitude of the solid angle of observation, the absorption coefficient of the screen surface for the radiation wavelengths of the used lasers, and the indicatrix of reflection of the screen surface in the direction observations. As a rule, screens have a diffusely reflecting surface with a quasilambert reflection indicatrix. With limited radiation power of lasers operating in the continuous generation mode (the total radiation power in R, G, In lines does not exceed 15-20 W), the observation of a relatively bright picture on large screens with a similar reflection indicatrix is possible only in conditions of almost complete darkness, which significantly limits the use of such devices for advertising and information transfer.

2. Не реализуется изображение со стереоэффектом. 2. The image with a stereo effect is not realized.

Данный способ и устройство для его реализации принимается за прототип. This method and device for its implementation is taken as a prototype.

Цель изобретения:
- повышение яркости экранов с пиксельным изображением,
- создание экранов, обладающих стереоскопическим эффектом,
- уменьшение стоимости волоконно-оптического экрана.The purpose of the invention:
- increase the brightness of screens with a pixel image,
- the creation of screens with a stereoscopic effect,
- reducing the cost of fiber optic screen.

Поставленная цель достигается за счет того, что в способе формирования покадровых цветных изображений, при котором создают световой поток когерентного поляризованного излучения красного R, зеленого G и синего В цветов, преобразуют непрерывное первичное изображение в импульсное пиксельное с учетом распределения цвета и яркости в первичном изображении, модулируют R, G, B-пучки по интенсивности и угловому положению в пространстве, после модуляции три R, G, B-пучка совмещают на входном торце волоконно-оптического кабеля, с количеством волокон не менее общего числа пикселей в первичном изображении, а к месту визуализации изображения каждый R, G, B-пиксель передают последовательно по своему оптическому волокну так, что на экране, образованном выходными торцами волокон кабеля, архитектура пиксельного изображения соответствует архитектуре пиксельного изображения на входных торцах волокон кабеля. This goal is achieved due to the fact that in the method of forming frame-by-frame color images, in which a luminous flux of coherent polarized radiation of red R, green G and blue B colors is created, a continuous primary image is converted into a pulsed pixel image, taking into account the color distribution and brightness in the primary image, modulate R, G, B-bundles in intensity and angular position in space, after modulation, three R, G, B-bundles are combined at the input end of the fiber-optic cable, with the number of fibers n less than the total number of pixels in the primary image, and each R, G, B-pixel is transmitted sequentially along its optical fiber to the image visualization site so that on the screen formed by the output ends of the cable fibers, the pixel image architecture corresponds to the pixel image architecture at the input ends of the fibers cable.

Используют волоконно-оптический кабель, число волокон которого равно числу пикселей в первичном изображении, а параметры световедущей жилы выбирают так, чтобы выполнялось соотношение N= (D_вн/D_нар)•(q_ск/q_n), где N - число пикселей в первичном изображении, q_ск - полный угол пространственнoй модуляции, q_n - угловой размер пикселя на входном торце волокон кабеля, D_вн - внутренний диаметр волокна, D_нар - наружный диаметр волокна.Use a fiber-optic cable, the number of fibers of which is equal to the number of pixels in the primary image, and the parameters of the light guide core are selected so that the ratio N = (D _int / D _nar ) • (q _ck / q _n ), where N is the number of pixels in the primary image, q _ck is the total spatial modulation angle, q _n is the angular pixel size at the input end of the cable fibers, D _int is the inner diameter of the fiber, D _nar is the outer diameter of the fiber.

Дополнительно к модуляции по интенсивности и угловому положению в пространстве и совмещению R, G, B-пучков на входном торце волоконно-оптического кабеля R, G, B-пучки модулируют по поляризации так, что создают два соседних кадра пиксельного изображении с ортогональным направлением поляризации, а R, G, B-пучки передают к месту визуализации по волоконно-оптическому кабелю, сохраняющему направление поляризации излучения. In addition to modulating in intensity and angular position in space and combining R, G, B-beams at the input end of an optical fiber cable, R, G, B-beams are modulated by polarization so that two adjacent frames of a pixel image with an orthogonal direction of polarization are created, and R, G, B-beams are transmitted to the visualization site via a fiber-optic cable preserving the direction of polarization of radiation.

Дополнительно дискретно переключают направление распространения суммарного R, G, B-пучка так, что на входе волоконно-оптического кабеля воспроизводят часть кадра, а весь кадр передают на входной торец кабеля путем последовательных переключений направления распространения суммарного R, G, B-пучка, при этом моменты переключений синхронизируют с периодом модуляции R, G, B-пучков, выполняемой при создании части кадра. Additionally, the propagation direction of the total R, G, B-beam is discretely switched so that part of the frame is reproduced at the input of the fiber optic cable, and the entire frame is transmitted to the input end of the cable by successively switching the propagation direction of the total R, G, B-beam, while switching moments are synchronized with the period of modulation of R, G, B-beams performed when creating part of the frame.

Световой поток суммарного R, G, B-пучка переключают по двум направлениям так, что излучение, образующее два соседних кадра, поступает раздельно на вход своего волоконно-оптического кабеля, на выходе каждого из которых излучение ортогонально поляризуют. The luminous flux of the total R, G, B-beam is switched in two directions so that the radiation forming two adjacent frames is fed separately to the input of its fiber-optic cable, at the output of each of which the radiation is orthogonally polarized.

Лазерный цветной проектор для осуществления заявленного способа содержит последовательно расположенные и оптически связанные между собой источник когерентного поляризованного излучения R, G, B-цветов, блок формирования лазерных R, G, B-пучков, блок управления интенсивностью и угловым положением в пространстве лазерных R, G, B-пучков, блок сканирования, блок масштабирования, фокусировки и совмещения взаимосвязанных лазерных изображений и экран, при этом выход блока управления интенсивностью и угловым положением в пространстве лазерных R, G, B-пучков электрически соединен со входом блока сканирования, между блоком масштабирования, фокусировки и совмещения взаимосвязанных лазерных изображений и экраном помещен волоконно-оптический кабель, а экран образован выходными торцами волокон кабеля, входные торцы которых оптически соединены с выходом блока масштабирования, фокусировки и совмещения взаимосвязанных лазерных изображений так, что каждому пикселю на входе кабеля соответствует пиксель на его выходе согласно архитектуре первичного изображения. A laser color projector for implementing the claimed method comprises a sequentially located and optically interconnected source of coherent polarized radiation of R, G, B colors, a unit for generating laser R, G, B beams, a unit for controlling the intensity and angular position in the space of laser R, G , B-beams, a scanning unit, a unit for scaling, focusing and combining interconnected laser images and a screen, while the output of the intensity and angular position control unit in the space of the laser R, G, B- beams are electrically connected to the input of the scanning unit, a fiber-optic cable is placed between the scaling, focusing and combining unit of interconnected laser images and the screen, and the screen is formed by the output ends of the cable fibers, the input ends of which are optically connected to the output of the unit for scaling, focusing and combining interconnected laser images so that each pixel at the input of the cable corresponds to a pixel at its output according to the architecture of the primary image.

Проектор может быть снабжен волоконным корректором светового поля, представляющего собой жестко фиксированную сборку оптических волокон, торцы которых с одной стороны расположены по сфере, а с другой - по плоскости, при этом плоский торец без зазора сопряжен с входным торцом волоконно-оптического кабеля, а сферическая поверхность корректора образует с блоком масштабирования, фокусировки и совмещения взаимосвязанных лазерных изображений софокусную оптическую систему. The projector can be equipped with a fiber corrector of the light field, which is a rigidly fixed assembly of optical fibers, the ends of which are located on the sphere on the one hand and on the plane on the other, while the flat end face is connected with the input end of the fiber optic cable without a gap, and the spherical the corrector surface forms a confocal optical system with a scaling, focusing and combining unit of interconnected laser images.

В блоке масштабирования, фокусировки и совмещения взаимосвязанных лазерных изображений может быть дополнительно установлен модулятор поляризации излучения, управляющий вход которого электрически соединен с дополнительным выходом блока управления, а сигнал управления синхронизован с частотой образования кадра так, что излучение, создающее изображение в двух соседних кадрах, ортогонально поляризовано, а волоконно-оптический кабель выполнен сохраняющим направление поляризации излучения. In the unit for scaling, focusing and combining interconnected laser images, a radiation polarization modulator can be additionally installed, the control input of which is electrically connected to the additional output of the control unit, and the control signal is synchronized with the frame formation frequency so that the radiation creating the image in two adjacent frames is orthogonal polarized, and the fiber optic cable is made to preserve the direction of polarization of the radiation.

Проектор может быть снабжен вторым волоконно-оптическим кабелем и переключателем светового потока с одного кабеля на второй, а на выходе каждого оптического волокна установлен поляризатор так, что излучение на выходе кабелей, образующих общий экран, поляризовано ортогонально друг к другу. The projector can be equipped with a second fiber-optic cable and a luminous flux switch from one cable to a second, and a polarizer is installed at the output of each optical fiber so that the radiation at the output of the cables forming a common screen is polarized orthogonally to each other.

Проекционная система для получения стереоскопического изображения содержит два лазерных цветных проектора, имеющих общий экран и излучение которых поляризовано ортогонально друг к другу, блоки управления проекторов электрически соединены друг с другом так, что чередование кадров синхронизовано, а волоконно-оптические кабели выполнены сохраняющими направление поляризации излучения, или волоконно-оптические кабели выполнены не сохраняющими направление поляризации, а на выходном торце каждого оптического волокна установлен поляризатор. The projection system for obtaining a stereoscopic image contains two color laser projectors having a common screen and the radiation of which is polarized orthogonally to each other, the control units of the projectors are electrically connected to each other so that the frame rotation is synchronized, and the fiber-optic cables are made to preserve the direction of radiation polarization, or fiber-optic cables are made not preserving the direction of polarization, and polarization is installed at the output end of each optical fiber torus.

В заявленном способе в отличие от аналогов используется пиксельная графика, позволяющая повысить яркость изображения за счет отсутствия потерь при вводе в волоконно-оптический кабель, а изображение строится не на рассеивающем экране, куда три R, G, B-пучка идут по воздуху, а на торце волоконно-оптического кабеля. Поскольку используется один волоконно-оптический кабель, это удешевляет реализацию способа. In the claimed method, in contrast to analogs, pixel graphics are used, which makes it possible to increase the brightness of the image due to the absence of losses when entering into a fiber optic cable, and the image is not built on a scattering screen, where three R, G, B-beams go through the air, but end of fiber optic cable. Since a single fiber-optic cable is used, this reduces the cost of implementing the method.

В заявленном способе используется дополнительно модуляция направления поляризации R, G, B-пучков, позволяющая создавать два соседних кадра с ортогональным направлением поляризации излучения из выходных торцов волокон, образующих экран. В этом случае для зрителя, имеющего возможность наблюдать изображение на экране через очки, пропускающие для одного глаза излучение только одного кадра, а для другого - следующего за ним кадра, возникнет стереоизображение. Могут быть применены, например, очки, которые имеют зрачки с коэффициентом пропускания, зависящим от направления поляризации, падающего на них излучения. Если направление поляризации излучения в идущих друг за другом кадрах согласовано с направлением поляризации, при котором происходит максимум пропускания правого и левого зрачков, то зритель видит изображение на экране со стереоэффектом. The claimed method additionally uses modulation of the polarization direction of the R, G, B-beams, which makes it possible to create two adjacent frames with the orthogonal direction of polarization of the radiation from the output ends of the fibers forming the screen. In this case, for the viewer who is able to observe the image on the screen through the glasses, transmitting for one eye the radiation of only one frame, and for the other, the next frame following him, a stereo image will appear. Glasses, for example, which have pupils with a transmittance that depends on the direction of polarization, the incident radiation, can be used. If the direction of polarization of radiation in successive frames is consistent with the direction of polarization, at which there is a maximum transmission of the right and left pupils, then the viewer sees an image on the screen with a stereo effect.

Для уменьшения стоимости волоконно-оптического кабеля предложено минимизировать число световедущих жил в кабеле до числа пикселей в первичном изображении. При этом торец каждой световедущей жилы на входе волоконно-оптического кабеля согласован по положению и оптическим параметрам с исходным пиксельным изображением так, что энергия трех R, G, B-пучков вводится в световедущую жилу в каждом пикселе без потерь. Для этого предложено использовать при расчете числа световедущих жил кабеля зависимость N = (D_вн./D_нар•(q_cк/q_n) (1), где N - максимально допустимое число оптических волокон для энергетически согласованной передачи пиксельного изображения, состоящего из N пикселей, q_ск - полный угол пространственной модуляции, а q_n - угловой размер пикселя на входном торце волоконно-оптического кабеля, D_вн - внутренний диаметр волокна, D_нар - наружный диаметр волокна.To reduce the cost of fiber-optic cable, it is proposed to minimize the number of light-guiding veins in the cable to the number of pixels in the primary image. In this case, the end face of each light guide core at the input of the fiber-optic cable is coordinated in position and optical parameters with the original pixel image so that the energy of three R, G, B beams is introduced into the light guide core in each pixel without loss. For this purpose, it was proposed to use the dependence N = (D _ext. / D _nar • (q _cc / q _n ) (1) when calculating the number of light guide wires of the cable (1), where N is the maximum allowable number of optical fibers for an energetically coordinated transmission of a pixel image consisting of N pixels, q _ck is the total angle of spatial modulation, and q _n is the angular pixel size at the input end of the fiber optic cable, D _int is the inner diameter of the fiber, D _nar is the outer diameter of the fiber.

Эта зависимость поясняется на фиг. 1, где обозначено: Ф0, Ф1, Ф2 - положение волновых фронтов лазерных пучков при q_ск = 0, q = 1, 2, q_ск = 0,5.This relationship is illustrated in FIG. 1, where it is indicated: Ф0, Ф1, Ф2 — position of the wave fronts of the laser beams at q _ck = 0, q = 1, 2, q _ck = 0.5.

Л+1, Л-1 Л+2, Л-2 - положение крайних лучей волновых фронтов Ф1, Ф2. L + 1, L-1 L + 2, L-2 - the position of the extreme rays of the wave fronts F1, F2.

ИФ0, ИФ1, ИФ2 - положение дифракционных изображений волновых фронтов. IF0, IF1, IF2 - the position of the diffraction images of wave fronts.

Ф0, Ф1, Ф2 в фокальной плоскости объектива О. Из рисунка видно, что A = N•D_нар= q_cк•f (2) и, если дифракционное изображение пикселя не превосходит размер световедущей жилы, то есть выполняется условие -D_вн = D_диф, то ввод пикселя в волокно происходит без потерь. Как известно D_диф = C•λ• f/D_изл (3), где λ - длина волны излучения, С - коэффициент, численное значение которого зависит от характера распределения поля по апертуре излучателя. Обозначим - q_n = С•λ/D_изл. Решая совместно уравнения (2), (3), получим выражение (1) для N.Ф0, Ф1, Ф2 in the focal plane of the lens O. It can be seen from the figure that A = N • D _nar = q _ck • f (2) and if the diffraction image of the pixel does not exceed the size of the light guide core, that is, the condition -D _int = D _diff , then the input of a pixel into the fiber occurs without loss. As is known, D _diff = C • λ • f / D _rad (3), where λ is the radiation wavelength, C is a coefficient, the numerical value of which depends on the nature of the field distribution over the aperture of the emitter. Denote - q _n = С • λ / D _ex . Solving equations (2), (3) together, we obtain expression (1) for N.

Устройство для реализации способа отличается тем, что между экраном и блоком формирования, фокусировки и совмещения лазерных изображений дополнительно размещен волоконно-оптический кабель. Входной торец кабеля оптически подключен к выходу блока формирования, фокусировки и совмещения лазерных изображений, а его выходной конец механически подсоединен к экрану так, что торцы световедущих жил кабеля образуют поверхность визуализации пиксельного изображения. При этом каждый пиксель передается к месту визуализации по световедущей жиле кабеля, оптические параметры которой согласованны геометрически и оптически с пиксельным R, G, В-изображением на его входе. Кроме того, в блоке формирования, фокусировки и совмещения лазерных изображений введен дополнительно модулятор поляризации R, G, В-пучков и дополнительная электрическая связь между модулятором поляризации и блоком управления, позволяющая синхронизовать работу всего устройства так, что излучение, создающее изображение в двух кадрах, следующих друг за другом, поляризовано ортогонально. A device for implementing the method is characterized in that an optical fiber cable is additionally placed between the screen and the unit for generating, focusing and combining laser images. The input end of the cable is optically connected to the output of the unit for forming, focusing and combining laser images, and its output end is mechanically connected to the screen so that the ends of the light guide wires of the cable form a visualization surface of the pixel image. In this case, each pixel is transmitted to the visualization site along the light guide core of the cable, the optical parameters of which are geometrically and optically matched with the pixel R, G, B-image at its input. In addition, in the block for generating, focusing and combining laser images, an additional polarization modulator of R, G, B-beams and an additional electrical connection between the polarization modulator and the control unit are introduced, which allows synchronizing the operation of the entire device so that the radiation creating an image in two frames following each other, polarized orthogonally.

Предлагаемый "лазерный проектор с оптоволоконным стереоскопическим экраном" состоит из последовательно расположенных и логически связанных между собой функциональных блоков, представленных на фиг. 2
1. Источник непрерывного когерентного излучения L красного, зеленого, синего цветов.The proposed “laser projector with a fiber optic stereoscopic screen” consists of functionally arranged and logically interconnected functional units shown in FIG. 2
1. A source of continuous coherent radiation L red, green, blue.

2. Блок управления А с адаптером для считывания компьютерной информации и выработки сигналов управления работой акустооптических (A-O)-дефлекторов и драйверы для управления A-O-дефлекторами в соответствии с сигналами, задаваемыми блоком управления А. 2. Control unit A with an adapter for reading computer information and generating control signals for acousto-optical (A-O) -deflectors and drivers for controlling A-O-deflectors in accordance with the signals set by control unit A.

3. Блок формирования, модуляции, фокусировки и совмещения взаимосвязанных изображений В. 3. The block of formation, modulation, focusing and combining of interconnected images B.

4. Оптоволоконный кабель С. 4. Fiber optic cable C.

5. Экран D. 5. Screen D.

Источник непрерывного когерентного излучения L включает: лазер или лазерную систему, содержащую в спектре излучения три основные R, G, В-волны излучения, смешение которых позволяет получать излучение любого цвета. A source of continuous coherent radiation L includes: a laser or a laser system containing in the radiation spectrum three main R, G, B-waves of radiation, the mixing of which allows you to receive radiation of any color.

Блок управления А включает компьютер с быстродействующими интерфейсами. Control Unit A includes a computer with high-speed interfaces.

Блок формирования, модуляции, фокусировки и совмещения взаимосвязанных изображений B (фиг. 3) включает:
- формирователь лазерных пучков трех основных цветов,
- блок взаимосвязанных A-O-дефлекторов, управляемый сигналами устройства А, предназначенный для независимого, но взаимосвязанного, поэлементного дискретного позиционирования лазерных пучков трех основных цветов,
- устройство совмещения лазерных R, G, В-пучков на входном торце световедущей жилы кабеля С,
- устройство фокусировки R, G, В-пучков на входном торце световедущей жилы кабеля С.Block forming, modulating, focusing and combining interconnected images B (Fig. 3) includes:
- shaper of laser beams of three primary colors,
- a block of interconnected AO-deflectors, controlled by the signals of device A, designed for independent, but interconnected, element-wise discrete positioning of laser beams of three primary colors,
- a device for combining laser R, G, B-beams at the input end of the light guide core of cable C,
- a device for focusing R, G, B-beams at the input end of the light guide core of cable C.

Волоконно-оптический кабель С состоит из оптических волокон, число которых N определено по формуле N = (D_внутр/D_наружн)•(q_cк/q_n). Экран D представляет собой произвольную поверхность, составленную из совокупности срезов N оптических волокон.Fiber optic cable C consists of optical fibers, the number of which N is determined by the formula N = (D _int / D _out ) • (q _cc / q _n ). Screen D is an arbitrary surface composed of a plurality of sections of N optical fibers.

В лазерном проекторе исходным материалом является компьютерный файл с графической информацией, отображаемой на дисплее управляющего системой компьютера в виде цветного пиксельного графического изображения, состоящего из N элементов. Каждому элементу изображения на поверхности экрана компьютера программным путем приписываются двумерные координаты и функция цвета в пространстве изображения, исходя из соотношения трех основных цветов: красного (R), синего (G) и зеленого (В). In a laser projector, the source material is a computer file with graphic information displayed on the display of the computer control system in the form of a color pixel graphic image consisting of N elements. Two-dimensional coordinates and a color function in the image space are programmatically assigned to each image element on the surface of the computer screen, based on the ratio of the three primary colors: red (R), blue (G) and green (B).

В основе работы лазерного проектора лежит разложение компьютерным способом исходного многоцветного компьютерного изображения на три одноцветных компьютерных R, G, В-изображений. Соответственно формируются три отдельных взаимосвязанных компьютерных файла, содержащих информацию о двухмерных координатах и оттенках цвета всех отдельных элементов, составляющих каждое цветное изображение. Информация о структуре изображения каждого подобного компьютерного файла в блоке управления А преобразуется в соответствующие управляющие электрические сигналы, направляемые через соответствующие адаптеры на драйверы устройств, управляющих параметрами лазерных пучков. The basis of the laser projector is the computer decomposition of the original multicolor computer image into three single-color computer R, G, B-images. Accordingly, three separate interconnected computer files are formed containing information on the two-dimensional coordinates and color shades of all the individual elements that make up each color image. Information about the image structure of each such computer file in the control unit A is converted into the corresponding control electrical signals, sent through the appropriate adapters to the device drivers that control the parameters of the laser beams.

Для управления положением пучков в пространстве в предлагаемом лазерном проекторе используются три пары быстродействующих двух координатных A-O. To control the position of the beams in space in the proposed laser projector, three pairs of high-speed two coordinate A-O are used.

Каждый R, G, В-пучок позиционируется в пространстве двумя дефлекторами, каждый из которых отклоняет пучок по одной из координат. Три пары A-O программно и логически взаимосвязаны. В каждом дефлекторе пучок света дифрагирует на ультразвуковой волне, создаваемой в кристалле пьезокерамическим преобразователем, который механически прикреплен к поверхности кристалла. Электрические импульсы с высокочастотным заполнением, подаваемые на каждый дефлектор, приводят к возникновению импульсов высокочастотных ультразвуковых волн в материале дефлектора. Частота волн во всем рабочем диапазоне каждого дефлектора удовлетворяет условиям дифракции Брэгга, при которой после прохождения каждого дефлектора лазерный пучок разделяется на два пучка: основной и дифрагированный. В предлагаемом лазерном проекторе используются дифрагированные пучки первого порядка, для которых угол отклонения (угол дифракции) пропорционален частоте сигнала, подаваемого на диффлектор, а интенсивность дифрагируемого пучка пропорциональна амплитуде сигнала, подаваемого на дефлектор. Each R, G, B-beam is positioned in space by two deflectors, each of which deflects the beam in one of the coordinates. Three A-O pairs are programmatically and logically interconnected. In each deflector, the light beam is diffracted by an ultrasonic wave created in the crystal by a piezoceramic transducer, which is mechanically attached to the surface of the crystal. High frequency filled electrical pulses supplied to each deflector lead to the appearance of high frequency ultrasonic wave pulses in the deflector material. The wave frequency in the entire working range of each deflector satisfies the Bragg diffraction conditions, in which, after passing through each deflector, the laser beam is divided into two beams: the main and diffracted. The proposed laser projector uses first-order diffracted beams for which the deflection angle (diffraction angle) is proportional to the frequency of the signal supplied to the diffuser, and the intensity of the diffracted beam is proportional to the amplitude of the signal supplied to the deflector.

Физические принципы, на которых основано действие используемых A-O-дефлекторов, позволяют создавать лазерное изображение, содержащие в каждом основном цвете до 20000 точек. Блок A-O-дефлекторов дополнительно обладает функцией устройства управления яркости элементов лазерного изображения. The physical principles on which the action of the used A-O-deflectors is based allow you to create a laser image containing up to 20,000 points in each primary color. The A-O-deflector unit additionally has the function of a brightness control device for laser image elements.

A-O-дефлекторы в каждом канале дополнительно снабжены функцией устройства управления размером лазерного изображения путем изменения пределов диапазона частот (пределов углов отклонений) высокочастотных электрических сигналов, подаваемых на дефлектор. Образование дополнительных цветов и их оттенков в лазерном изображении, а так же изменение яркости элементов в нем, производится смешиванием в разных пропорциях трех цветов, выбранных за основные. Лазерный проектор позволяет устанавливать формат кадра исходного компьютерного изображения со следующими параметрами:
S_max - максимальное число пикселей в строке в установленном формате кадра;
М_max - максимальное число пикселей в столбце с учетом размера воспроизводимого лазерного изображения.AO-deflectors in each channel are additionally equipped with the function of a laser image size control device by changing the limits of the frequency range (limits of deviation angles) of high-frequency electrical signals supplied to the deflector. The formation of additional colors and their shades in the laser image, as well as changing the brightness of the elements in it, is done by mixing in different proportions of the three colors selected for the primary. The laser projector allows you to set the frame format of the source computer image with the following parameters:
S _max - the maximum number of pixels in a row in the set frame format;
M _max - the maximum number of pixels in the column, taking into account the size of the reproduced laser image.

Для передачи лазерных изображений на экран (совмещение и фокусировка) в данном проекторе (фиг. 4) предложено следующее решение:
1. Введена оптическая система для совмещения R, G, В - лазерных изображений на выходе проектора. Оптическая система состоит из отражающего и двух дихроичных зеркал. Лазерный пучок после A-O-дефлектора (А-О1) попадает на отражающее зеркало 1 и направляется на дихроичное зеркало 2, отражающее в направлении оси G, B зеленый пучок от A-O-дефлектора (А-O2) и пропускающее в направлении оси G, B синий световой пучок после A-O-дефлектора (A-O 1). После дихроичного зеркала 2, совмещенные по оптической оси G, B-оптические пучки зеленого и синего цветов отражаются в направлении главной оптической оси проектора R, G, B дихроичным зеркалом 3, пропускающим в направлении R, G, B лазерный пучок красного цвета и отражающим в направлении R, G, B лазерные пучки синего и зеленого цветов.To transmit laser images to the screen (alignment and focusing) in this projector (Fig. 4), the following solution is proposed:
1. An optical system has been introduced for combining R, G, B - laser images at the output of the projector. The optical system consists of a reflective and two dichroic mirrors. The laser beam after the AO-deflector (A-O1) hits the reflecting mirror 1 and is directed to the dichroic mirror 2, which reflects the green beam from the AO-deflector (A-O2) in the direction of the G, B axis and transmits blue in the direction of the G, B axis light beam after the AO deflector (AO 1). After the dichroic mirror 2, the B-optical beams of green and blue, aligned along the optical axis G, are reflected in the direction of the main optical axis of the projector R, G, B by the dichroic mirror 3, which transmits a red laser beam in the R, G, B direction and reflects in direction R, G, B laser beams of blue and green colors.

2. По направлению распространения R, G, В-пучков введена оптическая система, согласующая апертурные углы лазерных пучков с апертурными углами оптических волокон кабеля. Общее количество волокон равно максимальному числу дискретных угловых положений лазерных пучков для R - G - В - A-O-дефлекторов. Фактически в пределах торца волоконного кабеля оптической системой формируется многоцветное лазерное пиксельное изображение, соответствующее исходному компьютерному. 2. An optical system has been introduced in the direction of propagation of R, G, B-beams, matching the aperture angles of the laser beams with the aperture angles of the optical fibers of the cable. The total number of fibers is equal to the maximum number of discrete angular positions of laser beams for R - G - B - A-O-deflectors. In fact, a multicolor laser pixel image corresponding to the original computer image is formed within the end of the fiber cable by the optical system.

3. Совокупность N-оптических волокон образует оптоволоконный многожильный кабель, позволяющий осуществлять перенос изображения, сформированного во входной плоскости кабеля, на десятки и сотни метров от оптической системы. 3. The set of N-optical fibers forms a multi-core fiber-optic cable, allowing the transfer of the image formed in the input plane of the cable, tens and hundreds of meters from the optical system.

4. Экран проектора представляет собой совокупность излучателей, роль которых играют плоские срезы волокон, разнесенные на определенные промежутки, величина которых определяется угловым разрешением глаза наблюдателя. 4. The projector screen is a set of emitters, the role of which is played by flat sections of fibers spaced at certain intervals, the value of which is determined by the angular resolution of the observer's eye.

5. Экран проектора может представлять собой вторичный пропускающий экран, на котором высвечиваются пиксели от близко расположенных к экрану торцов волокон. 5. The projector screen may be a secondary transmissive screen on which pixels from the fiber ends located close to the screen are displayed.

Новое качество можно придать экрану, если реализовать способ создания стереоскопических изображений, основанный на использовании для наблюдателя очков, пропускание правой и левой половин которых зависит от направления поляризации излучения на экране. В этом случае, если создавать в двух соседних кадрах сюжеты, соответствующие видению в натуре сюжета левым и правым глазами, то с помощью таких очков наблюдатель увидит стереоизображение сюжета. A new quality can be given to the screen if you implement a method for creating stereoscopic images based on the use of glasses for the observer, the transmission of the right and left halves of which depends on the direction of polarization of the radiation on the screen. In this case, if you create plots in two adjacent frames that correspond to the vision in the nature of the plot with your left and right eyes, then with the help of such glasses the observer will see a stereo image of the plot.

Для этого в блок масштабирования, фокусирования и совмещения взаимосвязанных изображений установлен модулятор поляризации излучения, управляющий вход которого подключен к дополнительному выходу блока управления (фиг. 3). Это позволяет привязать направление поляризации излучения к кадру так, что два соседних кадра формируются на экране излучением, поляризованным ортогонально. При этом волоконно-оптический кабель передает излучение без искажения направления поляризации. Масштаб в двух соседних кадрах выбирается так, что воспроизводятся изображения, которые видят раздельно правый и левый глаз. Эту функцию выполняет программный блок управления. Таким образом, при использовании наблюдателем очков из поляризованного материала в левый и правый глаз попадает излучение, направление поляризации которого ортогонально, а разность масштабов сюжета создает иллюзию стереоскопического зрения. To do this, a radiation polarization modulator is installed in the scaling, focusing and combining of interconnected images block, the control input of which is connected to the additional output of the control unit (Fig. 3). This allows you to bind the direction of polarization of the radiation to the frame so that two adjacent frames are formed on the screen by radiation polarized orthogonally. In this case, the fiber optic cable transmits radiation without distorting the direction of polarization. The scale in two adjacent frames is selected so that images are reproduced that are seen separately by the right and left eye. This function is performed by the software control unit. Thus, when an observer uses glasses from polarized material, radiation enters the left and right eyes, the direction of polarization of which is orthogonal, and the difference in the plot scales creates the illusion of stereoscopic vision.

Аналогичный эффект может быть достигнут при использовании второго проектора и дополнительного зеркала. Излучение второго проектора имеет направление поляризации, ортогональное по отношению к направлению поляризации первого проектора. Работа обоих проекторов синхронизирована. Для чего блоки управления электрически соединены (фиг. 5). В устройстве необходимо использовать волоконно-оптические кабели, сохраняющие направление поляризации передаваемого излучения. Работа блоков управления синхронизирована так, что кадр изображения второго проектора следует за кадром первого проектора. Масштаб в двух соседних кадрах выбирается так, что воспроизводятся изображения, которые видят раздельно правый и левый. A similar effect can be achieved using a second projector and an additional mirror. The radiation of the second projector has a polarization direction orthogonal to the polarization direction of the first projector. The operation of both projectors is synchronized. Why are the control units electrically connected (Fig. 5). The device must use fiber optic cables that preserve the direction of polarization of the transmitted radiation. The operation of the control units is synchronized so that the image frame of the second projector follows the frame of the first projector. The scale in two adjacent frames is selected so that images that see separately right and left are reproduced.

Возможно создание стереопроекторов, использующих волоконно-оптические кабели, не сохраняющие направление поляризации излучения. It is possible to create stereo projectors using fiber optic cables that do not preserve the direction of polarization of radiation.

В этом случае на экране устанавливают поляризаторы излучения, например, ленточные, как показано на фиг. 6. In this case, radiation polarizers, for example, tape polarizers, are installed on the screen, as shown in FIG. 6.

Устройство позволяет увеличить площадь экрана за счет введения дополнительного сканирующего зеркала. В этом случае снимается ограничение, накладываемое техническими характеристиками A-O-дефлекторами, на величину угла пространственной модуляции R, G, B-пучков. При создании изображения на таком экране вначале строится с помощью A-O-дефлектора часть кадра изображения. Весь кадр изображения строится при помощи нескольких поворотов дополнительного зеркала. Работа A-O-дефлектора синхронизована с работой поворотного зеркала блоком управления А. The device allows to increase the screen area due to the introduction of an additional scanning mirror. In this case, the restriction imposed by the technical characteristics of A-O-deflectors on the value of the spatial modulation angle of R, G, B-beams is removed. When creating an image on such a screen, a portion of the image frame is first constructed using the A-O deflector. The entire image frame is built with the help of several rotations of an additional mirror. The operation of the A-O deflector is synchronized with the operation of the rotary mirror by control unit A.

Заявляемый способ обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него передачей световых потоков на экран с помощью волоконно-оптического кабеля, световедущие жилы которого, геометрически и оптически согласованы с пиксельным изображением на выходе блока формирования фокусировки и совмещения взаимосвязанных изображений. Экран в отличие от прототипа образован выходными торцами световедущих жил. Для ввода излучения волоконно-оптический кабель все три R- G- В-пучка совмещает на одной оси и к месту образования пикселя на входном торце световедущей жилы направляют по одному оптическому пути. В устройстве для реализации способа дополнительно введено два дихроичных зеркала и одно отражающее, что позволяет все три пучка направить по оси выходного объектива. В устройстве используется один объектив для формирования пиксельного изображения. Оптические параметры выбраны так, что изображение каждого пикселя вводится в волокно без потерь. Для более качественного согласования выходного объектива и волоконно-оптического кабеля в устройстве дополнительно установлен между объективом и входным терцем кабеля блок для коррекции дисторсии и выравнивания поля. Это дает существенный эффект при углах сканирования больше 6 град. и при использовании световедущих жил с малой числовой апертурой порядка 0,1 рад. В этом случае оси всех оптических волокон направлены в точку сканирования, а входные торцы волокон располагаются по сферической поверхности с радиусом, равным фокусному расстоянию выходного объектива. Выход блока коррекции образован торцами регулярно уложенных волокон. К этому торцу без зазора и геометрически согласованно (по диаметру световедущей жилы и ее положению) присоединен входной торец волоконно-оптического кабеля. В этом случае практически без потерь излучение из световедущей жилы корректора передается в световедущую жилу кабеля. The inventive method has a novelty in comparison with the prototype, differing from it by transmitting light fluxes to the screen using a fiber optic cable, the light guide wires of which are geometrically and optically aligned with the pixel image at the output of the focus forming unit and combining the interconnected images. The screen, in contrast to the prototype, is formed by the output ends of the light conductor. To input radiation, a fiber-optic cable combines all three R-G-B bundles on one axis and is directed along one optical path to the pixel formation site at the input end of the light guide core. In the device for implementing the method, two dichroic mirrors and one reflective one are additionally introduced, which allows all three beams to be directed along the axis of the output lens. The device uses a single lens to form a pixel image. The optical parameters are selected so that the image of each pixel is introduced into the fiber without loss. For better coordination of the output lens and the fiber-optic cable, a unit is additionally installed between the lens and the input cable end of the cable for distortion correction and field alignment. This gives a significant effect at scanning angles of more than 6 degrees. and when using light guide wires with a small numerical aperture of the order of 0.1 rad. In this case, the axes of all optical fibers are directed to the scanning point, and the input ends of the fibers are located on a spherical surface with a radius equal to the focal length of the output lens. The output of the correction unit is formed by the ends of regularly laid fibers. An input end of a fiber-optic cable is connected to this end without a gap and geometrically consistent (in diameter of the light guide core and its position). In this case, practically without loss, the radiation from the light guide core of the corrector is transmitted to the light guide core of the cable.

Заявителям неизвестны технические решения, обладающие совокупностью перечисленных отличительных признаков и обеспечивающих получение вышеназванного результата, поэтому мы считаем, что заявляемый способ и устройство для его реализации соответствует условию изобретательского уровня. Заявляемый способ и устройство могут найти широкое применение в шоу-бизнесе, телевидении, рекламе, поэтому соответствует условию промышленной применяемости. The applicants are not aware of technical solutions that possess the combination of the above distinguishing features and ensure the receipt of the above result, therefore, we believe that the claimed method and device for its implementation meets the conditions of an inventive step. The inventive method and device can be widely used in show business, television, advertising, therefore, meets the condition of industrial applicability.

Claims

1. The method of forming frame-by-frame color images, in which a luminous flux of coherent polarized radiation of red R, green G and blue B colors is created, a continuous primary image is converted into a pulsed pixel image, taking into account the color distribution and brightness in the primary image, R, G, B- are modulated beams in intensity and angular position in space, characterized in that after modulation, three R, G, B-beams are combined at the input end of the fiber-optic cable with the number of fibers not less than the total number of pixels in a primary image, and to visualize the image place of each R, G, B-pixel are transmitted sequentially at its optical fiber so that the screen is formed by the output ends of the fiber cable, the architecture corresponds to the architecture of the pixel images of the pixel image at the input ends of the cable fibers.

2. The method according to claim 1, characterized in that a fiber optic cable is used, the number of fibers of which is equal to the number of pixels in the primary image, and the parameters of the light guide core are selected so that the ratio N = (D _ext. / D _nar. ) (q _ck / q _n ), where N is the number of pixels in the primary image, q _ck is the total angle of spatial modulation, q _n is the angular size of the pixel at the input end of the cable fibers, D _ext. - the inner diameter of the fiber, D _nar. - outer diameter of the fiber.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that in addition to modulating in intensity and angular position in space and combining R, G, B-beams at the input end of the optical fiber cable, R, G, B-beams modulate by polarization so that they create two adjacent frames of a pixel image with an orthogonal direction of polarization, and R, G, B-beams are transmitted to the visualization site via a fiber-optic cable preserving the direction of radiation polarization.

4. The method according to claim 1 or 2, or 3, characterized in that it further discretely switches the propagation direction of the total R, G, B-beam, so that part of the frame is reproduced at the input of the fiber optic cable, and the entire frame is transmitted to the input the end of the cable by successively switching the propagation direction of the total R, G, B-beam, while the switching moments are synchronized with the modulation period of R, G, B-beams performed when creating part of the frame.

5. The method according to claim 1 or 2, or 3, characterized in that the luminous flux of the total R, G, B-beam is switched in two directions so that the radiation forming two adjacent frames is fed separately to the input of its fiber optic cable , at the output of each of which the radiation is orthogonally polarized.

6. A laser color projector for implementing the method according to claim 1, comprising a sequentially located and optically coupled source of coherent polarized radiation of R, G, B-colors, a unit for generating laser R, G, B-beams, a unit for controlling the intensity and angular position in the space of laser R, G, B-beams, a scanning unit, a unit for scaling, focusing and combining interconnected laser images and a screen, while the output of the control unit for the intensity and angular position in the space of laser R, G, B-pu fiber is electrically connected to the input of the scanning unit, a fiber-optic cable is placed between the scaling, focusing unit for combining interconnected laser images and the screen, and the screen is formed by the output ends of the cable fibers, the input ends of which are optically connected to the output of the scaling, focusing and combining interconnected laser images so that each pixel at the input of the cable corresponds to a pixel at its output according to the architecture of the primary image.

7. The projector according to claim 6, characterized in that it is equipped with a corrector of the light field, which is a rigidly fixed assembly of optical fibers, the ends of which are located on a sphere on one side and on a plane on the other, while a flat end without a gap is interfaced with the input end of the fiber-optic cable, and the spherical surface of the corrector forms a confocal optical system with the scaling, focusing and combining unit of interconnected laser images.

8. The projector according to claim 6 or 7, characterized in that the radiation polarization modulator is additionally installed in the scaling, focusing and combining unit for interconnected laser images, the control input of which is electrically connected to the additional output of the control unit, and the control signal is synchronized with the frame frequency so that the radiation creating the image in two adjacent frames is orthogonally polarized, and the fiber-optic cable is made to preserve the direction of polarization of the radiation.

9. The projector according to claim 6 or 7, characterized in that it is equipped with a second fiber optic cable and a light flux switch from one cable to a second, and a polarizer is installed at the output of each optical fiber so that the radiation at the output of the cables forming a common screen polarized orthogonally to each other.

10. A projection system for obtaining a stereoscopic image, comprising two color laser projectors according to claim 6 or 7, having a common screen and the radiation of which is polarized orthogonally to each other, the control units of the projectors are electrically connected to each other so that the frame rotation is synchronized, fiber optical cables are made not preserving the direction of polarization, and a polarizer is installed on the output end of each optical fiber, or fiber-optic cables are made preserving the field direction ization.