RU60233U1

RU60233U1 - HOLOGRAPHIC PROJECTIVE LASER VOLUME DISPLAY

Info

Publication number: RU60233U1
Application number: RU2006115665/22U
Authority: RU
Inventors: Александр Владимирович Воронов; Александр Алексеевич Головков; Михаил Михайлович Кольцов; Сергей Викторович Кузнецов
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Системы объемной визуализации и анимации" (ЗАО "СОВА")
Priority date: 2006-05-02
Filing date: 2006-05-02
Publication date: 2007-01-10

Abstract

Полезная модель - голографический проекционный лазерный объемный дисплей относится к области технической физики и может быть использовано для визуализации динамических объемных трехмерных объектов и сцен на голограмме, в частности при проектировании сложных конструкций в различных отраслях промышленности, при воспроизведении изображений различных сканирующих установок в медицине, в динамической рекламе и т.д. Сущность заключается в замене электромеханического визуализатора на базе вращающихся лопастей четырьмя неподвижными голограммами светящейся точки, образующими боковые стороны куба. Для этого в голографический проекционный лазерный объемный дисплей, содержащий два идентичных оптических канала, каждый из которых включает в себя расположенные на одной оптической оси лазер, оптический затвор, двухкоординатный по осям Х и Y акустооптический дефлектор, а также содержит управляющий компьютер, электрически связанный с двумя формирователями радиосигналов модуляции и синхронизации акустооптических дефлекторов, выходы которых электрически связаны со входами модуляции двухкоординатных акустооптических дефлекторов в каждом из оптических каналов, дополнительно введены еще два таких же идентичных оптических канала, два формирователя радиосигналов модуляции и синхронизации акустооптических дефлекторов и генератор импульсов, причем в каждый из оптических каналов дополнительно введены расположенные на одной оптической оси и оптически связанный с дефлектором оптический объектив, оптически связанный с объективом растр микролинз, оптически связанную с растром микролинз голограмму светящейся точки, причем четыре голограммы светящейся точки пространственно расположены так, что образуют боковые стороны куба. При этом каждый из формирователей радиосигналов модуляции содержит два канала формирования радиосигнала по Х A useful model - a holographic projection laser volumetric display belongs to the field of technical physics and can be used to visualize dynamic three-dimensional three-dimensional objects and scenes on a hologram, in particular when designing complex structures in various industries, when reproducing images of various scanning installations in medicine, in dynamic advertising, etc. The essence is to replace the electromechanical visualizer based on rotating blades with four fixed holograms of the luminous point, forming the sides of the cube. For this, a holographic projection laser volumetric display containing two identical optical channels, each of which includes a laser located on the same optical axis, an optical shutter, an acousto-optic deflector two-axis along the X and Y axes, and also contains a control computer that is electrically connected to two shapers of modulation and synchronization radio signals of acousto-optic deflectors, the outputs of which are electrically connected to the modulation inputs of two-coordinate acousto-optic deflectors in each a house from optical channels, two more identical optical channels, two shapers of modulation and synchronization radio signals of acousto-optical deflectors and a pulse generator are additionally introduced, moreover, an optical lens located optically connected to the deflector and optically coupled to the deflector is additionally introduced into each of the optical channels with a lens a raster of microlenses, a hologram of a luminous point optically connected with a raster of microlenses, and four holograms of a luminous point in space but arranged so that they form sides of a cube. Moreover, each of the modulators of the radio signals of the modulation contains two channels of the formation of the radio signal in X

и Y координатам и включает в себя цифровые блоки формирования выборок радиосигнала и последовательно соединенные с ними усилители-фильтры радиосигнала по осям Х и Y соответственно, выходы которых электрически связаны со входами модуляции двухкоординатного акустооптического дефлектора по соответствующей координате Х или Y в каждом из оптических каналов. Причем выход генератора импульсов электрически связан со входами синхронизации всех цифровых блоков формирования выборок радиосигнала формирователей радиосигналов модуляции и синхронизации акустооптических дефлекторов, а также с электрическими входами электрооптических затворов всех оптических каналов устройства. Указанное выполнение позволяет сформировать в каждом оптическом канале с помощью компьютера свою видимую в широких углах часть объемного изображения, которая в виде выборок радиосигнала модулирует два канала акустооптического дефлектора. Лазерный луч в каждом из оптических каналов дифрагирует на возбуждаемых акустических волнах и, после пространственного преобразования Фурье, проецирует на растр микролинз линию объемного изображения. После микролинз образуются отдельные референсные лучи, которые попадают на голограмму светящейся точки под своими углами и со своими радиусами волновых фронтов и формируют построчно свою часть объемного изображения, так что при выборе любого углового положения и любой из четырех голограмм видно неискаженное объемное изображение под выбранным ракурсом. Для повышения числа разрешимых точек в каждом оптическом канале используется акустооптический дефлектор. Таким образом достигается технический результат: формирование внутри куба, боковые стороны которого образуют четыре голограммы, иллюзорного непрозрачного объемного изображения с увеличенным числом разрешимых точек, видимого со всех сторон, кроме верха и низа.and Y coordinates, and includes digital blocks of radio signal sampling and serially connected amplifiers-filters of the radio signal along the X and Y axes, respectively, the outputs of which are electrically connected to the modulation inputs of the two-coordinate acousto-optical deflector along the corresponding X or Y coordinate in each of the optical channels. Moreover, the output of the pulse generator is electrically connected to the synchronization inputs of all digital blocks of the radio signal sampling of the shapers of the modulation radio signals and synchronization of acousto-optical deflectors, as well as to the electrical inputs of the electro-optical shutters of all optical channels of the device. The specified implementation allows you to form in each optical channel using a computer its visible in wide angles part of the three-dimensional image, which in the form of samples of the radio signal modulates two channels of the acousto-optical deflector. The laser beam in each of the optical channels diffracts on the excited acoustic waves and, after the spatial Fourier transform, projects a three-dimensional image line onto the microlens raster. After microlenses, separate reference rays are formed, which fall on the hologram of the luminous point at their angles and with their radii of the wave fronts and form line by line their part of the volumetric image, so that when choosing any angular position and any of the four holograms, an undistorted volumetric image is visible at the selected angle. To increase the number of solvable points in each optical channel, an acousto-optical deflector is used. Thus, a technical result is achieved: the formation inside the cube, the sides of which form four holograms, of an illusory opaque volumetric image with an increased number of solvable points, visible from all sides except the top and bottom.

Description

Заявляемое в качестве полезной модели устройство относится к области технической физики и может быть использовано для визуализации динамических объемных трехмерных объектов и сцен на голограмме, в частности при проектировании сложных конструкций в различных отраслях промышленности, при воспроизведении изображений различных сканирующих установок в медицине, в динамической рекламе и т.д.The device claimed as a utility model relates to the field of technical physics and can be used to visualize dynamic three-dimensional three-dimensional objects and scenes on a hologram, in particular when designing complex structures in various industries, when reproducing images of various scanning devices in medicine, in dynamic advertising and etc.

Системы воспроизведения в реальном объеме пространства имеют, как правило, электромеханические устройства развертки (например, вращающиеся экраны) [1, 2]. Главная проблема при создании как плоского, так и объемного лазерного изображения - очень большое количество точек и высокая скорость развертки при применении растрового способа формирования изображения. В настоящее время появились проекционные системы с высокой скоростью развертки и методы модуляции и управления оптическим пучком с высоким качеством разрешения. Если рассматривать лазерные проекционные системы, то здесь произошло существенное продвижение.Reproduction systems in the real volume of space have, as a rule, electromechanical scanning devices (for example, rotating screens) [1, 2]. The main problem when creating both a flat and three-dimensional laser image is a very large number of points and a high sweep speed when using the raster method of image formation. At present, projection systems with a high sweep speed and methods for modulating and controlling an optical beam with high resolution quality have appeared. If we consider laser projection systems, then there has been significant progress.

Сканирование лазерным лучом с высокой скоростью и эффективностью обеспечивают как зеркальные системы так и акустооптические системы (частоты сканирования до десятков мегагерц), но при этом обязательно задается жесткий закон развертки луча (чаще линейно изменяющийся по строкам и кадру) с формированием плоского растра. При этом само изображение формируется амплитудной модуляцией луча или отклонением малых парциальных лучей в микромеханических параллельных зеркальных системах, то есть дополнительным блоком, который непроизводительно гасит энергию луча и собственно сам обязательно вносит дополнительные потери по свету.Scanning with a laser beam with high speed and efficiency is provided by both mirror systems and acousto-optical systems (scanning frequencies up to tens of megahertz), but a strict law of beam sweeping (often linearly changing in lines and frames) with the formation of a flat raster is required. In this case, the image itself is formed by amplitude modulation of the beam or by the deviation of small partial rays in micromechanical parallel mirror systems, that is, an additional unit that dampens the energy of the beam unproductively and actually introduces additional light losses.

Существуют зеркальные и акустооптические системы управления угловым положением лазерного луча по двум взаимно перпендикулярным координатам Х и Y. Отличие зеркальных систем в том, что они создают изображение или голограмму изображения в плоскости, а затем проекционный объектив переносит изображение в дальнюю зону. При этом резкость изображения обеспечивается в относительно небольшом объеме визуализации [3], в связи с чем требуется несколько слоев LCD транспарантов в качестве объема визуализации.There are mirror and acousto-optical systems for controlling the angular position of the laser beam in two mutually perpendicular coordinates X and Y. The difference between mirror systems is that they create an image or a hologram of the image in the plane, and then the projection lens transfers the image to the far zone. At the same time, image sharpness is ensured in a relatively small volume of visualization [3], and therefore several layers of LCD banners are required as a visualization volume.

Наиболее близким к заявляемому устройству по конструкции является устройство для формирования трехмерных изображений, описанное в патенте Российской Федерации №2103752, Кл. G 09, G 3/06, которое выбрано в качестве прототипа. В этом устройстве используются два лазера, два акустооптических дефлектора и два оптических затвора с системой зеркал для воспроизведения на электромеханическом вращающемся визуализаторе непрозрачных объемных изображений. При этом используется не жесткая развертка по двум координатам, а управление угловым положением луча в пространстве осуществляется на основе акустооптического двухкоординатного дефлектора. Третья координата образуется по закону жесткой развертки вращающимися экранами. Оптические затворы формируют яркость точек, гася энергию лучей лазеров. Два канала в этом устройстве формируют две половины изображения на непрозрачных пластинах вращающегося визуализатора. Недостатком данного патента является то, что качество воспроизведения трехмерных изображений в устройстве невысоко из-за наличия вибраций и шумов используемого электромеханического визуализатора.Closest to the claimed device in design is a device for forming three-dimensional images described in the patent of the Russian Federation No. 2103752, Cl. G 09, G 3/06, which is selected as a prototype. This device uses two lasers, two acousto-optical deflectors and two optical shutters with a system of mirrors for reproducing opaque volumetric images on an electromechanical rotating visualizer. In this case, not a rigid scan in two coordinates is used, but the angular position of the beam in space is controlled on the basis of an acousto-optical two-coordinate deflector. The third coordinate is formed according to the law of rigid scanning by rotating screens. Optical shutters form the brightness of the dots, damping the energy of the laser beams. Two channels in this device form two halves of the image on the opaque plates of a rotating visualizer. The disadvantage of this patent is that the playback quality of three-dimensional images in the device is low due to the presence of vibrations and noise of the used electromechanical visualizer.

Задачей заявляемого изобретения является повышение качества воспроизводимого объемного изображения путем увеличения количества разрешимых точек и устранения вибраций и шумов при его воспроизведении из-за применения электромеханического визуализатора.The task of the invention is to improve the quality of the reproduced volumetric image by increasing the number of resolvable points and eliminating vibrations and noise during its reproduction due to the use of an electromechanical visualizer.

Указанная задача решается за счет того, что голографический проекционный лазерный объемный дисплей, содержащий два идентичных оптических канала, каждый из которых включает в себя расположенные на одной оптической оси лазер, оптический затвор, двухкоординатный акустооптический дефлектор, управляющий компьютер, электрически связанный с двумя формирователями радиосигналов модуляции и синхронизации акустооптических дефлекторов, выходы которых электрически связаны со входами модуляции двухкоординатных акустооптических дефлекторов в каждом из оптических каналов, дополнительно содержит еще два таких же идентичных оптических канала, причем в каждый из оптических каналов введены расположенные на одной оптической оси оптически связанный с дефлектором оптический объектив, оптически связанный с объективом растр микролинз, оптически связанную с растром микролинз голограмму светящейся точки, причем четыре голограммы светящейся точки пространственно расположены так, что образуют боковые стороны куба; в устройство также дополнительно введены два формирователя радиосигналов модуляции и синхронизации акустооптических дефлекторов, каждый из которых содержит по два канала формирования радиосигнала по координатам Х и Y, и включает в себя цифровые блоки формирования выборок радиосигнала и последовательно соединенные с ними усилители-фильтры радиосигнала по осям Х и Y соответственно, причем входы каждого их формирователей радиосигналов модуляции и синхронизации акустооптических дефлекторов, являющихся одновременно входами соответствующего цифрового блока формирования выборок радиосигнала, электрически связаны с управляющим компьютером, а выходы каждого из усилителей-фильтров радиосигнала, являющихся одновременно выходами формирователей радиосигналов модуляции и синхронизации акустооптических дефлекторов, электрически связаны со входами модуляции двухкоординатного акустооптического дефлектора по соответствующей координате в каждом из дополнительно введенном оптическом канале, при этом в устройство дополнительно введен также генератор импульсов, выход которого электрически связан со входами синхронизации всех цифровых блоков формирования This problem is solved due to the fact that the holographic projection laser volumetric display containing two identical optical channels, each of which includes a laser located on the same optical axis, an optical shutter, a two-coordinate acousto-optical deflector, a control computer, is electrically connected to two modulators of radio signals of modulation and synchronization of acousto-optic deflectors, the outputs of which are electrically connected to the modulation inputs of two-coordinate acousto-optic deflectors in each of the optical channels, additionally contains two more identical optical channels, moreover, an optical lens located optically connected to the deflector, a raster of microlenses optically connected to the lens of the microlenses, a hologram of a luminous dot optically connected to the raster of microlenses is introduced into each of the optical channels, moreover, four holograms of the luminous point are spatially arranged so that they form the sides of the cube; two shapers of modulation and synchronization of acousto-optic deflectors, each of which contains two channels for generating a radio signal along the X and Y coordinates, and includes digital blocks for generating samples of the radio signal and radio signal amplifiers-filters in series along the X axes, are also additionally introduced into the device and Y, respectively, with the inputs of each of their shapers of radio signals modulating and synchronizing acousto-optical deflectors, which are simultaneously inputs corresponding to of the digital radio signal sampling unit, are electrically connected to the control computer, and the outputs of each of the radio signal filter amplifiers, which are simultaneously the outputs of the modulators and synchronization of acousto-optic deflectors, are electrically connected to the modulation inputs of a two-coordinate acousto-optic deflector in the corresponding coordinate in each of the additionally entered optical channel, while the pulse generator, the output of which is electrically connected to the synchronization inputs of all digital forming units

выборок радиосигнала формирователей радиосигналов модуляции и синхронизации акустооптических дефлекторов, а также - с электрическими входами электрооптических затворов всех оптических каналов.samples of the radio signal of the shapers of the radio signals of modulation and synchronization of acousto-optical deflectors, as well as with the electrical inputs of the electro-optical shutters of all optical channels.

Сущность решения задачи заключается в замене электромеханического визуализатора на базе вращающихся лопастей четырьмя неподвижными голограммами светящейся точки, образующими боковые стороны куба.The essence of solving the problem is to replace the electromechanical visualizer based on rotating blades with four fixed holograms of the luminous point, forming the sides of the cube.

Для этого в устройстве к имеющимся двум оптическим каналам, проецирующим изображение на визуализатор, добавлены еще два таких же оптических канала. В каждом канале компьютером формируется своя видимая в широких углах часть объемного изображения, которая в виде выборок радиосигнала модулирует два канала акустооптического дефлектора. Лазерный луч в каждом канале дифрагирует на возбуждаемых акустических волнах и, после пространственного преобразования Фурье, проецирует на растр микролинз линию объемного изображения. После микролинз образуются отдельные референсные лучи, которые попадают на голограмму светящейся точки под своими углами и со своими радиусами волновых фронтов и формируют построчно свою часть объемного изображения, так что при выборе любого углового положения и любой из четырех голограмм видно неискаженное объемное изображение под выбранным ракурсом. Для повышения числа разрешимых точек в каждом оптическом канале используется акустооптический дефлектор. На один канал дефлектора подается радиосигнал, возбуждающий акустическую волну, в виде суммы синусоидальных гармоник, при этом каждая гармоника образует на голограмме светящуюся точку со своей амплитудой, определяющей яркость, а также со своей частотой, определяющей координату точки по оси Х и девиацией частоты, заданной по квадратичному закону, определяющей глубину залегания точки Z. На второй канал дефлектора подается сумма синусоидальных гармоник одной частоты, определяющей положение линии точек по оси Y и со своими девиациями частот, определяющими положение точек по глубине Z.To do this, two more of the same optical channels are added to the existing two optical channels projecting the image onto the visualizer in the device. In each channel, the computer forms its own part of the volumetric image, visible at wide angles, which in the form of samples of the radio signal modulates two channels of the acousto-optical deflector. The laser beam in each channel diffracts on the excited acoustic waves and, after the spatial Fourier transform, projects a three-dimensional image line onto the microlens raster. After microlenses, separate reference rays are formed, which fall on the hologram of the luminous point at their angles and with their radii of the wave fronts and form line by line their part of the volumetric image, so that when choosing any angular position and any of the four holograms, an undistorted volumetric image is visible at the selected angle. To increase the number of solvable points in each optical channel, an acousto-optical deflector is used. An acoustic wave excitation signal is supplied to one channel of the deflector in the form of a sum of sinusoidal harmonics, with each harmonic forming a luminous point on the hologram with its amplitude determining brightness and its frequency determining the coordinate of the point along the X axis and the frequency deviation given according to the quadratic law, which determines the depth of the point Z. The sum of sinusoidal harmonics of one frequency, which determines the position of the line of points along the Y axis and with its frequency deviations, is fed to the second deflector channel determining the position of points in depth Z.

При кодировании учитываются точки в объемном изображении, образующие периметры объектов сцены, видимые в углах до 100 градусов. Это позволяет сделать гибкая развертка по всем трем координатам, то есть повышается качество объемного изображения, поскольку количество подсвеченных точек периметров объектов в определенных углах, как правило, не превосходит количества точек в плоских изображениях.When encoding, points in a three-dimensional image are taken into account, which form the perimeters of scene objects, visible in angles of up to 100 degrees. This allows you to make a flexible scan in all three coordinates, that is, the quality of the three-dimensional image increases, since the number of highlighted points of the perimeters of objects in certain angles, as a rule, does not exceed the number of points in flat images.

Радиосигнал вызывает движущуюся акустическую волну в акустооптическом дефлекторе, поэтому для замораживания волны в системе используется оптический затвор. При помещении такого затвора в резонатор лазера происходит накопление энергии между оптическими импульсами, что улучшает эффективность лазера.The radio signal causes a moving acoustic wave in the acousto-optical deflector, therefore, an optical shutter is used to freeze the wave in the system. When such a shutter is placed in the laser cavity, energy is accumulated between the optical pulses, which improves the laser efficiency.

При этом радиосигнал, формирующий линию объемного изображения, с помощью специального генератора импульсов синхронизирован с оптическими импульсами.In this case, the radio signal forming the line of the three-dimensional image, using a special pulse generator, is synchronized with optical pulses.

Таким образом, заявляемое устройство голографического проекционного лазерного объемного дисплея, осуществляет объемное воспроизведение изображения в реальном объеме пространства лучшего качества за счет увеличения количества разрешимых точек, а также за счет устранения вибраций и шумов при его воспроизведении из-за применения электромеханического визуализатора. При этом сцену можно оглядывать с различных углов.Thus, the inventive device of a holographic projection laser volumetric display, provides volumetric image reproduction in the real volume of the best quality space by increasing the number of resolvable points, and also by eliminating vibrations and noise during its reproduction due to the use of an electromechanical visualizer. In this case, the scene can be examined from various angles.

В связи с этим заявляемое устройство может использоваться при проектировании сложных конструкций в любой отрасли промышленности, при воспроизведение изображений различных сканирующих установок в медицине, в динамической рекламе и т.д.In this regard, the inventive device can be used in the design of complex structures in any industry, when reproducing images of various scanning installations in medicine, in dynamic advertising, etc.

На фиг.1 представлена функциональная схема заявляемого устройства голографического проекционного лазерного объемного дисплея.Figure 1 presents a functional diagram of the inventive device holographic projection laser surround display.

На фиг.2 представлен рисунок, поясняющий принцип формирования объемного изображения заявляемым устройством.Figure 2 presents a figure explaining the principle of forming a three-dimensional image of the claimed device.

Заявляемое устройство голографического проекционного лазерного объемного дисплея (фиг.1) состоит из следующих блоков и элементов.The inventive device of a holographic projection laser volumetric display (figure 1) consists of the following blocks and elements.

Блок 1 состоит из четырех идентичных источников когерентного света (лазеров), оптически связанных с одним из четырех идентичных оптических каналов. Каждый из четырех идентичных блоков модуляции лучей (2, 3, 4, 5 соответственно), входящий в состав соответствующего оптического канала, содержит лежащие на одной оптической оси электрооптический затвор 6, канал акустооптического дефлектора 7 модуляции луча по координате X, канал акустооптического дефлектора 8 модуляции луча по координате Y, оптический объектив 9. Каждый из четырех оптических каналов состоит из блока модуляции лучей (2, 3, 4, 5 соответственно), оптически связанного с ним растра микролинзы (10, 11, 12, 13 соответственно), который в свою очередь оптически связан с голограммой светящейся точки (14, 15, 16, 17 соответственно), причем четыре идентичные голограммы светящейся точки пространственно расположены так, что образуют боковые стороны куба.Block 1 consists of four identical coherent light sources (lasers) optically coupled to one of four identical optical channels. Each of the four identical ray modulation blocks (2, 3, 4, 5, respectively), which is part of the corresponding optical channel, contains an electro-optical shutter 6 lying on the same optical axis, the channel of the acousto-optic deflector 7 of the beam modulation along the X coordinate, the channel of the acousto-optic deflector 8 of modulation of the beam along the Y coordinate, optical lens 9. Each of the four optical channels consists of a ray modulation unit (2, 3, 4, 5, respectively), an optically connected microlens raster (10, 11, 12, 13, respectively), which in its ouch The optical fiber is optically connected with the hologram of the luminous point (14, 15, 16, 17, respectively), and four identical holograms of the luminous point are spatially arranged so that they form the sides of the cube.

Управляющий компьютер 18 электрически соединен с четырьмя идентичными формирователями 19, 20, 21, 22 радиосигналов модуляции и синхронизации акустооптических дефлекторов, являющимися двухканальными. Каждый из указанных четырех формирователей радиосигналов в одном канале содержит цифровой блок 23 формирования выборок радиосигнала по оси Х и последовательно соединенный с ним усилитель-фильтр 24 радиосигнала по оси X, а в другом канале - цифровой блок 25 формирования выборок радиосигнала по оси Y и последовательно соединенный с ним усилитель-фильтр 26 радиосигнала по оси Y, причем входы цифровых блоков 23, 25, являющиеся одновременно входами соответствующих формирователей радиосигналов модуляции 19-22, электрически соединены с выходами управляющего компьютера 18, а выходы усилителей-фильтров радиосигналов 24, 26, являющиеся одновременно выходами соответствующих формирователей радиосигналов модуляции 19-22, электрически соединены со входами акустооптических дефлекторов 7, 8 модуляции луча по координатам Х и Y соответственно оптических блоков модуляции лучей 2-5.The control computer 18 is electrically connected to four identical shapers 19, 20, 21, 22 of the radio modulation and synchronization signals of acousto-optical deflectors, which are two-channel. Each of these four shapers of radio signals in one channel contains a digital block 23 of sampling the radio signal along the X axis and a series-connected amplifier filter 24 of the radio signal along the X axis, and in the other channel, a digital block 25 of the sampling of the radio signal along the Y axis and connected in series with it an amplifier filter 26 of the radio signal along the Y axis, and the inputs of the digital blocks 23, 25, which are simultaneously the inputs of the corresponding shapers of the radio signals of modulation 19-22, are electrically connected to the control outputs guide computer 18, and the outputs of amplifiers of radio filters 24, 26, which are simultaneously outputs the respective formers modulation of radio signals 19-22 are electrically connected to the inputs of acousto-optic deflectors 7, 8 modulating the beam in X and Y coordinates, respectively, of the optical modulation units 2-5 rays.

Генератора импульсов 27 своими выходом электрически соединен со входом оптического затвора 6 каждого из оптических блоков модуляции 2-5, а также электрически - со входами синхронизации цифровых блоков 23, 25 формирования выборок радиосигналов по оси Х и Y соответственно каждого из четырех двухканальных формирователей радиосигналов модуляции 19-22.The pulse generator 27 is electrically connected by its output to the input of the optical shutter 6 of each of the optical modulation units 2-5, and also electrically to the synchronization inputs of digital blocks 23, 25 of sampling radio signals along the X and Y axis, respectively, of each of the four two-channel modulators of radio signals 19 -22.

Заявляемое устройство голографического проекционного лазерного объемного дисплея (фиг.1) работает следующим образом.The inventive device holographic projection laser volumetric display (figure 1) works as follows.

Четыре идентичных и когерентных лазерных луча из блока 1, проходя через оптические блоки модуляции 2-5 и растры микролинз 10-13, формируют четыре сопряженных объемных ракурса объемного изображения или сцены позади четырех голограмм 14-17, видимых в телесном угле до 100 градусов каждая. При расположении голограмм по боковым сторонам куба, внутри куба образуется иллюзорное непрозрачное объемное изображение, видимое со всех сторон, кроме верха и низа.Four identical and coherent laser beams from block 1, passing through optical modulation blocks 2-5 and microlens rasters 10-13, form four conjugate volumetric views of a volumetric image or scene behind four holograms 14-17, visible in a solid angle of up to 100 degrees each. When holograms are located on the sides of the cube, an illusory opaque three-dimensional image is formed inside the cube, visible from all sides except the top and bottom.

Управляющий компьютер 18 кодирует все три координаты любой точки объемного изображения в выборки радиосигнала возбуждения каналов Х и Y акустооптического дефлектора. При этом яркость точки кодирует амплитуду соответствующей гармоники радиосигнала в канале X, координата точки изображения Х кодирует частоту гармоники радиосигнала в канале X, координата точки изображения Y кодирует частоту гармоники радиосигнала в канале Y, а координата Z - глубина залегания точки, кодирует девиацию частоты по квадратичному линзовому закону Френеля гармоники радиосигнала в канале Х и Y. При кодировании учитываются точки в объемном изображении, образующие периметры объектов сцены, видимые в углах до 100 градусов. Это позволяет сделать гибкая развертка по всем трем координатам, то есть повышается качество объемного изображения, поскольку количество подсвеченных точек периметров объектов в определенных углах, как правило, не превосходит количества точек в плоских изображениях.The control computer 18 encodes all three coordinates of any point in the three-dimensional image in the samples of the excitation radio signal of channels X and Y of the acousto-optical deflector. The brightness of the point encodes the amplitude of the corresponding harmonic of the radio signal in channel X, the coordinate of the image point X encodes the frequency of the harmonic of the radio signal in channel X, the coordinate of the image point Y encodes the frequency of the harmonic of the radio signal in channel Y, and the coordinate Z is the depth of the point, encodes the frequency deviation quadratically the Fresnel lens law of the harmonic of the radio signal in channel X and Y. When encoding, points in the three-dimensional image forming the perimeters of the scene objects, visible in angles up to 100 degrees, are taken into account. This allows you to make a flexible scan in all three coordinates, that is, the quality of the three-dimensional image increases, since the number of highlighted points of the perimeters of objects in certain angles, as a rule, does not exceed the number of points in flat images.

Для увеличения числа точек в объемном изображении формируют сразу строку изображения в виде суммы синусоидальных гармоник со своими амплитудами, To increase the number of points in the volumetric image, a line of the image is formed immediately in the form of the sum of sinusoidal harmonics with their amplitudes,

частотами и девиациями частот, например 500-1000 точек параллельно. При этом радиосигнал образует в апертуре дефлектора ультразвуковые волны в виде суммы парциальных дифракционных решеток, на которых дифрагирует лазерный луч, разбиваясь на 500-1000 парциальных лучей (Фиг.2).frequencies and frequency deviations, for example 500-1000 points in parallel. In this case, the radio signal forms ultrasonic waves in the aperture of the deflector in the form of the sum of the partial diffraction gratings on which the laser beam diffracts, breaking into 500-1000 partial rays (Figure 2).

Более подробно работу заявляемого устройства можно рассмотреть на примере одного из оптических каналов (Фиг.2), состоящих из 9, 10, 14.In more detail, the operation of the claimed device can be considered on the example of one of the optical channels (Figure 2), consisting of 9, 10, 14.

500-1000 гармоник радиосигнала возбуждения АОД (каналы 7 и 8) сформированы для 500-1000 точек в параллельной строке для такого визуализатора, а девиация частот вокруг центральных даст глубину залегания этих точек на голограмме. Такая частотная девиация вызывает изменение радиуса светового луча после дифракции (дифракционная линза) для каждой точки.500-1000 harmonics of the AOD excitation radio signal (channels 7 and 8) are formed for 500-1000 points in a parallel line for such a visualizer, and frequency deviation around the central ones will give the depth of these points on the hologram. This frequency deviation causes a change in the radius of the light beam after diffraction (diffraction lens) for each point.

1/500-1/1000 лазерного луча для каждой точки попадает на массив микролинз первой голограммы в определенной угловой позиции по вертикальной координате. Лазерный луч для всех точек является линией из 500-1000 точек по горизонтальной координате. Лазерный луч дифрагирует дополнительно на микроолинзах растра 10, и формирует 500-1000 новых источников референсного света по горизонтальной координате, поскольку каждая часть луча для каждой точки пересекает свою собственную линзу. Все 500-1000 новых источников света освещают часть голограммы светящейся точки 14 как референсные лучи. Они формируют иллюзорные образы 500-1000 точек с определенной горизонтальной координатой, своей для каждого референсного луча, и определенной глубиной. Диаграмма луча по вертикальной координате - узкая с плоским волновым фронтом, таким образом все точки - с одной вертикальной координатой, но с добавленными девиациями частот в канал Y, а каждая точка имеет свою яркость. Изменение вертикальной частоты по второму каналу АОД формирует новые 500-1000 точек со своими горизонтальными координатами из первого канала АОД, создает следующие 1/500-1/1000 частей светящейся линии на голограмме и т.д.1 / 500-1 / 1000 of the laser beam for each point hits the array of microlenses of the first hologram in a certain angular position along the vertical coordinate. The laser beam for all points is a line of 500-1000 points along the horizontal coordinate. The laser beam additionally diffracts on the micro-lenses of raster 10, and forms 500-1000 new sources of reference light along the horizontal coordinate, since each part of the beam for each point intersects its own lens. All 500-1000 new light sources illuminate part of the hologram of the luminous point 14 as reference rays. They form illusory images of 500-1000 points with a certain horizontal coordinate, their own for each reference beam, and a certain depth. The beam diagram in the vertical coordinate is narrow with a flat wavefront, so all points are with one vertical coordinate, but with added frequency deviations in channel Y, and each point has its own brightness. Changing the vertical frequency along the second channel of the ANM forms new 500-1000 points with its horizontal coordinates from the first channel of the ANM, creates the following 1 / 500-1 / 1000 parts of the luminous line in the hologram, etc.

Компьютер 18 кодирует объемное изображение в выборки радиосигнала. Они по шине PCI или другой шине передаются в цифровые блоки 23, 25 Computer 18 encodes a three-dimensional image into samples of the radio signal. They are transferred via PCI bus or another bus to digital blocks 23, 25

формирования выборок радиосигнала по осям Х и Y и записываются в оперативную память. Из другой половины памяти выборки радиосигнала по двум каналам Х и Y передаются в цифроаналоговый преобразователь, образуя аналоговые радиосигналы. Они поступают на радио-усилители и фильтры 24, 26 каналов Х и Y, возбуждают соответствующие акустические волны в каналах 7 и 8 оптического блока модуляции 9, а далее происходят процессы модуляции луча, описание выше (см. Фиг.2).the formation of samples of the radio signal along the axes X and Y and are recorded in RAM. From the other half of the memory, the samples of the radio signal through two channels X and Y are transmitted to a digital-to-analog converter, forming analog radio signals. They arrive at the radio amplifiers and filters 24, 26 of the channels X and Y, excite the corresponding acoustic waves in the channels 7 and 8 of the optical modulation unit 9, and then the beam modulation processes occur, the description above (see Figure 2).

Радиосигнал вызывает движущуюся акустическую волну в акустооптическом дефлекторе, поэтому для замораживания волны в системе используют электрооптический затвор 6. При помещении такого затвора в резонатор лазера, происходит накопление энергии между импульсами, что улучшает эффективность лазера.The radio signal causes a moving acoustic wave in the acousto-optical deflector, therefore, an electro-optical shutter is used to freeze the waves in the system 6. When this shutter is placed in the laser resonator, energy is accumulated between pulses, which improves the laser efficiency.

Экспериментально установлено, что для замораживания бегущей волны оптимальными параметрами генератора импульсов 27 являются следующие: длительность импульсов 1-2 мкс, частота 25-50 КГц. Эти импульсы поступают на электрооптический затвор 6, открывая его только на время действия импульса. Между импульсами бегущей акустической волной формируется следующая строка точек. Необходима синхронизация считывания выборок радиосигнала с частотой импульсов, то есть вывод очередной строки выборок радиосигнала синхронизируется в цифровых блоках формирования выборок 23 и 25 от генератора 27.It was experimentally established that for freezing a traveling wave, the optimal parameters of the pulse generator 27 are as follows: pulse duration 1-2 μs, frequency 25-50 KHz. These pulses arrive at the electro-optical shutter 6, opening it only for the duration of the pulse. Between the pulses, a traveling acoustic wave forms the next line of points. It is necessary to synchronize the reading of samples of the radio signal with the pulse frequency, that is, the output of the next line of samples of the radio signal is synchronized in the digital blocks of the formation of samples 23 and 25 from the generator 27.

Для осуществления заявляемой полезной модели - устройства голографического проекционного лазерного объемного дисплея могут быть использованы известные в области голографии технические средства.To implement the claimed utility model - a device for a holographic projection laser volumetric display, technical means known in the field of holography can be used.

Так, в блоке 1 могут быть использованы лазеры, обычно применяемые для получения голографических изображений.So, in block 1 can be used lasers, usually used to obtain holographic images.

Электрооптический затвор 6 любого из оптических каналов 2- 5 может быть выполнен, например, на оптически связанных четвертьволновой пластине The electro-optical shutter 6 of any of the optical channels 2-5 can be performed, for example, on optically coupled quarter-wave plate

и электрооптическом кристалле с электродом, на который подается модулирующий сигнал от генератора импульсов 27.and an electro-optical crystal with an electrode, to which a modulating signal from a pulse generator 27 is supplied.

Акустооптический дефлектор (два канала 7, 8) любого из оптических каналов 2-5 может являться, например, стандартным устройством на основе двух перпендикулярно ориентированных кристаллов парателлурита с электродами для возбуждения акустической волны радиосигналом.The acousto-optical deflector (two channels 7, 8) of any of the optical channels 2-5 can be, for example, a standard device based on two perpendicularly oriented paratellurite crystals with electrodes for excitation of an acoustic wave by a radio signal.

Оптический объектив 9 любого из оптических каналов 2-5, может являться, например, объективом типа "обратный телескоп" для увеличения углов отклонения луча лазера.The optical lens 9 of any of the optical channels 2-5, can be, for example, a lens of the type "reverse telescope" to increase the angles of deviation of the laser beam.

Растры микролинз 10-13 могут быть выполнены, например, на основе прозрачной пластмассы с запрессованными в нее микролинзами.Raster microlenses 10-13 can be performed, for example, on the basis of a transparent plastic with microlens pressed into it.

Голограммы светящейся точки 14-17 могут быть выполнены, например, с помощью лазера, методом классической голографии на прозрачном фотоматериале, они являются фактически аналогами сферических зеркал.Holograms of the luminous point 14-17 can be performed, for example, using a laser, by the method of classical holography on transparent photographic material, they are actually analogs of spherical mirrors.

Управляющий компьютер 18 может быть, например стандартным компьютером IBM PC.The control computer 18 may be, for example, a standard IBM PC.

Цифровые блоки 23, 25 формирования выборок радиосигнала по осям Х и Y каждого из четырех формирователей 19-22 радиосигналов модуляции и синхронизации акустооптических дефлекторов, могут быть выполнены, например, на основе цифровых микросхем программируемой логики, микросхем связи с шиной PCI, микросхем видеопамяти и микросхем цифроаналоговых преобразователей.Digital blocks 23, 25 of sampling the radio signal along the X and Y axes of each of the four shapers 19-22 of the modulation and synchronization signals of acousto-optical deflectors can be performed, for example, on the basis of digital microcircuits of programmable logic, communication microcircuits with a PCI bus, video memory microcircuits, and microcircuits digital to analog converters.

Усилители-фильтры 24, 26 радиосигналов по осям Х и Y каждого из четырех формирователей 19-22 радиосигналов модуляции и синхронизации акустооптических дефлекторов, могут быть выполнены, например, на микросхемах радио-усилителей с LC-фильтрами на основе сосредоточенных элементов или с фильтрами на ПАВ.Filter amplifiers 24, 26 along the X and Y axes of each of the four shapers 19-22 of the modulation and synchronization signals of acousto-optical deflectors can be performed, for example, on radio amplifier circuits with LC filters based on lumped elements or with SAW filters .

Генератор импульсов 27 может быть выполнен на стандартной микросхеме или на транзисторах.The pulse generator 27 can be performed on a standard chip or transistors.

Литература.Literature.

1. Golovkov A., Kuznetsov S., Voronov A. Image formation in the three-dimensional laser display. Pattern recognition and image analysis, USA, V6, N4, 1996, P.823-826.1. Golovkov A., Kuznetsov S., Voronov A. Image formation in the three-dimensional laser display. Pattern recognition and image analysis, USA, V6, N4, 1996, P.823-826.

2. Yvonne Carts-Powell. Image Engineering: 3-D Displays. Adding depth to displays. Laser Focus World, USA, September 2006, P.92-96.2. Yvonne Carts-Powell. Image Engineering: 3-D Displays. Adding depth to displays. Laser Focus World, USA, September 2006, P.92-96.

3. Michael Huebschman, Bala Munjuluri, Harold Garner. Digital micromirrors enable holographic video display. Laser Focus World, USA, May 2004, P.111-116.3. Michael Huebschman, Bala Munjuluri, Harold Garner. Digital micromirrors enable holographic video display. Laser Focus World, USA, May 2004, P.111-116.

Claims

A holographic projection laser volumetric display containing two identical optical channels, each of which includes a laser located on the same optical axis, an optical shutter, an acousto-optic deflector two-axis along the X and Y axes, and also contains a control computer that is electrically connected to two modulators of radio signals and synchronization of acousto-optic deflectors, the outputs of which are electrically connected to the modulation inputs of two-coordinate acousto-optic deflectors in each of the optics channels, characterized in that it additionally contains two more identical optical channels, two modulators of radio signals for modulating and synchronizing acousto-optical deflectors and a pulse generator, moreover, an optical lens located on the same optical axis and optically connected to the deflector is additionally introduced into each of the optical channels a microlens raster optically coupled to the lens, a hologram of a luminous dot optically coupled to a microlens raster, with four holograms of a luminous dot spatially arranged so that they form the sides of the cube; moreover, each of the shapers of the modulation and synchronization of acousto-optical deflectors contains two channels for generating a radio signal in X and Y and includes digital blocks for generating samples of the radio signal and serially connected amplifiers-filters of the radio signal in the X and Y axes, respectively, and the inputs of each of their shapers of radio signals modulation and synchronization of acousto-optical deflectors, which are simultaneously the inputs of the corresponding digital block of the formation of samples of the radio signal, ele an insulating associated with the host computer, and the outputs of each of amplifiers, filters the radio signal being simultaneously output of the radio signal modulation and synchronize acoustooptic deflectors, are electrically connected to a modulation input xy acoustooptic deflector for the respective X or Y coordinate in each of the optical channels; the output of the pulse generator is electrically connected to the synchronization inputs of all digital blocks of the radio signal sampling of the shapers of the modulation radio signals and synchronization of acousto-optical deflectors, as well as to the electrical inputs of the electro-optical shutters of all optical channels.