ЦВЕТНОЙ ОБЪЕМНЫЙ ДИСПЛЕЙ

ЦВЕТНОЙ ОБЪЕМНЫЙ ДИСПЛЕЙ
Полезная модель относится к области технической физики и может быть использована для воспроизведения цветных трехмерных объектов в физических зкспериментах, в системах управления воздушным движением, в компьютерной томографии, в системах автоматизированного проектирования.
Известны устройства визуализации объемных изображений (Электроника, 18, 1990, с.7-9), использующие один лазер с координатным устройством для сканирования лазерного луча по двум координатам, для получения третьей координаты изображений в которых используется объем, образованный быстро вращающимся полупрозрачным телом сложной формы, на котором происходит рассеяние лазерного луча, сканируемого в двумерном пространстве.
Существенный недостаток подобных устройств заключается в том, что объемное изображение объекта получается одноцветным, причем цвет изображения определяется типом применяемого лазера.
Наиболее близким к заявляемому устройству является цветной трехмерный лазерный дисплей (Chinnock Ch. Volumetric imaging provides a walk-around view.//Laser Focus World, 1994, Sept., Pg.20).
Принцип работы подобного устройства иллюстрируется на фиг. 1. Световой луч от лазера проходит через установленный соосно с ним блок сканирования и модуляции лазерного излучения. На выходе блока сканирования и модуляции световой луч отклоняется по двум координатам и, достигнув светорассеивающего тела, рассеивается на его поверхности, образуя светящуюся точку.
Сканирование светового луча в плоскости позволяет сформировать светящуюся точку в любом месте светорассеивающего тела, что обеспечивает две мгновенные координаты при формировании трехмерных изображений. Вращение светорассеивающего тела обеспечивает третью координату объемного изображения, причем каждому положению тела должны соответствовать свои подсвеченные точки в соответствии с выводимым изображением объемного предмета. Если частота вращения
МКИ G 09 G 3/06
светорассеивающего тела превышает воспринимаемую глазом предельную частоту мельканий и сканирование светового луча в плоскости синхронизовано с вращением тела, глаз наблюдателя усредняет последовательно подсвеченные точи, формируя из их совокупности объемную картину.
Модуляция светового луча обеспечивает изменение его интенсивности и получение соответствующих полутоновых изображений.
Для образования цветности формируемого изображения используется трехцветное излучение трех различных лазеров , подаваемое на вход блока сканирования и модуляции.
Недостатком такого устройства является необходимость использования для формирования цветной трехмерной картины, по крайней мере, трех лазеров с излучениями, соответствующими трем основным цветам используемой колориметрической системы. Это усложняет и удорожает конструкцию источника света. Кроме того, для получения качественных цветных объемных изображений необходимо решить проблему совмещения лучей трех лазеров в пространстве, что значительно усложняет конструкцию блока отклонения и модуляции.
Задачей заявляемой полезной модели является формирование с использованием одного лазера цветных трехмерных изображений в объеме визуализации, образуемом вращающимися пластинами.
Задача решается тем, что в цветном объемном дисплее, содержащем лазер, блок сканирования и модуляции лазерного излучения и визуализатор, представляющий собой тело вращения , визуализатор выполнен в виде набора пластин, число которых кратно числу основных цветов, используемых колориметрической системой, при этом каждая пластина покрыта веществом с преобразованием длины волны лазера в один из основных цветов используемой колориметрической системы, пластины визуализатора закреплены на общей оси вращения.
Частота вращения визуализатора синхронизирована с частотой сканирования светового луча и не менее чем в три раза превышает предельную частоту мельканий, воспринимаемую глазом.
Сущность полезной модели иллюстрируется на фиг.2. Устройство для формирования цветных объемных изображений содержит лазер 1, расположенный соосно с оптической осью луча блок сканирования и модуляции лазерного излучения 2 и визуализатор, выполненный в виде закрепленных на оси вращения (например, на оси двигателя 6) плоских пластин 3, 4, 5.
Объемное цветное изображение формируется в объеме визуализации, образуемом вращающимися пластинами.
луча через эту точку. Каждая пластины покрыта веществом, преобразующим длину волны лазера в один из основных цветов, используемых колориметрической системой. Благодаря инерционности зрения, при быстром вращении пластин последовательно воспроизводимые на каждой пластине основные цвета смешиваются и воспринимаются человеком как цвет этой точки.
Устройство работает следующим образом. Луч лазера 1 проходит через установленный вдоль оптического луча блок сканирования и модуляции лазерного излучения 2. На выходе блока сканирования световой луч отклоняется и модулируется по интенсивности и, достигнув одной из пластин 3, 4 или 5, образует на ней светящуюся точку.
Каждую из вращающихся пластин покрывают веществом, состав которого подбирается таким образом, что при нелинейном преобразовании длины волны лазерного излучения на пластине возникала светящаяся точка одного из основных цветов используемой колориметрической системы, например, красного, зеленого и синего.
Восприятие полно цветного объемного изображения основывается на инерционности зрения. Для этого пластины вращаются вокруг оси 6, к которой они закреплены, причём частота вращения выбирается в три раза большей воспринимаемой глазом предельной частоты мельканий. Отклоненный блоком отклонения и модуляции луч подсвечивает заданную точку пространства в пределах объема визуализации последовательно на каждой пластине. Поскольку пластины покрьп-ы веществами различного состава, при быстром вращении пластин поспедовательно воспроизводимые цвета смешиваются и воспринимаются как цвет точки пространства. В сочетании с модупяцией луча по интенсивности это позволяет получить любой цвет подсвечиваемой точки.
Подобным образом визуализируется и окрашивается каждая точка объема, а их совокупность формирует в пределах визуализируемого объема объемное цветное изображение.
Преимуществами заявляемой полезной модели являются:
применение для визуализации изображения системы из трех (или кратных трем) вращающихся пластин, покрытых веществами с нелинейным преобразованием длины волны падающего на них света, позволяет существенно упростить конструкцию как источника света ( необходим только один лазер), так и блока модуляции и отклонения (исключается проблема пространственного совмещения лучей);
выбор длины волны лазерного излучения в инфракрасном диапазоне делает невидимыми для глаза рассеяние излучения на частицах пыли, его отражения от материала защитного колпака, закрывающего вращающиеся пластины, а также
неизбежные при дифракции на акустооптическом кристалле побочные
составляющие пространственного распределения лазерного излучения.
При реализации устройства в качестве источника света может быть использован HARNd лазер с длиной волны излучаемого света, равной 1,06 мкм.
В качестве отклоняющей системы могут бьп-ь использованы стандартные двух координатные акустооптические дефлекторы на основе Те02. Модуляция интенсивности излучения выполняется с помощью акусто- или злектро-оптических модуляторов.
Вещества с нелинейным преобразованием длины волны падающего света составляются на основе люминофоров или материалов, обладающих эффектом двухфотонного поглощения. В качестве веществ для покрытия пластин могут использоваться ИЛФ-среды (итрий, литий, фтор-2) легированные зргием и тербием .
Остальные элементы являются стандартными для оптической и электронной аппаратуры и примеры их выполнения приводятся во многих источниках.