ПРОЕКТОР КОНСТРУКЦИИ АРСЕНИЧА С.И. ДЛЯ ПРОЕКЦИИ НА ВНЕШНИЙ ЭКРАН ИЗОБРАЖЕНИЯ С ДИФФУЗНО-ОТРАЖАЮЩИХ ИЛИ ИЗЛУЧАЮЩИХ ОРИГИНАЛОВ Российский патент 1995 года по МПК H04N5/74 

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а конкретно - к конструкции проектора для оптической проекции изображений на внешний экран с диффузно-излучающих оригиналов: экранов кинескопов, электролюминесцентных, катодолюминесцентных, газосветовых экранов дисплеев, видеотерминалов индикаторов и т.п.

Кроме того, изобретение может найти применение в конструкции эпископов и фотосъемочной аппаратуре для проецирования изображений оригиналов с диффузным отражением света или диффузным светорассеиванием.

Широко известны телевизионные проекторы с кинескопом (диффузно-излучающим оригиналом) и проекционным объективом для проекции оригинального изображения с экрана кинескопа на внешний экран [1].

Недостатками аналога являются низкое качество изображений, спроецированных на внешнем экране (среднем экране - площадью от 2 до 6 м²), малая яркость изображений от 20 до 30 кд/м², низкие контраст и цветовая насыщенность, малый диапазон полутонов (полутоновой градации), малая разрешающая способность вследствие повышенного ореолообразования и расфокусирования электронного луча при повышенных напряжениях анода и токах катода; малый срок службы и повышенное рентгеновское излучение кинескопа.

Перечисленные недостатки связаны с необходимостью повышения яркости свечения экрана проекционного кинескопа до 4-10 тыс. кд/м², для чего повышают напряжение на аноде до 30-80 кВ и повышают катодный ток луча электронной пушки, что вызывает повышение температурных режимов работы кинескопа и сокращение его срока службы до 150-500 ч вследствие потемнения экранного стекла кинескопа и выгорания люминофора. Кроме того, низкий коэффициент оптической передачи (КОП) кинескопа достигает 6-9%, что препятствует получению большей яркости изображения на среднем экране, ограниченной, в том числе, и малой апертурой проекционного объекта.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату, выбранным в качестве прототипа, является проектор для проекции изображений на внешний экран, содержащий диффузно-излучающий кинескоп с люминофорным экраном - модулятором оригинального изображения и волоконно-оптической пластиной на экране кинескопа, содержащий источник внешней подсветки экрана кинескопа и коллективную линзу, встроенную на волоконно-оптической пластине для отклонения пучков света от внешнего источника в волокна пластины параллельно их оптической оси и отражения этих пучков от дихроичных зеркал в проекционный объектив. Волоконно-оптические элементы заполнены фотохромным стеклом и на торце к экрану с люминофором имеют дихроичное зеркало для отражения лучей внешней подсветки и пропускания в волокна ультрафиолетового модулирующего света от люминофора. Фотохромные элементы волокон под действием ультрафиолетового света от люминофорного экрана темнеют и ослабляют амплитуду отражаемого от дихроичного зеркала светового потока внешней подсветки, направленного в проекционный объектив. Именно остаточный световой поток (отраженный от волоконно-оптической пластины) формирует изображение на внешнем экране, что улучшает светотехнические параметры проектора [2].

Недостатками прототипа являются необходимость наличия источника монохромного света для внешней подсветки фотохромного фильтра на экране кинескопа, фотохромного фильтра, волоконно-оптической пластины и дихроичных зеркал для отражения внешнего света в проекционный объектив; повышенный контраст и малое число полутоновых градаций, что ограничивает качество изображений, в особенности для телевидения и кино; возможность ореолообразования при диффузном отражении света от коллективной линзы.

Перечисленные недостатки связаны с тем, что в прототипе использован фотохромный фильтр с высокой степенью контрастной модуляции оригинального изображения в зависимости от монохроматичности подсветки. Кроме того, установка коллективной линзы между объективом и волоконно-оптической пластиной может вызвать ореолы в изображении на внешнем экране. Кроме того, амплитуда внешней подсветки может влиять на оптические параметры фильтра и ограничивать яркостные и полутоновые характеристики проектора.

Целью изобретения является повышение качества изображения путем уменьшения ореолов и увеличения коэффициента использования светового потока.

Цель достигается тем, что в проекторе для проекции на внешний экран изображений с диффузно-излучающих или отражающих оригиналов, содержащем волоконно-оптическую пластину, коллективную линзу и проекционный объектив, в каждом из световодов волоконнно-оптической пластины установлен по крайней мере один фокусирующий элемент, а коллективная линза выполнена в виде N оптических элементов, где N - количество волокон волоконно-оптических пластин, установленных в каждом из световодов волоконно-оптической пластины за фокусирующим элементом, причем совокупность этих элементов образует линзу Френеля, а также тем, что световоды волоконно-оптической пластины выполнены с непрозрачной или светоотражающей оболочкой.

Число N элементов линзы Френеля обеспечивает степень уменьшения толщины коллективной линзы в зависимости от величины площади изображения - оригинала в сравнении с площадью входного зрачка проекционного объектива, а отдельные элементы линзы Френеля, установленные в волоконно-оптическом световоде, обеспечивают снижение ореолов вследствие возврата отраженных лучей света от линзы Френеля внутрь световода для вторичного переотражения оригинала и увеличения полезного светового потока проекции.

Согласно п. 2 формулы оболочки световодов светоизолированы для предупреждения ореолообразования при прохождении диффузионного света через оболочку соседних световодов (прозрачных в поперечном направлении). Светоизоляция может быть зеркальной или матовой для дополнительного переотражения света в выходной зрачок световода и повышения яркости проецируемого изображения.

Указанные отличия обеспечивают повышение коэффициента оптической передачи до 50 и более процентов, что на порядок выше, чем в аналогах. Установка элементов призмы Френеля внутри световодов обеспечивает безореольную проекцию, что существенно для повышения качества цветных изображений (четкости контуров элементов изображений) и для повышения разрешающей способности проектора. Такие отличия неизвестны в прототипе и аналогах, поэтому существенны для выполнения целей изобретения.

На фиг.1 изображен проекционный кинескоп для телевизора или дисплея; на фиг. 2-4 в разрезе (продольно оптической оси световода) изображен единичный световод волоконно-оптической пластины; на фиг.5 изображен в аксонометрии каркас цельно-литой или штампованной волоконно-оптической пластины без фокусирующих микролинз и элементов призмы Френеля.

Проектор на фиг.1 выполнен с кинескопом 1 с волоконно-оптической пластиной 2. Пластина выполнена из концентрирующих (в объектив) свет единичных световодов 3. Проекционный объектив 4 закреплен в сферическом светопоглощающем колпаке 5 и сфокусирован на внешний экран и на выходные поверхности элементов линз Френеля в выходных зрачках световодов пластины 2.

Устройство единичного световода на фиг.2-4 выполнено из элементов, характерных для конструкции оптических конденсоров света. В светоотражающей гильзе 7 оболочки световода установлен микроэкран с люминофорным покрытием 8 на стеклянной пластине 9. Люминофор покрыт светоотражающей пленкой 10. Оптический фокон 11 для сужения пучка света перед концентрирующей линзой 12 установлен между микроэкраном и линзой в гильзе. За линзой справа установлена дополнительная концентрирующая свет линза 13, а правее нее на выходе световода-элемент линзы Френеля 14 в виде микропризмы, отклоняющей сконцентрированный линзами 12 м 13 пучок света в проекционный объектив.

Наиболее технологическая конструкция волоконно-оптической пластины на фиг.5 состоит из каркаса с отверстиями, покрытыми светоотражающим материалом. Отверстие в части формы в виде усеченной призмы образует фоконы для сужения световых пучков. Со стороны стрелки е на входе фокона фиксируют люминофорные экраны, а со стороны стрелки d устанавливают концентрирующие свет линзы, а затем линзы Френеля.

Для упрощения сборки все наборные линзы и микроэкраны выполняют на многопозиционной матрице (штампе) и устанавливают параллельно совокупность группы одинаковых элементов в каркас фоконов и гильзы световодов.

Числом единичных световодов в пластине определяется разрешающая способность проектора.

Для эпископов волоконно-оптическая пластина используется как светоконцентратор, наложенный непосредственно на оригинал (проецируемый на внешний экран) для концентрации диффузно-отраженного света от оригинала во входной зрачок проекционного объектива. Подсвет оригинала - через волоконно-оптическую пластину или на просвет через прозрачный диффузно-рассеивающий оригинал и волоконно-оптическую пластину с концентраторами - световодами.

Положительным эффектом изобретения являются высокий коэффициент оптической передачи проектора (более 50% полезного светового потока), а при размерах оригинала, превышающих площадь апертуры объектива, коэффициент оптической передачи на два порядка и более может превышать КОП известных аналогов; высокое качество проекционных изображений с сохранением качества оригинала с минимальным ореолом и повышенной разрешающей способностью проекции; высокие эксплуатационные возможности использования проекционных кинескопов (повышенный срок службы, уменьшение напряжений на аноде и токов катода, снижение температурных режимов проектора в целом); высокое качество изображений и высокие потребительские характеристики при низкой себестоимости; возможность высокорентабельного использования телепроекторов для кинопоказа на "большом" экране может дать экономию на ликвидации фильмокопии на кинопленке, при этом качество телепроекционного показа выше, чем кинопленочного; потребительские возможности проекционного телевидения превосходят настольные телевизоpы и даже стационарные с твердотельным настенным плоским экраном. Проекционный телевизор позволяет на выбор изменять площадь проекционного изображения, обеспечивает эффективное повышение числа строк для улучшения восприятия (эффект присутствия от большего экрана) зрителем видеоинформации, обеспечивает возможность стереотрансляции на растровом экране, эффективной телетрансляции двух и более программ на общем экране или на различных экранах с оптическим разделением зеркальными системами с одного телевизора (для просмотра различных программ несколькими зрителями, параллельно транслируемых на различных экранах или нескольких экранах), а также обеспечивает анаморфирование обычного кадра (3:4 или 3:5) в широкоэкранный (1: 2) с помощью анаморфотной линзы (цилиндрической). Поэтому перспектива развития и массового спроса - за проекционным телевидением с учетом отсутствия рентгеновского облучения зрителя как "экологически чистой системы".

Себестоимость телевизионных проекторов, описанных в изобретении, сравнима со стоимостью обычных настольных телевизоров, так как стоимость волоконно-оптической пластины может быть компенсирована упрощением проекционного кинескопа: однолучевой электронной пушкой, безмасочным экраном (в моноцветном исполнении из трех трубок с одноцветным люминофором в каждой или с одной трубкой, но с трехполосными секторами цветных полей). Цветовое сведение легко обеспечивается системой объективов (на внешнем экране аддитивным наложением трех моноцветных проекций). При этом технология кинескопа и систем его электропитания аналогичны и конструктивно такие, как и у настольных телевизоров, что обеспечит повышенный потребительский спрос на телепроекторы, а следовательно, и экономический эффект в денежном исчислении.

Использование: устройство используется для проекции изображений на большой экран, в частности для проекции телевизионных изображений. Сущность изобретения: устройство содержит волоконно-оптическую пластину, в каждом из световодов которой установлены фокусирующие элементы, которые выполняют функцию конденсора. Излучение с экрана попадает через фокон и элементы на отклоняющий элемент, который является частью линзы Френеля. Излучение отклоняется во входной зрачок проекционного объектива. Оболочка световода может быть выполнена непрозрачной, что исключает связь между световодами. Такое устройство позволяет изолировать каждый элемент изображения, который формируется отдельным световодом, от влияния соседних. Одновременно за счет концентрации излучения фокусирующими элементами увеличивается световой КПД устройства. Фокусирующих элементов может быть любое нужное количество, их конструктивное выполнение также не играет роли. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

ПРОЕКТОР КОНСТРУКЦИИ АРСЕНИЧА С И ДЛЯ ПРОЕКЦИИ НА ВНЕШНИЙ ЭКРАН ИЗОБРАЖЕНИЯ С ДИФФУЗНО-ОТРАЖАЮЩИХ ИЛИ ИЗЛУЧАЮЩИХ ОРИГИНАЛОВ.