專利名稱：用于可視化圖像的方法以及用于執(zhí)行該方法的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及信息技術(shù)，特別是用于視頻信息成像的方法和裝置，其旨在用于可視 化三維圖像。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中已知的用于可視化動態(tài)變化的立體(三維)圖像的方法和裝置都是基 于立體效果的各種變型(參見，例如由V.A. Ezhov等提出的優(yōu)先權(quán)日為2006年2月7日 的專利號為RU2，306，678，Cl的俄羅斯專利；以及由V. S. Petrov等提出的優(yōu)先權(quán)日為2001 年1月10曰的專利號為RU2, 189，619，Cl的俄羅斯專利)。這些以及相似的方法和用于執(zhí)行該相似方法的裝置的主要缺點(diǎn)是不便于觀察，并 且在三維圖像的傳輸過程中出現(xiàn)明顯的扭曲。在現(xiàn)有技術(shù)中也已公開用于記錄三維相位全息圖的方法以及用于執(zhí)行該方法的 裝置(參見，例如由V. I. Sukhanov等提出的、優(yōu)先權(quán)日為1997年9月19日的、專利號為 RU2, 168，707，C2的俄羅斯專利)。這些以及相似的方法和用于執(zhí)行該相似方法的裝置的主要缺點(diǎn)是不適于可視化 動態(tài)變化的圖像。就其技術(shù)構(gòu)思來說，權(quán)利要求所要求保護(hù)的方法的最接近的現(xiàn)有技術(shù)是用于可視 化圖像的下述方法，其中寬頻帶光輻射束直接照射在電控的元件(像素)矩陣上，同時，為 像素提供計算出的電壓分布，從而為了觀看圖像而在像素的電流光學(xué)特征中引起期望的 變化(參見，例如由E. S. Dunyashev等提出的優(yōu)先權(quán)日為2004年8月9日的專利號為 RU2, 256，206,Cl的俄羅斯專利)。該方法在于能將由電控的兩維矩陣生成的圖像投影到外 部屏幕中。根據(jù)該技術(shù)構(gòu)思的觀點(diǎn)，用于執(zhí)行所要求保護(hù)的方法的要求保護(hù)的裝置的最接近 現(xiàn)有技術(shù)是用于可視化圖像的屏幕，該屏幕是由對光學(xué)范圍的電磁輻射透明的材質(zhì)制成的 多層裝置(參見由V. I. Kozlovsky和A. A. Kolchin提出的優(yōu)先權(quán)日為1991年12月26日 的專利號為RU2, 064，206，Cl的俄羅斯專利)。最接近現(xiàn)有技術(shù)的裝置是陰極射線管屏幕，隨后被用于在寬大的外部屏幕上顯示 fn息ο對于最接近要求保護(hù)的本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)方法和現(xiàn)有技術(shù)裝置的技術(shù)方案的主 要缺點(diǎn)是，其不適于用于可視化三維圖像。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)效果在于能通過產(chǎn)生合成的三維全息圖實(shí)現(xiàn)靜態(tài)和動態(tài)的三維彩 色圖像的可視化。本發(fā)明還可以用于產(chǎn)生電控的三維相位衍射光柵(合成的全息圖)，在它們的基 礎(chǔ)上，固定顯示器包括用于團(tuán)體觀眾的屏幕以顯示三維視頻電影，還可以包括用于移動裝置的屏幕，以及在汽車、飛機(jī)的擋風(fēng)玻璃上形成的屏幕，其它使得三維彩色圖像可視化的人 工控制裝置，其都能同時用于靜態(tài)和動態(tài)變化的圖像。為了達(dá)到所要求的目的以及實(shí)現(xiàn)所期望的技術(shù)效果，用于可視化圖像的現(xiàn)有技術(shù) 的方法是，其中將寬頻帶光輻射束照射在電控的元件或像素的矩陣上，為所述像素提供電 壓，計算出在矩陣上的電壓分布，從而針對將顯示的圖像產(chǎn)生像素的電流光學(xué)特征中所期 望的變化，而根據(jù)本發(fā)明，同時還將光輻射束直接照射到像素矩陣的堆疊上，其中矩陣設(shè)置 成與另一個彼此平行，矩陣觀看圖像的相同側(cè)被照射，折射率可以作為所有矩陣中像素的 可變的光學(xué)特征。另外，為了達(dá)到所要求的目的以及實(shí)現(xiàn)所期望的技術(shù)效果，用于可視化圖像的現(xiàn) 有技術(shù)的裝置包括屏幕，該屏幕是由對光學(xué)范圍的電磁輻射透明的材料制成的多層結(jié)構(gòu)， 根據(jù)本發(fā)明，多層結(jié)構(gòu)包括間隔的顯示電光效應(yīng)的材料層以及不顯示電光效應(yīng)的透明材料 層，能顯示電光效應(yīng)的所有層彼此之間電絕緣，并將它們中的每一層制造成電控元件或像 素的矩陣。開發(fā)所要求的方法的多個實(shí)施例是在本發(fā)明的框架內(nèi)主張的。在第一個實(shí)施例中，根據(jù)存在像素的數(shù)目和位置，計算所要提供的電壓，從而改變 像素的折射率，所述電壓與在相對束中離散的全息圖像的干涉圖相對應(yīng)。第二個實(shí)施例使用具有尺寸在長度上不超過128納米的側(cè)面的像素，同時具有以 不超過256納米的間隔而設(shè)置的至少2微米總厚度的矩陣的堆疊。要求保護(hù)的用于可視化圖像的裝置的實(shí)施例(實(shí)例)也是在本發(fā)明框架的主張之 內(nèi)。在裝置的第一個實(shí)施例中，多層堆疊具有至少2微米的厚度，而像素具有尺寸不 超過128納米的側(cè)面，顯示電光效應(yīng)的材料層被設(shè)置在間隔不超過256納米的多層堆疊中。在第二個實(shí)施例中，裝置還提供在屏幕外側(cè)上面對屏幕的至少一個寬頻帶光輻射 源。在第三個實(shí)施例中，能顯示電光效應(yīng)的材料的所有層被設(shè)置于有正規(guī)模式的多層 結(jié)構(gòu)中，也就是層之間以恒定間隔進(jìn)行設(shè)置，像素側(cè)面具有等于層之間間隔的一半的尺寸。在另一個實(shí)施例中，顯示電光效應(yīng)的材料的層以層之間50-75納米的間隔被設(shè)置 在多層結(jié)構(gòu)內(nèi)。本發(fā)明還包含其它的變型，其中顯示電光效應(yīng)的每一層材料層的厚度等于像素側(cè) 面的尺寸。本發(fā)明還包括其它的變型，其中顯示電光效應(yīng)的材料層的厚度是在4-15微米范 圍內(nèi)。所主張的本發(fā)明的理念如下所述為了達(dá)到所要求的目的，事實(shí)上發(fā)明人已研究出一種用于合成動態(tài)可控三維相位 全息圖的方法，以及一種用于執(zhí)行該方法的裝置。


在圖1中舉例說明了一組所要求保護(hù)的本發(fā)明，圖1圖示了用于可視化圖像的所 要求保護(hù)的裝置。
具體實(shí)施例方式圖1圖示了屏幕1，所述屏幕1是多層結(jié)構(gòu)，所述多層結(jié)構(gòu)包含間隔的顯示電光效 應(yīng)的材料的層2、和由對光輻射透明及不顯示電光效應(yīng)的材料制成的層3，能顯示電光效應(yīng) 的層彼此之間電絕緣，并將它們中的每一層制成電控元件或像素4的矩陣。附圖還顯示了 在屏幕1的外側(cè)上面對屏幕(面對觀察者)的寬頻帶光輻射源5，以及將源5機(jī)械地連接到 屏幕上的元件6。為了便于解釋本發(fā)明的理念，附圖還顯示了可復(fù)原的(可觀察的)點(diǎn)光源 7 (事實(shí)上為任何可能的復(fù)雜三維圖像元件)，以及通過機(jī)械的耦合元件6來防止觀察者的 眼睛8面對寬頻帶輻射源5的直接照射。用于執(zhí)行所述方法的裝置按如下所述將來自于源5(白光源)的寬頻帶輻射直接 照射在由間隔的層2和3組成的屏幕1上。根據(jù)所要求保護(hù)的方法，用于生成合成的動態(tài) 變化的全息圖的材料優(yōu)選為能夠用于制造電控元件(像素4)矩陣的任意材料，其中折射率 是電控的光學(xué)參數(shù)(可變的光學(xué)特征)。因此，顯示顯著電光效應(yīng)的材料，特別是砷化鎵和 鈮酸鋰，其屬于這種類型的眾所周知的材料，能夠被用在所要求保護(hù)的裝置中。結(jié)果，根據(jù)本發(fā)明制造的裝置的屏幕1是電控相位元件4的三維矩陣。當(dāng)這種屏幕被來自于寬頻帶光輻射源(白光源)1照射時，作為在三維干涉相位光 柵上的衍射結(jié)果，光輻射被部分反射所述光柵是由像素4組成。當(dāng)從裝置反射的輻射進(jìn)入 人的眼睛8中，其就形成了圖像，例如點(diǎn)光源7的圖像，對于觀察者而言。圖像的具體類型 取決于提供給三維像素矩陣的控制電壓分布。如眾所周知的，常見的三維全息圖是通過在兩相干波的相對束中干涉圖像的照相 記錄產(chǎn)生，所述兩相干波的一個稱之為參考波，另一個是來自于全息圖中所記錄的對象。通 過使用波陣面的會聚角以及輻射源的波長來測量合成的干涉圖像的空間頻率，所使用的輻 射源的波長的最大值等于源波長的一半。如果記錄成功，將合成的三維圖像以反射模式用于重建原始對象的圖像，在這種 情況下，鑒于合成的三維干涉圖像的光譜選擇性，可以將寬頻帶源(白光源)作為重建波。所要求保護(hù)的一組技術(shù)方案是在研究三維相位干涉光柵與在相對束中合成的三 維全息圖的相似性時的研究結(jié)果。當(dāng)用經(jīng)典的全息照相術(shù)方法(將對象暴露于光的一個相 干束或多個相干束中，以及在相對束中獲得干涉圖像)記錄干涉圖像時，干涉圖像的實(shí)際 分布可以用于作為關(guān)于需合成的三維干涉光柵的最初信息。計算出的干涉圖像分布也可以 用于作為關(guān)于需合成的三維干涉光柵的最初信息。眾所周知，在最后提及的實(shí)例中，對象的 每一個點(diǎn)可以假定的干涉圖像分布的形式一一對應(yīng)表示(one-to-one)，在之上來自于該點(diǎn) 的輻射和相干輻射束之間交互作用，所述相干輻射束具有與打算用于照亮合成的全息圖的 束的陣面相對應(yīng)的陣面。事實(shí)上，復(fù)原的每個對象點(diǎn)的圖像可由對應(yīng)三維圖像一一表示，所 述三維圖像是在點(diǎn)輻射源和參考波之間干涉的三維圖像(三維菲涅爾帶圖像)。應(yīng)注意到，這里增加了獲取與需合成的干涉圖像的分布有關(guān)的最初信息的可能方 法的描述，用于解釋本發(fā)明的理念，但不是本發(fā)明的主題，也不是實(shí)現(xiàn)預(yù)期技術(shù)效果所必須 的。同樣，獲取關(guān)于電壓分布的信息的方法對于現(xiàn)有技術(shù)的方法和裝置中投影視頻圖像也 不是必須的，所述電壓分布被施加到像素上以形成圖像。為了達(dá)到期望的技術(shù)效果，重要的是使得動態(tài)可控的三維相位結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)設(shè)計中
5相似的相對束中的三維全息圖合成。發(fā)明人已研究出通過堆疊的電控元件矩陣獲得這種全息圖的可能性。發(fā)明人發(fā) 現(xiàn)，著名的采樣定理(kotelnikov定理)其自身的空間模擬可以作為用于合成期望結(jié)構(gòu)的 理論基礎(chǔ)。眾所周知，為了得到離散的時間信號，需要根據(jù)采樣定理按照一定頻率采樣(離 散化)信號，所述頻率是離散信號的最高頻譜成分的至少兩倍。為了達(dá)到這一目的，發(fā)明人 進(jìn)行了理論證明，隨后得到了實(shí)驗(yàn)的支持，假設(shè)干涉圖像的三維顯示也服從最大離散頻率 法則。為了證明這個法則，任意無窮復(fù)雜的三維干涉圖像可以被作為位于三個坐標(biāo)上獨(dú)立 的正弦可變的空間光柵的重疊，即，當(dāng)將在長度單位的大小相反的單位中測得的被稱之為 空間頻譜作為變量時，三維傅立葉表示的形式。在一個簡單形式中，該法則可以用下述術(shù)語的公式表示為了成功地將三維圖像 離散化，需要在每個空間坐標(biāo)上以超過需離散的干涉圖像的最大空間頻譜兩倍的空間頻譜 上使用空間離散步驟，所述干涉圖像是在各自坐標(biāo)上該圖像的投影中進(jìn)行離散化。用發(fā)明人示出的上述方法進(jìn)行數(shù)學(xué)建模的結(jié)果是，關(guān)于可見波長范圍(人眼能看 見的)中可視化圖像的任務(wù)，這表明需將電控矩陣結(jié)構(gòu)構(gòu)造成在層之間形成間隔，所述間 隔不會超過256納米，并且每個矩陣中的像素尺寸不超過128納米。如實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果所示， 為了保留光譜選擇效應(yīng)，合成的三維相位圖像的總厚度為至少2微米。如果將這種結(jié)構(gòu)暴露于寬頻帶光輻射束并且將電壓分布作用于像素，所述電壓分 布對應(yīng)于計算的或記錄的全息圖的期望的離散圖像，位于曝光側(cè)的觀察者將看見復(fù)原的圖 像，所述復(fù)原的圖像是根據(jù)經(jīng)過像素的電壓分布中速度和性質(zhì)的改變而動態(tài)變化。如果將特定的而非隨機(jī)的光輻射源用于復(fù)原圖像，則可以改善通過合成的全息圖 復(fù)原的圖像質(zhì)量。在所要求保護(hù)的裝置的其它實(shí)施例中，裝置還具有位于屏幕的外側(cè)(面 對觀察者)上的特定寬頻帶輻射源?？梢岳斫鉃?，該源被安裝穿過屏幕的孔(觀察的表面) 的邊界，并且被設(shè)計成使屏幕變得清澈，進(jìn)而防止來自該源的輻射直接被觀察者的眼睛看 見。此外，所安裝的任何源具有特定的輻射陣面，所述特定的輻射陣面有利于數(shù)學(xué)建模。事實(shí)上，在這個具體實(shí)施例中，圖像的折射率分布對應(yīng)于記錄點(diǎn)光源干涉結(jié)果的 被復(fù)原的離散圖像，并含有在復(fù)原白光源位置處設(shè)置的其相干源，以及具有相同的輻射陣 面特性，所述折射率分布的圖像在顯示電光效應(yīng)的材料層中形成(通過施加合適的電壓分 布)，用于可視化電輻射源的圖像(事實(shí)上，任意復(fù)雜圖像的一個元件)。為了改善由正規(guī)模式化以及進(jìn)一步降低離散化(在各層之間的間隔和像素尺寸) 而合成的全息圖的質(zhì)量，研究發(fā)現(xiàn)執(zhí)行所要求保護(hù)的方法中所優(yōu)選的是給予下述裝置的實(shí) 施例，在所述裝置中，多層結(jié)構(gòu)中的電控元件矩陣是按正規(guī)模式設(shè)置，即，位于層之間的恒 定間隔，以及具有等于層之間間隔一半尺寸的像素側(cè)面尺寸。根據(jù)實(shí)驗(yàn)已估算出(通過數(shù) 學(xué)建模)，用于維持形成圖像的質(zhì)量特性與微小型化的需求之間所允許的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)的平衡， 優(yōu)選的離散大小為在電控元件矩陣之間的間隔為50-76納米，所述微小型化同時需要在整 個屏幕孔內(nèi)能觀察到的光輻射光譜的整個范圍內(nèi)形成合成的三維圖像。還發(fā)現(xiàn)，所形成的 圖像的最好質(zhì)量特性將可以通過在所有坐標(biāo)上有正規(guī)模式的離散化得到，即，顯示電光效 應(yīng)的每個材料層的厚度等于像素側(cè)面的大小。對復(fù)原圖像的質(zhì)量和形成的層數(shù)目之間的關(guān)系進(jìn)一步研究已經(jīng)表明，在形成圖像 的質(zhì)量特性與微小型化需求之間實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效應(yīng)的平衡，優(yōu)選的顯示電光效應(yīng)層的總厚度為在4-15微米的范圍內(nèi)。 因此，用于可視化圖像所要求保護(hù)的方法，以及執(zhí)行該方法的所要求保護(hù)的裝置， 適于執(zhí)行一組任務(wù)，從而有助于達(dá)到期望的技術(shù)效果。
權(quán)利要求
一種用于可視化圖像的方法，該方法包括當(dāng)將電壓施加到像素上時，將寬頻帶的光輻射束直接照射到電控元件或像素的矩陣上，計算所述矩陣上的電壓分布從而在像素的電流光學(xué)特征中生成期望的變化，并且觀察圖像，其中光輻射束同時直接照射在彼此平行設(shè)置的像素矩陣的堆疊上，所述矩陣在圖像被觀察的一側(cè)被暴露于輻射，折射率被用作在所有矩陣中的像素的可變光學(xué)特征。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中根據(jù)相對的束中存在像素的數(shù)目和位置，計算所 施加的電壓，從而產(chǎn)生對應(yīng)于離散全息圖像的干涉圖像的像素中折射率的變化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中使用的一個像素具有尺寸不超過128納米的像素 側(cè)面，而所述矩陣的堆疊具有至少2微米的總厚度且間隔不超過256納米。
4.一種用于可視化圖像并具有屏幕的裝置，所述屏幕是由在光學(xué)范圍內(nèi)對電磁輻射透 明的材料制成的多層結(jié)構(gòu)，其中所述多層結(jié)構(gòu)包括間隔的顯示電光效應(yīng)的材料層以及不顯 示電光效應(yīng)的透明材料層，能顯示電光效應(yīng)的所有層彼此之間電絕緣，并且它們中的每一 層被設(shè)計成電控元件或像素的矩陣。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其中所述多層結(jié)構(gòu)具有至少2微米的厚度以及一個像 素側(cè)面的尺寸不超過128納米，將顯示電光效應(yīng)的材料層按照間隔不超過256納米而被設(shè) 置在多層結(jié)構(gòu)中。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其中還具有至少一個寬頻帶光輻射源，所述至少一個 寬頻帶光輻射源面對屏幕，并且被設(shè)置在屏幕的外側(cè)上。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其中所有顯示電光效應(yīng)的材料層按照正規(guī)模式都被設(shè) 置在多層結(jié)構(gòu)中，即，在層之間的恒定間隔，像素側(cè)面的尺寸等于層間間隔的一半。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其中顯示電光效應(yīng)的材料層按照層間50-75納米的間 隔被設(shè)置在多層結(jié)構(gòu)中。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其中顯示電光效應(yīng)的材料層的每一層的厚度等于一個 像素側(cè)面的尺寸。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其中，顯示電光效應(yīng)的材料層的總厚度為在4-15微米 的范圍內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明涉及信息技術(shù)，旨在用于可視化三維圖像。本發(fā)明的技術(shù)效果在于構(gòu)造電控的三維相位衍射光柵，并且在其基礎(chǔ)上，屏幕用于顯示三維彩色圖像。一種用于可視化圖像的方法，該方法包括將寬頻帶光輻射束直接照射到電控元件或像素的矩陣上，同時將電壓施加到像素上，計算矩陣上的電壓分布從而在像素的電流光學(xué)特征中產(chǎn)生期望的變化，并且顯示圖像。此外，光輻射束同時直接照射在像素矩陣的堆疊上，其中所述矩陣彼此平行設(shè)置，矩陣被照射的一面是顯示圖像的那一面，折射率被用作所有矩陣中像素的可變光學(xué)特征。一種用于執(zhí)行所要求保護(hù)的方法的裝置，所述裝置包括屏幕，所述屏幕是由對光學(xué)范圍內(nèi)的電磁輻射透明的材質(zhì)制成的多層結(jié)構(gòu)，所述多層結(jié)構(gòu)包括間隔的顯示電光效應(yīng)的材料層以及不顯示電光效應(yīng)的透明材料層，能顯示電光效應(yīng)的所有層彼此之間電絕緣，并將它們中的每一層制造成電控元件或像素的矩陣。
文檔編號G03H1/22GK101939706SQ200880126314
公開日2011年1月5日 申請日期2008年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月3日
發(fā)明者弗拉基米爾·伊斯凡迪亞洛維奇·阿扎洛夫 申請人:弗拉基米爾·伊斯凡迪亞洛維奇·阿扎洛夫