ЭКРАН Советский патент 1996 года по МПК G03H1/02 G03C9/08 

Изобретение относится к оборудованию для восприятия, кодирования и передачи информации о квазиобъемности перспективного изображения при телекинопоказе.

В основном изобретении описан содержащий воспринимающий элемент из нескольких светочувствительных слоев с прозрачной пластинкой, дополненный голографическим экраном, соединенным через полупрозрачный зеркальный пленочный слой с воспринимающим элементом.

Действие экрана основано на том, что точки фокусировки воспринимаемого перспективного светоизображения контактным путем трансформируются с воспринимающего элемента на поверхность слоя прозрачного быстродействующего голографического экрана, что соответствует передаче сфокусированной световой предметной волны на голографический экран. В месте пересечения сфокусированной предметной и опорной волны от специального источника излучения на слое голографического экрана образуется интерференционная структура-голограмма, кодирующая оптическое изображение. Эта интерференционная структура восстанавливает видимое квазиобъемное перспективное светоизображение под действием восстанавливающей опорной волны.

Недостатком известного устройства является то, что не обеспечивается возможность одной конструкцией экрана единовременного восприятия изображения, кодирование его в интерференционной структуре, что необходимо для обеспечения работ технических аналогов живых органов чувств человека, в частности зрительного органа сетчатки глаза.

Целью изобретения является достижение эффекта восприятия живого глаза.

Указанная цель достигается тем, что экран дополнен приемно-излучающей многоэлементной антенной решеткой находящейся в непосредственном контакте с голографическим экраном.

Кроме того, в экран введен полупрозрачный пленочный слой в непосредственном контакте между антенной решеткой и голографическим экраном.

Сущность изобретения поясняется чертежами
на фиг. 1 показан общий вид экрана; на фиг. 2 вид сбоку на экран и условная схема соединения экрана с удаленным приемным устройством системы отображения, с блоком памяти, а также с блоком генерирования и управления; на фиг. 3 оптическая схема (сильно увеличено) образования интерференционной структуры на слое голографического экрана; на фиг. 4 фрагмент (сильно увеличено) слоя воспринимающей дифракционной решетки, через отверстия которой проходит излучение от точек фокусировки изображения; на фиг. 5 вариант экрана с полупрозрачным зеркальным пленочным слоем между слоем голографического экрана и приемно-излучающей многоэлементной антенной решетки-матрицы; на фиг. 6 оптическая схема (сильно увеличено) образования интерференционной структуры стоячих волн в пределах голографического экрана между полупрозрачными зеркальными пленочными слоями, где воспринимающий элемент 1, воспринимающий тонкий пленочный слой дифракционной решетки 2, тонкий полупрозрачный зеркальный пленочный слой 3, слой регистрирующий среды прозрачного быстродействующего голографического экрана 4, слой приемно-излучающей многоэлементной антенной решетки-матрицы 5, прозрачная пластинка 6, элементы соединений приемно-передающей линии 7, блок памяти 8, приемное устройство системы отображения 9, блок генерирования и управления антенной решетки 10, информативный излучатель 11.

T₁ по T₉ точки фокусировки светоизображения; T₁-T₂ по T₁-T₇ точки пересечения образующих световых конусов, исходящих из смежных отверстий воспринимающей дифракционной решетки 2.

Описываемый экран (фиг. 1,2) состоит из воспринимающего элемента 1, к внутренней поверхности которого непосредственно примыкает воспринимающий тонкий пленочный слой дифракционной решетки 2, примыкающий в свою очередь через полупрозрачный зеркальный пленочный слой 3 непосредственно к поверхности слоя регистрирующей среды прозрачного быстродействующего голографического экрана 4, соприкасающегося противоположной стороной с поверхностью приемно-излучающей многоэлементной антенной решетки-матрицы 5.

Как вариант устройства на фиг. 5 представлен экран, когда между слоем голографического экрана 4 и слоем приемно-излучающей антенной решетки-матрицы 5 также нанесен полупрозрачный зеркальный пленочный слой 3.

Приемно-излучающая многоэлементная антенна решетка-матрица 5 соединена через элементы приемно-передающей линии 7 и 8 с приемным устройством системы отображения 9 и с блоком генерирования и управления 10 (см. фиг. 2). Приемно-передающая линия 7, на выходе от антенной решетки 5, проходит через пластину 6.

Экран работает следующим образом (см. фиг. 1,2,3,4). Информативный поток от излучателя 11, падающий на воспринимающий элемент 1, вызывает его свечение, и, таким образом, на воспринимающем элементе 1 образуется передаваемое сфокусированное перспективное светоизображение.

Точки фокусировки, образующие светоизображение и представляющие собой элементарно малые точечные площадки световые излучатели, имеющие, например, размеры в диаметре порядка до 0,015 0,03 мм являются элементарными областями когерентности. Такая элементарная сфокусированная световая точка является источником сферической волны и при этом амплитуда и фаза на произвольной волновой поверхности этой волны всюду равна в данный момент времени. Согласно опыта Верде что световые пучки от двух отверстий, освещаемых некогерентным источником света образуют на экране интерференционную картину, если расстояние между отверстиями меньше 0,05 мм. Интерференционная картина может наблюдаться на экране только при условии интерференции когерентных или частично когерентных между собой световых волн.

Таким образом, при некогерентном источнике света для получения светоизображения, две сфокусированные световые и только смежные достаточно малые элементарные точечные площадки световые источники оптической информации, например, с диаметрами порядка до 0,015 0,03 мм будут излучать частично пространственно когерентные между собой световые волны, которые в случае их пересечения на экране образуют видимую световую интерференционную картину.

Сфокусированное на воспринимающем элементе 1 светоизображение состоит из множества элементарных точечных излучателей, например, T₁-T₈ и т.д. (см. фиг. 3, 4 сильно увеличено). Излучение от сфокусированных смежных элементарных точечных излучателей, например, T₁-T₇ происходит через отверстия в пленочном слое воспринимающей дифракционной решетки 2. Размеры отверстий воспринимающего пленочного слоя дифракционной решетки 2 принимаются, например, диаметром в пределах до 0,015 0,03 мм с расстоянием между отверстиями в осях в пределах до 0,05 мм. Световые излучения от сфокусированных смежных точек T₁-T₇ светоизображения, проходя через отверстия дифракционной решетки 2, представляют световые конусы, образующие которых для всех смежных элементарных излучателей Т₁-T₇ пересекаются в пределах слоя голографического экрана 4, например, в точках Т₁-T₂; T₁-T₃; T₁-T₄; T₁-T₄; T₁-T₅; T₁-T₆; T₁-T₇ и т.д. (см. фиг. 3,4), в которых в результате такого пересечения образуется интерференционная структура ввиду того, что световые волны, проходящие через смежные отверстия в воспринимающей дифракционной решетке 2, являются пространственно когерентными между собой. Таким образом, любая световая точка светоизображения, например, Т₁ является источником опорной волны к светоизлучению, по крайней мере, шести точек Т₂-T₇ (см. фиг. 4) смежными с ней в светоизображении до воспринимающей дифракционной решетки 2 и дающих при пересечении и взаимодействии их излучений после дифракционной решетки 2 на слое голографического экрана 4, фиксируемую интерференционную картину, кодирующую оптическую информацию, например, семи точек Т₁-T₇ светоизображения (см. фиг. 4).

Полный набор интерференционных структур по всему световому полю изображения образует общий интерференционный узор, кодирующий оптическую информацию на слое голографического экрана 4. В то же время, полученная на слое голографического экрана 4 интерференционная структура представляет собой интерференционное зеркало.

Это интерференционное зеркало облучается фоновым электромагнитным полем, источником которого являются излучающие элементы многоэлементной антенной решетки-матрицы 5, примыкающей к слою голографического экрана 4 (фиг. 1,2).

Это облучающее электромагнитное поле, отраженное от интерференционного зеркала, несет информацию о его структуре обратно на многоэлементную антенную решетку-матрицу 5 и здесь воспринимается приемными элементами антенной решетки 5, которые перекодируют воспринятое информативное электромагнитное поле в электрические импульсы, несущие информацию об интерференционной структуре, кодирующей оптическое изображение, через элементы приемно-передающей линии 7 и 8 на приемное устройство системы отображения 9 (на фиг. 2 показано условно), где осуществляется раскодирование поступающей информации, например, в видимое оптическое изображение. Возбуждение и управление антенными элементами приемно-излучающей многоэлементной антенной решетки-матрицы 5 осуществляется от блока генерирования и управления 10 (на фиг. 2 показано условно)).

При варианте экрана (см. фиг. 5,6), когда слой голографического экрана 4 расположен между двумя полупрозрачными зеркальными пленочными слоями 3, в пределах слоя голографического экрана 4 создаются необходимые условия для предотвращения между полупрозрачными зеркальными пленочными слоями 3 светового излучения, поступающего в эту систему (фиг. 6, сильно увеличено).

В результате, в пределах слоя голографического экрана 4 образуются световые стоячие волны. В указанной (фиг.5,6) системе создаются благоприятные условия формирования и регистрации интерференционной структуры стоячих волн, отображающих воспринимаемое изображение. Ввиду того, что после воспринимающей дифракционной решетки 2 информативное излучение обладает определенными характеристиками когерентного излучения, то в пределах слоя голографического экрана 4 в результате возникновения стоячей волны образуется интерференционная структура, кодирующая информацию.

Данные об этой интерференционной структуре затем обрабатываются и перекодируются приемно-излучающей многоэлементной антенной решеткой матрицей 5. В качестве основных составляющих элементов предлагаемого экрана могут применяться различные устройства, например, следующие.

Приемно-излучающая многоэлементная антенная решетка-матрица 5, наряду с другими, может быть выполнена, например, состоящей в совокупности из множества однотипных дискретных элементарных приемников излучателей апертурных антенн, причем элементы возбуждаются, например, одним генератором или несколькими когерентными генераторами. Генераторное устройство также может быть, например, встроено совмещено с каждой в отдельности элементарной антенной многоэлементной антенной решетки-матрицы 5. В качестве элементов приемно-излучающей антенной решетки-матрицы 5 целесообразно применять, например, элементарную апертурную антенну (рупорную антенну) в виде открытого конца волновода с углом раскрыва рупора равного нулю.

Расстояние между элементами антенной решетки-матрицы 5 могут быть соизмеримы с длиной электромагнитной волны, или больше ее, а размеры элементов равны половине длины волны или нескольким длинам волн. В качестве многоэлементной антенной решетки-матрицы 5 также может быть использована пьезоэлектрическая матрица, работающая на принципах преобразования акустического поля.

Слой антенной решетки 5 может соединяться с отображающим устройством 9 через, например, тиристорно-логическое устройство нейрона или электрооптический блок памяти 8, входящего в соединительную линию 7 и дающее возможность запоминать информацию, идущую с предлагаемого экрана.

Слой голографического экрана 4, наряду с другими, например, может быть выполнен из набора узкополосных приемников излучения, что дает возможность снизить требования к когерентности источников излучения.

Наряду с другими, например, в качестве воспринимающего элемента 1 и воспринимающей дифракционной решетки 2 может также использоваться полупрозрачный зеркальный пленочный слой 3, который выполняется тем, что представляет собой зеркальный слой с отверстиями, промежутки между которыми являются непрозрачным зеркалом.

В случае использования специального источника опорного излучения, для обеспечения интерференционного кодирования информации на слое голографического экрана 4, применение воспринимающего пленочного слоя дифракционной решетки 2 необязательно.

В качестве воспринимающего слоя может использоваться, например, пленочный слой жидких кристаллов, в которых под воздействием подаваемого электрического напряжения возникает электродинамическая нестабильность в виде вихреобразного движения вещества жидких кристаллов. Такая структура работает как система линзочек, образующих в совокупности дифракционную решетку, изменяя напряжение на которой можно менять ее строение. Такое устройство позволяет управлять световым потоком.

В качестве воспринимающего элемента 1 могут также использоваться различные просветные растровые экраны, например, просветные линзово-растровые экраны.

В качестве воспринимающего элемента 1, наряду с другими, например, может использоваться полупроводниковый лазерный слой лазерный экран, создающий светоизображение под действием информативного электронно-лучевого излучения.

В описываемом экране в качестве воспринимающего элемента 1, наряду с другими, могут применяться устройства волоконной оптики, например, волоконные септроны-волоконные (или кристаллические) оптико-акустические анализаторы, которые обеспечивают возможность анализировать звуковые сигналы, путем преобразования их в световой сигнал, который в свою очередь обрабатывается в оптической системе предложенного экрана для получения видимого изображения.

В качестве воспринимающего элемента 1 может быть использовано, например, антенное устройство или датчик в виде технического устройства, регулирующего на импульс изменения внешнего электромагнитного поля и преобразующего полученные данные в электрические сигналы, которые в свою очередь преобразуются в световое излучение, перекодируемое в оптической системе предложенного экрана с передачей на приемное устройство системы отображения.

Предлагаемое устройство экрана при необходимости обеспечивают возможность кодировать и перекодировать данные о различных видах информации и передавать эту информацию и передавать эту информацию в закодированном виде на удаленное приемное устройство системы отображения, например, информацию о звуках, о запахе, о температуре и т.д. но для этого в качестве первичного воспринимающего элемента 1 должно применяться устройство анализирующее исходную информацию и преобразующее ее в информативное электромагнитное излучение, которое затем кодируется в оптической системе экрана. Для этого, например, в качестве воспринимающего элемента 1 могут быть использованы эманационные устройства анализирующие запахи и преобразующие полученную информацию в световое излучение, кодируемое в оптической системе предлагаемого экрана. В качестве воспринимающего элемента 1 также, например, могут быть использованы химические анализаторы, в которых фиксируются периодические изменения концентрации концентрационные волны, преобразуемые затем в этом же воспринимающем элементе 1 в электромагнитное излучение, кодируемое в оптической системе предлагаемого экрана, для передачи на приемное устройство системы отображения.

В качестве воспринимающего элемента 1 могут также использоваться различные устройства интраскопов и "Униконов" (универсальных преобразователей невидимых проникающих излучений).

Таким образом, для кодирования многих видов информации в предложенном устройстве экрана используется единый волновой интерференционный код, что дает возможность унифицировать работу приемного раскодирующего устройства.

Для интерференционного кодирования информации в предложенном экране при необходимости могут использоваться электромагнитные волны в любом избранном диапазоне.

Экран может выполняться и разъемным для обеспечения возможности смены основных составляющих элементов экрана; воспринимающего элемента, голографического слоя экрана ил антенной решетки.

Основные элементы предлагаемого экрана при необходимости могут быть выполнены подвижными с сохранением непосредственной контактности между подвижными слоями конструкции. Подвижные элементы экрана могут иметь размеры поверхности больше поверхностей смежных элементов, что обеспечивает возможность проведения подготовительных операций, например, для передачи информации, соответствующей обработке для фиксации и восстановления структурных свойств этих элементов.

Экран в целом может быть выполнен любой необходимой формы. Наряду с электронно-лучевыми устройствами 11 для проекции и фокусировки светоизображения на воспринимающем элементе 1 и 2 экрана могут использоваться различные оптические системы и объективы, например, линзовые снабженные устройствами для передачи изображения и управления фокусировкой его на экране (на чертеже не показаны).

Предлагаемое устройство является компактным устройством для единовременного восприятия, кодирования, перекодирования, преобразования и передача информации в закодированном виде непосредственно с экрана на удаленное приемное устройство системы отображения, что позволяет достичь эффекта восприятия живого глаза.

1. Экран по авт. св. N 550890, отличающийся тем, что, с целью достижения эффекта восприятия живого глаза, в него введена приемно-излучающая антенная решетка, находящаяся в непосредственном контакте с голографическим экраном.

2. Экран по п. 1, отличающийся тем, что в него введен дополнительно полупрозрачный пленочный слой, расположенный в непосредственном контакте между антенной решеткой и голографическим экраном.

1. Экран по авт. св. N 550890, отличающийся тем, что, с целью достижения эффекта восприятия живого глаза, в него введена приемно-излучающая антенная решетка, находящаяся в непосредственном контакте с голографическим экраном. 2. Экран по п. 1, отличающийся тем, что в него введен дополнительно полупрозрачный пленочный слой, расположенный в непосредственном контакте между антенной решеткой и голографическим экраном.