ТЕЛЕВИЗИОННЫЙ ПРОЕКТОР Российский патент 1997 года по МПК H04N9/31 

Изобретение относится к технике телевизионной проекции на большой экран и может быть использовано проектором для демонстрации видеофильмов.

Прототипом принят лазерный телевизионный проектор [1, с.376] содержащий телевизионный приемник, являющийся источником видеосигналов основных цветов и сигналов синхронизации, три видеоусилителя, три оптических квантовых генератора /ОКГ/, генерирующих лучи красного, зеленого и синего цветов, три оптических модулятора, зеркальный сумматор лучей, механическую развертывающую систему строчной и кадровой разверток и экран. Видеосигналы с телевизора усиливаются в видеоусилителях до 700 В и поступают на оптические модуляторы. Лучи ОКГ модулируются по интенсивности усиленными видеосигналами и объединяются в зеркальном сумматоре из двух и одного простого зеркал в один общий луч. Развертка луча производится двумя зеркальными барабанами: строчными и кадровыми.

Недостатками прототипа являются: ненадежность механической развертки строчным зеркальным барабаном, вращающимся со скоростью 625 об./с, потребление электроэнергии электромеханическими развертывающими устройствами, малоэффективность устройств оптической модуляции излучений ОКГ, требующих высоких управляющих напряжений /700 В/, а использование трех ОКГ для трех основных цветов создает сложность реализации проекта.

Цель изобретения повышение надежности телевизионного проектора, повышение электробезопасности и уменьшение потребления энергии питания.

Технический результат достигается исключением из состава проектора трех ОКГ с их оптическими модуляторами и механических развертывающих устройств. Изображение воспроизводится тремя смешанными лучами основных цветов, промодулированных по яркости соответственно величинам кодов видеосигналов при помощи введенных для каждого цвета аналого-цифрового преобразователя /АЦП/, дешифратора и излучателя.

Сущность изобретения состоит в том, что в телевизионный проектор, содержащий источник видеосигналов основных цветов, первый, второй и третий выходы которого подключены к входам трех видеоусилителей, зеркальный сумматор лучей и экран, введены три канала управления лучами цветности, каждый из которых содержит последовательно соединенные АЦП, дешифратор, излучатель соответствующего цвета и оптическую систему, входы АЦП подключены к входам соответствующих видеоусилителей, последовательно соединенные усилитель строчной развертки и первый пьезодефлектор с отражателем на торце, последовательно соединенные усилитель кадровой развертки и второй пьезодефлектор с отражателем на торце, причем входы усилителей разверток подключены к четвертому и пятому выходам источника видеосигналов основных цветов, отражатель первого пьезодефлектора через зеркальный сумматор оптически соединен с выходами трех излучателей, отражатель второго пьезодефлектора оптически соединен с отражателем первого пьезодефлектора, а экран расположен против отражателя второго пьезодефлектора, и введены последовательно соединенные генератор импульсов и ключ, управляемый вход которого подключен к шестому выходу источника видеосигналов основных цветов, а выход подключен параллельно управляющим входам трех АЦП, вход генератора импульсов подключен к седьмому выходу источника видеосигналов основных цветов.

Структурная схема телевизионного проектора показана на фиг.1, функциональная схема АЦП на фиг.2, расположение светодиодов в излучателе - на фиг. 3.

Заявляемый телевизионный проектор включает источник 1 видеосигналов основных цветов, три видеоусилителя 2, 3, 4 основных цветов R, G, B, три канала управления лучами цветности, каждый из которых содержит последовательно соединенные АЦП 5, дешифратор 6, излучатель 7 и оптическую систему 8, зеркальный сумматор 9 цветовых лучей, состоящий из трех простых зеркал 10, 11, 12, последовательно соединенные усилитель 13 строчной развертки и первый пьезодефлектор 14 с отражателем на торце, последовательно соединенные усилитель 16 кадровой развертки и второй пьезодефлектор 16 с отражателем на торце, последовательно соединенные генератор 17 импульсов и ключ 18 и экран 19. АЦП 5₁, 5₂, 5₃ идентичны и каждый выполнен /фиг.2/ в составе пьезодефлектора 20 с отражателем на торце, излучателя 21, включающего импульсный светодиод 22, щелевую диафрагму и объектив, квантующей линейки 23 световодов, блока 24 фотоприемников и шифратора 25.

Источником 1 видеосигналов основных цветов является цветной телевизор, но может быть и видеомагнитофон. Видеоусилители 2, 3, 4 являются усилителями напряжения видеосигналов до величин, необходимых для срабатывания пьезодефлектора 20. АЦП 5 преобразует аналоговые видеосигналы в 8-разрядные коды с частотой 13,5 МГц.

Дешифратор 6 принимает код и соответственно ему включает на излучение соответствующее число светодиодов одного цвета. В качестве дешифратора 6 применена микросхема 533ИД1919 с временем срабатывания 50 нс и потреблением мощности 0,083 Вт [2, с.248]
Излучатель 7 представляет собой матрицу из 255 светодиодов одного цвета, расположенных плотно по окружности. Число светодиодов в излучателе 7, включаемых одновременно на излучение, для каждого разряда в коде приведено в таблице.

Излучателями красного цвета применены 255 светодиодов 3Л341А с длиной волны излучения 0,7 мкм и силой света каждого 0,15 мкд [3, с.21] Излучателями зеленого цвета являются 255 светодиодов 3Л341В с длиной волны 0,55 мкм, силой света 0,15 мкд.

Излучателями синего цвета являются 255 светодиодов КЛ901А с длиной волны излучения 0,466 мкм, силой света 0,15 мкд [3, с.26]
При разрешающем элементе развертки на экране в 1 см² максимальная яркость экрана составляет /без учета потерь при проекции/:

где в числителе сила света от трех излучателей 7 всех разрядов, кд,
0,0001 м² принятый разрешающий элемент развертки на экране.

Полученная яркость с учетом 50% потерь при проекции с запасом удовлетворяет потребности при демонстрации фильмов на большом киноэкране, 30 кд/м² [1, с.25]
Диаметр излучателя 7 при бескорпусном исполнении светодиодов составляет 65 70 мм. Каждый светодиод излучает по сигналу с дешифратора 6. Оптическая система 8 включает коллиматор, суммирующий излучение всех светодиодов, и объектив, фокусирующий суммарное излучение на своем зеркале в сумматоре 9. Зеркальный сумматор 9 принимает излучение с трех излучателей 7, суммирует их, смешивает и направляет на отражатель первого пьезодефлектора 14.

Пьезодефлекторы 14 и 16 представляют собой торцовые биморфные пьезоэлементы с отражателем на торце [4, с.194] и параметрами в [5, с.56]
Пьезодефлектор 14 по управляющему сигналу с усилителя 13 строчной развертки выполняет развертку луча на отражателе второго пьезодефлектора 16, который по управляющему напряжению кадровой развертки с усилителя 15 выполняет кадровую развертку луча на экране 19. Усилитель 13 является усилителем напряжения, подключен в источнике 1 к выходу предварительного усилителя блока строчной развертки (в 3УСЦТ в модуле А7) [6, с.45] и производит усиление развертывающего напряжения для первого пьезодефлектора 14. Усилитель 15 кадровой развертки является усилителем напряжения, подключен в источнике 1 к выходу предварительного усилителя блока кадровой развертки (в 3УСЦТ в модуле А6).

Генератор 17 импульсов является умножителем частоты строк, выдает частоту 13,5 МГц /15625 Гц х 864/, вход генератора подключен в источнике 1 к выходу задающего генератора строчной развертки (в 3УСЦТ в субмодуле синхронизации УРС А1) [6, с.45]
Ключ 18 производит пропуск импульсов дискретизации во время прямого хода строчной развертки. Управляющий вход ключа 18 подключен к выходу усилителя импульсов гашения /в модуле цветности МЦ-2 А2/, на время длительности которого он закрывается.

Первый АЦП 5₁ преобразует в 8- разрядные коды видеосигнал красного цвета R, АЦП 5₂ преобразует в коды видеосигнал зеленого цвета G, АЦП 5₃ преобразует в коды видеосигнал синего цвета B. Преобразование видеосигналов в коды осуществляется разверткой луча от светодиода 22 /фиг.2/ отражателем пьезодефлектора 20 по плоскости входных зрачков квантующей линейки 23 световодов, затем световой импульс преобразуется фотоприемником блока 24 в электрический сигнал, возбуждающий соответствующую шину в шифраторе 25, который выдает код мгновенного значения видеосигнала. Дискретизация осуществляется импульсами излучения светодиода 22, который выдает импульс света с частотой 13,5 МГц по тактовым импульсам с генератора 17 импульсов. Источником излучения является инфракрасный импульсный светодиод АЛ402А с временем нарастания излучения 25 нс [3] что с запасом удовлетворяет частоте дискретизации 13,5 МГц /74 нс/. Щелевая диафрагма и объектив излучателя 17 формируют луч шириной, равной диаметру входного торца световода линейки 23, и высотой 1 мм для облегчении юстировки. Диаметр входного торца световодов принят 0,02 мм. Пьезодефлектор 20 является торцовым биморфным пьезоэлементом с отражателем на торце [4, с. 194] и с параметрами в [5, с.56] Сканирующее пятно имеет форму прямоугольника 0,02 х 1 мм. Квантующая линейка 23 световодов содержит 255 световодов для кодирования видеосигнала в 8-разрядные коды. Световой импульс с каждого световода преобразуется своим фотоприемником в электрический сигнал. В качестве фотоприемников применены лавинные фотодиоды ЛФД с временем срабатывания 10 нс, изготовленные методом микроэлектронной технологии на входных торцах световодов. Выходы каждого фотоприемника подключены к соответствующим входам шифратора 25. С приходом на его вход сигнала шифратор 25 выдает в параллельном виде 8-разрядный код входного сигнала. Шифратор формирует коды с 00000001 по 11111111. Первому световоду соответствует код 00000001, второму 00000010, третьему 00000011 и т.д. 255-у -11111111. Время срабатывания шифратора 60 нс [2, с.231] потребляет до 0,1 Вт.

Время срабатывания АЦП 5 складывается из времени срабатывания фотоприемника 10 нс и срабатывания шифратора 60 нс, что в сумме 70 нс, и удовлетворяет частоте дискретизации 13,5 МГц /74 нс/.

С выхода АЦП на вход дешифратора 6 с частотой 13,5 МГц поступают коды видеосигналов. Дешифратор 6 формирует сигнал на выходе на излучение соответствующего числа светодиодов в излучателе 7.

Модуляция луча по яркости в каждом излучателе выполняется включением на излучение числа светодиодов, соответствующего величине кода видеосигнала: при коде 00000001 излучает один светодиод матрицы, при коде 00000010 излучают два светодиода, при коде 00000011 три и т.д. при коде 11111111 излучают 255 светодиодов.

Максимально потребляемая мощность одним излучателем 7 составляет:
255 х 2,8 В х 0,01 А 7,14 Вт.

Вторым столько же 7,14 Вт. Третьим: 255 х 12 В х 0,01 А 30,6 Вт. Мощность, потребляемая одним каналом управления лучом, складывается из потребления АЦП 5, которая до 0,2 Вт /шифратор 25 0,1 Вт/, и блоком 6 до 0,08 Вт. Три канала потребляют 0,28 х 3 0,9 Вт.

Излучатели совместно с каналами управления потребляют:
0,9 + 7,14 2 + 30,6 45,8 Вт.

Весь проектор /без источника 1 видеосигналов/ потребляет до 50 Вт.

Заявляемый проектор является низковольтным устройством, величина напряжения определяется напряжением питания микросхем.

Видеосигналы основных цветов с источника 1 усиливаются видеоусилителями 2, 3, 4 и воздействуют на пьезодефлекторы в АПЦ 5. Три АЦП преобразуют аналоговые сигналы в 8- разрядные коды, которые поступают в свои дешифраторы 6. Дешифраторы 6 включают на излучение соответствующее число светодиодов в трех излучателях 7. Оптическая система 8 суммирует излучения светодиодов одного излучателя 7 и проецирует луч одного цвета на свое зеркало в зеркальном сумматоре 9. Отраженные от зеркал 10, 11, 12 цветовые лучи смешиваются на отражателе первого пьезодефлектора 14, выполняющего строчную развертку смешанного луча на отражателе второго пьезодефлектора 16. Второй пьезодефлектор 16 выполняет кадровую развертку луча на экране 19. Элемент разрешения на экране задается шириной полосы отражателей на пьезодефлекторах 14, 16. В связи с этим ширина отражателей выполняется в соответствии с требуемым элементом разрешения. На экране воспроизводится цветное изображение без помощи лазерных излучателей, что уменьшает потребление энергии питания и увеличивает безопасность эксплуатации за счет низких напряжений питания и отсутствия лазерного излучения, а применение пьезодефлекторов исключает надежность механических устройств разверток прототипа и уменьшает потребляемую мощность.

Заявляемое устройство может быть использовано проектором для демонстрации видеофильмов в кинотеатрах.

Использованные источники информации
1. В.Ф.Самойлов, Б.П.Хромой. М. Телевидение, 1975, с. 25, 376, прототип.

2. Цифровые интегральные микросхемы. Минск, 1991, с.231, 245, 248.

3. Иванов В.И, Аксенов А.И. Юшин А.М. Полупроводниковые оптоэлектронные приборы. Справочник. М. 1988, с. 21, 26.

4. Справочник по лазерной технике. Под ред. Байбородина. Киев, 1978, с. 194.

5. Расчет элементов лазерных сканирующих систем. Днепровский и др. Минск, 1986, с. 56, табл. 2,3.

6. С.А.Ельяшкевич, А.Е.Пескин. Устройство и ремонт цветных телевизоров. М. 1987, с. 45.

Изобретение относится к технике телевизионной проекции на большой экран и может быть использовано проектором для демонстрации видеофильмов. Сущность изобретения состоит в том, что в телевизионной проектор, содержащий источник видеосигналов основных цветов, три видеоусилителя, зеркальный сумматор и экран, введены три канала управления лучами цветности, каждый в составе АЦП, блока управления, управляемого излучателя соответствующего цвета и оптической системы, усилитель строчной развертки с первым пьезодефлектором, усилитель кадровой развертки с вторым пьезодефлектором, и последовательно соединенные генератор импульсов и ключ. Изображение воспроизводится на большом экране тремя смешанными лучами основных цветов от трех управляемых излучателей, излучения которых промодулированы по яркости цифровыми кодами видеосигналов. Строчная и кадровая развертки осуществляются двумя пьезодефлекторами. Частота дискретизации - 13,5 МГц, видеосигналы представляются 8- разрядными кодами, максимальная яркость экрана - 1147,5 кд/м². Техническим результатом является повышение надежности кадровой и строчной разверток за счет электронной развертки смешанного луча пьезодефлекторами, повышение безопасности эксплуатации устройства за счет отсутствия лазерного излучения и низковольтного питания проектора /до 12 В/ и уменьшение потребления энергии питания, потребляет без источника видеосигналов 50 Вт. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

1. Телевизионный проектор, содержащий источник видеосигналов основных цветов, первый, второй и третий выходы которого подключены к входам трех видеоусилителей, зеркальный сумматор и экран, отличающийся тем, что в него введены три канала управления лучами цветности, каждый из которых содержит последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь (АЦП), дешифратор, излучатель соответствующего цвета и оптическую систему, входы АЦП подключены к выходам соответствующих видеоусилителей, последовательно соединенные усилитель строчной развертки и первый пьезодефлектор с отражателем на торце, последовательно соединенные усилитель кадровой развертки и второй пьезодефлектор с отражателем на торце, причем входы усилителей разверток подключены к четвертому и пятому выходам источника видеосигналов основных цветов, отражатель первого пьезодефлектора через зеркальный сумматор оптически связан с оптическими выходами трех излучателей, отражатель второго пьезодефлектора оптически связан с отражателем первого пьезодефлектора, а экран расположен против отражателя второго пьезодефлектора, введены последовательно соединенные генератор импульсов и ключ, управляемый вход которого подключен к шестому выходу источника видеосигналов основных цветов, а выход подключен параллельно к управляющим входам трех АЦП, вход генератора импульсов подключен к седьмому выходу источника видеосигналов основных цветов, а зеркальный сумматор включает три зеркала. 2. Проектор по п.1, отличающийся тем, что АЦП идентичны и каждый выполнен в составе пьезодефлектора с отражателем на торце, вход которого является входом АЦП, излучателя в составе импульсного светодиода, щелевой диафрагмы и объектива, квантующей линейки световодов, входные торцы которых оптически соединены с отражателем пьезодефлектора, и последовательно соединенных блока фотоприемников и шифратора, причем входы блока фотоприемников оптически соединены с выходными торцами световодов квантующей линейки световодов, а выходы шифратора являются выходами АЦП, управляющим входом АЦП является вход импульсного светодиода.