УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ
IMAGE FORMING APPARATUS

Изобретение относится к устройствам формирования изображения, основанным на принципе пространственной механической развертки, и может быть использовано, например, в рекламных и других информационных устройствах для отображения с помощью светоизлучающих элементов видеоинформации.
Известно вращающееся устройство, включающее корпус, вращающийся двигатель 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 со 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 формирования стереоскопического изображения, что ограничивает его информационные и функциональные возможности. Другим недостатком данного устройства является низкая надежность работы, обусловленная возможностью появления электромагнитных помех (искрений) в широком спектре диапазона частот, из-за загрязнения и износа проводящей поверхности подвижных электроконтактов при передаче напряжения постоянного тока от блока электропитания.
Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство формирования изображения (патент RU №2381567, МПК 7 G09F 13/30, опубл. 10.02.2010, бюл. №4), включающее корпус, прозрачный кожух, бесконтактный электродвигатель с системой автоматического регулирования скорости вращения вала по частоте и фазе, коммутатор, источник цифрового видеосигнала, селектор синхроимпульсов видеосигнала. На валу электродвигателя, выполненного полым, установлено сбалансированное основание, содержащее печатную плату, на которой размещены вращающий блок индикации, включающий светоизлучатели, первый и второй кронштейны крепления светоизлучателей, блок управления излучением светоизлучателей, имеющий раздельные схемы управления для каждого светоизлучателя, блок питания электронных вращающихся устройств, вращающийся трансформатор, содержащий соосно установленные роторный и статорный магнитные сердечники броневого типа с осевыми отверстиями, кольцеобразными полостями, обращенными друг к другу с малым воздушным зазором, в первом из которых установлена роторная обмотка, а во втором - статорная, роторный сердечник расположен на нижнем конце вала электродвигателя, а статорный - на стаканообразном кожухе нижнего основания электродвигателя. Обмотка роторного сердечника подключена к входу блока питания электронных вращающихся устройств, а обмотка статорного сердечника - к внешнему источнику электропитания переменного тока. В полости вала электродвигателя и в осевых отверстиях сердечников установлена стойка, нижний конец которой соединен с дном кожуха нижней части основания электродвигателя, а верхний - укреплен в центре дна перевернутого стаканообразного прозрачного кожуха, установленного на верхней части основания электродвигателя. Верхние концы первого и второго кронштейнов со светоизлучателями закреплены на прозрачном фланце с подшипником, установленным на осевой втулке прозрачного кожуха. Устройство формирования изображения также содержит блок оптических пар, состоящий из внутренней и внешней втулок, соосно вставленных друг в друга. Внутренняя втулка установлена в разрыв стойки и состоит из прозрачных цилиндрически полых секций, содержащих светоизлучатели с круговой диаграммой излучения и экраны от излучения. Внешняя втулка содержит пазы с фотоприемниками, расположенными напротив соответствующих прозрачных секций со светоизлучателями. Выход каждого фотоприемника подключен к соответствующему входу формирователя сигнала изображения. При этом в устройство формирования изображения введены видеокодер, вход которого подключен к источнику видеосигнала, а выход - к светоизлучателям блока оптических пар, поляризационные очки, к электронным затворам которых подключен датчик оборотов электродвигателя, устройство регулируемой временной задержки синхроимпульсов видеосигнала относительно импульсов датчика оборотов, выход которого подключен к фазовому каналу системы автоматического регулирования электродвигателя. Первый и второй кронштейны светоизлучателей установлены диаметрально противоположно между собой, причем светоизлучатели первого кронштейна смещены по вертикали относительно светоизлучателей второго кронштейна таким образом, что при вращении вала электродвигателя излучение светоизлучателей обеспечивает возможность образования пространственной чересстрочной развертки изображения четного и нечетного полей видеосигнала, а система автоматического регулирования скорости вращения вала содержит фазовый и частотный каналы, датчик оборотов электродвигателя и частотный датчик, установленные на электродвигателе. Выход фазового канала подключен к первому входу частотного канала, а ко второму входу - частотный датчик. Выход частотного канала подключен к питанию электродвигателя, датчик оборотов подключен к первому входу фазового канала, а ко второму входу - селектор синхроимпульсов видеосигнала, вход которого, в свою очередь, подключен к выходу источника видеосигнала стереоскопического изображения, содержащего нечетное поле для левого глаза и четное поле для правого глаза. Выход формирователя сигнала изображений подключен к входу блока управления излучением светоизлучателей, выход которого соединен с коммутатором, а к его коммутационному входу подключен датчик оборотов электродвигателя, а выходы подключены, соответственно, к блоку индикации для поочередного переключения светоизлучателей первого и второго кронштейнов.
Недостатком данного устройства является отсутствие наблюдения стереоскопического изображения с внутренней стороны круговой развертки изображения, что ограничивает информационные и функциональные возможности данного устройства.
Задачей изобретения является создание устройства формирования изображения, позволяющего наблюдать стереоскопическое изображение, как с внешней, так и с внутренней стороны круговой развертки изображения.
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 первым стаканообразным кожухом (экраном), второй стаканообразный кожух, источник сигнала стереоскопического изображения (видеосигнала), содержащего нечетное поле для левого глаза и четное поле для правого глаза, подключенный к видеокодеру и селектору синхроимпульсов видеосигнала, бесконтактный электродвигатель с системой автоматического регулирования скорости вращения вала, содержащей фазовый и частотный каналы, датчик оборотов электродвигателя и частотный датчик, установленные на электродвигателе, выход фазового канала подключен к первому входу частотного канала, а ко второму входу - частотный датчик, выход частотного канала подключен к питанию электродвигателя, датчик оборотов подключен к первому входу фазового канала, а ко второму входу - селектор синхроимпульсов видеосигнала, поляризационные очки, к электронным затворам которых подключен датчик оборотов электродвигателя, устройство регулируемой временной задержки синхроимпульсов видеосигнала относительно импульсов датчика оборотов, выход которого подключен к фазовому каналу системы автоматического регулирования электродвигателя, на нижнем конце вала электродвигателя, выполненного полым, установлено сбалансированное основание, содержащее печатную плату, на которой размещены вращающий блок индикации, включающий первый и второй кронштейны крепления светоизлучателей, установленные диаметрально противоположно между собой на основании, коммутатор, блок управления излучением светоизлучателей, имеющий раздельные схемы управления для каждого светоизлучателя, формирователь сигнала изображения, блок питания электронных вращающихся устройств, вращающийся трансформатор, содержащий соосно установленные роторный и статорный магнитные сердечники броневого типа с осевыми отверстиями, кольцеобразными полостями, обращенными друг к другу с малым воздушным зазором, в первом из которых установлена роторная обмотка, а во втором - статорная, роторный сердечник расположен на верхнем конце вала электродвигателя, а статорный - во втором стаканообразном кожухе, обмотка роторного сердечника подключена к входу блока питания электронных вращающихся устройств, а обмотка статорного сердечника - к внешнему источнику электропитания переменного тока, блок оптических пар, состоящий из внутренней и внешней втулок, соосно вставленных друг в друга с малым воздушным зазором, внутренняя втулка состоит из прозрачных цилиндрически полых секций, содержащих светоизлучатели с круговой диаграммой излучения, подключенные к выходу видеокодера, и экраны от излучения, внешняя втулка содержит пазы с фотоприемниками, расположенными напротив соответствующих прозрачных секций со светоизлучателями, выход каждого фотоприемника подключен к соответствующему входу формирователя сигнала изображения, выход которого подключен к входу блока управления излучением светоизлучателей, в свою очередь, выход которого соединен с коммутатором, к его коммутационному входу подключен датчик оборотов электродвигателя, а выходы подключены, соответственно, к блоку индикации для поочередного переключения светоизлучателей первого и второго кронштейнов, светоизлучатели первого кронштейна смещены по вертикали относительно светоизлучателей второго кронштейна таким образом, что при вращении вала электродвигателя излучение светоизлучателей обеспечивает возможность образования пространственной чересстрочной развертки изображения четного и нечетного полей видеосигнала, введены третий стаканообразный кожух с отверстием в центре дна, соосно и верх дном установленный на прозрачном экране, разъем с выводами для подключения источника питания переменного напряжения и источника электропитания электродвигателя, установленный в дне второго кожуха, который, в свою очередь, установлен сверху третьего кожуха, на котором установлен электродвигатель с валом, нижний конец которого проходит через отверстие и содержит сбалансированное основание, разъем с выводами для подключения источника видеосигнала, установленный в дне прозрачного экрана, выполненного толстостенным, при этом в толще стенки прозрачного экрана сделана тороидальная полость, в которую помещены вращающиеся кронштейны со светоизлучателями, а между нижней частью каждого кронштейна и стенкой тороидальной полости прозрачного экрана установлен подшипник, кроме того, нижний конец втулки с излучателями блока оптических пар закреплен в центре дна прозрачного экрана.
Дополнительным отличительным признаком предлагаемого устройства формирования изображения является то, что прозрачный экран, второй и третий кожухи, а также разъемы герметично установлены между собой, образуя герметичную полость, в стенке которой установлен вакуумный клапан с возможностью откачки воздуха.
Введение в устройство третьего стаканообразного кожуха с отверстием в центре дна, соосно и верх дном установленного на прозрачном экране, на котором установлен электродвигатель с валом, нижний конец которого проходит через отверстие и содержит сбалансированное основание, содержащее вращающиеся кронштейны с светоизлучателями, помещенные, соосно, в тороидальную полость, сделанную в толще прозрачного стаканообразного экрана, обеспечивает просмотр изображения с внутренней стороны круговой развертки изображения, т.е. находясь внутри кругового прозрачного экрана. Это позволяет существенно расширить информационные и функциональные возможности предлагаемого устройства.
Введение разъемов для подключения силовых напряжений и видеосигнала соответственно обеспечивает возможность герметичной установки проводников в стенках кожухов.
Введение в устройство формирования изображений герметичной полости с вакуумным клапаном для откачки воздуха, образуемой из герметично установленных между собой прозрачного экрана, второго и третьего кожухов, а также разъемов позволяет исключить сопротивление воздуха, возникающего при вращении кронштейнов со светоизлучателями в тороидальной полости, и тем самым при больших размерах экрана значительно снизить энергопотребление электродвигателя.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где: на фиг.1 представлена в разрезе упрощенная конструкция предложенного устройства формирования изображения; на фиг.2 показана герметичная полость 60 устройства 1 с вакуумным клапаном 61 для возможной откачки воздуха; на фиг 3 показан, в укрупненном виде: (а) - блок оптических пар 43 передачи внешних видеоданных в разрезе, (б) - втулка 44 с излучателями 48; на фиг.4 показана в разрезе упрощенная конструкция вращающегося трансформатора 32 для передачи электропитания переменного напряжения в блок питания электронных вращающийся устройств; на фиг.5 представлена упрощенная структурная схема предлагаемого изобретения; на фиг.6 показана временная диаграмма управления поворотом изображения относительно оси вращения; на фиг.7 и 8 условно показана чересстрочная развертка изображения.
Устройство формирования изображения 1 (фиг.1-5) содержит корпус 2 с установленным на него верх дном прозрачным первым стаканообразным кожухом 3 (экраном 3), второй стаканообразный кожух 4, источник 5 сигнала стереоскопического изображения 6 (видеосигнала 6) (фиг.5), содержащего нечетное поле для левого глаза и четное поле для правого глаза (не показано), подключенный к видеокодеру 7 и селектору 8 синхроимпульсов 9 видеосигнала 6 (фиг.5), бесконтактный электродвигатель 10 с системой автоматического регулирования 11 (фиг.5) скорости вращения вала 12, содержащей фазовый 13 и частотный 14 каналы, датчик оборотов 15 электродвигателя 10 и частотный датчик 16, установленные на электродвигателе 10, выход фазового канала 13 подключен к первому входу частотного канала 14, а ко второму входу - частотный датчик 16, выход частотного канала 14 подключен к питанию электродвигателя 10, датчик оборотов 15 подключен к первому входу фазового канала 13, а ко второму его входу подключен селектор 8 синхроимпульсов 9 видеосигнала 6, поляризационные очки 17, к электронным затворам 18 и 19 которых подключен датчик оборотов 15 электродвигателя 10, устройство регулируемой временной задержки 20 синхроимпульсов 9 видеосигнала 6 относительно импульсов датчика оборотов 15, выход которого подключен к фазовому каналу 13 системы автоматического регулирования 11 электродвигателя 10, на валу 12 электродвигателя 10, имеющего полость 21, установлено сбалансированное основание 22, содержащее печатную плату 23, на которой размещены вращающий блок индикации 24 (фиг.5), включающий первый 25 и второй 26 кронштейны крепления светоизлучателей 27, установленные диаметрально противоположно между собой на основании 22, коммутатор 28, блок управления излучением 29 светоизлучателей 27, имеющий раздельные схемы управления для каждого светоизлучателя 27 (не показано), формирователь сигнала изображения 30, блок питания электронных вращающихся устройств 31, вращающийся трансформатор 32 (фиг.1, 4), содержащий соосно установленные роторный 33 и статорный 34 магнитные сердечники броневого типа с осевыми отверстиями 35 и 36, кольцеобразными полостями 37 и 38, обращенными друг к другу с малым воздушным зазором 39, в первом из которых установлена роторная обмотка 40, а во втором - статорная 41, роторный сердечник 33 расположен на верхнем конце вала 12 электродвигателя 10, а статорный 34 - во втором стаканообразном кожухе 4, обмотка 40 роторного сердечника 33 подключена к входу блока питания электронных вращающихся устройств 31, а обмотка 41 статорного сердечника 34 - к внешнему источнику электропитания переменного напряжения 42, блок оптических пар 43, состоящий из внутренней 44 и внешней 45 втулок, соосно вставленных друг в друга с воздушным зазором 46, внутренняя втулка 44 состоит из прозрачных цилиндрически полых секций 47, содержащих светоизлучатели 48 с круговой диаграммой излучения, подключенные к выходу видеокодера 7, и экраны 49 от излучения, внешняя втулка 45 содержит пазы 50 с фотоприемниками 51, расположенными напротив соответствующих прозрачных секций 47 со светоизлучателями 48, выход каждого фотоприемника 51 подключен к соответствующему входу формирователя сигнала изображения 30, выход которого подключен к входу блока управления излучением 29 светоизлучателей 27, в свою очередь, выход которого соединен с коммутатором 28, к его коммутационному входу подключен датчик оборотов 15 электродвигателя 10, а выходы подключены, соответственно, к блоку индикации 24 для поочередного переключения светоизлучателей 27 первого 25 и второго 26 кронштейнов, светоизлучатели 27 первого кронштейна 25 смещены по вертикали относительно светоизлучателей 27 второго кронштейна 26 таким образом, что при вращении вала 12 электродвигателя 10 излучение светоизлучателей 27 обеспечивает возможность образования пространственной чересстрочной развертки изображения 52 (фиг.7, 8) четного и нечетного полей видеосигнала 6. При этом в устройство 1 введены третий стаканообразный кожух 53 с отверстием 54 в центре дна, соосно и верх дном установленный на прозрачном экране 3, разъем 55 с выводами для подключения источника питания переменного напряжения 42 и источника электропитания электродвигателя (не показан), установленный в дне второго кожуха 4, который, в свою очередь, установлен сверху третьего кожуха 53, на котором установлен электродвигатель 10 с валом 12, нижний конец которого проходит через отверстие 54 и содержит сбалансированное основание 22, разъем 56 с выводами для подключения источника видеосигнала 5, установленный в дне прозрачного экрана 3, в имеющейся кольцевой полости 57 стенок которого помещены вращающиеся кронштейны 25 и 26 со светоизлучателями 27, а между нижней частью каждого кронштейна 25 и 26 и внешней стенкой 58 кольцевой полости 57 прозрачного экрана 3 установлен подшипник 59, кроме того, нижний конец внутренней втулки 44 с излучателями 48 блока оптических пар 43 закреплен в центре дна прозрачного экрана 3.
В зависимости от поставленной задачи, например, при наличии в устройстве 1 развертки изображения большого диаметра, прозрачный экран 3, второй 4 и третий 53 кожухи, а также разъемы 55 и 56 могут быть герметично установлены между собой, образуя герметичную полость 60. При этом в одной из стенок образованной полости 60 установлен вакуумный клапан 61 с возможностью откачки воздуха.
Устройство формирования стереоскопического изображения 1 (фиг.5) работает следующим образом. Видеосигнал 6 от источника стереоскопического изображения 5, формируемый либо видеокамерой, либо сформированный как продукт программы компьютерной графики, поступает одновременно на видеокодер 7 и селектор 8. При этом из двух поступающих видеосигналов для левого глаза выделяется нечетное поле, для правого глаза - четное, а селектор 8 выделяет, соответственно, синхроимпульсы нечетного поля для левого глаза и четного поля для правого. Далее, видеосигналы 6 поступают на мультиплексор полей, размещенный в видеокодере 7 (на фиг. не показан), где из этих двух полей формируется один видеосигнал, который содержит изображение как для левого, так и для правого глаза. После мультиплексора видеосигнал подвергается кодированию и расщеплению на ряд параллельных цифровых видеосигналов (потоков видеоданных), которые подаются на соответствующие излучатели 48 блока оптических пар 43 с круговой диаграммой излучения. Вращающиеся фотоприемники 51 блока оптических пар 43, расположенные напротив соответствующих светоизлучателей 48, принимают потоки видеоданных и далее подают в формирователь сигнала изображений 30, где происходит их декодирование и мультиплексирование. С выхода формирователя сигнала изображений 30 видеосигнал подается на вход блока управления излучением 29, имеющего раздельные схемы управления светоизлучателями 27 (на фиг. не показано). Далее, с выхода блока управления излучением 29 сигнал изображения подается в блок индикации 24, содержащий светоизлучатели 27, диаметрально противоположно расположенные на кронштейнах 25, 26 и смещенные по вертикали с возможностью образования при вращении чересстрочной развертки 52 (фиг.6).
Для стереоскопического отображения изображения на пространственной развертке, образуемой вращающимися светоизлучающими элементами 27, использованы поляризационные очки 17 с управляемыми жидкокристаллическими затворами 18 и 19 соответственно для левого и правого глаза. Эти затворы закрываются/открываются поочередно с интервалом (например, 1/25 с или 1/50 с) от импульсов датчика оборотов 15 вала 12 электродвигателя 10.
Плавный поворот развертки изображения вокруг оси вращения осуществляется с помощью плавного изменения времени задержки (фазы) ΔТ в устройстве 20 между синхроимпульсами 9 видеосигнала 6 и импульсами датчика оборотов 15 (фиг.5).
Формирование постоянного напряжения электропитания для вращающихся электронных устройств происходит следующим образом. Переменное напряжение, подаваемое от внешнего источника электропитания 42 в статорную обмотку 41 вращающегося трансформатора 32, индуцирует ЭДС в роторной обмотке 40. При подключении к роторной обмотке 40 блока электропитания 31 на его выходе формируется стабилизированное напряжение постоянного тока, которое подается для электропитания вращающихся электронных блоков.
Количество оптических пар блока 43, определяющее разрядность кодируемого видеосигнала, зависит от скорости потоков видеоданных (цифрового видеосигнала). Экраны 49 обеспечивают защиту работы каждой оптической пары от излучения соседних оптических пар блока 43.
Предлагаемое устройство может найти применение в качестве монитора с круговым стереоскопическим обзором, как с внешней стороны развертки изображения, так и с ее внутренней стороны, например, в тренажерах для подготовки летного состава и диспетчеров управления воздушным движением, в компьютерном конструировании и моделировании, в диагностической аппаратуре и др.