RU2792577C1

RU2792577C1 - Method for forming three-dimensional moving images with light scattering

Info

Publication number: RU2792577C1
Application number: RU2021130696A
Authority: RU
Inventors: Александр Николаевич Грузинцев
Filing date: 2021-10-20
Publication date: 2023-03-22

Abstract

FIELD: imaging.

SUBSTANCE: invention relates to a method for forming three-dimensional moving images by scattering light. The method includes scanning the surface of an object with two beams of unfocused laser radiation, excitation of metastable states of an impurity that scatter visible light, and registration of radiation from a scattering medium. The excitation of metastable states of the impurity is carried out by absorption of one photon of infrared light in a scattering medium of microparticles of a transparent composite containing erbium ions at the intersection point of two laser beams. As laser sources, at least two different continuous lasers with scanning systems are taken, located near the composite medium, at different angles to it. To form an image profile, a plurality of scattering points of intersection of two laser beams obtained during the scanning process is used.

EFFECT: providing the possibility of obtaining three-dimensional opaque images of the surface of bodies with a high spatial resolution and a scanning speed sufficient to achieve a television shooting mode.

3 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области трехмерного видения, а именно приборов, предназначенных для получения трехмерных цветных движущихся изображений объектов в видимом диапазоне спектра, и может быть использовано как в приборах кино, так и телевидения.The invention relates to the field of three-dimensional vision, namely, devices designed to obtain three-dimensional color moving images of objects in the visible range of the spectrum, and can be used both in cinema and television devices.

Кинопроекторы и телевизионные приемники изображения объектов существуют в самых разных формах выполнения и размерах. При этом, как правило, во всех случаях получается двухмерное изображение на поверхности экрана. Даже так называемое современное 3Д-кино на самом деле всего лишь стереоскопическое, дает два плоских изображения отдельно для левого и правого глаза и не имеет никакого отношения к реальному трехмерному объекту, который всегда можно рассмотреть не только с одной, а со всех сторон. Единственной реальной картиной может служить голограмма, в которой тоже не существует вида сзади. Имеется лишь трехмерная картина объекта спереди, и мы как бы рассматриваем его через окно, которым является сама голограмма. Однако, голограммы возможны лишь для неподвижных объектов (например, экспонатов в музее), и невозможно создание подвижных голографических фильмов из-за технической сложности записи цветных голограмм (голографическая кинопленка должна быть объемной и большой по площади, источники света когерентными, а время записи одной картинки достаточно долгим).Movie projectors and television image receivers exist in a wide variety of shapes and sizes. In this case, as a rule, in all cases, a two-dimensional image is obtained on the surface of the screen. Even the so-called modern 3D cinema is actually only stereoscopic, it gives two flat images separately for the left and right eyes and has nothing to do with a real three-dimensional object, which can always be viewed not only from one, but from all sides. The only real picture can be a hologram, in which there is also no rear view. There is only a three-dimensional picture of the object in front, and we kind of look at it through a window, which is the hologram itself. However, holograms are possible only for stationary objects (for example, exhibits in a museum), and it is impossible to create moving holographic films due to the technical complexity of recording color holograms (holographic film must be voluminous and large in area, light sources are coherent, and the recording time of one picture long enough).

Таким образом, для трехмерного изображения мы должны иметь объемную, а не плоскую среду, в которой создается картинка.Thus, for a three-dimensional image, we must have a three-dimensional, and not a flat, environment in which the image is created.

Так авторы изобретения (RU №2004105518/28, МПК G03B 21/56, опубликовано 26.02.2004) предложили проецировать изображение на поверхность экрана, выполненного в виде полого тела, ограниченного полупрозрачной диффузно-рассеивающей оболочкой, внутри которой размещен, по меньшей мере, один источник видеоинформации, оптически связанный с экраном. В результате создается видимость объемного изображения. При этом полое тело должно иметь форму шара, эллипса, цилиндра, конуса или тела заданной формы. Ясно, что для точности воспроизведения телекартины форма тела-экрана должна каждый раз совпадать с реальным объектом, что невозможно для множества меняющихся во времени изображений, движущихся тел и т.д. в кинофильме.So the authors of the invention (RU No. 2004105518/28, IPC G03B 21/56, published on February 26, 2004) proposed to project an image onto the screen surface, made in the form of a hollow body, limited by a translucent diffuse-scattering shell, inside which is placed at least one a source of video information optically connected to the screen. As a result, the appearance of a three-dimensional image is created. In this case, the hollow body must have the shape of a ball, ellipse, cylinder, cone, or body of a given shape. It is clear that for the accuracy of reproduction of the television picture, the shape of the body-screen must each time coincide with the real object, which is impossible for many images that change in time, moving bodies, etc. in a movie.

Известны способы получения изображений на плоском экране не проецированием всей картинки или кадра, а рисованием ее с помощью электронного или лазерного луча. Рисование электронным лучом происходит при построчном сканировании кадров в телевизорах с катодной трубкой, которое было применено в первых телевизорах начала 30-х годов прошлого века. Рисование лазерным лучом описано авторами изобретения «ЛАЗЕРНЫЙ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ» (RU №95109291/09, МПК H04N 5/74, опубл. 10.05.1997). Сущность изобретения: в пространство с помощью импульсного лазерного устройства генерируют узкий когерентный световой пучок, который построчно сканируют по отражающему экрану в границах заданного кадра. При этом одновременно принимают импульсы видеосигналов, а генерацию каждого импульса лазерного излучения производят в момент поступления очередного импульса видеосигнала. Кроме того, одновременно можно регулировать интенсивность излучения в каждом импульсе в соответствии с интенсивностью поступающего видеосигнала. Таким образом, в данном способе вместо электронного луча предлагается сканировать по экрану лазерный луч, что, несомненно, позволит увеличить площадь экрана и устранить сложную вакуумную систему электронно-лучевой трубки. Можно использовать лазеры трех основных цветов (красный, зеленый и синий) для получения цветного изображения и сканирование каждого из них по экрану. Другой вариант - использовать экран с покрытием из трех люминофоров разного цвета, а сканирование осуществлять ультрафиолетовым лазером, последовательно возбуждающим люминесценцию этих люминофоров (RU №20081188978, МПК H01S 3/18, опубликовано 27.08.2009).There are known methods for obtaining images on a flat screen not by projecting the entire picture or frame, but by drawing it using an electronic or laser beam. Electron beam drawing occurs during line-by-line scanning of frames in televisions with a cathode tube, which was used in the first televisions of the early 30s of the last century. Drawing with a laser beam is described by the authors of the invention "LASER IMAGE OBTAINING METHOD" (RU No. 95109291/09, IPC H04N 5/74, publ. 10.05.1997). The essence of the invention: a narrow coherent light beam is generated into space using a pulsed laser device, which is scanned line by line on a reflective screen within a given frame. In this case, pulses of video signals are simultaneously received, and the generation of each pulse of laser radiation is carried out at the moment of arrival of the next pulse of the video signal. In addition, the intensity of radiation in each pulse can be simultaneously adjusted according to the intensity of the incoming video signal. Thus, in this method, instead of an electron beam, it is proposed to scan a laser beam across the screen, which will undoubtedly increase the screen area and eliminate the complex vacuum system of the cathode ray tube. It is possible to use lasers of three primary colors (red, green and blue) to produce a color image and scan each of them across the screen. Another option is to use a screen coated with three phosphors of different colors, and scanning is carried out with an ultraviolet laser that sequentially excites the luminescence of these phosphors (RU No. 20081188978, IPC H01S 3/18, published 08/27/2009).

Недостатком указанного аналога является то, что всегда при рисовании лучом на плоской поверхности получается лишь двумерное плоское изображение. Можно предположить, что если рисовать изображение лазером не на плоском экране, а в объемной среде, то создается возможность получения реального трехмерного изображения движущихся объектов как в масштабе один к одному, так и с пропорциональным уменьшением или увеличением их размеров.The disadvantage of this analogue is that always when drawing with a beam on a flat surface, only a two-dimensional flat image is obtained. It can be assumed that if you draw an image with a laser not on a flat screen, but in a volumetric medium, then it becomes possible to obtain a real three-dimensional image of moving objects both on a one-to-one scale and with a proportional decrease or increase in their size.

Известен способ формирования 3Д изображений, который включает обработку прозрачного или малопрозрачного твердого материала изделия импульсным одномодовым лазерным излучением в видимом диапазоне длин волн и с частотой следования лазерных импульсов не менее чем 10 кГц (RU №2001130323/28, МПК В44С 5/00, С03С 23/00, опубликовано 27.12.2004). Изображение формируется в виде совокупности точек перемещающегося фокуса лазера в толще указанного материала без нарушения его поверхности. Каждую отдельную точку изображения формируют с помощью пакета импульсов. Устройство содержит лазер с блоком питания и управления лазером, с которым соединен компьютер, фокусирующую систему с телецентрическим фокусирующим объективом, телескопическую оптическую систему, размещенную на выходе указанного лазера, высокоскоростную систему сканирования поля изображения, размещенную по оси излучения между указанными телескопической и фокусирующей системами, и контроллер, соединенный с указанной высокоскоростной системой сканирования и с компьютером. Обеспечивается формирование объемных изображений в условиях движущегося конвейера, а также уменьшение энергозатрат и увеличение ресурса оптических элементов, используемых в устройстве. Изобретение относится к способам получения неподвижных объемных изображений в толще стекла или кварца, в частности к способам, разрушающим материал среды в точке фокусирования лазера, которая и дает элемент объемного изображения в виде пузырьковых дефектов в куске материала со шлифованными поверхностями. При этом, в данном случае сканирование точки фокуса в той или иной области объема рисует объемную форму от задней ее поверхности к передней. Подвижное изображение или смена объемных картинок в данном способе получены быть не могут именно из-за разрушающего однократного метода записи объекта. Однако, если в качестве объемной среды взять, например, прозрачную жидкость (воду), а мощность лазера подобрать так, что в фокусе начинается процесс закипания ее, то, в принципе, возможно создание стирающихся изображений, т.к. локальное кипение перестает при перемещении фокуса лазера. В этом случае возможно получение движущихся объемных изображений при достаточно быстром процессе лазерного сканирования.A known method of forming 3D images, which includes processing a transparent or semi-transparent solid material of the product with pulsed single-mode laser radiation in the visible wavelength range and with a repetition rate of laser pulses of at least 10 kHz (RU No. /00, published 12/27/2004). The image is formed in the form of a set of points of the moving focus of the laser in the thickness of the specified material without disturbing its surface. Each individual point of the image is formed using a burst of pulses. The device contains a laser with a power supply and laser control unit, to which a computer is connected, a focusing system with a telecentric focusing lens, a telescopic optical system located at the output of the specified laser, a high-speed image field scanning system located along the radiation axis between the specified telescopic and focusing systems, and a controller connected to said high speed scanning system and to a computer. Provides the formation of three-dimensional images in a moving conveyor, as well as a reduction in energy consumption and an increase in the resource of optical elements used in the device. The invention relates to methods for obtaining still volumetric images in the thickness of glass or quartz, in particular to methods that destroy the material of the medium at the laser focusing point, which gives a volumetric image element in the form of bubble defects in a piece of material with polished surfaces. At the same time, in this case, scanning the focal point in a particular area of the volume draws a three-dimensional shape from its back surface to the front. A moving image or a change of three-dimensional images in this method cannot be obtained precisely because of the destructive single method of recording an object. However, if we take, for example, a transparent liquid (water) as a volumetric medium, and select the laser power so that the process of boiling it begins at the focus, then, in principle, it is possible to create erasable images, because local boiling ceases when the laser focus is moved. In this case, it is possible to obtain moving volumetric images with a sufficiently fast laser scanning process.

Недостатком указанного аналога является достаточно медленный тепловой процесс закипания и образования пузырька пара в локальном месте объема воды, что не позволяет реализовать покадровую развертку изображения 24 кадра в секунду, необходимую для телевизионных систем. При этом, образовавшийся локальный пузырек пара может не схлопнуться в этом же месте, а начать всплывать вверх, размазывая изображение. Кроме того, перестраивать пространственное положение фокуса лазерного луча с такой большой частотой по трем координатам тоже проблематично.The disadvantage of this analog is the rather slow thermal process of boiling and the formation of a vapor bubble in the local area of the water volume, which does not allow for frame-by-frame scanning of the image of 24 frames per second, which is necessary for television systems. In this case, the formed local vapor bubble may not collapse in the same place, but start to float up, smearing the image. In addition, it is also problematic to rearrange the spatial position of the laser beam focus with such a high frequency along three coordinates.

Наиболее близким способом и устройством получения трехмерных изображений объекта, принятым за прототип, является способ (изобретение US №2004227694 A1, Sun Xiao Dong, Liu Jian Qiang, опубл. 18.11.2004), где поставленная задача достигается за счет облучения люминесцирующей объемной среды инфракрасным лазерным светом, включающего облучение светящейся в видимой области среды узконаправленным лазерным невидимым излучением, новизна которого заключается в том, что облучение осуществляют инфракрасным излучением с двумя различными длинами волн в спектральном диапазоне от 700 нанометров до двух микрометров, а в качестве источников инфракрасного света берут два различных лазера, расположенных рядом или внутри светящейся среды с возможностью сканирования оптической осью лазерного луча обоих лазеров в пространстве. В точке пересечения лазерных лучей возникает последовательное поглощение двух разных ИК фотонов с излучением далее видимой антистоксовой фотолюминесценции.The closest method and device for obtaining three-dimensional images of an object, taken as a prototype, is a method (US invention No. 2004227694 A1, Sun Xiao Dong, Liu Jian Qiang, publ. 11/18/2004), where the task is achieved by irradiating a luminescent volumetric medium with an infrared laser light, including irradiation of a medium luminous in the visible region with narrowly focused invisible laser radiation, the novelty of which lies in the fact that irradiation is carried out with infrared radiation with two different wavelengths in the spectral range from 700 nanometers to two micrometers, and two different lasers are taken as sources of infrared light located near or inside the luminous medium with the possibility of scanning the optical axis of the laser beam of both lasers in space. At the point of intersection of the laser beams, two different IR photons are sequentially absorbed with the emission of further visible anti-Stokes photoluminescence.

В качестве лазеров можно использовать компактные твердотельные полупроводниковые лазеры, угловая расходимость луча которых в настоящее время составляет около одной минуты при диаметре выходного пятна порядка сотни микрометров. В результате в точке пересечения двух лазерных сканируемых лучей без всякой фокусирующей оптики возможно получение светового пятна размером менее миллиметра во всем требуемом диапазоне расстояний (несколько метров). Имеющиеся в настоящее время оптические мощности полупроводниковых лазеров, до единиц ватт в непрерывном режиме, позволяют получать на требуемых расстояниях люминесцентный свет в полный телесный угол, приемлемый для восприятия глазом в хорошо освещенной комнате. Длины волн сканирующих по люминесцентной среде лазеров требуется выбирать именно с учетом необходимости хотя бы слабой видимой антистоксовой люминесценции в точке пересечения двух лазерных лучей инфракрасного света. Отметим, что наличие видимого оптического сигнала в данном случае зависит не только от интенсивности лазерных лучей, но, в первую очередь, от люминесцентных свойств объемной среды с редкоземельными примесями, в которой происходит формирование изображения при сканировании в ней лазерных лучей. Таким образом, в основу изобретения-прототипа положена задача обеспечения средств для высокой разрешающей способности и скорости сканирования двух лазерных лучей и получения за счет люминесценции среды видимого свечения в точке пересечения лазерных лучей, из множества которых формируются поверхности трехмерных объектов в пространстве, для множества типов объектов, включая цветные, движущиеся, или тонкого структурного состава. Дополнительной частной задачей этого изобретения является получение движущихся трехмерных объектов со скоростью, необходимой для получения трехмерного телевизионного изображения в реальном времени.As lasers, compact solid-state semiconductor lasers can be used, the angular beam divergence of which is currently about one minute with an output spot diameter of the order of hundreds of micrometers. As a result, at the intersection point of two scanned laser beams, without any focusing optics, it is possible to obtain a light spot with a size of less than a millimeter over the entire required distance range (several meters). The currently available optical powers of semiconductor lasers, up to a few watts in a continuous mode, make it possible to obtain luminescent light at the required distances in a full solid angle acceptable for eye perception in a well-lit room. The wavelengths of lasers scanning the luminescent medium must be chosen taking into account the need for at least a weak visible anti-Stokes luminescence at the point of intersection of two laser beams of infrared light. Note that the presence of a visible optical signal in this case depends not only on the intensity of the laser beams, but, first of all, on the luminescent properties of the volumetric medium with rare-earth impurities, in which the image is formed when the laser beams are scanned in it. Thus, the prototype invention is based on the task of providing means for high resolution and scanning speed of two laser beams and obtaining, due to the luminescence of the medium, a visible glow at the intersection point of the laser beams, from the set of which the surfaces of three-dimensional objects in space are formed, for many types of objects , including colored, moving, or fine texture composition. An additional particular object of this invention is to obtain moving three-dimensional objects at a speed necessary to obtain a three-dimensional television image in real time.

Недостатком указанного способа является то, что в свечении трехмерного объекта видна не только передняя, но и задняя его сторона. Получаем как бы тело из прозрачного стекла, а не из рассеивающего свет материала. В реальных телах свет рассеивается на их поверхности и не проходит через объем.The disadvantage of this method is that in the glow of a three-dimensional object, not only its front, but also its back side is visible. We get, as it were, a body made of transparent glass, and not of a material that scatters light. In real bodies, light is scattered on their surface and does not pass through the volume.

Заявленное изобретение решает задачу получения трехмерного объемного изображения объекта, в том числе движущегося, при рассеянии света, в любом диапазоне спектра с пространственным разрешением менее одного миллиметра и высокой телевизионной скоростью изменения изображений за счет рассеяния, а не излучения света.The claimed invention solves the problem of obtaining a three-dimensional three-dimensional image of an object, including a moving one, when light is scattered, in any range of the spectrum with a spatial resolution of less than one millimeter and a high television rate of change of images due to scattering, and not light emission.

Техническим результатом при этом являются разработка способа (варианты) и устройств на его основе, обеспечивающих получение трехмерных непрозрачных подвижных изображений поверхности тел в диапазоне от инфракрасного, видимого до ультрафиолетового света с пространственным разрешением по всем трем координатам вплоть до 1 мм и скоростью сканирования достаточной для достижения телевизионного режима съемки за счет использования примесного поглощения многоуровневыми атомами редкоземельных элементов в прозрачной среде при рассеянии света.The technical result is the development of a method (variants) and devices based on it, providing three-dimensional opaque moving images of the surface of bodies in the range from infrared, visible to ultraviolet light with a spatial resolution in all three coordinates up to 1 mm and a scanning speed sufficient to achieve television shooting mode due to the use of impurity absorption by multilevel atoms of rare earth elements in a transparent medium during light scattering.

Технический результат способа получения трехмерных подвижных изображений при рассеянии света, согласно первому варианту, достигается тем, что формирование изображения осуществляется за счет сканирования среды двумя лазерным лучами и осуществления возбуждения метастабильного состояния рассеивающей свет примеси в точке пересечения двух лучей посредством поглощения одного фотона.The technical result of the method for obtaining three-dimensional moving images during light scattering, according to the first variant, is achieved in that the image is formed by scanning the medium with two laser beams and excitation of the metastable state of the light-scattering impurity at the point of intersection of the two beams by absorbing one photon.

Технический результат способа получения трехмерных подвижных изображений при рассеянии света, согласно второму варианту, достигается тем, что формирование изображения осуществляется за счет сканирования среды двумя лазерным лучами и подсветкой третьим источником видимого излучения, а возбуждение метастабильного состояния рассеивающей свет примеси в точке пересечения двух лучей осуществляется поглощением двух фотонов.The technical result of the method for obtaining three-dimensional moving images during light scattering, according to the second version, is achieved by the fact that the image is formed by scanning the medium with two laser beams and illumination by a third source of visible radiation, and the excitation of the metastable state of the light-scattering impurity at the point of intersection of the two beams is carried out by absorption two photons.

Для достижения технических результатов способа (варианты) формирования трехмерных подвижных изображений при рассеянии света, включающего сканирование поверхности объекта двумя лучами несфокусированного лазерного излучения и регистрацию излучения рассеивающей среды, использован эффект рассеяния света на возбужденных метастабильных примесных уровнях.To achieve the technical results of the method (options) for forming three-dimensional moving images during light scattering, including scanning the surface of an object with two beams of unfocused laser radiation and recording the radiation of a scattering medium, the effect of light scattering on excited metastable impurity levels was used.

Реальные тела рассеивают на своей неоднородной поверхности свет того или иного цвета. Таким образом, нам надо создать среду с возможностью изменять во времени ее показатель преломления неоднородным образом в тех местах, где должна быть поверхность отображаемого трехмерного объекта. Поскольку изменять показатель преломления надо в разных местах объема среды, то удобнее это делать светом (а не электрическим полем, температурой и т.д.). Для этого мы используем примесное поглощение многоуровневыми атомами редкоземельных элементов (фиг. 1) в прозрачной среде. Так, если в трехуровневой системе с помощью света частотой ω₁₂ заселен метастабильный уровень 2, то особенности спектров поглощения и преломления (фиг. 2, кривые 1 и 2), вызванные переходами 2-3 на высоколежащий энергетический уровень 3, можно описать с помощью формулы для силы гармонического осциллятора:Real bodies scatter light of one color or another on their inhomogeneous surface. Thus, we need to create a medium with the ability to change its refractive index in a non-uniform way over time in those places where the surface of the displayed three-dimensional object should be. Since it is necessary to change the refractive index in different places of the volume of the medium, it is more convenient to do this with light (and not with an electric field, temperature, etc.). To do this, we use impurity absorption by multilevel atoms of rare earth elements (Fig. 1) in a transparent medium. Thus, if metastable level 2 is populated in a three-level system with the help of light with frequency ω ₁₂ , then the features of the absorption and refraction spectra (Fig. 2, curves 1 and 2) caused by transitions 2–3 to high-lying energy level 3 can be described using the formula for the strength of the harmonic oscillator:

Нам необходимо появление дополнительного преломления света (фиг. 2, кривая 2) на частоте ω₀, где поглощение света практически отсутствует. При этом необходим второй луч света с частотой ω₁₂ для заселения метастабильного уровня 2. Следовательно, в точке пересечения двух лучей происходит увеличение показателя преломления для одного из них. Это изменение показателя преломления можно использовать для получения трехмерных изображений в среде, представляющей собой композит из плотно спеченных микрочастиц размером от 1 до 100 мкм легированного и нелегированного редкоземельными элементами материала (например, SiO₂:Er и SiO₂). При воздействии двух лучей света, в частности, в частицах SiO₂:Er, происходит увеличение показателя преломления для света частотой ω₀ и его рассеяние в композите. В тех местах, где нет второго луча света накачки с частотой ω₁₂, рассеяние не происходит.We need the appearance of additional light refraction (Fig. 2, curve 2) at the frequency ω ₀ , where there is practically no absorption of light. In this case, a second beam of light with a frequency ω ₁₂ is needed to populate the metastable level 2. Consequently, at the point of intersection of the two beams, the refractive index for one of them increases. This change in refractive index can be used to obtain three-dimensional images in a medium that is a composite of densely sintered microparticles ranging in size from 1 to 100 μm of a material doped and undoped with rare earth elements (for example, SiO ₂ :Er and SiO ₂ ). When exposed to two beams of light, in particular, in particles of SiO ₂ : Er, there is an increase in the refractive index for light with a frequency of ω ₀ and its scattering in the composite. In those places where there is no second beam of pumping light with a frequency ω ₁₂ , scattering does not occur.

Именно этот эффект рассеяния света на возбужденных метастабильных примесных уровнях предлагается использовать в предлагаемом изобретении.It is this effect of light scattering on excited metastable impurity levels that is proposed to be used in the present invention.

На Фиг. 1 показана схема примесного поглощения многоуровневыми атомами редкоземельных элементов.On FIG. 1 shows a scheme of impurity absorption by multilevel atoms of rare earth elements.

На Фиг. 2 представлен график спектров поглощения и преломления.On FIG. 2 is a plot of the absorption and refraction spectra.

На Фиг. 3 представлено устройство для реализации способа по варианту 1.On FIG. 3 shows a device for implementing the method according to option 1.

На Фиг. 4 представлено устройство для реализации способа по варианту 2.On FIG. 4 shows a device for implementing the method according to option 2.

ВАРИАНТ 1OPTION 1

Пусть на трехмерную среду 3 (фиг. 3) композита SiO₂:Er и SiO₂ падают два плоскопараллельных луча лазера 1(L₁) и лазера 2(L₂), образуя в точке пересечения пучков внутри среды световое пятно локального объема ∂Д, величина которого связана с площадью сечения лазерного пучка S соотношением ∂Д=S/cos d, где d - угол между оптическими осями двух лазерных лучей (фиг. 3). Прозрачная среда подбирается таким образом, чтобы рассеяние на частоте ω₀ видимого света возникало лишь в местах одновременного нахождения фотонов с частотами ω₀ и ω₂₁. Меняя при пространственном сканировании лучей лазеров положение пятна пересечения пучков ∂Д, мы можем прописать в трехмерном пространстве любой объемный объект в виде светящейся фигуры. Пространственное разрешение способа определяется величиной локального объема ∂Д и будет максимальным при минимальной площади сечения лазерных пучков S и перпендикулярном угловом расположении двух лазеров cos d=1. При современном состоянии полупроводниковых лазеров пространственное разрешение предлагаемого способа может быть не хуже 100 микрометров, что вполне достаточно при создании трехмерных изображений объектов размером более 1 см.Let two plane-parallel beams of a laser 1(L ₁ ) and a laser 2(L ₂ ) fall on a three-dimensional medium 3 (Fig. 3) of a SiO ₂ : Er and SiO ₂ composite, forming a light spot of local volume ∂D at the point of intersection of the beams inside the medium, the value of which is related to the cross-sectional area of the laser beam S by the ratio ∂D=S/cos d, where d is the angle between the optical axes of the two laser beams (Fig. 3). The transparent medium is selected in such a way that scattering at the frequency ω ₀ of visible light occurs only in places where photons with frequencies ω ₀ and ω ₂₁ are located simultaneously. By changing the position of the beam intersection spot ∂D during spatial scanning of laser beams, we can register any three-dimensional object in the three-dimensional space in the form of a luminous figure. The spatial resolution of the method is determined by the value of the local volume ∂D and will be maximum at the minimum cross-sectional area of the laser beams S and perpendicular angular arrangement of the two lasers cos d=1. With the current state of semiconductor lasers, the spatial resolution of the proposed method can be no worse than 100 micrometers, which is quite sufficient when creating three-dimensional images of objects larger than 1 cm.

ВАРИАНТ 2OPTION 2

Вторым вариантом способа формирования трехмерных объектов является использование двух резонансных лучей света с частотами электронных переходов ω₁₂ и ω₂₃, которые в точке пересечения дают заселение возбужденного уровня 3 редкоземельной примеси. Если этот уровень метастабильный то за время его жизни необходимо прописать всю поверхность объекта и потом осветить его весь видимым светом с частотой рассеивания ω₀ по отношении уже не к уровню 2 (как в первом случае), а к уровню 3. Частоты рассеяния легко находить в разных частях видимого спектра для многоуровневых атомов редкоземельных элементов из ряда эрбий, гольдмий, тулий, иттербий или презиодим с метастабильными возбужденными состояниями электронов (фиг. 1). При этом, видна будет только передняя поверхность рассеивающего свет объекта без задней, а волны накачки ω₁₂ и ω₂₃ проходят при сканировании сквозь композит без рассеяния, но с поглощением, поскольку они совпадают с центром линии поглощения примеси (фиг. 2).The second variant of the method of forming three-dimensional objects is the use of two resonant light beams with frequencies of electronic transitions ω ₁₂ and ω ₂₃ , which at the point of intersection give the population of the excited level 3 of the rare earth impurity. If this level is metastable, then during its lifetime it is necessary to register the entire surface of the object and then illuminate it all with visible light with a scattering frequency ω ₀ in relation not to level 2 (as in the first case), but to level 3. Scattering frequencies are easy to find in different parts of the visible spectrum for multilevel atoms of rare earth elements from a series of erbium, goldmium, thulium, ytterbium or presiodymium with metastable excited states of electrons (Fig. 1). In this case, only the front surface of the light-scattering object will be visible without the back, and the pump waves ω ₁₂ and ω ₂₃ pass through the composite without scattering, but with absorption, since they coincide with the center of the impurity absorption line (Fig. 2).

Осуществляя сканирование лазерных лучей (Фиг. 3) в среде из микрочастиц композита 3 одним из известных способов развертки лазерного луча, включающее параллельное сканирование по двум координатам или круговое сканирование с разворотом угла сканирования, мы получаем значения интенсивностей видимого рассеянного света во множестве точек объема поверхности для первого положения луча одного лазера 1 (L₁), далее, смещая этот луч в другое положение, и перемещая на расстояние ∂R вдоль него другой лазерный пучок лазера 2 (L₂), мы получаем второе множество значений интенсивности рассеяния. Совокупность этих множеств дает объемное изображение из множества точек сканирования, цвет которого определяется спектром видимого рассеиваемого света ω₀ в среде. Изменение этого спектра позволит получать все три цветовые компоненты цветного изображения, если процесс сканирования всего объема осуществлять за время меньшее времени реакции человеческого глаза (около 1/24 секунды). Современные акустооптические дефлекторы лазерного луча обладают необходимым быстродействием для получения телевизионной картины в реальном времени и в трехмерном пространстве на основании заявляемого способа.By scanning laser beams (Fig. 3) in a medium of composite microparticles 3 using one of the known methods of scanning a laser beam, including parallel scanning along two coordinates or circular scanning with a rotation of the scanning angle, we obtain the intensities of visible scattered light at a set of points of the surface volume for of the first position of the beam of one laser 1 (L ₁ ), then, by shifting this beam to another position, and moving the other laser beam of laser 2 (L ₂ ) by a distance ∂R along it, we obtain the second set of scattering intensity values. The combination of these sets gives a three-dimensional image from a set of scanning points, the color of which is determined by the spectrum of visible scattered light ω ₀ in the medium. Changing this spectrum will make it possible to obtain all three color components of a color image, if the scanning process of the entire volume is carried out in a time shorter than the reaction time of the human eye (about 1/24 second). Modern acousto-optic deflectors of the laser beam have the necessary speed to obtain a television picture in real time and in three-dimensional space based on the proposed method.

В заявляемом способе (варианты) особую роль играет рассеивающая объемная среда из микрочастиц композита 3, в которой происходит создание трехмерного изображения двумя лазерными лучами. В ней должно произойти рассеяние фотона видимой области спектра (частотой ω₀) при поглощении одного или сразу двух инфракрасных фотонов с частотами ω₃₂ и ω₂₁. Здесь речь идет о так называемом рассеянии на возбужденных состояниях примеси и самом распространенном материале, используемом для этих целей оксиде кремния или другом материале, легированном эрбием Y₂O₃:Er, CaF₂:Er и Y₂O₂S:Er (А.Н. Грузинцев. "Оптическая модуляция антистоксовой люминесценции кристаллов CaF₂:Er", журнал "Неорганические материалы", 56 (2020), стр. 759-764). При этом, чем больше времена жизни метастабильных возбужденных состояний в среде, тем при меньшей интенсивности света возможны существенные изменения показателя преломления. В содержащихся в данных соединениях ионах эрбия имеется множество энергетических электронных уровней, на которых возможно суммирование энергии двух поглощенных фотонов и последующее рассеяние одного фотона с более высокой энергией (фиг. 1). Так с нижнего уровня ⁴I_15/2 при поглощении света длиной волны 1.55 мкм происходит переход электрона на метастабильный уровень ⁴I_13/2. С этого долгоживущего уровня при рассеянии света длиной волны 630 нм происходит переход электрона на высокий возбужденный уровень ⁴F_5/2. Если в качестве второго лазера использовать инфракрасный свет с длиной волны не 630 нм, а 2.7 мкм (фиг. 1), то верхним уровнем будет ⁴I_11/2, дающий при рассеянии на нем красного света 665 нм трехмерное изображение также в красной области спектра. (А.Н. Грузинцев, Д.Н. Каримов. "Двухфотонное возбуждение антистоксовой фотолюминесценции кристаллов CaF₂:Er", журнал "Физика твердого тела", 59 (2017), стр. 116-120) Таким образом, возможно получение в материале CaF₂:Er объемного изображения при рассеянии всех трех основных цветов видимого спектра при сканировании двух лазерных лучей: один из которых имеет длину волны 1.55 мкм, а другой - 0.63 или 2.7 мкм в зависимости от необходимого цвета свечения объекта.In the claimed method (options), a special role is played by a scattering volumetric medium of composite microparticles 3, in which a three-dimensional image is created by two laser beams. A photon of the visible region of the spectrum (of frequency ω ₀ ) should scatter in it upon absorption of one or two infrared photons at once with frequencies of ω ₃₂ and ω ₂₁ . Here we are talking about the so-called scattering on excited states of an impurity and the most common material used for this purpose is silicon oxide or other material doped with erbium Y ₂ O ₃ :Er, CaF ₂ :Er and Y ₂ O ₂ S:Er (A. N. Gruzintsev "Optical modulation of anti-Stokes luminescence of CaF ₂ :Er crystals", Inorganic Materials, 56 (2020), pp. 759-764. In this case, the longer the lifetime of metastable excited states in the medium, the lower the light intensity, the significant changes in the refractive index are possible. The erbium ions contained in these compounds contain many electronic energy levels, at which the summation of the energy of two absorbed photons and the subsequent scattering of one photon with a higher energy is possible (Fig. 1). Thus, from the lower level ⁴ I _15/2 , upon absorption of light with a wavelength of 1.55 μm, an electron passes to the metastable level ⁴ I _13/2 . From this long-lived level, when light is scattered at a wavelength of 630 nm, an electron transitions to a high excited level ⁴ F _5/2 . If infrared light with a wavelength of 2.7 μm rather than 630 nm is used as the second laser (Fig. 1), then the upper level will be ⁴ I _11/2 , which, when red light 665 nm is scattered by it, gives a three-dimensional image also in the red region of the spectrum . (A.N. Gruzintsev, D.N. Karimov. "Two-photon excitation of anti-Stokes photoluminescence of CaF ₂ : Er crystals", journal "Physics of the Solid State", 59 (2017), pp. 116-120) CaF ₂ :Er volumetric image when all three primary colors of the visible spectrum are scattered when scanning two laser beams: one of which has a wavelength of 1.55 µm, and the other has a wavelength of 0.63 or 2.7 µm, depending on the desired color of the object glow.

Для изготовления композита - керамики на основе оксисульфидов иттрия, соответственно выбранному составу тщательно смешиваются в стехиометрических количествах исходные вещества - оксид иттрия, оксид эрбия, которые в ходе твердофазной реакции, обычной для изготовления светящихся красок, в восстановительной атмосфере сероводорода при температурах в диапазоне от 1100°С до 1400°С превращаются в требуемый порошок из микрочастиц размером от 1 до 100 микрометров. Его смешивают с порошком чистого оксисульфида иттрия спресовывают в таблетки и отжигают при высокой температуре полученную керамику до ее прозрачности в видимом диапазоне спектра. В заявленном изобретении можно также заменить часть оксидов, сульфидами, путем добавки соединений названных элементов в соответствующих стехиометрии количествах, которые можно подвергнуть термическому синтезу в инертной атмосфере. Подобным образом можно добиться встраивания значительных количеств ионов редкоземельных металлов в соответствующую кристаллическую решетку.For the manufacture of a composite - ceramics based on yttrium oxysulfides, according to the selected composition, the initial substances are thoroughly mixed in stoichiometric quantities - yttrium oxide, erbium oxide, which, during a solid-state reaction, common for the manufacture of luminous paints, in a reducing atmosphere of hydrogen sulfide at temperatures ranging from 1100 ° C to 1400°C are converted into the desired powder of microparticles ranging in size from 1 to 100 micrometers. It is mixed with pure yttrium oxysulfide powder, pressed into tablets, and the resulting ceramic is annealed at high temperature until it is transparent in the visible range of the spectrum. In the claimed invention, it is also possible to replace part of the oxides with sulfides by adding compounds of the named elements in the amounts corresponding to the stoichiometry, which can be subjected to thermal synthesis in an inert atmosphere. In this way, it is possible to achieve the incorporation of significant amounts of rare earth metal ions into the corresponding crystal lattice.

Полученные композиты на основе оксисульфидов или оксидов иттрия с эрбием согласно данному изобретению излучают на длинах волн, примерно, 980 нм, 640 нм и 550 нм и имеют несколько узких линий поглощения с полушириной пика до 10 нм (фиг. 3) (А.Н. Георгобиани и др. "Инфракрасная люминесценция соединений Y₂O₂S:Er и Y₂O₃:Er³⁺, журнал "Неорганические материалы", 40 (2004), стр. 963-968). Эти композиты позволяют получать рассеяние света на тех же длинах волн видимого света при двухфотонном возбуждении, что и для фторида кальция. При этом, соединение, преобразующее инфракрасное свечение двух лазеров в рассеяние видимого света, может быть в виде объемного прозрачного материала (композита) большого размера или растворено в виде второй фазы в прозрачном полимере (стекле), который и является настоящим трехмерным экраном с возможностью наблюдения картинки со всех трех направлений пространства.The resulting composites based on oxysulfides or oxides of yttrium with erbium according to this invention emit at wavelengths of approximately 980 nm, 640 nm and 550 nm and have several narrow absorption lines with a peak half-width of up to 10 nm (Fig. 3) (A.N. Georgobiani et al. "Infrared Luminescence of Y ₂ O ₂ S:Er and Y ₂ O ₃ :Er ³⁺ Compounds", Inorganic Materials, 40 (2004), pp. 963-968). the same wavelengths of visible light under two-photon excitation as for calcium fluoride.At the same time, the compound that converts the infrared emission of two lasers into visible light scattering can be in the form of a bulky transparent material (composite) of large size or dissolved in the form of a second phase in transparent polymer (glass), which is a real three-dimensional screen with the ability to observe the image from all three directions of space.

Другим аспектом изобретения является устройство для получения изображений поверхности трехмерных объектов на основе предлагаемого способа, содержащее, по меньшей мере два лазера с узконаправленным лучом. Новизна предлагаемого устройства заключается в том, что оно имеет два сканирующих устройства L₁ и L₂ узконаправленных лучей инфракрасного лазерного излучения, расположенных почти перпендикулярно друг относительно друга, вблизи с оптической рассеивающей средой, причем данная среда может рассеивать свет в видимой области спектра с частотой фотона ω₀ в точке пересечения лучей двух инфракрасных лазеров с частотами фотонов ω₁₂ и ω₂₃, соответственно. Относительное расположение точки пересечения лучей лазеров изменяется в процессе сканирования. В качестве лазеров берут, твердотельные полупроводниковые лазеры с длинной волны, имеющей значительное поглощение в невозбужденной и возбужденной рассеивающей среде, содержащей многоуровневые ионы редкоземельных, например элементов эрбия или туллия.Another aspect of the invention is a device for obtaining images of the surface of three-dimensional objects based on the proposed method, containing at least two lasers with a narrow beam. The novelty of the proposed device lies in the fact that it has two scanning devices L ₁ and L ₂ of narrowly focused beams of infrared laser radiation, located almost perpendicular to each other, close to the optical scattering medium, and this medium can scatter light in the visible region of the spectrum with a photon frequency ω ₀ at the intersection point of the beams of two infrared lasers with photon frequencies ω ₁₂ and ω ₂₃ , respectively. The relative location of the point of intersection of the laser beams changes during the scanning process. As lasers, solid-state semiconductor lasers with a long wavelength having significant absorption in an unexcited and excited scattering medium containing multilevel rare-earth ions, such as erbium or thulium elements, are taken.

В качестве лазера первого сканирующего устройства 1 (L₁) можно использовать полупроводниковый лазер с длиной волны 1.55 мкм, а лазером 2 (L₂) второго сканирующего устройства (фиг. 3) является инфракрасный лазер с одной из длин волн 630 нм, 2.7 мкм или другими в зависимости от необходимого цвета свечения объекта (синего, зеленого или красного).As the laser of the first scanning device 1 (L ₁ ), a semiconductor laser with a wavelength of 1.55 μm can be used, and the laser 2 (L ₂ ) of the second scanning device (Fig. 3) is an infrared laser with one of the wavelengths of 630 nm, 2.7 μm or others, depending on the desired color of the glow of the object (blue, green or red).

Для получения цветного трехмерного изображения объекта во второе сканирующее устройство нужно одновременно подавать лучи всех трех цветов лазеров, интенсивность которых надо модулировать во времени сканирования в зависимости от необходимого цвета свечения объекта в данной точке пространства. Предпочтительно использовать в данном случае не медленные механические устройства сканирования лазерного луча, а быстрые электрооптические или акустооптические методы развертки. Это позволит получать мгновенные трехмерные изображения тел и дает необходимую частоту кадров для отображения движущихся объектов. В качестве лазера более оптимально использовать твердотельные лазеры большой мощности в несколько ватт и малым диаметром пучка (менее миллиметра), что увеличивает яркость и четкость получаемых трехмерных изображений.To obtain a color three-dimensional image of an object, it is necessary to simultaneously supply beams of all three laser colors to the second scanning device, the intensity of which must be modulated in the scanning time depending on the desired color of the glow of the object at a given point in space. It is preferable to use in this case not slow mechanical devices for scanning the laser beam, but fast electro-optical or acousto-optic scanning methods. This will allow you to get instant 3D images of bodies and give you the necessary frame rate to display moving objects. As a laser, it is more optimal to use solid-state lasers with a high power of several watts and a small beam diameter (less than a millimeter), which increases the brightness and clarity of the resulting three-dimensional images.

Дальнейшие преимущества изобретения поясняются ниже при помощи примеров осуществления изобретения и рисунков.Further advantages of the invention are explained below with the help of exemplary embodiments of the invention and drawings.

На фиг. 3 представлен вариант 1 устройства получения трехмерного изображения объекта на основе предлагаемого способа, содержащего рассеивающую среду и два лазера со сканирующими лучами в пространстве, расположенных в перпендикулярных направлениях от среды. При работе лазерные лучи могут перемещаться в пространстве, осуществляя пересечение в области рассеивающей среды в точках поверхности трехмерного тела. Данное устройство состоит из полупроводникового непрерывного лазера 1 инфракрасного света с оптической мощностью 500 мВт, длиной волны 1550 нм и диаметром пучка 1 мм, с закрепленным на оси лазерного пучка акустооптическим дефлектором и из второго полупроводникового лазера 2 красного света с оптической мощностью 500 мВт, длиной волны 630 нм и диаметром пучка 1 мм, с закрепленным на оси лазерного пучка акустооптическим дефлектором, а также из композитной среды 3, в которой возникает рассеяние видимого света с длиной волны 630 нм в точке пересечения двух лазерных лучей в процессе их сканирования. В случае рассеивающей среды в виде композита, содержащего микрочастицы редкоземельного элемента, например эрбия, в качестве второго лазера 2 можно использовать лазер с длиной волны 2.7 мкм, получая в среде трехмерное изображение красного цвета с длиной волны 665 нм. На фиг. 1 изображена схема энергетических уровней ионов эрбия и соответствующие электронные переходы при суммировании энергии двух инфракрасных фотонов, дающие различные видимые полосы рассеяния метастабильными состояниями.In FIG. Figure 3 shows version 1 of a device for obtaining a three-dimensional image of an object based on the proposed method, containing a scattering medium and two lasers with scanning beams in space, located in perpendicular directions from the medium. During operation, laser beams can move in space, crossing in the region of the scattering medium at points on the surface of a three-dimensional body. This device consists of a semiconductor continuous infrared laser 1 with an optical power of 500 mW, a wavelength of 1550 nm and a beam diameter of 1 mm, with an acousto-optic deflector fixed on the axis of the laser beam, and a second semiconductor red light laser 2 with an optical power of 500 mW, a wavelength 630 nm and a beam diameter of 1 mm, with an acousto-optic deflector fixed on the axis of the laser beam, as well as from composite medium 3, in which visible light with a wavelength of 630 nm is scattered at the point of intersection of two laser beams during their scanning. In the case of a scattering medium in the form of a composite containing microparticles of a rare earth element, such as erbium, a laser with a wavelength of 2.7 μm can be used as the second laser 2, obtaining a three-dimensional red image in the medium with a wavelength of 665 nm. In FIG. Figure 1 shows a diagram of the energy levels of erbium ions and the corresponding electronic transitions when the energy of two infrared photons is summed, giving different visible scattering bands by metastable states.

При работе такого устройства луч полупроводникового лазера 1 перемещается параллельно его оси в объеме композитной среды 3 с постоянной скоростью, за время перемещения от одной позиции до следующей инфракрасное излучение лазера 2 сканируется вдоль луча первого лазера в виде пятна диаметром порядка 1 мм и в нужных точках формирования изображения возникает сигнал рассеяния видимого света, который рассеивается во всех направлениях. При этом интенсивность первого лазера постоянна во времени, а интенсивность второго лазера модулируется и максимальна в момент прохождения его луча в нужной точке композитной среды. Трехмерное изображение формируется в этой среде в виде множества точек рассеяния того или иного цвета света и может быть рассмотрено со всех сторон зрителем. Это изображение может быть движущимся, поскольку как времена сканирования лазеров, так и времена жизни метастабильных состояний достаточно малы (менее 10 мсек) и позволяют изменять трехмерную картину со скоростью большей 24 кадров в секунду. Размер изображения определяется размером рассеивающей среды и может достигать метровых значений, что достаточно для целей домашнего телевидения.During the operation of such a device, the beam of the semiconductor laser 1 moves parallel to its axis in the volume of the composite medium 3 at a constant speed, while moving from one position to the next, the infrared radiation of the laser 2 is scanned along the beam of the first laser in the form of a spot with a diameter of about 1 mm and at the necessary points of formation image, a visible light scattering signal occurs, which scatters in all directions. In this case, the intensity of the first laser is constant in time, and the intensity of the second laser is modulated and is maximum at the moment of its beam passing at the desired point of the composite medium. A three-dimensional image is formed in this medium in the form of a set of scattering points of a particular color of light and can be viewed from all sides by the viewer. This image can be moving, because both the scan times of the lasers and the lifetimes of the metastable states are sufficiently short (less than 10 ms) to allow the three-dimensional picture to be changed at a rate greater than 24 frames per second. The image size is determined by the size of the scattering medium and can reach meter values, which is sufficient for home television purposes.

На фиг. 4 представлен вариант 2 устройства получения трехмерного изображения объекта на основе предлагаемого способа 2, содержащего рассеивающую среду 3 и два лазера 1 и 2 со сканирующими лучами в пространстве, расположенных в перпендикулярных направлениях от среды, а также лазер 4 видимого спектра, который обеспечивает подсветку и получение трехмерного изображения после сканирования этого изображения двумя инфракрасными лазерами 1 и 2.In FIG. Figure 4 shows version 2 of a device for obtaining a three-dimensional image of an object based on the proposed method 2, containing a scattering medium 3 and two lasers 1 and 2 with scanning beams in space located in perpendicular directions from the medium, as well as a laser 4 of the visible spectrum, which provides illumination and obtaining three-dimensional image after scanning this image with two infrared lasers 1 and 2.

При работе такого устройства луч полупроводникового лазера 1 перемещается параллельно его оси в объеме композитной среды 3 с постоянной скоростью, за время перемещения от одной позиции до следующей инфракрасное излучение лазера 2 сканируется вдоль луча первого лазера в виде пятна диаметром порядка 1 мм и в нужных точках формирования изображения возникает сигнал рассеяния видимого света от дополнительного лазера 4, который рассеивается во всех направлениях. При этом интенсивность первого лазера постоянна во времени, а интенсивность второго лазера модулируется и максимальна в момент прохождения его луча в нужной точке композитной среды. Трехмерное изображение формируется в этой среде в виде множества точек рассеяния того или иного цвета света и может быть рассмотрено со всех сторон зрителем. Это изображение может быть движущимся, поскольку как времена сканирования лазеров, так и времена жизни метастабильных состояний достаточно малы (менее 10 мсек) и позволяют изменять трехмерную картину со скоростью большей 24 кадров в секунду. Размер изображения определяется размером рассеивающей среды и может достигать метровых значений, что достаточно для целей домашнего телевидения.During the operation of such a device, the beam of the semiconductor laser 1 moves parallel to its axis in the volume of the composite medium 3 at a constant speed, while moving from one position to the next, the infrared radiation of the laser 2 is scanned along the beam of the first laser in the form of a spot with a diameter of about 1 mm and at the necessary points of formation image, a visible light scattering signal from an additional laser 4 appears, which scatters in all directions. In this case, the intensity of the first laser is constant in time, and the intensity of the second laser is modulated and is maximum at the moment of its beam passing at the desired point of the composite medium. A three-dimensional image is formed in this medium in the form of a set of scattering points of a particular color of light and can be viewed from all sides by the viewer. This image can be moving, because both the scan times of the lasers and the lifetimes of the metastable states are sufficiently short (less than 10 ms) to allow the three-dimensional picture to be changed at a rate greater than 24 frames per second. The image size is determined by the size of the scattering medium and can reach meter values, which is sufficient for home television purposes.

Данное изобретение не ограничивается описанными примерами, в которых осуществлялось сканирование двух лазерных лучей в пространстве объема рассеивающей среды. Можно также использовать вместо второго лазера быструю развертку электрооптическим или акустооптическими методами (или вращением зеркал и призм) сразу трех совмещенных лазерных лучей с разными цветными длинами волн. Сканируемое пятно можно перемещать в пространстве по лучу первого лазера с длиной волны 1.55 мкм, вдоль которого в зависимости от модуляции интенсивностей трех совмещенных лазеров будет получаться множество синих, зеленых или красных точек рассеяния, необходимых для получения цветного трехмерного изображения. Во всех случаях будет достигаться требуемый результат - получение трехмерных изображений объекта.The present invention is not limited to the described examples, in which two laser beams were scanned in the space of the volume of the scattering medium. It is also possible to use, instead of the second laser, fast scanning by electro-optical or acousto-optical methods (or rotation of mirrors and prisms) of three combined laser beams with different color wavelengths at once. The scanned spot can be moved in space along the beam of the first laser with a wavelength of 1.55 μm, along which, depending on the modulation of the intensities of the three combined lasers, a lot of blue, green, or red scattering points will be obtained, which are necessary to obtain a color three-dimensional image. In all cases, the desired result will be achieved - obtaining three-dimensional images of the object.

Claims

1. A method for forming three-dimensional moving images during light scattering, including scanning the surface of an object with two beams of unfocused laser radiation and recording the radiation of a scattering medium, characterized in that the excitation of metastable states of an impurity that scatter visible light is carried out by absorption of one photon of infrared light in a scattering medium of microparticles of a transparent composite containing erbium ions at the point of intersection of two laser beams, and at least two different continuous lasers with scanning systems are taken as laser sources, located near the medium from the composite, at different angles to it, while to form a profile images use a set of scattering points of intersection of two laser beams obtained during the scanning process.

2. The method according to p. 1, characterized in that as the second laser with a scanning system, one scanning system and three spatially aligned laser infrared beams located at its input and having different wavelengths with the possibility of separate modulation of the intensity of each of the wavelengths are taken , while scanning is performed simultaneously for all three beams with different time modulation of each of them, and to obtain a color profile of the object, lasers are pulsed when the intersection point of the beams is found in the desired place in space in the process of beam scanning, at least, the first and second lasers.

3. A method for forming three-dimensional moving images during light scattering, including scanning the surface of an object with two beams of unfocused laser radiation and recording the radiation of a scattering medium, characterized in that the excitation of metastable states of an impurity that scatter visible light occurs when two different photons of infrared light are sequentially absorbed in the medium from microparticles of a transparent composite containing erbium ions at the point of intersection of two laser beams, and at least two different continuous lasers with scanning systems are taken as laser sources, located near the medium from the composite at different angles to it, while for the formation The image profile uses a plurality of scattering points of intersection of two laser beams obtained during the scanning process, while the visible light is scattered when the excited medium is illuminated with a prescribed three-dimensional object by a third source of visible light.