WO2008048145A1 - Wide-screen laser beam sweeping method and device - Google Patents
Wide-screen laser beam sweeping method and device Download PDFInfo
- Publication number
- WO2008048145A1 WO2008048145A1 PCT/RU2007/000551 RU2007000551W WO2008048145A1 WO 2008048145 A1 WO2008048145 A1 WO 2008048145A1 RU 2007000551 W RU2007000551 W RU 2007000551W WO 2008048145 A1 WO2008048145 A1 WO 2008048145A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- resonator
- laser beam
- strip
- media
- laser
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Ceased
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
- G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
- G02B26/10—Scanning systems
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N9/00—Details of colour television systems
- H04N9/12—Picture reproducers
- H04N9/31—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM]
- H04N9/3129—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM] scanning a light beam on the display screen
Definitions
- the invention relates to laser technology and is intended for large-format and high-speed scanning of the laser beam in laser television and video projectors and video cameras for transmitting and receiving flat and three-dimensional video images, and can also be used in laser copying and scanning equipment for transmitting and receiving images, for scanning space in security, measuring laser systems, laser surveillance systems, including in the infrared spectrum, as well as in other laser systems.
- the simplicity of the invention allows to significantly reduce the cost of manufacturing laser scanning systems, which makes them available for mass production.
- a known method and device for deflecting a light beam using an oscillating mirror with a magnetoelectric drive (A.S. N ° 1756853, G 02 F 1/29. Magnetoelectric deflector. Bull. N ° 31, 08.23.92.)
- the disadvantage of this method of deflecting light beam is a sharp decrease in the scan angle with increasing frequency, which makes it impossible to use this method in devices for large-format and high-speed scanning of the laser beam in television projectors.
- SAWs Surface acoustic waves
- SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) hypersonic).
- the disadvantage of using surface acoustic waves in deflecting systems of the laser beam is the small deflection angle, insufficient to obtain a widescreen television image.
- the technical solution to which the invention is directed is to create effective conditions for wave excitation of an oscillating medium sufficient for large-format and high-speed scanning of a laser beam in television and video projectors and video cameras, as well as in all kinds of copying and scanning systems.
- the implementation of the invention allows simple and cheap technical solutions to provide large-format and high-speed scanning of the laser beam in television and video projectors and video cameras, as well as in all kinds of copying and scanning systems.
- laser beam used earlier and further in the text is used as a broader concept and includes laser radiation, as well as LED and other types of light radiation, since the proposed method and device provide wide-format and high-speed scanning of any light beam generated as a result of focusing and / or iris any divergent light radiation. Disclosure of invention
- the specified technical result is achieved by the fact that in the method of large-format high-speed scanning of the laser beam by exposing the laser beam to a deflecting system in the mode of wave excitation of an oscillating medium with a gradient linear density of matter, two sequentially coupled oscillating linearly extended media with different linear density of matter are mainly used in the mode resonant excitation of transverse vibrations of two media simultaneously, and the mode of resonant matching echnyh oscillations between two media is set from the condition relations between the oscillation wavelength of the linear media and their linear density substances:
- ⁇ is the wavelength of the excitation of the medium with a higher linear density of matter ⁇ i in kg / m; ⁇ 2 - the wavelength of the excitation of the medium with a smaller linear SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) the density of the substance ⁇ 2 in kg / m; k is a coefficient taking into account the difference in bulk density of the substance of media with different elasticities.
- the deflecting system of the laser beam contains two linear mechanically conjugated strip resonators, the first resonator being equipped with an exciter and made in the form of a plate, at the end of which a second resonator is mounted, made in the form of a thin elastic strip length commensurate with the multiplicity of the resonant excitation wave ⁇ 2 or with ⁇ A ⁇ 2,% ⁇ g, and the whole device is additionally equipped with a device for adjusting the coordinate p the position of the second resonator in the zone of passage and deviation of the laser beam.
- FIG. 1 shows a conjugation scheme of two linearly extended media 1 and 2 with different linear density of a substance with a pathogen 3 of transverse vibrations.
- FIG. 2 is a diagram of amplification of the amplitude A 2 of transverse vibrations in the mode of resonant excitation of a linearly extended medium with a lower linear density of the substance.
- FIG. Figure 3 presents a picture of the excitation of vibrations of a linearly extended medium with a gradient density of matter along the length and amplification of the oscillation amplitude at the end (tail) of the resonator.
- FIG. 4 is a diagram of amplification of the amplitude A 2 of transverse vibrations of a linearly extended medium in a volume.
- FIG. 5 shows the combination of transverse vibrations of linearly extended media in antiphase in volume.
- FIG. 6 is a diagram of the device with the second strip resonator 2 fastened at the end of the first strip resonator 1 in the form of a thin elastic strip with a length commensurate with the multiplicity of the resonance excitation wave ⁇ 2 (full wave resonator).
- FIG. 7 is a diagram of a device with fastening at the end of the first strip resonator 1 of the second strip resonator 2 in the form of a thin elastic strip commensurate with 3/4 ⁇ 2 (three-quarter-wave resonator).
- SUBSTITUTE SHEET (RULE 26)
- fig. 8 is a diagram of a device with a second elastic strip resonator 2 mounted at the end of the first strip resonator 1 in the form of a thin elastic strip commensurate with 1/4 ⁇ 2 (quarter-wave resonator).
- FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of an apparatus for wide-format high-speed scanning of a laser beam.
- FIG. 11 shows a second resonator in the form of an optical waveguide.
- FIG. 12 shows a lightweight embodiment of the second resonator in the form of an optical waveguide.
- FIG. 13 shows a scanner with a combination of horizontal and vertical scanning of a laser beam.
- the proposed scanning method is based on the effect of amplifying the amplitude of oscillations in linearly extended media with a gradient density of a substance along the length in the mode of resonant excitation of transverse vibrations. Most simply, this method can be commented on as an example when the gradient density of a substance changes abruptly at the interface between two media with different linear densities of the substance. This physical effect was discovered by V.S. Leonov in 1986 in the study of oscillations of conjugate linearly extended media. The simplest example of a linearly extended medium is a narrow and thin strip of matter.
- a strip resonator characterized by the frequency, amplitude and wavelength of the oscillations, as well as the number of waves that fit on the length of the strip resonator in the standing wave mode.
- strip resonators compared to the effects of surface acoustic waves (SAWs) in solids is to obtain a significantly larger amplitude of oscillations. Can be considered
- SUBSTITUTE SHEET strip resonators as an element of a surface wave, when the surface is separated from a large volume of a solid, amplifying the amplitude of oscillations.
- FIG. 1 shows a conjugation scheme of two linearly extended media 1 and 2 with different linear density of a substance with a pathogen 3 of transverse vibrations.
- linear density ⁇ of the substance is meant the distribution of the mass of the substance along the length of the strip resonator, which is measured in kg / m, in contrast to the bulk density of the substance, measured in kg / m 3 .
- the causative agent of transverse vibrations 3 in the mode of resonant excitation of the plate 1 brings it into an vibrational state represented by a standing wave with a length ⁇ i and an amplitude of oscillations Ai.
- transverse vibrations of the strip 2 In order to excite transverse vibrations in a thin strip 2, it is necessary to select the mode of its resonant excitation. In the absence of such a regime, transverse vibrations of the strip 2 are not observed.
- the selection of the resonant excitation mode is carried out by establishing the strict length of the strip 2, which is established from the condition of the relations between the wavelength ⁇ i and ⁇ 2 of the oscillations of linear media and their linear density ⁇ i and% g of substance:
- SUBSTITUTE SHEET (RULE 26)
- an integer number of waves fit along the length of the strip resonator, and the media consistently enter the resonant excitation of the standing wave, forming nodes 3 and antinodes 4 (Fig. 2).
- the presence of antinodes 4 determines the amplitude of the oscillations A 2 . If the media have different bulk density of the substance with different elasticities, then in the mathematical formula this is taken into account by the coefficient k.
- the amplitude A 2 of the oscillations of the medium with a lower linear density of the substance increases sharply compared to the amplitude A 1 (Fig. 2). This is explained by the fact that a large linear density of a substance with a larger mass represented by a plate 1 transmits a strong pulse to a thin strip 2 with a lower mass, sharply increasing the amplitude of its vibrations (whip effect).
- a similar resonator can be called up in a continuous medium, but with a linear density gradient of the substance along the length of the type of fish tail (fins), when the wave vibrations of the whole body lead to an increase in the amplitude of the tail vibrations (Fig. 3).
- the advantage is given to the effect of amplification of the amplitude of the oscillations with an abrupt change in the linear density of the medium at the interface between two media.
- FIG. 4 shows the amplification effect of the amplitude A 2 of transverse vibrations of a linearly extended medium in the volume.
- FIG. 5 shows the combination of transverse vibrations of linearly extended media in antiphase, determining the angle of rotation of the plane of the strip 2 in node 3 and the strong deformation of the medium in antinodes 4.
- a linearly extended medium 2 Having large amplitudes of oscillations of a linearly extended medium in the region of sound frequencies up to 20 kHz, various devices for wide-format high-speed scanning of a laser beam can be realized.
- the proposed scanning method can be used both when a laser beam passes in a zone of strong deformation of the substance at antinodes 4 and when a laser beam is reflected in a node 3.
- a linearly extended medium 2 must be optically transparent and the angle of refraction of the beam will be determined by the conditions of medium deformation when its refractive index changes.
- the linear medium 2 should have the properties of reflection of the laser beam.
- SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) as an example of the implementation of this method of widescreen high-speed scan.
- FIG. 6 is a diagram of a device with fastening in zone 5 at the end of the first strip resonator 1 of the second strip resonator 2 in the form of a thin elastic strip with a length commensurate with the multiplicity of the resonant excitation wave ⁇ 2 (full-wave resonator).
- a piezoceramic plate or tube can be used as the first strip resonator 1. Since the oscillation amplitude of the piezoceramic plate is negligible, this is not shown in FIG. 6.
- a three-quarter-wave or quarter-wave resonator can be used.
- FIG. 7 is a diagram of a device with fastening at the end of the first strip resonator 1 of the second strip resonator 2 in the form of a thin elastic strip commensurate with 3/4 ⁇ 2 (three-quarter-wave resonator).
- FIG. 8 is a diagram of a device with a second elastic strip resonator 2 mounted at the end of the first strip resonator 1 in the form of a thin elastic strip commensurate with 1/4 ⁇ 2 (quarter-wave resonator).
- the first strip resonator 1 can be used a steel plate with an external electromagnetic (electrodynamic) exciter 6 oscillations installed in the housing 7 of the device.
- full-wave, three-quarter-wave and quarter-wave strip resonators were reflected in the claims on the device. You can use, but not so efficiently, half-wave resonators. It is the presence of a full-wave, three-quarter-wave, and quarter-wave strip resonators that provides effective matching of the first and second resonators in the mode of full resonance of oscillations. Since the resonance curve is
- the device for large-format high-speed scanning of the laser beam includes two strip resonators 1 and 2, an external vibration exciter 6, a housing 7, a device 8 for adjusting the coordinate of the second resonator in the zone of passage and deflection of the laser beam, a semiconductor laser 9.
- the strip resonator 1 is made in the form of a plate, at the end of which a second resonator 2 is fixed, made in the form of a thin elastic strip with a length commensurate with the multiplicity of the resonant excitation wave ⁇ 2 or with 1/4 ⁇ 2 , 3/4 ⁇ 2 .
- the drawing shows a three-quarter-wave (3/4 ⁇ 2 ) resonator 2.
- the second resonator 2 may be made of a completely light-reflecting material or may be provided with a reflective coating.
- the mount 5 should provide a tight contact connection of the resonators 1 and 2.
- the installation of the laser beam 9 in the region of the node 3 of the second resonator 2 is carried out by the device 8 (micrometer screw).
- the optical axis of the laser is installed at an angle to the plane of the second resonator 2 (section BB, Fig. 9).
- the device operates a large-format high-speed scan of the laser beam as follows.
- the causative agent of oscillations 6 (in this case, external, but may also be internal) causes resonant transverse vibrations of the first strip resonator 1.
- the oscillations of the first resonator 1 are transmitted to the second strip resonator 2 in the resonance mode and increase the amplitude of the oscillations of the second resonator.
- the laser beam is fed into the region of the node 3 of the second resonator 2 and is reflected from its surface.
- Oscillations of the surface of the second strip resonator 2 relative to the region of the node 3 provide a wide-format and high-speed scan SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) a laser beam at frequencies up to 20 kHz or more with a deflection angle of 30..180 °. With an increase in the sweep frequency, the beam deflection angle decreases (this dependence is not shown).
- step a the laser beam is deflected to the right.
- the laser beam is continuously deflected, providing a sweep angle of 180 ° (position "f").
- the proposed device has parameters an order of magnitude higher and allows providing a wide-format and high-speed scanning of the laser beam, sufficient for the formation of television and video images and video signals. But most importantly, the proposed device is very cheap, which will ensure the mass and competitiveness of laser projectors in the television market and all kinds of copying and scanning laser devices.
- FIG. 11 shows the implementation of the second resonator 2 in the form of an optical fiber of elastic material.
- the second resonator 2 made in the form of an optical fiber of elastic material, extends along or inside the first resonator 1, and the fixed end 10 of the optical waveguide is connected to the radiation source 9 (laser or LED) through the docking unit 11 (Fig. Ha).
- the radiation source 9 laser or LED
- Fig. Ha the radiation source 9
- fiber-optic technologies with a flat or round cross-section of the fiber are mainly used.
- the light beam from the radiation source 9 enters the fixed end 10 of the optical fiber of the second resonator 2 and leaves its movable end 12 (Fig. Hb).
- the resonant oscillations of the second resonator 2 made in the form of an optical fiber from an elastic material, lead to vibrations of its movable end 12, turning the light beam at a certain angle (as an example in Fig. 1 Ib, the beam scan angle is shown in 90 °).
- the proposed method is aimed at creating a horizontal scan of the laser beam and provides for the subsequent frame scan of the visible image, which is solved, for example, by additional installation of a rotating or oscillating mirror system at low frequencies of 25 ... 100 Hz, without presenting a technical difficulty.
- a SUBSTITUTE SHEET may (RULE 26) the laser beam scanner shown in FIG. 7, 8, 9.
- the horizontal scanning device interfaces with the vertical scanning device.
- the prescribed lines of the video image should be projected into the region of the node of the second resonator with the reflecting surface of the frame scanning device.
- FIG. 12 shows a lightweight implementation of the second resonator in the form of an optical waveguide (A is a side view, B is a top view) and is a horizontal scanning device 15, including a sealed enclosure 13 with a transparent window 14, the first 1 and second 2 resonators.
- the first resonator 1 is made, for example, of a piezoceramic tube, inside which passes an optical fiber having certain elastic properties necessary to ensure oscillations.
- the movable end 12 of the fiber acts as a second resonator 2.
- the laser beam is introduced through the optical fiber, and when the oscillations of the first resonator 1 are excited, the vibrations of the second resonator 2 in the form of the movable end of the optical fiber 12 produce a horizontal scan of the laser beam (shown by arrows in B - top view )
- the sealed housing 13 provides the necessary vacuum, eliminating the air resistance during vibrations of the end 12 of the fiber.
- FIG. 13 shows a scanner with a combination of horizontal and vertical scanning of a laser beam (side view), including a horizontal scanning device 15, an additional strip resonator 16, a housing 17, a magnetic system 18, windings 19 with a core 20, magnet 21, a docking optical assembly 22, and a waveguide loop 23.
- An additional strip resonator 16 is provided with a magnet 21 and the end is fixed in the housing 17 of the scanner.
- the magnetic system 18 includes a winding 19 and a core 20.
- the waveguide loop 23 of the optical fiber 12 is connected to the docking optical node 22.
- the waveguide loop 23 is necessary for bending the optical fiber during the operation of the scanner.
- the horizontal scanning device 15 is mounted on an additional strip resonator 16.
- the horizontal scanning device 15 is mounted through the first resonator 1 (Fig. 12), then in the formula REPLACEMENT SHEET (RULE 26) inventions noted that the "first resonator is mounted on an additional strip resonator", without violating the unity of all claims.
- FIG. 13 shows that the end of the first resonator is mounted at the end of an additional strip resonator.
- the scanner works as follows.
- the magnetic system 18 acting on the magnet 21, excites low-frequency vibrations of the additional strip resonator 16, on which the horizontal scanning device 15 is mounted.
- the oscillations of the strip resonator 16 determine the vertical scanning angle (shown by arrows in Fig. L ⁇ b).
- the horizontal scanning device 15 provides horizontal scanning of the laser beam.
- the proposed method and device can be used not only for projecting a television image using a laser beam, but also for recording a video signal when scanning a space with a laser beam equipped with a horizontal and vertical scanning system. To do this, it is enough to equip the scanning system with the simplest photodetector, for example, a photodiode. In this case, the system can be used as a video camera to record a video signal. Such a system does not require additional illumination of the object and, when using semiconductor infrared lasers, will find wide application in security and other surveillance systems.
- the proposed technical solution provides the creation of cheap color television laser projectors, both for flat and surround (stereoscopic, and in the future - holographic) television.
- the laser projector is characterized by the highest image quality, brightness and color gamut of the picture, representing a home theater.
- this technical solution will find application for projecting images on advertising SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) billboards, during presentations, in show business, in security and other systems.
- Literature 1. Pyasetskiy VV Color TV in questions and answers. Minsk, Polymya, 1994, Fig. V.1.
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
- Lasers (AREA)
Abstract
Description
СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ШИРОКОФОРМАТНОЙ РАЗВЕРТКИ ЛАЗЕРНОГО ЛУЧА METHOD AND DEVICE OF A WIDE-FORMAT SCAN OF A LASER BEAM
Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION
Изобретение относится к лазерной технике и предназначено для широкоформатной и высокоскоростной развертки лазерного луча в лазерных телевизионных и видеопроекторах и видеокамерах для передачи и получения плоского и объемного видеоизображения, и может быть также использовано в лазерной копировальной и сканирующей технике для передачи и получения изображений, для сканирования пространства в охранных, измерительных лазерных системах, лазерных системах наблюдения, в том числе, в инфракрасном спектре, а также в других лазерных системах. Простота изобретения позволяет существенно снизить затраты на производство лазерных сканирующих систем, что делает их доступными для массового производства.The invention relates to laser technology and is intended for large-format and high-speed scanning of the laser beam in laser television and video projectors and video cameras for transmitting and receiving flat and three-dimensional video images, and can also be used in laser copying and scanning equipment for transmitting and receiving images, for scanning space in security, measuring laser systems, laser surveillance systems, including in the infrared spectrum, as well as in other laser systems. The simplicity of the invention allows to significantly reduce the cost of manufacturing laser scanning systems, which makes them available for mass production.
Уровень техникиState of the art
Известен способ широкоформатной и высокоскоростной развертки электронного луча в цветных телевизионных кинескопах с частотой строчной развертки 15625 Гц и углом развертки в 110° (В.В. Пясецкий. Цветное телевидение в вопросах и ответах. Минск, Полымя, 1994, рис. V.l). Однако система отклонения электронного луча не годится для развертки лазерного луча.There is a method of large-format and high-speed scanning of an electron beam in color television picture tubes with a horizontal scanning frequency of 15625 Hz and a scanning angle of 110 ° (V.V. Pyasetskiy. Color television in questions and answers. Minsk, Polymya, 1994, Fig. V.l). However, the electron beam deflection system is not suitable for scanning a laser beam.
Известен способ и устройство для отклонения светового луча с помощью колеблющегося зеркала с магнитоэлектрическим приводом (А.с. N° 1756853, G 02 F 1/29. Магнитоэлектрический дефлектор. Бюл. N° 31, 23.08.92.) Недостатком известного способа отклонения светового луча является резкое уменьшение угла развертки с увеличением частоты, что делает невозможным применение данного способа в устройствах для широкоформатной и высокоскоростной развертки лазерного луча в телевизионных проекторах.A known method and device for deflecting a light beam using an oscillating mirror with a magnetoelectric drive (A.S. N ° 1756853, G 02 F 1/29. Magnetoelectric deflector. Bull. N ° 31, 08.23.92.) The disadvantage of this method of deflecting light beam is a sharp decrease in the scan angle with increasing frequency, which makes it impossible to use this method in devices for large-format and high-speed scanning of the laser beam in television projectors.
Известны поверхностные акустические волны (ПАВ) в твердых телах (И.А. Викторов. Звуковые поверхностные волны в твердых телах. M., 1981).Surface acoustic waves (SAWs) in solids are known (IA Viktorov. Sound surface waves in solids. M., 1981).
Поверхностные акустические волны в режиме волнового возбуждения поверхности колеблющейся среды способные при воздействии на лазерный луч проводить его отклонение на высоких частотах (ультразвуковых иSurface acoustic waves in the mode of wave excitation of the surface of an oscillating medium are capable, when exposed to a laser beam, of deflecting it at high frequencies (ultrasonic and
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) гиперзвуковых). Недостатком применения поверхностных акустических волн в отклоняющих системах лазерного луча является небольшой угол отклонения, недостаточный для получения широкоформатного телевизионного изображения.SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) hypersonic). The disadvantage of using surface acoustic waves in deflecting systems of the laser beam is the small deflection angle, insufficient to obtain a widescreen television image.
Сущность изобретения Техническим решением, на достижение которого направлено изобретение, является создание эффективных условий волнового возбуждения колеблющейся среды, достаточной для широкоформатной и высокоскоростной развертки лазерного луча в телевизионных и видеопроекторах и видеокамерах, а также во всевозможных копирующих и сканирующих системах. Реализация предлагаемого изобретения позволяет простыми и дешевыми техническими решениями обеспечить широкоформатную и высокоскоростную развертку лазерного луча в телевизионных и видеопроекторах и видеокамерах, а также во всевозможных копирующих и сканирующих системах.SUMMARY OF THE INVENTION The technical solution to which the invention is directed is to create effective conditions for wave excitation of an oscillating medium sufficient for large-format and high-speed scanning of a laser beam in television and video projectors and video cameras, as well as in all kinds of copying and scanning systems. The implementation of the invention allows simple and cheap technical solutions to provide large-format and high-speed scanning of the laser beam in television and video projectors and video cameras, as well as in all kinds of copying and scanning systems.
Используемый ранее и далее по тексту термин «лaзepный лyч» применяется как более широкое понятие и включает лазерное излучение, а также светодиодное и другие виды световых излучений, поскольку предлагаемый способ и устройство обеспечивают широкоформатную и высокоскоростную развертку любого светового луча, сформированного в результате фокусировки и/или диафрагмирования любого расходящегося светового излучения. Раскрытие изобретенияThe term “laser beam” used earlier and further in the text is used as a broader concept and includes laser radiation, as well as LED and other types of light radiation, since the proposed method and device provide wide-format and high-speed scanning of any light beam generated as a result of focusing and / or iris any divergent light radiation. Disclosure of invention
Указанный технический результат достигается тем, что в способе широкоформатной высокоскоростной развертки лазерного луча путем воздействия на лазерный луч отклоняющей системы в режиме волнового возбуждения колеблющейся среды с градиентной линейной плотностью вещества, преимущественно используют две последовательно сопряженные колеблющееся линейно-протяженные среды с различной линейной плотностью вещества в режиме резонансного возбуждения поперечных колебаний одновременно двух сред, причем режим резонансного согласования поперечных колебаний двух сред устанавливают из условия соотношений между длиной волны колебаний линейных сред и их линейной плотностью вещества:The specified technical result is achieved by the fact that in the method of large-format high-speed scanning of the laser beam by exposing the laser beam to a deflecting system in the mode of wave excitation of an oscillating medium with a gradient linear density of matter, two sequentially coupled oscillating linearly extended media with different linear density of matter are mainly used in the mode resonant excitation of transverse vibrations of two media simultaneously, and the mode of resonant matching echnyh oscillations between two media is set from the condition relations between the oscillation wavelength of the linear media and their linear density substances:
τl где λι - длина волны возбуждения среды с большей линейной плотностью вещества τi в кг/м; λ2 - длина волны возбуждения среды с меньшей линейной ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) плотностью вещества τ2 в кг/м; k - коэффициент, учитывающий различие объемной плотности вещества сред с различной упругостью.τl where λι is the wavelength of the excitation of the medium with a higher linear density of matter τi in kg / m; λ 2 - the wavelength of the excitation of the medium with a smaller linear SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) the density of the substance τ 2 in kg / m; k is a coefficient taking into account the difference in bulk density of the substance of media with different elasticities.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для реализации данного способа отклоняющая система лазерного луча содержит два линейных механически сопряженных полосковых резонатора, причем первый резонатор снабжен возбудителем колебаний и выполнен в виде пластины, на конце которой закреплен второй резонатор, выполненный в виде тонкой упругой полоски длиной соразмерной с кратностью резонансной волны возбуждения λ2 или с ιAλ2, % λг, а все устройство дополнительно снабжено приспособлением для регулировки координаты расположения второго резонатора в зоне прохождения и отклонения лазерного луча.The specified technical result is achieved by the fact that in the device for implementing this method the deflecting system of the laser beam contains two linear mechanically conjugated strip resonators, the first resonator being equipped with an exciter and made in the form of a plate, at the end of which a second resonator is mounted, made in the form of a thin elastic strip length commensurate with the multiplicity of the resonant excitation wave λ 2 or with ι Aλ2,% λg, and the whole device is additionally equipped with a device for adjusting the coordinate p the position of the second resonator in the zone of passage and deviation of the laser beam.
Краткое описание рисунковBrief Description of Drawings
На фиг. 1 представлена схема сопряжения двух линейно-протяженных сред 1 и 2 с различной линейной плотностью вещества с возбудителем 3 поперечных колебаний.In FIG. 1 shows a conjugation scheme of two linearly extended media 1 and 2 with different linear density of a substance with a pathogen 3 of transverse vibrations.
На фиг. 2 представлена схема усиления амплитуды A2 поперечных колебаний в режиме резонансного возбуждения линейно-протяженной среды с меньшей линейной плотностью вещества.In FIG. 2 is a diagram of amplification of the amplitude A 2 of transverse vibrations in the mode of resonant excitation of a linearly extended medium with a lower linear density of the substance.
На фиг. 3 представлена картина возбуждения колебаний линейно- протяженной среды с градиентной плотностью вещество по длине и усилением амплитуды колебаний на конце (хвосте) резонатора.In FIG. Figure 3 presents a picture of the excitation of vibrations of a linearly extended medium with a gradient density of matter along the length and amplification of the oscillation amplitude at the end (tail) of the resonator.
На фиг. 4 представлена схема усиления амплитуды A2 поперечных колебаний линейно-протяженной среды в объеме.In FIG. 4 is a diagram of amplification of the amplitude A 2 of transverse vibrations of a linearly extended medium in a volume.
На фиг. 5 показано совмещение поперечных колебаний линейно- протяженных сред в противофазе в объеме.In FIG. 5 shows the combination of transverse vibrations of linearly extended media in antiphase in volume.
На рис. 6 представлена схема устройства с закреплением на конце первого полоскового резонатора 1 второго полоскового резонатора 2 в виде тонкой упругой полоски длиной соразмерной с кратностью резонансной волны возбуждения λ2 (полноволновой резонатор). На рис. 7 представлена схема устройства с закреплением на конце первого полоскового резонатора 1 второго полоскового резонатора 2 в виде тонкой упругой полоски длиной соразмерной с 3/4 λ2 (тричетвертиволновой резонатор).In fig. 6 is a diagram of the device with the second strip resonator 2 fastened at the end of the first strip resonator 1 in the form of a thin elastic strip with a length commensurate with the multiplicity of the resonance excitation wave λ 2 (full wave resonator). In fig. 7 is a diagram of a device with fastening at the end of the first strip resonator 1 of the second strip resonator 2 in the form of a thin elastic strip commensurate with 3/4 λ 2 (three-quarter-wave resonator).
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) На рис. 8 представлена схема устройства с закреплением на конце первого полоскового резонатора 1 второго полоскового резонатора 2 в виде тонкой упругой полоски длиной соразмерной с 1/4 λ2 (четвертьволновой резонатор).SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) In fig. 8 is a diagram of a device with a second elastic strip resonator 2 mounted at the end of the first strip resonator 1 in the form of a thin elastic strip commensurate with 1/4 λ 2 (quarter-wave resonator).
На рис. 9 показано в разрезе схематично устройство для широкоформатной высокоскоростной развертки лазерного луча.In fig. 9 is a schematic cross-sectional view of an apparatus for wide-format high-speed scanning of a laser beam.
На рис. 10 представлены различные этапы отклонения лазерного луча при угле развертки в 180°.In fig. 10 shows the various stages of deflection of a laser beam at a sweep angle of 180 °.
На фиг. 11 представлено выполнение второго резонатора в виде оптического волновода. На фиг. 12 представлено облегченное выполнение второго резонатора в виде оптического волновода.In FIG. 11 shows a second resonator in the form of an optical waveguide. In FIG. 12 shows a lightweight embodiment of the second resonator in the form of an optical waveguide.
На фиг. 13 представлен сканер с совмещением строчной и кадровой развертки лазерного луча.In FIG. 13 shows a scanner with a combination of horizontal and vertical scanning of a laser beam.
Осуществление изобретения С целью обоснования предлагаемого способа ниже приводятся необходимые пояснения и описание способа и устройства широкоформатной высокоскоростной развертки лазерного луча.The implementation of the invention In order to justify the proposed method, the following are the necessary explanations and description of the method and device widescreen high-speed scanning of the laser beam.
Предлагаемый способ развертки базируется на эффекте усиления амплитуды колебаний в линейно-протяженных средах с градиентной плотностью вещества по длине в режиме резонансного возбуждения поперечных колебаний. Наиболее просто данный способ может быть прокомментирован на примере, когда градиентная плотность вещества изменяется скачком на границе раздела двух сред с различной линейной плотностью вещества. Данный физический эффект был открыт В.С. Леоновым в 1986 году при исследовании колебаний сопряженных линейно-протяженных сред. Простейшим примером линейно- протяженной среды является узкая и тонкая полоска вещества. При возбуждении колебаний такой полоски на резонансной частоте получаем полосковый резонатор, характеризующийся частотой, амплитудой и длиной волны колебаний, а также числом волн, укладывающихся на длине полоскового резонатора в режиме стоячей волны.The proposed scanning method is based on the effect of amplifying the amplitude of oscillations in linearly extended media with a gradient density of a substance along the length in the mode of resonant excitation of transverse vibrations. Most simply, this method can be commented on as an example when the gradient density of a substance changes abruptly at the interface between two media with different linear densities of the substance. This physical effect was discovered by V.S. Leonov in 1986 in the study of oscillations of conjugate linearly extended media. The simplest example of a linearly extended medium is a narrow and thin strip of matter. Upon excitation of vibrations of such a strip at a resonant frequency, we obtain a strip resonator, characterized by the frequency, amplitude and wavelength of the oscillations, as well as the number of waves that fit on the length of the strip resonator in the standing wave mode.
Преимущество полосковых резонаторов по сравнению с эффектами поверхностных акустических волн (ПАВ) в твердых телах заключается в получении значительно большей амплитуды колебаний. Можно рассматриватьThe advantage of strip resonators compared to the effects of surface acoustic waves (SAWs) in solids is to obtain a significantly larger amplitude of oscillations. Can be considered
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) полосковые резонаторы как элемент поверхностной волны, когда поверхность отделена от большого объема твердого тела, усиливая амплитуду колебаний.SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) strip resonators as an element of a surface wave, when the surface is separated from a large volume of a solid, amplifying the amplitude of oscillations.
Но в данном способе используется эффект еще более значительного усиления амплитуды колебаний за счет сопряжения двух линейно-протяженных сред с различной линейной плотностью вещества в режиме резонансного возбуждения поперечных колебаний. На фиг. 1 представлена схема сопряжения двух линейно-протяженных сред 1 и 2 с различной линейной плотностью вещества с возбудителем 3 поперечных колебаний. Под линейной плотностью τ вещества имеется в виду распределение массы вещества по длине полоскового резонатора, которое измеряется в кг/м, в отличие от объемной плотности вещества, измеряемой в кг/м3.But this method uses the effect of an even more significant amplification of the amplitude of the vibrations due to the conjugation of two linearly extended media with different linear density of the substance in the mode of resonant excitation of transverse vibrations. In FIG. 1 shows a conjugation scheme of two linearly extended media 1 and 2 with different linear density of a substance with a pathogen 3 of transverse vibrations. By the linear density τ of the substance is meant the distribution of the mass of the substance along the length of the strip resonator, which is measured in kg / m, in contrast to the bulk density of the substance, measured in kg / m 3 .
Чтобы понять физическую природу усиления амплитуды колебаний в сопряженных линейно-протяженных средах рассмотрим простейший случай резонансного возбуждения поперечных колебаний в двух сопряженных полосковых резонаторах, выполненных в виде пластин и полосок вещества. Даже при одинаковой объемной плотности вещества, пластины и полоски одинаковой ширины, но различной толщины, имеют различную линейную плотность вещества (фиг. 1). Более толстая пластина 1 имеет большую линейную плотность T1, по сравнению с линейной плотностью τ2 более тонкой полоски 2. Пластина 1 и полоска 2 представляют собой линейные среды с различной плотностью вещества τ!>τ2, которая изменяется скачком в месте сопряжения сред, обеспечивая градиент линейной плотности.To understand the physical nature of amplification of the amplitude of vibrations in conjugate linearly extended media, we consider the simplest case of resonant excitation of transverse vibrations in two conjugate strip resonators made in the form of plates and strips of material. Even with the same bulk density of the substance, the plates and strips of the same width, but of different thicknesses, have different linear densities of the substance (Fig. 1). A thicker plate 1 has a higher linear density T 1 , compared with a linear density τ 2 of a thinner strip 2. Plate 1 and strip 2 are linear media with different substance densities τ ! > τ 2 , which changes abruptly at the interface between the media, providing a linear density gradient.
Возбудитель поперечных колебаний 3 (фиг. 1) в режиме резонансного возбуждения пластины 1 приводит ее в колебательное состояние, представленное стоящей волной с длиной λi и амплитудой колебаний Ai. Чтобы возбудить поперечные колебания в тонкой полоске 2 необходимо подобрать режим ее резонансного возбуждения. При отсутствии такого режима поперечные колебания полоски 2 не наблюдаются. Подбор режима резонансного возбуждения производится путем установления строгой длины полоски 2, которую устанавливают из условия соотношений между длиной волны λi и λ2 колебаний линейных сред и их линейной плотностью τi и %г вещества:The causative agent of transverse vibrations 3 (Fig. 1) in the mode of resonant excitation of the plate 1 brings it into an vibrational state represented by a standing wave with a length λi and an amplitude of oscillations Ai. In order to excite transverse vibrations in a thin strip 2, it is necessary to select the mode of its resonant excitation. In the absence of such a regime, transverse vibrations of the strip 2 are not observed. The selection of the resonant excitation mode is carried out by establishing the strict length of the strip 2, which is established from the condition of the relations between the wavelength λi and λ 2 of the oscillations of linear media and their linear density τi and% g of substance:
τlτl
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) В этом случае по длине полоскового резонатора укладывается целое число волн, и среды согласованно входят в режим резонансного возбуждения стоячей волны, образуя узлы 3 и пучности 4 (фиг. 2). Наличие пучностей 4 определяет амплитуду колебаний A2. Если среды имеют различную объемную плотность вещества с различной упругостью, то в математической формуле это учитывается коэффициентом k.SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) In this case, an integer number of waves fit along the length of the strip resonator, and the media consistently enter the resonant excitation of the standing wave, forming nodes 3 and antinodes 4 (Fig. 2). The presence of antinodes 4 determines the amplitude of the oscillations A 2 . If the media have different bulk density of the substance with different elasticities, then in the mathematical formula this is taken into account by the coefficient k.
В режиме резонансного возбуждения двух сопряженных линейно- протяженных сред амплитуда A2 колебаний среды с меньшей линейной плотностью вещества резко возрастает по сравнению с амплитудой A1 (фиг. 2). Это объясняется тем, что большая линейная плотность вещества с большей массой, представленной пластиной 1 передает сильный импульс тонкой полоске 2 с меньшей массой, резко увеличивая амплитуду ее колебаний (эффект хлыста).In the mode of resonant excitation of two conjugate linearly extended media, the amplitude A 2 of the oscillations of the medium with a lower linear density of the substance increases sharply compared to the amplitude A 1 (Fig. 2). This is explained by the fact that a large linear density of a substance with a larger mass represented by a plate 1 transmits a strong pulse to a thin strip 2 with a lower mass, sharply increasing the amplitude of its vibrations (whip effect).
Аналогичный резонатор можно вызвать в непрерывной среде, но с градиентом линейной плотности вещества по длине по типу рыбьего хвоста (ласт), когда волновые колебания всего тела приводят к усилению амплитуды колебаний хвоста (фиг. 3). Однако преимущество отдается эффекту усиления амплитуды колебаний при скачкообразном изменении линейной плотности среды на границе раздела двух сред.A similar resonator can be called up in a continuous medium, but with a linear density gradient of the substance along the length of the type of fish tail (fins), when the wave vibrations of the whole body lead to an increase in the amplitude of the tail vibrations (Fig. 3). However, the advantage is given to the effect of amplification of the amplitude of the oscillations with an abrupt change in the linear density of the medium at the interface between two media.
Для наглядности эффект усиления амплитуды A2 поперечных колебаний линейно-протяженной среды в объеме представлен на фиг. 4, а на фиг. 5 показано совмещение поперечных колебаний линейно-протяженных сред в противофазе, определяя угол поворота плоскости полоски 2 в узле 3 и сильную деформацию среды в пучностях 4.For clarity, the amplification effect of the amplitude A 2 of transverse vibrations of a linearly extended medium in the volume is shown in FIG. 4, and in FIG. 5 shows the combination of transverse vibrations of linearly extended media in antiphase, determining the angle of rotation of the plane of the strip 2 in node 3 and the strong deformation of the medium in antinodes 4.
Имея большие амплитуды колебаний линейно-протяженной среды в области звуковых частот до 20 кГц можно реализовывать различные устройства широкоформатной высокоскоростной развертки лазерного луча. Предлагаемый способ развертки можно использовать как при прохождении лазерного луча в зоне сильной деформации вещества в пучностях 4, так и при отражении лазерного луча в узле 3. В первом случае линейно-протяженная среда 2 должна быть оптически прозрачной и угол преломления луча будет определяться условиями деформации среды, когда меняется коэффициент ее преломления. Во втором случае линейная среда 2 должна обладать свойствами отражения лазерного луча.Having large amplitudes of oscillations of a linearly extended medium in the region of sound frequencies up to 20 kHz, various devices for wide-format high-speed scanning of a laser beam can be realized. The proposed scanning method can be used both when a laser beam passes in a zone of strong deformation of the substance at antinodes 4 and when a laser beam is reflected in a node 3. In the first case, a linearly extended medium 2 must be optically transparent and the angle of refraction of the beam will be determined by the conditions of medium deformation when its refractive index changes. In the second case, the linear medium 2 should have the properties of reflection of the laser beam.
Именно этот случай для режима полного отражения лазерного луча рассмотрен вIt is this case for the regime of total reflection of the laser beam that was considered in
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) качестве примера реализации данного способа широкоформатной высокоскоростной развертки.SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) as an example of the implementation of this method of widescreen high-speed scan.
Но прежде чем описывать конкретное устройство для реализации данного способа развертки необходимо остановиться на его отличительных особенностях. Естественно, что устройство, представленное на фиг. 1, было необходимо для объяснения физических процессов, лежащих в основе данного способа. Важно, чтобы устройство, реализующие данный способ, содержало два линейных механически сопряженных полосковых резонатора. В реальном устройстве все идет по пути его упрощения. Для этого достаточно вызвать резонансные продольные колебания первого полоскового резонатора.But before describing a specific device for implementing this scan method, it is necessary to dwell on its distinguishing features. Naturally, the device of FIG. 1, was necessary to explain the physical processes underlying this method. It is important that the device that implements this method contains two linear mechanically conjugated strip resonators. In a real device, everything is going to simplify it. To do this, it is enough to cause resonant longitudinal vibrations of the first strip resonator.
На фиг. 6 представлена схема устройства с закреплением в зоне 5 на конце первого полоскового резонатора 1 второго полоскового резонатора 2 в виде тонкой упругой полоски длиной соразмерной с кратностью резонансной волны возбуждения λ2 (полноволновой резонатор). В качестве первого полоскового резонатора 1 может быть использована пьезокерамическая пластина или трубка. Поскольку амплитуда колебаний пьезокерамической пластинки незначительна, то это не показано на фиг. 6. Кроме полноволнового полоскового резонатора можно использовать тричетвертиволновой или четвертьволновой резонатор.In FIG. 6 is a diagram of a device with fastening in zone 5 at the end of the first strip resonator 1 of the second strip resonator 2 in the form of a thin elastic strip with a length commensurate with the multiplicity of the resonant excitation wave λ 2 (full-wave resonator). As the first strip resonator 1, a piezoceramic plate or tube can be used. Since the oscillation amplitude of the piezoceramic plate is negligible, this is not shown in FIG. 6. In addition to the full-wave strip resonator, a three-quarter-wave or quarter-wave resonator can be used.
На фиг. 7 представлена схема устройства с закреплением на конце первого полоскового резонатора 1 второго полоскового резонатора 2 в виде тонкой упругой полоски длиной соразмерной с 3/4 λ2 (тричетвертиволновой резонатор).In FIG. 7 is a diagram of a device with fastening at the end of the first strip resonator 1 of the second strip resonator 2 in the form of a thin elastic strip commensurate with 3/4 λ 2 (three-quarter-wave resonator).
На фиг. 8 представлена схема устройства с закреплением на конце первого полоскового резонатора 1 второго полоскового резонатора 2 в виде тонкой упругой полоски длиной соразмерной с 1/4 λ2 (четвертьволновой резонатор). В качестве первого полоскового резонатора 1 может быть использована стальная пластина с внешним электромагнитным (электродинамическим) возбудителем 6 колебаний, установленным в корпусе 7 устройства.In FIG. 8 is a diagram of a device with a second elastic strip resonator 2 mounted at the end of the first strip resonator 1 in the form of a thin elastic strip commensurate with 1/4 λ 2 (quarter-wave resonator). As the first strip resonator 1 can be used a steel plate with an external electromagnetic (electrodynamic) exciter 6 oscillations installed in the housing 7 of the device.
Использование полноволнового, тричетвертиволнового и четвертьволнового полосковых резонаторов нашло свое отражение в формуле изобретения на устройство. Можно использовать, но не столь эффективно, полуволновые резонаторы. Именно наличие полноволнового, тричетвертиволнового и четвертьволнового полосковых резонаторов обеспечивает эффективное согласование первого и второго резонаторов в режиме полного резонанса колебаний. Поскольку резонансная кривая представляет собойThe use of full-wave, three-quarter-wave and quarter-wave strip resonators was reflected in the claims on the device. You can use, but not so efficiently, half-wave resonators. It is the presence of a full-wave, three-quarter-wave, and quarter-wave strip resonators that provides effective matching of the first and second resonators in the mode of full resonance of oscillations. Since the resonance curve is
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) форму колокола, то резонанс, но с меньшей амплитудой, наступает уже при подходе к режиму полноволнового, тричетвертиволнового и четвертьволнового резонанса. В формуле изобретения это отражено словом «пpeимyщecтвeннo», то есть второй резонатор, выполненный в виде тонкой упругой полоски длиной «пpeимyщecтвeннo» соразмерной с кратностью резонансной волны возбуждения λ2 или с 1/4 λ2, 3/4 λ2. Но максимальный эффект проявляется в режиме точного резонанса.SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) bell shape, then resonance, but with a smaller amplitude, occurs already when approaching the regime of full-wave, three-quarter-wave and quarter-wave resonance. In the claims, this is reflected by the word “suitably”, that is, the second resonator, made in the form of a thin elastic strip with a length of “suitably” commensurate with the multiplicity of the resonant excitation wave λ 2 or with 1/4 λ 2 , 3/4 λ 2 . But the maximum effect is manifested in the mode of precise resonance.
Ниже приводится описание устройства, реализующего способ широкоформатной высокоскоростной развертки лазерного луча (фиг. 9). Устройство широкоформатной высокоскоростной развертки лазерного луча включает два полосковых резонатора 1 и 2, внешний возбудитель колебаний 6, корпус 7, приспособление 8 для регулировки координаты расположения второго резонатора в зоне прохождения и отклонения лазерного луча, полупроводниковый лазер 9. Полосковый резонатор 1 выполнен в виде пластины, на конце которой закреплен второй резонатор 2, выполненный в виде тонкой упругой полоски длиной соразмерной с кратностью резонансной волны возбуждения λ2 или с 1/4 λ2, 3/4 λ2. В данном случае на чертеже показан тричетвертиволновой (3/4 λ2) резонатор 2. Второй резонатор 2 может быть выполнен из полностью отражающего свет материала или может быть снабжен отражающим покрытием. Крепление 5 должно обеспечивать плотное контактное соединение резонаторов 1 и 2. Установка луча лазера 9 в область узла 3 второго резонатора 2 производится приспособлением 8 (микрометрическим винтом). Для того, чтобы лазер 9 не мешал развертке луча, оптическая ось лазера установлена под углом к плоскости второго резонатора 2 (сечение B-B, фиг. 9).The following is a description of a device that implements a method for widescreen high-speed scanning of a laser beam (Fig. 9). The device for large-format high-speed scanning of the laser beam includes two strip resonators 1 and 2, an external vibration exciter 6, a housing 7, a device 8 for adjusting the coordinate of the second resonator in the zone of passage and deflection of the laser beam, a semiconductor laser 9. The strip resonator 1 is made in the form of a plate, at the end of which a second resonator 2 is fixed, made in the form of a thin elastic strip with a length commensurate with the multiplicity of the resonant excitation wave λ 2 or with 1/4 λ 2 , 3/4 λ 2 . In this case, the drawing shows a three-quarter-wave (3/4 λ 2 ) resonator 2. The second resonator 2 may be made of a completely light-reflecting material or may be provided with a reflective coating. The mount 5 should provide a tight contact connection of the resonators 1 and 2. The installation of the laser beam 9 in the region of the node 3 of the second resonator 2 is carried out by the device 8 (micrometer screw). In order for the laser 9 not to interfere with the scanning of the beam, the optical axis of the laser is installed at an angle to the plane of the second resonator 2 (section BB, Fig. 9).
Работает устройство широкоформатной высокоскоростной развертки лазерного луча следующим образом. Возбудитель колебаний 6 (в данном случае внешний, но может быть и внутренним) вызывает резонансные поперечные колебания первого полоскового резонатора 1. Колебания первого резонатора 1 передаются второму полосковому резонатору 2 в режиме резонанса и увеличивают амплитуду колебаний второго резонатора. Лазерный луч подводится в область узла 3 второго резонатора 2 и отражаются от его поверхности. Колебания поверхности второго полоскового резонатора 2 относительно области узла 3 обеспечивают широкоформатную и высокоскоростную развертку ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) лазерного луча на частотах до 20 кГц и более при угле отклонения 30..180°. С увеличением частоты развертки угол отклонения луча уменьшается (данная зависимость не приведена).The device operates a large-format high-speed scan of the laser beam as follows. The causative agent of oscillations 6 (in this case, external, but may also be internal) causes resonant transverse vibrations of the first strip resonator 1. The oscillations of the first resonator 1 are transmitted to the second strip resonator 2 in the resonance mode and increase the amplitude of the oscillations of the second resonator. The laser beam is fed into the region of the node 3 of the second resonator 2 and is reflected from its surface. Oscillations of the surface of the second strip resonator 2 relative to the region of the node 3 provide a wide-format and high-speed scan SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) a laser beam at frequencies up to 20 kHz or more with a deflection angle of 30..180 °. With an increase in the sweep frequency, the beam deflection angle decreases (this dependence is not shown).
На рис. 10 представлены различные этапы («a» - «f») отклонения лазерного луча при угле развертки в 180°. На этапе «a» лазерный луч отклонен вправо. В зависимости от фазы колебаний полоскового резонатора 3 лазерный луч непрерывно отклоняется, обеспечивая угол развертки в 180° (позиция «f»). По сравнению с известными системами развертки лазерного луча предлагаемое устройство имеет параметры на порядок выше и позволяет обеспечить широкоформатную и высокоскоростную развертку лазерного луча, достаточную для формирования телевизионного и видеоизображения и видеосигнала. Но главное, предлагаемое устройство является очень дешевым, что позволит обеспечить массовость и конкурентоспособность лазерным проекторам на рынке телеаппаратуры и всевозможным копирующим и сканирующим лазерным устройствам.In fig. 10 shows the various steps (“a” to “f”) of deflecting a laser beam at a sweep angle of 180 °. In step a, the laser beam is deflected to the right. Depending on the phase of oscillation of the strip resonator 3, the laser beam is continuously deflected, providing a sweep angle of 180 ° (position "f"). Compared with the known laser beam scanning systems, the proposed device has parameters an order of magnitude higher and allows providing a wide-format and high-speed scanning of the laser beam, sufficient for the formation of television and video images and video signals. But most importantly, the proposed device is very cheap, which will ensure the mass and competitiveness of laser projectors in the television market and all kinds of copying and scanning laser devices.
На фиг. 11 представлено выполнение второго резонатора 2 в виде оптического световода из упругого материала. Второй резонатор 2, выполненный в виде оптического световода из упругого материала, проходит вдоль или внутри первого резонатора 1, причем неподвижный конец 10 оптического волновода соединен с источником излучения 9 (лазером или светодиодом) посредством стыковочного узла 11 (фиг. Ha). При изготовлении оптического световода преимущественно используются оптоволоконные технологии с плоским или круглым сечением световода. Световой луч от источника излучения 9 поступает на неподвижный конец 10 оптического световода второго резонатора 2 и выходит из его подвижного конца 12 (фиг. Hb). При возбуждении колебаний первого резонатора 1, резонансные колебания второго резонатора 2, выполненного в виде оптического световода из упругого материала, приводят к колебаниям его подвижного конца 12, разворачивая световой луч на определенный угол (в качестве примера на фиг. 1 Ib угол развертки луча показан в 90°). Предлагаемый способ направлен на создание строчной развертки лазерного луча и предусматривает последующую кадровую развертку видимого изображения, которая решается, например, дополнительной установкой системы вращающегося или колеблющегося зеркала на низких частотах 25...100 Гц, не представляя собой технической трудности. В качестве кадровой развертки может ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) быть использовано устройства развертки лазерного луча, представленное на фиг. 7, 8, 9. Для этого устройство строчной развертки состыкуется с устройством кадровой развертки. При этом прописанные строчки видеоизображения должны быть спроецированы в область узла второго резонатора с отражающей поверхностью устройства кадровой развертки.In FIG. 11 shows the implementation of the second resonator 2 in the form of an optical fiber of elastic material. The second resonator 2, made in the form of an optical fiber of elastic material, extends along or inside the first resonator 1, and the fixed end 10 of the optical waveguide is connected to the radiation source 9 (laser or LED) through the docking unit 11 (Fig. Ha). In the manufacture of an optical fiber, fiber-optic technologies with a flat or round cross-section of the fiber are mainly used. The light beam from the radiation source 9 enters the fixed end 10 of the optical fiber of the second resonator 2 and leaves its movable end 12 (Fig. Hb). When the oscillations of the first resonator 1 are excited, the resonant oscillations of the second resonator 2, made in the form of an optical fiber from an elastic material, lead to vibrations of its movable end 12, turning the light beam at a certain angle (as an example in Fig. 1 Ib, the beam scan angle is shown in 90 °). The proposed method is aimed at creating a horizontal scan of the laser beam and provides for the subsequent frame scan of the visible image, which is solved, for example, by additional installation of a rotating or oscillating mirror system at low frequencies of 25 ... 100 Hz, without presenting a technical difficulty. As a frame sweep, a SUBSTITUTE SHEET may (RULE 26) the laser beam scanner shown in FIG. 7, 8, 9. For this, the horizontal scanning device interfaces with the vertical scanning device. In this case, the prescribed lines of the video image should be projected into the region of the node of the second resonator with the reflecting surface of the frame scanning device.
Однако предлагаемый способ позволяет, используя дополнительный полосковый резонатор обеспечить простую кадровую развертку. Для этого первый резонатор строчной развертки устанавливается на дополнительным полосковом резонаторе кадровой развертки. На фиг. 12 представлено облегченное выполнение второго резонатора в виде оптического волновода (А - вид сбоку, В - вид сверху) и представляет собой устройство 15 строчной развертки, включающие герметичный корпус 13 с прозрачным окном 14, первый 1 и второй 2 резонаторы. Первый резонатор 1 изготовлен, например, из пьезокерамической трубки, внутри которой проходит оптический световод, обладающий определенными упругими свойствами, необходимыми для обеспечения колебаний. Подвижный конец 12 световода выполняет функцию второго резонатора 2. Лазерный луч вводится по оптическому световоду, и при возбуждении колебаний первого резонатора 1, колебания второго резонатора 2 в виде подвижного конца оптического световода 12, производят строчную развертку лазерного луча (показано стрелками на В - вид сверху). Герметичный корпус 13 обеспечивает необходимый вакуума, исключающий сопротивление воздуха при колебаниях конца 12 световода.However, the proposed method allows using an additional strip resonator to provide a simple frame scan. For this, the first horizontal resonator is mounted on an additional strip resonator frame scan. In FIG. 12 shows a lightweight implementation of the second resonator in the form of an optical waveguide (A is a side view, B is a top view) and is a horizontal scanning device 15, including a sealed enclosure 13 with a transparent window 14, the first 1 and second 2 resonators. The first resonator 1 is made, for example, of a piezoceramic tube, inside which passes an optical fiber having certain elastic properties necessary to ensure oscillations. The movable end 12 of the fiber acts as a second resonator 2. The laser beam is introduced through the optical fiber, and when the oscillations of the first resonator 1 are excited, the vibrations of the second resonator 2 in the form of the movable end of the optical fiber 12 produce a horizontal scan of the laser beam (shown by arrows in B - top view ) The sealed housing 13 provides the necessary vacuum, eliminating the air resistance during vibrations of the end 12 of the fiber.
На фиг. 13 представлен сканер с совмещением строчной и кадровой развертки лазерного луча (вид сбоку), включающий устройство 15 строчной развертки, дополнительный полосковый резонатор 16, корпус 17, магнитную систему 18, обмотки 19 с сердечником 20, магнита 21, стыковочным оптическим узлом 22, волноводной петлей 23. Дополнительный полосковый резонатор 16 снабжен магнитом 21 и концом закреплен в корпусе 17 сканера. Магнитная система 18 включает обмотку 19 и сердечник 20. Волноводная петля 23 оптического световода 12 соединена со стыковочным оптическим узлом 22. Волноводная петля 23 необходима для изгиба оптического световода при работе сканера. Устройство 15 строчной развертки установлено на дополнительном полосковом резонаторе 16. Поскольку крепление устройства 15 строчной развертки производится через первый резонатор 1 (фиг. 12), то в формуле ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) изобретения отмечено, что «пepвый резонатор установлен на дополнительном полосковом peзoнaтope», не нарушая единство всех пунктов формулы. На фиг. 13 показано, что конец первого резонатора установлен на конце дополнительного полоскового резонатора. Работает сканер следующим образом. Магнитная система 18 воздействуя на магнит 21, возбуждает низкочастотные колебания дополнительного полоскового резонатора 16, на котором установлено устройство строчной развертки 15. Колебания полоскового резонатора 16 определяют угол кадровой развертки по вертикали (показан стрелками на фиг. lЗb). Одновременно устройство строчной развертки 15 обеспечивает строчную развертку лазерного луча по горизонтали. В результате работы сканера обеспечивается строчная и кадровая развертка лазерного луча. Преимуществом предлагаемого сканера является полное отсутствие зеркальных систем, которые применяются в системах кадровой и строчной разверток лазерного луча. Необходимо отметить, что особенности работы данного сканера требуют специальной электронной обработки стандартного видеосигнала для его адаптации к предлагаемой системе строчной и кадровой разверток.In FIG. 13 shows a scanner with a combination of horizontal and vertical scanning of a laser beam (side view), including a horizontal scanning device 15, an additional strip resonator 16, a housing 17, a magnetic system 18, windings 19 with a core 20, magnet 21, a docking optical assembly 22, and a waveguide loop 23. An additional strip resonator 16 is provided with a magnet 21 and the end is fixed in the housing 17 of the scanner. The magnetic system 18 includes a winding 19 and a core 20. The waveguide loop 23 of the optical fiber 12 is connected to the docking optical node 22. The waveguide loop 23 is necessary for bending the optical fiber during the operation of the scanner. The horizontal scanning device 15 is mounted on an additional strip resonator 16. Since the horizontal scanning device 15 is mounted through the first resonator 1 (Fig. 12), then in the formula REPLACEMENT SHEET (RULE 26) inventions noted that the "first resonator is mounted on an additional strip resonator", without violating the unity of all claims. In FIG. 13 shows that the end of the first resonator is mounted at the end of an additional strip resonator. The scanner works as follows. The magnetic system 18 acting on the magnet 21, excites low-frequency vibrations of the additional strip resonator 16, on which the horizontal scanning device 15 is mounted. The oscillations of the strip resonator 16 determine the vertical scanning angle (shown by arrows in Fig. LЗb). At the same time, the horizontal scanning device 15 provides horizontal scanning of the laser beam. As a result of the scanner, line and frame scanning of the laser beam is provided. The advantage of the proposed scanner is the complete absence of mirror systems that are used in systems of vertical and horizontal scanning of the laser beam. It should be noted that the features of this scanner require special electronic processing of a standard video signal to adapt it to the proposed horizontal and frame scanning system.
Предлагаемый способ и устройство могут быть использованы не только для проецирования телевизионного изображения с помощью лазерного луча, но и для записи видеосигнала при сканировании пространства лазерным лучом, снабженным системой строчной и кадровой развертки. Для этого достаточно снабдить систему развертки простейшим фотоприемником, например, фотодиодом. В этом случае система может быть использована как видеокамера для записи видеосигнала. Такая система не требует дополнительного освещения объекта и при использовании полупроводниковых инфракрасных лазеров найдет широкое применение в охранных и других системах наблюдения.The proposed method and device can be used not only for projecting a television image using a laser beam, but also for recording a video signal when scanning a space with a laser beam equipped with a horizontal and vertical scanning system. To do this, it is enough to equip the scanning system with the simplest photodetector, for example, a photodiode. In this case, the system can be used as a video camera to record a video signal. Such a system does not require additional illumination of the object and, when using semiconductor infrared lasers, will find wide application in security and other surveillance systems.
Промышленная применимостьIndustrial applicability
Использование предложенного технического решения обеспечивает создание дешевых цветных телевизионных лазерных проекторов, как для плоского, так и объемного (стереоскопического, а в перспективе - голографического) телевидения. Лазерный проектор характеризуется высочайшим качеством изображения, яркостью и гаммой цветов картинки, представляя собой домашний кинотеатр. Кроме того, данное техническое решение найдет применение для проецирования изображения на рекламных ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) щитах, при проведении презентаций, в шоу-бизнесе, в охранных и других системах.Using the proposed technical solution provides the creation of cheap color television laser projectors, both for flat and surround (stereoscopic, and in the future - holographic) television. The laser projector is characterized by the highest image quality, brightness and color gamut of the picture, representing a home theater. In addition, this technical solution will find application for projecting images on advertising SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) billboards, during presentations, in show business, in security and other systems.
Литература: 1. Пясецкий В.В. Цветное телевидение в вопросах и ответах. Минск, Полымя, 1994, рис. V.1.Literature: 1. Pyasetskiy VV Color TV in questions and answers. Minsk, Polymya, 1994, Fig. V.1.
2. А.с. N° 1756853, G 02 F 1/29. Магнитоэлектрический дефлектор. Бюл. JЧ° 31, 23.08.92.2. A.S. N ° 1756853, G 02 F 1/29. Magnetoelectric deflector. Bull. JCH ° 31, 08/23/92.
3. Викторов И.A.. Звуковые поверхностные волны в твердых телах. M., 1981.3. Viktorov I.A. Sound surface waves in solids. M., 1981.
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) SUBSTITUTE SHEET (RULE 26)
Claims
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006136455 | 2006-10-17 | ||
| RU2006136455/28A RU2330316C2 (en) | 2006-10-17 | 2006-10-17 | Method of large-format high-speed laser-beam scan for transmission and receiving of video- and other images and device to this effect |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2008048145A1 true WO2008048145A1 (en) | 2008-04-24 |
Family
ID=37993902
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2007/000551 Ceased WO2008048145A1 (en) | 2006-10-17 | 2007-10-10 | Wide-screen laser beam sweeping method and device |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2330316C2 (en) |
| WO (1) | WO2008048145A1 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1647627A1 (en) * | 1989-09-23 | 1991-05-07 | А.З.Соларев и В.А.Никашин | Method and device for displaying information on projection screen |
| SU1756853A1 (en) * | 1990-11-01 | 1992-08-23 | Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Радиотехники | Magneto-electric deflector |
| SU1756851A1 (en) * | 1990-08-13 | 1992-08-23 | Центр Научно-Технического Творчества Молодежи "Пеленг" | Scanning device |
| WO2005006052A1 (en) * | 2003-07-14 | 2005-01-20 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Laser beam scanner |
| RU2003124587A (en) * | 2002-08-08 | 2005-02-10 | Кэнон Кабусики Кайся (Jp) | OPTICAL SCANNING DEVICE AND IMAGE FORMING DEVICE USING THE OPTICAL SCANNING DEVICE |
| US20050211781A1 (en) * | 2004-03-24 | 2005-09-29 | Cannon Roger S | Laser scanning unit having a sensor for detecting both start-of-scan and end-of scan positions of a corresponding laser beam |
-
2006
- 2006-10-17 RU RU2006136455/28A patent/RU2330316C2/en not_active IP Right Cessation
-
2007
- 2007-10-10 WO PCT/RU2007/000551 patent/WO2008048145A1/en not_active Ceased
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1647627A1 (en) * | 1989-09-23 | 1991-05-07 | А.З.Соларев и В.А.Никашин | Method and device for displaying information on projection screen |
| SU1756851A1 (en) * | 1990-08-13 | 1992-08-23 | Центр Научно-Технического Творчества Молодежи "Пеленг" | Scanning device |
| SU1756853A1 (en) * | 1990-11-01 | 1992-08-23 | Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Радиотехники | Magneto-electric deflector |
| RU2003124587A (en) * | 2002-08-08 | 2005-02-10 | Кэнон Кабусики Кайся (Jp) | OPTICAL SCANNING DEVICE AND IMAGE FORMING DEVICE USING THE OPTICAL SCANNING DEVICE |
| WO2005006052A1 (en) * | 2003-07-14 | 2005-01-20 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Laser beam scanner |
| US20050211781A1 (en) * | 2004-03-24 | 2005-09-29 | Cannon Roger S | Laser scanning unit having a sensor for detecting both start-of-scan and end-of scan positions of a corresponding laser beam |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2330316C2 (en) | 2008-07-27 |
| RU2006136455A (en) | 2007-03-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9086578B2 (en) | Speckle reduction using screen vibration techniques and apparatus | |
| US7148591B2 (en) | Oscillating device | |
| JP4965284B2 (en) | Optical scanning device and image forming device | |
| US9405121B2 (en) | Image display apparatus and head-mounted display | |
| US9229224B2 (en) | Image display apparatus and head-mounted display | |
| US9170422B2 (en) | Image display apparatus and head-mounted display | |
| KR101180773B1 (en) | Capacitive Comb Feedback for Fast Scan Mirrors | |
| KR100488461B1 (en) | Laser display device | |
| KR101083677B1 (en) | Speckle Contrast Control of Beams | |
| JP6528015B1 (en) | Scanning device | |
| WO2006106837A1 (en) | Optical scanner and method of controlling optical scanner | |
| US20050121522A1 (en) | Inertial drive scanning arrangement and method | |
| US20050241398A1 (en) | Acoustoelectric conversion device | |
| WO2011143834A1 (en) | Laser scan image projector | |
| US10845688B2 (en) | Actuator, optical device, and projector | |
| CN114839764A (en) | Optical fiber scanner and optical fiber scanning module | |
| CN110082928B (en) | Laser speckle dissipating device based on combination of polarization diversity and angle diversity | |
| RU2330316C2 (en) | Method of large-format high-speed laser-beam scan for transmission and receiving of video- and other images and device to this effect | |
| US4744625A (en) | Methods of and apparatus for providing frequency modulated light | |
| KR20020055289A (en) | Polarizing Light Converting Apparatus | |
| JP2007140009A (en) | Image display device | |
| KR100734677B1 (en) | Laser Scanning Display Device | |
| CN118884771A (en) | Periscope camera module | |
| JPS62125319A (en) | pattern drawing device | |
| JP2010054650A (en) | Optical scanner and image recording apparatus |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 07835030 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 07835030 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |