ПРОЕКЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2005 года по МПК G03B21/00 

Изобретение относится к проекционным устройствам, предназначенным для отображения информации на экранах коллективного пользования. Такие устройства включают в себя проекционный модуль с объективом или набор модулей, и проекционный экран (или набор проекционных экранов), как правило, просветного типа. Проекционный экран включает последовательно расположенные (по направлению к зрителю) внешнюю поверхность с нанесенной на ней линзорастровой структурой и внутреннюю поверхность с нанесенной линзой Френеля. Для того чтобы обеспечить возможность транспортирования таких устройств и их экранов, их обычно делают составными, стыкуя в одну систему по вертикали и горизонтали несколько (например, 9) проекционных модулей и соответственно проекционных экранов. Как правило, проекционный модуль и проекционный экран объединяют с помощью системы их взаимного крепления в так называемый видеокуб.

Важной задачей при создании таких проекционных устройств, а также их основных элементов (проекционных модулей, проекционных экранов и систем их взаимного крепления) является обеспечение возможности отображения информации без потерь ее на стыках экранов, а также возможность многократной простой и надежной сборки и разборки конструкции. При этом простая механическая стыковка краев проекционных экранов не является достаточным решением задачи из-за неизбежного виньетирования части краевой зоны экранов крепежными (несущими) элементами экрана, соединяющими его с экранным модулем проекционного устройства, а также конструктивными элементами, обеспечивающими взаимное соединение его фрагментов. Другой проблемой являются термонапряжения, вызывающие искривление плоскости экранов и появление междуфрагментных зазоров при температурных перепадах, неизбежных в местах нахождения устройств отображения коллективной информации.

Известно устройство для проекционного отображения информации с многофрагментным экраном, в котором фрагменты соединены друг с другом (сшиты) по стыкуемым сторонам с помощью специальных проволочек [Заявка WO 99/13377, МКИ G 03 B 21/10, H 04 N 5/74, опубл. 18.03.1999]. Его принципиальным недостатком является сложность сборки-разборки экрана, а также неизбежные повреждения зоны шва и проволочек при многократном повторении процедуры сборки-разборки, из-за чего такой экран, по существу, не может быть отнесен к разборным.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является проекционное устройство [Патент ЕР 0650295, МКИ H 04 N 5/74, опубл. 21.07.1999], включающее набор видеокубов и систему их взаимного крепления. Каждый из видеокубов содержит проекционный модуль с объективом, экранный модуль, включающий раму и экран, на внешнюю поверхность которого нанесена линзорастровая структура, а на внутреннюю поверхность - линза Френеля, и систему крепления экранного модуля с проекционным модулем. При этом поперечные размеры проекционных модулей не превышают поперечных размеров экранных модулей, система взаимного крепления видеокубов собрана так, что торцы экранов соприкасаются друг с другом.

В каждом из видеокубов известного устройства система крепления экранного модуля с проекционным модулем выполнена на жестких элементах (болтах), что не позволяет скомпенсировать термонапряжения и приводит к искривлению плоскости экранов и появлению междуфрагментных зазоров при температурных перепадах. Кроме того, такая система крепления приводит к виньетированию световых лучей проекционного модуля элементами конструкции экранного модуля. Все это приводит к ухудшению качества отображения информации на экране.

В настоящем изобретении решается задача обеспечения высокого качества отображения информации за счет минимизации зазора между фрагментами проекционного экрана в широком диапазоне температур эксплуатации устройства и отсутствия виньетирования по всему экрану, одновременно с простотой, надежностью и возможностью многократной реализации сборки-разборки устройства.

Задача решается тем, что в проекционном устройстве, включающем набор видеокубов и систему их взаимного крепления, каждый из которых содержит проекционный модуль с объективом, экранный модуль, систему крепления экранного модуля с проекционным модулем, экранный модуль включает раму, проекционный экран, на внешнюю поверхность которого нанесена линзорастровая структура, а на внутреннюю поверхность - линза Френеля, и систему крепления рамы с экраном, поперечные размеры проекционных модулей не превышают поперечных размеров экранных модулей, система взаимного крепления видеокубов собрана так, что торцы экранов соприкасаются друг с другом, система крепления рамы с экраном содержит пружинные ленточные ребра с хвостовым и несущим концами, упорные пружины, в каждой из сторон рамы выполнены перпендикулярные ей прорези для хвостового конца ребер, в каждом из ребер со стороны хвостового конца выполнено окно для фиксирующей пружины и упор, расположенный на некотором расстоянии от хвостового конца, фиксирующая пружина, выполнена изогнутой в центральной части с высотой прогиба, превышающей расстояние от упора ребра до наиболее удаленной от упора стороны окна, в экране выполнены пазы для соединения с несущими концами ребер, с глубиной, равной размеру несущего конца ребра в месте стыковки ребра с экраном в направлении, перпендикулярном к краю экрана, и шириной, равной толщине пружинной ленты, из которой выполнено ребро, каждое из ребер со стороны несущего конца содержит паз глубиной не менее 0,5-2 мм и шириной, равной суммарной толщине экрана, ребро имеет изгиб на расстоянии 4-6 мм от его несущего конца в сторону ближайшего угла рамы, угол α изгиба ребра составляет:

, где

А - размер соответствующей стороны экрана;

l - расстояние от края экрана до соответствующей прорези в экране;

L - расстояние от объектива проекционного модуля до центра экрана вдоль оптической оси (осевого светового луча) объектива.

Задача решается тем, что в проекционном устройстве, включающем набор видеокубов и систему их взаимного крепления, каждый из которых содержит проекционный модуль с объективом, экранный модуль, систему крепления экранного модуля с проекционным модулем, экранный модуль включает раму, проекционный экран, на внешнюю поверхность которого нанесена линзорастровая структура, а на внутреннюю поверхность - линза Френеля, и систему крепления рамы с экраном, поперечные размеры проекционных модулей не превышают поперечных размеров экранных модулей, система взаимного крепления видеокубов собрана так, что торцы экранов соприкасаются друг с другом, система крепления рамы с экраном содержит пружинные ленточные ребра с хвостовым и несущим концами, в каждой из сторон рамы выполнены параллельные ей прорези для хвостового конца ребер, в каждом из ребер со стороны хвостового конца выполнено окно для крепления ребра на раме экранного модуля, в экране выполнены пазы для соединения с несущими концами ребер, с глубиной, равной толщине пружинной ленты, из которой выполнено ребро, и шириной, равной ширине несущего конца ребра в месте стыковки с экраном, все ребра на расстоянии 0,5-2 мм от края несущего конца имеют изгиб под прямым углом, каждое из ребер со стороны несущего конца имеет по крайней мере с одной стороны отбортовку под прямым углом в ту же сторону, один край отбортовки находится на расстоянии от изгиба, равном суммарной толщине экрана, а второй край - на расстоянии не менее 1 мм от рамы.

Сущность изобретения поясняется фиг.1, 2, 3.

На фиг.1 схематически изображено в разрезе предлагаемое проекционное устройство, где: 1 - подставка, 2 - видеокуб, 3 - проекционный модуль, 4 - объектив, 5 - экранный модуль, 6 - рама экранного модуля, 7 - проекционный экран, 8 - ребро.

На фиг.2а, в схематически изображено ребро 8 согласно варианту 1 изобретения, где: 6 - рама экранного модуля, 7 - проекционный экран, 8 - ребро, 9 - зазор между торцами экранов, 10 - прорези в каждой из сторон рамы, 11 - хвостовой конец ребра, 12 - несущий конец ребра, 13 - паз несущего конца ребра, 14 - паз экрана, 15 - окно в хвостовом конце ребра, 16 - фиксирующая пружина. На фиг.2б схематически изображены в разрезе вид Б и вид В фиг.1, где α - угол изгиба пружинного ребра, О и О’ - точки начала виньетирования луча от объектива 4 пружинным ребром 8.

На фиг.3 схематически изображено ребро 8 согласно варианту 2 изобретения, где: 6 - рама экранного модуля, 7 - проекционный экран, 8 - ребро, 10 - прорези в каждой из сторон рамы, 11 - хвостовой конец ребра, 12 - несущий конец ребра, 13 - паз несущего конца ребра, 14 - паз экрана, 15 - окно в хвостовом конце ребра, 17 - изгиб несущего конца ребра, 18 - отбортовка на несущем конце ребра, 19 - край отбортовки на несущем конце ребра, 20 - крепление хвостового конца ребра 8.

Проекционное устройство включает в себя (фиг.1, фиг.2) подставку 1 и собранные в требуемой конфигурации видеокубы 2. Каждый из видеокубов 2 включает в себя проекционный модуль 3 с объективом 4, экранный модуль 5, систему крепления экранного модуля с проекционным модулем. Экранный модуль 5 включает в себя раму 6, в каждой из сторон которой имеются прорези 10 для хвостового конца 11 ребер 8, и проекционный экран 7. В экране 7 выполнены пазы 14 для соединения с пружинными ребрами 8, соединяющими экран 7 с рамой 6 экранного модуля 5, ребра 8 имеют хвостовые концы 11 и несущие концы 12, в каждом из пружинных ребер 8 со стороны хвостового конца 11 выполнено окно 15 прямоугольной формы для фиксирующей пружины 16, а со стороны несущего конца 12 - паз 13 для соединения с экраном 7.

В ребре 8, используемом в устройстве согласно варианту 2 изобретения, паз 13 несущего конца 12 ребра 8 образован краем 19 отбортовки 18 несущего конца 12 ребра 8 и изгибом 17 на несущем конце 12 ребра 8 (фиг.3). Второй край отбортовки находится на расстоянии не менее 1 мм от рамы 6. Ребро 8 прикреплено к раме 6 с помощью крепления 20.

Устройство работает следующим образом.

Проекционное устройство собирают из определенного количества (например, девяти) видеокубов 2. Для этого рамы 6 экранных модулей 5 крепят к силовым каркасам и производят предварительную механическую регулировку с помощью регулировочных болтов и крепежных шпилек, добиваясь при этом минимизации межэкранных зазоров 9.

Конструкция экранного модуля позволяет при сборке проекционного устройства получить зазор между экранами не более 0,1 мм. Это достигается за счет использования ребер 8 из пружинной ленты толщиной 0,4-0,6 мм при креплении экрана 7 к раме 6 экранного модуля 5.

При сборке паз 13 ребра 8 заходит в паз экрана 14. Рама 6, на которой крепят экран 7 и ребра 8, имеет габаритные размеры на 1,5-2 мм меньше, чем размеры экрана 7. Таким образом, при установке и регулировке соседние экраны касаются друг друга торцами, чем и достигается минимальный, близкий к нулю, зазор между экранами.

При работе проекционного устройства, собранного из видеокубов, в условиях повышенной температуры окружающей среды, когда за счет увеличения габаритных размеров экрана 7 может возникнуть его механическая деформация (искривление поверхности) и, как следствие, механическое воздействие соседних экранов 7 друг на друга, в предлагаемом варианте 1 крепления экрана 7 осуществляется температурная компенсация за счет деформации фиксирующей пружины 16 или за счет деформации пружинного ребра 8. При механическом расширении экран 7 давит на конец пружинного ребра 8, соединяющего его с рамой 6, и раздвигает противоположные пружинные ребра 8 на соседних экранных модулях 5. Ребра 8, в свою очередь, воздействуя на фиксирующую пружину 16, деформируют ее. Упругие свойства ребра 8 и фиксирующей пружины 16 позволяют компенсировать изменение габаритных размеров экрана 7 при изменении температуры окружающей среды.

В условиях пониженной температуры окружающей среды, когда уменьшение габаритных размеров экрана 7 могло бы привести к снижению надежности крепления, и, как следствие, к выпадению экрана 7 из пазов 13 пружинных ребер 8 при малых величинах зазоров между экранными модулями 5, в предлагаемом варианте 1 крепления экрана 7 фиксирующая пружина 16 за счет своих упругих свойств поджимает ребро 8 к торцу экрана 7, тем самим сохраняя надежность крепления и минимальный зазор между экранами.

Для исключения локального виньетирования световых лучей от объектива 4 предлагается изгибать ребро под углом α по отношению к нормали к плоскости экрана (Фиг.2), что позволяет обеспечить параллельное ребру прохождение светового луча с момента касания им ребра и до момента вхождения светового луча в экран.

Данный подход позволяет свести размер виньетирования до размера толщины ребра по всему периметру экрана, при этом изменение длины пружинного ребра 8 (расстояние от рамы до экрана) составляет не более 0,6-0,8 мм по мере удаления положения пружинного ребра на экране от центра соответствующей стороны экрана. Такие отклонения не влияют на качественные характеристики экрана.

Возможен второй вариант крепления экрана к раме экранного модуля с помощью пружинных ребер 8, схематическое изображение которых приведено на Фиг.3. Такая конструкция пружинного ребра позволяет уменьшить глубину паза 14 в экране 7. В предлагаемом варианте 2 крепления экрана 7 надежность крепления и минимальный зазор между экранами обеспечиваются упругими свойствами ребра 8.

Роль фиксирующей пружины при этом играет деформирующийся участок пружинного ребра 8, расположенный на расстоянии не менее 1 мм от рамы экранного модуля 6. При этом размер виньетирования световых лучей от объектива 4 не превышает ширины изгиба 17 несущего конца 12 пружинного ребра 8.

Проведенные испытания показали, что предложенная конструкция обеспечивает высокое качество отображения информации без его ухудшения на стыках экранных фрагментов, поскольку зазоры между ними не превышают 0,4 мм во всем температурном диапазоне эксплуатации проекционного устройства. При этом, благодаря предложенным вариантам конструкции несущего конца ребер, согласно предлагаемому изобретению, они не виньетируют световые лучи от проекционных модулей по всей площади экрана. Предлагаемая конструкция, в которой при сборке-разборке не осуществляется манипуляций с экранным полотном, обеспечивает простоту, надежность и возможность многократного повторения процедур сборки-разборки.

Проекционное устройство предназначено для отображения информации на экранах коллективного пользования. Устройство по обоим вариантам включает набор видеокубов и систему их взаимного крепления. Каждый видеокуб содержит проекционный модуль с объективом, экранный модуль, систему крепления экранного модуля с проекционным модулем. Экранный модуль включает раму, проекционный экран и систему крепления рамы с экраном. Торцы экранов соприкасаются друг с другом. Система крепления рамы с экраном содержит пружинные ленточные ребра с хвостовым и несущим концами, в каждой из сторон рамы выполнены прорези для хвостового конца ребер, в каждом из ребер со стороны хвостового конца выполнено окно для крепления ребра на раме экранного модуля, в экране выполнены пазы для соединения с несущими концами ребер. Обеспечивается высокое качество отображения информации за счет минимизации зазора между фрагментами проекционного экрана в широком диапазоне температур эксплуатации устройства и отсутствия виньетирования по всему экрану, а также простота, надежность и возможность многократной сборки-разборки. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

1. Проекционное устройство, включающее набор видеокубов и систему их взаимного крепления, каждый из которых содержит проекционный модуль с объективом, экранный модуль, систему крепления экранного модуля с проекционным модулем, экранный модуль включает раму, проекционный экран с линзорастровой структурой на его внешней стороне и с линзой Френеля на внутренней стороне и систему крепления рамы с экраном, поперечные размеры проекционных модулей не превышают поперечных размеров экранных модулей, система взаимного крепления видеокубов собрана так, что торцы экранов соприкасаются друг с другом, отличающееся тем, что система крепления рамы с экраном содержит пружинные ленточные ребра с хвостовым и несущим концами, фиксирующие пружины, в каждой из сторон рамы выполнены перпендикулярные ей прорези для хвостового конца ребер, в каждом из ребер со стороны хвостового конца выполнено окно для фиксирующей пружины и упор, расположенный на некотором расстоянии от хвостового конца, фиксирующая пружина выполнена изогнутой в центральной части с высотой прогиба, превышающей расстояние от упора ребра до наиболее удаленной от упора стороны окна, в экране выполнены пазы для соединения с несущими концами ребер с глубиной, равной размеру несущего конца ребра в месте стыковки ребра с экраном в направлении, перпендикулярном к краю экрана, и шириной, равной толщине пружинной ленты, из которой выполнено ребро, каждое из ребер со стороны несущего конца содержит паз глубиной не менее 0,5-2 мм и шириной, равной толщине экрана, ребро имеет изгиб на расстоянии 4-6 мм от его несущего конца в сторону ближайшего угла рамы, угол α изгиба ребра составляет

где А - размер соответствующей стороны экрана;

l - расстояние от края экрана до соответствующей прорези в экране;

L - расстояние от объектива проекционного модуля до центра экрана вдоль оптической оси объектива.