УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ НА ЭКРАНЕ ИЗОБРАЖЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК H04N9/14 H04N5/74 

Изобретение относится к устройствам для передачи информации, а именно - устройству для воспроизведения изображения и может найти широкое применение в проекционных телевизионных приемниках, особенно в видеосалонах в кинотеатрах, а также крупноформатных дисплеях, тренажерах, аттракционах и игровых комплексах.

В последние годы все больший интерес привлекают устройства, для воспроизведения телевизионного изображения на большом экране величиной до десятков м².

Известно лазерное устройство для воспроизведения изображения, известное также как лазерный видеопроектор. В этом разработанном фирмой RCA устройстве развертка лазерного луча по строкам осуществляется с помощью акусто-оптического дефлектора на ультразвуковых волнах в кристалле. Недостатком устройства является очень низкий КПД даже при малых углах развертки, единицы градусов, из-за большого светопоглощения в кристаллах.

Поэтому предпринимали попытки воспроизведения цветного изображения на большом экране с использованием лазерного источника излучения с модулятором узла растровой развертки со сканирующим оптическим элементом и экраном. Узел растворовой развертки такого устройства содержит сканирующий элемент строчной или горизонтальной развертки, выполненный в виде вращающейся с очень большой скоростью, около 1350 об/с, многогранной призмы. Такой сканирующий элемент сам по себе довольно громоздок, требует использования высокоточного механического узла вращения и постоянной его наладки. А кроме того он обеспечивает углы развертки не более 20-30^о, а в настоящее время требуются значительно большие углы развертки.

Целью настоящего изобретения является упрощение конструкции и увеличение угла развертки для экранов метровых габаритов.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для воспроизведения изображения согласно изобретению, между устройством растровой развертки и экраном установлен зеркальный отражатель с криволинейной отражающей поверхностью, направляющей изображение растровой развертки на экран, а сканирующий элемент растровой развертки представляет собой качающееся зеркало.

Сочетание криволинейной поверхности и качающегося зеркала позволяет исключить использование сложных механических узлов, типа вращающейся призмы, и обеспечивает большие до 120^о углы развертки. При этом в качестве привода качающегося зеркала можно использовать, например пьезопреобразователи. Ни одна из ранее известных конструкций устройства для воспроизведения изображения не предусматривала сочетания качающегося зеркала, дающего развертку в пределах нескольких градусов, и криволинейной отражающей поверхности, обеспечивающей увеличение развертки до сотни градусов и более, что и доказывает как новизну, так и наличие существенных отличий.

В качестве отражающей криволинейной поверхности проще всего использовать цилиндрическую поверхность, причем лучше всего использовать две цилиндрические поверхности, соответственно для строчной и кадровой разверток.

На фиг. 1 изображено схематично устройство для воспроизведения изображения; на фиг. 2 - схематично отражение излучения от цилиндрического зеркала; на фиг. 3 - графическое изображение закона развертки по поверхности зеркала и положение телевизионного элемента на экране; на фиг. 4 - графическое изображение хода пучка излучения при отражении от криволинейной поверхности на экран.

Блок-схема предлагаемого устройства для воспроизведения цветного изображения приведена на фиг. 1. Три луча лазеров 1 первичных цветов, красного, синего и зеленого, проходят через оптические модуляторы 2, где они модулируются по интенсивности в соответствии с управляющими телевизионными сигналами. Эти управляющие сигналы подаются на оптические модуляторы от видеоусилителя 3 через блок 3' буферного ЗУ, роль которого поясняется ниже. Далее световые лучи попадают на дихроичные зеркала сумматора 4, на выходе которого образуется один общий луч. Этот луч проходит через оптическую строчную и кадровую развертки 5 и 6 соответственно, выполненные на электрооптических дефлекторах в виде качающегося зеркала. Эти качающиеся зеркала разворачивают луч по гармоническому закону в растр по цилиндрической поверхности отражателей 7 и 8, при зеркальном отражении от которых первоначальные малые углы отклонения луча по строкам и кадру резко возрастают, и, кроме того, гармонический закон развертки преобразуется в линейный на экране 9. В качестве качающихся зеркал можно использовать, например зеркала с пьезоэлектрическими элементами. Оптический корректор 10, расположенный между зеркалами и отражателями, служит для формирования определенной сходимости лазерного луча и его роль будет пояснена ниже. В показанном на фиг. 1 варианте отражающие поверхности образованы поверхностями 7 и 8 двух цилиндров, расположенных ортогонально друг относительно друга, и первый из них служит для строчной развертки, а второй для кадровой развертки. Вместо этих двух отражающих поверхностей возможно применение одной с более сложной конфигурацией, но в этом случае отражающая поверхность должна иметь форму, образующие которой в двух взаимоперпендикулярных сечениях имеют одинаковую кривизну для каждого сечения.

При использовании описанной конструкции происходит увеличение угла растровой развертки до 120^о. На элементы развертки 5, 6 подаются управляющие напряжения от строчного 11 и кадрового 12 генераторов, вырабатывающих напряжения гармонической формы, которые синхронизируются строчными и кадровыми синхроимпульсами, поступающими с видеоусилителя 3.

Рассмотрим получающиеся характеристики развертки, если в качестве отражающих поверхностей использованы поверхности цилиндров 7, 8.

Обратимся вначале к фиг. 2, где показано отражение от цилиндрического зеркала первоначально отклоненного качающимся зеркалом лазерного луча. Положение телевизионного элемента на экране и угол, под которым отражается от цилиндрической поверхности лазерный луч, определяются выражениями
x=ltgα,
α = arcsin где l - расстояние от поверхности цилиндра до экрана,
r - радиус кривизны поверхности цилиндра,
ζ- смещение луча, падающего на отражающую поверхность цилиндра, в результате первоначального отклонения качающимся зеркалом.

Анализ выражения для x показывает, что при гармоническом законе развертки луча по поверхности зеркала ζ= ζsinωt появляется возможность получить приближенно линейную развертку на плоском экране. Действительно, положение телевизионного элемента на экране при развертке запишется в этом случае
x = ltg2arcsinsinωt и при выборе ζ₀/r=0,5, что соответствует полному углу развертки 2α= 120^о, оно удовлетворительно описывается линейным законом изменения x от t в интервале периода развертки T= π/ω(фиг. 3).

Для сканирования луча как в прямом направлении, так и в обратном при гармоническом законе отклонения используется блок 3' буферного ЗУ, имеющего память на две строки изображения, в котором осуществляется последовательное запоминание и считывание каждой телевизионной строки, соответственно в прямом направлении в течение прямого хода луча и в противоположном направлении в течение обратного хода. ЗУ управляется строчными синхроимпульсами.

Поскольку применение отражающих поверхностей 7, 8 с криволинейной поверхностью приводит к расходимости падающего луча, рассмотрим соотношение, связывающее размер пятна Δ на экране с шириной луча δ, падающего на отражающую поверхность, в случае придания лучу некоторой сходимости под углом γс помощью оптического корректора 10 в виде линзы
Δ ≈ -
Из этого выражения видно, что выбором соотношения между углом γи величиной отношения δ/r можно задавать размер пятна на экране, например в соответствии с необходимым разрешением телевизионного изображения:
N =
При этом разрешение сохраняется примерно постоянным по поверхности экрана при выполнении условия
γ ≈ 1,2 Разрешение при этом будет составлять N≈8,5 r/δ. Так, при задании N= 2000 получим, что δ/r=4,4˙10^-3 и γ=5,2˙10^-3 рад. То есть при r=2 см величина δсоставит 90 микрон, что технически выполнимо.

Как следует из описания, предлагаемое устройство воспроизведения изображения имеет простую конструкцию, легко в эксплуатации и перестраивается на различные телевизионные стандарты. Его отличают небольшие габариты и низкая стоимость. При этом благодаря использованию лазеров достигается высокое разрешение изображения - до нескольких тысяч точек по горизонтали и вертикали, что важно для воспроизведения изображения на большом экране и при использовании новых систем телевидения, например телевидения высокой четкости.

Большой угол развертки, малые габариты, простота и дешевизна устройства делают его доступным для домашнего использования, а также в многочисленных видеосалонах и кинотеатрах вместо традиционных телевизоров с малым экраном.

Использование: в телевизионной технике, а также в проекционных телевизионных приемниках с большим экраном. Сущность изобретения: устройство воспроизведения изображения содержит лазерные источники излучения 1, оптический управляемый модулятор 2, сумматор 3, блок управления 4, фокусирующий элемент 5, развертки по строке и по кадру 6,7, оптический отклоняющий блок, выполненный из двух цилиндров 8,9, при этом один цилиндр расположен в плоскости строчной, другой - в плоскости кадровой разверкти. Цель изобретения - увеличение угла отклонения светового луча. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ НА ЭКРАНЕ ИЗОБРАЖЕНИЯ, содержащее лазерные источники излучения, на оптической оси каждого из которых расположен оптический управляемый модулятор, сумматор из дихромных зеркал, оптически связанный с лазерными источниками излучения, оптический блок кадровой развертки, оптический блок строчной развертки, блоки развертки оптически связаны с дихромными зеркалами сумматора, каждый из оптических блоков развертки подключен к выходу блока управления, вход которого является информационным входом устройства, экран, отличающееся тем, что, с целью увеличения угла отклонения луча, в него введен фокусирующий оптический элемент, оптически связанный с дихромными зеркалами сумматора и введенным оптическим отклоняющим блоком, форма отражающей поверхности которого определяется уравнением 1

и уравнением 2

где α(x) и α(y) - задаваемые функции угла отклонения оптического луча соответственно по строкам и кадру,
при этом отклоняющие оптические элементы растровой развертки выполнены в виде качающихся зеркал, в блок управления введено буферное запоминающее устройство, имеющее память на две строки. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оптический отклоняющий блок выполнен в виде двух последовательно расположенных и оптически связанных оптических элементов с отражающей цилиндрической поверхностью, форма которой определяется соответственно уравнениями 1 и 2, при этом один цилиндр ориентирован в плоскости строчной, а другой в плоскости кадровой развертки.