RU2324962C1 - Three-dimensional display - Google Patents
Three-dimensional display Download PDFInfo
- Publication number
- RU2324962C1 RU2324962C1 RU2006135980/28A RU2006135980A RU2324962C1 RU 2324962 C1 RU2324962 C1 RU 2324962C1 RU 2006135980/28 A RU2006135980/28 A RU 2006135980/28A RU 2006135980 A RU2006135980 A RU 2006135980A RU 2324962 C1 RU2324962 C1 RU 2324962C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- channel
- memory register
- liquid crystal
- dimensional image
- Prior art date
Links
Landscapes
- Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к средствам визуализации и может быть использовано для воспроизведения трехмерного изображения объектов при проведении экспериментов в физике, в медицинской практике и т.п.The invention relates to visualization tools and can be used to reproduce a three-dimensional image of objects during experiments in physics, in medical practice, etc.
Известен дисплей для воспроизведения трехмерного изображения в пространстве, содержащий оптически связанные источник и рассеивающее устройство из трех экранов, установленных с возможностью вращения относительно источника излучения [1]. В нем ряд двухмерных изображений, проецируемых на подвижные экраны, вследствие инерции зрения сливаются в восприятии человека в объемное изображение; формирование цветов осуществляется за счет покрытия экранов люминофорами.A known display for reproducing a three-dimensional image in space, containing an optically coupled source and a scattering device of three screens installed with the possibility of rotation relative to the radiation source [1]. In it, a series of two-dimensional images projected onto moving screens, due to inertia of vision, merge in the perception of a person into a three-dimensional image; the formation of colors is carried out by coating the screens with phosphors.
У известного устройства есть существенный недостаток, связанный с движением экранов, так как возникающие при этом вибрации и деформации элементов устройства ухудшают точность воспроизведения трехмерного изображения.The known device has a significant drawback associated with the movement of the screens, since the resulting vibration and deformation of the elements of the device impair the accuracy of the reproduction of a three-dimensional image.
Наиболее близко по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому техническому решению другое известное устройство - объемный дисплей, содержащий оптически связанные источник светового излучения, прозрачную для светового излучения емкость, размещенный в последней микронеоднородный материал с управляемыми характеристиками рассеяния света и блок регулирования температуры в емкости [2]. В этом устройстве источник светового излучения выполнен в виде двух лазеров, лучи которых пересекаются последовательно в заданных точках внутри емкости; микронеоднородный материал - люминесцентная газовая смесь, имеющая определенный энергетический порог возбуждения для падающего светового потока и излучающая свет другой определенной длины волны. Элементы трехмерного изображения формируются в точках пересечения двух лазерных лучей, суммарная интенсивность которых превышает указанный порог возбуждения.The closest in technical essence and the achieved effect to the proposed technical solution is another known device - a volumetric display containing optically coupled light source, a transparent container for light radiation, placed in the last microinhomogeneous material with controlled characteristics of light scattering, and a temperature control unit in the tank [2 ]. In this device, the light source is made in the form of two lasers, the rays of which intersect sequentially at predetermined points inside the tank; microinhomogeneous material - a luminescent gas mixture having a certain energy threshold of excitation for the incident light flux and emitting light of a different specific wavelength. Elements of a three-dimensional image are formed at the intersection points of two laser beams, the total intensity of which exceeds the specified threshold of excitation.
Недостаток известного устройства - низкая точность воспроизведения трехмерного изображения, связанная с изменением коэффициента преломления газовой смеси в окрестности сформированных элементов изображения, что приводит к неконтролируемым смещениям лазерных лучей при формировании ряда следующих элементов.A disadvantage of the known device is the low accuracy of reproducing a three-dimensional image associated with a change in the refractive index of the gas mixture in the vicinity of the formed image elements, which leads to uncontrolled displacements of the laser beams during the formation of a number of the following elements.
Цель изобретения - повышение точности воспроизведения трехмерного изображения.The purpose of the invention is to increase the accuracy of reproduction of three-dimensional images.
Цель достигается тем, что объемный дисплей, содержащий оптически связанные источник светового излучения, прозрачную для светового излучения емкость, размещенный в последней микронеоднородный материал с регулируемыми характеристиками рассеяния света и блок регулирования температуры в емкости, снабжен последовательно соединенными генератором импульсов и трехканальным регистром памяти, подключенными к выходу генератора импульсов последовательно соединенными источником тока, выполненным с двумя симметричными выходами, и N-канальным коммутатором, вход управления которого соединен с первым выходом трехканального регистра памяти; N блоками сканирования, каждый из которых выполнен из М-канального коммутатора, вход управления которого соединен со вторым выходом трехканального регистра памяти; К-канальным коммутатором, вход управления которого соединен с третьим выходом трехканального регистра памяти, а вход соединен со вторым симметричным выходом источника тока; М групп по К термоэлектрических элементов, входы которых в каждой группе соединены между собой последовательно проводниками и с соответствующим номеру группы выходом М-канального коммутатора, а выходы термоэлектрических элементов с одинаковым порядковым номером из каждой группы соединены проводниками последовательно между собой и с соответствующим выходом К-канального коммутатора; термоэлектрические элементы в N блоках сканирования размещены в емкости с равными интервалами между соседними элементами, а микронеоднородный материал выполнен из насыщенного раствора жидкого кристалла в изотропной жидкости. Элемент трехмерного изображения в объемном дисплее представляет собой облачко капель жидкого кристалла, находящегося в нематической фазе.The goal is achieved in that the three-dimensional display, containing an optically coupled light source, a container transparent to light, placed in the last micro-inhomogeneous material with adjustable light scattering characteristics, and a temperature control unit in the tank, is equipped with a pulse generator and a three-channel memory register connected in series to the output of the pulse generator in series with a current source, made with two symmetric outputs, and N-channel a switch whose control input is connected to the first output of the three-channel memory register; N scan blocks, each of which is made of an M-channel switch, the control input of which is connected to the second output of the three-channel memory register; K-channel switch, the control input of which is connected to the third output of the three-channel memory register, and the input is connected to the second symmetric output of the current source; M groups of K thermoelectric elements, the inputs of which in each group are connected sequentially by conductors and with the corresponding group number the output of the M-channel switch, and the outputs of thermoelectric elements with the same serial number from each group are connected by conductors in series with each other and with the corresponding output K- channel switch; thermoelectric elements in N scanning units are placed in a container at equal intervals between adjacent elements, and microinhomogeneous material is made of a saturated solution of a liquid crystal in an isotropic liquid. The three-dimensional image element in the volumetric display is a cloud of droplets of a liquid crystal in the nematic phase.
На чертеже представлена блок-схема объемного дисплея.The drawing shows a block diagram of a surround display.
Объемный дисплей содержит оптически связанные источник 1 светового излучения, прозрачную для светового излучения емкость 2, размещенный в последней микронеоднородный материал 3 с регулируемыми характеристиками рассеяния света и блок 4 регулирования температуры в емкости 2; последовательно соединенные генератор 5 импульсов и трехканальный регистр 6 памяти, подключенные к выходу генератора 5 импульсов последовательно соединенные источник 7 тока, выполненный с двумя симметричным выходами, и N-канальный коммутатор 8, вход управления которого соединен с первым выходом трехканального регистра 6 памяти; N блоков 9...10 сканирования, каждый из которых выполнен из М-канального коммутатора 11, вход управления которого соединен с вторым выходом трехканального регистра 6 памяти; К-канального коммутатора 12, вход управления которого соединен с третьим выходом трехканального регистра 6 памяти, а вход соединен с вторым симметричным выходом источника 7 тока; М групп по К термоэлектрических элементов 13 (элементы Пельте), входы которых в каждой группе соединены между собой последовательно проводниками 15 и с соответствующим номеру группы выходом М-канального коммутатора 11, а выходы термоэлектрических элементов 13 с одинаковым порядковым номером из каждой группы соединены проводниками 15 последовательно между собой и с соответствующим выходом К-канального коммутатора 12; термоэлектрические элементы 13 в N блоках 9...10 сканирования размещены в емкости 2 с равными интервалами между соседними элементами, а микронеоднородный материал 3 выполнен из насыщенного раствора жидкого кристалла в изотропной жидкости, 16 - элемент трехмерного изображения в объемном дисплее, представляющий собой облачко капель жидкого кристалла.The volumetric display contains an optically coupled light source 1, a container 2 transparent to light radiation, located in the last micro-inhomogeneous material 3 with adjustable light scattering characteristics, and a temperature control unit 4 in the tank 2; serially connected pulse generator 5 and a three-channel memory register 6, connected to the output of the 5 pulse generator, serially connected current source 7, made with two symmetric outputs, and an N-channel switch 8, the control input of which is connected to the first output of the three-channel memory register 6; N scan blocks 9 ... 10, each of which is made of an M-channel switch 11, the control input of which is connected to the second output of the three-channel memory register 6; K-channel switch 12, the control input of which is connected to the third output of the three-channel memory register 6, and the input is connected to the second symmetric output of the current source 7; M groups of K thermoelectric elements 13 (Pelt elements), the inputs of which in each group are connected in series by conductors 15 and with the corresponding group number the output of the M-channel switch 11, and the outputs of thermoelectric elements 13 with the same serial number from each group are connected by conductors 15 sequentially between each other and with the corresponding output of the K-channel switch 12; thermoelectric elements 13 in N scanning blocks 9 ... 10 are placed in a container 2 with equal intervals between adjacent elements, and microinhomogeneous material 3 is made of a saturated solution of a liquid crystal in an isotropic liquid, 16 is a three-dimensional image element in a three-dimensional display, which is a cloud of drops liquid crystal.
Объемный дисплей работает следующим образом.Volumetric display works as follows.
В исходном состоянии (в отсутствие отображаемых элементов изображения) емкость 2, микронеоднородный материал - насыщенный раствор жидкого кристалла 3 и размещенные в емкости 2 термоэлектрические элементы 13 с проводниками 14, 15 незначительно рассеивают проходящее через емкость световое излучение от источника 1. Величина рассеяния света в исходном состоянии может быть минимизирована выбором интервала между соседними термоэлектрическими элементами 13 значительно больше, чем собственные размеры термоэлементов, и выбором изотропной жидкости и жидкого кристалла (в изотропной фазе) с близкими коэффициентами преломления для светового излучения от источника 1. В исходном состоянии насыщенный раствор жидкого кристалла в изотропной жидкости содержит взвесь мельчайших капель жидкого кристалла, размеры которых зависят от температуры. С помощью блока 4 регулирования температуры в емкости 2 устанавливают и поддерживают температуру, при которой капли жидкого кристалла находятся в изотропном состоянии, а их размеры много меньше длины волны оптического излучения. Элемент объемного изображения формируется при прохождении импульса тока через заданный термоэлектрический элемент в виде облачка, состоящего из капель жидкого кристалла. Импульс тока приводит к кратковременному охлаждению одной из поверхностей термоэлектрического элемента. Вблизи охлажденной поверхности капли жидкого кристалла охлаждаются, переходят в нематическую фазу и увеличиваются в размерах. При достижении каплями размеров, соизмеримых с длиной волны падающего на них света, элемент объемного изображения становится видимым в рассеянных лучах при наблюдении через боковые поверхности емкости 2. По завершении импульса тока через определенное время происходит обратный процесс нагревания и уменьшения размеров капель жидкого кристалла в окрестности рассматриваемого термоэлектрического элемента и переход капель в исходное изотропное состояние с малым рассеянием света. Выделение тепла на противоположной поверхности термоэлектрического элемента компенсируется блоком 4 регулирования температуры в емкости 2.In the initial state (in the absence of displayed image elements), the capacitance 2, microinhomogeneous material — a saturated solution of liquid crystal 3, and thermoelectric elements 13 with conductors 14, 15 placed in the capacitor 2 slightly diffuse the light radiation passing through the capacitor from the source 1. The amount of light scattering in the initial state can be minimized by choosing the interval between adjacent thermoelectric elements 13 is much larger than the intrinsic dimensions of thermocouples, and the choice of isotropic liquid and a liquid crystal (in an isotropic phase) with similar indices of refraction for light rays from the source 1. In the initial state of a saturated solution of liquid crystal in the isotropic liquid contains a suspension of tiny droplets of liquid crystal, the dimensions of which depend on temperature. Using the temperature control unit 4, a temperature is established and maintained in the container 2 at which the liquid crystal droplets are in an isotropic state and their size is much smaller than the wavelength of optical radiation. The volumetric image element is formed when a current pulse passes through a given thermoelectric element in the form of a cloud consisting of drops of a liquid crystal. The current pulse leads to short-term cooling of one of the surfaces of the thermoelectric element. Near the cooled surface, the drops of the liquid crystal are cooled, pass into the nematic phase and increase in size. When the droplets reach sizes commensurate with the wavelength of the incident light, the element of the three-dimensional image becomes visible in the scattered rays when observed through the side surfaces of the capacitor 2. Upon completion of the current pulse, after a certain time, the process of heating and reduction of the size of the droplets of the liquid crystal in the vicinity of the considered thermoelectric element and the transition of droplets to the initial isotropic state with small light scattering. Heat generation on the opposite surface of the thermoelectric element is compensated by the temperature control unit 4 in the tank 2.
Изменение цвета рассеянного от элемента объемного изображения излучения от голубого до красного оттенка достигается за счет выбора длительности охлаждения, например, путем подачи одного, двух и т.д. импульсов тока на определенный термоэлектрический элемент. С ростом капель при их охлаждении в рассеянном излучении формируются цветовые оттенки в диапазоне от голубого до красного.The color change of the radiation scattered from the volumetric image element from blue to red is achieved by choosing the duration of cooling, for example, by supplying one, two, etc. current pulses to a specific thermoelectric element. With the growth of droplets during their cooling, color shades in the range from blue to red are formed in the scattered radiation.
Более подробно, в соответствии с чертежом, по сигналам генератора 5 импульсов запускается источник 7 тока и трехканальный регистр 6 памяти устанавливает в двоичном коде: на первом выходе адрес одного из блоков сканирования (соответствующего координате Z), на втором и третьем выходах - адреса проводников 14 и 15, соответствующих координатам Х и Y. Через термоэлектрический элемент 13, установленный в точке пересечения проводников 14 и 15, проходит импульс тока. Температура на одной из его поверхностей уменьшается, что приводит к формированию вблизи указанной поверхности элемента трехмерного изображения в виде облачка капель жидкого кристалла в нематической фазе, видимого в рассеянном свете. Повторением описанной процедуры заданное в регистре 6 памяти число раз достигается рост капель жидкого кристалла до размеров, обеспечивающих требуемый цветовой оттенок элемента трехмерного изображения. Аналогично последовательно формируются другие элементы трехмерного изображения.In more detail, in accordance with the drawing, according to the signals of the 5-pulse generator, the current source 7 is started and the three-channel memory register 6 is set in binary code: on the first output, the address of one of the scanning units (corresponding to the Z coordinate), on the second and third outputs, the addresses of the conductors 14 and 15, corresponding to the coordinates X and Y. A current pulse passes through the thermoelectric element 13 installed at the intersection of the conductors 14 and 15. The temperature on one of its surfaces decreases, which leads to the formation near the indicated surface of a three-dimensional image element in the form of a cloud of droplets of a liquid crystal in the nematic phase, visible in scattered light. By repeating the described procedure, the number of times specified in the memory register 6 is achieved by the growth of liquid crystal droplets to sizes that provide the desired color shade of the three-dimensional image element. Similarly, other elements of a three-dimensional image are sequentially formed.
Использование изобретения обеспечивает преимущества, заключающиеся в повышении точности воспроизведения трехмерного изображения. Положительный эффект достигается за счет жесткой привязки координат формируемых элементов изображения к известным координатам термоэлектрических элементов в предлагаемом устройстве.The use of the invention provides the advantages of increasing the accuracy of reproduction of a three-dimensional image. A positive effect is achieved due to the rigid binding of the coordinates of the formed image elements to the known coordinates of thermoelectric elements in the proposed device.
Источники информацииInformation sources
1. Патент РФ, №2111627, кл. Н04N 9/31, G09G 3/06, 1996.1. Patent of the Russian Federation, No. 2111627, cl. H04N 9/31, G09G 3/06, 1996.
2. Патент США, №6466184, кл. 345/6, 2002 (прототип).2. US patent, No. 6466184, CL. 345/6, 2002 (prototype).
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006135980/28A RU2324962C1 (en) | 2006-10-12 | 2006-10-12 | Three-dimensional display |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006135980/28A RU2324962C1 (en) | 2006-10-12 | 2006-10-12 | Three-dimensional display |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2324962C1 true RU2324962C1 (en) | 2008-05-20 |
Family
ID=39798905
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006135980/28A RU2324962C1 (en) | 2006-10-12 | 2006-10-12 | Three-dimensional display |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2324962C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2792577C1 (en) * | 2021-10-20 | 2023-03-22 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов Российской академии наук (ИПТМ РАН) | Method for forming three-dimensional moving images with light scattering |
-
2006
- 2006-10-12 RU RU2006135980/28A patent/RU2324962C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2792577C1 (en) * | 2021-10-20 | 2023-03-22 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов Российской академии наук (ИПТМ РАН) | Method for forming three-dimensional moving images with light scattering |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Rathinavel et al. | An extended depth-at-field volumetric near-eye augmented reality display | |
| CA3042460C (en) | Near-eye sequential light-field projector with correct monocular depth cues | |
| CN1143256C (en) | Color display device and color display method | |
| CN102207669B (en) | Light source system and projector | |
| US8098275B2 (en) | Three-dimensional imaging system using optical pulses, non-linear optical mixers and holographic calibration | |
| CN103827952B (en) | Field sequential image display apparatus | |
| US20040021802A1 (en) | Color 3D image display | |
| CN1640153A (en) | Three-dimensional image projection employing retro-reflective screens | |
| US20090179852A1 (en) | Virtual moving screen for rendering three dimensional image | |
| CN106662683A (en) | Imaging device for moving a virtual image | |
| CN105283796A (en) | Near-eye device | |
| JP2017513067A (en) | Autostereoscopic 3D display device using holographic optical element | |
| US20050237622A1 (en) | Color 3D image display | |
| CN102809825A (en) | Holographic-grating-based three-dimensional display | |
| Liu et al. | Full‐color multi‐plane optical see‐through head‐mounted display for augmented reality applications | |
| Zhuang et al. | Addressable spatial light modulators for eye-tracking autostereoscopic three-dimensional display using a scanning laser | |
| US20200142207A1 (en) | Three-dimensional image display apparatus | |
| RU2324962C1 (en) | Three-dimensional display | |
| RU98100453A (en) | STEREOSCOPIC DISPLAY DEVICE | |
| CN102638690A (en) | Wide-view-angle intelligent 3D (Three-Dimensional) display and wide-view-angle intelligent 3D display method | |
| CN110199206A (en) | Holographic light detection and ranging | |
| CN105158889B (en) | Stereoscopic microscopic imaging device and its method based on LED array illumination | |
| CN112970247B (en) | System and method for displaying multiple depth-of-field images | |
| Tsao et al. | Moving screen projection: a new approach for volumetric three-dimensional display | |
| JP2014199266A (en) | Layered color development point group display |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20081013 |