ЛАЗЕРНЫЙ ПРОЕКТОР Российский патент 2002 года по МПК G03B21/12 

Изобретение относится к лазерной технике, в частности к устройствам для управления излучением, путем управления прибором, помещенным внутрь резонатора, и может быть использовано в качестве лазерного проектора для сверхбольших экранов.

Известны устройства (1), в которых излучение источника света (ИС) коллимируется при помощи конденсора и направляется на пространственно-временной модулятор света (ПВМС). Плоскости ПВМС и экрана оптически сопряжены посредством линзы. Излучение, прошедшее через ПВМС, строит изображение на экране.

Недостатком этой схемы являются то, что значительная часть излучаемой мощности источника света тратится впустую, не участвуя в создании изображения. Более того, эта мощность выделяется в ПВМС в виде тепла и требует использования дополнительных систем охлаждения.

Известны также устройства (2), в которых ПВМС размещен внутри лазерного резонатора. Локальная модуляция потерь, осуществляемая ПВМС, приводит к следующему:
(а) в тех зонах, где потери, вносимые ПВМС, малы (его пропускание велико), выполняется пороговое условие генерации лазера, и энергия (мощность), накопленнаяе в лазерном активном элементе (играющем здесь роль источника света), выделяется в виде излучения, проходящего через указанные зоны.

(б) в тех зонах, где потери, вносимые ПВМС, велики (его пропускание мало), не выполняется пороговое условие генерации лазера, и излучения лазера, проходящего через эти зоны, не происходит. Таким образом, использование обратной связи, осуществляемое посредством лазерного резонатора (многократное отражение от зеркал), приводит к устранению "ненужного" излучения, не создающего изображения и приводящего лишь к нагреву ПВМС.

Указанный недостаток устранен в известной конструкции (3), являющейся дальнейшим развитием указанного выше подхода: внутрь резонатора введена ретранслирующая оптическая система таким образом, что зеркала резонатора взаимно изображаются друг на друга. Активный элемент размещается внутри ретранслирующей оптической системы, вблизи общей фокальной плоскости составляющих ее линз. Этот прием приводит к тому, что основной объем активного элемента взаимодействует с любой из зон в поперечном сечении ПВМС. Таким образом, вся мощность ИС в данном случае используется на создание освещенности экрана в нужных зонах, в то же время, как и в предыдущем случае, отсутствует излучение, приводящее к нагреву ПВМС. Указанное устройство взято авторами за прототип.

Предлагаемое устройство решает задачу получения высококачественных изображений на сверхбольших экранах путем увеличения количества пикселов на экране по сравнению с количеством пикселов на ПВМС.

Это достигается тем, что в известном устройстве, содержащем источник излучения в виде лазера, самосопряженный оптический резонатор, пространственно-временной модулятор света (ПВМС), выполненный на жидком кристалле (ЖК), размещенный внутри резонатора, создающий двухмерную матрицу пикселов, и объектив, между ПВМС и объективом дополнительно введен преобразователь двухмерной матрицы пикселей в линейку пикселей, например световолоконный преобразователь, а между объективом и экраном дополнительно установлен дефлектор, например зеркальный барабан, поворот которого синхронизирован с источником излучения.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - схема лазерного резонатора.

Лазерный проектор (фиг.1) состоит из лазерного резонатора 1, включающего пространственно-временной модулятор света (ПВМС) 2 на ЖК, создающий двухмерную матрицу пикселов, преобразователь двухмерной матрицы пикселей в линейку пикселов, например световолоконный преобразователь 3 (выходные концы световых волокон преобразователя 3 расположены в плоскости 4), объектив 5, дефлектор (например, поворачивающийся зеркальный барабан) 6 и экран 7.

Лазерный резонатор 1 (фиг.2) содержит ретранслирующую оптическую систему, состоящую из линз 8 и 9, расположенных таким образом, что зеркала 10 и 11 взаимно отображаются друг на друга, причем зеркало 11 может пропускать модулированный световой поток. Активный элемент 12 размещается внутри ретранслирующей оптической системы, вблизи общей фокальной плоскости составляющих ее линз 8 и 9. ПВМС, выполняющий роль медового селектора, совмещен с зеркалом 11.

Устройство работает следующим образом. На ПВМС известными способами создается изображение. Это может быть сделано непосредственно с помощью светоадресуемых ПВМС (фотопроводник - ЖК), либо используя координатные фотоприемники и управляемые компьютером электроадресуемые ПВМС. Далее сигнал, записанный на ПВМС, размещенном в фокальной плоскости линзы 9, считывается лазерным излучением. Для генерации лазерного излучения активный элемент 12 возбуждается системой накачки. Момент формирования изображения соответствует моменту пропускания световой энергии зеркалом 11. При этом создается двухмерная матрица пикселов, которая проектируется на световолоконный преобразователь 3, преобразующий двухмерное изображение в линейку пикселов 4. Эта линейка пикселов проектируется через объектив 5 на дефлектор 6, например зеркальный барабан, поворот которого синхронизирован с источником излучения 1. Управление ПВМС ведется таким образом, чтобы распределение пропускания (отражения) соответствовало распределению освещенности одной строки изображения. При срабатывании лазера на экране формируется изображение данной строки. При смене распределения пропускания ПВМС, синхронной с поворотом барабана на угол, соответствующий следующей строке изображения, и синхронном стабилизировании лазера происходит формирование второй строки изображения и т.д. При этом, если число строк и пикселов равно, то число пикселов на экране увеличивается в квадратичной зависимости по сравнению с исходным числом пикселов на ПВМС.

Как показал эксперимент, при весьма умеренном числе пикселов на ПВМС-32х32, число пикселов в строке составляет 1024, что превосходит значение, соответствующее обычному ТВ - стандарту. Не составляет большой сложности создать ПВМС с числом пикселов 100х100, что даст число пикселов в строке 10⁴, достаточное для получения высококачественных изображений на сверхбольших экранах.

Источники информации
1. Васильев А.А., Кассасент Д.И и др. Пространственные модуляторы света. М. Радио и связь, 1987 г., с. 320.

2. Корнев А. Ф. , Покровский В.П. и др. Лазерные системы с внутренним сканированием. Оптический журнал. 1994 г., с. 14, 15.

3. Корнев А. Ф. , Покровский В.П. и др. Лазерные системы с внутренним сканированием. Оптический журнал. 1994 г., с. 17, 18.

Изобретение относится к лазерной технике, в частности к устройствам для управления излучением путем управления прибором, помещенным внутрь резонатора. Используется в качестве лазерного проектора для сверхбольших экранов. Лазерный проектор содержит источник излучения в виде лазера, самосопряженный оптический резонатор, пространственно-временной модулятор света (ПВМС), выполненный на жидком кристалле (ЖК), размещенный внутри резонатора, создающий двухмерную матрицу пикселов, и объектив. Между ПВМС и объективом введен преобразователь двухмерной матрицы пикселей в линейку пикселей, например световолоконный преобразователь. Между объективом и экраном дополнительно установлен дефлектор, например зеркальный барабан, поворот которого синхронизирован с источником излучения. Технический результат изобретения: возможность получать высококачественные изображения на сверхбольших экранах. 2 ил.

Лазерный проектор, содержащий источник излучения в виде лазера с самосопряженным оптическим резонатором, пространственно-временной модулятор света (ПВМС), размещенный внутри резонатора, создающий двухмерную матрицу пикселов, и объектив, отличающийся тем, что между ПВМС и объективом дополнительно введен преобразователь двухмерной матрицы пикселей в линейку пикселей, например, световолоконный преобразователь, а между объективом и экраном дополнительно установлен дефлектор, например, зеркальный барабан, поворот которого синхронизирован с источником излучения.