Патент на изобретение №2172009

(54) ГОЛОГРАФИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ КАК МИНИМУМ ОДНОГО ПУЧКА СВЕТА ЗАДАННОГО СПЕКТРАЛЬНОГО СОСТАВА И ПРОЕКТОР ИЗОБРАЖЕНИЙ, СОДЕРЖАЩИЙ ТАКОЕ УСТРОЙСТВО

(57) Реферат:

Изобретение относится к голографическому устройству формирования как минимум одного пучка света заданного спектрального состава и, в частности, к устройству, предназначенному для проекции изображений, отображаемых на матричном жидкокристаллическом экране. Устройство содержит плоское зеркало, образованное чередующимися прозрачными и отражающими полосами с прямолинейными и взаимно параллельными границами, первую и вторую идентичные отражательные голограммы, порождающие каждая как минимум один дифрагированный пучок заданного спектрального состава, источник света для освещения названных голограмм под углом падения, близким к нормальному, посредством названного зеркала, причем названные голограммы расположены симметрично относительно плоскости названного зеркала так, чтобы быть освещенными посредством прозрачных и отражающих полос соответственно зеркала и так, чтобы пучки, дифрагированные первой и второй голограммами, были бы отражены и пропущены соответственно отражающими и прозрачными полосами соответственно зеркала, чтобы объединиться в сплошной пучок света вышеуказанного спектрального состава. Технический результат: эффективное использование световой энергии, испущенной протяженным источником, компактность, исключение использования растра фильтров, обладание высокой световой эффективностью. 2 с. и 13 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к голографическому устройству формирования как минимум одного пучка света заданного спектрального состава и, в частности, к такому устройству, предназначенному для проекции изображений, отображаемых на матричном жидкокристаллическом экране.

Такое устройство, содержащее источник белого света, объемную фазовую голограмму, освещенную вышеуказанным источником и зарегистрированную таким способом, что на ней происходит разложение света в непрерывный спектр от красного до синего, известно из статьи, названной “Compact Spatio-Chromatic Single-LCD Projection Architecture” Loiseaux и др. (публикация S7-4 конференции ASIA DISPLAY 95, прошедшей в Hamamatsu, Япония, в 1995 году). В результате диспергированный пучок освещает растр цилиндрических микролинз под переменным углом падения, зависящим от длины волны. В фокальной плоскости каждой микролинзы строится спектр падающего света, пространственно распределенный по трем колонкам ячеек напротив микролинзы. Дисперсия голограммы, фокус и шаг растра микролинз выбраны таким образом, чтобы цветовой состав света, освещающего каждую из трех колонок ячеек напротив каждой микролинзы соответствовал красной, зеленой и синей областям спектра соответственно. Названные ячейки – это жидкокристаллические ячейки, образующие часть матричного экрана на таких ячейках. Каждый элемент изображения, формируемого этим экраном, образуется тремя ячейками, или пикселом. Они пропускают или не пропускают свет, идущий от голограммы на объектив, который проектирует увеличенное изображение картинки, отображаемой на экране, на непрозрачную или просвечивающую поверхность наблюдения. Такое устройство позволяет увеличивать долю полезно используемого света, излучаемого источником и освещающего жидкокристаллические ячейки экрана, и, следовательно, яркость изображения, проектируемого на поверхность наблюдения, по сравнению с яркостью, достигаемой в обычных проекторах, содержащих матрицы цветных фильтров, помещенных вплотную к жидкокристаллическому экрану.

Устройство, описанное в вышеупомянутой публикации, может использоваться только с жидкокристаллическими экранами, в которых ячейки, образующие пиксел изображения, для красной, зеленой и синей составляющих выстроены вдоль линии, перпендикулярной к направлению ориентации цилиндрических микролинз в растре. Таким образом, такое устройство не может быть использовано, когда ячейки такого триплета расположены, например, при вершинах треугольника, как это часто встречается.

Наиболее близким по технической сущности является известное из международной заявки на патент WO 92/09915 устройство освещения трехцветного экрана на жидких кристаллах. Для проекции изображения, отображенного на этом экране, такое устройство содержит три ансамбля призм и голограмм, причем голограммы освещены под углом падения 45^o, при котором их угловая селективность высока; каждый ансамбль связан с одной из монохромных компонент изображения. Кроме того, названное устройство содержит систему зеркал для освещения жидкокристаллического экрана излучением, идущим от трех ансамблей. Свет, подвергшийся обработке этими тремя ансамблями, исходит из одного источника, который должен обеспечивать формирование пучка лучей малой расходимости. Следовательно, этот источник должен быть точечным, что предопределяет его малый срок службы и ограниченную мощность. Кроме того, свет, проходящий через три ансамбля, проходит также через многочисленные границы раздела сред и, следовательно, несет потери, вызванные паразитными отражениями от голограмм и от поверхностей призм. Наконец, описанная система является громоздкой и, следовательно, ее включение в проектор, предназначенный для широкого потребления, затруднено.

Задачей настоящего изобретения является реализация голографического устройства (формирования как минимум одного пучка света заданного спектрального состава, которое предназначено, в частности, для использования в проекторах трехцветных изображений с матричным экраном, состоящим из жидкокристаллических ячеек, и свободного от недостатков описанных выше аналогов. Чтобы достигнуть этого, такое устройство должно обеспечивать эффективное использование световой энергии реального, не точечного, источника белого света и минимизировать световые потери на отражение или рассеяние, имея малые габариты, что облегчает его включение в состав проектора изображений.

Задачей настоящего изобретения является также реализация такого устройства, которое было бы совместимо с жидкокристаллическим матричным экраном, в котором ячейки, соответствующие пикселу отображаемого изображения не расположены в линейку, а установлены, например, при вершинах треугольника.

Эти задачи изобретения, а также некоторые другие, которые будут ясны из нижеследующего описания, решаются тем, что, в голографическом устройстве для формирования как минимум одного пучка света заданного спектрального состава, содержащем зеркало и голограммы, зеркало (7) выполнено плоским и образовано смежными, поочередно прозрачными (6_i) и отражающими (5_i) участками, голограммы, являющиеся как минимум первой (4) и второй (4′) выполнены в виде идентичных отражательных голограмм, каждая из которых порождает как минимум один дифрагированный пучок вышеуказанного спектрального состава, устройство также содержит источник света (1) для освещения названных голограмм (4,4′), посредством названного зеркала (7), под углом падения, близким к нормальному, названные голограммы (4,4′) расположены симметрично относительно плоскости названного зеркала (7) так, чтобы быть освещенными посредством прозрачных (6_i) и отражающих (5_i) участков соответственно зеркала (7) и так, чтобы пучки, дифрагированные первой (4) и второй (4′) голограммами были бы отражены и пропущены соответственно отражающими (5_i) и прозрачными (6_i) участками соответственно зеркала (7), чтобы объединиться в сплошной пучок света вышеуказанного спектрального состава.

Задачи решаются также тем, что названные чередующиеся участки зеркала (7) имеют форму полос (5_i, 6_i) с прямолинейными границами, параллельными ребру двугранного угла, ограниченного плоскостями голограмм (4,4′).

Задачи решаются также тем, что названные прозрачные и отражающие участки зеркала (7) расположены в шахматном порядке.

Задачи решаются также тем, что зеркало (7) наклонено к оси пучка света, испущенного источником (1) под углом таким, что пучок света вышеуказанного спектрального состава, который выходит из устройства, значительно наклонен к оси пучка, испущенного источником (1).

Задачи решаются также тем, что оно содержит линзу (2) для коллимации света, идущего от источника (1).

Задачи решаются также тем, что часть пучка, испущенного источником (1), пропущенная или отраженная зеркалом (7), дифрагируется голограммой (4,4′), которую она освещает под углом таким, что она отражается или пропускается соответственно участком (5_i, 6_i) зеркала (7), смежным с тем, который пропустил или отразил соответственно названную часть пучка от источника.

Задачи решаются также тем, что каждая из голограмм (4,4′) формирует как минимум два дифрагированных пучка, имеющие каждый заданный спектральный состав, причем углы дифракции двух пучков таковы, что следы центральных лучей названных дифрагированных пучков в плоскости зеркала (7) лежат на оси одного и того же участка зеркала.

Задачи решаются также тем, что каждая из голограмм (4,4′), кроме того, формирует третий дифрагированный пучок, имеющий заданный спектральный состав; угол дифракции ₁ этого третьего пучка таков, что след его центрального луча в плоскости зеркала (7) лежит на оси участка этого зеркала, ближайшего к участку того же функционального назначения и содержащего следы центральных лучей двух других дифрагированных пучков.

Задачи решаются также тем, что отражающие (5_i) и прозрачные (6_i) участки зеркала (7) имеют ширины l(5_i) и l(6_i) такие, что:
,
,
где L₀ – максимальное расстояние от зеркала (7) до любой одной из голограмм, i – номер рассматриваемого участка (5_i, 6_i), возрастающий от полос 5₀ и 6₀, расположенных на расстоянии L₀ от голограмм, – угол дифракции, измеренный в проекции на плоскость, перпендикулярную зеркалу (7), – угол падения пучка, идущего от источника (1), на это зеркало.

Задачи решаются также тем, что отражающие (5_i) и прозрачные (6_i) участки зеркала (7) имеют ширины l(5_i) и l(6_i), промежуточные между значениями, полученными из формул пункта 7 для углов и ₁ соответственно.

Задачи решаются также тем, что проектор изображений, отображаемых на матричном экране (12) с жидкокристаллическими ячейками (15_R, 15_V, 15_B), помещенном вплотную к растру (13) оптических микролинз, установленных для фокусировки каждой из них как минимум одного пучка света (16_R, 16_V, 16_B) заданного спектрального состава на соответствующей ячейке (15_R, 15_V, 15_B) экрана (12), содержит голографическое устройство по любому из пунктов с 1 по 8 для освещения линз (14_ij) растра (13) как минимум одним пучком света заданного спектрального состава.

Задачи решаются также тем, что в проекторе изображений матричный экран (12) состоит из групп расположенных в линейку ячеек (15_R, 15_V, 15_B), причем каждая группа соответствует элементу изображения, отображенного на экране (12).

Задачи решаются также тем, что в проекторе изображений матричный экран (12) состоит и; групп ячеек (15_R, 15_V, 15_B), расположенных не на одной прямой, причем каждая группа соответствует элементу изображения, отображенного на экране.

Задачи решаются также тем, что в проекторе изображений ячейки (15_R, 15_V, 15_B) каждой группы расположены в конфигурации ““.
Задачи решаются также тем, что в проекторе изображений голографическое устройство формирует три пучка света: красный, зеленый и синий соответственно.

Устройство согласно изобретению находит применение в проекторе изображений, отображаемых на жидкокристаллическом матричном экране, помещенном вплотную к растру оптических микролинз, установленных для фокусировки каждой из них как минимум одного пучка света заданного спектрального состава на соответствующую ячейку экрана; этот проектор включает в себя голографическое устройство согласно изобретению для освещения растра линз как минимум одним пучком света заданного спектрального состава.

Другие характеристики и преимущества настоящего изобретения будут изложены в описании со ссылками на чертежи, на которых представлено следующее:
– фиг. 1 – график, представляющий зависимость угловой селективности отражательной голограммы от угла падения пучка лучей, освещающего голограмму; он используется для объяснения работы устройства согласно данному изобретению,
– фиг.2 – схема устройства согласно изобретению в осевом разрезе,
– фиг.3 – схема проектора изображений, снабженного устройством согласно изобретению.

Из приложенного фиг. 1 ясно, что угловая селективность т.е. угловое отклонение от Брэгговского падения, соответствующее падению КПД отражательной голограммы до уровня 50% своего максимального значения, есть функция, с одной стороны, оптимального угла падения i освещающего голограмму пучка и, с другой стороны, толщины слоя, в котором зарегистрирована вышеуказанная голограмма. Из этого графика вытекает, что угол максимален, когда луч падает по нормали (i=0^o) к плоскости голограммы. Для голограммы толщиной 10 мкм следовательно составляет около 12^o. Это практически означает, что КПД голограммы остается высоким, когда угол падения освещающего голограмму пучка не отклоняется от нормали на угол, превышающий 12^o. Понятно, что такой допуск особенно благоприятен, когда пучок, освещающий голограмму, испущен реальным, не точечным, источником и, следовательно, имеет существенную расходимость, что является наиболее распространенным случаем.

Отметим также, что, как следует из фиг. 1, при падении освещающего голограмму пучка, существенно отличающимся от нормального, угол сильно уменьшается. Так, например, при угле падения i=45^o, соответствующем углу падения, использованном в устройстве, описанном в вышеуказанной заявке на патент WO 92/09915, угловая селективность характеризуется углом порядка 2^o для голограммы толщиной 10 мкм. При таком угле падения для формирования восстанавливающего пучка необходимо использовать существенно менее протяженный и, следовательно, менее мощный источник, чем при нормальном падении. Измерение спектральной селективности голограммы как функции угла падения пучка также показывает, что она почти не меняется при изменении угла падения от i=45^o до нормального падения. Используем отмеченные особенности в устройстве согласно изобретению, которое теперь опишем в связи с рассмотрением фиг. 2.

На этом чертеже схематически представлен источник света 1, который может быть не точечным, излучение этого источника, коллимируемое линзой 2, ось 3 коллимированного пучка, который освещает отражательную голограмму 4 после прохождения между участками 5₁, 5₂ и т.д. в форме полос, отражающих с обеих сторон и заключенных каждая между пропускающими участками 6₁, 6₂ и т.д. в форме полос плоскою зеркала, образованного прозрачной подложкой, на которой закреплены вышеуказанные отражающие полосы. Отражающие полосы также могут быть локализованы между двумя опорными прозрачными пластинами, внешние стороны которых могут пройти противоотражательную обработку. Границы, разделяющие полосы 5_i, и 6_i, прямолинейны и перпендикулярны плоскости фиг. 2.

Согласно изобретению поверхность голограммы 4 перпендикулярна оси 3 пучка, испущенного источником 1. Голограмма 4 зарегистрирована таким образом, что часть светового потока от источника, здесь в виде парциальных пучков, которые проходят через прозрачные участки 6, порождает парциальные дифрагированные пучки, наклоненные под углом дифракции к нормали к поверхности голограммы; этот угол выбран таким образом, чтобы каждый парциальный дифрагированный пучок попадал бы на поверхность отражающей полосы 5_i зеркала 7, смежной с прозрачной полосой 6_i, через которую прошел падающий на голограмму парциальный пучок, породивший этот дифрагированный парциальный пучок.

Парциальные дифрагированные пучки, параллельные направлению оси 8 центрального парциального пучка (см. фиг. 2), отсылаются затем полосами 5_i; зеркала 7 в направлении 9, к выходному устройству (не представленному здесь), например к жидкокристаллическому матричному экрану, как это будет видно из дальнейшего рассмотрения.

Таким образом, устройство согласно изобретению обладает следующими преимуществами. С одной стороны, оно наилучшим образом использует световую энергию, излученную не точечным источником 1, из-за нормального падения пучка 3 на голограмму, но причинам, указанным в связи с анализом фиг. 1. С другой стороны, пучок нулевого порядка, отраженный голограммой 4 в направлении нормали к ней, возвращается обратно к источнику 1, через прозрачные участки 6_i полосчатого зеркала 7, без паразитных отражений этого пучка в устройстве, способных загрязнить полезный пучок 9.

Кроме того, оно имеет значительно меньшие габариты, чем обычное устройство, лишенное полосчатого зеркала 7. Действительно, в этом последнем, при желании сохранить преимущества малой угловой селективности голограмм, освещенных под нормальным углом падения, дифрагированный пучок 8 можно использовать только тогда, когда он достаточно удален от оси 3 падающего пучка, чтобы можно было разместить на пути пучка 8 выходное устройство, такое как, например, матричный экран на жидких кристаллах. Тогда расстояние, разделяющее источник 1 и голограмму 4, должно быть большим. Благодаря полосчатому зеркалу устройства согласно изобретению дифрагированный пучок отсылается в направлении оси 9, сильно наклоненной к оси 3. Тогда этим пучком можно осветить матричный экран на жидких кристаллах, расположенный достаточно близко к зеркалу; расстояние, разделяющее источник 1 и голограмму, может быть уменьшено; эти два фактора позволяют реализовать очень компактное устройство, совместимое, например, с проектором, предназначенным для широкого потребления, как будет видно в дальнейшем.

Ясно, что голограмма 4 устройства, изображенного на фиг. 2, позволяет формировать и направлять в направлении оси 9 только дискретные парциальные пучки, дифрагированные голограммой 4. Во многих случаях использования и особенно в случае, касающемся проекции изображений с матричного экрана на жидких кристаллах, нужно располагать сплошным дифрагированным пучком. Для этого согласно изобретению в устройстве устанавливают вторую голограмму 4′, идентичную голограмме 4; две голограммы располагают в плоскостях, симметричных относительно плоскости полосчатого зеркала 7, при этом ребро двугранного угла, ограниченного плоскостями этих голограмм, параллельно границам, разделяющим прозрачные и отражающие участки зеркала. Таким образом, как представлено на фиг. 2, часть 3 коллимированного светового потока от источника, которая не освещают голограмму 4, отражается от полос 5_i, к голограмме 4′ в направлении 10. Голограмма 4′ посылает обратно в направлении 11 дифрагированные парциальные пучки; эти парциальные пучки проходят через прозрачные полосы 6_i зеркала 7, чтобы заполнить промежутки между парциальными пучками, отраженными в направлении 9, параллельном направлению 11. Понятно, поэтому, что дифрагированный пучок света, выходящий из устройства, является сплошным и имеет везде заданный спектральный состав.

На фиг. 2 зеркало 7 представлено наклоненным под 45^o к оси 3 пучка, испущенного источником 1, в таком случае голограммы 4 и 4′ оказываются расположенными во взаимно перпендикулярных плоскостях. Однако понятно, что наклон зеркала 7 к оси 3 может быть отличным от 45^o, при выполнении условия нормального падения пучков, испущенных источником 1, на голограммы 4 и 4′.

Проектор, изображенный на фиг. 3, включает, по существу, жидкокристаллический матричный экран 12, помещенный вплотную к растру 13 микролинз 14_ij, предназначенному для фокусировки пучков 16_R, 16_V, 16_B красного, зеленого и синего света, соответственно, на соответствующие ячейки экрана 12. Три жидкокристаллические ячейки, такие как 15_R, 15_V, 15_B, сгруппированные в конфигурации , вместе составляют элемент цветного изображения (пиксел); эти ячейки избирательно управляют прохождением через них пучков света 16_R, 16_V, 16_B соответственно к объективу 17, проецирующему свет, пропущенный экраном 12, на непрозрачную или просвечивающую поверхность (не представлена), где формируется увеличенное изображение, наблюдаемое пользователями проектора.

Этот проектор оснащен устройством формирования трех пучков красного, синего и зеленого излучения согласно изобретению, включающем источник света 1, голограммы 4 и 4′ и зеркало 7 устройства, изображенного на фиг. 2. На фиг. 3 схематически показано изменение ширины полос 5_i и 6_i, зеркала 7, которая прогрессивно уменьшается в направлении участков, наименее удаленных от голограмм 4 и 4′, что соответствует уравнениям, приведенным ниже.

Из фиг. 2 вытекает, что расстояние, измеренное вдоль луча, дифрагированного любой одной из голограмм 4, 4′, между его точкой эмиссии с голограммы и его точкой отражения или прохождения через зеркало 7 изменяется в сечении дифрагированного пучка плоскостью чертежа. Из этого следует, что ширина полос 5_i и 6_i не может быть постоянной, принимая в расчет постоянство угла дифракции Показано, что ширины l(5_i) и l(6_i) полос 5_i, и 6ⁱ, задаются следующими выражениями:
,
,
где L₀ – это максимальное расстояние от зеркала до любой одной из голограмм, i – номер рассматриваемой полосы, возрастающий от полос 5₀ и 6₀, расположенных на расстоянии L₀ от голограмм, – угол дифракции, измеренный в проекции на плоскость чертежа, – угол падения пучка 1 на зеркало 7, равный наклону этого зеркала к оси этого пучка.

Опишем работу устройства. Устройство позволяет формировать несколько пучков, света различных спектральных составов, например, пучки красного, зеленого и синего цвета, полезные в случае использования изобретения, который будет упомянут в связи с фиг. 3. Для этого, источник 1 может излучать белый свет и голограммы 4, 4′ могут быть записаны так, чтобы формировать три дифрагированных пучка, например красного, зеленого и синего света; эти пучки дифрагируются по направлениям, которые совпадают в проекции на плоскость чертежа, но которые различаются в проекции на плоскость, перпендикулярную плоскости чертежа (плоскость зеркала 7, например). Понятно, что парциальные пучки трех цветов отражаются или пропускаются одними и теми же полосами зеркала 7. Сформированными таким образом на выходе устройства тремя пучками с копланарными осями можно корректно осветить жидкокристаллические ячейки матричного экрана, в котором пиксел изображения образован тремя линейно расположенными ячейками, управляющими прохождением излучения красного, зеленого или синего цвета, соответственно, к поверхности, на которую проецируется с увеличением изображение, сформированное на жидкокристаллическом экране.

Однако это расположение пучков неприемлемо, когда вышеуказанные ячейки расположены не в линейку а, например, при вершинах треугольника, согласно конфигурации, названной “. Устройство согласно настоящему изобретению применимо для освещения экрана, в котором ячейки расположены в этой конфигурации, как это будет объяснено в связи с рассмотрением фиг. 3, на котором представлена оптическая часть проектора цветных изображений, отображаемых на жидкокристаллическом экране: проектор улучшен включением устройства согласно изобретению.

Из схемы, представленной на фиг. 3 для ячеек 15_R, 15_V, 15_B, например, вытекает, что микролинза 14₁₁ растра 13 фокусирует пучки света 16_R, 16_V, 16_B на ячейках 15_R, 15_V, 15_B соответственно, при этом оси пучков 16_R и 16_V расположены в одной и той же плоскости, пересекающей одну и ту же полосу 5₂, тогда как пучок 16_B распространяется от полосы 5₁ того же функционального назначения, ближайшей к полосе 5₂. Очевидно, что прозрачные полосы 6_i используются таким же образом, что и отражающие полосы 5_i, как показано на чертеже в связи с микролинзой 14₁₄ растра 13. Этот результат достигнут попросту путем задания соответствующего угла дифракции ₁ (см. фиг. 2) излучения синего цвета, на голограммах 4,4′, отличного от углов дифракции пучков красного и зеленого цветов и выбранных так, чтобы пучок 16_B, например, отражался бы от полосы 5₁ тогда как пучки 16_R, 16_V отражались бы от полосы 5₂. Понятно, что таким образом одна и та же микролинза, например 14₁₁, фокусирует пучки красного, зеленого и синего света на три ячейки 15_R, 15_V, 15_B, расположенные в конфигурации , как представлено на фиг. 3. Именно в этом состоит важное преимущество устройства согласно изобретению перед устройством, описанным в публикации конференции ASIA DISPLAY 95, упомянутой выше, которое может быть использовано только вместе с матричными экранами, в которых ячейки, соответствующие одному элементу изображения, расположены в линию. Это расположение, впрочем, совместимо, как было показано выше, с другим способом реализации устройства согласно изобретению.

Из приведенных выше формул вытекает, что ширина l(5_i) или l(6_i) полос зеркала 7 есть функция угла дифракции. При использовании как минимум двух значений этого угла, как в данном случае, когда ячейки расположены в конфигурации , вычисления дают два значения ширины для каждой полосы зеркала. Для нее выбирают значение, промежуточное между двумя рассчитанными значениями, обеспечивая минимальное ухудшение параметров устройства.

Из всего сказанного вытекает, что устройство согласно изобретению обладает искомыми преимуществами, а именно: эффективным использованием световой энергии, испущенной протяженным, то есть не точечным, источником; компактностью, обеспечивающей его совместимость с проекторами, предназначенными именно для широкого потребления, исключением паразитного излучения, вызванного пучками нулевого порядка дифракции используемых голограмм, посредством отражения этого света непосредственно к источнику. Кроме того, устройство согласно изобретению, которое исключает применение растра фильтров, обычно используемых для спектральной селекции излучения, проходящего через ячейки матричного экрана, обладает высокой световой эффективностью, которая обеспечивает формирование с помощью проектора, оборудованного этим устройством, яркого и насыщенного цветного изображения.

Изобретение не ограничено описанными и изображенными способами реализации, которые были приведены только в качестве примеров. Так, например, полосчатое зеркало может быть заменено зеркалом, состоящим из участков, соответственно прозрачных и отражающих, расположенных в шахматном порядке, но в разрезе сохраняющим расположение, представленное на фиг. 2. Участки полосчатого зеркала и парциальные пучки, описанные выше, становятся тогда прерывистыми в направлении, перпендикулярном плоскости фиг. 2 без изменения их свойств и расчета их размеров в проекции на плоскость чертежа.

Можно было бы также, например, полезно использовать возможную высокую спектральную селективность голограмм устройства согласно изобретению и малую угловую селективность этих голограмм, для того чтобы собирать и обрабатывать световой сигнал, идущий от удаленного и подвижного источника, такого как отражатель лазерного излучения, установленный на спутнике.

Формула изобретения

1. Голографическое устройство для формирования как минимум одного пучка света заданного спектрального состава, содержащее зеркало и голограммы, отличающееся тем, что зеркало (7) выполнено плоским и образовано смежными, поочередно прозрачными (6_i) и отражающими (5_i) участками, голограммы, являющиеся как минимум первой (4) и второй (4′) выполнены в виде идентичных отражательных голограмм, каждая из которых порождает как минимум один дифрагированный пучок вышеуказанного спектрального состава, устройство также содержит источник света (1) для освещения названных голограмм (4,4′), посредством названного зеркала (7), под углом падения, близким к нормальному, названные голограммы (4,4′) расположены симметрично относительно плоскости названного зеркала (7) так, чтобы быть освещенными посредством прозрачных (6_i) и отражающих (5_i) участков, соответственно, зеркала (7) и так, чтобы пучки, дифрагированные первой (4) и второй (4′) голограммами были бы отражены и пропущены, соответственно, отражающими (5_i) и прозрачными (6_i) участками, соответственно, зеркала (7), чтобы объединиться в сплошной пучок света вышеуказанного спектрального состава.

2. Голографическое устройство по п.1, отличающееся тем, что названные чередующиеся участки зеркала (7) имеют форму полос (5_i, 6_i) с прямолинейными границами, параллельными ребру двугранного угла, ограниченного плоскостями голограмм (4,4′).

3. Голографическое устройство по п.1, отличающееся тем, что названные прозрачные и отражающие участки зеркала (7) расположены в шахматном порядке.

4. Голографическое устройство по любому из пп.1 – 3, отличающееся тем, что зеркало (7) наклонено к оси пучка света, испущенного источником (1) под углом таким, что пучок света вышеуказанного спектрального состава, который выходит из устройства, значительно наклонен к оси пучка, испущенного источником (1).

5. Голографическое устройство по любому из пп.1 – 4, отличающееся тем, что оно содержит линзу (2) для коллимации света, идущего от источника (1).

6. Голографическое устройство по любому из пп.1 – 5, отличающееся тем, что часть пучка, испущенного источником (1), пропущенная или отраженная зеркалом (7), дифрагируется голограммой (4,4′), которую она освещает под углом таким, что она отражается или пропускается, соответственно, участком (5_i, 6_i) зеркала (7), смежным с тем, который пропустил или отразил, соответственно, названную часть пучка от источника.

7. Голографическое устройство по п.6, отличающееся тем, что каждая из голограмм (4,4′) формирует как минимум два дифрагированных пучка, имеющие каждый заданный спектральный состав, причем углы дифракции двух пучков таковы, что следы центральных лучей названных дифрагированных пучков в плоскости зеркала (7) лежат на оси одного и того же участка зеркала.

8. Голографическое устройство по п.7, отличающееся тем, что каждая из голограмм (4,4′), кроме того, формирует третий дифрагированный пучок, имеющий заданный спектральный состав; угол дифракции ₁ этого третьего пучка таков, что след его центрального луча в плоскости зеркала (7) лежит на оси участка этого зеркала, ближайшего к участку того же функционального назначения и содержащего следы центральных лучей двух других дифрагированных пучков.

9. Голографическое устройство по п.7, отличающееся тем, что отражающие (5_i) и прозрачные (6_i) участки зеркала (7) имеют ширины 1(5_i) и 1(6_i) такие, что


где L_o – это максимальное расстояние от зеркала (7) до любой одной из голограмм;
i – номер рассматриваемого участка (5_i 6_i), возрастающий от полос 5₀ и 6₀, расположенных на расстоянии L_o от голограмм;
– угол дифракции, измеренный в проекции на плоскость, перпендикулярную зеркалу (7);
– угол падения пучка, идущего от источника (1), на это зеркало.

10. Голографическое устройство по п. 8, отличающееся тем, что отражающие (5_i) и прозрачные (6_i) участки зеркала (7) имеют ширины 1(5_i) и 1(6_i), промежуточные между значениями, полученными из формул п.7 для углов и ₁ соответственно.

11. Проектор изображений, отображаемых на матричном экране (12) с жидкокристаллическими ячейками (15_R, 15_V, 15_B), помещенном вплотную к растру (13) оптических микролинз, установленных для фокусировки каждой из них как минимум одного пучка света (16_R, 16_V, 16_B) заданного спектрального состава на соответствующей ячейке (15_R, 15_V, 15_V) экрана (12), отличающийся тем, что он содержит голографическое устройство по любому из пп.1 – 8 для освещения линз (14_ij) растра (13) как минимум одним пучком света заданного спектрального состава.

12. Проектор изображений по п.11, отличающийся тем, что матричный экран (12) состоит из групп расположенных в линейку ячеек (15_R, 15_V, 15_B), причем каждая группа соответствует элементу изображения, отображенного на экране (12).

13. Проектор изображений по п.11, отличающийся тем, что матричный экран (12) состоит из групп ячеек (15_R, 15_V, 15_B), расположенных не на одной прямой, причем каждая группа соответствует элементу изображения, отображенного на экране.

14. Проектор изображений по п.11, отличающийся тем, что ячейки (15_R, 15_V, 15_B) каждой группы расположены в конфигурации ““.

15. Проектор изображений по любому из пп.11 – 14, отличающийся тем, что голографическое устройство формирует три пучка света: красный, зеленый и синий соответственно.

РИСУНКИ

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 08.02.2004

Извещение опубликовано: 10.05.2005 БИ: 13/2005