УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ
IMAGER

Изобретение относится к устройствам формирования изображения, основанным на принципе пространственной механической развертки, и может быть использовано как в рекламных, так и в других информационных устройствах для отображения видеоинформации с помощью вращающихся светоизлучающих элементов (светоизлучателей).
Известно вращающееся устройство, включающее корпус, вращающийся электродвигатель с валом, вращающийся блок индикации, включающий светоизлучатели, по меньшей мере, один кронштейн крепления светоизлучателей и блок управления излучения светоизлучателей, имеющий раздельные схемы управления для каждого светоизлучателя, неподвижно соединенные с входами соответствующих излучателей, и блок электропитания, укрепленный неподвижно в корпусе и соединенный с блоком управления излучения светоизлучателей через подвижные электроконтакты (Патент RU №2159962, МПК 7 G09F 9/33, опубл. 27.11.2000, бюл. №33).
Недостатком известного устройства является отсутствие механизма управления светоизлучающими элементами извне, что ограничивает его функциональные возможности, так как не позволяет в процессе вращения электродвигателя корректировать или вносить новую видеоинформацию в режиме реального времени. Другим недостатком известного устройства является низкая надежность работы, обусловленная возможностью появления электромагнитных помех (искрений) в широком спектре диапазона частот, из-за загрязнения и износа поверхности подвижных электроконтактов при передаче напряжения постоянного тока от блока электропитания.
Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство формирования изображения, включающее корпус, двигатель вращения с валом, блок электропитания, электрически соединенный с ним как минимум один вращающийся формирователь изображения, установленный на валу двигателя с использованием установочной муфты и снабженный управляемыми световыми элементами, причем формирователь изображения выполнен в виде схемы электронного устройства управления излучением световых элементов, собранного на печатной плате, имеющей форму, контуры которой являются формообразующими поверхностей вращения, установочная муфта выполнена таким образом, что ее внутренняя часть электрически изолирована от внешней части. Кроме того, данное устройство снабжено прозрачным кожухом, закрепленным на корпусе; соединенным с двигателем устройством для блокировки включения вращения формирователя изображения; блоком передачи команд, включающим управляющий контакт и узел передачи сигнала, выполненный в виде оптической пары и связанный с устройством управления излучением световых элементов (Патент RU №2265893, МПК 7 G09F 13/30, опубл. 10.12.2005, бюл. №8).
Недостатком известного устройства следует считать отсутствие механизма передачи видеоинформации извне в режиме реального времени, что ограничивает его функциональные возможности. Другим недостатком данного устройства является невозможность формирования объемных изображений, что снижает их достоверность. Кроме того, еще одним недостатком данного устройства является низкое качество изображения, обусловленное возможностью появления электромагнитных помех (искрений) в широком спектре диапазона частот, возникающих в процессе эксплуатации, за счет загрязнения и износа поверхностей подвижных контактов при передаче напряжения постоянного тока от блока электропитания.
Задачей изобретения является создание устройства с использованием светоизлучателей, позволяющее формировать как многослойное объемное изображение, так и изображение в плоскости сечения, проходящего через ось вращения светоизлучателей.
Технический результат состоит в расширении информационных возможностей устройства, включая возможность его работы в режиме реального
времени.
Технический результат решается тем, что в устройство формирования изображения, содержащее корпус, прозрачный кожух, электродвигатель с вращающимся валом, на котором установлено сбалансированное круговое 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, согласно изобретению в него введены видеокодер, внешний источник сигнала изображения, селектор, устройство оптической передачи потоков видеоданных, видеодекодер, второй кронштейн, две прозрачные прямоугольные решетки, система автоматического регулирования скорости вращения вала бесконтактного электродвигателя, при этом устройство оптической передачи потока видеоданных содержит стойку, частично установленную внутри полого вала электродвигателя, нижний конец которой жестко соединен с дном кожуха, расположенного в нижней части корпуса электродвигателя, а верхний укреплен в центре 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, например, излучатели инфракрасного диапазона электромагнитных волн 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 решеток закреплены на прозрачном фланце с подшипником, установленном на осевом кольцевом бортике прозрачного кожуха, блок электропитания вращающихся электронных устройств включает в себя выпрямитель переменного напряжения, расположенный на печатной плате, и вращающийся трансформатор, содержащий 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 нижнем конце вала электродвигателя, а 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.
Дополнительным отличительным признаком предлагаемого устройства формирования изображения является то, что каждый светоизлучатель выполнен в форме цилиндра, светоизлучающая поверхность которого может быть разделена на два или более сегментов с раздельным управлением излучения каждого из них, как по яркости, так и по цвету.
Другим дополнительным отличием предлагаемого изобретения является то, что в блок индикации введен коммутатор, входы которого соединены с блоком управления излучением светоизлучателей и селектором, а выходы - с светоизлучающими матрицами. Коммутатор, управляемый от синхроимпульсов четного и нечетного поля видеосигнала, поочередно переключает светоизлучающие матрицы.
Еще одним отличительным признаком данного устройства является то, что электродвигатель вращения вала выполнен бесконтактным и содержит систему автоматического регулирования скорости вращения вала электродвигателя по частоте и фазе от синхроимпульсов видеосигнала, состоящую из датчика оборота и схемы сравнения, причем датчик оборотов и селектор соединены со схемой сравнения, выход которой подключен к обмотке электродвигателя.
Введение в формирователь изображения блока оптических пар для бесконтактной передачи внешнего цифрового видеосигнала (видеоданных) устраняет электромагнитные помехи, вносимые подвижными механическими электроконтактами в вышеупомянутых аналогах и прототипе.
Введение в устройство формирования изображения вращающихся прямоугольных светоизлучающих матриц, расположенных на круговом основании вертикально и диаметрально противоположно между собой и содержащих светоизлучатели, размещенные в ячейках решеток в шахматном порядке, позволяет формировать с помощью столбцов многослойные развертки изображений с цилиндрической формой поверхности как от независимых источников видеосигналов, так и от взаимосвязанных между собой, например, с помощью нескольких видеокамер, размещенных вокруг снимаемого объекта по периметру, либо в соответствии с алгоритмом объемной компьютерной графики, образуя при этом объемное многослойное изображение. Кроме того, шахматное расположение светоизлучателей в матрицах позволяет с помощью строк формировать чересстрочные развертки изображений в плоскости вращающихся матриц.
Введение коммутатора в блок индикации и размещение светоизлучателей в первой и второй матрицах в «шахматном порядке» обеспечивает при вращении режим, когда «шахматное» излучение одной матрицы содержит четное поле видеосигнала, а «шахматное» излучение другой матрицы - нечетное поле. Это позволяет сформировать объемную цилиндрическую чересстрочную развертку изображения. Кроме того, «шахматное» расположение светоизлучателей позволяет исключить взаимный заслон излучений соседних светоизлучателей, что повышает достоверность воспроизводимого изображения.
Введение в предлагаемое устройство объемных светоизлучателей, содержащих излучаемую поверхность с раздельно управляемыми сегментами излучений по яркости и цвету, позволяет расширить его информационные и функциональные возможности.
Совместное использование разверток изображения, формируемого столбцами и строками вращающихся матриц, позволяет дополнительно расширить функциональные возможности предлагаемого изобретения.
Введение вращающегося трансформатора для передачи переменного напряжения и выпрямителя, с целью формирования электропитания постоянного тока, для вращающихся электронных устройств, позволяет исключить электромагнитные помехи, возникающие при трении между собой подвижных электроконтактов, применяемых в вышеупомянутых аналогов и прототипе.
Введение бесконтактного электродвигателя, содержащего систему автоматического регулирования скорости вала по частоте и фазе от синхроимпульсов видеосигнала, повышает качество стабилизации развертки изображений.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами.
На фиг.1 показана в разрезе упрощенная конструкция предложенного устройства формирования изображения; на фиг.2 - стаканообразный прозрачный кожух 3; на фиг.3 - прозрачный фланец 41 с подшипником 42; на фиг.4 - конструкция прозрачных прямоугольных решеток 33, 34 для формирования светоизлучающих матриц. На фиг.5 показаны строки 39 и столбцы 40 матриц 37, 38. На фиг.6 показан упрощенный общий вид возможных вариантов объемных светоизлучателей 9, где (а) - светоизлучающая поверхность 56 светоизлучателя 9, которая может содержать два (б) или более (в, г) сегментов с раздельным управлением каждого из них и соответствующие электрические схемы 57. На фиг.7 показан в разрезе вращающийся трансформатор 45. На фиг.8 (а, б, в, г) показаны крупным планом в разрезе узлы и детали устройства оптической передачи видеоданных 12. На фиг.9 представлена упрощенная структурная схема предлагаемого устройства. На фиг.10 показаны, в упрощенном виде, развертки изображений, формирующихся вращающимися матрицами с помощью строк 39 и столбцов 40. На фиг.11 представлен вариант структурной схемы формирователя изображения, содержащего независимые источники телевизионных сигналов, формируемых изображения с помощью соответствующей парой столбцов матрицы.
Устройство формирования изображения 1 (фиг.1) содержит корпус 2, прозрачный стаканообразный кожух 3, электродвигатель 4 с вращающимся полым валом 5, на котором установлено сбалансированное круговое основание 6 с печатной платой 7, содержащей блок индикации 8 (фиг.9) светоизлучателей 9, блок управления излучением 10 светоизлучателей 9, имеющий раздельные схемы управления для каждого светоизлучателя 9 (не показано) и блок электропитания вращающихся электронных устройств 11 (фиг.9). В состав устройства 1 также входит устройство оптической передачи потока видеоданных 12 (фиг.1, 8), которое содержит стойку 13, частично установленную внутри полого вала 5 электродвигателя 4, нижний конец 14 которой жестко соединен с дном кожуха 15, расположенного в нижней части корпуса электродвигателя 4, а верхний конец 16 укреплен в центре дна перевернутого прозрачного стаканообразного кожуха 3, закрепленного на верхней части корпуса 2. В стойке 13 сделан разрыв 17, в котором с помощью торцов стойки 13 жестко установлена втулка 18, состоящая из прозрачных полых цилиндрических секций 19, содержащих излучатели 20 электромагнитных волн (например, инфракрасного диапазона) с круговой диаграммой излучения и защитными экранами 21 от излучения соседних излучателей 20. Поверх втулки 18 с воздушным зазором 22 и соосно ей установлена внешняя втулка 23, закрепленная на печатной плате 7 и содержащая внутренние пазы 24 с фотоприемниками 25, расположенными напротив соответствующих прозрачных секций 19 с излучателями 20 для образования блока 26 оптических пар 27 (фиг.8). Излучатели 20 подключены к соответствующим выходам видеокодера 28, вход которого подключен к внешнему источнику 29 сигнала изображения 30 (видеосигнала 30). Этот источник 29 через селектор 60 подключен к блоку индикации 8 светоизлучателей и системе автоматического регулирования скорости вращения вала двигателя 61 (фиг.9). Фотоприемники 25 подключены к видеодекодеру 31, выход которого подключен к блоку управления излучением 10, выход которого, в свою очередь, подключен к блоку индикации 8 светоизлучателей 9 через коммутатор 58. Светоизлучатели 9 размещены в ячейках 32 двух прозрачных прямоугольных решеток 33 и 34 в шахматном порядке, которые закреплены вертикально на двух кронштейнах 35 и 36, расположенных диаметрально противоположно на основании 6. При этом светоизлучатели 9 - прямоугольные светоизлучающие матрицы 37, 38, содержащие m строк 39 и n столбцов 40 (фиг.5).
Верхние части решеток 33, 34 закреплены на прозрачном фланце 41 с подшипником 42 (фиг.3), установленным на осевом кольцевом бортике 43 прозрачного кожуха 3 (фиг.2). Блок электропитания 11 вращающихся электронных устройств включает в себя выпрямитель 44 переменного напряжения и вращающийся трансформатор 45 (фиг.9), содержащий соосно установленные роторный 46 и статорный 47 магнитные сердечники броневого типа с осевыми отверстиями 48, 49 и полостями 50, 51, обращенными друг к другу с малым воздушным зазором 52, в которых установлены соответственно роторная 53 и статорная 54 обмотки (фиг.7). Роторный сердечник 46 закреплен на нижнем конце вала 5 электродвигателя 4, а статорный 47 - в кожухе 15, установленным в нижней части корпуса электродвигателя 4. Роторная обмотка 53 подключена к выпрямителю 44, а статорная обмотка 54 - к внешнему источнику питания 55 переменного напряжения (фиг.9).
Светоизлучатели 9, в зависимости от поставленной задачи, могут быть выполнены объемными, например, содержащими светоизлучающую цилиндрическую поверхность, разделенную на самостоятельно управляемые по яркости и цвету сегменты 56 (фиг.6). Конструктивно каждый светоизлучающий сегмент 56 цилиндрической поверхности может представлять собой светоизлучающую поверхность обычного светодиода, например типа SMD (NM1-PPP1-01, ф.«Неон»), имеющего небольшой размер и отличающегося малым шагом между точками разных цветов. Другим вариантом применения в качестве сегментов 56 могут быть прозрачные тонкопленочные органические светодиоды типа OLED (OLED от англ. Organic Light Emitting Diode - органический светодиод). Данный светодиод представляет собой тонкопленочный светодиод, в котором органические соединения применяются в качестве излучающего слоя (Жидкокристаллические дисплеи. Схемотехника, конструкция и применение / А.В.Самарин. - М.: СОЛОН-Р, 2002, с.188-195).
На фиг.9 представлена упрощенная структурная схема предлагаемого устройства 1, где в блок индикации 8 введен коммутатор 58 поочередного переключения матриц 37, 38, управляемый синхроимпульсами 59, выделяемыми селектором 60 из видеосигнала 30. Один выход коммутатора 58 подключен к светоизлучателям матрицы 37, а другой - к светоизлучателям матрицы 38. Вход коммутатора 58 соединен с выходом блока управления излучением 10. На фиг.9 также показана система автоматического регулирования 61 бесконтактного электродвигателя 4. Его конструкция и принцип работы аналогичны конструкции и работе электродвигателя, применяемого в видеомагнитофонах (конструкция и работа такого электродвигателя подробно описаны, например, в литературе - Афанасьев А.П., Самохин В.П. - М.: Радио и связь, 1989, с.78-85).
В нашем случае для стабилизации вращения вала 4 в качестве опорного сигнала можно использовать синхроимпульсы кадров (полей) 59, выделяемые из видеосигнала 30 селектором 60, содержащего делитель частоты на 2 (для формирования импульсов полей), и сравниваемые в схеме сравнения 63 с импульсами датчика 62 оборотов вала 5 электродвигателя 4.
Устройство формирования объемного изображения 1 работает следующим образом (фиг.9).
Сигнал изображения 30, предварительно сформированный от нескольких взаимосвязанных, либо независимых источников, либо сформированный как продукт программы компьютерной графики, поступает на вход видеокодера 28, где происходит его мультплексирование и разделение по определенному алгоритму на параллельные потоки видеоданных, поступающие далее на соответствующие входы излучателей 20 блока оптических пар 26 с круговой диаграммой излучения. Количество оптических пар 27 блока 26 зависит от скорости общего потока видеоданных. Фотоприемники 25 оптических пар 27, установленные в пазах 24 вращающейся втулки 23, принимают излучение от соответствующих излучателей 20 и преобразуют излучение (например, инфракрасное) в электрические сигналы, которые затем поступают в видеодекодер 31. В видеодекодере 31 происходит обратный процесс. В соответствии с заданным алгоритмом из параллельных потоков видеоданных формируются исходные видеосигналы, которые затем мультплексируются. С выхода видеодекодера 31 восстановленный исходный сигнал изображения подается на вход блока управления излучения 10. В блоке управления излучения 10, в соответствии заданным алгоритмом, происходит включение конкретных светоизлучателей 9 с определенной яркостью и цветопередачей. Коммутатор 58, управляемый синхроимпульсами 59 нечетного и четного поля видеосигнала 30, поочередно передает на светоизлучатели 9 первой и второй матриц 37, 38 развертки изображения видеосигнала соответственно нечетного и четного поля. Причем столбцы 40 матриц 37, 38 развертки изображения видеосигнала соответственно нечетного и четного поля. Причем столбцы 40 матриц 37 и 38 образуют развертки изображений с цилиндрическими поверхностями 64, как бы вставленными друг в друга (фиг.10а), а строки 39 формируют развертку изображения в плоскости матриц (фиг.10б).
Стабилизация скорости вращения вала 5 электродвигателя 4 осуществляется следующим образом (фиг.9).
Видеосигнал 30, одновременно с подачей его в канал формирования разверток изображения, подается на вход селектора 60, на выходе которого выделяются синхроимпульсы 59. Далее синхроимпульсы 59 подаются в систему автоматического регулирования 61 скорости вращения вала 5 электродвигателя 4, где сравниваются с сигналами датчика оборотов 62 по фазе и частоте в схеме сравнения 63. С выхода схемы сравнения 63 сигнал ошибки рассогласования в виде напряжения подается в обмотку электродвигателя 4.
На фиг.11 в упрощенном виде показан вариант структурной схемы формирователя независимых изображений от независимых между собой внешних источников 29 видеосигналов 30, но имеющих общие синхроимпульсы 59 по строкам и кадрам от генератора строчных и кадровых синхроимпульсов, расположенного в блоке 29. Каждый из n сигналов изображения имеет свой самостоятельный канал обработки и передачи на светоизлучатели соответствующих столбцов 40 матриц 37 и 38 для формирования соответствующей развертки изображения с цилиндрической поверхностью 64 (фиг.10а). Так как все сигналы изображения содержат общие для них строчные и кадровые синхроимпульсы, то для работы системы автоматического регулирования скорости вала 5 электродвигателя 4 и коммутации светоизлучающих матриц 37, 38 достаточно для выделения синхроимпульсов 59 на вход селектора 60 подать один из n видеосигналов 30.
Предлагаемое изобретение может найти применение:
- в диагностической аппаратуре, например, при работе с томографом в качестве монитора объемного многослойного изображения, как с помощью разверток с цилиндрическими поверхностями, вставленными друг в друга, так и разверток формируемых в плоскости матриц;
- в области объемной компьютерной графики;
- при создании телевизионного приемника с объемным изображением.