ОПТИЧЕСКАЯ МАТРИЧНАЯ ГОЛОВКА ДЛЯ ЧАСТОТНО-АДРЕСНОЙ СВЕТОЛУЧЕВОЙ МАРШРУТИЗАЦИИ
MATRIX OPTICAL HEAD FOR FREQUENCY-ADDRESS LIGHT BEAM ROUTING

Настоящее изобретение относится к устройству для использования с помощью светолучевой матрицы в последней ступени видеопроектора цифрового кино второго поколения для проецирования на широкоформатном экране видеосигнала сверхвысокого разрешения RGB с использованием лазера малой или средней мощности или белого света, генерируемого ксеноновой лампой очень высокой интенсивности, в качестве источника света. Пространственная и частотная гибкость такого оптического устройства позволяет использовать его в области телекоммуникаций (например, в качестве маршрутизатора, мультиплексора/демультиплексора длины волны, оптического переключателя, оптического устройства связи, поляризационного анализатора и т.п.).
Показ в кинотеатрах традиционно осуществляют с помощью 35 мм или 70 мм кинопроекторов. В настоящее время доступен ряд разработок на базе технологий DLP или LCD, поддерживающих разрешение 2К × 1К пикселей, и технологии GLV, выбранной в качестве прототипа, поддерживающей разрешение 2К × 4К пикселей. Использование таких технологий, применяемых для более высокого разрешения, приводит к возрастанию эксплуатационных расходов, что связано с совершенствованием базовых элементов (компоненты DLP, GLV или матрицы LCD). Использование микроскопических металлических компонентов (микрозеркала DMD для технологии DLP или тонких микропластинок для технологии GLV) включает проблемы остаточных магнитных полей, резонанса, раннего выхода из строя (в результате многократных циклов кручения), окисления и ограничения достижимой максимальной частоты развертки или регенерации. Для технологии LCD главными проблемами являются: 1) дихроические фильтры, вызывающие потерю передачи и искажение основных цветовых характеристик или составляющих (соотношение RGB, цветовая гамма и температура) на уровне рекомбинированного сигнала; 2) матрица прерывателя LCD имеет ограниченную частоту активации/дезактивации (цикл прерывания). Эти взаимосвязанные эффекты не ослабляются оптимизацией обработки для получения надлежащего микширования, температуры или гаммы цвета с достаточным уровнем контрастности, необходимым для зрителей кинотеатров. Сфера применения цифрового кино высокого качества, в первую очередь, затем будет переориентирована на другие сегменты рынка (то есть "домашние кинотеатры"), когда уровень интеграции (уменьшение размера механизма развертки/сканирования) и цена производства будут достаточно оптимизированы.
Устройство по настоящему изобретению позволит воспроизводить последовательность изображений сверхвысокой четкости (UHD) от источника света на экран различных размеров и формы за счет частотно-адресной головки светолучевой маршрутизации. Технической задачей является сохранение существенных характеристик исходного сигнала на выходе (спектр, гамма, разрешающая способность, уровень контрастности и т.д.). Видеопроецирование, осуществляемое практически полностью с помощью оптической системы (луч света плюс микроскопические зеркала и/или фильтры, далее - зеркала/фильтры), таким образом оптимизируется, поскольку включает только последовательность отражений/пропусканий с помощью зеркал/фильтров, которые практически не подвержены механическому износу.
Устройство позволяет создать светолучевую матрицу 1, используя источники лазерного излучения малой или средней мощности, например 2, 3 и 4, которые несут три базовых цвета (красный (R), зеленый (G), синий (В)) лазерных лучей или отфильтрованного белого света, и матрицу из зеркал 5 размерностью n×m, размер и форма которых определены исходя из конструкции зеркал/фильтров. Устройство включает определенное число матриц из геометрически выравненных зеркал/фильтров, например 6, 7, 8 и 9, которые регулируют и фильтруют лучи света 10 для генерирования элемента светолучевой матрицы 1 проецируемого элемента или символа. Эта система сама по себе свободна от функции развертки и использует частотное кодирование каждого матричного элемента. Источник света включают под цифровым управлением, которое относится к схеме конфигурации отображаемой матрицы или символа при определенном времени t. Этот матричный элемент или символ будет развернут на проекционную поверхность для генерирования комплексной видеопоследовательности.
Принцип работы включает светолучевую матричную развертку определенной области типа части видеоэкрана за счет вставки частотного ряда, соответствующего определенной части спектра, отраженного несколько раз микроскопическими зеркалами, размещенными в форме матрицы. Луч будет иметь диаметр от 0,03 мм до 10 мм в соответствии с целевым назначением в последней ступени проекционной подсистемы. Вместо использования временной и пространственной развертки используется способ частотной развертки с помощью зеркал/фильтров, покрытых тонким металлическим слоем, которые позволяют световому лучу отражаться и/или проходить через поверхность отображения. Каждый частотный ряд, составленный из различных частот, что зависит от целевой структуры матрицы (n×m), выполняет роль символьного матричного кода в последней ступени системы проецирования. Частота импульсов ряда представляют в одном временном интервале регенерации всех матричных элементов. Модуляция интенсивности каждой частоты соответствует временному интервалу регенерации каждого пикселя.
В первой ступени устройства частотный ряд проходит через последовательность микроскопических зеркал/фильтров, которые в зависимости от их назначения пропускают часть спектра и отражают его оставшуюся часть на следующее зеркало/фильтр. Последовательность микроскопических зеркал/фильтров позволяет осуществить матричное геометрическое распределение падающего луча.
В соответствии с определенной конфигурацией заявляются следующие варианты.
Устройство (см. фиг.1), использующее непрерывный или дискретный световой спектр. Микроскопические зеркала/фильтры могут иметь одинаковые или различные характеристики в зависимости от целевого назначения.
Группа зеркал/фильтров, имеющих идентичные частотные характеристики, но различную величину отражающей/пропускной способности по ступеням, которая способна создать светолучевую матрицу n×m от точечного источника.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - общий вид всего устройства по изобретению.
Фиг.2 - вид в поперечном разрезе одного зеркала/фильтра.
Фиг.3 - вид в поперечном разрезе части строки или столбца ступени матрицы, выполненной в виде последовательности зеркал/фильтров.
Фиг.4 - общий вид нижней ступени матрицы.
Фиг.5 - общий вид верхней ступени матрицы.
Фиг.6 - вид в поперечном разрезе части верхнего ступени матрицы, способной осуществлять спектральное и пространственное разделение и повторный монтаж каждого пикселя.
Фиг.7 - поперечный разрез варианта конфигурации устройства, характеризующегося источником света, распространяющимся вокруг оси, который содержит один или более наложенных венцов, увеличивающихся по размеру, с размещенными на них зеркалами/ фильтрами.
Фиг.8 - вид спереди варианта конфигурации устройства, характеризующегося источником света, содержащим несколько венцов зеркал/фильтров.
Фиг.9 - вид спереди венцов зеркал/фильтров предшествующей фигуры.
Фиг.10 - вид спереди варианта матрицы зеркал/фильтров в форме пирамиды с размещением в три ступени с увеличивающимся размером, например, соответственно содержащих 4, 12 и 20 зеркал/фильтров.
Фиг.11 - вид одного из зеркал/фильтров в форме наклонного устройства, например, с углом наклона 45°.
Как показано на фиг.1, устройство включает верхнюю и нижнюю ступени, последовательно составленные из определенного числа зеркал/фильтров, расположенных в соответствии с требуемым назначением.
Для получения элементарного зеркала/фильтра (см. фиг.2) используется призма или тонкая полоска, покрытая металлическим слоем. Соответственно требуемому назначению это позволяет передавать, или отражать, или преобразовывать часть характеристик входящего луча (например, интенсивность, спектр, поляризацию и т.п.). Соответственно технологическому процессу элементарное зеркало/фильтр встраивается в устройство или накладывается на поверхность его ступеней.
Зеркала/фильтры в количестве m (см. фиг.3), устроенные в последовательность выбора зеркала по длине волны, позволяют осуществить пространственное разделение входящего луча 10 на m различных лучей с определенными различными составляющими 12, 13 и 14. Каждая спектральная составляющая задается соответствующим зеркалом/фильтром, что закладывается на стадии проектирования.
Нижняя ступень (см. фиг.4) включает последовательность из m элементарных зеркал/фильтров, выстроенных в p строк (например, в три строки для трех базовых цветов RGB). Каждая из выравненных поверхностей зеркал/фильтров выполняет пространственную адресацию каждому из n столбцов, составленных из m выравненных поверхностей на матрице верхней ступени (см. фиг.5). В этом контексте нижняя матрица адресует выходящие лучи столбцам матрицы верхней ступени устройства.
Как показано на фиг.6, верхние ступени осуществляют выбор положения луча на столбце за счет последовательностей зеркал/фильтров 15, 16 и 17, используя зеркала/фильтры выбора длины волны. Наложение p верхних ступеней осуществляет спектральную рекомбинацию каждого луча 18 и 19 (например, каждой составляющей RGB каждого входящего пикселя матрицы, определенной выходной матрицей устройства).
В соответствии с конфигурацией и требуемым назначением, а также для возможности использования режима реверса это устройство может использоваться не только для получения сингулярной светолучевой матрицы с одним или более падающим лучом (например, одновременное генерирование пиксельной матрицы RGB, представляющей картинку с помощью частотного кодирования информации), но также как генератор одного или множества лучей на базе входящей лучевой матрицы (например, частотное кодирование картинки).
Устройство, показанное на фиг.7, представляет собой другую конфигурацию устройства, выполняющего роль генератора светолучевой матрицы, подаваемой на последнюю ступень цифрового видеопроектора с использованием схемы комбинации источника лазерного излучения малой или средней мощности для получения базовых цветов (красный, зеленый и голубой) и призматического зеркала. Устройство включает определенное количество колец 20, на которые сориентированы лазерные головки, а именно в направлении центра каждого из колец (см. фиг.8), где зеркала/фильтры (см. фиг.11) выравнивают каждый лазерный луч для создания проецируемого матричного элемента или символа 22. Зеркала/фильтры установлены на определенное число статичных или вращающихся венцов (см. фиг.9) для генерирования требуемой светолучевой матрицы. Цифровое управление позволяет включать лазерные головки на определенное время t в соответствии с требуемой конфигурацией матрицы или символа. Сфера применения этой системы будет ориентирована, во-первых, на высококачественное цифровое кино, а также на другие сферы рынка типа «домашнего кинотеатра».