способ формирования покадровых цветных изображений, лазерный проектор и проекционная система
Классы МПК: | H01J31/56 для преобразования или усиления изображений в двух и более цветах H04N9/31 проекционные устройства для воспроизведения цветных изображений |
Автор(ы): | Берик Евгений Борисович (EE), Нарвер В.Н. (RU), Солодовников Н.П. (RU), Розенштейн А.З. (RU) |
Патентообладатель(и): | Берик Евгений Борисович (EE), Нарвер Валерий Наумович (RU), Солодовников Николай Пантелеевич (RU), Розенштейн Аркадий Зильманович (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2000-11-10 публикация патента:
27.08.2001 |
Изобретение относится к светотехнике. Техническим результатом, обеспечиваемым изобретением, является повышение яркости экранов с пиксельным изображением, обеспечение стереоскопического эффекта и уменьшение стоимости. Способ формирования покадровых цветных изображений включает операции: создают световой поток когерентного поляризованного излучения красного R, зеленого G и синего В цветов, преобразуют непрерывное первичное изображение в импульсное пиксельное с учетом распределения цвета и яркости в первичном изображении, модулируют R, G, В-пучки по мощности и угловому положению в пространстве, отличающийся тем, что после модуляции три пучка R, G, В направляют одновременно по одному оптическому пути на входные торцы волоконно-оптического кабеля с регулярной укладкой жил, а к месту визуализации изображения все три пучка передают по волоконно-оптическому кабелю последовательно по каждой из жил так, что на его выходных торцах образуется пиксельное изображение. Лазерный цветной проектор содержит последовательно расположенные и оптически связанные между собой источник когерентного поляризованного излучения красного R, зеленого G и синего В цветов, блок формирования лазерных R,G,В-пучков, блок управления интенсивностью и угловым положением в пространстве лазерных R, G, В-пучков, блок сканирования, блок масштабирования, фокусировки и совмещения взаимосвязанных лазерных изображений, излучающий экран, образованный выходными торцами волоконно-оптического кабеля с регулярной укладкой жил. На входные торцы кабеля поступают R, G, В-пучки, при этом точка совмещения трех пучков перемещается блоком управления по входным торцам волоконно-оптического кабеля так, что каждой точке на входном торце соответствует одна точка на выходном торце. Проекционная система для получения стереоскопического изображения содержит два лазерных цветных проектора, излучения которых поляризованы ортогонально друг другу, блоки управления проекторов синхронизованы по кадрам друг с другом, а волоконно-оптические кабели выполнены сохраняющими направление поляризации излучения, или кабели выполнены не сохраняющими направление поляризации, а поляризаторы установлены на выходе каждой жилы кабеля. 3 с. и 7 з.п. ф-лы, 6 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6
Формула изобретения
1. Способ формирования покадровых цветных изображений, при котором создают световой поток когерентного поляризованного излучения красного R, зеленого G и синего B цветов, преобразуют непрерывное первичное изображение в импульсное пиксельное с учетом распределения цвета и яркости в первичном изображении, модулируют R, G, B-пучки по интенсивности и угловому положению в пространстве, отличающийся тем, что после модуляции три R, G, B-пучка совмещают на входном торце волоконно-оптического кабеля с количеством волокон не менее общего числа пикселей в первичном изображении, а к месту визуализации изображения каждый R, G, B-пиксель передают последовательно по своему оптическому волокну так, что на экране, образованном выходными торцами волокон кабеля, архитектура пиксельного изображения соответствует архитектуре пиксельного изображения на входных торцах волокон кабеля. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что применяют волоконно-оптический кабель, число волокон которого равно числу пикселей в первичном изображении, а параметры световедущей жилы выбирают так, чтобы выполнялось соотношение N = (Dвн./Dнар.)![способ формирования покадровых цветных изображений, лазерный проектор и проекционная система, патент № 2173000](/images/patents/299/2172003/8226.gif)
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к светотехнике и может быть использовано для отображения на экране цветных статических и динамических лазерных изображений со стереоэффектом или без него, созданных на основе пиксельной компьютерной графики. Известен патент России по заявке N 97107740/90 от 1998,08,10 "Способ воспроизводства цветных телевизионных изображений", заключающийся в получении световых потоков трех одноцветных изображений в базовых - красном, синем и зеленом цветах, передаче полученных потоков на экран и формировании полного изображения на экране при помощи оптических волокон, оканчивающихся оптическими линзами, из которых образуется экран, при этом для получения цветного изображения из каждой точки одноцветных изображений с одноименными координатами световой поток передают на экран с теми же координатами. Указанный способ требует для реализации трех световодных кабелей, которые с одной стороны касаются экранов трех одноцветных кинескопов, создающих световые потоки, а с другой стороны - три световода, идущие от разных кинескопов с одноименными координатами в конце, сходятся в один световод с оптической линзой и образуют элементы большего экрана с такими же координатами. При этом свет передается по всем волокнам одновременно. Смешение трех одноцветных сигналов в пределах каждого элемента изображения происходит на поверхности самого экрана, а не в глазу человека, как это имеет место при известных конструкциях трубок для цветного телевидения. Световые потоки красного, синего и зеленого цвета проходя по световодам, смешиваются на светорассеивающем основании экрана и дают результирующий цвет соответственно их удельному содержанию. Применение трех оптоволоконных кабелей усложняет и удорожает конструкцию. Кроме того, несогласованность угловых апертур излучающего телеэкрана и оптического волокна приводят к значительным потерям излучения при вводе излучения с телеэкрана в волокно. Способ не позволяет создать стереоэффект. Известен "Способ производства статических и динамических лазерных многоцветных изображений и лазерный проектор для его реализации". (RU, патент 2116703 С), в котором описано устройство для управления лазерными пучками с целью отображения на удаленном экране цветных статических и динамических лазерных изображений, состоящее из источника лазерного излучения, в котором присутствуют лазерные пучки красного-R, зеленого-G и синего-B цветов, устройства управления и светорассеивающего экрана. Изображение конкретного цвета отдельно фокусируется на экране собственной выходной оптической системой. При этом цветные изображения, формируемые R, G, В-каналами, совмещаются на экране механически, юстировкой выходных объективов и, более точно, при помощи специальной компьютерной программы совмещения изображений от разных каналов. Полноцветное сфокусированное изображение существует только в плоскости светорассеивающего экрана, удаленного на фиксированное расстояние. Известное техническое решение обладает следующими недостатками:1. Изображение в плоскости экрана состоит из совокупности R, G, D-пикселей, видимая яркость которых для стороннего наблюдателя, зависит от величины телесного угла наблюдения, коэффициента поглощения поверхности экрана для длин волн излучения используемых лазеров, и значения индикатрисы отражения поверхности экрана в направлении наблюдения. Как правило, экраны обладают диффузно отражающей поверхностью с квазиламбертовой индикатрисой отражения. При ограниченной мощности излучения лазеров, работающих в режиме непрерывной генерации (суммарная мощность излучения в R, G, В линиях не превышает 15-20 Вт), наблюдение сравнительно яркой картины на больших экранах с подобной индикатрисой отражения возможно только в условиях практически полной темноты, что существенно ограничивает использование подобных устройств для целей рекламы и передачи информации. 2. Не реализуется изображение со стереоэффектом. Данный способ и устройство для его реализации принимается за прототип. Цель изобретения:
- повышение яркости экранов с пиксельным изображением,
- создание экранов, обладающих стереоскопическим эффектом,
- уменьшение стоимости волоконно-оптического экрана. Поставленная цель достигается за счет того, что в способе формирования покадровых цветных изображений, при котором создают световой поток когерентного поляризованного излучения красного R, зеленого G и синего В цветов, преобразуют непрерывное первичное изображение в импульсное пиксельное с учетом распределения цвета и яркости в первичном изображении, модулируют R, G, B-пучки по интенсивности и угловому положению в пространстве, после модуляции три R, G, B-пучка совмещают на входном торце волоконно-оптического кабеля, с количеством волокон не менее общего числа пикселей в первичном изображении, а к месту визуализации изображения каждый R, G, B-пиксель передают последовательно по своему оптическому волокну так, что на экране, образованном выходными торцами волокон кабеля, архитектура пиксельного изображения соответствует архитектуре пиксельного изображения на входных торцах волокон кабеля. Используют волоконно-оптический кабель, число волокон которого равно числу пикселей в первичном изображении, а параметры световедущей жилы выбирают так, чтобы выполнялось соотношение N= (Dвн/Dнар)
![способ формирования покадровых цветных изображений, лазерный проектор и проекционная система, патент № 2173000](/images/patents/299/2172003/8226.gif)
![способ формирования покадровых цветных изображений, лазерный проектор и проекционная система, патент № 2173000](/images/patents/299/2172003/8226.gif)
![способ формирования покадровых цветных изображений, лазерный проектор и проекционная система, патент № 2173000](/images/patents/299/2172003/8226.gif)
![способ формирования покадровых цветных изображений, лазерный проектор и проекционная система, патент № 2173000](/images/patents/299/2172003/8226.gif)
![способ формирования покадровых цветных изображений, лазерный проектор и проекционная система, патент № 2173000](/images/patents/299/2172003/8226.gif)
![способ формирования покадровых цветных изображений, лазерный проектор и проекционная система, патент № 2173000](/images/patents/299/2172019/955.gif)
![способ формирования покадровых цветных изображений, лазерный проектор и проекционная система, патент № 2173000](/images/patents/299/2172003/8226.gif)
![способ формирования покадровых цветных изображений, лазерный проектор и проекционная система, патент № 2173000](/images/patents/299/2172019/955.gif)
![способ формирования покадровых цветных изображений, лазерный проектор и проекционная система, патент № 2173000](/images/patents/299/2172003/8226.gif)
![способ формирования покадровых цветных изображений, лазерный проектор и проекционная система, патент № 2173000](/images/patents/299/2172019/955.gif)
1. Источник непрерывного когерентного излучения L красного, зеленого, синего цветов. 2. Блок управления А с адаптером для считывания компьютерной информации и выработки сигналов управления работой акустооптических (A-O)-дефлекторов и драйверы для управления A-O-дефлекторами в соответствии с сигналами, задаваемыми блоком управления А. 3. Блок формирования, модуляции, фокусировки и совмещения взаимосвязанных изображений В. 4. Оптоволоконный кабель С. 5. Экран D. Источник непрерывного когерентного излучения L включает: лазер или лазерную систему, содержащую в спектре излучения три основные R, G, В-волны излучения, смешение которых позволяет получать излучение любого цвета. Блок управления А включает компьютер с быстродействующими интерфейсами. Блок формирования, модуляции, фокусировки и совмещения взаимосвязанных изображений B (фиг. 3) включает:
- формирователь лазерных пучков трех основных цветов,
- блок взаимосвязанных A-O-дефлекторов, управляемый сигналами устройства А, предназначенный для независимого, но взаимосвязанного, поэлементного дискретного позиционирования лазерных пучков трех основных цветов,
- устройство совмещения лазерных R, G, В-пучков на входном торце световедущей жилы кабеля С,
- устройство фокусировки R, G, В-пучков на входном торце световедущей жилы кабеля С. Волоконно-оптический кабель С состоит из оптических волокон, число которых N определено по формуле N = (Dвнутр/Dнаружн)
![способ формирования покадровых цветных изображений, лазерный проектор и проекционная система, патент № 2173000](/images/patents/299/2172003/8226.gif)
Smax - максимальное число пикселей в строке в установленном формате кадра;
Мmax - максимальное число пикселей в столбце с учетом размера воспроизводимого лазерного изображения. Для передачи лазерных изображений на экран (совмещение и фокусировка) в данном проекторе (фиг. 4) предложено следующее решение:
1. Введена оптическая система для совмещения R, G, В - лазерных изображений на выходе проектора. Оптическая система состоит из отражающего и двух дихроичных зеркал. Лазерный пучок после A-O-дефлектора (А-О1) попадает на отражающее зеркало 1 и направляется на дихроичное зеркало 2, отражающее в направлении оси G, B зеленый пучок от A-O-дефлектора (А-O2) и пропускающее в направлении оси G, B синий световой пучок после A-O-дефлектора (A-O 1). После дихроичного зеркала 2, совмещенные по оптической оси G, B-оптические пучки зеленого и синего цветов отражаются в направлении главной оптической оси проектора R, G, B дихроичным зеркалом 3, пропускающим в направлении R, G, B лазерный пучок красного цвета и отражающим в направлении R, G, B лазерные пучки синего и зеленого цветов. 2. По направлению распространения R, G, В-пучков введена оптическая система, согласующая апертурные углы лазерных пучков с апертурными углами оптических волокон кабеля. Общее количество волокон равно максимальному числу дискретных угловых положений лазерных пучков для R - G - В - A-O-дефлекторов. Фактически в пределах торца волоконного кабеля оптической системой формируется многоцветное лазерное пиксельное изображение, соответствующее исходному компьютерному. 3. Совокупность N-оптических волокон образует оптоволоконный многожильный кабель, позволяющий осуществлять перенос изображения, сформированного во входной плоскости кабеля, на десятки и сотни метров от оптической системы. 4. Экран проектора представляет собой совокупность излучателей, роль которых играют плоские срезы волокон, разнесенные на определенные промежутки, величина которых определяется угловым разрешением глаза наблюдателя. 5. Экран проектора может представлять собой вторичный пропускающий экран, на котором высвечиваются пиксели от близко расположенных к экрану торцов волокон. Новое качество можно придать экрану, если реализовать способ создания стереоскопических изображений, основанный на использовании для наблюдателя очков, пропускание правой и левой половин которых зависит от направления поляризации излучения на экране. В этом случае, если создавать в двух соседних кадрах сюжеты, соответствующие видению в натуре сюжета левым и правым глазами, то с помощью таких очков наблюдатель увидит стереоизображение сюжета. Для этого в блок масштабирования, фокусирования и совмещения взаимосвязанных изображений установлен модулятор поляризации излучения, управляющий вход которого подключен к дополнительному выходу блока управления (фиг. 3). Это позволяет привязать направление поляризации излучения к кадру так, что два соседних кадра формируются на экране излучением, поляризованным ортогонально. При этом волоконно-оптический кабель передает излучение без искажения направления поляризации. Масштаб в двух соседних кадрах выбирается так, что воспроизводятся изображения, которые видят раздельно правый и левый глаз. Эту функцию выполняет программный блок управления. Таким образом, при использовании наблюдателем очков из поляризованного материала в левый и правый глаз попадает излучение, направление поляризации которого ортогонально, а разность масштабов сюжета создает иллюзию стереоскопического зрения. Аналогичный эффект может быть достигнут при использовании второго проектора и дополнительного зеркала. Излучение второго проектора имеет направление поляризации, ортогональное по отношению к направлению поляризации первого проектора. Работа обоих проекторов синхронизирована. Для чего блоки управления электрически соединены (фиг. 5). В устройстве необходимо использовать волоконно-оптические кабели, сохраняющие направление поляризации передаваемого излучения. Работа блоков управления синхронизирована так, что кадр изображения второго проектора следует за кадром первого проектора. Масштаб в двух соседних кадрах выбирается так, что воспроизводятся изображения, которые видят раздельно правый и левый. Возможно создание стереопроекторов, использующих волоконно-оптические кабели, не сохраняющие направление поляризации излучения. В этом случае на экране устанавливают поляризаторы излучения, например, ленточные, как показано на фиг. 6. Устройство позволяет увеличить площадь экрана за счет введения дополнительного сканирующего зеркала. В этом случае снимается ограничение, накладываемое техническими характеристиками A-O-дефлекторами, на величину угла пространственной модуляции R, G, B-пучков. При создании изображения на таком экране вначале строится с помощью A-O-дефлектора часть кадра изображения. Весь кадр изображения строится при помощи нескольких поворотов дополнительного зеркала. Работа A-O-дефлектора синхронизована с работой поворотного зеркала блоком управления А. Заявляемый способ обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него передачей световых потоков на экран с помощью волоконно-оптического кабеля, световедущие жилы которого, геометрически и оптически согласованы с пиксельным изображением на выходе блока формирования фокусировки и совмещения взаимосвязанных изображений. Экран в отличие от прототипа образован выходными торцами световедущих жил. Для ввода излучения волоконно-оптический кабель все три R- G- В-пучка совмещает на одной оси и к месту образования пикселя на входном торце световедущей жилы направляют по одному оптическому пути. В устройстве для реализации способа дополнительно введено два дихроичных зеркала и одно отражающее, что позволяет все три пучка направить по оси выходного объектива. В устройстве используется один объектив для формирования пиксельного изображения. Оптические параметры выбраны так, что изображение каждого пикселя вводится в волокно без потерь. Для более качественного согласования выходного объектива и волоконно-оптического кабеля в устройстве дополнительно установлен между объективом и входным терцем кабеля блок для коррекции дисторсии и выравнивания поля. Это дает существенный эффект при углах сканирования больше 6 град. и при использовании световедущих жил с малой числовой апертурой порядка 0,1 рад. В этом случае оси всех оптических волокон направлены в точку сканирования, а входные торцы волокон располагаются по сферической поверхности с радиусом, равным фокусному расстоянию выходного объектива. Выход блока коррекции образован торцами регулярно уложенных волокон. К этому торцу без зазора и геометрически согласованно (по диаметру световедущей жилы и ее положению) присоединен входной торец волоконно-оптического кабеля. В этом случае практически без потерь излучение из световедущей жилы корректора передается в световедущую жилу кабеля. Заявителям неизвестны технические решения, обладающие совокупностью перечисленных отличительных признаков и обеспечивающих получение вышеназванного результата, поэтому мы считаем, что заявляемый способ и устройство для его реализации соответствует условию изобретательского уровня. Заявляемый способ и устройство могут найти широкое применение в шоу-бизнесе, телевидении, рекламе, поэтому соответствует условию промышленной применяемости.
Класс H01J31/56 для преобразования или усиления изображений в двух и более цветах
Класс H04N9/31 проекционные устройства для воспроизведения цветных изображений