ПРОЕКЦИОННАЯ СИСТЕМА Российский патент 2004 года по МПК G03B21/00 G03B21/56 G02B27/22 

Изобретение относится к проекционным системам отображения визуальной информации оптической проекцией на зрительном экране.

Предлагаемые проекционные системы предназначены для массового и профессионального использования в кинематографе, телевидении, отображения компьютерной графики и других видов информации.

Предшествующий уровень техники.

Широко используемые и предлагаемые проекционные системы содержат проектор и проекционный экран. Фронтпроекционные системы служат для проекции изображений на отражающий (фронтпроекционный) экран или белую стену, а рирпроекционные системы для проекции на просветный (рирпроекционный) экран.

Преимущества фронтпроекционных систем: проекционный экран конструктивно простой, малогабаритный, легкий и тонкий.

Недостатки фронтпроекционных систем: яркая внешняя паразитная засветка экрана приводит к визуальному дискомфорту наблюдения изображений (существенно снижаются главные оптические параметры проекции: четкость, контраст, цветопередача и диапазон полутоновой градации). Это ограничивает возможности использования проекционных систем в освещенных помещениях и на открытых пространствах. Требуется пятикратное повышение светового потока проектора с повышением энергопотребления ламп подсветки. Для исключения затенения проекции зрителями проекторы перед экраном устанавливают с наклоном оси проекции под углом до 40° к нормали экрана, с оптической и электронной (с потерей разрешения изображения) коррекцией трапецеидальных искажений проецируемых изображений.

Прототипом изобретения, близким по достигаемому результату, является рирпроекционная система с линзово-растровым просветным экраном (см. книгу: Макарцев В.В., Хесин А.Я., Штейеберг А.Л. Большеэкранные видеосистемы. - Москва: СП "Панас", 1993, стр. 70-83, рис.22, 23, термины и определения стр.147-155). На экране со стороны проекции располагается линза Френеля, а со стороны зрителей примыкают вертикально расположенные линзовые элементы, разделенные черными вертикальными полосами, обеспечивающие изображение высокой контрастности в ярко освещенном помещении. Линза Френеля концентрирует световой поток проектора в очень узком угле рассеяния. Чечевицеобразные линзы направляют сконцентрированный проекционный световой поток в щели между черными вертикальными полосками, рассеивая его в направлении зрителей в широком угле наблюдения. Темный экран нечувствителен к посторонним засветкам, а высокая концентрация света в узких щелях воспринимается как высокая яркость изображения.

Преимущества рирпроекционных систем: при внешней паразитной засветке экрана прототипа обеспечивается визуально комфортное наблюдение спроецированных изображений и исключение затенения проекции зрителями (проектор располагается за экраном).

Недостатки прототипа: линзово-растровые экраны существенно снижают яркость и точность цветопередачи от центра к краю экранного изображения при наблюдении из ракурсов, близких к краю сектора расположения зрителей, за экраном необходимо затененное проекционное пространство без затенения проекции внешними объектами. Сложность конструкции, чрезмерное увеличение массы и габаритов аналогов рирпроекционных систем связанно с необходимостью размещения системы проекции в светозащищенном помещении или корпусе с проекционными зеркалами и устройством жесткого подвешивания проектора (для этого требуется большое проекционное расстояние между проектором и экраном, сравнимое с длиной диагонали изображения). При внешней яркой паразитной засветке зрительного экрана контраст наблюдаемых изображения существенно падает, яркость снижается на краях поля экранного изображения, точность цветопередачи теряется.

Указанные проблемы проекционных систем с отражающими экранами связаны с проекцией на видимую зрителем максимальную площадь экрана, а проблемы с просветными экранами связаны с необходимостью проекции под большим углом к плоскости экрана в темном светоизолированном и сравнительно большом пространстве за экраном.

Раскрытие изобретения.

Задачей, решаемой заявленным изобретением, является существенное усовершенствование конструкций проекционных систем с целью обеспечения безтеневой проекции, уменьшения массы и габаритов рирпроекционных систем, обеспечения максимального визуального комфорта наблюдения проекционных изображений при яркой внешней засветке экрана, решения комплекса вышеуказанных проблем и обеспечения новых технико-эксплуатационных параметров проекционных систем.

Единым техническим результатом, достигаемым при осуществлении заявленного изобретения, является создание конструкции проекционной системы с минимальным объемом проекционного пространства за счет проекции под острым углом к плоскости экрана или в торец световодного экрана при максимальной световой эффективности. Для фронтпроекционных систем это обеспечит проекцию без затенения изображений. Для рирпроекционных систем это исключает светоизолирование заэкранных пространств, что упрощает конструкцию, снижает массу, габариты и себестоимость системы, обеспечивает повышение важнейших параметров и обеспечит новые эффективные параметры проекционной системы.

Дополнительным техническим результатом согласно п.2 формулы изобретения является возможность одновременного проецирования разными проекторами различных изображений для одновременного наблюдения на общем экране различных полноэкранных изображений разными зрителями, расположенными в разных секторах наблюдения.

Дополнительным техническим результатом согласно п.п.3 и 4 формулы изобретения является максимальное или полное исключение проекционного пространства за счет проекции лучей в световодный экран через его прозрачный торец и распространение лучей вдоль экрана в объеме световода для формирования экранного изображения только локальными светорассеивателями световода. Это исключит затенение проекции, обеспечит формирование экранных изображений одновременно с двух сторон и позволит выполнять проекционную систему с экранами в виде прозрачных пластин или пластин с регулируемой прозрачностью.

Дополнительным техническим результатом согласно п.4 формулы изобретения является формирование экранного изображения при проекции лучей, соответствующих определенным элементам (пикселям) изображения, отличающихся разными углами ввода - падения на отражающие поверхности внутри экрана для вывода этих лучей экранными светорассеивателями в соответствующих координатах формирования экранного изображения.

Дополнительным техническим результатом согласно п.5 формулы является расширение видимой зрителями площади экрана с противобликовым, или матово черным покрытием, или прозрачной, или с регулируемой прозрачностью экрана. При этом сокращается площадь видимых элементов экранных изображений, что существенно повышает как требуемые оптические свойства экрана, так и визуальный комфорт наблюдения экранного изображения. При яркой внешней засветке экрана оптимально повышается четкость, контраст, точность цветопередачи, расширяется диапазон полутоновой градации и др.; существенно снижается энергопотребление и себестоимость проекционных систем. Возможно обеспечение новых параметров: одновременное наблюдение экранного изображения, объектов или фона за прозрачным или тонированным проекционным экраном, регулирование прозрачности экрана.

Дополнительным техническим результатом согласно п.6 формулы является обеспечение безтеневой проекции с дальних дистанций или безтеневой короткофокусной проекции закрепленным на краю экрана проектором с жестко сфокусированным объективом.

Дополнительным техническим результатом согласно п.7 формулы является конструктивное упрощение проекторов без проекционных объективов за счет формирования коллимированной подсветки диапозитивных или микрозеркальных матриц с заданным пространственным распределением лучей на экране. Это обеспечит проецирование геометрически правильных и четких изображений на плоские и криволинейные поверхности экранов.

Еще одним техническим результатом при использовании изобретения согласно п.8 формулы является обеспечение возможности комфортного наблюдения без стереоочков стереоизображений при свободном смещении зрителей в секторе наблюдения стереоизображений. При этом возможно на общем экране одновременное наблюдение различными зрителями различных стереоизображений из разных ракурсов видения стереоизображений.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что известная проекционная система содержит один или несколько проекторов для формирования и/или проекции трансформированных и/или трапецеидальных кадров изображений и зрительный экран. На экране сформированы светорассеиватели проекционных лучей.

Отличительная особенность заключается в том, что светорассеиватели фронпроекционного или рипроекционного экрана выполнены из дискретных сферических микрозеркал, и/или микролинз, и/или микрофоконов, и/или микропризм, выступающих над поверхностью экрана или сформированных в объеме экрана. Светорассеиватели расположены на экране дискретно или в растровом порядке и ориентированы на фронтпроекционном или рирпроекционном экране так, чтобы с максимальной световой эффективностью захватывать (входными окнами этих светорассеивателей) все проекционные лучи, направленные под острым углом к плоскости экрана или в световодном экране захватывать проекционные лучи, направленные в прозрачный торец пластины световодного экрана с последующим отклонением и рассеиванием проекционных лучей в сектор наблюдения экранных изображений с равномерной по полю яркостью.

Согласно п.2 формулы изобретения проекционная система содержит два или несколькими проекторов для одновременной проекции изображений на общий экран. Проекторы расположены в разных ракурсах проекции на этот экран, например с одной стороны экрана на разной дистанции друг от друга или с противоположных сторон экрана. Система отличается тем, проекторы ориентированы для одновременной проекции на общий экран различных полноэкранных изображений под различными ракурсами. Светорассеиватели экрана выполнены из микрозеркал и/или микролинз и/или микрофоконов. Светорассеиватели выполнены по оптической схеме избирательного захвата каждого проекционного пучка лучей определенного проектора и рассеивания этого пучка в соответствующий сектор наблюдения одного полноэкранного изображения. Это обеспечивает одновременное наблюдение различных полноэкранных изображений (формируемых разными проекторами), наблюдаемых разными зрителями, расположенными в разных секторах наблюдения.

В другом варианте проекционной системы согласно п.3 формулы изобретения проекционная система отличается тем, что зрительный экран выполнен в виде световода в форме плоскопараллельной пластины, или слоистого, или многополосного световода. Сердцевина световода имеет постоянный показатель преломления и выполнена с прозрачными торцевыми входными окнами для ввода в световод параллельных проекционных лучей. На поверхности световода локально по площади экрана расположены точечные или растровые светорассеиватели. Светорассеиватели сформированы в объеме или на поверхности световода и выполнены с оптической схемой для захвата проекционных лучей в световоде и последующего вывода этих лучей из световода с рассеиванием в определенных координатах формирования экранного изображения. Проектор или проекторы выполнены с оптической системой формирования узких (коллимированных) параллельных проекционных лучей. Проекторы ориентированы на экран для обеспечения точного ввода этих лучей через торец или торцы световода в определенные координаты падения лучей на отражающие внутренние поверхности световода с расчетом распространения определенных проекционных лучей вдоль световода до определенных светорассеивателей за счет многократного внутреннего отражения от поверхностей (между светорассеивателями) световода.

Согласно п.4 формулы изобретения проекционная система отличается тем, что в световодном зрительном экране сердцевина световода выполнена с клиновидно суженной толщиной световода по направлению распространения лучей в световоде от входного торца световода до противоположного торца. Сердцевина имеет постоянный показатель преломления и покрыта оболочкой или оптическим входным окном светорассеивателя с постоянным или ступенчатым показателем преломления, меньшим показателя преломления сердцевины. Для проекционной системы с любым вариантом световодного экрана проектор выполнен с оптической системой формирования проекционных лучей, формирующих различные элементы проецируемого изображения, отличающихся различными углами и координатами ввода этих лучей в торец световода. Это обеспечивает распространение вдоль световода каждого определенного луча до его захвата и вывода определенным светорассеивателем из световода в соответствующей координате экранного изображения с последующим рассеиванием всех проекционных лучей светорассеивателями в сектор наблюдения экранного изображения.

Согласно п.5 формулы изобретения проекционная система, выполненная по пп.1-4, отличается тем, что видимые зрителями выходные окна светорассеивателей экрана выполнены с минимальной площадью, многократно меньшей видимой зрителями площади экрана вокруг этих окон. Площадь экрана вокруг выходных окон светорассеивателей выполнена с противобликовым или матово-черным покрытием или с матово-черной съемной сеткой. В другом варианте площадь экрана вокруг выходных окон светорассеивателей выполнена оптически прозрачной или закрыта сетчатым оптическим светофильтром или выполнена с фотохромным покрытием для регулирования степени прозрачности экрана ультрафиолетовой засветкой.

Согласно п.6 формулы изобретения проекционная система, выполненная по п.п.1, 2 и п.5, отличается тем, что проектор или несколько проекторов выполнены с проекционными телеобъективами для проекции с дальней дистанции от экрана. В другом варианте проектор с короткофокусным объективом и установлен на минимальной дистанции от края экрана или жестко закреплен к торцевой части экрана. Для обоих вариантов с определенной торцевой стороны экрана (или несколько зеркал на каждой из нескольких торцевых сторон экрана) закреплено плоское зеркало площадью, соответствующей размерам отражаемой на экран этим зеркалом проекции. Зеркало наклонено относительно оси отражаемой проекции и плоскости экрана (в соответствии с расположением проектора относительно экрана) для отклонения проекционных лучей зеркалом под острым углом к поверхности экрана. Все проекторы обеспечивают проекцию трансформированного трапецеидального кадра с увеличением размера проекции в пределах площади зеркала и экрана.

Согласно п.7 формулы изобретения проекционная система с экранами, выполненными по любому из п.п.1-6, отличается тем, что диапроектор или проектор с просветной или микрозеркальной матрицей выполнены с оптической схемой коллимированной подсветки (формирующей проекционное изображение) диапозитивов или проекционных матриц. Подсветка выполнена с линзовым конденсором или зеркальным рефлектором для обеспечения веерного пространственного распределения проекционных лучей, чтобы каждый проекционный луч падал на соответствующий светорассеиватель в соответствующей координате экрана с расширением апертур лучей на экране для получения четкого с правильной геометрией кадра наблюдаемого экранного изображения.

Согласно п.8 формулы изобретения проекционная система, выполненная согласно п.п.1-7, отличается тем, что проекторы выполнены по оптической схеме для формирования стереопроекции. Проекционный экран выполнен со светорассеивателями в виде микролинзовых и/или микрозеркальных стереорастров для захвата проекционных лучей и пространственной селекции левого и правого изображений стереопары в зоны видения левого и правого изображений стереопары соответственно левыми и правыми глазами зрителей. Для комфортного безочкового наблюдения стереоизображений из любого ракурса в секторе наблюдения стереоизображений или при боковом смещении зрителей, система выполнена с полуавтоматическим корректором с ручным управлением коррекции сопряжения системы стереопроекции (сопряжения зон видения стереоизображений с глазами соответствующего зрителя). В другом варианте для автоматического сопряжения системы стереопроекции (зон видения стереоизображения) с глазами определенного зрителя система выполнена с автокорректором и связанным с этим автокорректором датчиком отслеживания координат глаз зрителя или зрителей. Экран и/или растровая система экрана или проекторы содержат привод, связанный с этими корректорами или автокорректорами, для обеспечения (в соответствие определенным вариантом конструкции системы коррекции) сопряжения зон видения левых и правых кадров стереоизображений на экране с соответствующими глазами зрителей, например, путем поворота стереоэкрана вокруг его вертикальной оси, или смещением линзового растра, или смещением вдоль экрана стереообъективов стереопроекторов. Этим также обеспечивается возможность проекционной стереосистемы для одновременного наблюдения на общем стереоэкране различных полноэкранных стереоизображений разными зрителями из различных ракурсов наблюдения и с возможностью свободного смещения зрителей.

Краткое описание чертежей.

На фигуре 1 изображен вид сбоку проекционной системы для проекции и наблюдения изображений с обеих сторон экрана и двумя проекторами в верхнем торце экрана и отражающими торцевыми зеркалами (в нижнем торце экрана), на фигуре 2 изображена левая лицевая сторона экрана.

На фигуре 3 изображен вид сбоку рирпроекционной системы со световодным зрительным экраном (с просветом световода через торец экрана), а на фигуре 4 изображена левая лицевая сторона этого экрана.

На фигуре 5 (а) изображены оптические схемы фронтпроекционного экрана, а на фигуре 5(в) оптическая схема рирпроекционного экрана с вариантами формы светорассеивателей (с видами в поперечном сечении экрана).

На фигуре 6 изображен вид в плане оптической схемы в поперечном сечении зрительного экрана с линзовым стереорастром и системой автокоррекции для оптического совмещения зон стереоскопического видения с глазами зрителя.

Варианты осуществления изобретения.

В первом варианте проекционной системы на фигурах 1 и 2 зрительный экран 7 выполнен в виде плоской тонкой пластины, на верхнем торце экрана закреплены (для постоянной фокусировки) проекторы. В нижнем торце этого экрана установлены плоские зеркала 2а и 2б для отражения проекционных лучей этих проекторов на обе стороны экрана 1. На одной лицевой стороне экрана а и другой лицевой стороне б экрана в площади наблюдения экранных изображений сформированы светорассеиватели 3а и 3б. Светорассеиватели конструктивно выполнены и ориентированы для захвата проекционных лучей α₁ и α₂ (отраженных зеркалами на экран), последующего отклонения и рассеяния этих лучей светорассеивателями в пределах угла β₁ и угла β₂ соответствующих секторов наблюдения экранных изображений со сторон а и в экрана. Поверхности экрана 1а и 1б вокруг светорассеивателей выполнены с противобликовьм или черным матовым покрытием, или прозрачны, или для регулирования прозрачности внешней ультрафиолетовой засветкой покрыты фотохромной пленкой. Проекционные оси проекторов и зеркала ориентированы для направления проекционных лучей α₁ под острыми углами к поверхности 1а экрана, а лучей α₂ к поверхности 1б этого экрана.

В другом варианте проекционной системы на фигурах 3 и 4 зрительный экран выполнен из двух параллельных плоских прозрачных световодов 1в и 1г с прозрачными скошенными входными торцами для ввода проекционных лучей α₃ и α₄. Внизу перед входным торцом световода 1в расположен проектор 2в, а перед торцом световода 1г расположен проектор 2г. На лицевых сторонах экрана в и г поверхностей световодов 1в и 1г в площади наблюдения экранных изображений сформированы светорассеиватели 3в и 3г. Эти светорассеиватели предназначены для захвата лучей α₃ и α₄, проецируемых соответственно проекторами 2в и 2г, вывода этих лучей из световодов, отклонения и рассеяния этих лучей соответственно в углах β₃ и β₄ секторов наблюдения экранных изображений со сторон в и г. Световоды предназначены для распространения проецируемых лучей до определенных светорассеивателей путем многократного полного внутреннего отражения этих лучей от поверхностей этих световодов.

На фигуре 5(а) на проекционном зрительном экране 1 каждый светорассеиватель 4 выполнен с положительной микролинзой 5 и наклонным плоским микрозеркалом 6. Со стороны зрителей на поверхности светорассеивателей вокруг входных и выходных окон нанесено противобликовое матово черное или фотохромное покрытие 7. Микролинза 5 предназначена для захвата и рассеивания (фокусировкой) луча в угле β₅ сектора наблюдения экранного изображения. Микрозеркало 6 предназначено для отклонения сфокусированного луча и вывода этого луча через прозрачное с малой площадью выходное окно светорассеивателя.

В другом варианте на фигуре 5 (в) каждый светорассеиватель выполнен с микропризмой 6(в) для отклонения лучей в зеркальный фокон 6(г), рассеивающий лучи в сектор наблюдения изображений. В других вариантах на экране для отклонения и одновременного рассеивания лучей в угле β₆ сектора наблюдения изображения установлены только сферические или параболические микрозеркала 6а.

На фигуре 6 стереоскопическая проекционная система содержит зрительный экран 1 со светорассеивателями 4л для формирования элементов изображения левого кадра стереопары и светорассеивателями 4n - элементов изображения правого кадра стереопары. Со стороны зрителей на экране установлен подвижно по стрелке δ стереоскопический линзовый растр 8 для оптической селекции кадров стереопары. Микролинзовый стереорастр 8 связан с приводом 9 автокорректора 10. Автокорректор связан с датчиком 11 отслеживания (с помощью лучей γ, отраженных от лица зрителя) пространственного расположения глаз зрителя относительно зон видения стереоизображения. Автокорректор предназначен для оптического сопряжения зоны видения лучей βл левого изображения с левым глазом 12л зрителя, а зоны видения лучей βn правого изображения соответственно с правым глазом 12n этого зрителя. При комфортном расположении и боковом смещении зрителя перед экраном это обеспечивает безочковое постоянное наблюдение стереоэффекта.

Заявленная проекционная система работает следующим образом.

В первом варианте проекционной системы на фигуре 1 и 2 два проектора 2а и 2б, выполнены с трапецеидальными кадрами или трансформируют в трапецеидальные кадры два проецируемых изображения. Оптической или электронной трансформацией проецируемое изображение расширяют по горизонтали до ширины экрана, а по вертикали сужают на оптимальную ширину изображения, многократно меньшую размера высоты экрана. Проекционные лучи α₁ и α₂ направлены от проекторов на соответствующие торцевые зеркала 2а и 2б, а зеркала отражают эти лучи на соответствующие стороны 1а и 1б экрана 1 под определенным малым углом к поверхности экрана. Проекционные лучи сужены в поперечном сечении в пределах площади входного окна светорассеивателя с учетом точного и полного захвата каждого отдельного определенного луча одним определенным светорассеивателем 3а или 3б. Проекторами и светорассеивателями формируют полноэкранные одинаковые или различные изображения, наблюдаемые разными зрителями одновременно с двух сторон экрана без оптических помех. Черное покрытие видимой поверхности экрана вокруг выходных окон светорассеивателей может поглощать паразитную засветку более чем на 98%.

На фигурах 3 и 4 вариант проекционной системы со зрительным экраном из двух плоскопараллельных световодов работает следующим образом. Внизу со стороны торца экрана 1в и 1г проекторы 2в и 2г формируют световые потоки проецируемых изображений в виде узко расходящихся (коллимированных) лучей α₃ и соответственно α₄. Проектор 2в снизу через скошенный прозрачный торец световода 1в проецирует лучи α₃. Эти лучи многократно отражаются внутри световода в виде лучей α₃, расходящихся до точек определенных светорассеивателей 3в, затем выводятся, отклоняются и рассеиваются этими светорассеивателями в широком угле β₁ сектора наблюдения экранного изображения со стороны в экрана 1в. Аналогично проектором 2г проецируются и формируются экранные изображения для наблюдения с противоположной стороны г экрана 1г.

На фигуре 5 (а) представлен фронтпроекционный экран 1 со светорассеивателями 4 в виде микролинз 5 сопряженными с плоскими наклонными микрозеркалами 6. Со стороны зрителей вокруг выходных окон светорассеивателей нанесено матовое черное покрытие 7, которым поглощается (более чем на 98%) паразитная засветка экрана. Светорассеиватели обеспечивают полный захват прямых проекционных лучей α (направленных под острым малым углом к плоскости экрана), затем фокусируют эти лучи микролинзами 5 и затем отклоняют эти лучи микрозеркалами 6 для рассеивания этих лучей в угле β₅ сектора наблюдения экранного изображения.

На фигуре 5(б) представлен рирпроекционный экран 1 с различными вариантами светорассеивателей и покрытий экрана. В верхней части экрана светорассеиватель выполнен в форме отклоняющей проекционные лучи оптической микропризмы 6в, сопряженной с зеркально-сферическим или зеркально-параболическим фоконом (зазеркаленным отверстием) 6г. Ниже по высоте экрана расположены светорассеиватели с выступающими над поверхностью экрана сферическими или параболическими микрозеркалами 6а для одновременного отклонения и фокусировки проекционных лучей в минимальной площади выходных окон светорассеивателей. В светорассеивателях (в средней по высоте части экрана) микрозеркала светорассеивателей сопряжены с отверстиями д (в форме полого фокона) и обеспечивают принудительную вентилляцию от пыли выходных окон для автоматической очистки экрана внутренним воздушным давлением струей вентилятора, обдувающего экран с тыльной стороны.

В светорассеивателе 6а (в нижней по высоте части экрана) микрозеркала 6а сопряжены с прозрачными выходными окнами между зачерненной площадью 7а экрана. Экраны (в площади экрана за выходными окнами) могут быть прозрачными, или покрыты противобликовой черной матовой краской 7а или съемной черной сеткой 7а, или иметь фотохромное покрытие 7а (для регулирования прозрачности экрана с помощью ултрафиолетовой подсветки). Угол β₆ - угол рассеяния проекционных лучей микрозеркалами в сектор наблюдения экранных изображений.

В стереопроекционной системе на фигуре 6 стереопроекторами формируют автостереограмму в виде чередующихся по горизонтали вертикальных полосок левого и правого изображения стереопары. Стереорастром 8 левое изображение проецируется в зону видения левым глазом, а правое изображение - в зону видения правым глазом. Фоточувствительный датчик 11 принимает лучи γ, отраженные от лица зрителя для определения датчиком местоположение глаз в пространстве по контрасту изображения глаз и лица. Датчик 11 формирует управляющий сигнал, выдаваемый на автокорректор 10. Приводом 9 автокорректор автоматически смещает стереорастр до оптимального совмещения зон видения левого изображения с левым глазом 12л зрителя, а зоны видения правого изображения (лучей β_n) соответственно с правым глазом 12n.

Оптимальным вариантом выполнения проекционной системы для использования в условиях высокой запыленности или атмосферных осадков является выполнение конструкции проекционной системы с закрытым от света, пыли и влаги проекционным пространством за экраном, в котором размещается проектор и тыльная сторона рирпроекционного экрана. Проектор можно разместить на любой дистанции от экрана, а трансформированную проекцию направить на горизонтальное или вертикальное входное окно световодного экрана или торцевое зеркало фронтпроекционного или рирпроекционного экранов (защищенных от пыли и осадков).

Другим оптимальным вариантом проекционной системы является конструкция для проекции на поверхности или внутри стекол очков. Для этого на стекло очков со стороны проекции или наблюдения изображений закреплена пленка со светорассеивателями. При этом микроминиатюрные светорассеиватели на стеклах очков выполнены невидимыми зрителю для обеспечения видимости наружных объектов, наблюдаемых сквозь площади стекол очков вокруг светорассеивателей. Ультрафиолетовой подсветкой фотохромного слоя внутри толщи стекол или снаружи этих стекол регулируется прозрачность стекол очков для лучшего наблюдения спроецированных изображений на темном фоне. Для высокой световой эффективности проекции в очках светорассеиватели выполнены с минимальным углом рассеивания проекционных лучей только в площадь зрачков глаз, что в сотни раз уменьшит энергопотребление микропроекторов. При этом обеспечивается отличная стереоскопия в сверхшироком угле поля зрения до 140°, с широким диапазоном градаций полутонов, повышенной яркостью, точной цветопередачей и высоким контрастом и высоким разрешением. Такие параметры невозможно обеспечить на стереоэкранах известных стереопроекционных систем.

Предлагаемые проекционные моноскопические и стереоскопические системы обеспечат оптимальные оптические и конструктивные параметры, которые невозможно получить в лучших мировых аналогах. Возможность одновременного наблюдения различных полноэкранных моно-стереоизображений разными зрителями из разных ракурсов при любой паразитной засветке экрана, комфортного безочкового наблюдения стереоизображений в любом ракурсе и при боковом смещении зрителей, высокоэффективная сверхшироформатная стереопроекция на стеклах очков и другие эффективные параметры предлагаемых проекционных систем подтверждают высокий изобретательский уровень.

Промышленная применимость

Все предлагаемые проекционные системы можно серийно изготовить по известным технологиям производства проекторов, стереопроекторов, проекционной оптики и зрительных экранов со светоотражателями или линзовыми растрами. Для автокоррекции стереопроекционной системы могут быть использованы известные системы автокоррекции смещения объектов с датчиками слежения за контрастными элементами объектов с целью определения пространственной ориентации этих объектов и автоматической адаптации системы к комфортным условиям наблюдения изображений. Поэтому промышленная осуществимость изобретения очевидна.

Проекционная система содержит зрительный экран, по меньшей мере один проектор, установленный со стороны торца зрительного экрана, светорассеиватели, расположенные на зрительном экране, выполненные для захвата проекционных лучей и установленные так, чтобы отразить или отклонить проекционные лучи в сектор наблюдения изображения. При этом входные и выходные окна светорассеивателей имеют площадь, многократно меньшую площади зрительного экрана, также обеспечивается совмещение поперечного сечения проекционных лучей с входными окнами светорассеивателей, которые выполнены с возможностью для захвата проекционных лучей, направленных от торца зрительного экрана, вдоль его поверхности. Технический результат - создание конструкции проекционной системы с минимальным объемом проекционного пространства. 7 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Проекционная система, содержащая зрительный экран, по меньшей мере один проектор, установленный со стороны торца зрительного экрана, светорассеиватели, расположенные на зрительном экране, выполненные для захвата проекционных лучей и установленные так, чтобы отразить или отклонить проекционные лучи в сектор наблюдения изображения, отличающаяся тем, что входные и выходные окна светорассеивателей имеют площадь, многократно меньшую площади зрительного экрана, обеспечивается совмещение поперечного сечения проекционных лучей с входными окнами светорассеивателей, светорассеиватели выполнены с возможностью для захвата проекционных лучей, направленных от торца зрительного экрана, вдоль его поверхности.2. Проекционная система по п.1 с двумя или несколькими проекторами, расположенными в разных ракурсах одновременной проекции изображений на зрительный экран, отличающаяся тем, что для одновременного наблюдения различных полноэкранных изображений разными зрителями, расположенными в разных секторах наблюдения, проекторы ориентированы на экран для одновременных проекций различных полноэкранных изображений в различные сектора раздельного наблюдения этих проекций, а светорассеиватели экрана выполнены из микрозеркал, и/или микролинз, и/или микрофоконов с оптической схемой избирательного одновременного захвата проекционного пучка лучей каждого определенного проектора с рассеиванием этого пучка лучей в соответствующий сектор наблюдения одного полноэкранного изображения и рассеивания других проекционных пучков в другие сектора наблюдения.3. Проекционная система по п.1, отличающаяся тем, что зрительный экран выполнен в виде световода с формой плоскопараллельной пластины или многослойного или многополосного световода, световоды имеют сердцевину с постоянным показателем преломления и прозрачными входными торцами для ввода в световод проекционных лучей и распространения этих лучей вдоль световода за счет многократного полного внутреннего отражения, на поверхности световода локально по площади экрана расположены светорассеиватели для избирательного захвата, вывода из световода и рассеяния отдельных проекционных лучей в определенных координатах формирования экранного изображения, для чего проектор или проекторы выполнены с оптической системой формирования проекционного пучка из тонких параллельных лучей, проекторы ориентированы на экран для направления этих лучей в торцы световода в определенные координаты падения каждого луча внутри поверхности световода с учетом прохождения каждого определенного луча до соответствующего светорассеивателя.4. Проекционная система по п.3, отличающаяся тем, что сердцевина световода экрана выполнена с клиновидно суженой толщиной по направлению распространения лучей в световоде от входного торца световода, сердцевина имеет постоянный показатель преломления и покрыта оболочкой или оптическим входным окном светорассеивателя с постоянным или ступенчатым показателем преломления, меньшим показателя преломления сердцевины, при любом варианте выполнения световодного экрана проектор выполнен с оптической системой формирования проекционных лучей различных элементов проецируемого изображения, отличающихся различными углами и координатами ввода этих лучей в торец световода для распространения в световоде каждого определенного луча до захвата этого луча определенным светорассеивателем с последующим выводом луча из световода в соответствующей координате экранного изображения с последующим рассеянием проекционных лучей светорассеивателями в сектор наблюдения экранного изображения.5. Проекционная система по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что видимые зрителями выходные окна светорассеивателей экрана выполнены с минимальной площадью, меньшей видимой зрителями площади экрана вокруг этих окон, а для поглощения паразитной засветки и бликов площадь экрана вокруг выходных окон светорассеивателей выполнена с противобликовым или матово-черным покрытием, или с матово-черной съемной сеткой, или оптически прозрачна, или закрыта сетчатым оптическим светофильтром, или для регулирования степени прозрачности экрана ультрафиолетовой засветкой выполнена с фотохромным покрытием.6. Проекционная система по любому из пп.1, 2 и 5, отличающаяся тем, что проектор или несколько проекторов выполнены с проекционными телеобъективами и установлены на дальней дистанции от экрана и/или проекторы с короткофокусными объективами установлены на минимальной дистанции от экрана или жестко закреплены к торцевой части экрана, все проекторы обеспечивают трансформированную проекцию, с одной или нескольких торцевых сторон экрана закреплено по одному плоскому зеркалу с отражающей площадью размером, соответствующим размеру отражаемой на экран этим зеркалом проекции, каждое зеркало наклонено относительно оси отражаемой проекции и плоскости экрана для отклонения проекционных лучей под острым углом к поверхности экрана.7. Проекционная система по любому из пп.1-6, отличающаяся тем, что диапроектор или проектор с просветной или микрозеркальной матрицей выполнены с оптической системой коллимированной подсветки диапозитивов, проекционных матриц с веерным пространственным распределением этих лучей на светорассеиватели в соответствующих координатах экрана с расширением апертур лучей на экране для получения четкого, с правильной геометрией кадра наблюдаемого экранного изображения.8. Проекционная система по любому из пп.1-7, отличающаяся тем, что система содержит один или несколько стереопроекторов и стереоэкран со светорассеивателями и линзовым растром для пространственной селекции левого и правого изображений стереопары в зоны видения левого и правого изображений стереопары соответственно левым и правым глазами зрителей, а для комфортного безочкового наблюдения стереоизображений из любого ракурса или при боковом смещении зрителей система выполнена с полуавтоматическим корректором с ручным управлением или автокорректором и датчиком отслеживания координат глаз зрителей, связанным с этим автокорректором, экран или растровая система экрана или проекторы содержат привод, связанный с корректорами для обеспечения соответствующих определенному варианту конструкции системы коррекций сопряжения зон видения левых и правых кадров стереоизображений с соответствующими глазами зрителей, например, путем поворота стереоэкрана вокруг его вертикальной оси, или смещения линзового растра, или смещения вдоль экрана стереопроекторов.