УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ Российский патент 2017 года по МПК G09F13/30 

Изобретение относится к средствам отображения информации и может быть использовано для отображения трехмерных объектов, в частности, в системах навигации, машинного проектирования и конструирования, для визуализации томографической информации и при проведении сложных операций в медицине, при моделировании трехмерных задач в науке и технике, в компьютерных тренажерах и играх, рекламе, развлекательных мероприятиях, телевизионном вещании и т.п.

Как известно, главным условием успешной работы трехмерного дисплея с объемным экраном является высокая скорость ввода видеоинформации и визуализации изображений сечений (кадров) объекта, определяющих ее глубину.

Известен трехмерный дисплей с объемным экраном, описанный в патенте РФ №2219588. В нем трехмерное изображение визуализируют в многослойной электрооптической среде при сканировании светового луча в двухмерной плоскости (плоскости изображения сечения) и одновременном приложении электрического напряжения к лежащему в этой плоскости рассеивающему свет слою объемной среды.

Основным недостатком вышеупомянутого дисплея является низкое быстродействие устройства формирования изображений сечений, так как, например, при времени позиционирования лазерного луча 1 мкс можно визуализировать за 1/25 секунды только 40 тысяч позиций луча, что не обеспечивает визуализацию стандартного цветного изображения даже в одной плоскости объемного экрана, где требуется порядка миллиона пикселей. Другим недостатком следует считать просмотр изображения лишь с одной стороны сечений.

Известно устройство формирования объемного изображения (Патент RU №2429513), содержащее дисплей с объемным экраном, состоящим из пакета светорассеивающих жидко-кристаллических модуляторов, и с видеопроектором на основе микродисплея, формирующим изображения сечений трехмерного объекта в плоскостях расположения светорассеивающих жидкокристаллических модуляторов. Техническим результатом устройства является обеспечение визуализации в трехмерном дисплее 30-100 сечений трехмерного объекта с последовательной во времени сменой цветов.

Недостатком известного устройства является низкое быстродействие светорассеивающих жидкокристаллических модуляторов, обусловленное относительно большим временем отклика, присущим жидким кристаллам, а также высокая степень сложности изготовления и настройки устройства.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство формирования изображения (Патент RU №23660055). Устройство содержит корпус, прозрачный кожух, электродвигатель с вращающимся валом, на котором установлено сбалансированное основание с печатной платой, содержащей блок индикации светоизлучателей, установленном на кронштейне, закрепленном на основании, блок управления излучением светоизлучателей, имеющий раздельные схемы управления для каждого светоизлучателя, и блок электропитания вращающихся электронных устройств. При этом в него введены, видеокодер, внешний источник сигнала изображения, устройство оптической передачи потоков видеоданных, видеодекодер, селектор, второй кронштейн, две прозрачные прямоугольные решетки, система автоматического регулирования скорости вращения вала электродвигателя, нижний конец которой жестко соединен с дном кожуха, расположенного в нижней части корпуса электродвигателя, а верхний - укреплен в центр дна перевернутого прозрачного стаканообразного кожуха, закрепленного на верхней части корпуса формирователя. В стойке сделан сквозной разрез, в котором жестко установлена втулка, состоящая из прозрачных полых цилиндрических секций, содержащих излучатели электромагнитных волн оптического диапазона с круговой диаграммой излучения, и защитных экранов, Поверх втулки, соосно и с воздушным зазором, установлена внешняя втулка, закрепленная на печатной плате и содержащая внутренние пазы с фотоприемниками, расположенными напротив соответствующих прозрачных секций с излучателями для образования блока оптических пар. Блок индикации состоит из двух светоизлучающих матриц в ячейках прозрачных прямоугольных решеток которых размещены в шахматном порядке светоизлучатели, нижними частями решетки закреплены на двух вертикальных кронштейнах, размещенных диаметрально противоположно на основании, верхние части решетки закреплены на прозрачном фланце с подшипником, установленным на осевом кольцевом бортике прозрачного кожуха. Блок электропитания вращающихся электронных устройств включает в себя выпрямитель переменного напряжения, размещенный на печатной плате, и вращающийся трансформатор, содержащий соосно установленные роторный и статорный магнитные сердечники броневого типа с осевыми отверстиями и полостями, обращенными к друг к другу с малым воздушным зазором, в которых установлены соответственно роторная и статорная обмотки. Роторный сердечник закреплен на нижнем конце вала электродвигателя, статорный - в кожухе, установленном в нижней части корпуса электродвигателя, причем роторная обмотка подключена к выпрямителю, а статорная обмотка - к внешнему источнику питания переменного напряжения, излучатели подключены к соответствующим выходам видеокодера, вход которого подключен к внешнему источнику сигнала изображения, который через селектор соединен с блоком индикации светоизлучателей и системой автоматического регулирования скорости вращения вала электродвигателя, фотоприемники подключены к видеодекодеру, выход которого подключен к блоку управления излучением светоизлучателей, выход которого, в свою очередь, подключен к блоку индикации светоизлучателей.

Недостатком данного устройства является наличие «мертвой зоны» в околоосевом пространстве вследствие нулевой линейной скорости движения там светоизлучателей.

Другим недостатком известного устройства следует считать необходимость введения сложного программного обеспечения для компенсации разницы линейных скоростей в разных точках светоизлучения матриц.

Задачей изобретения является создание устройства, позволяющее формировать многослойное трехмерное изображение кубической формы, обеспечивающее возможность визуализации всех сечений (кадров), трехмерного объекта, как с одной, так и с двух противоположных сторон одновременно.

Технический результат состоит в расширении информационных и функциональных возможностей устройства, включая возможность его работы в режиме реального времени.

Технический результат решается тем, что в устройство формирования изображения, содержащее корпус с установленным на него верх дном прозрачным кожухом (экраном), источник сигнала трехмерного изображения (видеосигнала), состоящего из нечетных и четных полей, подключенный к видеокодеру и селектору синхроимпульсов видеосигнала, коммутатор, бесконтактный электродвигатель с системой автоматического регулирования скорости вращения вала, разъемы, установленные в стенках корпуса для передачи видеосигнала и электропитания электронных устройств от внешних источников, согласно изобретению в него введены возвратно-поступательный механизм развертки трехмерного изображения, первый и второй каналы формирования трехмерного изображения состоящего из нечетных и четных полей, корректор межстрочных промежутков кадровой развертки при возвратно-поступательном движении светоизлучающих матриц, при этом возвратно-поступательный механизм развертки трехмерного изображения содержит сбалансированный двухколенчатый вал, установленный в подшипниках, расположенных в стенках корпуса, каждое колено которого состоит из двух щек и шейки, шарнирно соединенной с концом соответствующего шатуна, другой конец которого шарнирно соединен со штоком ползуна, состоящего из поршня и пластины, закрепленной на поршне, причем поршень установлен в цилиндрической полости корпуса, имеющего щелевой разрез, а пластина размещена в данной щели, первый и второй каналы формирования трехмерного изображения содержат, соответственно каждый, первый и второй блоки электропитания вращающихся электронных устройств, двухкаскадный блок оптических пар передачи видеоданных на вращающиеся электронные блоки, буферное запоминающее устройство (БЗУ) видеоданных, видеодекодер, устройство бесконтактной передачи тактовых импульсов в БЗУ для считывания видеоданных, блок индикации светоизлучателей, устройство управления излучением светоизлучателей блока индикации. Причем первый блок электропитания каждого канала содержит выпрямитель переменного напряжения и вращающийся трансформатор, выпрямитель расположен на оси коленчатого вала, а вращающийся трансформатор, содержит соосно установленные роторный и статорный магнитные сердечники броневого типа с осевыми отверстиями и полостями, обращенными друг к другу с малым воздушным зазором, в которых установлены, соответственно, роторная и статорная обмотки, роторный сердечник закреплен на оси коленчатого вала, а статорный - на внутренней стенке корпуса устройства, роторная обмотка подключена к выпрямителю, а статорная - к источнику питания переменного напряжения. Второй блок электропитания каждого канала содержит выпрямитель и вращающийся трансформатор, роторный сердечник которого закреплен на соответствующем шатуне возвратно-поступательного механизма, а статорный - на шейке колена коленчатого вала, статорная обмотка подключена к роторной обмотке первого вращающегося трансформатора первого блока электропитания, а роторная - к выпрямителю второго блока электропитания. Первый каскад двухкаскадного блока оптических пар передачи видеоданных каждого канала состоит из внешней и внутренней втулок, соосно вставленных друг в друга с воздушным зазором, причем внешняя втулка установлена на внутренней стенке корпуса устройства и состоит из цилиндрических полых секций, содержащих излучатели электромагнитного поля оптического диапазона, внутренняя втулка установлена на оси двухколенчатого вала и содержит пазы с фотоприемниками, расположенными напротив соответствующих секций с излучателями. Второй каскад двухкаскадного блока оптических пар передачи видеоданных каждого канала состоит из внешней и внутренней втулок, соосно вставленных друг в друга с воздушным зазором, причем внешняя втулка установлена на шейке колена коленчатого вала и состоит из цилиндрических полых секций, содержащих излучатели электромагнитного поля оптического диапазона, внутренняя втулка установлена на шатуне возвратно-поступательного механизма и содержит пазы с фотоприемниками, расположенными напротив соответствующих секций с излучателями. Устройство бесконтактной передачи тактовых импульсов считывания видеоданных из БЗУ каждого канала содержит передающую часть, установленную на шатуне возвратно-поступательного механизма, и приемную часть, установленную на шейке колена коленчатого вала. Блок индикации светоизлучателей каждого канала содержит светоизлучатели, установленные на зубцах прозрачного гребнеобразного основания, образуя при этом светоизлучающую матрицу развертки трехмерного изображения, состоящего из нечетных полей первого канала, и светоизлучающую матрицу развертки трехмерного изображения, состоящего из четных полей второго канала. Корректор межстрочных промежутков кадровой развертки трехмерного изображения при возвратно-поступательном движении светоизлучающих матриц состоит из статорного и роторного тороидальных колец, расположенных соосно и с воздушным зазором между собой, статорное кольцо закреплено на корпусе устройства и содержит на стенке, обращенной к стенке роторного кольца магниты, установленные на полуокружности с заданными между собой промежутками, а роторное - закреплено на оси коленчатого вала, при этом на его стенке, обращенной к стенке статорного кольца, напротив магнитов, установлены две диаметрально-противоположно расположенные между собой магнитные головки (либо датчики Холла), одна из которых через устройство бесконтактной передачи тактовых импульсов подключена к тактовому входу БЗУ первого канала, а другая через другое устройство бесконтактной передачи тактовых импульсов подключена к тактовому входу БЗУ второго канала. Видеодекодер, устройство управления излучением и блок индикации каждого канала установлены на гребнеобразном основании, жестко соединенным с пластиной ползуна возвратно-поступательного механизма. При этом выход видеокодера подключен к коммутатору, коммутационный вход которого подключен к датчику оборотов электродвигателя, первый выход коммутатора подключен к входу первого каскада двухкаскадного блока оптических пар первого канала, выход его второго каскада подключен к БЗУ, выход БЗУ подключен к видеодекодеру, выход видеодекодера подключен к блоку управления излучением светоизлучателей, а его выход подключен к блоку индикации, в свою очередь, второй выход коммутатора подключен к входу первого каскада двухкаскадного блока оптических пар второго канала, выход его второго каскада, подключен к БЗУ, выход БЗУ подключен к видеодекодеру, выход видеодекодера подключен к блоку управления излучением светоизлучателей, а его выход подключен к блоку индикации. Бесконтактный электродвигатель устройства расположен в стаканообразном кожухе корпуса и содержит статор с сердечником и обмотками, а также ротор, состоящий из многополюсного кольцевого магнита и роторного фланца, соосно закрепленного на валу электродвигателя, выступающий конец которого жестко и соосно соединен с выступающим концом двухколенчатого вала возвратно-поступательного механизма, при этом корпус, стаканообразный кожух, прозрачный экран и разъемы герметично установлены между собой, образуя герметичную полость, где в одной из стенок корпуса установлен вакуумный клапан с возможностью откачки воздуха.

Возможно, в корректоре межстрочных промежутков кадровой развертки, вместо магнитных головок, использование датчиков Холла.

Возможно, в качестве устройства бесконтактной передачи тактовых импульсов корректора межстрочных промежутков кадровой развертки использование, как оптопары, так и вращающегося трансформатора.

Дополнительным отличительным признаком предлагаемого изобретения является то, что зубцы каждого гребнеобразного основания смещены между собой в глубину в виде ступенек, а светоизлучатели каждой матрицы установлены на нечетных и четных зубцах гребнеобразного основания в «шахматном» порядке.

Другим дополнительным отличием предлагаемого изобретения является то, что на зубцы каждого гребнеобразного основания установлены дополнительные светоизлучатели, расположенные на стороне противоположной стороне первоначально установленных светоизлучателей.

Еще одним дополнительным отличием предлагаемого изобретения является то, что поверхность прозрачного экрана снабжена светозащитным покрытием.

Введение в предлагаемое устройство возвратно-поступательного механизма развертки трехмерного изображения и корректора межстрочных промежутков кадровой развертки обеспечивает возможность формирования трехмерной развертки изображения кубической формы с равными межстрочными промежутками в каждом нечетном и четном поле.

Введение в устройство первого и второго каналов формирования трехмерного изображения, чересстрочной развертки нечетных и четных полей обеспечивает возможность уменьшения в два раза верхней граничной частоты видеосигнала, а также снижения скорости вращения вала электродвигателя, что повышает срок его эксплуатации.

Введение в предлагаемое устройство гребнеобразных многоступенчатых светоизлучающих матриц и размещение на их зубцах светоизлучателей в «шахматном» порядке позволяет исключить взаимный заслон излучений светоизлучателей соседних зубцов, что улучшает просмотр в глубину слоев воспроизводимого трехмерного изображения.

Установка на зубцы каждого гребнеобразного основания, дополнительных светоизлучателей, расположенных на противоположной стороне первоначально установленных, обеспечивает возможность одновременного наблюдения трехмерного изображения с двух сторон, а при необходимости, возможность просмотра трехмерного изображения от другого независимого источника видеосигнала, что расширяет информативные возможности предлагаемого изобретения.

Введение, при необходимости, тонированного прозрачного экрана позволяет оптимизировать яркость воспроизводимого трехмерного изображения, что обеспечит комфортное наблюдение за воспроизводимым трехмерным объектом.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где:

на фиг. 1 и фиг. 2 представлена в разрезе (соответственно вид спереди и вид сверху) упрощенная конструкция предложенного устройства формирования трехмерного изображения;

на фиг. 3 показан кубообразный прозрачный кожух;

на фиг. 4 изображен возвратно-поступательный механизм развертки трехмерного изображения;

на фиг. 5 представлена упрощенная структурная схема устройства формирования трехмерного изображения;

на фиг. 6 изображен первый блок электропитания первого канала;

на фиг. 7 представлен второй блок электропитания и второй каскад двухкаскадного блока оптических пар передачи видеоданных первого канала;

на фиг. 8 изображен первый блок электропитания второго канала;

на фиг. 9 представлен второй блок электропитания и второй каскад двухкаскадного блока оптических пар передачи видеоданных второго канала;

на фиг. 10 представлен первый каскад двухкаскадного блока оптических пар передачи видеоданных первого канала;

на фиг 11 показан первый каскад двухкаскадного блока оптических пар передачи видеоданных второго канала;

на фиг. 13 представлены светоизлучающие матрицы развертки трехмерного изображения, соответственно нечетного и четного трехмерного изображения;

на фиг. 14 - фиг. 17 показаны корректор межстрочных промежутков развертки кадров при возвратно-поступательном движении светоизлучающих матриц, а также его составные узлы и детали;

на фиг. 18 представлен механизм, поясняющий принцип формирования развертки трехмерного изображения с равными межстрочными промежутками в каждом поле при возвратно-поступательном движении светоизлучающих матриц;

на фиг. 19 показаны светоизлучающие матрицы, зубцы каждого гребнеобразного основания которых смещены между собой в глубину в виде ступенек, а светоизлучатели установлены на нечетных и четных зубцах гребнеобразного основания в «шахматном» порядке;

на фиг. 20 показаны светоизлучающие матрицы с двухсторонним расположением светоизлучателей;

на фиг. 21 показана упрощенная конструкция предложенного устройства формирования трехмерного изображения в разрезе (вид сверху) с двухсторонним расположением светоизлучателей;

на фиг. 22 представлена упрощенная структурная схема устройства формирования двухстороннего трехмерного изображения;

на фиг. 23 представлена упрощенная структурная схема устройства формирования двух независимых трехмерных изображений, работающего от двух независимых источников видеосигналов;

на фиг. 24 представлен упрощенный внешний вид предлагаемого устройства формирования трехмерного изображения.

Устройство формирования изображения 1 (фиг. 1 - фиг. 17) содержит корпус 2 с установленным на него верх дном прозрачным кожухом 3 (экраном) кубической формы, внешний источник 4 сигнала трехмерного изображения 5 (видеосигнала 5), состоящего из нечетных и четных полей, подключенный к видеокодеру 6 и селектору 7 синхроимпульсов 8 видеосигнала 5, коммутатор 9, бесконтактный электродвигатель 10 с системой автоматического регулирования 11 скорости вращения вала 12, разъемы 13, 14, 15, установленные в стенках корпуса 2 для передачи видеосигнала 5 и электропитания электронных устройств от внешних источников 16, 17. В состав устройства 1, согласно изобретению, введены возвратно-поступательный механизм 18 (фиг. 4) развертки трехмерного изображения 19, первый 20 и второй 21 каналы формирования сигнала трехмерного изображения, состоящего, соответственно из нечетных 22 и четных 23 полей, корректор 24 межстрочных промежутков b развертки кадров (фиг. 13-16) при возвратно-поступательном движении светоизлучающих матриц 25, 26, соответственно для нечетных 22 и четных 23 полей.

Возвратно-поступательный механизм 18 (фиг. 1, фиг. 4) содержит сбалансированный двухколенчатый вал 27, установленный в подшипниках 28, 29, 30, 31, 32, расположенных в стенках корпуса 2 устройства 1. Первое колено 33 двухколенчатого вала 27 состоит из двух щек 34, 35 и шейки 36, а второе колено 37 состоит из щек 38, 39 и шейки 40. Шейка 36 шарнирно соединена с концом 41 шатуна 42, другой конец 43 которого шарнирно соединен со штоком 44 ползуна 45, а шейка 40 шарнирно соединена с концом 46 шатуна 47, другой конец 48 которого шарнирно соединен со штоком 49 ползуна 50. Ползун 45 состоит из поршня 51 и пластины 52, причем поршень 51 установлен в цилиндрической полости 53 корпуса 2, имеющего щелевой разрез 54, а пластина 52 размещена в данном щелевом разрезе 54. Аналогично ползун 50 состоит из поршня 55 и пластины 56, причем поршень 55 установлен в цилиндрической полости 57 корпуса 2, имеющего щелевой разрез 58, а пластина 56 размещена в щелевом разрезе 58.

Первый канал 20 (фиг. 5 - фиг. 12) содержит первый 59 и второй 60 блоки электропитания вращающихся электронных устройств, двухкаскадный блок оптических пар 61 передачи видеоданных на вращающиеся электронные блоки, буферное запоминающее устройство 62 (БЗУ 62) видеоданных, видеодекодер 63, устройство управления излучением 64 блока индикации 65 светоизлучателей 66 (например, светодиодов 66, включая светодиоды изготовленные по OLED-технологии), имеющее раздельные схемы управления для каждого светоизлучателя 66 (для упрощения на фиг. не показаны), устройство 67 бесконтактной передачи импульсов 68 с корректора 24 межстрочных промежутков b (фиг. 17) развертки кадров на тактовый вход БЗУ 62.

Второй канал 21 (фиг. 5, фиг. 12), аналогично первому 20, содержит первый 69 и второй 70 блоки электропитания вращающихся электронных устройств, двухкаскадный блок оптических пар 71 передачи видеоданных на вращающиеся электронные блоки, буферное запоминающее устройство 72 (БЗУ 72) видеоданных, видеодекодер 73, устройство управления излучением 74 блока индикации 75 светоизлучателей 76 (например, светодиодов 76), имеющее раздельные схемы управления для каждого светоизлучателя 76 (для упрощения на фиг. не показаны), устройство 77 бесконтактной передачи импульсов 78 с корректора 24 межстрочных промежутков b (фиг. 17) развертки кадров на тактовый вход БЗУ 72.

Первый блок 59 (фиг. 5, фиг. 6) электропитания первого канала 20 содержит вращающийся трансформатор 79 и выпрямитель 80 переменного напряжения. Выпрямитель 80 расположен на оси коленчатого вала 27, а вращающийся трансформатор 79 содержит соосно установленные роторный 81 и статорный 82 магнитные сердечники броневого типа с полостями, обращенными друг к другу с малым воздушным зазором 83, в которых установлены, соответственно, роторная 84 и статорная 85 обмотки. Роторный сердечник 81 закреплен на оси коленчатого вала 27, а статорный 82 - на внутренней стенке корпуса 2 устройства 1. Роторная обмотка 84 подключена к выпрямителю 80, а статорная 85 - к источнику питания переменного напряжения 16.

Второй блок 60 (фиг. 5, фиг. 7) электропитания первого канала 20 содержит выпрямитель 86 и вращающийся трансформатор 87, аналогичный вращающемуся трансформатору 79, причем роторный сердечник 88 его закреплен на шатуне 42 возвратно-поступательного механизма 18, а статорный 89 - на шейке 36 колена 33 коленчатого вала 27. Статорная обмотка 90 подключена к роторной обмотке 84 вращающегося трансформатора 79 первого блока электропитания 59, а роторная 91 - к выпрямителю 86 второго блока 60 электропитания.

Первый блок 69 (фиг. 5, фиг. 8) электропитания второго канала 21, аналогично первому блоку 59 электропитания первого канала 20, содержит вращающийся трансформатор 92 и выпрямитель 93 переменного напряжения. Выпрямитель 93 расположен на оси коленчатого вала 27, а вращающийся трансформатор 92, содержит соосно установленные роторный 94 и статорный 95 магнитные сердечники броневого типа с полостями, обращенными друг к другу с малым воздушным зазором 96, в которых установлены, соответственно, роторная 97 и статорная 98 обмотки. Роторный сердечник 94 закреплен на оси коленчатого вала 27, а статорный 95 - на внутренней стенке корпуса 2 устройства 1. Роторная обмотка 97 подключена к выпрямителю 93, а статорная 98 - к источнику питания переменного напряжения 16.

Второй блок 70 (фиг. 5, фиг. 9) электропитания второго канала 21, аналогично второму блоку 60 электропитания первого канала 20, содержит выпрямитель 99 и вращающийся трансформатор 100, причем роторный сердечник 101 его закреплен на шатуне 47 возвратно-поступательного механизма 18, а статорный 102 - на шейке 40 колена 37 коленчатого вала 27. Статорная обмотка 103 подключена к роторной обмотке 97 вращающегося трансформатора 92 первого блока электропитания 68, а роторная 104 - к выпрямителю 99 второго блока 70 электропитания.

Первый каскад 105 (фиг. 5, фиг. 10) двухкаскадного блока оптических пар 61 передачи видеоданных первого канала 20 состоит из внешней 106 и внутренней 107 втулок, соосно вставленных друг в друга с воздушным зазором 108, причем внешняя втулка 106 установлена на внутренней стенке корпуса 2 устройства 1 и состоит из цилиндрических полых секций 109, содержащих излучатели 110 электромагнитного поля оптического диапазона, внутренняя втулка 107 установлена на оси двухколенчатого вала 27 и содержит пазы 111 с фотоприемниками 112, расположенными напротив соответствующих секций 109 с излучателями 110.

Второй каскад 113 (фиг. 5, фиг. 7) двухкаскадного блока оптических пар 61 передачи видеоданных первого канала 20 состоит из внешней 114 и внутренней 115 втулок, соосно вставленных друг в друга с воздушным зазором 116, причем внутренняя втулка 115 установлена на шейке 36 колена 33 коленчатого вала 27 и состоит из цилиндрических полых секций 117, содержащих излучатели 118 электромагнитного поля оптического диапазона, внешняя втулка 114 установлена на шатуне 42 возвратно-поступательного механизма 18 и содержит пазы 119 с фотоприемниками 120, расположенными напротив соответствующих секций 117 с излучателями 118.

Первый каскад 121 (фиг. 5, фиг. 11) двухкаскадного блока оптических пар 71 передачи видеоданных второго канала 21, аналогично первому каскаду 105 первого канала 20, состоит из внешней 122 и внутренней 123 втулок, соосно вставленных друг в друга с воздушным зазором 124, причем внешняя втулка 122 установлена на внутренней стенке корпуса 2 устройства 1 и состоит из цилиндрических полых секций 125, содержащих излучатели 126 электромагнитного поля оптического диапазона, внутренняя втулка 123 установлена на оси двухколенчатого вала 27 и содержит пазы 127 с фотоприемниками 128, расположенными напротив соответствующих секций 125 с излучателями 126.

Второй каскад 129 (фиг. 5, фиг. 9) двухкаскадного блока оптических пар 71 передачи видеоданных второго канала 21 состоит из внешней 130 и внутренней 131 втулок, соосно вставленных друг в друга с воздушным зазором 132, причем внутренняя втулка 131 установлена на шейке 40 колена 37 коленчатого вала 27 и состоит из цилиндрических полых секций 133, содержащих излучатели 134 электромагнитного поля оптического диапазона, внешняя втулка 130 установлена на шатуне 47 возвратно-поступательного механизма 18 и содержит пазы 135 с фотоприемниками 136, расположенными напротив соответствующих секций 133 с излучателями 134.

Устройство бесконтактной передачи 67 тактовых импульсов 68 считывания видеоданных из БЗУ 62 первого канала 20 (фиг. 5) содержит передающую часть 137 (например, излучателя оптического диапазона электромагнитных волн), установленную на шатуне 42 возвратно-поступательного механизма 18 и приемную часть 138 (фотоприемника), установленную на шейке 36 колена 33 коленчатого вала 27 (на фиг. не показано).

Устройство бесконтактной передачи 77 тактовых импульсов 78 считывания видеоданных из БЗУ 72 второго канала 21 (фиг. 5) содержит передающую часть 139 (например, излучателя оптического диапазона электромагнитных волн), установленную на шатуне 47 возвратно-поступательного механизма 18 и приемную часть 140 (фотоприемника), установленную на шейке 40 колена 37 коленчатого вала 27 (на фиг. не показано).

Блок индикации 65 (фиг. 5, фиг. 12) первого канала 20 содержит светоизлучатели 66, установленные на зубцах 141 прозрачного гребнеобразного основания 142, образуя при этом светоизлучающую матрицу 25 развертки трехмерного изображения, состоящего из нечетных полей 22.

Блок индикации 75 (фиг. 5, фиг. 12) второго канала 21 содержит светоизлучатели 76, установленные на зубцах 143 прозрачного гребнеобразного основания 144, образуя при этом светоизлучающую матрицу 26 развертки трехмерного изображения, состоящего из четных полей 23.

Корректор 24 межстрочных промежутков кадровой развертки (фиг. 14 - фиг. 17) трехмерного изображения при возвратно-поступательном движении светоизлучающих матриц 25, 26 состоит из статорного 145 и роторного 146 тороидальных колец, расположенных соосно и с воздушным зазором 147 между собой, статорное кольцо 145 закреплено на корпусе 2 устройства 1 (фиг. 1) и содержит на стенке, обращенной к стенке роторного кольца 146 магниты 148, установленные по окружности с заданными между собой промежутками, а роторное кольцо 146 - закреплено на оси коленчатого вала 27, при этом на его стенке, обращенной к стенке статорного кольца 145, напротив магнитов 148, установлены две диаметрально-противоположно расположенные между собой магнитные головки 149 и 150 с рабочими зазорами, либо датчики Холла (фиг. 14). Магнитная головка 149 через устройство бесконтактной передачи 66 тактовых импульсов 67 подключена к тактовому входу БЗУ 62 первого канала 20, а магнитная головка 150 через устройство бесконтактной передачи 77 тактовых импульсов 78 подключена к тактовому входу БЗУ 72 второго канала 21.

Кроме того, БЗУ 62, видеодекодер 63, устройство управления излучением 64 первого канала 20 расположены на гребнеобразном основании 142 (для упрощения на фигуре не показано), жестко соединенным с пластиной 52 ползуна 45 возвратно-поступательного механизма 18, а БЗУ 72, видеодекодер 73, устройство управления излучением 74, блок индикации второго канала 21 расположены на гребнеобразном основании 144 (для упрощения на фиг. не показано), жестко соединенным с пластиной 56 ползуна 50 возвратно-поступательного механизма 18.

При этом выход видеокодера 6 подключен к коммутатору 9, к коммутационному входу которого, подключен к селектору 7 синхроимпульсов 8, первый выход коммутатора 9 подключен к входу первого каскада 105 двухкаскадного блока оптических пар 61 первого канала 20, выход второго каскада 113 подключен к БЗУ 62, а его выход - к видеодекодеру 63. Выход видеодекодера 63, подключен к блоку управления излучением 64, выход которого, в свою очередь, подключен к блоку индикации 65. Аналогично второй выход коммутатора 9 подключен к входу первого каскада 121 двухкаскадного блока оптических пар 71 второго канала 21, выход второго каскада 129 подключен к БЗУ 72, а его выход - к видеодекодеру 73. Выход видеодекодера 73, в свою очередь, подключен к блоку управления излучением 74, а его выход, подключен к блоку индикации 75.

Бесконтактный электродвигатель устройства 10 (фиг. 1) расположен в стаканообразном кожухе 151 корпуса 2 и содержит статор 152 с сердечником 153 и обмотками 154, а также ротор 155, состоящий из многополюсного кольцевого магнита 156 и роторного фланца 157, соосно закрепленного на валу 12 электродвигателя 10, выступающий конец которого жестко и соосно соединен с выступающим концом двухколенчатого вала 27 возвратно-поступательного механизма 18. При этом корпус 2, стаканообразный кожух 151, прозрачный экран 3 и разъемы 13, 14 и 15 герметично установлены между собой, образуя герметичную полость 158, где в одной из стенок корпуса 2 установлен вакуумный клапан 159 с возможностью откачки воздуха.

На фиг. 5 представлена упрощенная структурная схема автоматического регулирования 11 бесконтактного электродвигателя 10. Его конструкция и принцип работы аналогичны конструкции и работе электродвигателя, описанные в устройстве формирования изображения (Патент RU №2366005, МПК G09F 13/00, опубл. 27.08.2009, бюл. №24). В нашем случае, для стабилизации вращения вала 12 в качестве опорного сигнала можно использовать синхроимпульсы 8 полей, выделяемые из видеосигнала 5 селектором 7, содержащего делитель частоты на два (для формирования импульсов полей), и сравниваемые в схеме сравнения 160 с импульсами датчика оборотов 161 вала 12 электродвигателя 10.

Устройство формирования трехмерного изображения 1 (фиг. 5) работает следующим образом. Сигнал трехмерного изображения 5, предварительно сформированный от нескольких взаимосвязанных, либо независимых источников 4, либо сформированный как продукт программы компьютерной графики, поступает одновременно на видеокодер 6 и селектор 7, выделяющий синхроимпульсы 8 нечетных и четных полей видеосигнала 5. В видекодере 6 происходит мультиплексирование видеосигнала 5 и разделение его по определенному алгоритму на параллельные потоки видеоданных, поступающие далее на вход коммутатора 9, управляемого синхроимпульсами 8 полей видеосигнала 5. С первого выхода (а) коммутатора 9 видеоданные нечетных полей подаются на входы излучателей 110 первого каскада 105 двухкаскадного блока оптических пар 61 первого канала 20, а со второго выхода (б) коммутатора 9 видеоданные четных полей подаются на входы излучателей 126 первого каскада 121 двухкаскадного блока оптических пар 71 второго канала 21. Количество оптических пар 61 и 71 зависит от скорости общего потока видеоданных. Фотоприемники 112 и 128 соответственно двухкаскадных блоков оптических пар 61 и 70, установленные в пазах 111 и 127 вращающихся втулок 107 и 123, принимают излучение от излучателей 110, 126 и преобразуют его в электрические сигналы, которые затем подаются на излучатели 118 второго каскада 113 двухкаскадного блока оптических пар 61 первого канала 20 и излучатели 134 второго каскада 129 двухкаскадного блока оптических пар 70 второго канала 21. Фотоприемники 120 и 136 соответственно двухкаскадных блоков оптических пар 61 и 70, установленные в пазах 119 и 135 вращающихся втулок 114 и 130, принимают излучение от излучателей 118, 134 и преобразуют его в электрические сигналы (видеоданные), которые затем подаются, соответственно, на входы БЗУ 62 и БЗУ 72. При подаче на соответствующие тактовые входы БЗУ 62 и БЗУ 72 тактовых импульсов 68 и 78, видеоданные поступают на соответствующие входы видеодекодеров 63 и 73.

В видеодекодерах 63, 73 происходит обратный процесс. В соответствии с заданным алгоритмом из параллельных потоков видеоданных формируются исходные видеосигналы, которые затем мультиплексируются. С выхода каждого видеодекодера 63, 73, соответственно первого 20 и второго 21 каналов, восстановленный исходный сигнал изображения 5 подается на вход соответствующего блока управления излучением 64 и 74. В блоках управления излучением 64 и 74, в соответствии с заданным алгоритмом, происходит включение конкретных светоизлучателей 66, 76 блоков индикации 65 и 75 соответственно нечетной 23 и четной 24 светоизлучающих матриц с определенной яркостью и цветопередачей. В результате движения светоизлучающих матриц происходит трехмерная развертка изображения, состоящая из развертки нечетных и четных полей. При этом процесс развертки кадров, формирующих трехмерное изображение с помощью светоизлучающих матриц, происходит одновременно (параллельно), хотя возможен режим их последовательной развертки.

Работа корректора 24 (фиг. 12 - фиг. 18), обеспечивающего кадровую развертку трехмерного изображения 19 с равными межстрочными промежутками b в каждом нечетном 25 и четном 26 поле, заключается в следующем. При вращении вала 12 электродвигателя 10, жестко и соосно соединенного с коленчатым валом 27 (фиг. 1), импульсные сигналы 68 и 78, воспроизводимые магнитными головками 149 и 150 в момент прохождения их рабочих зазоров мимо магнитов 148, подаются через устройство бесконтактной передачи 67 и 77 соответственно первого 20 и второго 21 каналов на тактовый вход БЗУ 62 и БЗУ 72. БЗУ 62 и БЗУ 73 на входе видеодекодеров 63, 73 выполняет функцию неравномерного считывания строк видеоданных из БЗУ с учетом изменения линейных скоростей светоизлучающих матриц при развертке полей от их верхней мертвой точки до нижней мертвой точки (фиг. 18), таким образом, чтобы промежутки между строками b оставались одинаковыми и равными высоте строк. При этом количество магнитов 148, расположенных на полуокружности статорного кольца 145, должно соответствовать количеству межстрочных промежутков b в каждом нечетном 25 и четном 26 поле, а их временные интервалы t_n должны определяться из соотношения

где:

n - порядковый номер межстрочного промежутка развертки нечетного либо четного поля изображения;

b - величина межстрочного промежутка в нашем случае равна высоте строки;

ν₀ - окружная скорость шарнира (пальца) кривошипа, определяемая формулой , где R - радиус окружности вращения кривошипа, t - время одного оборота;

α_n - угол поворота кривошипа.

На фиг. 19 представлены светоизлучающие матрицы 25 и 26, у которых зубцы 141 и 143 каждого гребнеобразного основания 142 и 144 соответственно смещены между собой в глубину в виде ступенек, а светоизлучатели 66 и 76 каждой матрицы 25 и 26 установлены на нечетных и четных зубцах гребнеобразного основания 142 и 144 в «шахматном» порядке.

На фиг. 20 и фиг. 21 показаны светоизлучающие матрицы 162, 163, на зубцы 141, 143 каждого гребнеобразного основания 142, 144 которых установлены дополнительные светоизлучатели 164, 165 и расположены на стороне противоположной стороне первоначально установленных светоизлучателей 66 и 76.

На фиг. 22 показана упрощенная структурная схема устройства формирования трехмерного изображения 166, содержащая дополнительные светоизлучающие матрицы 162 и 163 и могущая работать от одного источника 4 видеосигнала 5 трехмерного изображения.

На фиг. 23 показана упрощенная структурная схема устройства формирования трехмерного изображения 167, содержащая два независимых источника 4 и 168 видеосигналов 5 и 169, видеокодер 170, коммутатор 171, каналы 172 и 173 формирования сигнала трехмерного изображения, состоящего соответственно из нечетных и четных полей, светоизлучающие матрицы 162 и 163.

На фиг. 24 представлено в упрощенном виде устройство 1, либо 166, либо 167 формирования трехмерного изображения.

Предлагаемое изобретение может найти применение:

- для отображения трехмерных объектов и сцен, в частности, в системах навигации, машинного проектирования и конструирования;

- для визуализации томографической информации и при проведении сложных операций в медицине;

- при моделировании трехмерных задач в науке и технике;

- в компьютерных тренажерах и играх;

- рекламе и развлекательных мероприятиях;

- телевизионном вещании в режиме реального времени.

Изобретение относится к средствам отображения информации и может быть использовано для отображения трехмерных объектов, в частности, в системах навигации, машинного проектирования и конструирования, для визуализации томографической информации и при проведении сложных операций в медицине, при моделировании трехмерных задач в науке и технике, в компьютерных тренажерах и играх, рекламе, развлекательных мероприятиях, телевизионном вещании. Заявленное устройство формирования изображения содержит корпус с установленным на него верх дном прозрачным кожухом (экраном), источник сигнала трехмерного изображения (видеосигнала), состоящего из нечетных и четных полей, подключенный к видеокодеру и селектору синхроимпульсов видеосигнала, коммутатор, бесконтактный электродвигатель с системой автоматического регулирования скорости вращения вала, разъемы, установленные в стенках корпуса для передачи видеосигнала и электропитания электронных устройств от внешних источников. Также в него введены возвратно-поступательный механизм развертки трехмерного изображения, первый и второй каналы формирования трехмерного изображения состоящего из нечетных и четных полей, корректор межстрочных промежутков кадровой развертки при возвратно-поступательном движении светоизлучающих матриц. Технический результат - обеспечение возможности расширения информационных и функциональных возможностей трехмерного дисплея, а также повышение его эффективности. 3 з.п. ф-лы, 24 ил.

1. Устройство формирования трехмерного изображения, содержащее корпус с установленным на него верх дном прозрачным кожухом (экраном), внешний источник сигнала трехмерного изображения (видеосигнала), состоящего из нечетных и четных полей, подключенный к видеокодеру и селектору синхроимпульсов видеосигнала, коммутатор, бесконтактный электродвигатель с системой автоматического регулирования скорости вращения вала, разъемы, установленные в стенках корпуса для передачи видеосигнала и электропитания электронных устройств от внешних источников, отличающееся тем, что в него введены возвратно-поступательный механизм развертки трехмерного изображения, первый и второй каналы формирования сигнала трехмерного изображения, состоящего, соответственно, из нечетных и четных полей, корректор межстрочного промежутков кадровой развертки трехмерного изображения при возвратно-поступательном движении светоизлучающих матриц, при этом возвратно-поступательный механизм развертки трехмерного изображения содержит сбалансированный двухколенчатый вал, установленный в подшипниках, расположенных в стенках корпуса, каждое колено которого состоит из двух щек и шейки, шарнирно соединенной с концом соответствующего шатуна, другой конец которого шарнирно соединен со штоком ползуна, состоящего из поршня и пластины, закрепленной на поршне, поршень установлен в цилиндрической полости корпуса, имеющего щелевой разрез, а пластина размещена в данной щели, при этом первый и второй каналы формирования трехмерного изображения содержат, соответственно каждый, первый и второй блоки электропитания вращающихся электронных устройств, двухкаскадный блок оптических пар передачи видеоданных на вращающиеся электронные блоки, буферное запоминающее устройство (БЗУ) видеоданных, видеодекодер, устройство бесконтактной передачи тактовых импульсов в БЗУ для считывания видеоданных, блок индикации светоизлучателей, устройство управления излучением светоизлучателей блока индикации, причем первый блок электропитания каждого канала содержит выпрямитель переменного напряжения и вращающийся трансформатор, выпрямитель расположен на оси коленчатого вала, а вращающийся трансформатор содержит соосно установленные роторный и статорный магнитные сердечники броневого типа с осевыми отверстиями и полостями, обращенными друг к другу с малым воздушным зазором, в которых установлены, соответственно, роторная и статорная обмотки, роторный сердечник закреплен на оси коленчатого вала, а статорный - на внутренней стенке корпуса устройства, роторная обмотка подключена к выпрямителю, а статорная - к источнику питания переменного напряжения, второй блок электропитания каждого канала содержит выпрямитель и вращающийся трансформатор, роторный сердечник которого закреплен на соответствующем шатуне возвратно-поступательного механизма, а статорный - на шейке колена коленчатого вала, при этом его статорная обмотка подключена к роторной обмотке первого вращающегося трансформатора первого блока электропитания, а роторная - к выпрямителю второго блока электропитания, первый каскад двухкаскадного блока оптических пар передачи видеоданных каждого канала состоит из внешней и внутренней втулок, соосно вставленных друг в друга с воздушным зазором, внешняя втулка установлена на внутренней стенке корпуса устройства и состоит из цилиндрических полых секций, содержащих излучатели электромагнитного поля оптического диапазона, а внутренняя втулка установлена на оси двухколенчатого вала и содержит пазы с фотоприемниками, расположенными напротив соответствующих секций с излучателями, второй каскад двухкаскадного блока оптических пар передачи видеоданных каждого канала состоит из внешней и внутренней втулок, соосно вставленных друг в друга с воздушным зазором, причем внутренняя втулка установлена на шейке колена коленчатого вала и состоит из цилиндрических полых секций, содержащих излучатели электромагнитного поля оптического диапазона, а внешняя втулка установлена на шатуне возвратно-поступательного механизма и содержит пазы с фотоприемниками, расположенными напротив соответствующих секций с излучателями, устройство бесконтактной передачи тактовых импульсов для считывания видеоданных из БЗУ каждого канала содержит передающую часть, установленную на соответствующем шатуне возвратно-поступательного механизма, и приемную часть, установленную на шейке колена коленчатого вала, блок индикации светоизлучателей каждого канала содержит светоизлучатели, установленные на зубцах соответствующего гребнеобразного основания, образуя при этом светоизлучающую матрицу развертки трехмерного изображения, состоящего из нечетных полей первого канала, и светоизлучающую матрицу развертки трехмерного изображения, состоящего из четных полей второго канала, корректор межстрочных промежутков кадровой развертки трехмерного изображения при возвратно-поступательном движении светоизлучающих матриц состоит из статорного и роторного колец, расположенных соосно и с воздушным зазором между собой, статорное кольцо закреплено на корпусе устройства и содержит на стенке, обращенной к стенке роторного кольца, магниты, установленные на полуокружности с заданными между собой промежутками, а роторное - закреплено на оси коленчатого вала, при этом на его стенке, обращенной к стенке статорного кольца, напротив магнитов, установлены две диаметрально-противоположно расположенные между собой магнитные головки (либо датчики Холла), одна из которых через устройство бесконтактной передачи тактовых импульсов подключена к тактовому входу БЗУ первого канала, а другая через другое устройство бесконтактной передачи тактовых импульсов подключена к тактовому входу БЗУ второго канала, причем видеодекодер, устройство управления излучением и блок индикации каждого канала установлен на гребнеобразном основании, жестко соединенным с пластиной ползуна возвратно-поступательного механизма, при этом выход видеокодера подключен к коммутатору, коммутационный вход которого подключен к датчику оборотов электродвигателя, первый выход коммутатора подключен к входу первого каскада двухкаскадного блока оптических пар первого канала, выход его второго каскада подключен к БЗУ, выход БЗУ подключен к видеодекодеру, выход видеодекодера подключен к блоку управления излучением светоизлучателей, а его выход подключен к блоку индикации, в свою очередь, второй выход коммутатора подключен к входу первого каскада двухкаскадного блока оптических пар второго канала, выход его второго каскада подключен к БЗУ, выход БЗУ подключен к видеодекодеру, выход видеодекодера подключен к блоку управления излучением светоизлучателей, а его выход подключен к блоку индикации, кроме того, бесконтактный электродвигатель устройства расположен в стаканообразном кожухе корпуса и содержит статор с сердечником и обмотками, а также ротор, состоящий из многополюсного кольцевого магнита и роторного фланца, соосно закрепленного на валу электродвигателя, выступающий конец которого жестко и соосно соединен с выступающим концом двухколенчатого вала возвратно-поступательного механизма, при этом корпус, стаканообразный кожух, прозрачный экран и разъемы герметично установлены между собой, образуя герметичную полость, где в одной из стенок корпуса установлен вакуумный клапан с возможностью откачки воздуха.

2. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что зубцы каждого гребнеобразного основания смещены между собой в глубину в виде ступенек, а светоизлучатели каждой матрицы установлены на нечетных и четных зубцах гребнеобразного основания в «шахматном» порядке.

3. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что на зубцы каждого гребнеобразного основания установлены дополнительные светоизлучатели, расположенные на стороне противоположной стороне первоначально установленных светоизлучателей.

4. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что поверхность прозрачного экрана снабжена светозащитным покрытием.