RU5270U1 - INSTALLATION FOR ELECTRONIC FORMATION OF THREE-DIMENSIONAL HOLOGRAPHIC IMAGE - Google Patents

INSTALLATION FOR ELECTRONIC FORMATION OF THREE-DIMENSIONAL HOLOGRAPHIC IMAGE Download PDF

Info

Publication number
RU5270U1
RU5270U1 RU96121830/20U RU96121830U RU5270U1 RU 5270 U1 RU5270 U1 RU 5270U1 RU 96121830/20 U RU96121830/20 U RU 96121830/20U RU 96121830 U RU96121830 U RU 96121830U RU 5270 U1 RU5270 U1 RU 5270U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
piezoelectric layer
acoustic
plate
strips
matrix
Prior art date
Application number
RU96121830/20U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
В.В. Петров
Original Assignee
Саратовский государственный университет
Научно-производственная фирма "Эксцентр" при Саратовском государственном университете
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 Саратовский государственный университет, Научно-производственная фирма "Эксцентр" при Саратовском государственном университете filed Critical Саратовский государственный университет
Priority to RU96121830/20U priority Critical patent/RU5270U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU5270U1 publication Critical patent/RU5270U1/en

Links

Abstract

1. Установка для электронного формирования трехмерного голографического изображения, содержащая голографический дисплей, источник когерентного монохроматического света и элемент электронного управления с блоками - сигнальным, опорным и синхронизации, отличающаяся тем, что в ней дисплей выполнен в виде пластины из фотоупругого материала, на одной из широких граней которой расположена матрица акустических излучателей, соединенных с опорным и сигнальным блоками элемента электронного управления.2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что на одной из широких граней пластины расположен пьезоэлектрический слой, имеющий акустический контакт с пластиной, а матрица акустических излучателей выполнена на пьезоэлектрическом слое.3. Установка по п.2, отличающаяся тем, что матрица акустических излучателей выполнена в виде двух систем электродов, размещенных на противоположных широких гранях пьезослоя, системы электродов представляют собой периодически расположенные полоски, причем полоски системы электродов, размещенной на одной грани пьезослоя, выполнены перпендикулярными полоскам системы электродов, размещенной на другой грани, а ширина полосок равна толщине пьезослоя.1. Installation for electronic formation of a three-dimensional holographic image containing a holographic display, a coherent monochromatic light source and an electronic control element with signal, reference and synchronization blocks, characterized in that the display is made in the form of a plate of photoelastic material, on one of the wide faces of which is a matrix of acoustic emitters connected to the reference and signal blocks of the electronic control element. 2. Installation according to claim 1, characterized in that on one of the wide faces of the plate there is a piezoelectric layer having acoustic contact with the plate, and the matrix of acoustic emitters is made on the piezoelectric layer. The installation according to claim 2, characterized in that the matrix of acoustic emitters is made in the form of two systems of electrodes placed on opposite wide faces of the piezoelectric layer, the electrode systems are periodically arranged strips, and the strips of the electrode system placed on one face of the piezoelectric layer are made perpendicular to the stripes of the system electrodes placed on another face, and the width of the strips is equal to the thickness of the piezoelectric layer.

Description

Полезная модель относится к акустооптике и может быть использована при разработке телевизионных и компьютерных систем.The utility model relates to acousto-optics and can be used in the development of television and computer systems.

Известна установка для формирования электронного трехмерного голографического изображения (см. Р.Ж. Изобретения стран мира, вып. 90 МКИ ПОЗ N 12; (19): PCT(WO), (51):5 G03H 1/26, (71):Graham, Dundas, Richmond, (12):А1 (11): 94/24615,(40): 941027-24, (54): Holograms), предназначенно1;Я для отображения символьных сообщений. Установка выполнена из матрицы идентичных голограмм, каждая из которых содержит все изображения, необходимые для формирования отображаемой информации.A known installation for forming an electronic three-dimensional holographic image (see R.Zh. Inventions of the countries of the world, issue 90 MKI POS N 12; (19): PCT (WO), (51): 5 G03H 1/26, (71): Graham, Dundas, Richmond, (12): A1 (11): 94/24615, (40): 941027-24, (54): Holograms), intended1; I to display character messages. The installation is made of a matrix of identical holograms, each of which contains all the images necessary for the formation of the displayed information.

Недостатками установки являются:The disadvantages of the installation are:

1.Невозможность формирования произвольного количества изображений вследствие конечного числа голограмм, входящих в матрицу.1. The inability to form an arbitrary number of images due to the finite number of holograms included in the matrix.

2.Установка позволяет формировать лишь символьные сообщения , вследствие однажды заложенной информации в виде идентичных голограмм.2. The installation allows you to generate only symbolic messages, due to once embedded information in the form of identical holograms.

Известна также установка для формирования электронного трехмерного голографического изображения (см. C.Newswanger, Animated holographic stereogram display, U.S. Patent No. 5191449 (March 02.1993). РЖ ИСМ, вып.90 (МКИ G03 G,H) N 9, 1994 cnh/74), содержащая голограмный блок, состоящий из множества первых и вторых голографических изображений и формирующий стереопару изображений. 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 - одновременноAlso known is an apparatus for forming an electronic three-dimensional holographic image (see C. Newswanger, Animated holographic stereogram display, US Patent No. 5191449 (March 02.1993). RZH ISM, issue 90 (MKI G03 G, H) N 9, 1994 cnh / 74), comprising a hologram block consisting of a plurality of first and second holographic images and forming a stereo pair of images. 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. 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 at the same time

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. Система 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.the second eye of the same observer. 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 system contains many light sources located with a given spatial ratio relative to the hologram block so that when any of the light sources is turned on, the observer will see the zones of the corresponding pair of images.

Недостатками такой установки являются:The disadvantages of this installation are:

1.Дискретность меняемых изображений вследствие дискретности зон наблюдения.1. Discretization of the replaced images due to discreteness of the observation zones.

2.Каждое трехмерное изображение в таком устройстве формируется лищь парой изображений и, фактически, является стереоскопическим псевдообъемным.2. Each three-dimensional image in such a device is formed by a pair of images and, in fact, is stereoscopic pseudo-volume.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому, является установка для формирования электронного трехмерного голографического изображения с использованием акустического излучения (J.A.Robillard Detection panel and method for acoustical holography, U.S. Patent No 4.905.202 (Feb 27,1990). - РЖ ИСМ (МКИ G03G,H) вып. 90, N 5, 1991, стр.27). Установка представляет собой плоский экран с жидкокристаллическим слоем, на который поступают отраженные от объекта акустические волны. Световое излучение, падающее на жидкокрисггллический слой, подвергается амплитудной и фазовой модуляции за счет вариации показателя преломления на поверхности этого слоя. Трехмерное голографическое изображение формируется с помощью модулированного светового пучка, отраженного от поверхности жидкокристаллического слоя.The closest in technical essence to the claimed one is the installation for forming an electronic three-dimensional holographic image using acoustic radiation (JARobillard Detection panel and method for acoustical holography, US Patent No. 4.905.202 (Feb 27.1990) .- РЖ ИСМ (MKI G03G , H) issue 90, N 5, 1991, p. 27). The installation is a flat screen with a liquid crystal layer, which receives acoustic waves reflected from the object. Light radiation incident on a liquid crystal layer is subjected to amplitude and phase modulation due to variations in the refractive index on the surface of this layer. A three-dimensional holographic image is formed using a modulated light beam reflected from the surface of the liquid crystal layer.

Главным недостатком такой установки является необходимость, для формирования изображения, облучения объекта акустическими волнами, что ограничивает область его применения.The main disadvantage of such an installation is the need for imaging, irradiating the object with acoustic waves, which limits its scope.

Другим недостатком является больщая инерционность формирования изображения.Another disadvantage is the large inertia of image formation.

Целью заявляемого решения является расширение области применения устройства (включая создание движущихся телевизионных или компьютерных изображений) при уменьшении инерционности формирования изображения.The aim of the proposed solution is to expand the scope of the device (including the creation of moving television or computer images) while reducing the inertia of image formation.

Эта цель достигается тем, что в установке для формирования электронного трехмерного голографического изображения, содержащей голографический дисплей, источник когерентного монохроматического света и элемент электронного управления с блоками - сигнальным, опорным и синхронизации, в ней дисплей выполнен в виде пластины из фотоупругого материала, на одной из широких граней которой, расположена матрица акустических излучателей, соединенных с опорным и сигнальным блоками элемента электронного управленияThis goal is achieved by the fact that in the installation for generating an electronic three-dimensional holographic image containing a holographic display, a coherent monochromatic light source and an electronic control element with signal, reference and synchronization blocks, the display is made in the form of a plate of photoelastic material, on one of the wide faces of which is a matrix of acoustic emitters connected to the reference and signal blocks of the electronic control element

Кроме того сущностью технического решения является вариант выполнения установки для электронного формирования трехмерного голографического изображения, в котором, на одной из широких граней пластины расположен пьезоэлектрический слой, имеющий акустический контакт с пластиной, а матрица акустических излучателей выполнена на пьезоэлектрическом слое.In addition, the essence of the technical solution is the embodiment of the installation for electronic formation of a three-dimensional holographic image, in which, on one of the wide faces of the plate, there is a piezoelectric layer having acoustic contact with the plate, and the matrix of acoustic emitters is made on the piezoelectric layer.

Сущностью другого варианта выполнения установки для электронного формирования трехмерного голографического изображения является то, что матрица акустических излучателей выполнена в виде двух систем электродов, размещенных на противоположных широких гранях пьезослоя, системы электродов представляют собой периодически расположенные полоски, полоски системы электродов, размещенной на одной грани пьезослоя, выполнены перпендикулярными полоскам системы электродов, размещенной на другой грани, а ширина полосок равна толщине пьезослоя. 3The essence of another embodiment of the installation for the electronic formation of three-dimensional holographic images is that the matrix of acoustic emitters is made in the form of two systems of electrodes placed on opposite wide faces of the piezoelectric layer, the electrode systems are periodically arranged strips, strips of the electrode system placed on one face of the piezoelectric layer, made perpendicular to the strips of the electrode system placed on another face, and the width of the strips is equal to the thickness of the piezoelectric layer . 3

Сущность четвертого варианта заявляемой установки заключается в том, что что пластина выполнена из пьезоэлектрического материала, а акустические излучатели представляют собой пьезопреобразователи поверхностных акустических волн.The essence of the fourth variant of the claimed installation is that the plate is made of piezoelectric material, and the acoustic emitters are piezoelectric transducers of surface acoustic waves.

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

Заявляемое решение поясняется чертежами. На фигЛ, 2 и 3 изображена схема установки для электронного формирования трехмерного голографического изображения, на фигуре 4 - схема, поясняющая принцип формирования трехмерного голографического изображения. Установка для формирования трехмерного голографического изображения содержит голографический дисплей (1), источник когерентного монохроматического света (2) с формирующей оптикой (2а), и элемент электронного управления с блоками - сигнальным (3), опорным (4) и блоком синхронизации (5) с синхронизирующим модулятором (5а), голографический дисплей (1) выполнен в виде пластины (6) из фотоупругого материала на одной из широких граней которой, расположена матрица акустических излучателей (7), соединенных с сигнальным (3) и опорным (4) блоками элемента электронного управления.The claimed solution is illustrated by drawings. On figl, 2 and 3 shows a diagram of the installation for electronic formation of a three-dimensional holographic image, figure 4 is a diagram explaining the principle of forming a three-dimensional holographic image. The apparatus for generating a three-dimensional holographic image comprises a holographic display (1), a coherent monochromatic light source (2) with forming optics (2a), and an electronic control element with signal units (3), reference (4) and synchronization block (5) with synchronizing modulator (5a), the holographic display (1) is made in the form of a plate (6) of photoelastic material on one of the wide faces of which there is a matrix of acoustic emitters (7) connected to the signal (3) and reference (4) blocks of the elec throne control.

В другом варианте технического решения (фиг.2) дополнительно, на одной из широких граней пластины, расположен пьезоэлектрический слой (8), имеющий акустический контакт с пластиной (6), а матрица акустических излучателей (7) выполнена на пьезоэлектрическом слое (8).In another embodiment of the technical solution (Fig. 2), in addition, on one of the wide faces of the plate, there is a piezoelectric layer (8) having acoustic contact with the plate (6), and the matrix of acoustic emitters (7) is made on the piezoelectric layer (8).

В третьем варианте установки (Фиг. 3) матрица акустических излучателей (7) выполнена в виде двух систем электродов (9) и (10), размещенных на противоположных широких гранях пьезослоя (8), системы электродов (9) и (10) представляют собой периодически расположенные полоски, полоски системы электродов (9), размещенной на одной грани пьезослоя (8), выполнены перпендикулярными полоскам системы электродов (10), размещенной на другой грани, а ширина полосок (9) и (10) равна толщине пьезослояIn the third embodiment of the installation (Fig. 3), the matrix of acoustic emitters (7) is made in the form of two systems of electrodes (9) and (10) located on opposite wide faces of the piezoelectric layer (8), the system of electrodes (9) and (10) are periodically arranged strips, strips of the electrode system (9) placed on one face of the piezoelectric layer (8) are made perpendicular to the strips of the electrode system (10) placed on the other face, and the width of the strips (9) and (10) is equal to the thickness of the piezoelectric layer

В четвертом варианте технического решения пластина (6) выполнена изIn the fourth embodiment of the technical solution, the plate (6) is made of

пьезоэлектрического материала, а акустические излучатели (7)piezoelectric material, and acoustic emitters (7)

представляют собой пьезопреобразователи поверхностныхare surface piezoelectric transducers

акустических волн.acoustic waves.

На Фиг. 4. показаны также воспроизводимый и видисыйIn FIG. 4. also shown reproducible and visible

Заявляемая установка работает следующим образом. Голографический дисплей (1) выполнен в виде пластины (6) из фотоупругого материала в котором возможна дифракция света на акустических колебаниях, генерируемых акустическими излучателями (7). Матрица акустических излучателей управляемая от сигнального (3) и опорного (4) блока элемента электронного управления, возбуждает в фотоупругой пластине (6), акустические колебания, которые создают интерференционную картину двух взаимодействующих акустических полей: сигнального - управляемого от сигнального блока (3) и опорного, управляемого 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 (12), Элемент электронного управления установкой 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 (12). При освещении такой голограммы (голографического дисплея (1)) источником когерентного монохроматического света (2), наблюдатель (11) видит действительное трехмерное голографическое изображение объекта (12). Элемент 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 фотоупругом материале пластины (6). Частота повторения кадров, определяемая временем прохождения звуковой волны от начала до конца голографического дисплея (1), устанавливается модулятором (5а), управляемым от блока синхронизации (5) . Модулятор (5а) и блок синхронизации (5) формируют импульсы подсветки, которые синхронизируются с моментом формирования полного кадра на голографическом дисплее (1). Когерентный монохроматический свет от источника (2) , промодулированный импульсами подсветки модулятором (5а) с блоком синхронизации (5) направляется на голографический дисплей (1) под углом Брэгга, определяемом на центральной частоте рабочего диапазона пьезоэлектрических излучателей (7), относительно широкой грани пластины (6). Действительное трехмфное голографическое изображение будет видно наблюдателю (11) сThe inventive installation operates as follows. The holographic display (1) is made in the form of a plate (6) made of a photoelastic material in which diffraction of light by acoustic vibrations generated by acoustic emitters is possible (7). The matrix of acoustic emitters controlled from the signal (3) and reference (4) block of the electronic control element excites acoustic vibrations in the photoelastic plate (6), which create an interference pattern of two interacting acoustic fields: signal - controlled from the signal block (3) and reference controlled from the support block (4). This interference pattern corresponds to the interference pattern of two interacting optical fields: the field of the reference light beam and the field of the object light beam reflected from the object (12). The electronic control element of the installation contains a coordinate scaling algorithm that takes 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 the object (12). When illuminating such a hologram (holographic display (1)) with a source of coherent monochromatic light (2), the observer (11) sees a real three-dimensional holographic image of the object (12). The electronic control element of the device (3), (4), (5) generates a dynamic hologram in the form of a frame having a duration determined by the resolution of the holographic display (1), which, in turn, depends on the speed of acoustic waves in the photoelastic plate material ( 6). 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 (5a) controlled from the synchronization unit (5). The modulator (5a) and the synchronization unit (5) generate backlight pulses that are synchronized with the moment of formation of the full frame on the holographic display (1). Coherent monochromatic light from a source (2), modulated by backlight pulses by a modulator (5a) with a synchronization unit (5) is directed to a holographic display (1) at a Bragg angle determined at the center frequency of the working range of the piezoelectric emitters (7), relative to the wide edge of the plate ( 6). The actual three-dimensional holographic image will be visible to the observer (11) with

противоположной от источника света (2) 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. Использование матрицы акустических излучателей по сравнению, например, с линейкой излучателей, позволяет ввести еще одну координату в акустическое поле формируемой динамической голограммы, что упрощает формирование алгоритма управляющих электрических сигналов.the opposite side of the display (1) from the light source (2) is 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 use of a matrix of acoustic emitters compared, for example, with a line of emitters, allows you to enter another coordinate in the acoustic field of the generated dynamic hologram, which simplifies the formation of an algorithm for controlling electrical signals.

Линейный размер акустических излучателей (7) равен половине длины акустической волны в фотоупругой пластине (6), а период решетки составляет примерно две длины акустической волны в пластине (6) и, наряду со скоростью звука в пластине (6), определяет разрешающую способность дисплея (1) по одной из координат. Разрешение дисплея (1) по другой координате определяется периодом решетки элементов в матрице излучателей (7).The linear size of acoustic emitters (7) is equal to half the length of the acoustic wave in the photoelastic plate (6), and the lattice period is approximately two acoustic wavelengths in the plate (6) and, along with the speed of sound in the plate (6), determines the resolution of the display ( 1) in one of the coordinates. The resolution of the display (1) in a different coordinate is determined by the lattice period of the elements in the emitter matrix (7).

Алгоритм созда1шя управляющих электрических сигналов может быть создан, например, пространственно-временным разложением акустического поля, наведенного в упругооптическом материале интерференционной картиной, создаваемой импульсами двух когерентных оптических волн - опорной и сигнальной - отраженной от реального объекта.The algorithm for creating control electric signals can be created, for example, by spatiotemporal decomposition of an acoustic field induced in an elasto-optical material by an interference pattern created by pulses of two coherent optical waves - a reference and a signal - reflected from a real object.

В другом варианте предлагаемого технического решения на одной из широких граней пластины (6) дополнительно расположен пьезоэлектрический слой (8), имеющий акустический контакт с пластиной (6), а матрица акустических излучателей (7) вьшолнена на пьезоэлектрическом слое (8), так что матрица излучателей генерирует акустические волны, которые могут распространяться непосредственно в пьезоэлектрическом слое (8).In another embodiment of the proposed technical solution, on one of the wide faces of the plate (6) there is additionally a piezoelectric layer (8) having acoustic contact with the plate (6), and the matrix of acoustic emitters (7) is filled on the piezoelectric layer (8), so that the matrix emitters generates acoustic waves that can propagate directly in the piezoelectric layer (8).

В третьем варианте предложенного технического решения матрица акустических излучателей (7) выполнена в виде двух систем электродов (9) и (10), размещенных на противоположных широких гранях пьезослоя (8), системы электродов представляют собой периодически расположенные полоски, полоски системы электродов (9), размещенной на одной грани пьезослоя (8) выполнены перпендикулярными полоскам системы электродов (10), размещенной на другой грани, так, что акустические колебания возбуждаются областями пьезослоя образованными перекрывающимися участками полосок. Такая система подключения излучающих элементов позволяет простым способом выбирать необходимые комбинации включения акустических излучателей.In the third version of the proposed technical solution, the matrix of acoustic emitters (7) is made in the form of two systems of electrodes (9) and (10) placed on opposite wide faces of the piezoelectric layer (8), the electrode systems are periodically arranged strips, strips of the electrode system (9) located on one face of the piezoelectric layer (8) are made perpendicular to the strips of the electrode system (10) placed on the other face, so that acoustic vibrations are excited by the regions of the piezoelectric layer formed by overlapping sections and stripes. Such a system for connecting radiating elements makes it possible in a simple way to select the necessary combinations for switching on acoustic emitters.

В четвертом варианте установки пластина (6) выполнена из пьезоэлектрического материала. При этом акустические излучатели представляют собой электроды, расположенные на поверхности пьезопластина (6). Одним из вариантов этой конструкции является выполнение аустических излучателей электродами, возбуждающими поверхностные акустические волны, например - встречно-штыревыми структурами. Возможно также совмещение решений по п. 4 и по п.З, когда пластина (6) является одновременно фотоупругим материалом, а также служит пьезоэлектрическим слоем (8),так что акустические колебания распространяются в таком слое, как в волноводе. Выполнение матрицы излучателей акустических волн расположением на проитвоположных поверхностях пьезослоя (8), (который является также фотоупругим материалом (6)), двух взаимно перпендикулярных систем параллельных электродов в виде полосок позволяет получить некоторых энергетический выигрыш, исключая необходимость трансформации акустических колебаний из одной средыв другую. Такой подход также снимает ограничение на размер дисплея, связанное с необходимостью использования в качестве фотоупрзтого крисгалического материала, имеющего, как правило ограниченные размеры. Другим достоинством такого решения является возможность использования планарных тонкопленочных технологий, что может иметь экономическое значение при массовом производстве.In the fourth embodiment, the plate (6) is made of a piezoelectric material. In this case, acoustic emitters are electrodes located on the surface of a piezoelectric plate (6). One of the options for this design is the implementation of the acoustic emitters by electrodes exciting surface acoustic waves, for example, by interdigitated structures. It is also possible to combine solutions according to claim 4 and claim 3, when the plate (6) is both a photoelastic material and also serves as a piezoelectric layer (8), so that acoustic vibrations propagate in such a layer as in a waveguide. The implementation of the matrix of acoustic wave emitters by arrangement on the opposite surfaces of the piezoelectric layer (8) (which is also a photoelastic material (6)) of two mutually perpendicular systems of parallel electrodes in the form of strips allows one to obtain some energy gain, eliminating the need to transform acoustic vibrations from one medium to another. This approach also removes the restriction on the size of the display associated with the need to use as photo-elastic crysalic material, which is usually limited in size. Another advantage of this solution is the possibility of using planar thin-film technologies, which can be of economic importance in mass production.

Примеры конкретного исполнения предложенных решений. Эффективная работа предложенного устройства предполагает использование фотоуругого материала, обладающего малым акустическим затуханием и высоким значением коэффициента упругооптического качества. Из известных сегодня, таким материалом для изготовления лабораторного образца голографического дисплея, может служить, например, кристалл ниобата лития, широко применяемый в видимом диапазоне акусгооптики, 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 4x4 см Голографический дисплей (1) демонстрационного макета заявляемой установки может быть вьшолнен из пластины (6) Х- среза ниобата лития с пьезослоем (8) из +36° среза этого же кристалла, размещенными на широкую грань пластины (6). Для возбуждения широкоапертурных акустических полей, размеры линейных апертур излучающих элементов (7) должны примерно быть равными половине длины акустической волны в звукопроводе (в пластине (6)).Examples of specific performance of the proposed solutions. The effective operation of the proposed device involves the use of a photo-elastic material having a low acoustic attenuation and a high value of the coefficient of elastic-optical quality. Of the materials known today, 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 acoustooptics, 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 approximately 4x4 cm. The holographic display (1) of the demonstration model of the inventive installation can be made from a plate (6) X-section of lithium niobate with a piezoelectric layer (8) from + 36 ° section of the same crystal placed on a wide face of the plate (6). To excite wide-aperture acoustic fields, the dimensions of the linear apertures of the radiating elements (7) should be approximately equal to half the length of the acoustic wave in the sound duct (in the plate (6)).

Центральная частота рабочего диапазона акустических излучателей (7) выбрана равной 60 МГц, а полоса рабочих частот частот - 20 Мгц ; при этом полоса рабочих частот определяет глубину возможных наблюдаемых размеров объекта (12) по третьей координате (перпендикуклярной плоскости дисплея). Тогда линейная апертура излучающего элемента (7) равна, примерно, 50 микронам, а (строк и линеек матрицы) - 200 микронам , Точки с равными фазами двух фронтов акустических волн, излучаемых одновременно двумя соседними преобразователями (7) , будут отстоять друг от друга на расстоянии, равном расстоянию между этими преобразователями(7),т.е на расстоянии в 200 микрон. Таким образом пространственное разрешение дисплея по одной из координат, оказывается равным 200 микрон. Для получения такого же разрешения по другой координате , лежащей в плоскости дисплея (1), длительность импульса подствегки, формируемого модулятором (5а) и блоком синхронизации (5) должна быть равной примерно 50 наносекунд. Кроме длительности подсветки, пространственное разрешение по этой координате определяет скорость упругой волны в фотоупругом материале.Так разрешение в 200 микрон по указанной координате может быть получено, например, с длительностью импульса подсветки в 0,5 микросекунд , если в качестве материала голографического дисплея используется кристалл парателлурита, а преобразователи (7) возбуждают сдвиговые акустические волны.The central frequency of the working range of acoustic emitters (7) is chosen equal to 60 MHz, and the working frequency band of frequencies is 20 MHz; in this case, the working frequency band determines the depth of the possible observed object dimensions (12) in the third coordinate (perpendicular to the display plane). Then the linear aperture of the radiating element (7) is approximately 50 microns, and (of the rows and lines of the matrix) is 200 microns. Points with equal phases of two fronts of acoustic waves emitted simultaneously by two adjacent transducers (7) will be separated from each other by a distance equal to the distance between these transducers (7), i.e., at a distance of 200 microns. Thus, the spatial resolution of the display in one of the coordinates is 200 microns. To obtain the same resolution in a different coordinate lying in the plane of the display (1), the duration of the backlight pulse generated by the modulator (5a) and the synchronization unit (5) should be approximately 50 nanoseconds. In addition to the duration of the backlight, the spatial resolution along this coordinate determines the speed of the elastic wave in the photoelastic material. Thus, a resolution of 200 microns in the specified coordinate can be obtained, for example, with a backlight pulse of 0.5 microseconds if a paratellurite crystal is used as the material of the holographic display , and the transducers (7) excite shear acoustic waves.

Примером конкретного выполнения другого варианта прелложенного технического решения является установка для формирования электронного трехмерного голографического изображения, в которой на одной из широких граней пластины (6) из ниобата лития напылена пленка окиси цинка, являющегося пьезоэлектриком и образующим пьезослой (8). На пьезослое (8) размещена матрица излучателей акустических волн (7).An example of a specific implementation of another variant of the proposed technical solution is a device for forming an electronic three-dimensional holographic image, in which a film of zinc oxide, which is a piezoelectric and forms a piezoelectric layer, is sprayed on one of the wide faces of a plate (6) of lithium niobate (8). A matrix of acoustic wave emitters (7) is placed on the piezoelectric layer (8).

В третьем варианте предложенной установки на фотоупругую подложку - пластину (6) напылена в начале первая система параллельных полосок (9). После чего поверх полосок (9) напылена пленка пьезоэлектрика, например ниобата лития - пьезослой (8). Поверх пьезослоя (8) напылена вторая система параллельных полосок (10), расположенных перпендикулярно системы полосок (9). Области перекрытия полосок (9) и (10) являются излучателями акустических волн (7). Для обеспечения высокой расходимости каждой из излучаемых акустических волн, которые при взаимодействии друг с другом создают интерференционную картину динамической голограммы, ширина полосок выбирается равной половине длины акустической волны в пластине (6). Толщина пьезослоя (8) выбирается равной половине длины волны звука в пьезоэлектрике (8).In the third embodiment of the proposed installation on a photoelastic substrate - a plate (6), the first system of parallel strips (9) is sprayed at the beginning. Then, a film of a piezoelectric, for example, lithium niobate - a piezoelectric layer (8) is sprayed on top of the strips (9). A second system of parallel strips (10) located perpendicular to the strip system (9) is sprayed on top of the piezoelectric layer (8). The overlapping regions of the strips (9) and (10) are emitters of acoustic waves (7). To ensure high divergence of each of the emitted acoustic waves, which, when interacting with each other, create an interference pattern of a dynamic hologram, the width of the strips is chosen equal to half the length of the acoustic wave in the plate (6). The thickness of the piezoelectric layer (8) is chosen equal to half the wavelength of sound in the piezoelectric (8).

При равенстве скоростей в пьезоэлектрике (8) и в пластине (6) , Ширина полосок (9) и (10) равна толщине пьезослоя (8). Примером конкретного выполнения четвертого варианта предлагаемого технического решения является установка в которой пластина (6) выполнена из пьезоэлектрического материала - ниобата лития YZ+36, а акустические излучатели (7) представляют собой встречно-штыревые преобразователи поверхностных акустических волн.If the velocities are equal in piezoelectric (8) and in the plate (6), the width of the strips (9) and (10) is equal to the thickness of the piezoelectric layer (8). An example of a specific implementation of the fourth embodiment of the proposed technical solution is the installation in which the plate (6) is made of a piezoelectric material - lithium niobate YZ + 36, and the acoustic emitters (7) are interdigital transducers of surface acoustic waves.

Трехмерное голографическое изображение восстанавливается при освещении голографического дисплея (1) когерентным монохроматическим светом, падающим под углом Брэгга к широкой грани пластины (6). Наблюдатель (11) может видеть объемное изображение также под углом Брэгга к щирокой грани пластины (6) 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.A three-dimensional holographic image is restored by illuminating the holographic display (1) with coherent monochromatic light incident at a Bragg angle to the wide edge of the plate (6). The observer (11) can also see the three-dimensional image at the Bragg angle to the wide face of the plate (6) from the opposite side of the holographic display (1) from the light source (2). The main advantage of this technical solution is the possibility of creating screens of sufficiently large sizes, as well as the possibility of using planar thin-film technology, which is economically advantageous for mass production.

Предложенная установка для формирования электронного трехмерного голографического изображения может быть использована для создания движущихся телевизионных или компьютерных трехмерных голографических изображений , что расширяет область ее применения по сравнению с прототипом.The proposed installation 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.

Другим преимуществом в сравнении с прототипом предложенного технического рещения является уменьщение инерционности формирования изображения. Это преимущество обусловлено тем, что в прототипе в качестве материала дисплея использованы жидкие кристаллы, обладающие большой инерционностью, в то время, как в предложенном решении динамическая голограмма образуется полем акустических волн, имеющих скорости порядка 10 м/с. В этом слзлчае частота смена кадров может намного превышать частоты, используемые в промышленном телевидении.Another advantage in comparison with the prototype of the proposed technical solution is to reduce the inertia of image formation. This advantage is due to the fact that in the prototype liquid crystals with high inertia were used as the display material, while in the proposed solution a dynamic hologram is formed by a field of acoustic waves having velocities of the order of 10 m / s. In this case, the frame rate can be much higher than the frequencies used in industrial television.

Опищем один из возможных вариантов регистрации изображений для их последующего восстановления с помощью предложенного решения. Алгоритм создания управляющих электрических сигналов для предложенной установки, может быть создан, например, пространственно-временным разложением акустического поля, наведенного в упругооптическом материале интерференционной картиной, создаваемой импульсами двух когерентных оптических волн - опорной и сигнальной - отраженной от реального объекта.We clean one of the possible options for registering images for their subsequent restoration using the proposed solution. The algorithm for creating control electric signals for the proposed installation can be created, for example, by spatiotemporal decomposition of an acoustic field induced in an elasto-optical material by an interference pattern created by pulses of two coherent optical waves - a reference and a signal - reflected from a real object.

Информация о регистрируемом объекте, получаемая таким образом матрицей акустических, приемников, аналогичных матрице акустических излучателей (7), может быть либо восстановлена с помощью предложенной установки в реальном масштабе времени, либо передана по телекоммуникационным каналам, либо записана на известные носители памяти.Information about the registered object, obtained in this way by a matrix of acoustic receivers similar to the matrix of acoustic emitters (7), can either be restored using the proposed setup in real time, or transmitted via telecommunication channels, or recorded on known storage media.

В сравнении с прототипом, где необходимо облучение объекта ультразвуковыми волнами, предлагаемая установка может быть использована в широком классе задач, где облучбрие объекта ультразвуком невозможно или нежелательно, что расширяет области применения установки , включая использование для создания движущихся телевизионных или компьютерных изображений. Заявители: Ректор Саратовского госунив Академик РАН, Профессор Зам. директора НПФ Эксце при Саратовском госуниверсит Автор: Д.И.Трубецков Л. А. Дерюгина . В.В.ПетровCompared with the prototype, where it is necessary to irradiate an object with ultrasonic waves, the proposed installation can be used in a wide class of problems where irradiation of an object with ultrasound is impossible or undesirable, which expands the scope of the installation, including the use for creating moving television or computer images. Applicants: Rector of the Saratov State University Academician of the Russian Academy of Sciences, Professor Deputy. Director of NPF Exce at the Saratov State University Author: D.I. Trubetskov L. A. Deryugina. V.V. Petrov

Claims (3)

1. Установка для электронного формирования трехмерного голографического изображения, содержащая голографический дисплей, источник когерентного монохроматического света и элемент электронного управления с блоками - сигнальным, опорным и синхронизации, отличающаяся тем, что в ней дисплей выполнен в виде пластины из фотоупругого материала, на одной из широких граней которой расположена матрица акустических излучателей, соединенных с опорным и сигнальным блоками элемента электронного управления.1. Installation for electronic formation of a three-dimensional holographic image containing a holographic display, a coherent monochromatic light source and an electronic control element with signal, reference and synchronization blocks, characterized in that the display is made in the form of a plate of photoelastic material, on one of the wide faces of which is a matrix of acoustic emitters connected to the reference and signal blocks of the electronic control element. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что на одной из широких граней пластины расположен пьезоэлектрический слой, имеющий акустический контакт с пластиной, а матрица акустических излучателей выполнена на пьезоэлектрическом слое. 2. Installation according to claim 1, characterized in that on one of the wide faces of the plate there is a piezoelectric layer having acoustic contact with the plate, and the matrix of acoustic emitters is made on the piezoelectric layer. 3. Установка по п.2, отличающаяся тем, что матрица акустических излучателей выполнена в виде двух систем электродов, размещенных на противоположных широких гранях пьезослоя, системы электродов представляют собой периодически расположенные полоски, причем полоски системы электродов, размещенной на одной грани пьезослоя, выполнены перпендикулярными полоскам системы электродов, размещенной на другой грани, а ширина полосок равна толщине пьезослоя. 3. The installation according to claim 2, characterized in that the matrix of acoustic emitters is made in the form of two systems of electrodes placed on opposite wide faces of the piezoelectric layer, the electrode systems are periodically arranged strips, and the strips of the electrode system placed on one face of the piezoelectric layer are made perpendicular strips of an electrode system placed on another face, and the width of the strips is equal to the thickness of the piezoelectric layer.
RU96121830/20U 1996-11-13 1996-11-13 INSTALLATION FOR ELECTRONIC FORMATION OF THREE-DIMENSIONAL HOLOGRAPHIC IMAGE RU5270U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU96121830/20U RU5270U1 (en) 1996-11-13 1996-11-13 INSTALLATION FOR ELECTRONIC FORMATION OF THREE-DIMENSIONAL HOLOGRAPHIC IMAGE

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU96121830/20U RU5270U1 (en) 1996-11-13 1996-11-13 INSTALLATION FOR ELECTRONIC FORMATION OF THREE-DIMENSIONAL HOLOGRAPHIC IMAGE

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU5270U1 true RU5270U1 (en) 1997-10-16

Family

ID=48267405

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU96121830/20U RU5270U1 (en) 1996-11-13 1996-11-13 INSTALLATION FOR ELECTRONIC FORMATION OF THREE-DIMENSIONAL HOLOGRAPHIC IMAGE

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU5270U1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7218435B2 (en) Reconfigurable spatial light modulators
US9983547B2 (en) Holographic video display system
St-Hilaire et al. Real-time holographic display: Improvements using a multichannel acousto-optic modulator and holographic optical elements
KR102100930B1 (en) Acousto-optic element, acousto-optic element array and 3-dimensional display apparatus including the acousto-optic element
Smalley et al. Holographic video display based on guided-wave acousto-optic devices
US5963569A (en) Multiple channel acousto-optic modulators
US3831434A (en) Methods and apparatus for image display of sound waves and utilizations thereof
US3919881A (en) Temporal reference wavefront reconstruction process and system
JPH08502602A (en) Light modulator
US10114268B2 (en) Acousto-optic device, and light modulator, optical scanner and display apparatus using the acousto-optic device
US4403834A (en) Acoustic-wave device
US4905202A (en) Detection panel and method for acoustic holography
KR102095088B1 (en) Apparatus and method for forming 3 dimensional holographic image using non-periodically structured optical elements
RU5270U1 (en) INSTALLATION FOR ELECTRONIC FORMATION OF THREE-DIMENSIONAL HOLOGRAPHIC IMAGE
RU2117975C1 (en) Installation for electronic formation of three-dimensional holographic picture
US4561727A (en) Two-dimensional acousto-optic deflection arrangement
RU2115148C1 (en) Device for electronic formation of three dimensional holographic picture
US4880296A (en) Opto-optical bean deflector, modulator, and shaper
RU5267U1 (en) DEVICE FOR ELECTRONIC FORMATION OF THREE-DIMENSIONAL HOLOGRAPHIC IMAGE
RU60233U1 (en) HOLOGRAPHIC PROJECTIVE LASER VOLUME DISPLAY
Metherell et al. Temporal reference acoustical holography
JP3515994B2 (en) Electric field sensor using liquid crystal and stereoscopic moving image recording / reproducing device using the same
Oh et al. Holographic video system with a pulse laser
JP3209837B2 (en) Image generator
Petrov Digital Holography for Bulk Image Acoustooptical Reconstruction