СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ТРЕХМЕРНЫХ ПОДВИЖНЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ ПРИ РАССЕЯНИИ СВЕТА Российский патент 2023 года по МПК G02B30/50 H04N13/388 

Изобретение относится к области трехмерного видения, а именно приборов, предназначенных для получения трехмерных цветных движущихся изображений объектов в видимом диапазоне спектра, и может быть использовано как в приборах кино, так и телевидения.

Кинопроекторы и телевизионные приемники изображения объектов существуют в самых разных формах выполнения и размерах. При этом, как правило, во всех случаях получается двухмерное изображение на поверхности экрана. Даже так называемое современное 3Д-кино на самом деле всего лишь стереоскопическое, дает два плоских изображения отдельно для левого и правого глаза и не имеет никакого отношения к реальному трехмерному объекту, который всегда можно рассмотреть не только с одной, а со всех сторон. Единственной реальной картиной может служить голограмма, в которой тоже не существует вида сзади. Имеется лишь трехмерная картина объекта спереди, и мы как бы рассматриваем его через окно, которым является сама голограмма. Однако, голограммы возможны лишь для неподвижных объектов (например, экспонатов в музее), и невозможно создание подвижных голографических фильмов из-за технической сложности записи цветных голограмм (голографическая кинопленка должна быть объемной и большой по площади, источники света когерентными, а время записи одной картинки достаточно долгим).

Таким образом, для трехмерного изображения мы должны иметь объемную, а не плоскую среду, в которой создается картинка.

Так авторы изобретения (RU №2004105518/28, МПК G03B 21/56, опубликовано 26.02.2004) предложили проецировать изображение на поверхность экрана, выполненного в виде полого тела, ограниченного полупрозрачной диффузно-рассеивающей оболочкой, внутри которой размещен, по меньшей мере, один источник видеоинформации, оптически связанный с экраном. В результате создается видимость объемного изображения. При этом полое тело должно иметь форму шара, эллипса, цилиндра, конуса или тела заданной формы. Ясно, что для точности воспроизведения телекартины форма тела-экрана должна каждый раз совпадать с реальным объектом, что невозможно для множества меняющихся во времени изображений, движущихся тел и т.д. в кинофильме.

Известны способы получения изображений на плоском экране не проецированием всей картинки или кадра, а рисованием ее с помощью электронного или лазерного луча. Рисование электронным лучом происходит при построчном сканировании кадров в телевизорах с катодной трубкой, которое было применено в первых телевизорах начала 30-х годов прошлого века. Рисование лазерным лучом описано авторами изобретения «ЛАЗЕРНЫЙ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ» (RU №95109291/09, МПК H04N 5/74, опубл. 10.05.1997). Сущность изобретения: в пространство с помощью импульсного лазерного устройства генерируют узкий когерентный световой пучок, который построчно сканируют по отражающему экрану в границах заданного кадра. При этом одновременно принимают импульсы видеосигналов, а генерацию каждого импульса лазерного излучения производят в момент поступления очередного импульса видеосигнала. Кроме того, одновременно можно регулировать интенсивность излучения в каждом импульсе в соответствии с интенсивностью поступающего видеосигнала. Таким образом, в данном способе вместо электронного луча предлагается сканировать по экрану лазерный луч, что, несомненно, позволит увеличить площадь экрана и устранить сложную вакуумную систему электронно-лучевой трубки. Можно использовать лазеры трех основных цветов (красный, зеленый и синий) для получения цветного изображения и сканирование каждого из них по экрану. Другой вариант - использовать экран с покрытием из трех люминофоров разного цвета, а сканирование осуществлять ультрафиолетовым лазером, последовательно возбуждающим люминесценцию этих люминофоров (RU №20081188978, МПК H01S 3/18, опубликовано 27.08.2009).

Недостатком указанного аналога является то, что всегда при рисовании лучом на плоской поверхности получается лишь двумерное плоское изображение. Можно предположить, что если рисовать изображение лазером не на плоском экране, а в объемной среде, то создается возможность получения реального трехмерного изображения движущихся объектов как в масштабе один к одному, так и с пропорциональным уменьшением или увеличением их размеров.

Известен способ формирования 3Д изображений, который включает обработку прозрачного или малопрозрачного твердого материала изделия импульсным одномодовым лазерным излучением в видимом диапазоне длин волн и с частотой следования лазерных импульсов не менее чем 10 кГц (RU №2001130323/28, МПК В44С 5/00, С03С 23/00, опубликовано 27.12.2004). Изображение формируется в виде совокупности точек перемещающегося фокуса лазера в толще указанного материала без нарушения его поверхности. Каждую отдельную точку изображения формируют с помощью пакета импульсов. Устройство содержит лазер с блоком питания и управления лазером, с которым соединен компьютер, фокусирующую систему с телецентрическим фокусирующим объективом, телескопическую оптическую систему, размещенную на выходе указанного лазера, высокоскоростную систему сканирования поля изображения, размещенную по оси излучения между указанными телескопической и фокусирующей системами, и контроллер, соединенный с указанной высокоскоростной системой сканирования и с компьютером. Обеспечивается формирование объемных изображений в условиях движущегося конвейера, а также уменьшение энергозатрат и увеличение ресурса оптических элементов, используемых в устройстве. Изобретение относится к способам получения неподвижных объемных изображений в толще стекла или кварца, в частности к способам, разрушающим материал среды в точке фокусирования лазера, которая и дает элемент объемного изображения в виде пузырьковых дефектов в куске материала со шлифованными поверхностями. При этом, в данном случае сканирование точки фокуса в той или иной области объема рисует объемную форму от задней ее поверхности к передней. Подвижное изображение или смена объемных картинок в данном способе получены быть не могут именно из-за разрушающего однократного метода записи объекта. Однако, если в качестве объемной среды взять, например, прозрачную жидкость (воду), а мощность лазера подобрать так, что в фокусе начинается процесс закипания ее, то, в принципе, возможно создание стирающихся изображений, т.к. локальное кипение перестает при перемещении фокуса лазера. В этом случае возможно получение движущихся объемных изображений при достаточно быстром процессе лазерного сканирования.

Недостатком указанного аналога является достаточно медленный тепловой процесс закипания и образования пузырька пара в локальном месте объема воды, что не позволяет реализовать покадровую развертку изображения 24 кадра в секунду, необходимую для телевизионных систем. При этом, образовавшийся локальный пузырек пара может не схлопнуться в этом же месте, а начать всплывать вверх, размазывая изображение. Кроме того, перестраивать пространственное положение фокуса лазерного луча с такой большой частотой по трем координатам тоже проблематично.

Наиболее близким способом и устройством получения трехмерных изображений объекта, принятым за прототип, является способ (изобретение US №2004227694 A1, Sun Xiao Dong, Liu Jian Qiang, опубл. 18.11.2004), где поставленная задача достигается за счет облучения люминесцирующей объемной среды инфракрасным лазерным светом, включающего облучение светящейся в видимой области среды узконаправленным лазерным невидимым излучением, новизна которого заключается в том, что облучение осуществляют инфракрасным излучением с двумя различными длинами волн в спектральном диапазоне от 700 нанометров до двух микрометров, а в качестве источников инфракрасного света берут два различных лазера, расположенных рядом или внутри светящейся среды с возможностью сканирования оптической осью лазерного луча обоих лазеров в пространстве. В точке пересечения лазерных лучей возникает последовательное поглощение двух разных ИК фотонов с излучением далее видимой антистоксовой фотолюминесценции.

В качестве лазеров можно использовать компактные твердотельные полупроводниковые лазеры, угловая расходимость луча которых в настоящее время составляет около одной минуты при диаметре выходного пятна порядка сотни микрометров. В результате в точке пересечения двух лазерных сканируемых лучей без всякой фокусирующей оптики возможно получение светового пятна размером менее миллиметра во всем требуемом диапазоне расстояний (несколько метров). Имеющиеся в настоящее время оптические мощности полупроводниковых лазеров, до единиц ватт в непрерывном режиме, позволяют получать на требуемых расстояниях люминесцентный свет в полный телесный угол, приемлемый для восприятия глазом в хорошо освещенной комнате. Длины волн сканирующих по люминесцентной среде лазеров требуется выбирать именно с учетом необходимости хотя бы слабой видимой антистоксовой люминесценции в точке пересечения двух лазерных лучей инфракрасного света. Отметим, что наличие видимого оптического сигнала в данном случае зависит не только от интенсивности лазерных лучей, но, в первую очередь, от люминесцентных свойств объемной среды с редкоземельными примесями, в которой происходит формирование изображения при сканировании в ней лазерных лучей. Таким образом, в основу изобретения-прототипа положена задача обеспечения средств для высокой разрешающей способности и скорости сканирования двух лазерных лучей и получения за счет люминесценции среды видимого свечения в точке пересечения лазерных лучей, из множества которых формируются поверхности трехмерных объектов в пространстве, для множества типов объектов, включая цветные, движущиеся, или тонкого структурного состава. Дополнительной частной задачей этого изобретения является получение движущихся трехмерных объектов со скоростью, необходимой для получения трехмерного телевизионного изображения в реальном времени.

Недостатком указанного способа является то, что в свечении трехмерного объекта видна не только передняя, но и задняя его сторона. Получаем как бы тело из прозрачного стекла, а не из рассеивающего свет материала. В реальных телах свет рассеивается на их поверхности и не проходит через объем.

Заявленное изобретение решает задачу получения трехмерного объемного изображения объекта, в том числе движущегося, при рассеянии света, в любом диапазоне спектра с пространственным разрешением менее одного миллиметра и высокой телевизионной скоростью изменения изображений за счет рассеяния, а не излучения света.

Техническим результатом при этом являются разработка способа (варианты) и устройств на его основе, обеспечивающих получение трехмерных непрозрачных подвижных изображений поверхности тел в диапазоне от инфракрасного, видимого до ультрафиолетового света с пространственным разрешением по всем трем координатам вплоть до 1 мм и скоростью сканирования достаточной для достижения телевизионного режима съемки за счет использования примесного поглощения многоуровневыми атомами редкоземельных элементов в прозрачной среде при рассеянии света.

Технический результат способа получения трехмерных подвижных изображений при рассеянии света, согласно первому варианту, достигается тем, что формирование изображения осуществляется за счет сканирования среды двумя лазерным лучами и осуществления возбуждения метастабильного состояния рассеивающей свет примеси в точке пересечения двух лучей посредством поглощения одного фотона.

Технический результат способа получения трехмерных подвижных изображений при рассеянии света, согласно второму варианту, достигается тем, что формирование изображения осуществляется за счет сканирования среды двумя лазерным лучами и подсветкой третьим источником видимого излучения, а возбуждение метастабильного состояния рассеивающей свет примеси в точке пересечения двух лучей осуществляется поглощением двух фотонов.

Для достижения технических результатов способа (варианты) формирования трехмерных подвижных изображений при рассеянии света, включающего сканирование поверхности объекта двумя лучами несфокусированного лазерного излучения и регистрацию излучения рассеивающей среды, использован эффект рассеяния света на возбужденных метастабильных примесных уровнях.

Реальные тела рассеивают на своей неоднородной поверхности свет того или иного цвета. Таким образом, нам надо создать среду с возможностью изменять во времени ее показатель преломления неоднородным образом в тех местах, где должна быть поверхность отображаемого трехмерного объекта. Поскольку изменять показатель преломления надо в разных местах объема среды, то удобнее это делать светом (а не электрическим полем, температурой и т.д.). Для этого мы используем примесное поглощение многоуровневыми атомами редкоземельных элементов (фиг. 1) в прозрачной среде. Так, если в трехуровневой системе с помощью света частотой ω₁₂ заселен метастабильный уровень 2, то особенности спектров поглощения и преломления (фиг. 2, кривые 1 и 2), вызванные переходами 2-3 на высоколежащий энергетический уровень 3, можно описать с помощью формулы для силы гармонического осциллятора:

Нам необходимо появление дополнительного преломления света (фиг. 2, кривая 2) на частоте ω₀, где поглощение света практически отсутствует. При этом необходим второй луч света с частотой ω₁₂ для заселения метастабильного уровня 2. Следовательно, в точке пересечения двух лучей происходит увеличение показателя преломления для одного из них. Это изменение показателя преломления можно использовать для получения трехмерных изображений в среде, представляющей собой композит из плотно спеченных микрочастиц размером от 1 до 100 мкм легированного и нелегированного редкоземельными элементами материала (например, SiO₂:Er и SiO₂). При воздействии двух лучей света, в частности, в частицах SiO₂:Er, происходит увеличение показателя преломления для света частотой ω₀ и его рассеяние в композите. В тех местах, где нет второго луча света накачки с частотой ω₁₂, рассеяние не происходит.

Именно этот эффект рассеяния света на возбужденных метастабильных примесных уровнях предлагается использовать в предлагаемом изобретении.

На Фиг. 1 показана схема примесного поглощения многоуровневыми атомами редкоземельных элементов.

На Фиг. 2 представлен график спектров поглощения и преломления.

На Фиг. 3 представлено устройство для реализации способа по варианту 1.

На Фиг. 4 представлено устройство для реализации способа по варианту 2.

ВАРИАНТ 1

Пусть на трехмерную среду 3 (фиг. 3) композита SiO₂:Er и SiO₂ падают два плоскопараллельных луча лазера 1(L₁) и лазера 2(L₂), образуя в точке пересечения пучков внутри среды световое пятно локального объема ∂Д, величина которого связана с площадью сечения лазерного пучка S соотношением ∂Д=S/cos d, где d - угол между оптическими осями двух лазерных лучей (фиг. 3). Прозрачная среда подбирается таким образом, чтобы рассеяние на частоте ω₀ видимого света возникало лишь в местах одновременного нахождения фотонов с частотами ω₀ и ω₂₁. Меняя при пространственном сканировании лучей лазеров положение пятна пересечения пучков ∂Д, мы можем прописать в трехмерном пространстве любой объемный объект в виде светящейся фигуры. Пространственное разрешение способа определяется величиной локального объема ∂Д и будет максимальным при минимальной площади сечения лазерных пучков S и перпендикулярном угловом расположении двух лазеров cos d=1. При современном состоянии полупроводниковых лазеров пространственное разрешение предлагаемого способа может быть не хуже 100 микрометров, что вполне достаточно при создании трехмерных изображений объектов размером более 1 см.

ВАРИАНТ 2

Вторым вариантом способа формирования трехмерных объектов является использование двух резонансных лучей света с частотами электронных переходов ω₁₂ и ω₂₃, которые в точке пересечения дают заселение возбужденного уровня 3 редкоземельной примеси. Если этот уровень метастабильный то за время его жизни необходимо прописать всю поверхность объекта и потом осветить его весь видимым светом с частотой рассеивания ω₀ по отношении уже не к уровню 2 (как в первом случае), а к уровню 3. Частоты рассеяния легко находить в разных частях видимого спектра для многоуровневых атомов редкоземельных элементов из ряда эрбий, гольдмий, тулий, иттербий или презиодим с метастабильными возбужденными состояниями электронов (фиг. 1). При этом, видна будет только передняя поверхность рассеивающего свет объекта без задней, а волны накачки ω₁₂ и ω₂₃ проходят при сканировании сквозь композит без рассеяния, но с поглощением, поскольку они совпадают с центром линии поглощения примеси (фиг. 2).

Осуществляя сканирование лазерных лучей (Фиг. 3) в среде из микрочастиц композита 3 одним из известных способов развертки лазерного луча, включающее параллельное сканирование по двум координатам или круговое сканирование с разворотом угла сканирования, мы получаем значения интенсивностей видимого рассеянного света во множестве точек объема поверхности для первого положения луча одного лазера 1 (L₁), далее, смещая этот луч в другое положение, и перемещая на расстояние ∂R вдоль него другой лазерный пучок лазера 2 (L₂), мы получаем второе множество значений интенсивности рассеяния. Совокупность этих множеств дает объемное изображение из множества точек сканирования, цвет которого определяется спектром видимого рассеиваемого света ω₀ в среде. Изменение этого спектра позволит получать все три цветовые компоненты цветного изображения, если процесс сканирования всего объема осуществлять за время меньшее времени реакции человеческого глаза (около 1/24 секунды). Современные акустооптические дефлекторы лазерного луча обладают необходимым быстродействием для получения телевизионной картины в реальном времени и в трехмерном пространстве на основании заявляемого способа.

В заявляемом способе (варианты) особую роль играет рассеивающая объемная среда из микрочастиц композита 3, в которой происходит создание трехмерного изображения двумя лазерными лучами. В ней должно произойти рассеяние фотона видимой области спектра (частотой ω₀) при поглощении одного или сразу двух инфракрасных фотонов с частотами ω₃₂ и ω₂₁. Здесь речь идет о так называемом рассеянии на возбужденных состояниях примеси и самом распространенном материале, используемом для этих целей оксиде кремния или другом материале, легированном эрбием Y₂O₃:Er, CaF₂:Er и Y₂O₂S:Er (А.Н. Грузинцев. "Оптическая модуляция антистоксовой люминесценции кристаллов CaF₂:Er", журнал "Неорганические материалы", 56 (2020), стр. 759-764). При этом, чем больше времена жизни метастабильных возбужденных состояний в среде, тем при меньшей интенсивности света возможны существенные изменения показателя преломления. В содержащихся в данных соединениях ионах эрбия имеется множество энергетических электронных уровней, на которых возможно суммирование энергии двух поглощенных фотонов и последующее рассеяние одного фотона с более высокой энергией (фиг. 1). Так с нижнего уровня ⁴I_15/2 при поглощении света длиной волны 1.55 мкм происходит переход электрона на метастабильный уровень ⁴I_13/2. С этого долгоживущего уровня при рассеянии света длиной волны 630 нм происходит переход электрона на высокий возбужденный уровень ⁴F_5/2. Если в качестве второго лазера использовать инфракрасный свет с длиной волны не 630 нм, а 2.7 мкм (фиг. 1), то верхним уровнем будет ⁴I_11/2, дающий при рассеянии на нем красного света 665 нм трехмерное изображение также в красной области спектра. (А.Н. Грузинцев, Д.Н. Каримов. "Двухфотонное возбуждение антистоксовой фотолюминесценции кристаллов CaF₂:Er", журнал "Физика твердого тела", 59 (2017), стр. 116-120) Таким образом, возможно получение в материале CaF₂:Er объемного изображения при рассеянии всех трех основных цветов видимого спектра при сканировании двух лазерных лучей: один из которых имеет длину волны 1.55 мкм, а другой - 0.63 или 2.7 мкм в зависимости от необходимого цвета свечения объекта.

Для изготовления композита - керамики на основе оксисульфидов иттрия, соответственно выбранному составу тщательно смешиваются в стехиометрических количествах исходные вещества - оксид иттрия, оксид эрбия, которые в ходе твердофазной реакции, обычной для изготовления светящихся красок, в восстановительной атмосфере сероводорода при температурах в диапазоне от 1100°С до 1400°С превращаются в требуемый порошок из микрочастиц размером от 1 до 100 микрометров. Его смешивают с порошком чистого оксисульфида иттрия спресовывают в таблетки и отжигают при высокой температуре полученную керамику до ее прозрачности в видимом диапазоне спектра. В заявленном изобретении можно также заменить часть оксидов, сульфидами, путем добавки соединений названных элементов в соответствующих стехиометрии количествах, которые можно подвергнуть термическому синтезу в инертной атмосфере. Подобным образом можно добиться встраивания значительных количеств ионов редкоземельных металлов в соответствующую кристаллическую решетку.

Полученные композиты на основе оксисульфидов или оксидов иттрия с эрбием согласно данному изобретению излучают на длинах волн, примерно, 980 нм, 640 нм и 550 нм и имеют несколько узких линий поглощения с полушириной пика до 10 нм (фиг. 3) (А.Н. Георгобиани и др. "Инфракрасная люминесценция соединений Y₂O₂S:Er и Y₂O₃:Er³⁺, журнал "Неорганические материалы", 40 (2004), стр. 963-968). Эти композиты позволяют получать рассеяние света на тех же длинах волн видимого света при двухфотонном возбуждении, что и для фторида кальция. При этом, соединение, преобразующее инфракрасное свечение двух лазеров в рассеяние видимого света, может быть в виде объемного прозрачного материала (композита) большого размера или растворено в виде второй фазы в прозрачном полимере (стекле), который и является настоящим трехмерным экраном с возможностью наблюдения картинки со всех трех направлений пространства.

Другим аспектом изобретения является устройство для получения изображений поверхности трехмерных объектов на основе предлагаемого способа, содержащее, по меньшей мере два лазера с узконаправленным лучом. Новизна предлагаемого устройства заключается в том, что оно имеет два сканирующих устройства L₁ и L₂ узконаправленных лучей инфракрасного лазерного излучения, расположенных почти перпендикулярно друг относительно друга, вблизи с оптической рассеивающей средой, причем данная среда может рассеивать свет в видимой области спектра с частотой фотона ω₀ в точке пересечения лучей двух инфракрасных лазеров с частотами фотонов ω₁₂ и ω₂₃, соответственно. Относительное расположение точки пересечения лучей лазеров изменяется в процессе сканирования. В качестве лазеров берут, твердотельные полупроводниковые лазеры с длинной волны, имеющей значительное поглощение в невозбужденной и возбужденной рассеивающей среде, содержащей многоуровневые ионы редкоземельных, например элементов эрбия или туллия.

В качестве лазера первого сканирующего устройства 1 (L₁) можно использовать полупроводниковый лазер с длиной волны 1.55 мкм, а лазером 2 (L₂) второго сканирующего устройства (фиг. 3) является инфракрасный лазер с одной из длин волн 630 нм, 2.7 мкм или другими в зависимости от необходимого цвета свечения объекта (синего, зеленого или красного).

Для получения цветного трехмерного изображения объекта во второе сканирующее устройство нужно одновременно подавать лучи всех трех цветов лазеров, интенсивность которых надо модулировать во времени сканирования в зависимости от необходимого цвета свечения объекта в данной точке пространства. Предпочтительно использовать в данном случае не медленные механические устройства сканирования лазерного луча, а быстрые электрооптические или акустооптические методы развертки. Это позволит получать мгновенные трехмерные изображения тел и дает необходимую частоту кадров для отображения движущихся объектов. В качестве лазера более оптимально использовать твердотельные лазеры большой мощности в несколько ватт и малым диаметром пучка (менее миллиметра), что увеличивает яркость и четкость получаемых трехмерных изображений.

Дальнейшие преимущества изобретения поясняются ниже при помощи примеров осуществления изобретения и рисунков.

На фиг. 3 представлен вариант 1 устройства получения трехмерного изображения объекта на основе предлагаемого способа, содержащего рассеивающую среду и два лазера со сканирующими лучами в пространстве, расположенных в перпендикулярных направлениях от среды. При работе лазерные лучи могут перемещаться в пространстве, осуществляя пересечение в области рассеивающей среды в точках поверхности трехмерного тела. Данное устройство состоит из полупроводникового непрерывного лазера 1 инфракрасного света с оптической мощностью 500 мВт, длиной волны 1550 нм и диаметром пучка 1 мм, с закрепленным на оси лазерного пучка акустооптическим дефлектором и из второго полупроводникового лазера 2 красного света с оптической мощностью 500 мВт, длиной волны 630 нм и диаметром пучка 1 мм, с закрепленным на оси лазерного пучка акустооптическим дефлектором, а также из композитной среды 3, в которой возникает рассеяние видимого света с длиной волны 630 нм в точке пересечения двух лазерных лучей в процессе их сканирования. В случае рассеивающей среды в виде композита, содержащего микрочастицы редкоземельного элемента, например эрбия, в качестве второго лазера 2 можно использовать лазер с длиной волны 2.7 мкм, получая в среде трехмерное изображение красного цвета с длиной волны 665 нм. На фиг. 1 изображена схема энергетических уровней ионов эрбия и соответствующие электронные переходы при суммировании энергии двух инфракрасных фотонов, дающие различные видимые полосы рассеяния метастабильными состояниями.

При работе такого устройства луч полупроводникового лазера 1 перемещается параллельно его оси в объеме композитной среды 3 с постоянной скоростью, за время перемещения от одной позиции до следующей инфракрасное излучение лазера 2 сканируется вдоль луча первого лазера в виде пятна диаметром порядка 1 мм и в нужных точках формирования изображения возникает сигнал рассеяния видимого света, который рассеивается во всех направлениях. При этом интенсивность первого лазера постоянна во времени, а интенсивность второго лазера модулируется и максимальна в момент прохождения его луча в нужной точке композитной среды. Трехмерное изображение формируется в этой среде в виде множества точек рассеяния того или иного цвета света и может быть рассмотрено со всех сторон зрителем. Это изображение может быть движущимся, поскольку как времена сканирования лазеров, так и времена жизни метастабильных состояний достаточно малы (менее 10 мсек) и позволяют изменять трехмерную картину со скоростью большей 24 кадров в секунду. Размер изображения определяется размером рассеивающей среды и может достигать метровых значений, что достаточно для целей домашнего телевидения.

На фиг. 4 представлен вариант 2 устройства получения трехмерного изображения объекта на основе предлагаемого способа 2, содержащего рассеивающую среду 3 и два лазера 1 и 2 со сканирующими лучами в пространстве, расположенных в перпендикулярных направлениях от среды, а также лазер 4 видимого спектра, который обеспечивает подсветку и получение трехмерного изображения после сканирования этого изображения двумя инфракрасными лазерами 1 и 2.

При работе такого устройства луч полупроводникового лазера 1 перемещается параллельно его оси в объеме композитной среды 3 с постоянной скоростью, за время перемещения от одной позиции до следующей инфракрасное излучение лазера 2 сканируется вдоль луча первого лазера в виде пятна диаметром порядка 1 мм и в нужных точках формирования изображения возникает сигнал рассеяния видимого света от дополнительного лазера 4, который рассеивается во всех направлениях. При этом интенсивность первого лазера постоянна во времени, а интенсивность второго лазера модулируется и максимальна в момент прохождения его луча в нужной точке композитной среды. Трехмерное изображение формируется в этой среде в виде множества точек рассеяния того или иного цвета света и может быть рассмотрено со всех сторон зрителем. Это изображение может быть движущимся, поскольку как времена сканирования лазеров, так и времена жизни метастабильных состояний достаточно малы (менее 10 мсек) и позволяют изменять трехмерную картину со скоростью большей 24 кадров в секунду. Размер изображения определяется размером рассеивающей среды и может достигать метровых значений, что достаточно для целей домашнего телевидения.

Данное изобретение не ограничивается описанными примерами, в которых осуществлялось сканирование двух лазерных лучей в пространстве объема рассеивающей среды. Можно также использовать вместо второго лазера быструю развертку электрооптическим или акустооптическими методами (или вращением зеркал и призм) сразу трех совмещенных лазерных лучей с разными цветными длинами волн. Сканируемое пятно можно перемещать в пространстве по лучу первого лазера с длиной волны 1.55 мкм, вдоль которого в зависимости от модуляции интенсивностей трех совмещенных лазеров будет получаться множество синих, зеленых или красных точек рассеяния, необходимых для получения цветного трехмерного изображения. Во всех случаях будет достигаться требуемый результат - получение трехмерных изображений объекта.

Использование: изобретение относится к области формирования изображений и касается способа формирования трехмерных подвижных изображений при рассеянии света. Способ включает сканирование поверхности объекта двумя лучами несфокусированного лазерного излучения, возбуждение метастабильных состояний примеси, рассеивающих видимый свет, и регистрацию излучения рассеивающей среды. Возбуждение метастабильных состояний примеси осуществляют поглощением одного фотона инфракрасного света в рассеивающей среде из микрочастиц прозрачного композита, содержащего ионы эрбия, в точке пересечения двух лазерных лучей. В качестве лазерных источников берут, по крайней мере, два разных непрерывных лазера с системами сканирования, расположенных вблизи среды из композита, под разными углами к ней. Для формирования профиля изображения используют множество рассеивающих точек пересечения двух лазерных лучей, полученных в процессе сканирования. Технический результат заключается в обеспечении возможности получения трехмерных непрозрачных изображений поверхности тел с высоким пространственным разрешением и скоростью сканирования, достаточной для достижения телевизионного режима съемки. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ формирования трехмерных подвижных изображений при рассеянии света, включающий сканирование поверхности объекта двумя лучами несфокусированного лазерного излучения и регистрацию излучения рассеивающей среды, отличающийся тем, что возбуждение метастабильных состояний примеси, рассеивающих видимый свет, осуществляют поглощением одного фотона инфракрасного света в рассеивающей среде из микрочастиц прозрачного композита, содержащего ионы эрбия, в точке пересечения двух лазерных лучей, а в качестве лазерных источников берут, по крайней мере, два разных непрерывных лазера с системами сканирования, расположенных вблизи среды из композита, под разными углами к ней, при этом для формирования профиля изображения используют множество рассеивающих точек пересечения двух лазерных лучей, полученных в процессе сканирования.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве второго лазера с системой сканирования берут одну систему сканирования и три совмещенных в пространстве лазерных инфракрасных луча, расположенных на ее входе и имеющих различные длины волн с возможностью отдельной модуляции интенсивности каждой из длин волн, при этом сканирование производят одновременно всех трех лучей с различной временной модуляцией каждого из них, а для получения цветного профиля объекта используют импульсное включение лазеров при нахождении точки пересечения лучей в нужном месте пространства в процессе сканирования лучей, по крайней мере, первого и второго лазеров.

3. Способ формирования трехмерных подвижных изображений при рассеянии света, включающий сканирование поверхности объекта двумя лучами несфокусированного лазерного излучения и регистрацию излучения рассеивающей среды, отличающийся тем, что возбуждение метастабильных состояний примеси, рассеивающих видимый свет, происходит при последовательном поглощении двух разных фотонов инфракрасного света в среде из микрочастиц прозрачного композита, содержащего ионы эрбия, в точке пересечения двух лазерных лучей, а в качестве лазерных источников берут, по крайней мере, два разных непрерывных лазера с системами сканирования, расположенных вблизи среды из композита под разными углами к ней, при этом для формирования профиля изображения используют множество рассеивающих точек пересечения двух лазерных лучей, полученных в процессе сканирования, при этом видимый свет рассеивается при подсветке возбужденной среды с прописанным трехмерным объектом третьим источником видимого света.