RU2121768C1

RU2121768C1 - Method for generation of three-dimensional picture and device which implements said method

Info

Publication number: RU2121768C1
Application number: RU95117965A
Authority: RU
Inventors: Тибор Балог
Original assignee: Тибор Балог
Priority date: 1993-03-26
Filing date: 1993-03-26
Publication date: 1998-11-10

Abstract

FIELD: TV equipment. SUBSTANCE: three-dimensional picture TV set has housing, unit 12 which is located in housing and is equipped with input for three-dimensional signal and/or antenna input. It has laser source 22, modulator 24, deviating system 30, which are located inside housing, as well light-emitting surface 40 which is located on front of housing. Deviating system 30 provides deviation of laser beam, which is generated by said laser source 22, towards pixels 42 of light-emitting surface 40, as well further deviation of laser beam direction reflected by said pixels 42 in different directions (i1, i2, ..., τ_n) which define three-dimensional field of observation. This process is controlled by synchronization signal corresponding to information about direction which is represented in three-dimensional picture signal. EFFECT: increased quality of three-dimensional picture. 18 cl, 31 dwg

Description

Изобретение относится к способу и устройству для создания трехмерного изображения, в частности к приемным телевизионным системам трехмерного изображения. Изображение полезно также для других целей, например производственного проектирования и конструирования. The invention relates to a method and apparatus for creating three-dimensional images, in particular to receiving television systems of three-dimensional images. The image is also useful for other purposes, such as manufacturing design and construction.

Видеосигналы записываются с помощью электронных или других средств и могут быть воспроизведены с помощью телевизионной системы. Телевизионный приемник преобразует входные телевизионные (видео) сигналы в первоначальные сцены и образы вместе со звуковым сопровождением. Известные телевизионные приемники двумерного изображения содержат кинескоп, имеющий плоский или изогнутый флуоресцентный экран, который создает плоское изображение благодаря изменению интенсивности электронного луча, когда этот луч, испускаемый электронной пушкой, отклоняется из стороны в сторону, а также вверх и вниз, при сканировании, формируя растр на флуоресцентном экране на другом конце кинескопа. Флуоресцентный экран формирует определенный растр из сегментов, известных как точки изображения или элементы изображения, которые сгруппированы в строки сканирования. Сканирование элементов изображения электронным лучом осуществляется последовательно точка за точкой, по мере того как электронный луч движется за счет управляемого горизонтального и вертикального отклонений. Video signals are recorded using electronic or other means and can be played back using a television system. A television receiver converts input television (video) signals into original scenes and images, along with sound. Known two-dimensional image television receivers contain a kinescope having a flat or curved fluorescent screen that creates a flat image due to a change in the intensity of the electron beam when this beam emitted by the electron gun deviates from side to side, as well as up and down, during scanning, forming a raster on the fluorescent screen at the other end of the picture tube. A fluorescent screen forms a specific raster from segments known as image points or image elements that are grouped into scan lines. Scanning image elements by an electron beam is carried out sequentially point by point, as the electron beam moves due to controlled horizontal and vertical deviations.

В настоящее время проблема создания качественного трехмерного изображения не имеет удовлетворительного решения. В современной телевизионной технике восстановление трехмерного изображения ограничено получением стереоскопических или автостереоскопических изображений. В этих системах трехмерный эффект базируется на обмане человеческого восприятия (например, при использовании специальных очков), что оказывает вредное физиологическое воздействие. Имеются экспериментальные системы, в которых применяются линзы Френеля. Эти системы в принципе характеризуются уменьшенным полем наблюдения и плохим разрешением. Currently, the problem of creating high-quality three-dimensional images does not have a satisfactory solution. In modern television technology, the restoration of three-dimensional images is limited to obtaining stereoscopic or autostereoscopic images. In these systems, the three-dimensional effect is based on the deception of human perception (for example, when using special glasses), which has a harmful physiological effect. There are experimental systems in which Fresnel lenses are used. These systems are, in principle, characterized by a reduced field of view and poor resolution.

Для создания трехмерных изображений широко применяется голография, метод записи и последующего восстановления распределений амплитуд и фаз возмущенной волны. При формировании оптического изображения этот метод заключается в записи на специальную фотографическую пластину картины интерференции между когерентным светом, отраженным от объекта, и светом, приходящим непосредственно от того же самого источника или отраженным от зеркала. Когда эта специальная фотографическая пластинка, называемая голограммой, будет проявлена и освещена сзади когерентным светом лазера, создается трехмерное изображение в пространстве. Голография, однако, не является практически целесообразным методом создания трехмерных изображений из видеосигналов. To create three-dimensional images, holography is widely used, the method of recording and subsequent restoration of the distribution of amplitudes and phases of the perturbed wave. When forming an optical image, this method consists in recording on a special photographic plate interference patterns between coherent light reflected from an object and light coming directly from the same source or reflected from a mirror. When this special photographic plate, called a hologram, is developed and illuminated from behind by coherent laser light, a three-dimensional image in space is created. Holography, however, is not a practical method for creating three-dimensional images from video signals.

Целью изобретения является создание способа, обеспечивающего прием видеосигналов трехмерного изображения и получение из них действительного трехмерного изображения. The aim of the invention is to provide a method for receiving video signals of a three-dimensional image and obtaining from them a valid three-dimensional image.

Другой целью является создание устройства для реализации вышеуказанного способа, т. е. создающего трехмерное изображение из принятого видеосигнала трехмерного изображения, причем указанное устройство не имеет приемлемый вид и стоимость. В сущности, целью изобретения является создание с помощью предложенных способа и устройства телевизионной системы с трехмерным изображением. Another goal is to create a device for implementing the above method, that is, creating a three-dimensional image from the received video signal of a three-dimensional image, and this device does not have an acceptable form and cost. In essence, the aim of the invention is to create using the proposed method and device a television system with a three-dimensional image.

Существенным признаком всех видов двумерных плоских изображений, например картин, фотографий или изображений на обычном телевизионном экране, является то, что интенсивность света, испускаемого или отражаемого любой точкой, в широком поле наблюдения не зависит от направления излученного или отраженного света, то есть данная точка изображения с любого направления выглядит одинаково. С другой стороны, трехмерная пространственная картина характеризуется тем, что точки изображения излучают или отражают разные пучки света в разных направлениях в поле наблюдения, это означает, что интенсивность (и цвет) данной точки изображения зависит от направления, с которого ее рассматривают. An essential feature of all types of two-dimensional flat images, for example, pictures, photographs or images on a conventional television screen, is that the intensity of the light emitted or reflected by any point in a wide field of view does not depend on the direction of the emitted or reflected light, that is, this image point From any direction it looks the same. On the other hand, a three-dimensional spatial picture is characterized by the fact that the image points emit or reflect different beams of light in different directions in the observation field, which means that the intensity (and color) of a given image point depends on the direction from which it is viewed.

Было обнаружено, что трехмерное изображение может быть создано посредством светоизлучающей поверхности, в которой пучки света излучаются из точек изображения на этой поверхности во многих направлениях, причем интенсивность и цвет пучка света, излучаемого из любой точки изображения, являются функциями направления наблюдения. Указанные направления наблюдения вместе образуют трехмерное поле наблюдения. Качество такого трехмерного изображения зависит от плотности точек изображения и от числа направлений, определяющих поле наблюдения, а также от ширины этого поля наблюдения. It was found that a three-dimensional image can be created by means of a light-emitting surface in which light beams are emitted from image points on this surface in many directions, the intensity and color of the light beam emitted from anywhere in the image are functions of the observation direction. The indicated directions of observation together form a three-dimensional field of observation. The quality of such a three-dimensional image depends on the density of image points and on the number of directions that determine the field of observation, as well as the width of this field of observation.

Имеются два пути решения вышеупомянутой задачи, то есть отклонения модулированного светового луча пространственно когерентного света для получения трехмерного изображения. Первый путь заключается в том, что точки светоизлучающей поверхности выполняют как активные излучающие свет элементы, например, в виде матрицы лазерных диодов с необходимыми оптическими средствами и средствами управления, так что эти элементы могут излучать свет требуемой интенсивности и цвета в заданных направлениях в соответствии с видеосигналом трехмерного изображения. Согласно другому пути лучи света от одного или нескольких общих источников света направляют на элементы изображения (пикселы), а манипуляцию лучей в соответствии с существенными характеристиками света (интенсивностью, цветом и направлением) осуществляют в общем источнике или в элементах изображения. There are two ways to solve the above problem, that is, deviations of the modulated light beam of spatially coherent light to obtain a three-dimensional image. The first way is that the points of the light-emitting surface act as active light-emitting elements, for example, in the form of a matrix of laser diodes with the necessary optical and control means, so that these elements can emit light of the desired intensity and color in predetermined directions in accordance with the video signal three-dimensional image. According to another way, the rays of light from one or more common light sources are sent to image elements (pixels), and the manipulation of the rays in accordance with the essential characteristics of the light (intensity, color and direction) is carried out in a common source or in image elements.

В соответствии с вышеизложенным один способ согласно изобретению заключается в том, что
модулируют интенсивность луча пространственно когерентного света, предпочтительно луча лазера, видеосигналом трехмерного изображения (видеосигналом, содержащим информацию о трехмерном изображении),
направляют модулированный луч лазера путем управляемого отклонения на пикселы, образующие светоизлучающую поверхность, и
отклоняют модулированный луч лазера так, чтобы он излучался от каждого элемента изображения (пиксела) в нескольких направлениях, причем указанные направления определяют заданное поле наблюдения, а интенсивность указанных компонент луча лазера, излучаемых от указанных элементов изображения в разных направлениях поля наблюдения, соответствует информации, относящейся к соответствующему направлению в видеосигнале трехмерного изображения.In accordance with the foregoing, one method according to the invention is that
modulating the intensity of a spatially coherent light beam, preferably a laser beam, by a three-dimensional image video signal (a video signal containing three-dimensional image information),
directing the modulated laser beam by controlled deflection to the pixels forming the light-emitting surface, and
deflect the modulated laser beam so that it is radiated from each image element (pixel) in several directions, and these directions determine a given field of view, and the intensity of these components of the laser beam emitted from these image elements in different directions of the field of view corresponds to information related to the corresponding direction in the video signal of a three-dimensional image.

В соответствии с изобретением луч лазера, модулированный видеосигналом трехмерного изображения, содержащим информацию об интенсивности и цвете, направляют на точки изображения (пикселы) в определенном порядке, которым управляют предпочтительно с помощью компонент синхронизации указанного видеосигнала трехмерного изображения. Луч света, излученный любым пикселом в любом направлении, имеет интенсивность и цвет, соответствующие информации об интенсивности и цвете, содержащейся в компоненте видеосигнала трехмерного изображения, связанной с данным пикселом и данным направлением. According to the invention, a laser beam modulated by a three-dimensional image video signal containing intensity and color information is directed to image points (pixels) in a specific order, which is controlled preferably by the synchronization components of the specified three-dimensional image video signal. A ray of light emitted by any pixel in any direction has an intensity and color corresponding to the intensity and color information contained in the component of the video signal of a three-dimensional image associated with this pixel and this direction.

Координаты излучаемого луча лазера определяются как результат горизонтального и вертикального отклонений, а также отклонения, связанного с изменением направления наблюдения. The coordinates of the emitted laser beam are determined as the result of horizontal and vertical deviations, as well as deviations associated with a change in the direction of observation.

В основном, существуют два варианта достижения описанных выше отклонений модулированного луча лазера в соответствии с точками изображения и направлениями. Basically, there are two options for achieving the above-described deviations of the modulated laser beam in accordance with image points and directions.

Первый вариант заключается в том, что луч лазера отклоняют в соответствии с указанными направлениями до того, как он достигнет пиксел, так что компоненты луча лазера, падающего на пиксел, имеют разные углы падения или смещены параллельного в соответствии с направлением, к которому они относятся. Дальнейшее отклонение осуществляют без каких-либо управляемых операций, предпочтительно посредством использования пассивных оптических средств. The first option is that the laser beam is deflected in accordance with the indicated directions before it reaches the pixel, so that the components of the laser beam incident on the pixel have different angles of incidence or are offset parallel in accordance with the direction to which they belong. Further deviation is carried out without any controlled operation, preferably through the use of passive optical means.

Согласно другому варианту отклонения луч лазера падает на пикселы без отклонения, соответствующего направлениям наблюдения, а отклоняется и излучается в разных направлениях, определяющих поле наблюдения, с помощью активных управляемых оптических элементов, размещенных в пикселах. According to another variation of the deviation, the laser beam hits the pixels without a deviation corresponding to the observation directions, and is deflected and emitted in different directions defining the observation field using active controllable optical elements arranged in pixels.

Модулированный луч лазера может быть направлен на указанные пикселы с помощью механических или акустооптических отклоняющих средств, также управляемых в соответствии с указанными направлениями поля наблюдения, причем указанное механическое или акустооптическое отклонение предпочтительно осуществляют согласно информации о горизонтальном или вертикальном отклонении, содержащейся в компоненте синхронизации указанного видеосигнала трехмерного изображения. The modulated laser beam can be directed to these pixels using mechanical or acousto-optic deflecting means, also controlled in accordance with the indicated directions of the field of view, moreover, the specified mechanical or acousto-optic deviation is preferably carried out according to the horizontal or vertical deviation information contained in the synchronization component of the specified three-dimensional video signal Images.

Предпочтительно, чтобы модулированный луч лазера был направлен на указанные пикселы посредством горизонтального и вертикального (кадрового) отклонения, соответствующих телевизионным стандартам, а пикселы располагались так, чтобы их конфигурация соответствовала стандартному расположению точек телевизионного изображения. Preferably, the modulated laser beam is directed at the indicated pixels by horizontal and vertical (frame) deviations corresponding to television standards, and the pixels are arranged so that their configuration corresponds to the standard dot arrangement of the television image.

В предпочтительном варианте выполнения изобретения пучок света лазера модулируют видеосигналом трехмерного изображения, не содержащим информации, необходимой для получения параллакса по вертикали, причем пучок света лазера, излучаемый пикселом, качается горизонтально внутри указанного поля наблюдения и имеет заданное рассеяние по вертикали. Так как человеческие глаза обычно расположены в одной горизонтальной плоскости, то отсутствие вертикального параллакса практически не приводит к существенным потерям качества трехмерного изображения. In a preferred embodiment of the invention, the laser light beam is modulated by a three-dimensional image video signal that does not contain the information necessary to obtain vertical parallax, the laser light beam emitted by the pixel swinging horizontally inside the indicated field of view and has a predetermined vertical scattering. Since human eyes are usually located in one horizontal plane, the absence of vertical parallax practically does not lead to significant losses in the quality of three-dimensional images.

Модулированный луч лазера, падающий на указанные пикселы, предпочтительно может быть отклонен и направлен в направлениях поля наблюдения с помощью географических/дифракционных оптических элементов или с помощью периодических сферически симметричных оптических элементов. The modulated laser beam incident on these pixels can preferably be deflected and directed in the directions of the field of view using geographic / diffractive optical elements or using periodic spherically symmetric optical elements.

Согласно изобретению модулированный луч лазера может быть получен прямой модуляцией лазера видеосигналом трехмерного изображения. According to the invention, a modulated laser beam can be obtained by direct modulation of the laser by a three-dimensional image video signal.

Модулированный луч лазера может быть получен также модуляцией акустооптического кристалла, сквозь который проходит луч лазера, видеосигналом трехмерного изображения. A modulated laser beam can also be obtained by modulating an acousto-optical crystal through which the laser beam passes by a video signal of a three-dimensional image.

Достаточно широкий пространственный обзор может быть достигнут при поле наблюдения от 30 до 150^o, причем число разных направлений, определяющих это поле наблюдения, составляет от 30 до 150, что обуславливает величину горизонтального расхождения излученного пучка света, равную приблизительно 1^o. Наши эксперименты показывают, что трехмерное пространственное изображение удовлетворительного качества достигается даже при горизонтальном поле наблюдения от 30 до 40^o и при углах между направлениями от 1 до 3^o. Как указано выше, вертикальный параллакс трехмерного изображения можно исключить. В этом случае пучок света лазера, направленный в любом горизонтальном направлении, должен иметь надлежащее вертикальное рассеяние, которое может быть достигнуто посредством использования, например, голографического устройствf или оптического устройства с вертикальной осью симметрии совместно с элементами, рассеивающими свет в одном измерении.A sufficiently wide spatial overview can be achieved with an observation field of 30 to 150 ^° , and the number of different directions defining this observation field is 30 to 150, which causes a horizontal divergence of the emitted light beam of approximately 1 ^° . Our experiments show that a three-dimensional spatial image of satisfactory quality is achieved even with a horizontal field of view from 30 to 40 ^o and at angles between directions from 1 to 3 ^o . As indicated above, vertical parallax of a three-dimensional image can be excluded. In this case, the laser light beam directed in any horizontal direction should have proper vertical scattering, which can be achieved by using, for example, a holographic devicef or an optical device with a vertical axis of symmetry together with elements scattering light in one dimension.

Согласно изобретению цветное трехмерное изображение может быть получено путем модуляции многоцветного пучка света лазера или большего числа лучей лазеров, предпочтительно трех лучей лазеров основных цветов (красного, зеленого и синего), их отклонения и направления на указанные пикселы и направления модулированного пучка света лазера, содержащего указанные три луча лазера основных цветов, от каждого пиксела в каждом направлении указанного поля наблюдения. According to the invention, a color three-dimensional image can be obtained by modulating a multi-color laser light beam or more laser beams, preferably three primary laser beams (red, green and blue), their deviation and direction to these pixels and the direction of the modulated laser light beam containing these three laser beams of primary colors, from each pixel in each direction of the indicated field of view.

Трехмерное движущееся изображение согласно изобретению может быть получено повторением изображения определенное число раз в секунду, по меньшей мере двадцать раз в секунду. The three-dimensional moving image according to the invention can be obtained by repeating the image a certain number of times per second, at least twenty times per second.

Ширина полосы частот видеосигнала трехмерного изображения при необходимости может быть уменьшена путем использования любого способа сжатия данных или информации. Такие способы известны, поэтому нет необходимости в их дополнительном описании. The bandwidth of the video signal of a three-dimensional image, if necessary, can be reduced by using any method of compressing data or information. Such methods are known, therefore, no further description is necessary.

Видеосигнал трехмерного изображения, которым модулируется пучок света лазера, моет быть получен, например, за счет того, что двухмерные изображения пространственных сцен и образов одновременно снимаются с каждого из направлений, определяющих указанное поле наблюдения, с помощью подходящих телевизионных или видеокамер, предпочтительно камерой на многоэлементном приборе с зарядовой связью, которая содержит соответствующее число кристаллов приборов с зарядовой связью, а сигналы двумерного изображения, записывающие различные изображения, объединяются с формированием формата видеосигнала трехмерного изображения. Компоненты сигнала, связанные с разными точками изображения и разными направлениями наблюдения, располагают в определенной временной последовательности. Остальные средства записи видеосигнала трехмерного изображения известно. The video signal of a three-dimensional image, which modulates the laser light beam, can be obtained, for example, due to the fact that two-dimensional images of spatial scenes and images are simultaneously taken from each of the directions defining the specified field of view using suitable television or video cameras, preferably a multi-element camera charge-coupled device, which contains the corresponding number of charge-coupled device crystals, and two-dimensional image signals recording various They are combined with the formation of the video signal format of a three-dimensional image. The signal components associated with different points of the image and different directions of observation are arranged in a specific time sequence. The remaining means of recording video signal of a three-dimensional image is known.

Согласно другому способу задача получения трехмерного изображения может быть решена путем управления элементарными источниками пространственно когерентного света, такими как управляемые диоды спонтанного излучения (CSD), или монолитные матрицы поверхностно излучающих лазерных диодов, или, предпочтительно, элементарными лазерными источниками, расположенными в виде светоизлучающей поверхности, так что каждым из элементарных источников света управляют согласно информации, относящейся к соответствующему направлению наблюдения, содержащейся в видеосигнале трехмерного изображения, причем эти направления наблюдения определяют заданное поле наблюдения. According to another method, the task of obtaining a three-dimensional image can be solved by controlling elementary sources of spatially coherent light, such as controlled spontaneous emission diodes (CSDs), or monolithic arrays of surface-emitting laser diodes, or, preferably, elementary laser sources located in the form of a light-emitting surface, so that each of the elementary light sources is controlled according to information related to the corresponding direction of observation, the content which is contained in the video signal of a three-dimensional image, and these directions of observation define a given field of observation.

В этом случае предпочтительно, чтобы каждый из элементарных источников света был связан с одним из указанных направлений наблюдения и управлялся согласно соответствующему направлению. Лучи света, испускаемые этими элементарными источниками света, с помощью оптических средств, включенных в пикселы на светоизлучающей поверхности, направляют в том направлении наблюдения, к которому относится соответствующий элементарный источник. In this case, it is preferable that each of the elementary light sources is connected to one of the indicated directions of observation and controlled according to the corresponding direction. The rays of light emitted by these elementary light sources are directed by optical means included in the pixels on the light-emitting surface in the direction of observation to which the corresponding elementary source belongs.

Элементарными лазерными источниками можно также управлять одновременно, чтобы они взаимодействовали друг с другом в соответствии с голографическими картинами, так чтобы пучки света лазеров, посылаемые в указанных направлениях наблюдения, получались посредством интерференции волн когерентного света, излучаемого элементарными лазерными источниками. Elementary laser sources can also be controlled simultaneously so that they interact with each other in accordance with holographic patterns, so that laser light beams sent in the indicated directions of observation are obtained by interference from waves of coherent light emitted by elementary laser sources.

Чтобы снизить требования к разрешению системы отклонения, используемой в изобретении, предлагается еще один способ, в котором используют пучок света, содержащий независимо управляемые лучи когерентного света. Предлагаемый способ содержит следующие операции:
модулируют пучок когерентного света, предпочтительно пучок света лазера, сигналом трехмерного изображения, причем модулированный пучок света должен содержать лучи света, каждый из которых связан с направлением наблюдения, а эти направления наблюдения определяют заданное поле наблюения, причем указанные лучи света в пучке света модулируют одновременно каждый световой луч в соответствии с соответствующим направлением наблюдения,
направляют указанный модулированный пучок когерентного света на пикселы, расположенные так, что они образуют светоизлучающую поверхность, и
излучают каждую компоненту модулированного пучка света от пикселов в том направлении, которому соответствует указанная компонента (луч света).In order to reduce the resolution requirements of the deviation system used in the invention, another method is proposed in which a light beam containing independently controlled beams of coherent light is used. The proposed method contains the following operations:
modulate a coherent light beam, preferably a laser light beam, with a three-dimensional image signal, wherein the modulated light beam must contain light beams, each of which is associated with a direction of observation, and these directions of observation define a given field of view, and these light beams in the light beam modulate simultaneously each light beam in accordance with the corresponding direction of observation,
directing said modulated beam of coherent light to pixels arranged so that they form a light-emitting surface, and
each component of the modulated light beam is emitted from the pixels in the direction to which the specified component corresponds (light beam).

Изобретение относится также к устройству для получения трехмерного изображения. Это устройство согласно изобретению содержит:
источник пространственно когерентного света, предпочтительно лазерный источник,
модулятор для модуляции луча лазера, сформированного источником света, причем указанный модулятор управляется видеосигналом трехмерного изображения,
отклоняющую систему для отклонения модулированного луча лазера, управляемую сигналом синхронизации видеосигнала трехмерного изображения,
светоизлучающую поверхность, состоящую из пикселов, имеющих заданное взаимное расположение, и
оптические элементы, установленные в этих пикселах светоизлучающей поверхности, для отклонения падающего луча лазера при его происхождении или отражении в разных направлениях, определяющих заданное поле наблюдения, причем указанная отклоняющая система управляется так, чтобы обеспечить отклонение луча лазера на указанные пикселы в соответствии с направлениями поля наблюдения.The invention also relates to a device for obtaining a three-dimensional image. This device according to the invention contains:
a spatially coherent light source, preferably a laser source,
a modulator for modulating a laser beam formed by a light source, said modulator being controlled by a three-dimensional image video signal,
a deflecting system for deflecting a modulated laser beam controlled by a three-dimensional image video signal synchronization signal,
a light-emitting surface consisting of pixels having a predetermined relative position, and
optical elements mounted in these pixels of the light-emitting surface for deflecting the incident laser beam when it originates or is reflected in different directions defining a given field of view, said deflecting system being controlled so that the laser beam is deflected by said pixels in accordance with the directions of the field of observation .

Предпочтительно, чтобы пикселы, образующие светоизлучающую поверхность, были расположены в соответствии с конфигурацией точек изображения на стандартном телевизионном экране, а указанная отклоняющая система содержала блоки горизонтального и вертикального отклонения, управляемые соответственно сигналом строчной синхронизации и сигналом кадровой синхронизации из видеосигнала трехмерного изображения. Блок вертикального отклонения и блок горизонтального отклонения может содержать, например, акустооптические кристаллы, управляемые генераторами, управляемыми напряжением. Preferably, the pixels forming the light-emitting surface are arranged in accordance with the configuration of image points on a standard television screen, and said deflecting system comprises horizontal and vertical deflection units controlled respectively by a horizontal synchronization signal and a frame synchronization signal from a three-dimensional image video signal. The vertical deflection unit and the horizontal deflection unit may comprise, for example, acousto-optic crystals controlled by voltage-controlled oscillators.

Отклоняющая система может включать акустооптические элементы, управляемые в соответствии с направлениями указанного поля наблюдения. Оптические элементы могут быть также пассивными элементами с заранее заданной характеристикой горизонтального отклонения и заданным вертикальным рассеянием, предпочтительно элементы аксиальной оптики, голографические оптические элементы и т.д., причем эти голографические оптические элементы имеют вертикальную фокусную линию, а свет рассеивается в вертикальных плоскостях, включающих эту вертикальную фокусную линию. В последнем случае, когда оптические элементы в пикселах являются пассивными, отклоняющая система обеспечивает отклонение луча лазера, падающего на пиксел, в соответствии с разными направлениями. Диапазон отклонений этой отклоняющей системы должен соответствовать числу и ширине указанных оптических элементов, установленных в пикселах. The deflecting system may include acousto-optical elements controlled in accordance with the directions of the indicated field of view. Optical elements can also be passive elements with a predetermined horizontal deflection and predetermined vertical scattering, preferably axial optics, holographic optical elements, etc., moreover, these holographic optical elements have a vertical focal line and the light is scattered in vertical planes, including this vertical focal line. In the latter case, when the optical elements in the pixels are passive, the deflection system provides a deflection of the laser beam incident on the pixel in accordance with different directions. The deviation range of this deflecting system should correspond to the number and width of the specified optical elements installed in pixels.

В предпочтительном устройстве согласно изобретению отклоняющая система содержит группы оптических стекловолокон, по одной на каждый пиксел, каждая из которых включает некоторое число оптических стекловолокон, равное числу различных направлений, определяющих указанное поле наблюдения. Входной конец группы оптических стекловолокон соединен с выходом блока, отклоняющего модулированный луч лазера в соответствии с пикселами, а другой конец указанной группы оптических стекловолокон соединен с одним из пикселов, причем концевые части оптических стекловолокон этих групп выполнены с возможностью направлять луч лазера именно в направлении, связанном с соответствующим оптическим стекловолокном. Каждое оптическое стекловолокно из группы пропускает компоненту модулированного пучка света лазера, которая связана с тем направлением наблюдения, которому соответствует указанное оптическое стекловолокно. In a preferred device according to the invention, the deflecting system comprises groups of optical glass fibers, one for each pixel, each of which includes a number of optical glass fibers equal to the number of different directions defining said field of view. The input end of the group of optical glass fibers is connected to the output of the block deflecting the modulated laser beam in accordance with the pixels, and the other end of this group of optical glass fibers is connected to one of the pixels, and the end parts of the optical glass fibers of these groups are configured to direct the laser beam precisely in the direction connected with appropriate optical fiberglass. Each optical fiber from the group transmits a component of the modulated laser light beam, which is associated with the direction of observation, which corresponds to the specified optical fiber.

В еще одном предпочтительном варианте изобретения лазерный источник и модулятор выполнены в виде лазерного блока, содержащего лазерный диод, управляемый видеосигналом трехмерного изображения. Более практичная конструкция может быть получена при интегрировании указанных лазерного источника, модулятора и отклоняющей системы в интегрированный оптический блок. In another preferred embodiment of the invention, the laser source and modulator are made in the form of a laser unit containing a laser diode controlled by a three-dimensional image video signal. A more practical design can be obtained by integrating the indicated laser source, modulator and deflecting system into an integrated optical unit.

В предпочтительном варианте изобретения лазерный источник направлен на кристалл акустооптического модулятора, который управляется видеосигналом трехмерного изображения с помощью блока формирования сигнала. In a preferred embodiment of the invention, the laser source is directed to an acousto-optic modulator chip, which is controlled by a three-dimensional image video signal using a signal conditioning unit.

Устройство согласно изобретению может быть выполнено с возможностью воспроизведения цветного пространственного изображения, в этом случае оно содержит многоцветные лазерные источники или несколько лазерных источников, например три, разных основных цветов (длин волн). При этом либо имеется один оптический элемент в каждом пикселе и осуществляется отклонение с электронной компенсацией, либо в каждом пикселе имеются три оптических элемента для отклонения или пропускания падающего луча лазера соответствующей длины волны в разных направлениях, определяющих указанное поле наблюдения. The device according to the invention can be configured to reproduce a color spatial image, in which case it contains multi-color laser sources or several laser sources, for example three, of different primary colors (wavelengths). In this case, either there is one optical element in each pixel and deviation is carried out with electronic compensation, or in each pixel there are three optical elements for deviation or transmission of the incident laser beam of the corresponding wavelength in different directions defining the indicated field of view.

Еще один предпочтительный вариант выполнения изобретения содержит:
средства управления для приема видеосигнала трехмерного изображения,
светоизлучающего поверхность, состоящую из пикселов,
элементарные источники пространственно когерентного света, например управляемые диоды спонтанного излучения (CSD) или элементарные лазеры (например) MSELDA, расположенные в указанных пикселах, для излучения лучей когерентного света с надлежащей интенсивностью, зависящей от направления, в направлениях, определяющих заданное поле наблюдения.Another preferred embodiment of the invention comprises:
control means for receiving a video signal of a three-dimensional image,
a light-emitting surface consisting of pixels,
elementary sources of spatially coherent light, for example, controlled spontaneous emission diodes (CSDs) or MSELDA elementary lasers (for example) located in the indicated pixels, for emitting coherent light rays with an appropriate intensity, depending on the direction, in the directions defining the given field of view.

В предпочтительном варианте выполнения описанного выше устройства каждый из элементарных лазеров связан по меньшей мере с одним из направлений, определяющих указанное поле наблюдения. Это также может быть достигнуто при установке оптических элементов в указанных пикселах светоизлучающей поверхности, причем каждый из оптических элементов направляет луч лазера, излученный одним из элементарных лазеров, в направлении, которому соответствует этот элементарный лазер. In a preferred embodiment of the device described above, each of the elementary lasers is associated with at least one of the directions defining said field of view. This can also be achieved by installing optical elements in the indicated pixels of the light-emitting surface, wherein each of the optical elements directs a laser beam emitted by one of the elementary lasers in the direction to which this elementary laser corresponds.

В еще одном предпочтительном варианте выполнения изобретения расстояния между соседними элементарными лазерами имеют порядок длины волны света, так что лучи лазера, излученные элементарными лазерами, интерферируют друг с другом в соответствии с голографическим управлением всей совокупностью указанных элементарных лазеров. In another preferred embodiment of the invention, the distances between adjacent elementary lasers are of the order of the wavelength of light, so that laser beams emitted by elementary lasers interfere with each other in accordance with the holographic control of the totality of these elementary lasers.

Устройство согласно изобретению может представляют собой телевизионный приемник трехмерного изображения, а также видео или компьютерный монитор, содержащий закрытое в корпус приемное устройство, имеющее вход видеосигнала трехмерного изображения и/или антенный вход, причем указанные лазерные источники, модулятор и отклоняющая система размещены в нижней части закрытого устройства, светоизлучающая поверхность расположена на передней стороне закрытого устройства, а отклоняющая система связана с оптическими элементами этой светоизлучающей поверхности посредством фокусирующей зеркальной оптики, размещенной позади светоизлучающей поверхности внутри закрытого устройства. The device according to the invention can be a three-dimensional image television receiver, as well as a video or computer monitor containing a receiving device closed in the housing having a three-dimensional image video signal input and / or antenna input, said laser sources, a modulator and a deflecting system located at the bottom of the closed the device, the light-emitting surface is located on the front side of the closed device, and the deflecting system is connected with the optical elements of this light emitting the surface by means of a focusing mirror optics located behind the light-emitting surface inside the enclosed device.

Изобретение поясняется чертежами, где
на фиг. 1 изображена блок-схема системы, иллюстрирующая вариант выполнения изобретения,
на фиг. 1A изображен график интенсивности пучка света лазера, модулированного компонентой сигнала яркости видеосигнала трехмерного изображения,
на фиг. 1B изображен график напряжения компоненты сигнала яркости видеосигнала трехмерного изображения, модулирующего пучок света лазера в системе на фиг. 1,
на фиг. 2 изображена схема предпочтительного варианта выполнения изобретения,
на фиг. 3 изображена схема варианта выполнения отклоняющей системы и светоизлучающей поверхности, входящих в систему согласно изобретению,
на фиг. 4 изображена схема, иллюстрирующая режим работы другого предпочтительного варианта выполнения отклоняющей системы и светоизлучающей поверхности,
на фиг. 5A и 5B изображены схемы, иллюстрирующие режим работы пиксела светоизлучающей поверхности при наличии и отсутствии вертикального параллакса соответственно,
на фиг. 6 изображена схема, иллюстрирующая режим работы предпочтительного варианта выполнения изобретения, с отсутствием параллакса, причем пучок света лазера от пиксела светоизлучающей поверхности имеет заданное рассеяние в вертикальной плоскости,
на фиг. 7 изображена блок-схема другого предпочтительного варианта выполнения изобретения,
на фиг. 8 схематически изображен вид в перспективе устройства, показанного на фиг. 7, и иллюстрируется его работа,
на фиг. 9A и 9B изображены схемы, иллюстрирующие два предпочтительных способа модуляции лазера в системе, выполненной согласно изобретению,
на фиг. 10A и 10B схематично, частично в виде блоков изображены предпочтительные варианты отклонения луча лазера согласно изобретению,
на фиг. 11 схематично изображен периодический цилиндрический оптический элемент, используемый в отклоняющей системе устройства согласно изобретению,
На фиг. 12 схематично изображен голографический оптический элемент, размещенный в пикселе светоизлучающей поверхности согласно изобретению,
на фиг. 13 изображена схема, иллюстрирующая режим работы устройства в предпочтительном варианте выполнения изобретения,
на фиг. 14 схематично изображен вид сверху на часть светоизлучающей поверхности, иллюстрирующий режим работы оптического элемента, размещенного в пикселе этой поверхности,
на фиг. 15 схематично изображен вид сверху на светоизлучающую поверхность, иллюстрирующий трехмерное поле наблюдения, которое достигается с помощью изобретения,
на фиг. 16 схематично изображен вид сверху на изогнутую светоизлучающую поверхность, обеспечивающую более широкое трехмерное поле наблюдения,
на фиг. 17 изображена схема предпочтительного варианта выполнения изобретения, обеспечивающая трехмерное цветное изображение,
на фиг. 17A показан в увеличенном масштабе вид спереди на пиксел светоизлучающей поверхности устройства, показанного на фиг. 17,
на фиг. 18A и 18B схематично изображены соответственно боковое и фронтальное сечения телевизионного приемника трехмерного изображения согласно изобретению,
на фиг. 19A схематично изображено устройство для записи видеосигнала трехмерного изображения,
на фиг. 19B схематично изображена горизонтальная проекция, иллюстрирующая работу устройства для записи видеосигнала трехмерного изображения,
на фиг. 19C схематично изображена горизонтальная проекция, иллюстрирующая устройство дисплея для воспроизведения записанного видеосигнала трехмерного изображения,
на фиг. 20A и 20B изображены графики интенсивности видеосигналов двумерного изображения и трехмерного изображения соответственно,
на фиг. 21 схематично изображен вид в перспективе части светоизлучающей поверхности для еще одного варианта выполнения изобретения и
на фиг. 22 схематично изображен вид сверху на пикселы светоизлучающей поверхности, представленной на фиг. 21.The invention is illustrated by drawings, where
in FIG. 1 is a system block diagram illustrating an embodiment of the invention,
in FIG. 1A is a graph of a laser light intensity modulated by a component of a luminance signal of a three-dimensional image video signal,
in FIG. 1B is a voltage graph of components of a luminance signal of a three-dimensional image video signal modulating a laser light beam in the system of FIG. one,
in FIG. 2 shows a diagram of a preferred embodiment of the invention,
in FIG. 3 shows a diagram of an embodiment of a deflecting system and a light-emitting surface included in a system according to the invention,
in FIG. 4 is a diagram illustrating an operation mode of another preferred embodiment of a deflecting system and a light emitting surface,
in FIG. 5A and 5B are diagrams illustrating a pixel mode of a light-emitting surface in the presence and absence of vertical parallax, respectively,
in FIG. 6 is a diagram illustrating an operating mode of a preferred embodiment of the invention, with no parallax, wherein the laser light from a pixel of the light-emitting surface has a predetermined scattering in a vertical plane,
in FIG. 7 is a block diagram of another preferred embodiment of the invention,
in FIG. 8 is a schematic perspective view of the device of FIG. 7, and illustrates his work,
in FIG. 9A and 9B are diagrams illustrating two preferred laser modulation methods in a system according to the invention,
in FIG. 10A and 10B schematically, partially in block form, depict preferred embodiments of a laser beam deflection according to the invention,
in FIG. 11 schematically shows a periodic cylindrical optical element used in a deflecting system of a device according to the invention,
In FIG. 12 schematically shows a holographic optical element disposed in a pixel of a light-emitting surface according to the invention,
in FIG. 13 is a diagram illustrating an operation mode of a device in a preferred embodiment of the invention,
in FIG. 14 is a schematic top view of a portion of a light-emitting surface illustrating a mode of operation of an optical element located in a pixel of this surface,
in FIG. 15 is a schematic top view of a light-emitting surface illustrating a three-dimensional field of view that is achieved by the invention,
in FIG. 16 is a schematic top view of a curved light-emitting surface providing a wider three-dimensional field of view,
in FIG. 17 is a diagram of a preferred embodiment of the invention providing a three-dimensional color image,
in FIG. 17A is an enlarged front view of a pixel of the light-emitting surface of the device shown in FIG. 17,
in FIG. 18A and 18B schematically depict, respectively, a side and frontal section of a television receiver of a three-dimensional image according to the invention,
in FIG. 19A schematically shows an apparatus for recording a video signal of a three-dimensional image,
in FIG. 19B is a schematic horizontal view illustrating an operation of a device for recording a video signal of a three-dimensional image,
in FIG. 19C is a schematic horizontal view illustrating a display device for reproducing a recorded video signal of a three-dimensional image,
in FIG. 20A and 20B are graphs of video signal intensities of a two-dimensional image and a three-dimensional image, respectively,
in FIG. 21 is a schematic perspective view of part of a light emitting surface for yet another embodiment of the invention, and
in FIG. 22 is a schematic top view of the pixels of the light-emitting surface of FIG. 21.

На фиг. 1 устройство 10 согласно изобретению содержит блок 20 лазера и модулятора, блок 21 разделения, отклоняющую систему 30 и светоизлучающую поверхность 40, имеющую пикселы 42, расположенные в заданной конфигурации. Входной сигнал представляет собой видеосигнал трехмерного изображения, который с помощью блока 21 разделяется на компоненту яркости и цветности и компоненту сигнала синхронизации. Сигналы синхронизации подаются на управляющий вход отклоняющей системы 30, в то время как сигналы яркости и цветности управляют работой блока 20 лазера и модулятора, модулируя пучок света лазера согласно информации о трехмерном изображении. С выхода блока 20 лазера и модулятора модулированный пучок света лазера подается на средства 34 отклонения, которые направляют входящий пучок света лазера посредством управляемого отклонения на пикселы 42 светоизлучающей поверхности 40, последовательно на один пиксел за другим. In FIG. 1, the device 10 according to the invention comprises a laser and modulator unit 20, a separation unit 21, a deflecting system 30, and a light emitting surface 40 having pixels 42 arranged in a predetermined configuration. The input signal is a video signal of a three-dimensional image, which using block 21 is divided into a component of luminance and color and a component of the synchronization signal. The synchronization signals are supplied to the control input of the deflecting system 30, while the luminance and color signals control the operation of the laser unit 20 and the modulator, modulating the laser light beam according to the information about the three-dimensional image. From the output of the laser unit 20 and the modulator, the modulated laser light beam is supplied to deflection means 34, which direct the incoming laser light beam by controlled deflection to the pixels 42 of the light emitting surface 40, one pixel after another.

Отклоняющая система содержит также средства 36 отклонения, обеспечивающие регулируемое по времени отклонение пучка света лазера, падающего на пикселы 42, для разных направлений i₁, i₂, ... i_n заданного поля наблюдения. Существенной характеристикой изобретения является то, что пикселы 42 светоизлучающей поверхности должны излучать пучок света лазера в каждом направлении с соответствующими интенсивностью и цветом в противоположность двумерным экранам, для которых интенсивность и цвет света, излученного от любой точки изображения, не зависят от направления.The deflection system also includes deflection means 36, which provide a time-controlled deflection of the laser beam incident on the pixels 42 for different directions i ₁ , i ₂ , ... i _{n of the} given observation field. An essential characteristic of the invention is that the pixels 42 of the light-emitting surface must emit a laser light beam in each direction with the corresponding intensity and color, as opposed to two-dimensional screens, for which the intensity and color of the light emitted from any point in the image are independent of the direction.

Для того, чтобы обеспечить излучение пучка света лазера с зависящей от направления интенсивностью, необходимо, чтобы пучок света лазера был модулирован в соответствии с разными направлениями, а управление его отклонением осуществлялось в соответствии с этими направлениями. Как изображено соответственно на фиг. 1A и 1B, компонента яркости видеосигнала трехмерного изображения и, следовательно, модулированный сигнал лазера имеют временные участки, соответствующие разным точкам изображения, то есть пикселам 42, и каждый из участков, соответствующих любому пикселу, имеют субучастки, каждый из которых связан с одним из направлений i₁, i₂, ... 1_n.In order to ensure radiation of a laser light beam with a direction-dependent intensity, it is necessary that the laser light beam be modulated in accordance with different directions, and its deviation should be controlled in accordance with these directions. As depicted respectively in FIG. 1A and 1B, the luminance component of the video signal of a three-dimensional image and, therefore, the modulated laser signal have temporary sections corresponding to different points of the image, that is, pixels 42, and each of the sections corresponding to any pixel have sub-regions, each of which is associated with one of the directions i ₁ , i ₂ , ... 1 _n .

Для сравнения на фиг. 20A и 20B показаны видеосигнал двумерного изображения и видеосигнал трехмерного изображения соответственно. Как видно из рисунков, видеосигнал двумерного изображения внутри временного участка, соответствующего элементу изображения, по существу постоянен, в то время как видеосигнал трехмерного изображения содержит субучастки различной амплитуда даже в пределах одного временного участка, каждый из указанных субучастков соответствует заданному направлению наблюдения. For comparison, in FIG. 20A and 20B show a two-dimensional image video signal and a three-dimensional image video signal, respectively. As can be seen from the figures, the video signal of the two-dimensional image inside the temporal section corresponding to the image element is essentially constant, while the video signal of the three-dimensional image contains sub-sections of different amplitude even within the same time section, each of these sub-sections corresponds to a given direction of observation.

В варианте выполнения изобретения, изображенном на фиг. 2, отклоняющая система 30 содержит средства отклонения, включающие группы 37 оптических стекловолокон. Каждый пиксел 42 связан с одной из групп 37 оптических стекловолокон, каждая из которых содержит некоторое число оптических стекловолокон, которое равно числу n направлений i₁, i₂, ..., i_n. Модулированный пучок света лазера, поданный на средства 34 отклонения, поступает на входной конец группы 37 оптических стекловолокон, так что каждая часть модулированного пучка света лазера, соответствующего одному из пикселов 42, поступает на вход той группы 37 оптических стекловолокон, которая связана с этим пикселом 42. Концевые части оптических стекловолокон расположены так, что пучок света лазера, излученный оптическими стекловолокнами, то есть излученный пикселом, направлен в соответствующем направлении i₁, i₂, ..., i_n. При необходимости в пикселах 42 может осуществляться корректирующее оптическое отклонение для того, чтобы обеспечить точность заданных направлений i₁, i₂, ..., i_n .In the embodiment of FIG. 2, the deflection system 30 comprises deflection means including optical fiber groups 37. Each pixel 42 is associated with one of the groups 37 of optical glass fibers, each of which contains a number of optical glass fibers, which is equal to the number n of directions i ₁ , i ₂ , ..., i _n . The modulated laser light beam supplied to the deflection means 34 is supplied to the input end of the optical fiber group 37, so that each part of the laser modulated light beam corresponding to one of the pixels 42 is fed to the input of the optical fiber group 37 that is associated with this pixel 42 The end parts of the optical glass fibers are arranged so that the laser light beam emitted by the optical glass fibers, that is, emitted by the pixel, is directed in the corresponding direction i ₁ , i ₂ , ..., i _n . Optionally, a correction optical deviation can be made in the pixels 42 in order to ensure the accuracy of the given directions i ₁ , i ₂ , ..., i _n .

Работа отклоняющей системы, изображенной на фиг. 3, принципиально отличается от рассмотренного выше варианта. В этой отклоняющей системе модулированный пучок света лазера поступает на пикселы, отклоненный только средствами 34 отклонения, без отклонения в соответствии с разными направлениями i₁, i₂, ..., i_n. Это второе отклонение, соответствующее разным направлениям i₁, i₂, . . . , i_n, осуществляется в пикселах 42 с помощью активных оптических элементов, предпочтительно акустооптических элементов, управляемых радиочастотным генератором 31. Вход радиочастотного генератора управляется сигналом пилообразной формы.The operation of the deflecting system shown in FIG. 3, is fundamentally different from the above option. In this deflecting system, a modulated laser light beam arrives at pixels deflected only by deflection means 34, without deflection in accordance with different directions i ₁ , i ₂ , ..., i _n . This is the second deviation corresponding to different directions i ₁ , i ₂ ,. . . , i _n , is implemented in pixels 42 using active optical elements, preferably acousto-optical elements controlled by a radio frequency generator 31. The input of the radio frequency generator is controlled by a sawtooth waveform.

На фиг. 4 изображен еще один возможный способ достижения отклонения в разных направлениях согласно изобретению. Элементы пассивного оптического отклонения расположены в пикселах 42. Модулированный пучок света падает на пикселы 42, параллельно смещаясь в зависимости от времени, так что субучастки сигнала лазера, соответствующие разным направлениям, поступают на пассивный оптический элемент в пикселе 42 с таким заданным сдвигом, что каждый субучасток сигнала лазера будет отклоняться пассивным оптическим элементом в соответствующем направлении. In FIG. 4 depicts yet another possible way to achieve deviation in different directions according to the invention. The passive optical deflection elements are located in pixels 42. The modulated light beam incident on the pixels 42 is parallel shifted with time, so that the laser signal sub-sections corresponding to different directions arrive at the passive optical element in the pixel 42 with such a specified shift that each sub-section The laser signal will be deflected by the passive optical element in the corresponding direction.

На фиг. 5A изображено, как пучок света лазера последовательно по времени излучается из пиксела 42 в разных направлениях, определяющих трехмерное поле наблюдения, в случае создания трехмерного изображения из видеосигнала трехмерного изображения с вертикальным параллаксом. В этом случае могут быть использованы сферически симметричные оптические элементы трехмерного излучения или голографические оптические элементы. На практике, однако, информация вертикального параллакса может быть опущена без значительного ухудшения трехмерного изображения, как показано на фиг. 5B. Для того, чтобы высота наблюдения, то есть положение глаз наблюдателя, не была очень критична, пучок счета лазера, модулированный видеосигналом трехмерного изображения без вертикального параллакса, должен излучаться в различных направлениях горизонтального поля наблюдения и рассеиваться в вертикальных плоскостях, включающих указанные направления, как изображено на фиг. 6. Для этого подходящими средствами отклонения являются, например, цилиндрические оптические элементы или голографические оптические элементы. In FIG. 5A shows how a laser light beam is sequentially emitted from a pixel 42 in different directions defining a three-dimensional field of view in the case of creating a three-dimensional image from a video signal of a three-dimensional image with vertical parallax. In this case, spherically symmetric optical elements of three-dimensional radiation or holographic optical elements can be used. In practice, however, vertical parallax information can be omitted without significantly degrading the three-dimensional image, as shown in FIG. 5B. In order for the observation height, that is, the position of the observer’s eyes, not to be very critical, the laser counting beam modulated by a three-dimensional image video signal without vertical parallax should be emitted in different directions of the horizontal field of observation and scattered in vertical planes including these directions, as shown in FIG. 6. For this, suitable deflection means are, for example, cylindrical optical elements or holographic optical elements.

Устройство, блок-схема которого изображена на фиг.7, принципиально отличается от устройства на фиг. 1 тем, что светоизлучающая поверхность 40 на фиг. 7 является отдельным функциональным элементом, а не частью отклоняющей системы 30. Блок 20 лазера и модулятора содержит лазерный источник 22 и модулятор 24, как изображено на фиг. 8. Модулятор 24 управляется компонентой IN сигнала яркости и цветности видеосигнала трехмерного изображения. Модулированный пучок света лазера отклоняется на пикселы 42 светоизлучающей поверхности 40 и отклоняется или смещается параллельно в соответствии с разными направлениями наблюдения в заданной временной последовательности с помощью отклоняющей системы 30, управляемой компонентой SY сигнала синхронизации видеосигнала трехмерного изображения. The device whose block diagram is shown in FIG. 7 is fundamentally different from the device in FIG. 1 in that the light emitting surface 40 of FIG. 7 is a separate functional element, and not part of the deflection system 30. The laser and modulator unit 20 comprises a laser source 22 and a modulator 24, as shown in FIG. 8. The modulator 24 is controlled by the IN component of the luminance and color signal of the three-dimensional image video signal. The modulated laser light beam is deflected by the pixels 42 of the light emitting surface 40 and deflected or offset in parallel in accordance with different directions of observation in a given time sequence using a deflecting system 30 controlled by the component SY of the synchronization signal of the video signal of the three-dimensional image.

На фиг. 9A изображен предпочтительный вариант блока 20 лазера и модулятора, содержащего блок, объединяющий лазерный диод 27 и кристалл (чип) 29, смонтированный на формирующем оптическом элементе 28. Выходной сигнал представляет собой модулированный когерентный пучок света лазера, интенсивность I которого также приведена на фиг. 9A. In FIG. 9A shows a preferred embodiment of a laser unit 20 and a modulator comprising a unit combining a laser diode 27 and a crystal (chip) 29 mounted on a forming optical element 28. The output signal is a modulated coherent laser light beam, the intensity of which I is also shown in FIG. 9A.

На фиг. 9B изображен еще один предпочтительный способ формирования модулированного пучка света лазера, при котором лазерный источник 22 непрерывного излучения посылает пучок света лазера на модулятор 24, выполненный в виде акусто-оптического кристалла, управляемого видеосигналом трехмерного изображения посредством радиочастотного генератора 26. In FIG. 9B depicts yet another preferred method for generating a modulated laser light beam, in which the continuous-wave laser source 22 sends a laser light beam to a modulator 24 made in the form of an acousto-optical crystal controlled by a three-dimensional image video signal by means of an RF generator 26.

На фиг. 10A и 10B изображены предпочтительные варианты части отклоняющей системы 30, обеспечивающей синхронное отклонение модулированного пучка L_m света лазера на пикселы 42 светоизлучающей поверхности 40 согласно заданной временной последовательности. В этих примерах геометрическое расположение и последовательность пикселов 42 соответствует конфигурации элементов изображения на стандартном телевизионном экране двумерного изображения, поэтому блок 34 отклонения содержит блок горизонтального (строчного) отклонения и блок 32 вертикального (квадратного) отклонения, аналогично отклоняющим системам в известных телевизорах. На фиг. 10A блоки 32 и 33 отклонения являются многогранными зеркальными устройствами, приводимыми в движение прецизионно управляемыми двигателями, не показанными на чертежах.In FIG. 10A and 10B show preferred embodiments of a portion of a deflecting system 30 providing synchronous deflection of a modulated laser light beam L _m to the pixels 42 of the light emitting surface 40 according to a predetermined time sequence. In these examples, the geometric arrangement and sequence of pixels 42 corresponds to the configuration of image elements on a standard two-dimensional image television screen, so the deviation unit 34 contains a horizontal (horizontal) deviation unit and a vertical (square) deviation unit 32, similar to deflecting systems in known televisions. In FIG. 10A, deviation units 32 and 33 are multifaceted mirror devices driven by precision controlled motors not shown in the drawings.

На фиг. 10B горизонтальное и вертикальное отклонение обеспечивается акустооптическими кристаллами, которыми управляют генераторы 38 и 39, управляемые напряжением, которые возбуждаются генераторами пилообразного напряжения. In FIG. 10B, horizontal and vertical deflection is provided by acousto-optic crystals controlled by voltage-controlled oscillators 38 and 39, which are driven by sawtooth generators.

На фиг. 11 и 12 изображены оптические элементы 44, расположенные в пикселах 42 светоизлучающей поверхности 40. На фиг. 11 оптические элементы 44 выполнены в виде повторяющихся осесимметричных оптических элементов, в то время как оптические элементы на фиг. 12 представляют собой голографические оптические элементы, например просветные рельефные голограммы. Голографические оптические элементы расположены на плоской несущей пластине, предпочтительно выполненной из цветного стекла или пластмассы. При выборе подходящих оптических элементов вся светоизлучающая поверхность 40 может быть изготовлена единой штамповкой. In FIG. 11 and 12 show optical elements 44 located in pixels 42 of the light emitting surface 40. In FIG. 11, the optical elements 44 are made in the form of repeating axisymmetric optical elements, while the optical elements in FIG. 12 are holographic optical elements, for example translucent relief holograms. Holographic optical elements are located on a flat carrier plate, preferably made of colored glass or plastic. By selecting the appropriate optical elements, the entire light emitting surface 40 can be made by a single stamping.

Как изображено на фиг. 13, модулированный сфокусированный пучок света лазера падает на пиксел 43 так, что он поступает на n разных точек голографического оптического элемента 44 пиксела 42 с временным сдвигом. Направление, в котором пучок света лазера будет излучен от пиксела 42, зависит от того, в каком месте пучок света лазера падает на поверхность падения света оптического элемента 44. При движении точки падения вдоль внутренней поверхности оптического элемента 44, направление излучения пучка света лазера изменяется между направлениями i₁ и i_n, так что излучаемый пучок света лазера "качается" вдоль поля наблюдения α, заданного указанными направлениями i₁,...i_n.As shown in FIG. 13, a modulated focused laser light beam incident on the pixel 43 so that it arrives at n different points of the holographic optical element 44 of the pixel 42 with a time shift. The direction in which the laser light beam will be emitted from the pixel 42 depends on where the laser light beam hits the light incident surface of the optical element 44. When the incident point moves along the inner surface of the optical element 44, the radiation direction of the laser light beam changes between directions i ₁ and i _n , so that the emitted laser light beam "sways" along the observation field α defined by the indicated directions i ₁ , ... i _n .

Для получения непрерывного трехмерного изображения пучок света лазера, излученный от пиксела в определенном направлении, должен иметь определенный угол расхождения луча δ. В простом случае, например, поле наблюдения α равно 90^o и в пределах поля обзора имеется 90 разных направлений i₁, i₂,...,i₉₀, а угол расхождения луча δ для излучения пучка света лазера должен быть равен примерно 1^o.To obtain a continuous three-dimensional image, a laser light beam emitted from a pixel in a certain direction must have a certain angle of beam divergence δ. In the simple case, for example, the observation field α is 90 ^o and within the field of view there are 90 different directions i ₁ , i ₂ , ..., i ₉₀ , and the angle of divergence of the beam δ for the emission of the laser light should be approximately 1 ^o .

На фиг. 14 иллюстрируется работа другого варианта светоизлучающей поверхности 40. Отклоняющая система обеспечивает параллельный сдвиг пучка света лазера, падающего на пикселы, так что каждая относительная позиция падающего пучка света лазера в пределах пиксела 42 соответствует одному из направлений наблюдения i₁, i₂, ... , i_n. Пучок света лазера, падающий в заданную точку оптического элемента 44 пиксела 42 в момент времени t_k, будет отражен оптическими элементами в направлении 44 i_k, соответствующем точке падения. При движении точки падения вдоль поверхности оптического элемента 44 в пикселе излученный пучок света лазера движется вдоль всего поля наблюдения α. В этом случае оптические элементы являются собирающими оптическими системами, тогда как аналогичная система на фиг. 4 содержит рассеивающие оптические элементы.In FIG. 14 illustrates the operation of another embodiment of the light emitting surface 40. The deflecting system provides a parallel shift of the laser light incident on the pixels, so that each relative position of the incident laser light within the pixel 42 corresponds to one of the observation directions i ₁ , i ₂ , ..., i _n . A beam of laser light incident at a given point of the optical element 44 of the pixel 42 at time t _k will be reflected by the optical elements in the direction 44 i _k corresponding to the point of incidence. When the incident point moves along the surface of the optical element 44 in a pixel, the emitted laser light beam moves along the entire observation field α. In this case, the optical elements are collecting optical systems, while the similar system in FIG. 4 contains scattering optical elements.

На фиг. 15 и 16 показано формирование поля

полного трехмерного изображения. Поле

на фиг. 16, где показана арочная вогнутая светоизлучающая поверхность 41, значительно шире. Аналогичные характеристики могут быть более практично имитированы при использовании плоского экрана, имеющего пикселы с изменяющимися параметрами.In FIG. 15 and 16 show field formation

full three-dimensional image. Field

in FIG. 16, where an arched concave light emitting surface 41 is shown, is much wider. Similar characteristics can be more practical simulated using a flat screen having pixels with varying parameters.

На фиг. 18A и 18B приведен телевизионный приемник трехмерного изображения, являющийся предпочтительным вариантом выполнения устройства согласно изобретению. Телевизионный приемник 12 содержит закрытый корпус, передняя сторона которого представляет собой светоизлучающую поверхность 40 в виде экрана. Внутри закрытого корпуса расположена фокусирующая сканирующая зеркальная оптическая система 14 для отражения модулированного пучка света лазера на пикселы указанной светоизлучающей поверхности 40. В нижней части закрытого устройства расположен блок 20 многоцветного лазера и модулятора и блоки отклонения отклоняющей системы 30. Устройство может быть использовано как видео так и компьютерный монитор трехмерного изображения, имеющий вход для видеосигнала трехмерного изображения, или как телевизионный приемник, имеющий вход телевизионного сигнала трехмерного изображения/антенный вход. In FIG. 18A and 18B show a three-dimensional television receiver, which is a preferred embodiment of the device according to the invention. The television receiver 12 includes a closed housing, the front side of which is a light-emitting surface 40 in the form of a screen. A focusing scanning mirror optical system 14 is located inside the closed housing for reflecting the modulated laser light beam onto the pixels of the indicated light emitting surface 40. In the lower part of the closed device there is a multicolor laser and modulator unit 20 and deflection units of the deflecting system 30. The device can be used both video and a three-dimensional image computer monitor having an input for a three-dimensional image video signal, or as a television receiver having a television input a three-dimensional image signal / antenna input.

На фиг. 17 и 17A в качестве примера показан принцип построения цветного монитора трехмерного изображения согласно изобретению. Устройство с цветным изображением содержит по меньшей мере три лазерных источника 22R, 22G и 22B всех основных цветов (красный, зеленый и синий). В пикселах 42 один над другим размещены три отклоняющих оптических элемента 44R, 44G и 44B для пучков света лазера разных цветов, для формирования пучка света заданного цвета и излучения его в соответствующих направления. In FIG. 17 and 17A illustrate, by way of example, the principle of constructing a color monitor of a three-dimensional image according to the invention. The device with a color image contains at least three laser sources 22R, 22G and 22B of all primary colors (red, green and blue). In the pixels 42, one above the other, three deflecting optical elements 44R, 44G and 44B are placed for laser light beams of different colors, for forming a light beam of a given color and emitting it in corresponding directions.

В предпочтительном варианте выполнения изобретения ширина оптических элементов 44R, 44G и 44B составляет примерно 0,5 мм, в то время как их высота равна примерно 0,15 мм. Оптические элементы 44R, 44G и 44B предпочтительно являются голографическими оптическими элементами. In a preferred embodiment, the width of the optical elements 44R, 44G and 44B is about 0.5 mm, while their height is about 0.15 mm. The optical elements 44R, 44G and 44B are preferably holographic optical elements.

На фиг. 19A и 19B изображено устройство для записи изображения, формирующее видеосигнал трехмерного изображения без вертикального параллакса, как показано на фиг. 20B. Устройство содержит множество камер C₁, C₂ ... C_n, записывающих двумерное изображение и представляющих собой, например, кристаллы (чипы) приборов с зарядовой связью с соответствующим оптическим обеспечением, расположенные неподвижно по отношению друг к другу рядом друг с другом в горизонтальной плоскости в соответствии с направлениями наблюдения воспроизводящей системы, аналогично тому, как это делается при записи стереограмм. Число этих камер равно числу n направлений наблюдения. Изображения пространственного образа или сцены фиксируются камерами C₁, C₂ ... C_n одновременно с разных направлений наблюдения, а видеосигналы двумерного изображения, записанные камерами двумерного изображения, размещаются в определенной заранее заданной последовательности для получения формата видеосигнала трехмерного изображения. Во время записи следует учитывать относительное положение виртуального экрана, обозначенного цифрой 1, которое соответствует положению светоизлучающей поверхности системы воспроизведения трехмерного изображения, как изображено соответственно на фиг. 19B и 19C. На фиг. 19C показано, что световой сигнал, попадающий от одной и той же точки светоизлучающей поверхности 40 в левый глаз L наблюдателя, отличается от светового сигнала, попадающего в правый глаз R наблюдателя.In FIG. 19A and 19B show an image recording apparatus generating a three-dimensional image video signal without vertical parallax, as shown in FIG. 20B. The device comprises a plurality of cameras C ₁ , C ₂ ... C _n , recording a two-dimensional image and representing, for example, crystals (chips) of charge-coupled devices with the corresponding optical support, located motionless relative to each other next to each other in a horizontal planes in accordance with the directions of observation of the reproducing system, similar to how this is done when recording stereograms. The number of these cameras is equal to the number n of observation directions. Images of a spatial image or scene are captured by cameras C ₁ , C ₂ ... C _n simultaneously from different viewing directions, and two-dimensional image video signals recorded by two-dimensional image cameras are placed in a predetermined sequence to obtain a three-dimensional image video signal format. During recording, the relative position of the virtual screen, indicated by the number 1, which corresponds to the position of the light-emitting surface of the three-dimensional image reproducing system, as shown in FIG. 19B and 19C. In FIG. 19C shows that a light signal incident from the same point of the light emitting surface 40 into the left eye L of the observer is different from a light signal entering the right eye R of the observer.

На фиг. 21 и 22 иллюстрируется принцип построения и работа еще одного варианта устройства согласно изобретению. На светоизлучающей поверхности 40', содержащей пикселы 42, имеется множество пространственно когерентных элементарных источников света, предпочтительно элементарных лазеров 50, расположенных в каждом пикселе 42'. Элементарные лазеры 50 управляются так, что излучают световые сигналы в каждом направлении поля наблюдения. В предпочтительном варианте изобретения каждый элементарный лазер 50 в пикселе 42' соответствует заданному направлению наблюдения и управляется видеосигналом трехмерного изображения так, чтобы излучать в этом направлении пучок света лазера соответствующей интенсивности и цвета. In FIG. 21 and 22 illustrate the principle of construction and operation of another variant of the device according to the invention. On the light emitting surface 40 'containing the pixels 42, there are many spatially coherent elementary light sources, preferably elementary lasers 50, located in each pixel 42'. Elementary lasers 50 are controlled so that they emit light signals in each direction of the field of view. In a preferred embodiment of the invention, each elementary laser 50 in the pixel 42 ′ corresponds to a predetermined viewing direction and is controlled by a three-dimensional image video signal so as to emit a laser beam of corresponding intensity and color in this direction.

В еще одном возможном варианте выполнения изобретения взаимное расположение элементарных лазеров таково, что расстояния между соседними элементарными лазерами имеют порядок длины световой волны. В этом случае элементарными лазерами 50 управляют одновременно голографическим способом, при этом пучки света, излученные указанными элементарными источниками, интерферируют друг с другом с формированием пучков света соответствующей интенсивности и цвета в каждом направлении в соответствии с управляющим видеосигналом трехмерного изображения. Такие программы голографического управления известны. In yet another possible embodiment, the relative position of the elementary lasers is such that the distances between adjacent elementary lasers are of the order of the light wavelength. In this case, the elementary lasers 50 are simultaneously controlled in a holographic manner, while the light beams emitted by the indicated elementary sources interfere with each other with the formation of light beams of the corresponding intensity and color in each direction in accordance with the control video signal of the three-dimensional image. Such holographic control programs are known.

На фиг. 22 показано, что направление пучка света, излученного элементарными лазерами 50, может быть изменено для соответствия желаемому направлению наблюдения с помощью оптических элементов 44', расположенных в пикселах 42'. In FIG. 22 shows that the direction of the light beam emitted by the elementary lasers 50 can be changed to match the desired direction of observation with the optical elements 44 'located in the pixels 42'.

Claims

1. A method of obtaining a three-dimensional image, in which the intensity of a beam of spatially coherent light, preferably a laser beam, is modulated by a video signal of a three-dimensional image and the modulated laser beam is directed by controlled deflection to pixels forming a light-emitting surface, characterized in that the modulated laser beam is deflected so that it is emitted from each pixel of the light-emitting surface in a number of directions defining a given observation field, and the deviation in these different directions are implemented so that the instantaneous value of the intensity of the laser beam emitted from the pixels in any of the indicated directions of the observation field corresponds to information related to the corresponding direction contained in the video signal of the three-dimensional image.

2. The method according to claim 1, characterized in that the modulated laser beam is deflected in accordance with the indicated directions so that it falls on the pixels at such a predetermined location that the incident temporal components of the laser beam are deflected by passive optical elements in the directions corresponding to these components.

3. The method according to claim 1, characterized in that the modulated laser beam directed at the pixels is deflected and emitted in the indicated different directions of the observation field by means of active controlled optical elements located in pixels.

4. The method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the modulated laser beam is directed to pixels, preferably to periodic spherical symmetric optical elements, or to holographic or diffractive optical elements, or axisymmetric optical elements located in pixels, by horizontal and vertical deviations according to television standards, and the pixels are arranged so that their configuration corresponds to the standard location of the points of the television image.

5. The method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the laser light beam is modulated with a three-dimensional image video signal that does not contain information with vertical parallax, and the laser light beam emitted by the pixel oscillates horizontally in the indicated observation field and has a given scattering vertically.

6. The method according to claim 1, characterized in that the three-dimensional image signal is formed so that two-dimensional images of spatial scenes or images to be recorded are fixed simultaneously from each of the directions defining the field of view, and two-dimensional image signals recording different images are arranged sequentially in accordance with the indicated directions in the video signal format of a three-dimensional image.

7. A method for producing a three-dimensional image in which spatially coherent elementary light sources, preferably elementary laser sources forming a light-emitting surface, are controlled by a three-dimensional image video signal for emitting a light beam in a number of directions defining a given field of view, characterized in that the light beam intensity, radiated in any of the indicated directions corresponds to information containing a three-dimensional image in the video signal and hydrochloric this direction.

8. The method according to claim 7, characterized in that each of the elementary light sources is associated with one of these directions and control it in accordance with these directions, the light emitted from these elementary light sources being directed in the corresponding direction by optical means, located in pixels of the specified light emitting surface.

9. The method according to claim 7, characterized in that the elementary laser sources are simultaneously controlled in a holographic way so that laser light beams sent in these directions are formed by interference of coherent light waves emitted by two or more elementary laser sources.

10. A method for producing a three-dimensional image in which a coherent light beam, preferably a laser light beam, is modulated by a three-dimensional image video signal and the modulated coherent light beam is directed to pixels arranged to form a light emitting surface, characterized in that the modulated laser light beam contains rays light, each of which is associated with the direction of observation, and these directions determine a given field of view, and the rays of light modulate simultaneously, each ray eta in accordance with the direction with which it is connected, and emit each light beam of a modulated light beam from the specified pixels in the direction to which the light beam corresponds.

11. A device for obtaining a three-dimensional image containing a spatially coherent light source, preferably a laser source, a modulator for modulating a laser beam generated by this light source, controlled by a three-dimensional image video signal, a deflecting system for deflecting a modulated laser beam, controlled by a three-dimensional image video signal synchronization signal, and a light-emitting surface consisting of pixels having a predetermined relative position, characterized in that in pixels emitting surface mounted optical elements for deflecting and / or transmitting the incident laser beam from those pixels in different viewing directions (i _1, ..., i _n), defining a predetermined field (α) of observation and a deflecting system controlled for deflection on the laser beam these pixels in accordance with the directions of the field (α) of the observation.

12. The device according to claim 11, characterized in that the deflecting system contains optical elements installed in the pixels of the light-emitting surface, and these optical elements are controlled in accordance with the directions (i ₁ , ..., i _n ) of the observation field (α).
13. The device according to claim 11, characterized in that the optical elements are passive optical elements with a constant characteristic of horizontal deviation and a given vertical scattering in vertical planes, preferably translucent or reflective vertical axial optical elements or holographic diffractive optical elements.

14. The device according to claim 11, characterized in that the deflecting system contains a group of optical glass fibers, one for each pixel, each of the groups includes a number of optical glass fibers equal to the number (n) of different directions (i ₁ , ... i _n ) defining the observation field (α), the input end of the specified group of optical fiber is connected to the output of the deflection unit deflecting the modulated laser beam in accordance with the pixels, and the other end of the group of optical fiber is connected to the corresponding pixel, and the end h The parts of the optical glass fibers of these groups are installed so that they direct the laser beam in the direction i ₁ , ..., i _n that is connected with the corresponding optical glass fiber.

15. The device according to one of paragraphs.11 to 14, characterized in that the laser source, modulator and deflecting system (30) are made in the form of an integrated optical unit.

16. Device for obtaining a three-dimensional image, containing control means for receiving a video signal of a three-dimensional image, connected to a light-emitting surface formed by pixels, characterized in that spatially coherent elementary light sources, for example controlled spontaneous radiation diodes or, preferably, elementary lasers, are located in pixels for emitting sharply directed light or a laser beam in the directions of observation (i ₁ , ..., i _n ) defining a given observation field (α).
17. The device according to p. 16, characterized in that each of the elementary lasers is associated with at least one of the directions (i ₁ , ..., i _n ) that define the field of observation (α), and optical pixels are installed in the pixels of the light-emitting surface elements, each of which directs a laser beam emitted by one of the elementary lasers, in the direction (i ₁ , ..., i _n ) with which this elementary laser is connected.

18. The device according to clause 16 or 17, characterized in that the distance between adjacent elementary lasers is of the order of the wavelength of light, so that the laser rays emitted by these elementary lasers interfere with each other in accordance with the holographic control of the totality of these elementary lasers.