ПОЛНОЦВЕТНЫЙ ЛАЗЕРНЫЙ ПРОЕКТОР
FULL COLOUR LASER BEAM PROJECTOR

Изобретение относится к системам воспроизведения телевизионного изображения, а также к системам компьютерной техники, а более конкретно к технике цветной видеопроекции.
Видеосигналы, формирующие изображение, формируются с помощью видеоадаптера персонального компьютера, а прием и декодирование телевизионного сигнала обеспечивается телевизионным тюнером, установленным на персональном компьютере (в описание изобретения описание компьютера и видеоадаптера не входит).
Видеопроекция является основным средством воспроизведения телевизионных и других изображений при диагонали экрана свыше 1 метра, включая воспроизведение изображений в наружной рекламе на больших экранах и без таковых.
Известен проектор, предназначенный для цветных изображений, который содержит две группы источников света, рефлектор, сменный светофильтр, систему смены изображения на экране. Информация на экране освещается прямым светом одной группы источников света и лучами, прошедшими через светофильтр от другой группы источников. Изменение цвета и смена информации производятся механическим путем. См., например, патент США № 4057129, МПК G09F 13/12, НКИ 40-563 "Демонстрационный прибор со специальным цветовым эффектом (Display apparatus having means for creating a spectral color effect)", опубликованный 10.01.78.
Известное устройство имеет недостатки, связанные с необходимостью вручную изменять информационное поле экрана, что усложняет работу с прибором. В известном устройстве число допустимых цветовых оттенков ограничено возможностями светофильтра. Кроме того, необходим специальный привод для смены светофильтров, что снижает его надежность.
Известный кинескоп содержит источник света, рефлектор, оптическую систему, коллиматор, световод, цветную жидкокристаллическую матрицу, средства для получения изображения на матрице, а также оптическую систему для проекции изображения на экране.
Недостаток известного цветного проектора заключается в том, что он имеет высокую трудоемкость изготовления, высокие габаритные размеры и вес, определяемые необходимостью отводить тепло от источника света, невысокую надежность и сложности в настройке цветовой гаммы изображения в процессе эксплуатации. Кроме того, выход из строя источника света может привести к возгоранию прибора.
Широкое распространение получили видеопроекторы светоклапанного типа, в которых используется достаточно мощный внешний источник света и светоклапанное устройство, которое управляет пропусканием или отражением создаваемого этим источником излучение на проекционный экран в соответствии с интенсивностью соответствующего видеосигнала (см., например, книгу Н. Johannes «The History of the EIDOPHOR Large Screen Television Projector». Изд. фирмы Gretag Aktiengesellschaft, Цюрих, 1989). Основным недостатком цветных видеопроекторов такого типа является трудность обеспечения точного и стабильного сведения на экране трех цветных составляющих изображения. Уже в течение многих лет привлекает внимание возможность получения цветного изображения на большом экране с помощью лазеров. В 1965 г. был предложен проектор, содержащий три лазера, излучающих свет в трех основных цветах (см., например, патент ФРГ № 1268187 N04N 9/31, 1968).
В 1986 г. была создана модель лазерного проектора, фактически повторяющая первоначальную идею, в основе которой - использование электромеханической системы развертки световых лучей (R Sand. Laser-TV, (k)eine Erfindung des "tapfeven Schneiderleins". Fernseh-und Kino-Technik, 1993, J.47, N9, S 561-562).
Именно это и является главным и непреодолимым недостатком существующих лазерных видеопроекторов, который стал препятствием к их сколько-нибудь заметному распространению. Известен полноцветный лазерный проектор по патенту РФ №2322768. Недостатком указанного проектора является использование электромагнитной системы отклонения блока развертки, что делает невозможным использование высоких частот в сканирующей системе, например, необходимых для проецирования изображения телевидения высокой четкости (ТВЧ), требующего частот свыше 150 кГц.
Указанный видеопроектор является наиболее близким к изобретению и выбран в качестве прототипа. Прототип содержит три лазера со световым излучением в трех основных цветах - красном R, зеленом G и синем В. Лазеры оптически последовательно связаны с сумматором этих световых излучений, коллиматором и блоком проекционной оптики, находящимся в блоке развертки. Блок развертки прототипа выполнен в виде сканирующей электромагнитной системы, содержащей блок проекционной оптики. Такая система развертки требует крайне высоких энергозатрат для использования высоких частот развертки, например, частот для проецирования изображения телевидения высокой четкости (ТВЧ) - несколько миллионов ампер-витков.
Целью данного изобретения является снижение трудоемкости изготовления, понижение энергопотребления, уменьшение стоимости изделия, его габаритных размеров и веса, обеспечение более качественной цветопередачи изображения, получение возможности регулирования цвета изображения и повышение надежности и безопасности при эксплуатации.
Кроме того, в предлагаемом проекторе снижено энергопотребление безотносительно к частотам развертки, расширен диапазон применения и повышен срок службы прибора.
Технической задачей изобретения является создание такого цветного видеопроектора, который не требует применения электромеханической или электромагнитной системы развертки и может оперировать любыми частотами развертки, включая проекцию изображения телевидения высокой четкости (ТВЧ), в том числе частотами выше 150 кГц.
Технический результат достигается тем, что проектор содержит три лазера со световыми излучениями трех основных цветов, оптически связанные с сумматором этих излучений и блоком развертки с интегрированным блоком проекционной оптики. Модуляция яркости излучения осуществляется непосредственно в источниках лазерного излучения (модуляция по яркости излучения, зависящей от уровня сигналов цветовых составляющих красного, зеленого и синего цветов соответственно, генерируемых видеоадаптером персонального компьютера). Блок развертки выполнен в виде сканирующей электростатической системы (которая может содержать схему обратной связи), содержащей блок проекционной оптики. Блок проекционной оптики содержит коллиматор (также может содержать объектив), формирующий результирующий луч, состоящий из модулированных по яркости излучений красного, зеленого и синего лазеров. Блок проекционной оптики и коллиматор находятся в цилиндрическом корпусе из магнитопласта на основе NdFeB с радиальной направленностью поля. Блок развертки содержит корпус, выполненный из магнитопласта с радиальной направленностью поля, противоположной направленности поля корпуса блока проекционной оптики, и электростатическую систему (которая может содержать схему обратной связи), изменяющую положение корпуса блока проекционной оптики относительно корпуса блока развертки по горизонтальной и вертикальной осям, перпендикулярным корпусу блока развертки. На входы блока развертки подаются сигналы пилообразного напряжения, генерируемые микроконтроллером, управляемым сигналами Hsync и Vsync, поступающими из видеоадаптера персонального компьютера по стандартному аналоговому (или цифровому) VGA (или DVI) кабелю 0. Ко входам управления возбуждением лазеров подключены сигналы красной, зеленой и синей составляющих соответственно, генерируемые видеоадаптером персонального компьютера и передаваемые проектору по стандартному аналоговому (или цифровому) VGA (или DVI) кабелю 0 типа VGA D-SUB 15 РIN (или DVI-D 24 PIN или DVI-I 29 PIN), с помощью дополнительных согласующих схем или без таковых.
За счет возникновения сил взаимодействия одноименных направленностей магнитного поля корпус блока проекционной оптики находится в корпусе блока развертки в состоянии, исключающем любые механические действия и трение при осуществлении развертки и повышая тем самым срок службы блока развертки, при этом подача электростатического потенциала осуществляется контактным или бесконтактным путем.
Благодаря полному исключению электромеханических устройств достигается существенное упрощение реализации проектора и в то же время повышение качества изображения (за счет точного совмещения на экране трех цветовых составляющих изображения), а за счет применения электростатической системы развертки (которая может содержать схему обратной связи) расширяется диапазон возможного применения прибора и снижение энергопотребления прибора.
На фиг.1 представлена структурная схема предлагаемого видеопроектора, а на фиг.2 показана временная диаграмма управления блоком развертки при поступлении сигналов развертки HSync и VSync со стандартного аналогового (или цифрового) VGA (или DVI) кабеля 0.
Цветной видеопроектор (фиг.1) содержит три лазера 1, 2, 3 со световым излучением в трех основных цветах - красном R, зеленом G и синем В. Лазеры оптически последовательно связаны с сумматором 4 этих световых излучений, коллиматором 5 и блоком проекционной оптики 7, находящимся в блоке развертки 6, выходя из которого луч попадает на проекционный экран (на фигуре не показан). При использовании в блоке проекционной оптики объектива фокусировки луча возможно формирование изображения сфокусированным лучом в пространстве без проекционного экрана.
Входы управления возбуждения лазеров 1, 2, 3 соединены с выходами сигналов цветовых составляющих видеосигнала, генерируемого видеоадаптером персонального компьютера и передаваемого проектору по стандартному аналоговому (или цифровому) VGA (или DVI) кабелю 0. Входы блока развертки соединены с выходами генераторов широтно-импульсной модуляции через RC фильтры 9, 10, 11, 12, преобразующие изменение скважности широтно-импульсных сигналов в аналоговое пилообразное напряжение.
Видеопроектор работает следующим образом.
Получая сигналы горизонтальной и вертикальной развертки, передаваемые проектору по стандартному аналоговому (или цифровому) VGA (или DVI) кабелю 0 персональным компьютером, микроконтроллер 8 генерирует аналоговое пилообразное напряжение для сканирующей системы блока развертки 6. Сигналы строчной и кадровой развертки подаются с выходов микроконтроллера 8 на блок развертки 6, обеспечивая сканирование слева направо и сверху вниз. Сигналы цветовых составляющих видеосигнала, передаваемые проектору по стандартному аналоговому (или цифровому) VGА (или DVI) кабелю 0, модулируют яркость излучения лазеров красного, зеленого и синего цветов. За счет различного уровня сигналов цветовых составляющих обеспечивается модуляция яркости излучения лазеров 1, 2, 3 одновременно. В результате на оптический сумматор 4 поступает излучение всех трех основных цветов. С выхода сумматора 4 излучение проходит через коллиматор 5, формирующий луч. Блок проекционной оптики 7 (который может содержать объектив) формирует цветное изображение на проекционном экране (или при наличии фокусирующего объектива - точку изображения в пространстве без проекционного экрана).
Микроконтроллер 8 может быть выполнен на базе цифровых сигнальных процессоров, например, с помощью цифрового сигнального процессора семейства TMS320 фирмы Texas Instruments, содержащего широтно-импульсные модуляторы повышенного разрешения (HRPWM), программируемые таймеры, которые могут быть использованы в качестве дополнительных широтно-импульсных модуляторов, а также восьмиканального аналогово-цифрового преобразователя.
В предлагаемом проекторе могут быть использованы полупроводниковые лазеры, а также полупроводниковые лазеры с дополнительно используемой генерацией вторых гармоник для получения излучения синего и зеленого цветов (405 и 505 нанометров соответственно). Основные преимущества полноцветного лазерного видеопроектора состоят в следующем. В нем исключена электромеханическая и электромагнитная развертка, обычно используемая в лазерных проекторах. Не требуется повышенное энергопотребление для питания системы развертки на высоких частотах, необходимых для проекции изображения телевидения высокой четкости (ТВЧ). Не требуется точное геометрическое совмещение трех цветных изображений, поскольку используется параллельная проекция через единую оптическую систему и единую систему развертки. В то же время не требуется использовать вращающийся диск со светофильтрами, как в светоклапанных проекторах последовательного типа с источником света на основе ксеноновой лампы (как в проекторах типа "Эйдофор"). Таким образом, в данном проекторе полностью исключены подвижные электромеханические элементы, а все рабочие операции осуществляются только электронными, электростатическими, магнитными и оптическими методами.