СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ВИДЕОИЗОБРАЖЕНИЙ, А ТАКЖЕ СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ УСТРОЙСТВА Российский патент 2000 года по МПК H04N9/31 H04N5/74 

Настоящее изобретение относится к устройству для воспроизведения видеоизображения, имеющему источник, излучающий по меньшей мере один промодулированный по интенсивности световой пучок, а также дефлектор для отклонения светового пучка как для осуществляемой с сохранением угловой пропорциональности развертки N_p элементов изображения в строках по углу α_p, так и для осуществляемой с сохранением угловой пропорциональности развертки N_z строк видеокадра по углу α_z. Изобретение также относится к способу изготовления устройства такого типа, для которого предусматривают источник, излучающий по меньшей мере один промодулированный по интенсивности световой пучок, а также дефлектор для отклонения светового пучка как для осуществляемой с сохранением угловой пропорциональности развертки N_p элементов изображения в строках по углу α_p, так и для осуществляемой с сохранением угловой пропорциональности развертки N_z строк видеокадра по углу α_z. Кроме того, изобретение относится к способу воспроизведения видеоизображения, в котором по меньшей мере один промодулированный по интенсивности световой пучок излучают с помощью источника, а также отклоняют с помощью дефлектора как для осуществляемой с сохранением угловой пропорциональности развертки N_p элементов изображения в строках по углу α_p, так и для осуществляемой с сохранением угловой пропорциональности развертки N_z строк кадра по углу α_z.

В последующем описании под понятием "источник" подразумевается не только один единственный генератор света, но и любая комбинация различных источников света в любой компоновке и с любым расположением.

Устройства вышеуказанного типа известны, например, из DE 4324848 C1. В таких устройствах по аналогии с электронным лучом обычного телевидения пучки света отклоняются построчно в направлении экрана. Отклонение в еще одном направлении, перпендикулярном направлению строчной развертки, служит для кадровой развертки. В процессе развертки на экране высвечиваются отдельные элементы изображения, при этом путем соответствующего управления интенсивность световых пучков регулируется для достижения требуемой цветности и яркости каждого из высвечиваемых элементов изображения. Для воспроизведения цветного изображения в источнике предусмотрены три лазера с различными длинами волн излучений, интенсивность которых модулируется соответствующим образом.

При этом строчная развертка сопряжена с определенной проблемой, поскольку для нее требуется очень высокая частота. Такую развертку обычно осуществляют с помощью акустооптических модуляторов или, согласно DE 4324848 C1, с помощью зеркальных барабанов. Однако следует ожидать, что при разработке новых телевизионных стандартов с высокой четкостью изображения, таких, как стандарт на телевидение высокой четкости (ТВВЧ), очень быстро будут достигнуты пределы физических возможностей систем воспроизведения касательно частоты развертки. Поэтому существует необходимость в дальнейших разработках в области зеркальных барабанов или акустооптических модуляторов.

При частоте вертикальной развертки (под которой подразумевается частота кадров или полей) в 50 Гц для строчной развертки требуются, например, следующие частоты, Гц:
ПАЛ с чересстрочной разверткой - 15625
ПАЛ с прогрессивной разверткой - 31250
ТВВЧ с чересстрочной разверткой - 31250
ТВВЧ с прогрессивной разверткой - 62500
Достигаемая с использованием современных зеркальных барабанов частота горизонтальной развертки составляет около 32 кГц. Типичными техническими данными таких барабанов являются их частота вращения, составляющая 1250 Гц, и количество граней, равное 25. Зеркальные барабаны такого типа и иные механические зеркальные отклоняющие системы с аналогичными параметрами практически уже достигли своих оптимальных показателей в отношении динамики, угла отклонения, диаметра светового пучка, дисперсионной независимости, шума, конструктивных размеров, оснащенности техническими средствами и стоимости.

Однако ограничения в динамике механических отклоняющих систем с большой подвижной массой существенно снижают исключительно высокий потенциал этих систем, которым они обладают в отношении их применения в области высококачественной лазерной проекционной техники, в частности в лазерных кинотеатрах или планетариях.

При этом удвоить частоту развертки, например, за счет удвоения числа граней многогранника невозможно из-за уменьшения в этом случае длины отдельных граней при неизменном диаметре барабана. Увеличение же диаметра существенно повышает требования, предъявляемые к зеркальному барабану. Далее, удвоение частоты вращения предъявляет очень жесткие требования к приводу и подшипниковым опорам зеркального барабана и прежде всего к свойствам его материала, поскольку удвоение частоты вращения приводит к учетверению центробежных сил, а обычные материалы, начиная с определенной границы, не выдерживают этих сил, что может привести к разрушению, соответственно разрыву зеркального барабана.

По этим причинам повышение частоты развертки, обеспечиваемой механическими отклоняющими системами, не является легко разрешимой проблемой. Однако, возможно, такие проблемы удастся решить за счет применения новых материалов и новых технологий при разработке быстрых механических оптических дефлекторов или немеханических, в частности электрооптических и акустооптических дефлекторов.

Еще одна проблема связана с необходимостью обеспечения малой расходимости световых пучков, чтобы можно было достичь требуемого разрешения, соответственно требуемой четкости изображения. Поэтому в известных на сегодняшний день системах для создания световых пучков обычно применяют лазеры, излучаемый которыми световой пучок в основном обладает требуемой параллельностью. Однако при этом, в частности при крупноформатных проекциях, очень быстро достигается предел мощности существующих лазеров. В этом отношении резонно было бы предположить, что первичный световой пучок можно пропускать через несколько оптических усилителей, получая с их помощью световые пучки с более высокой выходной мощностью, и затем в свою очередь сводить эти пучки в один единственный луч. Однако при этом обнаруживается, что из-за когерентности и зависящей от температуры величины фазового угла выходных световых пучков в дальней зоне достигается лишь низкая и нестабильная интенсивность света.

Для решения обеих проблем в DE 4139842 A1 было предложено разделять видеокадр на отдельные изображения и воспроизводить их раздельно с помощью соответственно одного лазера и соответствующих дефлекторов.

Эта система является относительно сложной и помимо этого обладает еще одним недостатком. А именно, в представленном в начале описания устройстве качество изображения вследствие осуществляемого с сохранением угловой пропорциональности отклонения параллельных световых пучков не зависит от удаления проекционного экрана от дефлектора. С расстоянием изменяется исключительно размер изображения, причем само изображение при изменении расстояния никогда не становится нечетким. Это позволяет, например, воспроизводить изображения на поверхностях любой кривизны, и поэтому такие устройства могут применяться в планетариях или в летных тренажерах, а также могут найти даже новое применение, например, в различного рода шоу. Однако обеспечить такое воспроизведение изображений с помощью видеустройств, описанных в DE 4139842 A1, невозможно, поскольку при изменении расстояния между проекционным экраном и дефлектором отдельные видеоизображения либо накладываются друг на друга, либо разъединяются.

Такие же недостатки присущи и описанному в US 4796961 техническому решению, согласно которому зеркальные барабаны предлагается использовать для растрирования в технике печатания. При этом два лазерных пучка, которые поляризуют в различных плоскостях, с помощью поляризационного светоделителя сводят таким образом, что одним и тем же зеркальным барабаном одновременно развертывается по две строки. Хотя такое решение и позволяет снизить затраты в сравнении с разделением на отдельные изображения согласно DE 4139842 A1, тем не менее применение этой техники в видеоустройстве сделала бы плотность строк зависимой от расстояния от экрана до дефлектора, поскольку световые пучки после выхода из поляризационного светоделителя, служащего для сведения поляризованных световых пучков, проходят в видеоустройстве параллельно друг другу. По этой причине такая методика формирования растра неприменима для решения вышеописанных проблем в видеоустройстве указанного в начале описания типа.

Однако в видеоустройстве, описанном в WO 95/10159, использован аналогичный подход. Согласно этой публикации излучаемые несколькими расположенными в ряд лазерами лучи проходят через линзу, падая на отклоняющий зеркальный барабан, и совместно развертываются по различным строкам. При этом, однако, зеркальный барабан не осуществляет развертку различных строк с сохранением угловой пропорциональности, а смещает весь ряд лазерных лучей по последовательно отклоняющим граням в соответствии с некоторой тангенциальной зависимостью. Вызывает сомнение тот факт, что такой зеркальный барабан вообще мог быть изготовлен, поскольку он требует очень точной шлифовки для достижения требуемого тангенса угла отклонения. Кроме того, осуществляемая с сохранением угловой пропорциональности развертка в таком способе не обеспечивала бы равномерной плотности строк, что приводило бы к получению изображений лишь низкого качества.

Далее, отраженные от зеркального барабана лазерные лучи необходимо снова преобразовать в ряд элементов изображения, для чего требуется еще одна линза. Затем для получения изображения окончательного размера предусматривается дополнительная проекционная оптическая система, которая фокусирует изображение на проекционный экран, вследствие чего вышеуказанные преимущества касательно увеличения изображения с увеличением расстояния, соответственно касательно независимости проекционной поверхности от ее формы не достигаются.

Исходя из вышеизложенного, в основу настоящего изобретения была положена задача усовершенствовать описанное выше видеоустройство таким образом, чтобы оно при более высокой световой мощности обеспечивало бы четкое отображение формируемых им видеоизображений независимо от расстояния между дефлектором и проекционным экраном, соответственно независимо от формы последнего. В частности, задача изобретения состоит в дальнейшем повышении плотности элементов изображения, обеспечивающем возможность воспроизведения, например, и высокочетких изображений (ТВВЧ с прогрессивной разверткой) даже при использовании прогрессивной развертки.

Эта задача в отношении устройства указанного выше типа решается благодаря тому, что источник выполнен с возможностью излучения двух модулируемых независимо друг от друга световых пучков, первый из которых промодулирован содержащейся в видеоизображении информацией для высвечивания первого, в каждом случае управляемого разверткой элемента изображения, а второй из них промодулирован содержащейся в видеоизображении информацией для высвечивания второго элемента изображения, при этом содержащаяся в видеоизображении информация, которая воспроизводится вторым элементом изображения, смещена относительно содержащейся в видеоизображении информации, которая воспроизводится первым элементом изображения, на m_z строк кадра и на m_p элементов изображения одной строки, где m_z и m_p являются целыми числами и m_z≤N_z, a m_p≤N_p и m_z и/или m_p ≠ 0, и что предусмотрена оптическая система, которая выполнена с возможностью сведения обоих световых пучков в общей действительной или мнимой точке, которая в направлении распространения света лежит перед дефлекторами или в пределах дефлекторов и из которой оба световых пучка расходятся под заданным углом величиной m_z• α_z /N_z в направлении кадровой развертки, а также под углом величиной m_p• α_p /N_p в направлении строчной развертки.

Согласно изобретению такое устройство позволяет также реализовать вышеуказанный способ благодаря тому, что с помощью источника излучают два световых пучка, первый из которых модулируется содержащейся в видеоизображении информацией для высвечивания первого, в каждом случае управляемого разверткой элемента изображения, а второй модулируется содержащейся в видеоизображении информацией для высвечивания второго элемента изображения, при этом содержащаяся в видеоизображении информация, которая воспроизводится вторым элементом изображения, смещена относительно содержащейся в видеоизображении информации, которая воспроизводится первым элементом изображения, на m_z строк кадра и на m_p элементов изображения одной строки, где m_z и m_p являются целыми числами и m_z≤N_z, а m_p±N_p и m_z и/или m_p ≠ 0, и что оба световых пучка сводят с помощью оптической системы в общей действительной или мнимой точке, которая в направлении распространения света лежит перед дефлектором или в пределах него и из которой оба световых пучка расходятся под заданным углом величиной m_z• α_z /N_z в направлении кадровой развертки, а также под углом величиной m_p• α_p /N_p в направлении строчной развертки.

Согласно изобретению способ изготовления указанного устройства состоит в том, что источник выполняют с возможностью излучения двух модулируемых независимо друг от друга световых пучков, первый из которых модулируется содержащейся в видеоизображении информацией для высвечивания первого, в каждом случае управляемого разверткой элемента изображения, а второй модулируется содержащейся в видеоизображении информацией для высвечивания второго элемента изображения, при этом содержащаяся в видеоизображении информация, которая воспроизводится вторым элементом изображения, смещена относительно содержащейся в видеоизображении информации, которая воспроизводится первым элементом изображения, на m_z строк кадра и на m_p элементов изображения одной строки, где m_z и m_p являются целыми числами и m_z≤N_z, а m_p≤N_p и m_z и/или m_p ≠ 0, что предусматривают оптическую систему, которую выполняют с возможностью сведения обоих световых пучков в общей действительной или мнимой точке, которая в направлении распространения света лежит перед дефлектором или в пределах него и из которой оба световых пучка расходятся под заданным углом величиной m_z• α_z /N_z в направлении кадровой развертки, а также под углом величиной m_p• α_p /N_p в направлении строчной развертки, и что дефлектор располагают в определенном положении относительно обоих световых пучков для их синхронной развертки по тем же элементам изображения, для которых каждый из световых пучков промодулирован по интенсивности.

Таким образом, аналогично US 4796961 преимущество такого решения состоит в том, что развертка нескольких строк осуществляется одним и тем же дефлектором, например, зеркальным барабаном, что одновременно с повышением мощности за счет увеличения количества применяемых световых пучков позволяет даже снизить частоту вращения зеркального барабана, при дополнительном условии, что, например, развертка каждого из двух световых пучков осуществляется по различным строкам одного кадра. Однако настоящее изобретение существенно отличается от известного решения наличием оптической системы. Если согласно US 4796961 оба световых пучка выходят из оптической системы параллельно, согласно же настоящему изобретению световые пучки сводятся таким образом, что они проходят через реальную или мнимую общую точку, выходя из нее под определенным углом, который характеризуется исключительно лишь величиной углового отклонения при кадровой развертке с помощью дефлектора. В этом заключается основное отличие от известного из WO 9510159 технического решения, согласно которому углы между световыми пучками, обегающими отдельные строки, из-за некоторого удаления релейной линзы от зеркального барабана абсолютно не зависят от какого-либо осуществляемого с сохранением угловой пропорциональности отклонения, которое в этом известном методе даже и не производится. Однако настоящее изобретение дополнительно отличается от известного решения еще и тем, что помимо одновременной развертки строк оно позволяет осуществлять также одновременное высвечивание различных элементов изображения, преимущество чего в первую очередь заключается в повышении яркости элементов изображения.

Задаваемое согласно изобретению положение общей точки, в которой сходятся оба световых пучка, а именно, перед дефлектором или в пределах него, позволяет наиболее простым путем изменять расстояние между дефлектором и экраном, что наглядно поясняется на следующем примере. Если бы эта точка лежала, например, по середине между проекционным экраном и дефлектором, то в этом случае после смещения проекционного экрана ближе к дефлектору получение четкого изображения стало бы невозможным. В отличие от этого благодаря расположению указанной точки в предлагаемом согласно изобретению положении экран можно также разместить очень близко к дефлектору без потери качества изображения.

В одном из предпочтительных вариантов изобретения, который прежде всего позволяет повысить скорость развертки, в предлагаемом устройстве предусмотрены видеопамять, которая выполнена с возможностью синхронного считывания из нее соответствующих строк для первого и второго световых пучков, и блок управления источниками и/или дефлектором, что обеспечивает развертку каждой строки видеоизображения соответственно только одним из двух световых пучков.

Такое решение обеспечивает всегда только однократную развертку различных строк видеоизображения. Благодаря этому можно увеличить число строк, не повышая с этой целью скорость дефлектора, в частности скорость указанного зеркального барабана. При проекции ТВ-изображения в стандарте ТВВЧ, например, с чересстрочной разверткой при частоте полей 50 Гц, каждое поле формируется с помощью 625 строк. Однако известно, что при прогрессивной развертке качество изображения благодаря воспроизведению кадров с частотой 50 Гц существенно улучшается. Обусловлено это тем, что горизонтальные строки, каждая из которых относится к одному из полей, воспроизводятся лишь при частоте смены кадров 25 Гц, хотя весь кадр при восприятии изображения на большем удалении появляется с частотой смены полей 50 Гц.

В отличие от этого при смене кадров с частотой 50 Гц, что обеспечивается за счет удвоения скорости развертки, полное изображение появляется на экране практически без мерцаний. Однако при прогрессивной развертке частоту строк требуется удвоить, что согласно рассматриваемому варианту выполнения изобретения может быть достигнуто без больших технических трудностей, поскольку в этом случае развертывающие элементы одновременно обегают две строки.

Следовательно, в стандартах с высокой четкостью воспроизведения изображений можно очень просто перейти от чересстрочной развертки к прогрессивной, не повышая при этом частоту строк, которую обеспечивает указанный в качестве примера зеркальный барабан.

Другая возможность состоит исключительно в удвоении числа строк, воспроизводящих одинаковую видеоинформацию, что позволяет повысить разрешение изображения. Далее, разрешение, а следовательно, и четкость воспроизводимого изображения можно повысить по методу, подробно рассмотренному, например, в DE 19517357 C1. В частности, для этой цели может оказаться предпочтительным осуществлять развертку по двум различным элементам изображения в одной и той же строке (m_z = 0), когда первый световой пучок обегает, например, первую половину строки, а второй световой пучок одновременно обегает вторую ее половину. Благодаря этому в отличие от уровня техники вдвое большее число элементов изображения может быть воспроизведено за время, составляющее половину полного цикла развертки одной строки.

Далее, существует также возможность воспроизведения изображений с помощью зеркального барабана в режиме чересстрочной развертки при частоте строк 62,5 кГц и при частоте полей 31,25 кГц, если с этой целью четыре световых пучка одновременно модулировать по интенсивности и цвету видеоинформацией, воспроизводимой соответствующей строкой, и одновременно отображать на экран с помощью предусмотренного согласно изобретению дефлектора. Такое решение позволяет, кроме того, существенно повысить яркость проецируемого изображения. Благодаря расположению обегаемых различными световыми пучками строк одна над другой более не требуется пространственно объединять световые пучки, что, как было описано выше, сопряжено с определенными проблемами касательно повышения удельной световой мощности в дальней зоне и обеспечения ее стабильности.

Предлагаемое согласно изобретению число межстрочных интервалов m_z, т.е. то число строк, на которое в растре изображения развертываемая первым световым пучком строка отстоит от развертываемой вторым световым пучком строки, в принципе может выбираться произвольным вплоть до максимального значения числа строк, равного N_z. Так, например, первым световым пучком можно развертывать первую, вторую, третью и т.д. строки, а вторым световым пучком можно развертывать строки 313, 314, 315 и т.д., т.е. в 625-строчном кадре верхняя половина изображения формируется одним световым пучком, а нижняя его половина формируется другим световым пучком. В известном, например, из US 4796961, устройстве это было неосуществимо, поскольку в соответствии с описанным в этом патенте техническим решением точки попадания лучей на зеркальный барабан при таком режиме работы отстояли бы настолько далеко друг от друга, что это привело бы к неконтролируемым отклонениям лучей вследствие различных ошибок пирамидальности для обоих световых пучков в различных строках, обусловленных возможным искривлением граней зеркального барабана.

Настоящее же изобретение позволяет воспроизводить изображения указанным методом, если, например, благодаря конструктивным параметрам оптической системы общая точка, из которой выходят световые пучки, располагается рядом с поверхностью грани зеркального барабана или даже на ней, поскольку в этом случае оба световых пучка всегда отображаются одной и той же частью зеркального барабана.

Несмотря на возможность практически произвольного выбора значений для чисел m_z и m_p, тем не менее при их неблагоприятном выборе значительно усложнилась бы конструкция и стоимость вышеуказанного блока управления, если, например, потребуется обеспечить воспроизведение каждого элемента видеоизображения только одним из световых пучков.

Поэтому согласно другому предпочтительному варианту выполнения изобретения первый световой пучок развертывается по строкам только с нечетными или только с четными номерами, а число m_z является нечетным.

Такое решение позволяет существенно уменьшить связанные с управлением затраты, поскольку в этом случае первый световой пучок обегает, например, строки 1, 3, 5 и т.д., а второй световой пучок, например, при m_z = 3, одновременно с первым обегает строки 4, 6, 8 и т.д. Тем самым изначально исключается возможность обегания обоими световыми пучками в какой-либо момент времени одной и той же строки. Благодаря этому предотвращается воспроизведение отдельных элементов изображения с большей интенсивностью, а в случае двух световых пучков - с двойной интенсивностью, вследствие многократного их высвечивания.

В результате этого затраты на электронные средства резко сокращаются в сравнении с другими решениями, в которых во избежание развертки некоторых строк обоими световыми пучками за один цикл кадровой развертки предусматривается принудительное взаимное блокирование считывания различных строк.

Если же световые пучки должны высвечивать одни и те же элементы изображения, то согласно еще одному предпочтительному варианту выполнения изобретения первый световой пучок для развертки полного кадра развертывают по строкам, имеющим порядковые номера. В этом случае и второй световой пучок независимо от чисел m_z и m_p также обегает весь кадр. Поэтому при наличии двух световых пучков интенсивность элементов изображения в единицу времени удваивается в каждом видеокадре.

Согласно другому предпочтительному варианту выполнения изобретения дефлектор содержит зеркальный барабан для развертки N_p элементов изображения в направлении строк, а общая точка сведения световых пучков лежит на соответствующей отклоняющей грани зеркального барабана. Тем самым оба световых пучка отклоняются одной и той же точкой зеркального барабана, что исключает появление различных ошибок пирамидальности для строк, воспроизводимых обоими световыми пучками, в результате возможного небольшого искривления грани зеркального барабана, благодаря чему при ошибочном отклонении требуется коррекция лишь одной единственной ошибки пирамидальности.

Согласно еще одному предпочтительному варианту выполнения изобретения дефлектор содержит качающееся зеркало для кадровой развертки N_z строк видеоизображения, а общая точка лежит на поверхности этого качающегося зеркала.

С помощью такого качающегося зеркала световой пучок, построчно развертываемый зеркалом строчной развертки, например, зеркальным барабаном, далее отклоняется в различных направлениях по кадру, т.е. в направлении расположения строк. Если общая точка лежит на поверхности качающегося зеркала, то для одновременно развернутых согласно изобретению строк создаются равные оптические условия, как, например, и в устройстве согласно DE 4324848 C1. Тем самым наиболее оптимальным путем выдерживается одна и та же плотность строк независимо от положения проекционного экрана относительно дефлектора. Хотя это условие соблюдается и при других положениях точки выхода обоих световых пучков, когда проекционный экран удален на очень большое расстояние от дефлектора, тем не менее достигаемое при этом преимущество состоит в том, что и при расположении проекционного экрана вблизи от дефлектора могут получены также очень малые изображения, например, когда требуется изготовить очень компактное видеоустройство с малым форматом кадра.

Согласно еще одному предпочтительному варианту выполнения изобретения для каждого из световых пучков предусмотрен световод, в который соответствующий световой пучок вводится из источника. При этом выходные торцы световодов закреплены на некотором расстоянии друг от друга, а на выходной стороне после световодов предусмотрена фокусирующая система, в фокальной плоскости которой, находящейся с входной стороны, расположены выходные торцы световодов, благодаря чему свет, выходящий из соответствующего световода, с одной стороны, параллелизован, а с другой стороны, оба световых пучка сводятся в одной точке, образуя заданные углы α_p и α_z.

Этот вариант выполнения позволяет наиболее простым путем реализовать предусмотренную согласно изобретению оптическую систему, как это прежде всего поясняется ниже при описании примеров осуществления изобретения. Использование световодов позволяет, во-первых, получить недорогую оптическую систему для сведения световых пучков, совместно развертываемых по разным строкам. Во-вторых, снижаются необходимые затраты на юстировку источника в сравнении с другими оптическими системами, поскольку световоды сходятся на определенном расстоянии, т.е. в этом отношении отпадает необходимость в юстировке источника по положению и углу. Кроме того, эта фокусирующая система позволяет простым образом параллелизовать выходящий из световода свет и установить на определенное значение угол в зависимости от удаления световодов от первой главной плоскости фокусирующей системы. В простейшем случае фокусирующая система представляет собой линзу с положительной оптической силой, что наглядно показывает, каким образом можно снизить затраты на оптическую систему согласно данному варианту выполнения изобретения.

Согласно другому предпочтительному варианту выполнения изобретения по меньшей мере один световод расположен на выходной стороне под некоторым углом к оптической оси, который по абсолютной величине меньше 30^o, в частности меньше 1^o. Благодаря дополнительной степени свободы в выборе угла установки световода, а тем самым и угла выхода светового пучка положение общей точки можно варьировать в более широких пределах, чем при параллельном расположении обоих световодов. Такое решение позволяет простым путем оптимизировать предлагаемое устройство. При проведении практических опытов было установлено, что наиболее оптимальными являются именно указанные верхние пределы углов.

Затраты на предлагаемое устройство можно дополнительно снизить, если согласно еще одному предпочтительному варианту изобретения выполнить световоды в виде оптического интегрального элемента, поскольку изготовление таких элементов с малыми технологическими допусками не требует больших издержек. Кроме того, требуемое расстояние между выходами световодов точно выдерживается именно благодаря таким малым технологическим допускам, обеспечиваемым самой интеграцией.

Было установлено, что для развертки расположенных очень близко друг к другу строк видеокадра выходы световодов предпочтительно располагать на расстоянии более 10 мкм, в частности более 30 мкм, но менее 1 мм друг от друга, поскольку тем самым, во-первых (при расстоянии более 10 мкм), достаточно просто обеспечить совместную развертку двух близколежащих строк первым и вторым световыми пучками, одновременно предотвращая переход переносимой световым пучком информации, например, в результате паразитной связи между полями рассеяния, с одного световода на другой, а, во-вторых (при расстоянии менее 1 мм), положение точки сведения, как уже пояснялось выше, можно выбирать практически независимо от положения отклоняющих граней зеркального барабана.

Согласно еще одному предпочтительному варианту выполнения изобретения световоды представляют собой состоящие из сердцевины и оболочки волоконные световоды, соединенные на выходной стороне, причем их оболочки в месте соединения сошлифованы, благодаря чему сердцевины обоих волоконных световодов на их выходной стороне расположены на небольшом расстоянии друг от друга, составляющем более 10 мкм. В результате достигаются те же преимущества, что и описанные выше, однако в этом случае благодаря применению в качестве световодов гибких волоконных световодов достигается еще одно преимущество, состоящее в том, что, хотя выходы волоконных световодов механически жестко соединены друг с другом с обеспечением требуемого расстояния между ними, входы световодов благодаря гибкости последних могут располагаться практически в любом месте. Таким образом, этот вариант выполнения изобретения позволяет изготовить недорогое и компактное видеустройство, поскольку на выбор положения и ориентации генераторов света практически не накладывается никаких ограничений.

Выше уже упоминался недостаток, обусловленный связью между полями рассеяния в световодах. Именно вследствие этой связи световой пучок проходит не только по световоду, поскольку часть электрического поля из-за отличной от нуля длины волны выходит из световода перпендикулярно направлению распространения света. В случае очень близко расположенных друг к другу световодов это "поле рассеяния" может возбудить моду в другом световоде. Как уже указывалось выше, избежать этого можно за счет расположения центров тех частей световодов, по которым распространяется свет, на соответственно большом расстоянии друг от друга.

Однако указанное выше расстояние можно и уменьшить, предусмотрев с этой целью на контактирующих поверхностях волоконных световодов зеркальную поверхность. Поля рассеяния, отражаясь от этой зеркальной поверхности, уже не могут влиять на распространение света в другом световоде. Однако это, как показывает опыт, приводит к возникновению затухания, которое в этом случае следует компенсировать путем конического удлинения сердцевины, т.е. ее сведения на конус, который при неблагоприятных условиях более не позволяет располагать волокна на малом расстоянии друг от друга для получения малых углов α_p и α_z.

Согласно другому предпочтительному варианту дефлектор содержит подвижное в двух направлениях зеркало, на поверхности которого оба световых пучка сходятся под заданным углом в общей точке, а затем отражаются, и предусмотрен привод для спирального движения подвижного зеркала, при этом строки для получения величины m_z отсчитываются радиально, а элементы изображения для получения величины m_p отсчитываются в поступательном направлении такой спиральной развертки.

Спиральную развертку предпочтительно применять при проекциях, которые осуществляются в полярной системе координат. Такую развертку наиболее целесообразно использовать, например, в летных тренажерах или в планетариях, поскольку в этих случаях изображение обычно необходимо проецировать на сферическую или полусферическую поверхность. Техника спиральной развертки известна, например, из US 3569616.

На первый взгляд может показаться, что настоящее изобретение невозможно использовать при такой технике развертки со спиральным отклонением развертывающего элемента на проекционную поверхность, геометрия которой абсолютно отлична от геометрии плоской проекционной поверхности. Однако неожиданно было установлено, что при соответствующем выборе координат строк и элементов изображения, отсчитываемых соответственно в окружном направлении и по радиусу, настоящее изобретение может использоваться и при таком типе развертки с достижением всех вышеуказанных преимуществ. Этот пример наглядно показывает также, что понятия "строка" и "элемент изображения" следует трактовать в существенно более широком смысле, в отличие от их более узких значений, известных по технике телевизионной развертки.

Предлагаемое согласно изобретению техническое решение рассмотрено выше на примере только двух элементов изображения и двух световых пучков. Однако преимущество изобретения состоит далее в том, что можно использовать и более двух световых пучков для одновременной развертки соответствующего количества строк, причем указанное число два является лишь подмножеством количества этих нескольких строк, соответственно элементов изображения, а также световых пучков.

В частности, при использовании более двух световых пучков согласно еще одному предпочтительному варианту выполнения изобретения предлагается применять источник, излучающий четыре модулируемых независимо друг от друга световых пучка, из которых два световых пучка обегают различные элементы изображения под углом α_p в первой строке кадра, а два других световых пучка обегают различные элементы изображения под углом α_p во второй строке, которая смещена относительно первой строки на m_z строк. Тем самым с помощью одного единственного устройства могут быть достигнуты как преимущества одновременного воспроизведения различных элементов изображения в одной строке, так и различных строк. Так, в частности, с этой целью источники световых пучков предпочтительно располагать, если смотреть в направлении распространения света, в фокальной плоскости оптической системы прямоугольником. Такое симметричное в двух направлениях расположение предпочтительно прежде всего с точки зрения точности проекции изображения, поскольку в этом варианте выполнения при отображении обоих элементов изображения под углом α_p в одной строке одновременно обеспечивается также требуемое положение элементов изображения в другой одновременно развертываемой строке, смещенной относительно первой на m_z строк.

На фиг. 1 показана схема предлагаемого устройства для воспроизведения видеоизображений;
на фиг. 2 - пример формирования растра видеоизображений в декартовой системе координат;
на фиг. 3 - пример формирования растра видеоизображений в плоской полярной системе координат;
на фиг. 4 - схема оптической системы, предназначенной для применения в устройстве по фиг. 1;
на фиг. 5 - 8 - другие варианты оптических систем, отличных от системы по фиг. 4 и предназначенных для применения в устройстве по фиг. 1;
на фиг. 9 - вид в перспективе интегрального световодного элемента связи для сведения световых пучков различных длин волн;
на фиг. 10 - оптическая система, предназначенная для применения в устройстве по фиг. 1, с двумя световодными элементами связи по фиг. 8;
на фиг. 11 - электрическая схема для управления устройством по фиг. 1;
на фиг. 12 - несколько характеристик сигналов для пояснения принципа работы электрической схемы по фиг. 11.

На фиг. 1 показана схема лазерного проектора, используемого, например, для воспроизведения цветных видеоизображений в лазерных кинотеатрах, планетариях, летных тренажерах или в качестве бытовых проекторов. Проектор по фиг. 1 предназначен прежде всего для воспроизведения цветных изображений. Для смешения трех основных цветов в нем предусмотрены три лазера 10, 20, 30, излучающие три световых пучка 12, 22, 32, каждый из которых имеет необходимую для создания элементов видеоизображения длину волны. В отличие от этого для воспроизведения одноцветных изображений необходимо использовать лишь один единственный лазер. Однако в последующем изобретение рассматривается на примере воспроизведения только цветных изображений. Тем не менее изобретение в равной степени может использоваться и в соответствующей аппаратуре для воспроизведения одноцветных изображений, в которой вместо трех применяется один одноцветный лазер.

Лазеры 10, 20, 30 работают в статическом режиме. Поэтому управление лазерами для получения элементов изображения требуемой цветности и яркости осуществляется модулированием трех световых пучков 12, 22, 32 отдельными модуляторами 14, 24, 34. Необходимость в использовании таких модуляторов может отпасть, если лазеры 10, 20, 30 являются, например, лазерными диодами, управление которыми осуществляется путем изменения пропускаемого через них тока, что обеспечивает тем самым модуляцию излучаемого ими света.

Управление яркостью и цветностью отдельных элементов изображения с помощью модуляторов 14, 24, 34 сравнимо с управлением электронными пушками в известной телевизионной технике с цветными кинескопами.

После выхода из модуляторов 14, 24, 34 световые пучки 12, 22, 32 объединяются в общий световой пучок 39 с помощью блока 38 сведения пучков, который в рассматриваемом примере выполнения представляет собой зеркальную систему из дихроичных зеркал. Эта часть устройства образует источник 44 модулированного по интенсивности и цветности света.

Затем общий световой пучок 39 падает на оптическую систему 40, в которую дополнительно вводится еще один световой пучок 39', генерируемый собственным источником 44' света, аналогичным путем модулируемого по цветности и интенсивности.

Световой пучок 39 служит для развертки в одну строку, а световой пучок 39' используется для синхронной развертки в строку, смещенную на m строк относительно строки, в которую развертывается световой пучок 39. Кроме того, в различных строках относительно друг друга могут быть смещены также элементы изображения, в данном случае на число m_p. Однако последующее описание, если не указано иное, в основном ограничено случаем, когда m_p = 0, поскольку для пояснения основных особенностей настоящего изобретения уже достаточно рассмотреть лишь одновременную развертку по различным строкам.

Величина m_z из-за ее более подробно описываемой ниже функции может быть обозначена как число межстрочных интервалов.

Для синхронной развертки двух световых пучков 39 и 39' по разным строкам в устройстве, показанном на фиг. 1, предусмотрена оптическая система 40, которая обеспечивает сведение или разведение обоих световых пучков 39 и 39' под некоторым углом, благодаря чему эти пучки при последующей проекции изображения кажутся выходящими из одной общей действительной или мнимой точки.

Световые пучки 39 и 39' при m_p = 0 лежат в плоскости, перпендикулярной плоскости строчной развертки. При этом определяемый оптической системой угол задан для постоянного межстрочного интервала из m_z строк, где m_z равно целому числу, которое меньше числа N_z активных строк в растре видеокадра, как более подробно описано ниже.

Более наглядно применяемый в предлагаемом устройстве принцип развертки можно пояснить на примере формирования растра, известном из телевизионной техники с кинескопами. Применяемая в настоящем изобретении техника отличается от телевизионной тем, что вместо электронных лучей для формирования элементов видеоизображения применяются световые пучки 39 и 39', а обычно используемое в кинескопах магнитное отклонение электронного луча заменено механическим отклонением световых пучков с помощью зеркал 41 строчной развертки, в данном примере - с помощью зеркального барабана, и зеркал 42 кадровой развертки, в данном примере - с помощью качающегося зеркала. Однако техника формирования растра в таких лазерных и видеопроекторах не ограничена применением лишь указанных механических средств. Более того, растр можно формировать также, например, акустооптически.

Далее, на фиг. 1 представлена увеличительная оптика 45, которая в данном примере выполнения служит для увеличения видеоизображения при малых углах отклонения. С этой целью увеличительная оптика 45 выполнена в виде откорректированной в соответствии с условием тангенсов афокальной линзовой системы. Поскольку параметры увеличительной оптики 45 также влияют на угол отклонения пучка на экране, ее следует отнести к разряду отклоняющих систем. Однако применительно к настоящему изобретению все величины, например углы α_p и α_z\и их доли, должны принимать свои значения уже перед попаданием светового пучка в эту оптику.

В данном примере выполнения оба световых пучка 39 и 39' построчно и покадрово развертываются на экране 43 с помощью отклоняющей системы - дефлектора, состоящей из зеркала 41 строчной развертки и зеркала 42 кадровой развертки, последовательно высвечивая на этом экране отдельные элементы формируемого видеоизображения. Экран 43 может быть плоским для воспроизведения обычных телевизионных изображений, что показано на фиг. 1. Однако в планетариях и для летных тренажеров, как очевидно, его выполняют преимущественно искривленным.

В принципе экран 43 может быть выполнен также в виде экрана для фронтальной проекции или проекции на просвет в зависимости от того, находятся ли в соответствии с конкретным функциональным назначением проектора рассматривающие изображение зрители и оптическая система 45 по одну сторону от экрана либо по разные стороны от него.

Одним из компонентов устройства для воспроизведения видеоизображений является специальный электронный блок 46 управления модуляторами 14, 24, 34, 14', 24' и 34'.

Временно хранящаяся в блоке 46 управления видеоинформация считывается синхронно с установкой зеркала 41 строчной развертки (зеркального барабана) и зеркала 42 кадровой развертки (зеркало гальванометра) в соответствующее положение и затем используется для модуляции световых пучков 39 и 39' по интенсивности и цветности, как более подробно поясняется ниже при описании схемы управления по фиг. 11.

Сначала необходимо указать основные данные о наиболее важных телевизионных стандартах применительно к настоящему изобретению: ПАЛ с прогрессивной разверткой (метод строчной развертки):
Число активных строк (N_z) в растре изображения - 576
Номинальное число строк в растре изображения - 625
Частота кадров - 50 Гц
Время развертки одной строки - 32 мкс
Угол β_z между двумя строками в кадре при величине угла отклонения зеркала кадровой развертки α_z = 15^o - 0,026^o
Межстрочный интервал при 6-метровом расстоянии до экрана (без проекционной оптики 45) - 2,7 мм
Высота изображения при 6-метровом расстоянии до экрана - 1,6 м
Число неактивных строк - 49
Межкадровая пауза - 1,6 мс
При этом
Число (N_z) активных элементов изображения в строке растра - 720
Угол отклонения зеркала 41 строчной развертки при формате кадра 4:3 - 20^o
Угол β_p между двумя элементами изображения в строке при величине угла зеркала строчной развертки α_p = 20^o - 0,0277^o
Интервал между элементами изображения при 6-метровом расстоянии до экрана (без проекционной оптики) - 2,9 мм
Ширина изображения при 6-метровом расстоянии до экрана - 2,1 м
Время развертки одной строки - 32 мкс
Межстрочная пауза - 3,2 мкс
ТВВЧ с чересстрочной разверткой (метод полевой развертки):
Число активных строк (N_z) в растре изображения (полукадр) - 576
Номинальное число строк в растре изображения (полукадр) - 625
Число активных строк полного кадра - 1152
Номинальное число строк полного кадра: - 1250
Частота кадров: - 25 Гц
Частота полей: - 50 Гц
Угол β_z между двумя строками в кадре при величине с угла отклонения зеркала кадровой развертки α_z = 15^o - 0,026^o
Межстрочный интервал при 6-метровом расстоянии до экрана (без проекционной оптики) - 2,7 мм
Высота изображения при 6-метровом расстоянии до экрана - 1,6 м
Число неактивных строк - 49
Межкадровая пауза - 1,6 мкс
При этом
Число (N_p) активных элементов изображения в строке растра - 1440
Угол отклонения зеркала 41 строчной развертки при формате кадра 16:9 - 26,77^o
Угол β_p между двумя элементами изображения в строке при величине угла зеркала строчной развертки α_p = 26,7^o - 0,0185^o
Интервал между элементами изображения при 6-метровом расстоянии до экрана (без проекционной оптики) - 2 мм
Ширина изображения при 6-метровом расстоянии до экрана - 2,8 м
Время развертки одной строки - 32 мкс
Межстрочная пауза - 3,2 мкс
ТВВЧ с прогрессивной разверткой (метод строчной развертки):
Число активных строк (N_z) в растре изображения - 1152
Номинальное число строк в растре изображения - 1250
Частота кадров - 50 Гц
Время развертки одной строки - 16 мкс
Число неактивных строк - 98
Межкадровая пауза - 1,6 мс
Угол β_z между двумя строками в кадре при величине угла отклонения зеркала кадровой развертки α_z = 15^o - 0,013^o
Межстрочный интервал при 6-метровом расстоянии до экрана (без проекционной оптики) - 1,4 мм
Высота изображения при 6-метровом расстоянии до экрана - 1,6 м
При этом
Число (N_p) активных элементов изображения в строке растра - 1440
Угол отклонения зеркала 41 строчной развертки при формате кадра 16:9 - 26,77^o
Угол β_p между двумя элементами изображения в строке при величине угла зеркала строчной развертки α_p = 26,7^o - 0,0185^o
Интервал между элементами изображения при 6-метровом расстоянии до экрана (без проекционной оптики) - 2 мм
Ширина изображения при 6-метровом расстоянии до экрана - 2,8 м
Время развертки одной строки - 16 мкс
Межстрочная пауза - 1,6 мкс
Исходя из вышеприведенных данных, можно получить следующие основные соотношения.

При воспроизведении в системе ПАЛ с прогрессивной разверткой и в системе ТВВЧ с чересстрочной разверткой количество неактивных строк составляет 49 при межкадровой паузе между двумя кадрами (т.е. времени с момента окончания развертки одного кадра до момента начала развертки следующего кадра) в 1,6 мс, причем межстрочная пауза между двумя строками (т.е. время перехода луча от развертки одной строки к развертке следующей) составляет 3,2 мкс, а при величине угла отклонения зеркала кадровой развертки α_z = 15^o и числе активных строк N_z = 576 угол между двумя строками в обоих стандартах имеет одинаковое значение β_z/ = 0,026^o. При этом при воспроизведении в системе ПАЛ с прогрессивной разверткой, т.е. при формате кадра 4:3, угол отклонения зеркала строчной развертки равен α_p = 20^o. Исходя из числа активных элементов изображения на строку, равного 720, угол между двумя соседними в строке элементами изображения составляет β_p = 0,0277^o. При воспроизведении в системе ТВВЧ с чересстрочной разверткой, т.е. при формате кадра 16:9, угол отклонения зеркала строчной развертки равен α_p = 26,77^o. Исходя из числа активных элементов изображения в строке, равного 1440, угол между двумя соседними в строке элементами изображения составляет β_p = 0,0185^o.

При воспроизведении в системе ТВВЧ с прогрессивной разверткой количество неактивных строк составляет 98 при межкадровой паузе между двумя кадрами в 1,6 мс, причем межстрочная пауза между двумя строками составляет 1,6 мкс. В этом случае в результате удвоения числа активных строк N_z = 1152 угол между соседними строками уменьшается в два раза до β_z = 0,013^o. При этом при воспроизведении в системе ТВВЧ с прогрессивной разверткой при формате кадра 16: 9 угол отклонения зеркала строчной развертки равен α_p = 26,77^o. Исходя из числа активных элементов изображения на строку, равного 1440, угол между двумя соседними в строке элементами изображения составляет β_p = 0,0185^o.

Таким образом, сходство касательно параметров кадровой развертки коллинеарных световых пучков 39, 39' наблюдается при формировании изображений в системе ПАЛ с прогрессивной разверткой и в системе ТВВЧ с чересстрочной разверткой. Однако общим для всех описанных выше систем воспроизведения является продолжительность межкадровой паузы между двумя кадрами, составляющая 1,6 мс.

Использование математических методов в сочетании с электронной обработкой позволяет согласовать изображение любого формата с конкретными проекционными параметрами соответствующего устройства, улучшив качество изображения (как это, например, описано в DE 19517357 C1). Для соблюдения условий, которые при этом необходимо учитывать, предлагаемая согласно изобретению развертка, осуществляемая одновременно по нескольким строкам, соответственно по нескольким элементам изображения в строке, является исключительно эффективной, как это поясняется ниже на примере устройства для воспроизведения изображений в системе ТВВЧ с прогрессивной разверткой, когда в процессе формирования растра изображения развертывающий элемент одновременно обегает несколько строк.

Вышеприведенные выкладки, касающиеся одновременного воспроизведения элементов изображения в различных строках, применимы и к вариантам с разверткой нескольких элементов изображения в одной и той же строке, при этом в соответствии с вышеприведенными данными используются те же вышеуказанные величины и их соотношения, времена и временные соотношения, а индексы "z" лишь заменяются на индексы "p", где индексы "z" относятся к строкам, развертываемым в одном кадре, а индексы "p" присваиваются элементам изображения, одновременно развертываемым в одной строке.

Последующие выкладки в равной мере относятся также к любым траекториям движения элементов изображения при развертке независимо от телевизионного стандарта, например, к развертке в полярной системе координат при проекции на купол, как поясняется на примере по фиг. 3.

Независимо от формы экрана 43 и его удаления от дефлектора, состоящего из зеркала 41 строчной развертки и зеркала 42 кадровой развертки, элементы изображения всегда воспроизводятся четко. Это можно объяснить тем, что падающие на экран световые пучки почти параллельны, а их расходимость определяется в основном характеристиками лазерных источников 10, 20, 30. Однако, если расстояние между экраном 43 и дефлектором увеличивается, то изменяется и размер изображения. Обусловлено это тем, что и строчная, и кадровая развертка осуществляются с сохранением угловой пропорциональности, что следует также из показанной на фиг. 1 схемы отклонения светового пучка с помощью зеркал 41 и 42.

Однако в примере по фиг. 1 развертка по отдельным строкам осуществляется не одним единственным световым пучком, а двумя световыми пучками 39 и 39', которые отклоняются зеркалом 41 строчной развертки синхронно в разные строки. Благодаря этому, с одной стороны, может быть достигнута более высокая яркость воспроизведенного изображения, а с другой стороны, для формирования изображения при одной и той же рабочей скорости зеркала 41 строчной развертки может одновременно задействоваться удвоенное число строк, что, как уже пояснялось выше, прежде всего предпочтительно для расчета параметров зеркального барабана, используемого в данном примере 1 выполнения в качестве зеркала 41 строчной развертки, или даже позволяет с помощью имеющихся зеркальных барабанов, работающих с обычной скоростью, воспроизводить ТВВЧ-изображения в режиме прогрессивной развертки.

В данном примере оба световых пучка 39 и 39' благодаря оптической системе 40 проходят после отражения зеркалом 42 кадровой развертки под некоторым постоянным углом друг к другу, величина которого пропорциональна выбранному для этого режима межстрочному интервалу, равному числу m_z. Более подробно эти зависимости рассматриваются ниже на примерах выполнения по фиг. 4-10.

Используя схему по фиг. 1, можно также найти угол между световыми пучками 39 и 39', определяемый оптической системой 40. При полном угле отклонения α_z, обеспечиваемом зеркалом 42 кадровой развертки, для N_z строк в воспроизводимом видеоизображении и для разности в m_z строк между световыми пучками 39 и 39' получают угол величиной β_mz= m_z•α_m/N_z. Угловое расстояние между двумя соседними строками (m_z = 1) ниже обозначается как β_z= α_z/N_z. Аналогичным образом для развертки различных элементов изображения (m_p≠0) справедливо β_mp= m_p•α_p/N_p и β_p= α_p/N_p, где α_p обозначает полный угол между началом и концом строки в растре, а N_p обозначает число элементов изображения в строке.

В принципе необходимо различать несколько случаев развертки, в зависимости от того, выбирается ли число межстрочных интервалов m_z четным или нечетным и обегает ли отдельный световой пучок четные или нечетные либо целые числа строк. Ниже представлены лишь те комбинации, которые имеют наиболее важное значение для воспроизведения изображения.

Случай 1
Число межстрочных интервалов m_z является нечетным, а световой пучок 39 обегает лишь нечетные строки. Исходя из этого, при развертке изображения развертывающий элемент обегает каждую строку кадра максимум один раз.

Этот случай используется главным образом для увеличения числа строк на кадр при работе зеркала строчной развертки с постоянной частотой развертки, хотя при удвоении числа строк в двух соседних строках можно также воспроизводить одинаковую видеоинформацию, благодаря чему в среднем по времени происходит исключительно повышение световой мощности изображения.

Световой пучок 39 всегда обегает нечетные строки: 1 3 5 7 ...

Световой пучок 39' всегда обегает четные строки,
а именно, при m_z = 1: 2 4 6 8 ...

m_z = 3: 4 6 8 10 ...

m_z = 5: 6 8 10 12 ...

и т.д.

При воспроизведении в системе ТВВЧ с прогрессивной разверткой угол между двумя строками составляет β_z = 0,013^o, и поэтому в зависимости от числа межстрочных интервалов m_z углы β_mz между строками, одновременно обегаемыми разными лучами, имеют следующие значения:
m_z = 1: β_1z = 0,013^o
m_z = 3: β_2z = 0,039^o
m_z = 5: β_3z = 0,065^o
m_z = 7: β_7z = 0,091^o
m_z = 9: β_9z = 0,117^o и т.д.

Случай 2
Число межстрочных интервалов m_z является четным, а световой пучок 39 последовательно обегает все строки. Исходя из этого, в процессе развертки изображения обегаемые световыми пучками 39 и 39' строки высвечиваются дважды. Этот случай служит главным образом для повышения световой мощности воспроизводимого изображения:
Световой пучок 39 обегает каждую из строк: 1 2 3 4 ...

Световой пучок 39' обегает следующие строки:
а именно, при m_z = 2: 3 4 5 6 ...

m_z = 4: 5 6 7 8 ...

m_z = 6: 7 8 9 10 ...

и т.д.

Из этого следует, что развертывающий элемент в процессе развертки одного кадра дважды обегает, например, строки 3, 4 и т.д., хотя и в разное время.

При воспроизведении в системе ТВВЧ с прогрессивной разверткой угол между двумя строками составляет β_z = 0,013^o, и поэтому в зависимости от числа межстрочных интервалов m_z угол β_mz между строками, одновременно обегаемыми разными лучами, имеет следующие значения:
m_z = 2: β_2z = 0,026^o
m_z = 4: β_4z = 0,052^o
m_z = 6: β_6z = 0,078^o
m_z = 8: β_8z = 0,104^o
m_z = 10: β_10z = 0,13^o и т.д.

В случае 1 углы β_mz между строками, обегаемыми световыми пучками 39 и 39', рассчитываются таким образом, что угловые расстояния между одновременно развертываемыми строками всегда имеют одинаковые величины, тогда как в случае 2 углы β_mz между строками, обегаемыми световыми пучками 39 и 39', рассчитываются таким образом, что обход всех строк происходит точно одна за другой. Это прежде всего целесообразно для рассмотренного выше варианта с высвечиванием световыми пучками 39 и 39' двух разных элементов изображения (m_p≠0) в одной строке, что позволяет линейно изменять световую мощность.

Кроме того, было установлено, что в реальных оптических системах даже при небольших отклонениях световых пучков 39 и 39' от точно рассчитанных значений углов β_mz могут быть получены высококачественные изображения, поскольку отклонения угла β_mz в пределах данного устройства и равным образом в пределах цикла развертки одного кадра являются постоянными, благодаря чему такие малые отклонения не приводят к каким-либо заметным искажениям изображения.

Однако при больших угловых погрешностях также можно осуществлять скорректированное по времени в соответствии с углом β_mz управление модуляторами в источниках 40 и 40' света. Этот вариант, в частности, достаточно использовать для повышения световой мощности путем многократной развертки каждой строки. При этом требования, предъявляемые к точности изготовления оптической системы, даже ниже, чем в известных системах, поскольку погрешности изображения могут быть скорректированы соответствующим образом выполненной электронной системой управления таким образом, что они будут незаметны для зрителя.

На фиг. 2 и 3 для более наглядного пояснения взаимосвязи между величинами m_z и m_p еще раз схематично показаны два варианта развертки. При этом точки падения светового пучка 39 и другого светового пучка 39' на проекционную поверхность отмечены двумя кружками. Далее, направления отклонения пучков при строчной и кадровой развертке обозначены двумя векторами N_p и N_z соответственно. На фиг. 2 показана построчная и покадровая развертка, т.е. развертка с отклонением развертывающего элемента в вертикальном и горизонтальном направлениях, как она осуществляется с помощью зеркала 42 кадровой развертки и зеркала 41 строчной развертки, с указанием значений для m_z и m_p в горизонтальном и вертикальном направлениях соответственно, что подробно пояснялось выше на примере по фиг. 1.

В отличие от этого на фиг. 3 показана развертка в спиральный растр, например, при проекции на купол сферическими сегментами. Однако при спиральной развертке можно формировать и прямоугольный растр, как показано на фиг. 3 прерывистыми линиями. В этом случае световые пучки, когда они при развертке выходят за пределы прямоугольника, целесообразно гасить или бланкировать. Такую спиральную развертку можно осуществлять, например, с помощью качающегося в двух направлениях с угловой скоростью ω зеркала гальванометра путем соответствующего управления его поворотом по синусоидальному (в одном направлении) и косинусоидальному (в другом направлении) закону. При постоянной амплитуде синусоидального, соответственно косинусоидального напряжения световые пучки 39 и 39' будут отклоняться по кругу. Если же указанную амплитуду равномерно увеличивать во времени, то пучки будут описывать показанные на чертеже спирали.

Далее, на фиг. 3 обозначены величины m_z = 3 и m_p с целью пояснить, каким образом следует отсчитывать строки и элементы изображения при иных видах развертки, отличных от прямоугольной. При спиральной развертке согласно фиг. 3 отсчет строк осуществляется в радиальном направлении, а отсчет элементов изображения - в окружном направлении.

Ниже на нескольких примерах показаны возможные варианты реализации оптической системы 40 для практического применения в примере по фиг. 1.

На фиг. 4 показан вид сверху одного из примеров оптической системы 40, в которой оба световых пучка 39 и 39' поляризованы во взаимно перпендикулярных плоскостях и сводятся с помощью поляризационного светоделителя 50, который для этой цели расположен в ориентации, перевернутой относительно обычно определяемой его функциональным назначением ориентации, т.е. выполняет функцию устройства сведения пучков, а не поляризатора в прямом понимании смысла этого понятия.

После выхода из поляризационного светоделитея 50 оба световых пучка 39, 39' входят в призму 52, которая выполнена из материала с двойным лучепреломлением и из которой оба световых пучка 39 и 39' благодаря различным показателям преломления в обоих направлениях поляризации выходят под некоторым наклоном друг к другу.

Согласно фиг. 4 вышедшие из поляризационного светоделителя 50 световые пучки 39, 39' проходят параллельно друг другу на некотором расстоянии один от другого, которое определяется условиями их падения. После изменения призмой 52 угла между обоими световыми пучками 39, 39' последние сходятся в общей точке 54. Эта общая точка 54 по возможности должна лежать между оптической системой 40 и зеркалом 42 кадровой развертки, чтобы плотность строк в видеоизображении не зависела от расстояния проекционного экрана 43 до дефлектора.

Наиболее оптимальными размерами оптической системы 40 (при m_z ≠ 0, m_p = 0) являются таковые, при которых точка 54 лежит на поверхности зеркала 42 кадровой развертки, поскольку в этом случае вершина угла, определяемого оптической системой 40, в основном лежит в том же месте, в котором изменяется угол отклонения лучей для строчной развертки видеоизображения. Это означает, что строчная развертка по всем строкам начинается с одного и того же места.

С другой стороны, в некоторых случаях, в частности при m_p ≠ 0, m_z = 0, может также оказаться предпочтительным располагать эту точку 54 на отражающей грани выполненного в качестве зеркала 41 строчной развертки зеркального барабана, поскольку в этом случае оба световых пучка 39 и 39' отклоняются по строке в одной и той же точке грани.

Если же точку 54 необходимо сместить в точку 54', то этого можно достичь с помощью еще одной оптической системы 55, которую для этой цели предпочтительно выполнять в виде афокальной линзовой системы. С помощью такой оптической системы 55 можно также изменять угол схождения световых пучков 39 и 39' в точке 54'. Поэтому такая система позволяет дополнительно варьировать как угол схождения световых пучков 39, 39', так и положение общей точки для равномерного отклонения пучков. Такое решение предпочтительно в том отношении, что практическая реализация системы в случае очень малых чисел m_z или m_p ограничена возможностями механики, как это, в частности, поясняется на нижеприведенных примерах с конкретными численными значениями.

Указанная дополнительная оптическая система 55 может применяться во всех описанных ниже примерах. Однако для упрощения описания в последующем принцип работы предлагаемого устройства рассматривается в этих примерах без оптической системы 55. Тем не менее для специалиста в данной области техники должно быть очевидно, что, исходя из принципов геометрической оптики, конструкцию описываемого в этих примерах устройства всегда можно усовершенствовать и модифицировать, дополнив ее дополнительными оптическими системами 55. Равным образом все вышесказанное касательно положения общей точки 54 применимо и ко всем другим примерам.

На фиг. 5 показан следующий пример выполнения оптической системы 40, в которой не требуется ни использовать материал с двойным лучепреломлением, ни предусматривать различные направления поляризации для световых пучков 39 и 39'. Оптическая система 40 в этом варианте образована призмой 56, в которой световой пучок 39', входя в нее под некоторым углом, полностью отражается от грани 58. В отличие от этого световой пучок 39, входя в эту же грань 58 призмы 56, преломляется в последней, благодаря чему световые пучки 39 и 39' выходят из призмы под некоторым углом друг к другу. Световые пучки 39 и 39' сходятся далее в вышеупомянутой точке 54, расходясь после нее под тем же углом, причем величина этого угла, как пояснялось выше, определяется числом строк m_z и задается как путем расчета геометрических параметров, так и углами самой призмы 56.

На фиг. 6 показаны основные, используемые при формировании изображения соотношения для объединения выходящих из источников A и B световых пучков 39, 39', при этом величина угла β и положение точки 54 определяются фокусирующей оптической системой 64, характеризуемой главной плоскостью HH'. В варианте по фиг. 6 источники A и B образованы, например, выходными торцами волоконных световодов 66 и 66'. Источники A и B расположены асимметрично относительно оптической оси 67 оптической системы 64 и лежат в фокальной плоскости F оптической системы 64 в пространстве предметов. Все выходящие из соответствующего источника A, B световые пучки, которые входят в оптическую систему 64, выходят из нее под одинаковым углом к оптической оси 67 системы, формирующей изображение. Расстоянием между источниками A и B определяется, тем самым, величина угла β.

Положение же общей точки 54 задается при этом направлением распространения главных лучей, т.е. в данном примере - ориентацией волоконных световодов 66 и 66' относительно оптической оси оптической системы 64. В примере по фиг. 6 угол ν между сердцевинами волокон выбран таким образом, что указанные два световых пучка 39 и 39' расходятся перед оптической системой. Световые пучки затем объединяются оптической системой 64 в общей точке 54, которая в данном примере лежит за фокусом F' в пространстве изображений и на некотором расстоянии от оптической оси 67.

Из сказанного выше следует, что положение общей точки 54 между главными плоскостями HH' оптической системы 64 и экраном 43 можно варьировать в известных пределах, изменяя наклон сердцевины одного волокна или сердцевин обеих волокон у их торцов. Было установлено, что наиболее предпочтительным при практической реализации оптических систем является угол менее 30^o к оптической оси.

Вышеизложенное справедливо в отношении одновременного воспроизведения как более одной строки (m_z ≠ 0) кадра при расположении источников в вертикальной плоскости, так и более одного элемента изображения (m_p ≠ 0) в одной строке при расположении источников в горизонтальной плоскости.

На фиг. 7 показан еще один пример выполнения оптической системы 40, в котором используются как линзы, так и зеркала. В варианте по фиг. 7 особое внимание для каждого из входящих в оптическую систему параллельных пучков 39 и 39' уделяется сохранению их параллельности после выхода из оптической системы.

В этом примере выполнения световые пучки 39 и 39' фокусируются линзами 58 и 58' на зеркало 60, благодаря чему на его поверхности создаются указанные источники A и B. После отражения световые пучки затем снова параллелизуются с помощью еще одной линзы 62, как описано выше для примера по фиг. 6.

Фокусы линз 58 и 58' в пространстве изображений лежат соответственно на отражающей поверхности зеркала и далее в фокальной плоскости линзы 62, благодаря чему снова достигается параллельность выходящих световых пучков 39 и 39'.

Характер сведения световых пучков определяется в основном формой зеркала 60, которое в варианте по фиг. 7 образована двумя отдельными зеркальными поверхностями 63 и 63', которые в данном примере ориентированы под прямым углом γ друг к другу, при этом световой пучок 39 отражается от поверхности 63, а световой пучок 39' - от поверхности 63'.

Угол между выходящими световыми пучками 39' и 39, а также положение создаваемой линзой 62 точки 54, через которую совместно проходят световые пучки 39' и 39, можно варьировать, например, изменением фокусного расстояния линз 58, 58' и 62. Кроме того, угол между световыми пучками 39' и 39, а также положение общей точки 54 можно задавать изменением положения зеркала 60 и угла γ между зеркальными поверхностями 62 и 62'. Влияние таких изменений на параметры распространения световых пучков очевидно для специалиста в данной области техники, исходя из законов геометрической оптики, и дополнительно поясняется на примере схем по фиг. 4-6.

На фиг. 8 показан еще один пример выполнения оптической системы 40, в котором источниками A и B также служат выходные торцы сердцевин двух волоконных световодов 66 и 66'. В данном примере выполнения предусмотрена фокусирующая система в виде линзы 62, при этом выходные торцы двух волоконных световодов 66 и 66', образующих источники A_Z и B_Z, лежат в той фокальной плоскости этой линзы, которая расположена с входной стороны. Источник A_Z излучает световой пучок 39, а источник B_z - соответственно световой пучок 39'. Прерывистыми линиями обозначены соответствующие сердцевины волоконных световодов 66 и 66', по которым распространяются световые пучки 39 и 39'.

Согласно фиг. 8 средние оси сердцевин волоконных световодов 66 и 66' проходят на некотором расстоянии a_z параллельно друг другу ( ν_z = 0^o) и каждая на равном расстоянии y_z от оптической оси 67. Торцы волокон при этом лежат в фокальной плоскости F в пространстве предметов. Главные лучи от источников A_z и B_z пересекаются в фокусе F' в пространстве изображений на расстоянии f' от главных плоскостей линзы 64 и образуют общую точку 54. Угол, который эти лучи, а также все другие выходящие из источников A_z и B_z лучи составляют с оптической осью 67, по абсолютной величине всегда равен σ . Угол 2 σ соответствует углу β_mz между двумя строками, которые при кадровой развертке отстоят на m_z строк друг от друга. Ниже более подробно рассматриваются величины необходимых углов и выбор числа m_z.

Для вышеописанного случая 1 при заданном расстоянии между источниками A_z и B_z получают следующие значения:
при m_z = 1 a_1z = 6 мкм,
m_z = 3 a_3z = 17 мкм,
m_z = 5 a_5z = 28 мкм,
m_z = 7 a_7z = 40 мкм,
m_z = 9 a_9z = 51 мкм и т.д.

Таким образом, развертывающие элементы, например, при m_z = 9, последовательно обегают следующие пары одновременно развертываемых строк:
1-я и 10-я строки,
3-я и 12-я строки,
5-я и 14-я строки,
7-я и 16-я строки,
9-я и 18-я строки,
11-я и 20-я строки и т.д.

Следовательно, за исключением некоторой зоны в начале и в конце кадра, изображение практически развертывается двойным количеством строк, а именно, каждая строка развертывается лишь один раз. Ниже поясняется, каким образом на экране высвечиваются строки 2, 4, 6 и 8, которые вначале не могут быть воспроизведены.

Для вышеописанного случая 2 при заданном расстоянии между источниками A_z и B_z получают следующие значения:
при m_z = 2 a_2z = 11 мкм,
m_z = 4 a_4z = 23 мкм,
m_z = 6 a_6z = 34 мкм,
m_z = 8 a_8z = 45 мкм,
m_z = 10 a_10z = 57 мкм и т.д.

Таким образом, развертывающие элементы, например, при m_z = 10, последовательно обегают следующие пары одновременно развертываемых строк:
1-я и 11-я строки,
2-я и 12-я строки,
3-я и 13-я строки,
4-я и 14-я строки,
5-я и 15-я строки,
6-я и 16-я строки,
7-я и 17-я строки,
8-я и 18-я строки,
9-я и 19-я строки,
10-я и 20-я строки,
11-я и 21-я строки и т.д.

Начиная со строки 10, последующие строки, за исключением некоторой зоны в конце кадра, всегда обегаются развертывающими элементами дважды, но в различные моменты времени.

Ниже также поясняется, каким образом на экране повторно высвечиваются строки 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 и 10, которые вначале не могут быть воспроизведены дважды.

Далее на основании схемы по фиг. 8 на нескольких примерах с конкретными численными значениями более подробно поясняется, каким образом определяются параметры оптической системы 40 в видеосистеме.

Было установлено, что для линзы 62 по фиг. 8 при практическом применении в устройстве по фиг. 1 предпочтительное фокусное расстояние составляет от 1 до 7 см, которое позволяет весьма простым путем соблюсти несколько ограничений, накладываемых на параметры видеосистемы. В частности, в примере выполнения по фиг. 1, исходя из свойств применяемых волноводов, использовалась линза 62 с фокусным расстоянием 2,5 см.

Зеркало 42 кадровой развертки (качающееся зеркало) в примере выполнения с разверткой по N_z строкам могло поворачиваться на угол α_z = 15^o. Исходя из этой величины, а также из числа строк N_z, равного 1152, для различения синхронно развертываемых по строкам световых пучков угол между двумя соседними строками при числе межстрочных интервалов m_z = 1 должен составлять β_1z = 0,013^o, и поэтому для настройки на требуемый угол расстояние между сердцевинами волоконных световодов 66 и 66' при указанном фокусном расстоянии в 2,5 см должно равняться 6 мкм. Это расстояние очень мало в сравнении с диаметром обычных волоконных световодов 66 и 66' и фактически не может быть реализовано на практике, в частности, в том случае, когда диаметр сердцевины применяемого волокна составляет около 6 мкм. При меньших диаметрах сердцевины перекрестные наводки между оптическими волокнами из-за наличия связи между полями рассеяния (evanescent field coupling) будут препятствовать раздельному распространению световых пучков 39 и 39' до экрана.

Эту проблему можно решить, выбрав число межстрочных интервалов m_z больше 1. Так, например, при m_z = 5 световым пучком 39 развертываются строки 1, 3, 5, 7, и одновременно световым пучком 39' развертываются строки 6, 8, 10, 12. При такой величине межстрочного интервала расстояние между сердцевинами волоконных световодов 66 и 66' уже должно составлять около 28 мкм.

При еще больших, чем m_z = 5, числах это расстояние соответственно увеличивается. При m_z = 576 и N = 1152 световым пучком 39 можно было бы даже развертывать верхнюю половину кадра, а световым пучком 39' - его нижнюю половину. Однако в этом случае общая точка 54 должна была бы лежать на отклоняющей грани зеркала 41 строчной развертки, выполненного в виде зеркального барабана, чтобы световые пучки 39, 39' можно было бы свести на поверхности зеркала и выдержать малые размеры последнего. В примере выполнения по фиг. 8 это достигается за счет того, что главные лучи от источников A_z и B_z проходят параллельно оптической оси 67, причем эти главные лучи образуют общую точку 54 в фокусе F' в пространстве изображений, а грань зеркального барабана также лежит в этом же фокусе F' в пространстве изображений.

В примере выполнения по фиг. 1 значение величины m_z для различных опытов всегда выбиралось малым, что позволяло отказаться от применения дополнительной оптической линзовой системы 55 согласно фиг. 3. Далее, световой пучок 39 всегда развертывали по строкам с нечетными номерами 1, 3, 5, 7... Кроме того, значение величины m_z также выбиралось нечетным, благодаря чему световой пучок 39' развертывался только по четным строкам, а ни одна строка видеокадра не развертывалась ни световым пучком 39, ни световым пучком 39' повторно, что без значительных затрат на систему управления позволяет исключить двойное высвечивание отдельных строк разными световыми пучками 39, 39'.

Как указано выше, для малых чисел m_z расстояния между сердцевинами волоконных световодов 66 и 66' целесообразно уменьшить вплоть до микрометрового диапазона. С этой целью оболочки волоконных световодов 66 и 66' перед сборкой сошлифовывали почти до сердцевины, а сами световоды затем соединяли друг с другом склеиванием по сошлифованным поверхностям.

Однако при очень малых, порядка микрометров, расстояниях между сердцевинами может возникнуть нежелательный эффект. Поскольку волны имеют отличные от нуля длины, волна не только не полностью проходит по сердцевине волоконного световода, но и в оболочке возникает экспоненциально ослабевающее поле рассеяния, которое, например, при слишком близком расположении волоконных световодов 66 и 66' является источником возбуждения мод в сердцевине соответственно другого волоконного световода 66' или 66, и поэтому не приходится ожидать полного разделения световых пучков 39' и 39. Для уменьшения этого эффекта расстояние между сердцевинами волоконных световодов 66 и 66' необходимо было бы выбирать существенно больше 10 мкм или даже 30 мкм, поскольку сами подобные сердцевины могут иметь диаметры порядка 10 мкм. Это требование можно соблюсти, например, путем соответствующего выбора числа m_z, которое является одним из основополагающих параметров, влияющих на величину требуемого угла между световыми пучками 39 и 39'. При таких числах m_z>1, в зависимости от конкретно выбранного значения m_z, образуются дополнительные строки, которые в рассматриваемом примере выполнения при модулировании бланкировались.

При использовании вышеописанного подхода часть строк в начале и в конце кадра не развертывается. В зависимости от того, насколько большим выбрано число межстрочных интервалов m_z, образуются строки, которые вначале не могут быть воспроизведены.

В начале кадра, например, при нечетном числе межстрочных интервалов m_z (случай 1), получают следующие соотношения:
m_z = 1 - Развертывается каждая строка
m_z = 3 - Не развертывается 2-я строка
m_z = 5 - Не развертываются 2-я и 4-я строки
m_z = 7 - Не развертываются 2-я, 4-я и 6-я строки
В общем случае: - Не развертываются (m_z-1)/2 строк с четным номером
Тогда в конце кадра в данном примере (случай 1) при
m_z = 1 - Развертывается каждая строка
m_z = 3 - Не развертывается 1151-я строка
m_z = 5 - Не развертываются 1149-я и 1151-я строки
m_z = 7 - Не развертываются 1147-я, 1149-я и 1151-я строки
В общем случае: - Не развертываются (m_z-1)/2 строк с нечетным номером
Согласно вышеизложенному не воспроизводится (m_z-1)/2 строк у верхнего края кадра и (m_z-1)/2 строк у нижнего края кадра. При m_z = 11 в горизонтальных краевых зонах кадра, следовательно, теряется около 0,5% содержащейся в изображении информации. Однако эти потери в большинстве случаев зритель не замечает.

В другом варианте во всех вышеописанных видеостандартах (ПАЛ, ТВВЧ) для пред- и доразвертки начальных и конечных строк, которые до этого не могли быть воспроизведены, можно использовать межкадровую паузу в 1,6 мс, поскольку в описанной выше видеопроекционной системе время, требуемое зеркалу гальванометра на обратный ход, составляет приблизительно 1 мс. В этом случае остаток от межкадровой паузы в 0,6 мс может быть использован для развертки строк в начале и в конце кадра. На практике же без потери информации таким путем можно осуществлять воспроизведение изображения с числом межстрочных интервалов порядка m_z < 20. Однако число межстрочных интервалов можно еще больше увеличить, если управлять зеркалом 42 кадровой развертки таким образом, чтобы один кадр всегда развертывался сверху вниз, а следующий - снизу вверх. При этом время обратного хода развертывающего элемента равно нулю, и поэтому весь интервал в 1,6 мс можно полностью использовать для доразвертки первоначально невоспроизведенных строк.

При числе межстрочных интервалов m_z = 10 в случае 1 развертка осуществляется следующим образом:
в начале кадра:
- вначале только развертывающий элемент от источника A последовательно обегает строки 2, 4, 6, 8; требуемое на это время, составляющее 4•32 мкс = 0,128 мс, не превышает длительности собственно межкадровой паузы, при этом источник B погашен;
- затем световой пучок 39' от источника B обегает временно сохраненную в памяти строку 1, а световой пучок 39 от источника A одновременно обегает строку 10; таким же путем попарно одновременно воспроизводятся строки 3 и 12, 5 и 14, 7 и 16 и т.д.;
в конце кадра:
- одновременно воспроизводятся строка 1143, обегаемая развертывающим элементом от источника B, и последняя строка 1152, обегаемая развертывающим элементом от источника A;
- во время межкадровой паузы световой пучок 39 от источника B последовательно обегает строки 1145, 1147, 1149 и 1151; требуемое на это время, составляющее 4•32 мкс = 0,128 мс, не превышает длительности собственно межкадровой паузы, при этом источник A погашен, т.е. световой пучок 39 бланкируется.

Таким образом, в данном примере для воспроизведения строк в начале и в конце кадра требуется только 0,256 мс (остаток от межкадровой паузы составляет 0,344 мс).

Однако при отказе от такого управления и при выборе малого значения величины m_z необходимо уменьшить вышеуказанное поле рассеяния. Достичь этого можно, например, путем термовакуумного напыления между волоконными световодами 66 и 66' отражающего алюминиевого слоя 70, наносимого на соединяемые участки. Этот слой замыкает накоротко обладающие определенной напряженностью электрические поля рассеяния, соответственно отражает эти поля рассеяния в видимом диапазоне длин волн обратно в сердцевину. Тем не менее в некоторых случаях это сопряжено со значительными световыми потерями, которые необходимо снижать, принимая соответствующие меры, например, предусматривая конус на конце волокна.

Однако волноводы с большим градиентом показателя преломления также уменьшают распространение полей рассеяния, и поэтому световодные области могут быть расположены относительно близко друг к другу. Благодаря этому могут быть созданы также системы, в которых световой пучок 39 развертывается по строкам 1, 3, 5, 7, ..., а световой пучок 39' синхронно с ним развертывается по строкам 2, 4, 6, 8, ... Число межстрочных интервалов m_z в этом случае равно 1, а волноводы должны при этом располагаться на расстоянии менее или примерно 6 мкм друг от друга.

Ниже со ссылкой на фиг. 9 и 10 описан другой пример выполнения, в котором используются интегральные световоды. С этой целью сначала необходимо рассмотреть показанную на фиг. 10 схему интегрального световодного элемента связи, который может быть использован в качестве блока 38 сведения пучков в примере выполнения по фиг. 1. Более подробно устройство таких световодных элементов связи описано в заявках DE 19503930 и DE 19503931.

При этом в подложке 72, пригодной для использования в оптической интегральной схеме, выполняют волноводную структуру 74, с помощью которой три световых пучка 12, 22, 32 разной длины волны после модуляции сводятся в общий световой пучок 39. С этой целью структура 74 формируется путем соответствующего легирования подложки 72.

Затем два таких световодных элемента связи, один из которых формирует световой пучок 39, а второй - световой пучок 39', собирают вместе, накладывая их легированные поверхности одна на другую и получая показанную на фиг. 10 оптическую систему 40. В данном примере выходы структур 74 и 74' расположены друг над другом, благодаря чему образуется оптическая система, которая аналогична показанной на фиг. 7 и у которой световые пучки 39 и 39' выходят из световодов на небольшом расстоянии друг от друга. Расстояние, необходимое для установления требуемого угла, можно точно задать, нанеся до сборки световодных элементов связи на легированные поверхности подложек 72 и 72', например, ионно-плазменным напылением, слой 70 определенной толщины, например, из поликристаллического кремния.

Однако при очень малых расстояниях между пучками снова необходимо учитывать связь между полями рассеяния, и поэтому до сборки на подложки 72 и 72' термовакуумным напылением также наносили дополнительный слой из алюминия, который замыкает накоротко поля рассеяния, как это описано выше.

Как и в примере по фиг. 6, выходные поверхности структур 74 и 74', из которых выходят световые пучки 39 и 39', т.е. источники A и B, и в этом примере лежат в фокальной плоскости линзы 64. В этом отношении все сказанное выше при описании вариантов выполнения по фиг. 6 и 8 справедливо и в данном случае.

Следует отметить, что хотя вышеописанные варианты выполнения рассмотрены на примере двух световых пучков 39 и 39', тем не менее те же подходы, как очевидно, применимы и для вариантов с более чем двумя источниками A_z и B_z, что позволяет, например, в системе с четырьмя источниками одновременно воспроизводить параллельно четыре строки.

Далее, в рассмотренных выше вариантах выполнения источники A и B лежат в плоскости, в которой преимущественно лежит и оптическая ось 67, нормаль к которой ориентирована в направлении строчной развертки. Кроме того, в этих вариантах источники преимущественно расположены на одинаковом расстоянии до оптической оси. Такое расположение позволяет наиболее простым путем параллельно развертывать две или более строк.

Однако при использовании рассмотренного выше подхода применительно к элементам изображения одной строки получают систему с несколько иной конфигурацией, в которой источники A_p и B_p расположены в плоскости, в которой лежит оптическая ось 67, нормаль к которой ориентирована перпендикулярно направлению строчной развертки.

При этом все сказанное выше полностью справедливо и в отношении развертки по элементам изображения одной строки. С помощью источников A_p и B_p одновременно могут воспроизводиться два или более элементов изображения в одной строке, но при соответствующем управлении модуляторами источников 14, 24, 34 света, источников 44 и 44' света, а параметры зеркала 41 строчной развертки и зеркала 42 кадровой развертки также рассчитаны соответствующим образом. Система такого типа в первую очередь служит для линейного изменения световой мощности.

Кроме того, с помощью этой системы можно также увеличить число элементов изображения в строке. Это особенно предпочтительно при цифровой развертке элементов изображения одной строки или при применении импульсного источника света, на который в моменты воспроизведения элементов изображения подаются импульсы. Число элементов изображения N_p в одной строке можно также увеличить, если одним световым пучком 39 воспроизводить элементы изображения с 1 по 576, а другим световым пучком 39' развертывать элементы изображения с 577 по 1152.

Далее, предпочтительна комбинация из четырех расположенных прямоугольником в фокальной плоскости линзы 64 источников, из которых выходят два световых пучка, воспроизводящих два элемента изображения в одной строке, и два других, смещенных в вертикальном направлении (т.е. в направлении строк) световых пучка, благодаря чему при соответствующем управлении модуляторами четырех источников 44 света каждым элементом изображения воспроизводится своя, требуемая в данный момент времени информация, содержащаяся в изображении. Тем самым по меньшей мере в двух строках одновременно могут быть воспроизведены по два элемента изображения различной интенсивности и цветности. Для этого, однако, требуются четыре модулируемых по интенсивности и цветности источника 44 света, управление которыми осуществляется соответствующим электронным блоком 46 управления (см. фиг. 1).

Кроме того, в этом варианте для одновременной развертки более одной строки кадра и более одного элемента изображения в каждой строке существует возможность поместить точку 54, общую для источников A_z и B_z, предназначенных для развертки по различным строкам, в другое место на оптической оси 67, отличное от положения точки 54, общей для источников A_z и B_z, предназначенных для развертки по различным элементам изображения, что может быть достигнуто выбором соответствующих направлений распространения световых пучков, выходящих из источников, как пояснялось на примере по фиг. 5.

Таким образом, например, подбором углов ν_z и ν_p общую точку 54 для источников A_z и B_z можно поместить на зеркало 42 кадровой развертки, а общую точку 54 для источников A_p и B_p - на зеркало 41 строчной развертки.

На фиг. 11 показана схема для одновременной развертки двух строк видеоизображения с помощью световых пучков 39 и 39', формируемых из потока видеоданных E от произвольного источника 100 видеосигнала.

Поток видеоданных E, последовательно сохраняемый упорядоченно по элементам изображения и строкам в видеопамяти, выполненной в данном случае в виде буферной памяти 101, распределяется с помощью управляющей схемы 102 по выходным каналам, которые в данном примере обозначены как каналы 105 (A) и 106 (B), пропорционально количеству этих выходных каналов, т.е. количеству одновременно воспроизводимых по меньшей мере двумя световыми пучками 39, 39' строк.

Из управляющей схемы 102 видеоданные, т.е. цифровые значения, используемые при последующем цифроаналоговом преобразовании для управления модуляторами источников 44 и 44' света, в виде слов длиной 24 бит поступают сначала в буферные ЗУ 111 и 121, предусмотренные в каждом выходном канале 105 и 106.

В буферное ЗУ 111, которое выполнено по типу ЗУ обратного магазинного типа и которое на чертеже обозначено как FIFO A (от англ. "first in, first out" ("первым пришел - первым обслужен")), поступают R-G-B-данные A, выделенные в выходной канал 105, а в буферное ЗУ 121, которое на чертеже обозначено как FIFO B, поступают R-G-B-данные B, выделенные в выходной канал 106.

В видеопроекционной системе, работающей асинхронно с входным видеосигналом, вывод потока выходных R-G-B-данных A и B не зависит во времени от момента поступления входного потока видеоданных E. Однако сами R-G-B-данные A и B, выделенные в соответствующие выходные каналы 105 и 106, выдаются в один и тот же момент времени с учетом необходимого смещения на m_z строк, задаваемого управляющей схемой 102.

При этом вывод видеоданных A + B из буферной памяти 101 осуществляется с временным тактированием (с тактовой синхронизацией), которое при асинхронном режиме работы задается дефлектором 107. Между R-G-B-данными A и B при их выводе существует обусловленная величиной m_z постоянная взаимосвязь, определяемая структурой буферных ЗУ 111 и 121. Эти последние в сочетании со способами обработки видеоизображений (см. DE 19517357 C1) позволяют также воспроизводить видеоданные E различных видео-, соответственно ТВ-стандартов при наличии заданной конфигурации модуляторов света и оптических дефлекторов.

Далее, существует также возможность синхронизировать управление R-G-B-данными A + B, а также дефлектором 107 с потоком видеоданных E от источника видеосигнала. В этом случае необходимость в использовании буферной памяти 101 отпадает, что снижает затраты.

Однако с целью обеспечить непрерывное и высококачественное воспроизведение изображения с использованием более одного развертывающего светового пучка целесообразно предусмотреть буферные ЗУ 111 и 121 для временного или промежуточного сохранения отдельных строк. В качестве буферного ЗУ 111 благодаря простому управлению были выбраны известные ЗУ обратного магазинного типа (FIFO) приемлемой емкости. Для ТВВЧ требуемая емкость памяти на строку составляет, например, 1440 элементов изображения, умноженных на 24 бит, т.е. 34560 бит.

Ниже работа схемы более подробно рассматривается на примере с числом m_z = 3 для случая 1. Строки 1 и 3 при этом должны быть сначала сохранены в буферном ЗУ 111, которое предусмотрено для записи строк только с нечетными номерами.

В этот временной интервал из выходного канала 106 сначала выдается лишь видеоинформация строки 2, используемая для модуляции светового пучка 39'. Лишь когда в буферном ЗУ 121 будет готова для считывания видеоинформация строки 4, по управляющему сигналу PCLK_OUT на каждый из трех цифроаналоговых преобразователей 112 и 122 (ЦАП) каждого выходного канала 105 и 106 одновременно выдаются видеоданные A для 1-й строки и видеоданные B для 4-й строки. К цифроаналоговым преобразователям в каждом выходном канале подключено по R-G-B-источнику 44 и 44' света, которые в свою очередь согласно примеру по фиг. 1 имеют по три модулятора 14, 24 и 34. Промодулированные по интенсивности и цветности световые пучки 39 и 39' затем сводятся в оптической системе 40 и передаются на дефлектор 107, который в примере по фиг. 1 образован зеркалом 41 строчной развертки для отклонения в горизонтальном направлении и зеркалом 42 кадровой развертки для отклонения в вертикальном направлении. После считывания 1-й и 4-й строк считываются 3-я и 6-я строки, 5-я и 8-я строки и т.д.

Таким образом, в буферном ЗУ 111 в выходном канале 105 в данном случае запоминаются 2 строки, а в общем случае при развертке описанным способом - m_z - 1 строк. Емкость буферного ЗУ 121 в выходном канале 106 в общем случае составляет далее в пересчете на одну строку m_z - 2 строк.

Одновременный вывод нескольких строк обеспечивает снижение частоты строк, пропорциональной количеству одновременно выдаваемых строк и соответствующей сигналу HSYNC, и частоты элементов изображения, соответствующей сигналу PCLK, на один канал.

В случае двух одновременно развертываемых строк частота полей и частота модуляции, требуемые для воспроизведения в одном из видеостандартов, уменьшаются вполовину. Соответствующим образом в системе с заданной частотой полей количество строк, воспроизводимых на экране в единицу времени, удваивается.

Как указано выше, в схеме также предусмотрены управляющая схема 102 для распределения R-G-B-данных A и B по соответствующим буферным ЗУ 111 и 121 и управления последними, а также цифроаналоговые преобразователи 112 и 122.

Последовательно поступающие R-G-B-данные A и B построчно записываются с помощью управляющей схемы 102 в оба буферных ЗУ 111 и 121. Для управления этим процессом служат разрешающие сигналы EN_WR-A и EN_WR-B, а также тактовый сигнал PCLK_IN ввода элементов изображения.

Эта часть управляющей схемы работает как мультиплексный контроллер, который выборочно записывает R-G-B-данные A и B одной строки в буферные ЗУ 111 и 121.

Считывание данных из обоих буферных ЗУ 111 и 121 осуществляется одновременно по соответствующим сигналам считывания EN_RD-A и EN_RD-B и тактовому сигналу PCLK_ OUT, как только на выходах обоих ЗУ 111 и 121 одновременно появятся R-G-B-данные A и B.

На фиг. 12 для наглядного пояснения показана диаграмма прохождения потока видеоданных E. Кроме того, представлена также диаграмма прохождения потоков R-G-B-данных A + B, A и B. R-G-B-данные A и B временно сохраняются в буферных ЗУ 111 и 121 и выдаются одновременно. Как следует из показанной на фиг. 11 схемы, между R-G-B-данными A + B и R-G-B-данными A и B существует постоянная временная взаимосвязь. В отличие от этого указанная постоянная взаимосвязь между видеоданными E и R-G-B-данными A и B существует лишь при синхронном режиме работы видеопроекционной системы и не всегда при асинхронном режиме. Однако при асинхронном режиме для достижения высококачественного воспроизведения временные интервалы выбираются достаточно длинными, что позволяет практически исключить потерю содержащейся в изображении информации.

Описанный выше процесс управления служит лишь наглядным примером, поясняющим, каким образом могут формироваться сигналы для модуляции различных световых пучков. Поэтому в изобретении могут также использоваться и иные принципы управления, например, прямое мультиплексирование выходных сигналов одной единственной видеопамяти, служащей для временного сохранения видеоизображения.

Независимо от характера работы электронного блока управления предлагаемое согласно изобретению устройство с описанными в качестве примера двумя световыми пучками для раздельной развертки строк, соответственно элементов изображения в одной строке позволяет повысить световую мощность и улучшить качество видеоизображений. При использовании же более двух световых пучков достигаемые благодаря этому преимущества позволяют в еще большей степени повысить эффективность работы устройства. Кроме того, изобретение не ограничено применением описанных в качестве примера лазеров. В рассмотренных выше вариантах выполнения важна лишь высокая параллельность световых пучков, для достижения которой при существующем уровне техники наиболее пригодными источниками излучения, как очевидно, являются лазеры.

Изобретение относится к способам и устройствам для воспроизведения видеоизображений. Техническим результатом является усовершенствование видеоустройства так, чтобы оно при более высокой световой мощности обеспечивало бы четкое отображение формируемых им видеоизображений независимо от расстояния между дефлектором и проекционным экраном соответственно независимо от формы последнего. Также техническим результатом является повышение плотности элементов изображений, обеспечивающей возможность воспроизведения высокочетких изображений. Это достигается тем, что источник выполнен с возможностью излучения двух модулируемых независимо друг от друга световых пучков, первый из которых промодулирован содержащейся в видеоизображении информацией для высвечивания первого, а второй из них промодулирован содержащейся в видеоизображении информацией для высвечивания второго элемента изображения. 2 с. и 13 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Устройство для воспроизведения видеоизображения, имеющее источник (44, 44'), излучающий по меньшей мере один промодулированный по интенсивности световой пучок (39, 39'), а также дефлектор (41, 42) для отклонения светового пучка (39, 39') как для осуществляемой с сохранением угловой пропорциональности развертки N_p элементов изображения в строках по углу α_p, так и для осуществляемой с сохранением угловой пропорциональности развертки N_z строк видеокадра по углу α_z, отличающееся тем, что источник (44, 44') выполнен с возможностью излучения двух модулируемых независимо друг от друга световых пучков (39, 39'), первый (39) из которых промодулирован содержащейся в видеоизображении информацией для высвечивания первого, в каждом случае управляемого разверткой элемента изображения, а второй из них промодулирован содержащейся в видеоизображении информацией для высвечивания второго элемента изображения, при этом содержащаяся в видеоизображении информация, которая воспроизводится вторым элементом изображения, смещена относительно содержащейся в видеоизображении информации, которая воспроизводится первым элементом изображения, на m_z строк кадра и на m_p элементов изображения одной строки, где m_z и m_p являются целыми числами и m_z ≤ N_z, а m_p≤N_p и m_z и/или m_p ≠ 0, и что предусмотрена оптическая система (40), которая выполнена с возможностью сведения обоих световых пучков (39, 39') в общей действительной или мнимой точке (54), которая в направлении распространения света лежит перед дефлекторами или в пределах дефлекторов и из которой оба световых пучка (39, 39') расходятся под заданным углом величиной m_z • α_z/N_z в направлении кадровой развертки, а также под углом величиной m_p • α_p/N_p в направлении строчной развертки. 2. Устройство по п.1, отличающееся наличием видеопамяти (101), которая выполнена с возможностью синхронного считывания из нее соответствующих строк первого и второго световых пучков (39, 39'), и блоком (46) управления источниками и/или дефлектором, что обеспечивает развертку каждой строки видеоизображения соответственно только одним из двух световых пучков (39, 39'). 3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что m_z≠0 и первый световой пучок (30) развертывается по строкам только с нечетными или только с четными номерами, а что число m_z является нечетным. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что первый световой пучок (39) для развертки полного кадра развертывается по строкам и элементам изображения, имеющим порядковые номера. 5. Устройство по любому из пп.1 - 4, отличающееся тем, что дефлектор (41, 42) содержит зеркальный барабан (41) для развертки N_p элементов изображения в направлении строк, а общая точка (54) сведения световых пучков лежит на соответствующей отклоняющей грани зеркального барабана (41). 6. Устройство по любому из пп.1 - 4, отличающееся тем, что дефлектор (41, 42) содержит качающееся зеркало (42) для развертки N_z строк видеокадра, а общая точка (54) лежит на поверхности этого качающегося зеркала (42). 7. Устройство по любому из пп.1 - 6, отличающееся тем, что для каждого из световых пучков (39, 39') предусмотрен световод (66, 66', 74), в которой соответствующий световой пучок вводится из источника, что выходные торцы световодов (66, 66', 74) закреплены на некотором расстоянии друг от друга и что на выходной стороне после световодов предусмотрена фокусирующая система (64), в фокальной плоскости которой, находящейся с входной стороны, расположены выходные торцы световодов (66, 66', 74), благодаря чему свет, выходящий из соответствующего световода (66, 66', 74), с одной стороны, параллелизован, а с другой стороны, оба световых пучка (39, 39') сводятся в одной точке (54), образуя заданные углы α_p и α_z. 8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что по меньшей мере один световод расположен на выходной стороне под некоторым углом к оптической оси, который по абсолютной величине меньше 30^o в частности меньше 1^o. 9. Устройство по п.7 или 8, отличающееся тем, что световоды (66, 66') выполнены в виде оптического интегрального элемента. 10. Устройство по любому из пп.7 - 9, отличающееся тем, что расстояние между выходами световодов (66, 66', 74) составляет более 10 мкм, в частности более 30 мкм, но менее 1 мм. 11. Устройство по любому из пп.7 - 9, отличающееся тем, что световоды (66, 66') представляют собой состоящие из сердцевины и оболочки волоконные световоды, соединенные на выходной стороне, причем их оболочки в месте соединения сошлифованы, благодаря чему расстояние между сердцевинами обеих волоконных световодов на их выходной стороне составляет более 10 мкм. 12. Устройство по любому их пп.1 - 11, отличающееся тем, что дефлектор содержит подвижное в двух направлениях зеркало, на поверхности которого оба световых пучка (39, 39') сходятся под заданным углом в общей точке (54), а затем отражаются, и предусмотрен привод для спирального движения подвижного зеркала, при этом строки для получения величины m_z отсчитываются радиально, а элементы изображения для получения величины m_p отсчитываются в поступательном направлении такой спиральной развертки. 13. Устройство по п.1, отличающееся тем, что источник излучает четыре модулируемых независимо друг от друга световых пучка (39, 39'), из которых два световых пучка (39, 39') обегают различные элементы изображения под углом α_p в первой строке кадра, а два других световых пучка обегают различные элементы изображения под углом α_p во второй строке, которая смещена относительно первой строки на m_z строк. 14. Устройство по п.13, отличающееся тем, что источники световых пучков (39, 39') расположены, если смотреть в направлении распространения света, в фокальной плоскости оптической системы прямоугольником. 15. Способ изготовления устройства по пп.1 - 14 для воспроизведения видеоизображения, для которого предусматривают источник (44, 44'), излучающий по меньшей мере один промодулированный по интенсивности световой пучок (39, 39'), а также дефлектор (41, 42) для отклонения светового пучка (39, 39') как для осуществляемой с сохранением угловой пропорциональности развертки N_p элементов изображения в строках по углу α_p, так и для осуществляемой с сохранением угловой пропорциональности развертки N_z строк видеокадра по углу α_z, отличающийся тем, что источник (44, 44') выполняют с возможностью излучения двух модулируемых независимо друг от друга световых пучков (39, 39'), первый из которых модулируется содержащейся в видеоизображении информацией для высвечивания первого, в каждом случае управляемого разверткой элемента изображения, а второй моделируется содержащейся в видеоизображении информацией для высвечивания второго элемента изображения, при этом содержащаяся в видеоизображении информация, которая воспроизводится вторым элементом изображения, смещена относительно содержащейся в видеоизображении информации, которая воспроизводится первым элементом изображения, на m_z строк кадра и на m_p элементов изображения одной строки, где m_z и m_p являются целыми числами и m_z≤N_z, а m_p≤N_p и m_z и/или m_p≠0, что предусматривают оптическую систему (40), которую выполняют с возможностью сведения обоих световых пучков (39, 39') в общей действительной или мнимой точке (54), которая в направлении распространения света лежит перед дефлектором или в пределах него и из которой оба световых пучка (39, 39') расходятся под заданным углом величиной m_z • α_z/N_z в направлении кадровой развертки, а также под углом величиной m_p • α_z/N_p в направлении кадровой развертки, а также под углом величиной m_p • α_p/N_p в направлении строчной развертки, и что дефлектор (41, 42) располагают в определенном положении относительно обоих световых пучков (39, 39') для их синхронной развертки по тем же элементам изображения, для которых каждый из световых пучков (39, 39') промодулирован по интенсивности. 16. Способ воспроизведения видеоизображения, в котором по меньшей мере один промодулированный по интенсивности световой пучок (39, 39') излучают с помощью источника (44, 44'), а также отклоняют с помощью дефлектора (41, 42) как для осуществляемой с сохранением угловой пропорциональности развертки N_p элементов изображения в строках по углу α_p, так и для осуществляемой с сохранением угловой пропорциональности развертки N_z строк кадра по углу α_z, отличающийся тем, что с помощью источника (44, 44') излучают два световых пучка (39, 39'), первый (39) из которых модулируется содержащейся в видеоизображении информацией для высвечивания первого, в каждом случае управляемого разверткой элемента изображения, а второй (39') моделируется содержащейся в видеоизображении информацией для высвечивания второго элемента изображения, при этом содержащаяся в видеоизображении информация, которая воспроизводится вторым элементом изображения, смещена относительно содержащейся в видеоизображении информации, которая воспроизводится первым элементом изображения, на m_z строк кадра и на m_p элементов изображения одной строки, где m_z и m_p являются целыми числами и m_z≤N_z, а m_p≤N_p и m_z и/или m_p≠0, и что оба световых пучка (39, 39') сводят с помощью оптической системы (40) в общей действительной или мнимой точке (54), которая в направлении распространения света лежит перед дефлектором или в пределах него и из которой оба световых пучка (39, 39') расходятся под заданным углом величиной m_z • α_z/N_z в направлении кадровой развертки, а также под углом величиной m_p • α_p/N_p в направлении строчной развертки.