СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ, УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ И СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ВИДЕОСИГНАЛА Российский патент 2002 года по МПК G02B27/18 H04N5/76 G03H1/04 

Описание патента на изобретение RU2195694C2

Изобретение относится к области систем электронного отображения и преобразования визуальной информации.

Существующие системы визуального отображения информации, равно как и системы преобразование визуальной информации в электрические сигналы, могут быть подразделены на два класса - аналоговые, представляющие или преобразующие информацию в аналоговой (непрерывной) форме, и матричные, в которых та же информация представляется или преобразуется в дискретной форме. Соответственно конструкция устройств определяет и способы, используемые для формирования или преобразования изображения.

Так, в случае аналогового устройства, например электронно-лучевого прибора, лазерного устройства отображения информации, известен способ формирования (или преобразования) изображения путем сканирования - управляемого перемещения по определенному закону пучка электронов (одного или нескольких одновременно) или светового луча, при котором последовательно просматривается поверхность экрана (мишени) (Электроника, энциклопедический словарь. - М.: С.Э., 1991).

К недостаткам данного способа относится прежде всего то, что устройства, работающие на его основе, хотя и обладают повышенным, в сравнении с другими способами, разрешением, но при этом имеют сравнительно большие вес и габариты, меньшую механическую прочность, требуют более высокое рабочее напряжение и большие энергозатраты.

В случае матричных устройств отображения (преобразования) визуальной информации известен способ формирования (преобразования) изображения путем матричной X-Y адресации (Дисплеи, ред. Дж. Панков. - М.: Мир, 1982) Данный способ может быть назван аддитивным способом адресации, когда требуемый для возбуждения или считывания информации с элемента сигнал просто прикладывается (добавляется) к данному элементу.

Данный способ реализуется, например, в многоэлементных матричных устройствах отображения (преобразования) информации, где множество одинаковых элементов расположено на пересечении двух систем периодических электродных структур (системы строк и столбцов), расположенных взаимно перпендикулярно (Дисплеи, ред., Дж. Панков. - М.: Мир, 1982).

Недостаток данного способа в том, что хотя устройства на его основе являются значительно более компактными и обладают более высокими эргономическими показателями, чем в случае устройств аналогового типа, они являются и более сложными в изготовлении. Кроме того, разрешающая способность как в том, так и в другом случае, определяющаяся числом элементов отображающей (фотоприемной) матрицы, не может считаться достаточно высокой. Так, например, разрешающая способность устройств отображения информации, например дисплеев - наиболее часто используемых устройств вывода компьютерной информации - на порядок ниже, чем у сравнительно реже используемых (принтеров, сканеров и т. д.). Разрешающая способность записывающих устройств определяется плотностью размещения фотовос-принимающих элементов на приемном экране, что, как правило, значительно ниже разрешающей способности фокусирующего объектива.

В силу низкой разрешающей способности устройств отображения в настоящее время не существует устройств, способных формировать голографическое изображение в реальном масштабе времени.

Технической задачей изобретения является повышение разрешающей способности формируемого изображения и видеосигнала при сравнительном упрощении конструкции соответствующих устройств, а также создание устройства, способного формировать голографическое изображение в реальном масштабе времени.

Технический результат достигается применением мультипликативного блочного способа формирования изображения (видеосигнала), когда изображение формируют при помощи как минимум двух экранов сравнительно невысокого разрешения, но так, что разрешение формируемого изображения оказывается равно произведению разрешения одного экрана на разрешение другого экрана, что в случае использования экранов с дискретной матричной адресацией аналогично прямому произведению представляющих экраны матриц, каждая из которых содержит сравнительно малое количество элементов, а матрица, соответствующая результату этого произведения, имеет разрешение, равное произведению разрешений данных матриц.

Пусть, например, А представляет матрицу дополнительного экрана, содержащую N•N элементов, A= { ai,j} ; i,j=1,N (каждый элемент матрицы А соответствует пикселу дополнительного экрана).

D представляет (операторную) матрицу блочной системы развертки, содержащую ЕРэлементов, D= { dk,l} ; k,l=1,Р (каждый элемент матрицы D соответствует блоку матрицы В).

В представляет матрицу, являющуюся результатом прямого произведения матриц D и А, содержащую М•М элементов, подразделенных на ЕРблоков, каждый из которых содержит N•N элементов, B={bi,jk,l}; i, j=1, N; k,l=1,Р (каждый элемент матрицы В соответствует пикселу отображающего или элементу фотоприемного экрана).


Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в способе формирования изображения путем сканирования оптическим лучом поверхности отображающего экрана по составляющим изображение фрагментам, формируемым при помощи, по крайней мере, одного дополнительного экрана и отображаемым в соответствующие им места отображающего экрана посредством системы развертки, изображение формируют по двухкоординатным плоскостным фрагментам, разрешение которых по каждой координате меньше разрешения формируемого на отображающем экране изображения, причем составляющие изображение фрагменты формируют непосредственно на дополнительном экране.

Кроме того, способ формирования изображения отличается тем, что в качестве дополнительного экрана используют экран дисплея.

Помимо того, способ формирования изображения отличается тем, что каждый фрагмент отображается одним соответствующим ему элементом системы развертки.

Решение поставленной задачи обеспечивается также тем, что в способе формирования изображения путем сканирования поверхности отображающего экрана сфокусированным оптическим лучом изображение разбивают на двухкоординатные плоскостные фрагменты и производят параллельное сканирование, по крайней мере, нескольких образованных таким образом фрагментов, разделяя луч от одного источника на несколько лучей, каждый из которых сканирует соответствующий ему фрагмент изображения, модулируя каждый луч по интенсивности в соответствии с формируемым фрагментом изображения.

Способ формирования изображения отличается тем, что изображение формируют по фрагментам, разрешение которых по каждой координате меньше разрешения формируемого на отображающем экране изображения.

Также способ формирования изображения отличается тем, что в качестве источника излучения используют дополнительный экран, на котором формируют сканирующий растр.

К тому же, способ формирования изображения отличается тем, что в качестве источника излучения используют дополнительный экран, на котором формируют сканирующий растр.

Кроме того, способ формирования изображения отличается тем, что вместо сканирующего растра используют маски соответствующего ортогонального преобразования.

Помимо того, решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в способе формирования изображения путем сканирования поверхности отображающего экрана сфокусированным оптическим лучом изображение формируют, генерируя на отображающем экране голограмму, визуализируемую источником восстанавливающего излучения, которую формируют по двухкоординатным плоскостным фрагментам, по крайней мере нескольким одновременно, разделяя луч от одного источника на несколько лучей, по числу формируемых фрагментов, модулируя каждый луч в соответствии с формируемым им фрагментом голограммы и проецируя его в соответствующее место отображающего экрана.

Способ формирования изображения дополнительно отличается тем, что сформированное электронное изображение преобразуют в его твердую копию, проецируя на фоточувствительный материал и формируя на нем голограмму, которую затем проявляют и обрабатывают традиционными способами.

И наконец, способ решения поставленной задачи обеспечивается тем, что в способе формирования видеосигнала путем сканирования фоточувствительного экрана, служащего для формирования электрической копии изображения сфокусированным оптическим лучом, изображение разбивают на фрагменты, содержащие, по крайней мере, несколько точек изображения, и производят параллельное сканирование, по крайней мере, нескольких образованных таким образом фрагментов, разделяя луч от одного источника на несколько лучей, каждый из которых сканирует соответствующий ему фрагмент изображения, производя вывод видеосигнала с каждого сканируемого фрагмента.

Реализация заявленных способов обеспечивается устройством для формирования изображения, включающим отображающий экран, по крайней мере, один дополнительный экран и систему развертки, которое отличается тем, что дополнительный экран выполнен в виде экрана, позволяющего формировать двухкоординатные фрагменты изображения с разрешением по каждой координате меньше разрешения по этой координате изображения отображающего экрана.

Кроме того, устройство для формирования изображения отличается тем, что система развертки выполнена в виде матрицы дискретных дефлекторов оптического излучения.

Помимо того, устройство для формирования изображения отличается тем, что матрица дефлекторов выполнена в виде двухкоординатной матрицы.

Также устройство для формирования изображения отличается тем, что система развертки выполнена в виде матрицы сбалансированных светоделителей, сопряженной с пространственно-временным модулятором света.

К тому же устройство для формирования изображения отличается тем, что дополнительно включает блок генерации голографического изображения для визуализации сформированной на отображающем экране голограммы.

Решение поставленной задачи обеспечивается также тем, что в способе формирования видеосигнала путем сканирования фоточувствительного экрана, служащего для формирования электрической копии изображения сфокусированным оптическим лучом, изображение разбивают на фрагменты, содержащие, по крайней мере, несколько точек изображения, и производят параллельное сканирование, по крайней мере, нескольких образованных таким образом фрагментов, разделяя луч от одного источника на несколько лучей, каждый из которых сканирует соответствующий ему фрагмент изображения.

Реализация заявленных способов обеспечивается устройством для формирования изображения, включающим отображающий экран, источник оптического излучения и систему развертки, которое отличается тем, что источник оптического излучения выполнен в виде, по крайней мере, одного двухкоординатного экрана, разрешение которого по каждой координате меньше разрешения отображающего экрана, система развертки выполнена в виде матрицы элементов, каждый из которых целиком отображает, по крайней мере, один фрагмент формируемого на отображающем экране изображения.

Устройство для формирования изображения отличается также тем, что система развертки полнена в виде матрицы дискретных дефлекторов оптического излучения.

Устройство для формирования изображения, отличается кроме того тем, что матрица дефлекторов выполнена в виде двухкоординатной матрицы.

Устройство для формирования изображения отличается помимо того тем, что система развертки выполнена в виде матрицы сбалансированных светоделителей, сопряженной с пространственно-временным модулятором света.

Устройство для формирования изображения отличается к тому же тем, что дополнительно включает блок генерации голографического изображения для визуализации сформированной на отображающем экране голограммы.

Далее, устройство для формирования изображения отличается тем, что отображающий экран выполнен в виде фоточувствительного экрана, служащего для формирования электрической копии изображения, система развертки выполнена в виде матрицы сбалансированных светоделителей.

Устройство для формирования изображения дополнительно отличается тем, что источник излучения соединен с элементами системы развертки посредством световодов.

Наконец, устройство для формирования изображения отличается тем, что отображающий экран выполнен в виде экрана дисплея.

Сравнение признаков заявленного решения с признаками аналогов и прототипа позволяет утверждать о его соответствии критерию "новизна".

Совокупность признаков отличительной части первого пункта формулы изобретения позволяет производить формирование изображения путем формирования составляющих изображение плоскостных фрагментов.

Признак второго пункта формулы конкретизирует способ формирования фрагментов изображения.

Признак третьего пункта формулы конкретизирует способ отображения формируемых фрагментов на плоскость отображающего экрана.

Совокупность признаков отличительной части четвертого пункта позволяет производить формирование изображения за счет параллельного формирования фрагментов изображения.

Признак пятого пункта формулы позволяет формировать изображение при произвольном уменьшении масштаба формируемых фрагментов.

Признак шестого пункта формулы конкретизирует способ формирования фрагментов.

Признак седьмого пункта формулы позволяет производить формирование изображения совместно с ортогональным преобразованием.

Совокупность признаков отличительной части восьмого пункта формулы изобретения позволяет производить формирование голографического изображения.

Признаки девятого пункта позволяют получать твердую копию сформированного электронного голографического изображения.

Совокупность признаков отличительной части десятого пункта формулы изобретения позволяет производить формирование видеосигнала за счет параллельного сканирования фрагментов сформированного на фоточувствительном экране электронного изображения.

Совокупность признаков отличительной части одиннадцатого пункта формулы изобретения обеспечивает конструктивную реализацию последовательности приемов и операций, охарактеризованных в пунктах формулы, касающихся способа, при этом дополнительный экран служит для формирования фрагментов изображения, система развертки - для отображения формируемых фрагментов в плоскость отображающего экрана.

Признак двенадцатого пункта формулы обеспечивает конструктивную реализацию формирования изображения способом, описанным в пункте первом, при этом дефлекторы служат для отображения сформированных на дополнительном экране фрагментов изображения.

Признаки тринадцатого пункта описывают модификацию варианта конструкции устройства, описанного в двенадцатом пункте, выполняемого в виде плоскопанельного устройства.

Признаки четырнадцатого пункта обеспечивают конструктивную реализацию формирования изображения способом, описанным в пункте четвертом, при этом светоделители служат для разделения оптического луча, пространственно-временной модулятор - для модуляции лучей в соответствии с формируемыми фрагментами изображения.

Признак пятнадцатого пункта описывает модификацию варианта конструкции устройства, описанного в пункте четырнадцатом, обеспечивающего конструктивную реализацию способа формирования голографического изображения.

Признаки шестнадцатого пункта формулы обеспечивают конструктивную реализацию описанного способа формирования видеосигнала, при этом дополнительный экран служит для формирования оптического сканирующего растра, система развертки - для расщепления излучения, индуцируемого дополнительным экраном на число компонент, соответствующее числу параллельно сканируемых участков, и отображения их на плоскость фоточувствительного экрана.

Признак семнадцатого пункта позволяет задавать произвольный угол отклонения формирующих изображения фрагмента лучей.

Признак восемнадцатого пункта дополнительно конкретизирует конструкцию устройства.

На фиг. 1-8 представлена общая схема устройства для формирования изображения (видеосигнала) и конструкция отдельных его элементов.

На фиг.1 показана принципиальная схема устройства для формирования изображения (видеосигнала): 1 - дополнительный экран, 2 - оптическая система сжатия (может отсутствовать), 3 - световод (может отсутствовать), 4 - поляризатор (может отсутствовать), 5 - плоскость изображения, 6 - элементы матрицы блочной системы развертки, 7 - сканирующий луч.

На фиг.2 представлен один из вариантов конструкции элементов матрицы БСР (поперечный разрез): 3, 3' - световоды, 7 - сканирующий луч, 8 - фокусирующий конус, 9 - акустооптический дефлектор, 10 - звуковая волна, 11 - пьезоэлектрический источник звуковых волн, 12 - приемник звуковых волн.

На фиг.3 представлен фронтальный вид варианта конструкции элементов матрицы БСР, показанного на фиг.2: 8 - гексагональные выходы фокусирующих конусов, 13 - шины строк, 14 - шины столбцов.

На фиг.4 представлен другой вариант матрицы БСР: 7 - сканирующий луч, 6, 6' - строчный и столбцовые дефлекторы, 3 - световоды, 5 - плоскость изображения.

На фиг. 5 представлен вариант конструкции элементов матрицы БСР: 7 - сканирующий луч, 15 - светоделители.

На фиг.6 представлен еще один вариант конструкции элементов матрицы БСР: 1 - дополнительный экран, 7 - сканирующий луч, 20 - линзы, 27 - светоделительная матрица в виде линзового растра.

На фиг.7 представлен один из вариантов конструкции дополнительного экрана: 16 - электронный прожектор, 17 - отклоняющая система, 18 - активный элемент.

На фиг.8 представлена схема голографического устройства для формирования изображения: 1 - дополнительный экран, 2 - оптическая система сжатия, 7 - сканирующий луч, формирующий голограмму, 15 - светоделительные элементы (элементы матрицы БСР), 19 - матрица БСР, 30 - фокусирующие элементы, 21, 22 - зеркала, 23 - лазер, 24 - восстанавливающий луч, 25 - расширитель пучка, 26 - пространственно-временной модулятор света, 31 - фокусирующая плоскость (линзовый растр), 28 - плоскость формирования голограммы (аналог плоскости изображения 5), 29 - лучи, формирующие восстановленное голографическое изображение.

Способ формирования изображения заключается в следующем. На дополнительном экране 1 (например, жидкокристаллического дисплея, матрицы светодиодов, инжекционных лазеров, дисплея на основе электронно-лучевого прибора, и т. п.) формируют двухкоординатный фрагмент (блок) изображения, разрешение которого по каждой координате меньше разрешения по этой координате формируемого на отображающем экране 5 окончательного изображения (формирование изображения производят коммутацией элементов матрицы в соответствии с традиционными способами адресации либо используя адресацию, основанную на процедуре ортогонального преобразования). В качестве дополнительного экрана может быть использовано как светоизлучающее устройство, так и устройство, модулирующее световой поток внешнего источника излучения. Луч 7, испускаемый каждой точкой дополнительного экрана 1, модулируют по амплитуде пропорционально прилагаемому к данной точке электрическому сигналу (в зависимости от яркости формируемого изображения в данной точке). В том случае, если элементы формируемого на дополнительном экране фрагмента изображения размещены с недостаточной плотностью или же световые лучи, испускаемые ими, не параллельны, изображение, сформированное на дополнительном экране, подвергают сжатию (преобразуют в изображение, формируемое параллельными лучами) посредством оптической системы 2, выполненной, например, на основе объектива, что, помимо повышения разрешения формируемого изображения, также позволяет увеличить его яркость.

Сформированное на дополнительном экране изображение подают, например, посредством световода 3 (который также может содержать оптические элементы сжатия изображения - фокусирующий конус, селфок) к отображающему экрану 5 (экрану, на котором формируют изображение в целом), где посредством матрицы блочной системы развертки (БСР), элементами которой выступают дискретные дефлекторы оптического излучения (отклоняющие луч в одном или нескольких фиксированных направлениях), отображают в соответствующем ему месте. Выходы элементов матрицы БСР 6 расположены таким образом, что формируемые фрагменты изображения заполняют всю область отображающего экрана.

Активацию элементов матрицы БСР производят путем приложения напряжения к соответствующему элементу (например, с помощью сопряженной с матрицей блочной развертки транзисторной матрицы). Отображающий экран может быть выполнен в виде экрана дисплея. В качестве отображающего экрана может быть использован жидкокристаллический экран на термоэлектрооптическом эффекте (для визуализации изображения, формируемого лазерным излучением), экран с фоточувствительным покрытием (для преобразования невидимого сканирующего излучения в видимое) либо плоская прозрачная поверхность (в случае формирования изображения оптическим излучением, не требующим дополнительного преобразования для визуализации, например, при использовании в качестве дополнительного экрана матрицы светоизлучающих диодов). Процедуру формирования изображения на отображающем экране осуществляют последовательно, формируя изображение блок за блоком.

Матрица элементов БСР выполнена в виде массива дефлекторов оптического излучения дискретного действия (акустооптических, электрооптических и т.д.) и содержит элементы строчной развертки, отображающие исходный пучок лучей в соответствующую строку матрицы, и элементы плоскостной развертки, отображающие распространяющийся в строке пучок на плоскость отображающего экрана.

Один из вариантов конструкции матрицы БСР приведен на фиг.2 (поперечный разрез), 3 (фронтальный вид). Элементы матрицы БСР выполнены в виде акустооптических дефлекторов 12, подсоединенных соответственно к шинам строк 13 и столбцов 14, в которых отклонение света осуществляется за счет рефракции на звуковой волне 10, возбуждаемой пьезоэлектрическим элементом 11 и поглощаемой в приемнике звуковых волн 12. Дефлекторы соединены световодами 3, направляющими распространение светового сигнала. Отклоненный сигнал по отрезку световода 3', оканчивающегося фокусирующим конусом 8 (отрезком световода с расширяющимся по ходу луча диаметром, позволяющим согласовать размер передаваемого изображения с размером блока плоскости изображения), отображают на плоскость изображения.

Способ формирования изображения по двухкоординатным фрагментам, при котором окончательное изображение состоит из относительно малого числа фрагментов, в сравнении с числом пикселов окончательного изображения, позволяет реализовать также другой вариант конструкции системы развертки, приведенный на фиг. 4. В этом случае система развертки представлена матрицей дискретных дефлекторов 6, 6', каждый из которых имеет несколько углов отклонения, соединенных световодами 3, что позволяет увеличить максимальный угол отклонения каждого дефлектора и направлять излучение по произвольной, определяемой световодом траектории. Матрица включает один строчный дефлектор 6, соединенный с дополнительным экраном, число углов отклонения которого соответствует числу фрагментов в столбце формируемого на отображающем экране 5 изображения, и несколько соединенных с отображающим экраном столбцовых дефлекторов 6', количество которых соответствует числу углов отклонения строчного дефлектора 6, а число углов отклонения, в свою очередь, соответствует числу фрагментов в строке формируемого на отображающем экране изображения. При этом каждый элемент матрицы БСР имеет несколько выходов, число которых соответствует числу углов отклонения данного элемента.

В качестве дополнительного экрана может быть использован произвольный экран, дающий коллимированный пучок лучей, соответствующих точкам изображения вспомогательного экрана, например используемый в квантоскопах активный элемент 18, представляющий собой полупроводниковый лазер с поперечной накачкой, сканируемый электронным пучком, испускаемым точечным источником 16 и управляемым системой развертки 17, вызывающим генерацию вынужденного лазерного излучения в полупроводниковом кристалле при его возбуждении пучком быстрых электронов в месте падения электронного пучка (фиг.7). Активный элемент может непосредственно быть подсоединен к световоду для передачи формируемого изображения на отображающий экран.

С целью ускорения процесса формирования изображения, а также для формирования цветного изображения может быть одновременно использовано более одного дополнительного экрана.

Способ записи изображения (преобразования сформированного на плоскости посредством оптического устройства изображения внешнего объекта в последовательность электрических импульсов) аналогичен описанному способу формирования изображения. В этом случае лучи, соответствующие различным точкам дополнительного экрана, сканируют блок за блоком плоскость изображения (соответствующую отображающему экрану в случае формирования изображения), на которую проецируют световое изображение внешнего объекта.

Преобразование светового изображения в электрические сигналы производят аналогично способам, используемым в передающих электронно-лучевых трубках, например, используя в качестве плоскости изображения фоточувствительный экран, служащий для формирования электрической копии изображения, на который проецируют оптическое изображение, сканируемый излучением дополнительного экрана, выполненный, например, в виде двусторонней поверхности, к обеим сторонам которой, покрытым фоточувствительными слоями, приложена разность потенциалов. Между внешним и внутренним слоем расположен светонепроницаемый электропроводящий слой. При этом проводимость внешнего фоточувствительного слоя в каждой точке пропорциональна освещенности, создаваемой внешним объектом в данной точке, проводимость внутреннего фоточувствительного слоя в той же точке зависит от наличия и интенсивности сканирующего луча в этой точке. Заключенный между внешним и внутренним слоями светонепроницаемый электропроводящий слой препятствует смешиванию лучей и замыкает электрическую цепь между ними. Вывод видеосигнала производят с каждого сканируемого фрагмента фоточувствительного экрана. Снимаемый с плоскости изображения видеосигнал оказывается пропорциональным ее освещенности. Поблочное сканирование может осуществляться как по отдельным точкам изображения (т.е. путем строчной развертки, как в записывающих электронно-лучевых трубках), так и с использованием масок, соответствующих различным базисам ортогонального преобразования, формируемых посредством дополнительного экрана - сканирование с преобразованием.

Кроме описанного выше способа формирования изображения /видеосигнала путем последовательного блочного сканирования, когда сканирование осуществляется последовательно блок за блоком, может быть реализован также способ формирования изображения/видеосигнала с параллельным сканированием блоков, что обеспечивается другой конструкцией элементов матрицы БСР. Принцип параллельного сканирования (в случае, когда направление формирующего изображение светового потока параллельно плоскости изображения) иллюстрирует фиг.5. В этом случае элементы матрицы БСР выполнены в виде светоделителей, в качестве которых могут выступать волоконно-оптические ответвители, частично прозрачные зеркала и т.д., каждый элемент разделяет падающее излучение на два или более потоков.

Один из вариантов показан на фиг.5. В представленном случае элементы матрицы БСР выполнены в виде частично прозрачных зеркальных пластинок 15 с взаимно согласованными коэффициентами пропускания и отражения падающего излучения (в случае, проиллюстрированном на фиг.5, когда строка матрицы состоит из трех элементов, первый элемент отражает 1/3 и пропускает 2/3 светового потока, второй - 1/2 и 1/2 и третий отражает весь падающий поток, так что отраженные от каждого элемента потоки имеют одинаковую интенсивность). Последовательно активируемые пикселы дополнительного экрана продуцируют оптическое излучение, разделяемое элементами блочной системы развертки на множество компонент одинаковой интенсивности, каждая из которых отображается в соответствующее место в соответствующем блоке отображающего экрана. В случае записи изображения дополнительной модуляции излучения не требуется, выходные сигналы выводятся параллельно со всех блоков отображающего экрана, противоположная сторона которого является в данном случае фотоприемным экраном. В случае формирования изображения каждая компонента дополнительно модулируется по амплитуде в своем блоке, например, посредством пространственно-временного электрооптического модулятора 26, представляющим матрицу модуляторов, каждый элемент которой сопряжен с соответствующим элементом матрицы БСР. Сигналы, соответствующие фрагментам изображения, подаются на соответствующие элементы пространственно-временного модулятора.

На фиг. 6 представлен вариант конструкции матрицы БСР для случая параллельного сканирования блоков, когда направление светового потока перпендикулярно плоскости изображения. Матрица БСР 27 выполнена в виде линзового растра, каждая линза которого 20 отображает излучение 7 дополнительного экрана 1, расположенного в ее фокальной плоскости, в соответствующий блок плоскости изображения.

Способ параллельного сканирования наиболее естественно может быть применен для формирования крупномасштабного голографического изображения в реальном масштабе времени. На фиг.8 показан вариант устройства для формирования голографического изображения. На дополнительном экране 1, например дисплее высокого разрешения на основе электронно-лучевого прибора, сопряженного с оптической системой сжатия 2, формируют оптическое изображение в определенной области спектра (с помощью светофильтра или специального покрытия дополнительного экрана 1), представляющее растровую развертку с плотностью линий, достаточной для записи голограммы (дифракционной картины). Посредством элементов 15 матрицы БСР формируемое изображение разделяют на ряд идентичных компонент по числу блоков формируемого изображения. С помощью пространственно-временного модулятора 26 независимо модулируют каждую компоненту и проецируют элементами 30 фокусирующей плоскости 31 на плоскость 28, покрытую слоем (фотохромного) материала, чувствительного к спектру излучения дополнительного экрана, изменяющего его амплитудные или фазовые характеристики, формируя таким образом параллельно в каждом блоке плоскости 28 свой участок голограммы. В качестве фокусирующих элементов 30 используют голографические оптические элементы, фокусирующие излучение в узком диапазоне длин волн, соответствующем спектру излучения дополнительного экрана 1. Затем изображение восстанавливают с помощью испускаемого источником (лазером) 26 восстанавливающего (когерентного) излучения 27. В случае другой схемы восстановления изображения, когда восстанавливающее излучение не проходит сквозь фокусирующую плоскость 31, в качестве фокусирующих элементов 23 могут быть использованы обычные линзы.

Использование нескольких лазеров (по одному на каждую цветовую компоненту) или источника белого света с достаточной длиной когерентности позволяет аналогичным способом формировать цветное голографическое изображение (либо формируя быстро сменяющие друг друга монохромные изображения, либо используя покрытие плоскости 28 сеткой светофильтров, под каждым из которых формируют участок голограммы, соответствующий данному цвету). Сформированное изображение также может быть спроецированно на другой экран.

Устройство также может быть использовано в неголографическом режиме работы, при котором на плоскости 28 формируют не дифракционную картину, а изображение фотографического типа, что достигается уменьшением разрешения формируемого на дополнительном экране 1 изображения (например, в результате увеличения диаметра электронного пятна).

В способах формирования изображения/видеосигнала путем параллельного сканирования блоков дополнительный экран 1 может быть использован для формирования растровых шаблонов, модулируемых затем отдельно для каждого блока формируемого изображения. В качестве таковых могут выступать как точечные элементы обычной линейной развертки, разделенные между собой в пространстве и во времени, так и, например, двумерные базисные функции ортогонального преобразования ϕn(x,y), определяющие представление, описывающее формируемое на плоскости 28 изображение функции F(x,y) в виде ряда

В этом случае функции ϕn(x,y) являются разделенными только по времени относительно плоскости 28 (в общем случае перекрываясь пространственно) и изображение формируют в результате многократной экспозиции последовательно формируемых функций ϕn(x,y) на плоскость 28.

В случае, если разрешение устройства достаточно высоко, оно может быть использовано для получения твердой копии визуально формируемого изображения как часть соответствующего печатающего устройства.

В общем случае голографические изображения могут быть подразделены на два класса: воспроизводимые в когерентном свете и воспроизводимые в дневном свете. Первые записываются в основном на плоских голограммах, представляющих плоскостную дифракционную картину, формируемую в тонком слое фотоэмульсии, вторые записываются на объемных голограммах, представляющих множество дифракционных слоев, формируемых в толстослойных фотоэмульсиях при встречном направлении объектного и опорного пучков.

Формируемое на устройстве (поочередно для каждой цветной компоненты) голографическое изображение, соответствующее изображению, даваемому реальным объектом при освещении его когерентным светом, может быть спроецировано на одну сторону пластинки с толстослойным эмульсионным покрытием. При этом противоположную сторону пластинки освещают тем же когерентным светом, который используют для восстановления изображения на голографическом устройстве, рассеиваемым по площади фотопластинки, например, с помощью матрицы 19. Таким образом в толще фотоэмульсии формируют объемную голограмму, проявляемую затем обычными для фотографического процесса методами, которая дает изображение, визуализируемое в дневном свете.

Похожие патенты RU2195694C2

название год авторы номер документа
СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ВИДЕОСИГНАЛА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ 1997
  • Иванов А.Г.
RU2129756C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ГОЛОГРАММ 1999
  • Иванов А.Г.
RU2171488C1
УСТРОЙСТВО ОТОБРАЖЕНИЯ ГОЛОГРАФИЧЕСКИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ И СПОСОБ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ БЛОКА УПРАВЛЕНИЯ, СОДЕРЖАЩЕГОСЯ В НЕМ 2016
  • Попов Михаил Вячеславович
  • Штыков Станислав Александрович
  • Путилин Андрей Николаевич
RU2650086C1
СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ТРЕХМЕРНЫХ ПОДВИЖНЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ ПРИ РАССЕЯНИИ СВЕТА 2021
  • Грузинцев Александр Николаевич
RU2792577C1
КОМПАКТНОЕ УСТРОЙСТВО ГОЛОГРАФИЧЕСКОГО ДИСПЛЕЯ 2017
  • Попов Михаил Вячеславович
  • Штыков Станислав Александрович
  • Шестак Сергей Александрович
  • Хван Сон Док
RU2686576C1
СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ЛАЗЕРНОГО СКАНИРОВАНИЯ 2004
  • Медведев Леонид Степанович
  • Браилко Николай Николаевич
  • Карапетян Константин Рубенович
RU2297724C2
ОБЪЕМНЫЙ ДИСПЛЕЙ И СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ТРЕХМЕРНЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ 2013
  • Никонов Анатолий Владимирович
  • Большаков Александр Афанасьевич
RU2526901C1
ГОЛОГРАФИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ КАК МИНИМУМ ПЕРВОГО И ВТОРОГО ПУЧКОВ СВЕТА, РАЗДЕЛЕННЫХ ПО УГЛАМ, И ПРОЕКТОР ИЗОБРАЖЕНИЙ, В КОТОРОМ ОНО ПРИМЕНЯЕТСЯ 1997
  • Суханов В.И.
  • Гальперн Александер
  • Дамани Браим
RU2170450C2
СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ И ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ОБЪЕМНОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ И ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ОБЪЕМНОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ 1995
  • Якубович Евсей Исаакович
RU2104502C1
ГОЛОГРАФИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ КАК МИНИМУМ ОДНОГО ПУЧКА СВЕТА ЗАДАННОГО СПЕКТРАЛЬНОГО СОСТАВА И ПРОЕКТОР ИЗОБРАЖЕНИЙ, СОДЕРЖАЩИЙ ТАКОЕ УСТРОЙСТВО 1997
  • Суханов В.И.
  • Гальперн Александер
  • Дамани Браим
RU2172009C2

Иллюстрации к изобретению RU 2 195 694 C2

Реферат патента 2002 года СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ, УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ И СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ВИДЕОСИГНАЛА

Формирование изображения включает параллельное сканирование блоков изображения на поверхности отображающего экрана сфокусированным лучом. При этом на дополнительном экране последовательно формируют элементы растра, излучение от которых, используя матрицу светоделителей, разделяют на компоненты и, используя пространственно-временной модулятор света, независимо модулируют каждую компоненту, которую отображают в соответствующее место в соответствующем блоке отображающего экрана. При формирования видеосигнала преобразуют сформированное на фоточувствительном экране изображение в последовательность электрических сигналов путем параллельного сканирования сфокусированным лучом составляющих изображение блоков, для чего на дополнительном экране последовательно формируют элементы растра, излучение от которых, используя матрицу светоделителей, разделяют на компоненты, отображая каждую компоненту в соответствующее место в соответствующем блоке фоточувствительного экрана. Обеспечивается повышение разрешающей способности формируемого изображения и видеосигнала при упрощении конструкции. 3 с. и 9 з.п. ф-лы, 8 ил.

Формула изобретения RU 2 195 694 C2

1. Способ формирования изображения путем сканирования поверхности отображающего экрана сфокусированным лучом при параллельном сканировании составляющих изображение блоков, где блок соответствует двухкоординатному фрагменту изображения, отличающийся тем, что: а) на, по крайней мере одном, дополнительном экране последовательно формируют элементы растра; б) используя матрицу светоделителей, разделяют оптическое излучение, продуцируемое сформированным на дополнительном экране элементом растра, на компоненты по числу блоков формируемого изображения; в) используя сопряженный с матрицей светоделителей пространственно-временной модулятор света, независимо модулируют каждую компоненту в своем блоке в соответствии с сигналами, подаваемыми на соответствующие элементы пространственно-временного модулятора света, и формируемым в каждом блоке элементом изображения; г) отображают каждую компоненту в соответствующее место в соответствующем блоке отображающего экрана. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что изображение формируют по фрагментам, разрешение которых по каждой координате меньше разрешения формируемого на отображающем экране изображения. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отображаемые на отображающем экране элементы растра дополнительного экрана включают двумерные массивы пикселей, так что распределение пикселей на плоскости экрана для конкретного элемента соответствует конкретной двумерной базисной функции ортогонального преобразования. 4. Способ формирования изображения по п. 1, отличающийся тем, что изображение на отображающем экране представляет собой голограмму, сформированную путем модуляции излучения дополнительного экрана, осуществляемой посредством пространственно-временного модулятора света, которую визуализируют в качестве голографического изображения с помощью источника восстанавливающего излучения. 5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что сформированное голографическое изображение преобразуют в его твердую копию, проецируя на фоточувствительный материал и формируя на нем голограмму, которую затем проявляют и обрабатывают традиционными способами. 6. Способ формирования видеосигнала в результате преобразования сформированного на фоточувствительном экране посредством оптического устройства изображения внешнего объекта в последовательность электрических сигналов путем параллельного сканирования сфокусированным лучом составляющих изображение блоков, отличающийся тем, что: а) на, по крайней мере одном, дополнительном экране последовательно формируют элементы растра; б) используя матрицу светоделителей, разделяют оптическое излучение, продуцируемое сформированном на дополнительном экране элементом на компоненты по числу блоков формируемого изображения, отображая каждую компоненту в соответствующее место в соответствующем блоке фоточувствительного экрана; в) преобразуют сформированное в сканируемых точках фоточувствительного экрана световое изображение в электрические сигналы, производя вывод сигнала с каждого сканируемого фрагмента фоточувствительного экрана. 7. Устройство для формирования изображения путем параллельного формирования составляющих изображение фрагментов, включающее отображающий экран, системы развертки и модуляции, отличающееся тем, что: а) устройство включает, по крайней мере один, дополнительный экран, формирующий элементы растра друхкоординатного фрагмента изображения; б) система развертки выполнена в виде матрицы светоделителей, разделяющей оптическое излучение формируемых на дополнительном экране элементов растра в соответствии с числом параллельно формируемых фрагментов изображения на компоненты, отображаемые на соответствующие места в соответствующих формируемых на отображающем экране фрагментах изображения; в) система модуляции выполнена в виде пространственно-временного модулятора света, элементы которого сопряжены с соответствующими светоделителями матрицы системы развертки. 8. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что отображающий экран выполнен в виде экрана дисплея. 9. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что дополнительный экран оптически соединен с элементами системы развертки посредством световодов. 10. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что дополнительный экран выполнен в виде матрицы излучающих элементов. 11. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что дополнительный экран выполнен в виде экрана дисплея. 12. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что дополнительный экран выполнен в виде устройства, модулирующего световой поток внешнего источника.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2002 года RU2195694C2

US 5684620 А, 04.11.1997
Голографическое устройство записи и воспроизведения электрических сигналов 1979
  • Микаэлян А.Л.
  • Корчагин В.В.
  • Бобринев В.И.
  • Гуланян Э.Х.
SU1043584A1
US 4852957 А, 01.08.1989
US 4692808 А, 08.09.1987
СПОСОБ АНАЛИЗА И СИНТЕЗА ИЗОБРАЖЕНИЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 1992
  • Кариженский Евгений Яковлевич
RU2051398C1
US 5116117 А, 26.05.1992.

RU 2 195 694 C2

Авторы

Иванов А.Г.

Даты

2002-12-27Публикация

1998-10-16Подача