PL189427B1

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11)189427
RZECZPOSPOLITA
POLSKA
(2 1) Num er zgłoszenia:
(22) Data zgłoszenia:
340007
15.10.1998
(86) D ata i num er zgłoszenia międzynarodowego:
Urząd Patentowy
Rzeczypospolitej Polskiej
15.10.1998, PCT/GB98/03097
(87) D ata i num er publikacji zgłoszenia
międzynarodowego:
(13) B1
(51) IntCl7
G02F 1/1347
G09G 3/36
G02B 27/22
22.04.1999, W099/19767,
PCT Gazette nr 16/99
(
5
(30)
4
)
System wytwarzania dynamicznego obrazu do wyświetlania
Pierw szeństw o:
(73)
Holographic Imaging LLC, Birmingham, US
15.10.1997.GB,9721866.3
(43)
Zgłoszenie ogłoszono:
(72)
o udzieleniu p aten tu ogłoszono:
31.08.2005 WUP 08/05
B1
(5 7 )
PL
189427
|
1. System wytwarzania dynamicznego
obrazu do wyświetlania, zawierający źródło
światła oraz pierwszy przestrzenny modulator
światła z przyporządkowaną mu częstotliwością uaktualniania pól obrazu na drodze światła
ze źródła, znamienny tym, że zawiera element
optyki przekaźnikowej (2 2 ) na drodze światła
pomiędzy pierwszym przestrzennym modulatorem (18) światła w celu prowadzenia zmodulowanego światła z niego oraz drugi przestrzenny modulator (24) światła z przypisaną
mu częstotliwością odczytywania pól obrazu na
drodze prowadzonego światła z elementu optyki przekaźnikowej (2 2 ), skonstruowany tak, by
wytwarzać z niego rzeczywisty obraz do wyświetlania, przy czym częstotliwość uaktualniania pól pierwszego przestrzennego modulatora (18) światła jest większa niż częstotliwość
odczytywania pól drugiego przestrzennego
modulatora (24) światła.
Tw órcy w ynalazku:
Carl Brown, Malvern, GB
Maurice Stanley, Malvern, GB
15.01.2001 BUP 01/01
(45)
U praw niony z p aten tu :
(74)
Pełnom ocnik:
Kulikowski Jarosław,
K ULIKO W SKA & KULIKO W SKI
Fig. 2
2
189 427
System wytwarzania dynamicznego obrazu do wyświetlania
Zastrzeżenia
patentowe
1. System wytwarzania dynamicznego obrazu do wyświetlania, zawierający źródło
światła oraz pierwszy przestrzenny modulator światła z przyporządkowaną mu częstotliwością uaktualniania pól obrazu na drodze światła ze źródła, znamienny tym, że zawiera element optyki przekaźnikowej (22) na drodze światła pomiędzy pierwszym przestrzennym modulatorem (18) światła w celu prowadzenia zmodulowanego światła z niego oraz drugi przestrzenny modulator (24) światła z przypisaną mu częstotliwością odczytywania pól obrazu na
drodze prowadzonego światła z elementu optyki przekaźnikowej (22), skonstruowany tak, by
wytwarzać z niego rzeczywisty obraz do wyświetlania, przy czym częstotliwość uaktualniania
pól pierwszego przestrzennego modulatora (18) światła jest większa niż częstotliwość odczytywania pól drugiego przestrzennego modulatora (24) światła.
2. System według zastrz. 1, znamienny tym, że drugi przestrzenny modulator (24)
światła zawiera optycznie adresowany przestrzenny modulator światła.
3. System według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że pierwszy przestrzenny modulator (18) światła służy do tworzenia wielu źródeł światła zmodulowanego ze źródła światła
doprowadzanego do elementu optyki przekaźnikowej (22).
4. System według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że pierwszy przestrzenny modulator (18) światła zawiera wiele przestrzennych modulatorów światła.
5. System według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że pierwszy przestrzenny modulator (18) światła jest adresowany elektrycznie.
6. System według zastrz. 1, znamienny tym, że element optyki przekaźnikowej (22)
prowadzi zmodulowane światło od pierwszego przestrzennego modulatora światła (18) do
drugiego przestrzennego modulatora (24) światła w określonym uprzednio układzie.
7. System według zastrz. 1, znamienny tym, że element optyki przekaźnikowej (22)
moduluje fazę prowadzonego przez siebie światła.
8. System według zastrz. 1 albo 6, albo 7, znamienny tym, że element optyki przekaźnikowej (22) zawiera element soczewkowy.
9. System według zastrz. 8, znamienny tym, że element soczewkowy zawiera pole indywidualnych soczewek.
10. System według zastrz. 1, znamienny tym, że element optyki przekaźnikowej (22)
zawiera rozszczepiacz lub sterownik wiązki.
11. System według zastrz. 1, znamienny tym, że element optyki przekaźnikowej (22)
zawiera maskę cieniową.
12. System według zastrz. 1, znamienny tym, że zmodulowane światło z pierwszego
przestrzennego modulatora (18) światła jest powielane na drugim przestrzennym modulatorze (24) światła przez element optyki przekaźnikowej (22).
13. System według zastrz. 12, znamienny tym, że kopia zmodulowanego światła zawiera wiele obrazów.
14. System według zastrz. 12 albo 13, znamienny tym, że element optyki przekaźnikowej (22) prowadzi powielone zmodulowane światło kolejno w czasie do określonych części
drugiego przestrzennego modulatora (24) światła.
15. System według zastrz. 1, znamienny tym, że liczba pikseli, które mogą być wyświetlane na pierwszym przestrzennym modulatorze (18) światła jest mniejsza niż liczba pikseli, które mogą być wyświetlane na drugim przestrzennym modulatorze (24) światła.
16. System według zastrz. 1, znamienny tym, ze drugi przestrzenny modulator (24)
światła jest ferroelektrycznym ciekłokrystalicznym modulatorem światła.
189 427
3
17. System według zastrz. 1, znamienny tym, że źródłem światła jest źródło światła
niespójnego lub wiele źródeł światła.
*
*
*
Przedmiotowy wynalazek dotyczy systemu wytwarzania dynamicznego obrazu do wyświetlania i ma zwłaszcza, chociaż nie wyłącznie, związek z systemami wykorzystującymi
wyświetlacze ciekłokrystaliczne do stosowania w holografii.
Od dawna znane jest stosowanie technik holograficznych do wytwarzania rzeczywistych trójwymiarowych obrazów obiektu, który ma wszelkie wskazówki dotyczące głębokości, wykorzystywane przez mózg ludzki przy przetwarzaniu w nim obrazu. Konwencjonalnie do wytwarzania hologramu znanymi technikami wykorzystywany jest rzeczywisty trójwymiarowy obiekt.
Znane jest również stosowanie elektronicznych technik holograficznych, które zamiast
opierać się na rzeczywistym trójwymiarowym obiekcie przy wytwarzaniu hologramu opierają
się na wielu płaskich dwuwymiarowych obiektach posiadających właściwe im wskazówki
dotyczące głębokości zakodowane jako intensywność światła lub różnice fazy na ich powierzchni, które można wykorzystać do wytwarzania z nich hologramu.
Ta tak zwana holografia obrazu utajonego wymaga wysokiej jakości emulsji fotograficznych zarówno do zapisywania jak i do odtwarzania hologramów. Aby osiągnąć bardzo
szerokie pole widzenia, które jest pożądane przy takim zobrazowaniu, pożądane jest, by piksele miały wymiar do około 10 nm. Taki wymiar pikseli umożliwia również zapisywanie
z wysoką jakością i barwą oraz wierne odtwarzanie.
Stwierdzono, że byłoby pożądane wytwarzanie raczej dynamicznego niż statycznego
obiektu w miarę możliwości przy użyciu tej techniki holograficznej dwuwymiarowego obiektu. Będzie to możliwe przez zwykłe zastąpienie emulsji fotograficznej przez pewną formę
elektronicznie adresowanego przestrzennego modulatora światła. Mogą one być złożone
z dwuwymiarowych pól elektronicznie adresowanych elementów modulacji światła nazywanych pikselami.
Powyższy pożądany wynik napotyka jednak na problemy, ponieważ podczas gdy konwencjonalne przestrzenne modulatory światła są wytwarzane przy użyciu wielu różnych technik, wszystkie one są obarczone pewnymi problemami. Żaden z konwencjonalnych przestrzennych modulatorów światła nie oferuje możliwości osiągnięcia rozmiarów pikseli poniżej
mikrometra, a rozmiary takie są konieczne dla osiągnięcia żądanego pola widzenia. Ponadto,
żaden nie oferuje liczby pikseli zwykle widzianych w hologramie obrazu utajonego. Mała
rozdzielczość spowodowana małą liczbą pikseli wynika po prostu z aktualnych ograniczeń
technologicznych. Nawet w wiodących systemach wykorzystujących modulatory akustycznooptyczne i bierne adresowane ferroelektryczne modulatory ciekłokrystaliczne maksymalna
liczba pikseli jest ograniczona przez wiele różnych przyczyn. Systemy akustyczno-optyczne są
ograniczone przez szerokość pasma modulacji modulatora akustyczno-optycznego, która
zwykle wynosi kilka MHz. W ferroelektrycznych systemach ciekłokrystalicznych jest to spowodowane możliwością wytworzenia bardzo skomplikowanych urządzeń zobrazowania. Aktualnie osiągnięto 3000 x 2000 pikseli.
Byłoby zatem pożądane mieć możliwość użycia elektronicznie adresowanego modulatora, by zapewnić dynamiczny obraz do wyświetlania i ewentualnie używać go w holografii.
Celem przedmiotowego wynalazku jest zatem przynajmniej zmniejszenie wymienionych powyżej wad.
System wytwarzania dynamicznego obrazu do wyświetlania, zawierający źródło światła
oraz pierwszy przestrzenny modulator światła z przyporządkowaną mu częstotliwością uaktualniania pól obrazu na drodze światła ze źródła, charakteryzuje się tym, ze zawiera element
optyki przekaźnikowej na drodze światła pomiędzy pierwszym przestrzennym modulatorem
światła w celu prowadzenia zmodulowanego światła z niego oraz drugi przestrzenny modulator światła z przypisaną mu częstotliwością odczytywania pól obrazu na drodze prowadzonego światła z elementu optyki przekaźnikowej, skonstruowany tak, by wytwarzać z niego
4
189 427
rzeczywisty obraz do wyświetlania, przy czym częstotliwość uaktualniania pól pierwszego
przestrzennego modulatora światła jest większa niż częstotliwość odczytywania pól drugiego
przestrzennego modulatora światła.
Korzystnym jest, że drugi przestrzenny modulator światła zawiera optycznie adresowany przestrzenny modulator światła, zaś pierwszy przestrzenny modulator światła służy do tworzenia wielu źródeł światła zmodulowanego ze źródła światła doprowadzanego do elementu
optyki przekaźnikowej. Pierwszy przestrzenny modulator światła zawiera wiele przestrzennych modulatorów światła i jest adresowany elektrycznie. Element optyki przekaźnikowej
prowadzi zmodulowane światło od pierwszego przestrzennego modulatora światła do drugiego przestrzennego modulatora światła w określonym uprzednio układzie. Ponadto element
optyki przekaźnikowej moduluje fazę prowadzonego przez siebie światła i zawiera element
soczewkowy, stanowiący korzystnie pole indywidualnych soczewek. Element optyki przekaźnikowej zawiera rozszczepiacz lub sterownik wiązki oraz zawiera maskę cieniową, zaś zmodulowane światło z pierwszego przestrzennego modulatora światła jest powielane na drugim
przestrzennym modulatorze światła przez element optyki przekaźnikowej, przy czym kopia
zmodulowanego światła zawiera wiele obrazów. Element optyki przekaźnikowej prowadzi
powielone zmodulowane światło kolejno w czasie do określonych części drugiego przestrzennego modulatora światła. Liczba pikseli, które mogą być wyświetlane na pierwszym przestrzennym modulatorze światła jest mniejsza niż liczba pikseli, które mogą być wyświetlane
na drugim przestrzennym modulatorze światła. Korzystnie, drugi przestrzenny modulator
światła jest ferroelektrycznym ciekłokrystalicznym modulatorem światła, zaś źródłem światła
jest źródło światła niespójnego lub wiele źródeł światła.
Przy zastosowaniu systemu według wynalazku, obraz wytworzony na drugim przestrzennym modulatorze świetlnym, który pracuje przy dużo mniejszej częstotliwości adresowania niż pierwszy przestrzenny modulator światła, może być skutecznie sterowany przez
działanie pierwszego przestrzennego modulatora światła. Umożliwia to osiągnięcie kompromisu pomiędzy tymczasową informacją dostępną w przestrzennych modulatorach światła
z dużą częstotliwością pól obrazu, a przez to otrzymanie systemu o wysokiej złożoności, działającemu przy mniejszej częstotliwości pól obrazu. Dla fachowców będzie oczywiste, że używane tu określenie złożoność odnosi się do liczby pikseli tworzących siatkę przestrzennego
modulatora światła. Użycie optycznie adresowanego przestrzennego modulatora światła
umożliwia podzielenie na segmenty aktywnego ekranu utworzonego przez siatkę pikseli.
Pierwszy przestrzenny modulator światła może być używany do tworzenia wielu obrazów do
późniejszego użycia w systemie. Ponadto zastosowanie wielu przestrzennych modulatorów
światła w pierwszym przestrzennym modulatorze światła pozwala to na alternatywny sposób
wytwarzania wielu obrazów. Elektryczne adresowanie pierwszego przestrzennego modulatora
światła może być umożliwia wytwarzanie dynamicznego obrazu z dużą prędkością. Poprzez
prowadzenie przez element optyki przekaźnikowej powielonego i zmodulowanego światła,
kolejno w czasie do określonych części drugiego przestrzennego modulatora światła, element
optyki przekaźnikowej może wytwarzać obraz na drugim przestrzennym modulatorze światła
z obrazu dostarczanego przez pierwszy przestrzenny modulator światła. Źródłem światła może korzystnie być źródło światła punktowego. W pewnych okolicznościach źródłem światła
może być wiele indywidualnych źródeł światła, nawet barwnych, albo źródeł światła kolejnych barw.
Ciekłokrystaliczny modulator światła może również sam działać jako źródło światła.
Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładach wykonania na rysunku, na którym pos. 1 przedstawia znane urządzenie do optycznej rekombinacji danych z wielu przestrzennych modulatorów światła, fig. 2 przedstawia schematycznie pierwszy przykład wykonania przedmiotowego wynalazku, fig. 3 przedstawia schematycznie drugi przykład wykonania przedmiotowego wynalazku, fig. 4 przedstawia schematycznie trzeci przykład wykonania
przedmiotowego wynalazku, fig. 5 przedstawia schematycznie czwarty przykład wykonania
przedmiotowego wynalazku, fig. 6 przedstawia schematycznie piąty przykład wykonania
przedmiotowego wynalazku, fig. 7 przedstawia schematycznie szósty przykład wykonania
przedmiotowego wynalazku, fig. 8 przedstawia schematycznie siódmy przykład wykonania
przedmiotowego wynalazku, fig. 9 przedstawia ósmy przykład wykonania przedmiotowego
189 427
5
wynalazku w widoku perspektywicznym, fig. 10 przedstawia schematycznie korzystny przykład wykonania przedmiotowego wynalazku zaś fig. 11 - funkcjonalną reprezentację korzystnych części przykładu wykonania z fig. 10.
Pos. 1 przedstawia znane urządzenie do optycznej rekombinacji światła z wielu przestrzennych modulatorów światła. Źródło 2 światła laserowego wytwarza skolimowaną wiązkę
przechodzącą przez soczewkę 4 i wiele rozszczepiaczy 6 i zwierciadeł 8 do przestrzennych
modulatorów 10 światła, które następnie umożliwiają przechodzenie światła przez końcową
soczewkę ogniskującą 12, by uzyskać w znany sposób holograficzny obraz 14. Aby układ taki
nadawał się do odtworzenia bardzo złożonych, wytworzonych przy dużej rozdzielczości obrazów holograficznych, światło z przestrzennych modulatorów 10 światła (oznaczonych tu
przez SLM) musi zostać poddane rekombinacji optycznej. Fachowcy zauwazą, ze użyte tu
określenie złożoność odnosi się do liczby pikseli w siatce SLM. Przykład pokazany na pos. 1
wykorzystuje równoległą naturę właściwą systemom optycznym. Ponadto złożoność wytwarzanych obrazów holograficznych zwiększa się proporcjonalnie do liczby użytych SLM.
Na fig. 2 pokazano, ze przez zastosowanie źródła światła, tu źródła 16 światła niespójnego, zapewniającego światło przeznaczone do modulowania przez szereg pierwszych przestrzennych modulatorów światła, w tym przykładzie przez elektrycznie adresowane ciekłokrystaliczne modulatory 18 (LC), można uzyskać układ prostszy i zajmujący mniej miejsca.
Zmodulowane światło 20 pochodzące z ciekłokrystalicznych modulatorów 18 przechodzi następnie poprzez elementy optyki przekaźnikowej 22, w tym przykładzie pole soczewek. Widać, że pole soczewek zawiera soczewki wypukłe i służy do ogniskowania zmodulowanego
światła 20 na drugim przestrzennym modulatorze światła, którym w tym przykładzie jest
optycznie adresowany modulator 24. Z prawej strony fig. 2 na prawej powierzchni optycznie
adresowanego modulatora 24 tworzony jest obraz rzeczywisty, który można wykorzystywać w
znany sposób do tworzenia obrazu holograficznego. Jest on oznaczony jako spójne odtworzenie, a fachowcy zauwazą, że odnosi się to do spójnego światła laserowego padającego na powierzchnię rzeczywistego obrazu optycznie adresowanego modulatora 24, by wytworzyć
w konwencjonalny sposób obraz holograficzny.
Zastosowanie w tym przykładzie zmniejszającego układu optycznego służy do zmniejszenia skutecznego rozmiaru każdego piksela w modulatorach SLM, a więc dane są rzucane
z wielu źródeł, to znaczy ciekłokrystalicznych modulatorów 18, które działają z częstotliwością adresowania obrazów znacznie większą niż prędkość adresowania obrazów, z jaką
optycznie adresowany modulator 24 SLM może tworzyć obraz rzeczywisty na optycznie adresowanym modulatorze 24 SLM, nadający się do celów holograficznych. W tym przykładzie
ciekłokrystaliczny modulator 18 zawiera ciekły kryształ z aktywną płaszczyzną tylną na urządzeniu krzemowym, które ma złożoność 320 x 240 pikseli z częstością obrazów powyżej
1 kHz. Optycznie adresowany modulator 24 SLM jest bezpostaciową krzemową warstwą fotoczułą, która moduluje napięcie na odbijającej warstwie ciekłego kryształu i w tym przykładzie ma częstotliwość adresowania obrazów 50 Hz.
W tym przykładzie źródło światła utworzone jest przez komputerowo wytwarzany
dwuwymiarowy obraz fazowo-amplitudowy lub może być samym elektrycznie adresowanym
modulatorem SLM. W rzeczywistości źródłem światła może być nawet ciekłokrystaliczny
modulator 18.
Na fig. 3 pokazano, że źródło 16 niespójnego światła i ciekłokrystaliczne modulatory 18
pozostają, ale element optyki przekaźnikowej 22 w postaci pola soczewek zostało zastąpione
przez inny przekaźnik optyczny, którym jest soczewka ogniskująca 26. Również, podobnie
jak w przykładzie z fig. 2, zaletą takiego układu jest to, że niespójne światło jest użyte do odtworzenia obrazów z ciekłokrystalicznego modulatora 18 na optycznie adresowanym modulatorze 24 LSM. Oznacza to, że wymagania tolerancji optycznej płaskości SLM, dokładności,
z jaką SLM muszą być ustawione na płaszczyźnie i tolerancji lokalizacji wszystkich elementów optycznych w projekcyjnej części systemu są znacznie mniejsze niż w przypadku przykładowego systemu z pos. 1.
Na fig. 4, 5 i 6 pokazano przykłady zastosowania pojedynczego ciekłokrystalicznego
modulatora 18, ale z odmiennymi postaciami przekaźników optycznych. W przykładzie
z fig. 4 przekaźnik optyczny zawiera pole migawkowe 28 na drodze zmodulowanego światła 20
6
189 427
przed elementem optyki przekaźnikowej 22 w postaci pola soczewek. W przykładach tych
optycznie adresowany modulator 24 SLM jest typu ferroelektrycznego, a to umożliwia stosowanie dużej prędkości. Jest to wykorzystywane w tym przykładzie przez projekcję danych ze
źródła 16 światła niespójnego poprzez ciekłokrystaliczne modulatory 18 i pole migawkowe 28
oraz elementy optyki przekaźnikowej 22 w postaci pola soczewek na różne części optycznie
adresowanego modulatora 24 SLM w kolejnych polach czasowych. Pełny układ danych jest
zatem rozszczepiany na pola o liczbie pikseli równej złożoności optycznie adresowanego modulatora 24 SLM. Fachowcy zauważą, że jeżeli ciekłokrystaliczne modulatory 18 mają n pikseli, a pełny obraz wyświetlany ma m pikseli, wówczas liczba pól po n pikseli dla wytworzenia obrazu z m pikseli wynosi
j . Pola te są wyświetlane kolejno w czasie na optycznie
adresowanym modulatorze 24 SLM, przy czym każde pole jest rzucane na inną część optycznie adresowanego modulatora 24 SLM, aby odtworzyć w czasie pełny wzór obrazu. Technika
ta jest znana fachowcom i niezbyt różni się na przykład od analizowania rastrowego używanego w konwencjonalnych telewizorach. Działanie pola migawkowego 28 sterowane jest
przez obwód umożliwiający zrealizowanie tego w znany sposób. W rzeczywistości każdy
element optyki przekaźnikowej 22 jako soczewka pola soczewkowego zobrazuje zmodulowane światło 20 padające na nią na innej części optycznie adresowanego modulatora 24 SLM.
Kiedy obraz jest zmieniany przez ciekłokrystaliczny modulator 18, położenie otwartej migawki pola migawkowego 28 również zmienia się. Przez cykliczne przejście przez sekwencję
różnych obrazów na ciekłokrystalicznym modulatorze 18, które same są synchronizowane
w czasie z otwieraniem różnych pozycji migawek w polu migawkowym 28, zbudowany zostaje duży obraz na optycznie adresowanym modulatorze 24 SLM. Migawki te można równie
dobrze zastąpić odpowiednimi płytkami fazowymi lub przełączanymi płytkami polaryzującymi. Gdyby źródło 16 światła spójnego miało światło spolaryzowane liniowo, a pomiędzy elementem optyki przekaźnikowej 22 w postaci pola soczewek, a optycznie adresowanym modulatorem 24 SLM umieszczona byłaby płytka polaryzująca, wówczas światło byłoby blokowane dla elementu w polu płytek fazowych, który byłby przełączony na działanie jako płytka
półfalowa. Przełączane pole polaryzatorów mogłoby być użyte w podobnym układzie bez
konieczności stosowania drugiego polaryzatora.
W przykładach pokazanych na fig. 5 pole migawek 20 z fig. 4 można zastąpić polem
przełączanych sterowników 30 wiązki. Sterownikiem wiązki w przedstawionych przykładach
jest przełączana siatka dyfrakcyjna o znanej konstrukcji, np. komórka ciekłokrystaliczna
o strukturze włóknistej z siatką utworzoną w fotorezystorze w strukturze powierzchni, która
jest dopasowana do ciekłego kryształu w orientacji bez przełączenia, ale nie wtedy, gdy jest
on przełączony przez pole elektryczne. Fachowcy znają tę technikę, a więc nie trzeba jej tu
dalej opisywać. Alternatywnie sterowniki 30 wiązki mogą być typu zawierającego pole soczewek połączone i zastąpione przełączanym lub nadającym się do zmiany konfiguracji polem
soczewek Fresnela.
Figura 6 wykorzystuje przełączane pole soczewek 32 do utworzenia selektywnego ogniska, by zmodulowane światło 20 przechodziło przez pole 34 otworków szpilkowych. W tym
przykładzie światło z przełączanej pola soczewek 32 może przebiegać poprzez otwór szpilkowy w jej ognisku, a potem obraz jest odtwarzany na optycznie adresowanym modulatorze
24 SLM przez element optyki przekaźnikowej 22 w postaci pola soczewek. W przypadku nieprzełączonej soczewki 32 w polu, którą umożliwia przechodzenie bez ogniskowania padającego na nią światła 20, tylko niewielka część światła będzie przepuszczana przez pole 34
otworków szpilkowych. Możliwe jest tu również pole soczewek 32, które działają tylko na
jedną polaryzację światła, w połączeniu z polaryzatorem liniowym.
Na fig. 7 widać, że w tym przykładzie wykonania optycznie adresowany modulator 24
SLM zawiera optyczną powierzchnię czołową do odbierania światła z elementem optyki
przekaźnikowej 22 w postaci pola soczewek poprzez szereg pikselowanych elektrod 36.
189 427
7
W tym przykładzie warstwa modulująca światło w optycznie adresowanym modulatorze 24
SLM jest dwustabilna, jak w ferroelektrycznym wyświetlaczu ciekłokrystalicznym, tak, że
kiedy napięcie zostanie przyłożone do danego obszaru optycznie adresowanego modulatora 24
SLM, wówczas w warstwę tę wpisywany jest obraz, który pozostaje po usunięciu napięcia.
Ponieważ obrazy są wyświetlane kolejno w czasie na ciekłokrystalicznym modulatorze 18,
zatem synchronicznie przykładane są napięcia do różnych aktywnych obszarów optycznie
adresowanego modulatora 24 SLM.
W przykładzie pokazanym na fig. 8 źródło światła jest źródłem 33 światła spójnego.
Przykład ten nie wymaga żadnych przełączanych elementów optycznych. Obrazy, które są
wyświetlane kolejno w czasie na ciekłokrystalicznym modulatorze 18 ze źródła 38 światła
spójnego mogą same być np. hologramami. Są one obliczone tak, by dać żądany obraz, gdy są
rzucane na optycznie adresowany modulator 24 SLM. Zasadniczo optycznie adresowany modulator 24 SLM nie musi mieć pikselowanych elektrod 36, jednakże w praktyce może to być
potrzebne, by umożliwić usuwanie składowych stałych i niepożądanych plamek dyfrakcyjnych.
Figura 9 przedstawia przykład systemu z fig. 7, ale w widoku perspektywicznym, a nie
schematycznie. Widać tu, że światło ze źródła 16 może przechodzić najpierw przez ciekłokrystaliczny modulator 18, a następnie przez element optyki przekaźnikowej 22 w postaci pola
soczewkowego (pole migawkowe 28 jest niewidoczne) i wreszcie pada na optycznie adresowany modulator 24 SLM. Znów podobnie jak we wszystkich pokazanych tu przykładach wykonania obraz na ciekłokrystalicznym modulatorze 18 może być uaktualniany ze stosunkowo
dużą częstotliwością. Element optyki przekaźnikowej 22, tu w postaci pola soczewkowego
i pola migawkowego 28, powiela obraz wytworzony na ciekłokrystalicznym modulatorze 18
na wejściowej fotoczułej powierzchni czołowej optycznie adresowanego modulatora 24 SLM
w obszarze, którego wymiary są określone przez system optyki przekaźnikowej. Dzieje się
tak, dlatego, ponieważ każdy element optyki przekaźnikowej 22 jako soczewka pola tworzy
unikatowy obraz ciekłokrystalicznego modulatora 1J3 na optycznie adresowanym modulatorze 24 SLM. W systemie optyki przekaźnikowej może również być realizowane powiększanie
obrazu.
W przykładach tych, ponieważ optycznie adresowany modulator 24 SLM jest dwustabilny (tak jak ferroelektryczny ciekły kryształ), każdy segment oznaczony literami od A do I
na fig. 9 w optycznie adresowanym modulatorze 24 SLM kolejno ładuje obraz przez przyłożenie napięcia do elektrody pokrywającej ten segment. Jeden lub więcej segmentów może być
ładowane w jednym okresie zegarowym systemu. Segmenty, które nie mają żadnego napięcia
przyłożonego w danej chwili, nie uaktualniają obrazu do odczytu. Kiedy ciekłokrystaliczny
modulator 18 uaktualnia obraz, wówczas może być również ładowany selektywnie na optycznie adresowany modulator 24 SLM. W taki sposób tworzony jest złożony obraz. Po zakończeniu tworzenia obrazu na optycznie adresowanym modulatorze 24 SLM można go odczytać
przez spójne odtworzenie, jak pokazano na rysunkach. Fachowcy zauważą, że ponieważ częstotliwość adresowania pól ciekłokrystalicznego modulatora 18 jest znacznie większa niż
w przypadku optycznie adresowanego modulatora 24 SLM, zatem przy dużej częstotliwość
pól informacja o średniej złożoności obrazu dostępnego na ciekłokrystalicznym modulatorze 18 jest skutecznie przenoszona do charakterystycznej dla wysokiej złożoności średniej
częstotliwości pól optycznie adresowanego modulatora 24 SLM.
Na fig. 10 przedstawiono korzystny przykład działania przedmiotowego wynalazku.
Źródło światła stanowi argonowy laser 42, a światło z niego jest odbijane od zwierciadła 44
poprzez wirujący rozpraszacz 46. Rozpraszacz ten ma spowodować rozbieżność wiązki światła z lasera 42, tak, że nie będzie on mieć już właściwości źródła punktowego. Rozbieżne
światło 48 z rozpraszacza 46 jest odbijane przez dalsze zwierciadło 50, a następnie przechodzi
przez aperturowy rozpraszacz 52, tak, że pada na pierwszy przestrzenny modulator światła, tu
sterowaną komputerowo ciekłokrystaliczną macierz 54. Elementów sterowania adresującego
tej macierzy 54 nie pokazano, ponieważ są one oczywiste dla fachowców. Pokazano jednak
przewód adresowania 56.
Światło, które przeszło przez i zostało zmodulowane przez macierz 54, przechodzi następnie przez wypukłe soczewki 60 i jest przez nie kolimowane. Następnie przechodzi przez
migawkę 62 i pada na element optyki przekaźnikowej, w tym przypadku pole soczewkowe 64.
8
189 427
W tym przykładzie realizacji pole soczewkowe 64 tworzy dwuwymiarową siatkę, tak, że każda soczewka tego pola jest skorelowana z segmentem drugiego przestrzennego modulatora
światła, na który światło jest podawane z tego pola soczewkowego. W tym przykładzie wykonania drugi przestrzenny modulator światła jest optycznie adresowanym przestrzennym modulatorem 68 światła, który jest w znany sposób sterowany przez generator impulsowy 70.
W miejscu 72 odtworzony zostaje zmniejszony i powielony obraz z macierzy 54. Podobnie jak w poprzednich przykładach, ponieważ częstotliwość adresowania pól macierzy 54
wynosi 1 kHz, a częstotliwość adresowania pól modulatora 68 wynosi 50 Hz, zatem uzyskuje
się dwudziestokrotną różnicę w częstotliwościach adresowania. Uważa się, że przedmiotowy
wynalazek wykorzystuje różnice od czterokrotnej do tysiąckrotnej, a nawet poza tym zakresem.
Optyczny sygnał wyjściowy modulatora 68 jest następnie wykorzystywany w konwencjonalny sposób do utworzenia holograficznego obrazu przy użyciu helowo-neonowego lasera 74
i rozszczepiacza 76 wiązki, by uzyskać holograficzny obraz obiektu (to znaczy macierzy 54).
Obraz ten może być widziany przez kamerę 78. Zrozumiale jest, że we wszystkich powyższych przykładach możliwe jest optyczne zobrazowanie inne niż holograficzne. Wystarczające
będzie dowolne źródło światła spójnego lub niespójnego. Ponadto można stosować źródła
światła barwnego, a nawet źródła światła o kolejno zmieniających się barwach. Ponadto elementy optyki przekaźnikowej mogą same zawierać generator pola dyfrakcyjnego, taki jak
element pola dyfrakcyjnego lub element pola holograficznego. W rzeczywistości element
optyki przekaźnikowej może nawet nie być optyczny. Przykładowo można zastosować system
przenoszenia wiązki elektronów. Oczywiście samo wejście i wyjście elementu optyki przekaźnikowej będzie optyczne.
Figura 11 przedstawia funkcjonalną reprezentację przykładu realizacji z fig. 10. Sterujący komputer osobisty lub inny komputer 80 z cyfrowym interfejsem wejścia/wyjścia służy do
sterowania działaniem całego systemu. Sygnał 82 synchronizacji obrazu jest przesyłany do
interfejsu 84 z pamięcią pola danych. Interfejs 84 jest połączony z komputerem osobistym 80,
tak, aby przesyłać sygnały robocze do macierzy 54.
Sterujący komputer osobisty 80 steruje również działaniem argonowego lasera 42 (służy
do utworzenia obiektu) i helowo-neonowego lasera 74 (służy do wytwarzania obrazu holograficznego). Widać również, że sterujący komputer osobisty 80 działa poprzez odpowiednie
równoległe magistrale komunikacyjne 86 i 88, by sterować działaniem migawki 62 i odpowiednio optycznie adresowanego przestrzennego modulatora 68 światła. Każdy z modułów
sterowania migawki 62 i moduł sterowania optycznie adresowanego przestrzennego modulatora 68 światła ma odpowiednio swe własne równoległe wyjścia 90, 92 danych, tak, że mogą
być adresowane wybrane segmenty pola migawkowego i optycznie adresowanego przestrzennego modulatora światła.
Dla fachowców będzie oczywiste, że chociaż wskazano powyżej, ze elementy optyki
przekaźnikowej prowadzą światło, równie dobrze mogą one modulować fazę światła padającego na nie. Dodatkowo, oczywiste jest, że chociaż w niektórych powyższych przykładach
zastosowano rozszczepiacz wiązki, równie dobrze można zastosować sterownik wiązki.
189 427
9
10
189427
Pos. 1
Fig. 2
Fig. 3
Fig. 4
Fig. 5
189 427
11
Fig. 6
Fig. 7
Fig. 8
Fig. 9
12
189 427
Fig. 10
Fig. 11
Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz.
Cena 4,00 zł.