Патент на изобретение №2300127

(54) ПРОЕКЦИОННАЯ СИСТЕМА С КОМПЕНСАЦИЕЙ ДИСТОРСИИ

(57) Реферат:

Проекционная система включает корпус с расположенным внутри него источником света, проекционный экран, матричный формирователь изображения с пикселами, оптическую систему, гибкое сплошное зеркало и приводы гибкого сплошного зеркала. Проекционный экран расположен с лицевой стороны корпуса. Источник света направляет луч света в оптическую систему через матричный формирователь изображения с пикселями. Оптическая система выполнена с возможностью изменения параметров луча света и направления его на гибкое сплошное зеркало, которое имеет отражающую и глухую поверхности, расположено вблизи проекционного экрана и отражает луч света на проекционный экран. Приводы гибкого сплошного зеркала прикреплены к глухой поверхности зеркала и выполнены с возможностью динамической деформации его поверхности вблизи точек крепления за счет перемещения в направлении, перпендикулярном поверхности зеркала. По меньшей мере, для двух точек поверхности зеркала нормали в данных точках к поверхности зеркала не параллельны между собой. Угол между нормалью к поверхности экрана и нормалью к поверхности зеркала по меньшей мере в одной точке на поверхности зеркала составляет не больше 20°. Приводы, ближайшие к проекционному экрану, выполнены с возможностью перемещения с максимальной амплитудой по сравнению с приводами, расположенными дальше от проекционного экрана. Технический результат – создание проекционной системы с меньшими габаритными размерами, с более простой конструкцией и с возможностью компенсации несимметричной дисторсии при минимальном снижении разрешающей способности проекционной системы. 9 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к оптике, а именно к оптическим проекционным системам, и может быть использовано для компенсации дисторсии в проекционных телевизорах, мониторах и других подобных устройствах.

В настоящее время в проекционных системах, содержащих матричную панель, с которой сформированное изображение проецируют на рассеивающий экран, используют преломляющие и отражающие оптические элементы, объединенные в оптические системы. В любом изображении, формируемом оптической системой на экране, присутствуют аберрации. Одной из наиболее распространенных аберраций, возникающих в различных областях экрана, является дисторсия, которая приводит к бочкообразным или подушкообразным искажениям прямоугольных объектов на экране. Искажения изображения могут быть обусловлены погрешностями сборки оптической системы и ее деформациями во время эксплуатации. Оптические системы проекционных устройств оптимизируют с целью минимизации дисторсии.

Известны различные способы борьбы с дисторсией. Так, например, в патенте США №6738196 [1] описывается проекционная оптическая система с устройством компенсации дисторсии, представляющем собой систему линз, выполненных с возможностью перемещения для компенсации дисторсии.

Также известна система коррекции дисторсии (см. патент США №4606606 [2]), в которой дисторсия, проявляющаяся в увеличении линейных размеров изображения, корректируется вогнутым отражающим элементом, проецирующим изображение на экран. Данная система наиболее близка по своим признакам к заявляемому изобретению и выбрана в качестве прототипа.

Недостатками аналога [1] и прототипа [2] заявляемого изобретения являются большие габаритные размеры, сложность конструкции и отсутствие возможности компенсации несимметричной дисторсии без значительного снижения разрешающей способности проекционной системы в целом.

Задачей заявляемого изобретения является создание проекционной системы с меньшими габаритными размерами, с более простой конструкцией и с возможностью компенсации несимметричной дисторсии при минимальном снижении разрешающей способности проекционной системы в целом, а именно при минимальном увеличения пятна рассеяния системы.

Поставленная задача решена путем создания проекционной системы с компенсацией дисторсии, которая включает в себя корпус с расположенным внутри него источником света, проекционный экран, панель с пикселями, оптическую систему, гибкое сплошное зеркало и приводы гибкого сплошного зеркала, причем:

– проекционный экран расположен с лицевой стороны корпуса;

– источник света выполнен с возможностью формирования луча света и направления его в оптическую систему путем отражения от матричного формирующего элемента, при этом матрица выполнена с возможностью формирования изображения в луче света;

– оптическая проекционная система выполнена с возможностью изменения параметров луча света и направления его на гибкое сплошное зеркало;

– гибкое сплошное зеркало имеет отражающую поверхность, нанесенную, как правило, на подложку, далее называемую «глухой» поверхностью, зеркало расположено вблизи проекционного экрана и выполнено с возможностью отражения луча света на проекционный экран;

– приводы гибкого сплошного зеркала прикреплены к глухой поверхности зеркала в определенных точках и выполнены с возможностью динамической деформации поверхности зеркала вблизи данных точек за счет перемещения в направлении, перпендикулярном поверхности зеркала, при этом:

– по меньшей мере, для двух точек поверхности зеркала нормали в данных точках к поверхности зеркала не параллельны между собой;

– угол между нормалью к поверхности экрана и нормалью к поверхности зеркала, по меньшей мере, в одной точке на поверхности зеркала составляет не больше 20°;

– приводы, ближайшие к проекционному экрану, выполнены с возможностью перемещения с максимальной амплитудой, по сравнению с приводами, расположенными дальше от проекционного экрана.

Для функционирования проекционной системы существенно, чтобы оптическая система включала в себя линзу и отражающий элемент.

Для функционирования проекционной системы важно, чтобы приводы гибкого сплошного зеркала были выполнены в виде винтов.

Для функционирования проекционной системы важно, чтобы шаг винта был больше у приводов, которые расположены ближе к экрану.

Для функционирования проекционной системы существенно, чтобы приводы гибкого сплошного зеркала были прикреплены к глухой поверхности зеркала в определенных точках, причем данные точки должны быть расположены на глухой поверхности зеркала в форме упорядоченного массива.

Для функционирования проекционной системы важно, чтобы приводы гибкого сплошного зеркала были прикреплены к глухой поверхности зеркала в определенных точках и выполнены с возможностью локальной динамической деформации поверхности зеркала в данных точках на стадии сборки проекционной системы.

Для функционирования проекционной системы существенно, чтобы приводы гибкого сплошного зеркала были выполнены с возможностью локальной динамической деформации поверхности зеркала за счет перемещения приводов с помощью функции, выбранной из набора функций, включающего в себя функцию дистанционного управления и функции автоматического тестирования.

Для функционирования проекционной системы важно, чтобы приводы гибкого сплошного зеркала были выполнены с возможностью перемещения независимо друг от друга.

Для функционирования проекционной системы существенно, чтобы величина перемещения приводов составляла не более 20 миллиметров.

Для функционирования проекционной системы существенно, чтобы зеркало было выполнено упругим.

Техническим результатом заявленного изобретения является уменьшение габаритных размеров, упрощение конструкции проекционной системы и наличие возможности компенсирования несимметричных аберраций дисторсии при минимальном воздействии на разрешение проекционной системы в целом за счет применения гибкого сплошного зеркала, оснащенного приводами, прикрепленными к поверхности зеркала и выполненными с возможностью локальной динамической деформации поверхности зеркала путем перемещения приводов в направлении, перпендикулярном его поверхности. При этом наилучшие результаты дает использование гибкого сплошного зеркала, обладающего упругими свойствами, т.е. не образующего выраженных изломов при локальной деформации.

Для лучшего понимания настоящего изобретения далее приводится его подробное описание с соответствующими чертежами:

Фиг.1 – схема проекционной системы с компенсацией дисторсии (вид спереди), выполненная согласно изобретению.

Фиг.2 – схема крепления зеркала к корпусу проекционной системы с компенсацией дисторсии, выполненная согласно изобретению.

Рассмотрим подробнее заявленную проекционную систему с компенсацией дисторсии (Фиг.1 и 2). Система включает в себя корпус 1, внутри которого расположены источник 2 света, проекционный экран 3, матричный формирователь 4 изображения с пикселями, оптическая система, которая состоит из линзы 5 и отражающего элемента 6, гибкое сплошное зеркало 7 и приводы 8 гибкого сплошного зеркала 7. Проекционный экран 3 расположен с лицевой стороны корпуса 1. Источник 2 света выполнен с возможностью формирования луча света и направления его в оптическую систему через матричный формирователь 4 изображения с пикселями, при этом матричный формирователь 4 с пикселями выполнен с возможностью формирования изображения в луче света. Оптическая проекционная система выполнена с возможностью изменения параметров луча света и направления его на гибкое сплошное зеркало 7. Гибкое сплошное зеркало 7 имеет отражающую и глухую поверхность, расположено вблизи проекционного экрана 3 и выполнено с возможностью отражения луча света на проекционный экран 3. Приводы 8 гибкого сплошного зеркала 7 прикреплены к глухой поверхности зеркала 7 и выполнены с возможностью динамической деформации поверхности зеркала 7 вблизи точек крепления за счет перемещения в направлении, перпендикулярном поверхности зеркала 7. По меньшей мере, для двух точек поверхности зеркала 7 нормали в данных точках к поверхности зеркала 7 не параллельны между собой.

Угол между нормалью к поверхности проекционного экрана 3 и нормалью к поверхности зеркала 7, по меньшей мере, в одной точке на поверхности зеркала 7 составляет не больше 20°. Приводы 8, ближайшие к проекционному экрану 3, выполнены с возможностью перемещения с максимальной амплитудой, по сравнению с приводами 8, расположенными дальше от проекционного экрана 3.

В заявляемом изобретении предусмотрены два варианта компенсации дисторсии: «статический» вариант, при котором дисторсию компенсируют на стадии изготовления, либо «динамический вариант», когда дисторсию компенсирует пользователь.

В обоих вариантах системы при возникновении дисторсии в одной или нескольких областях экрана 3, перемещают, по меньшей мере, один привод 8, находящийся в том месте зеркала 7, от которого отражаются лучи, проецирующие изображение в область экрана 3 с дисторсией, при этом деформируют зеркало 7, компенсируя дисторсию. Изменение изображения контролируют визуально или с помощью специальных чувствительных элементов.

В «статическом» варианте приводы 8 перемещают и закрепляют в новом положении вручную. Во втором, «динамическом» варианте изобретения, пользователь может компенсировать дисторсию в процессе эксплуатации по мере ее появления, перемещая приводы 8 с помощью дистанционного управления или функции автоматического тестирования.

В связи с тем, что расстояния до экрана 3, которые проходят лучи внизу и вверху экрана, сильно отличаются (Фиг.1), оптическая сила изображения в точках, расположенных вверху и внизу экрана разная и по-разному влияет на дисторсию. Это означает что для компенсации эквивалентной дисторсии абсолютная оптическая сила гибкого зеркала будет больше в областях вблизи точек, которые ближе к экрану. Поэтому контролируемые точки должны иметь тем большую величину перемещения соответствующих приводов, чем ближе к экрану они расположены на поверхности зеркала 5. Например, если деформация зеркала в точках осуществляется винтами, то у винтов, расположенных ближе к экрану, шаг винта должен быть больше, чем у винтов, отдаленных от экрана.

Хотя указанный выше вариант выполнения изобретения был изложен с целью иллюстрации настоящего изобретения, специалистам ясно, что возможны разные модификации, добавления и замены, не выходящие из объема и смысла настоящего изобретения, раскрытого в прилагаемой формуле изобретения.

Формула изобретения

1. Проекционная система с компенсацией дисторсии, включающая в себя корпус с расположенным внутри него источником света, проекционный экран, матричный формирователь изображения с пикселями, оптическую систему, гибкое сплошное зеркало и приводы гибкого сплошного зеркала, причем

проекционный экран расположен с лицевой стороны корпуса;

источник света выполнен с возможностью формирования луча света и направления его в оптическую систему через матричный формирователь изображения с пикселями, при этом матричный формирователь изображения с пикселями выполнен с возможностью формирования изображения в луче света;

оптическая система выполнена с возможностью изменения параметров луча света и направления его на гибкое сплошное зеркало;

гибкое сплошное зеркало имеет отражающую и глухую поверхности, расположено вблизи проекционного экрана и выполнено с возможностью отражения луча света на проекционный экран;

приводы гибкого сплошного зеркала прикреплены к глухой поверхности зеркала и выполнены с возможностью динамической деформации поверхности зеркала вблизи точек крепления за счет перемещения в направлении, перпендикулярном поверхности зеркала, при этом

по меньшей мере, для двух точек поверхности зеркала нормали в данных точках к поверхности зеркала не параллельны между собой;

угол между нормалью к поверхности экрана и нормалью к поверхности зеркала, по меньшей мере, в одной точке на поверхности зеркала составляет не больше 20°;

приводы, ближайшие к проекционному экрану, выполнены с возможностью перемещения с максимальной амплитудой по сравнению с приводами, расположенными дальше от проекционного экрана.

2. Проекционная система по п.1, отличающаяся тем, что оптическая система включает в себя линзу и отражающий элемент.

3. Проекционная система по п.1, отличающаяся тем, что приводы гибкого сплошного зеркала выполнены в виде винтов.

4. Проекционная система по п.3, отличающаяся тем, что шаг винта больше у приводов, которые расположены ближе к экрану.

5. Проекционная система по п.1, отличающаяся тем, что приводы гибкого сплошного зеркала прикреплены к глухой поверхности зеркала, причем точки крепления расположены на глухой поверхности зеркала в форме упорядоченного массива.

6. Проекционная система по п.1, отличающаяся тем, что приводы гибкого сплошного зеркала прикреплены к глухой поверхности зеркала и выполнены с возможностью локальной динамической деформации поверхности зеркала в точках крепления на стадии сборки проекционной системы.

7. Проекционная система по п.1, отличающаяся тем, что приводы гибкого сплошного зеркала выполнены с возможностью локальной динамической деформации поверхности зеркала за счет перемещения приводов с помощью функции, выбранной из набора функций, включающего в себя функцию дистанционного управления и функции автоматического тестирования.

8. Проекционная система по п.1, отличающаяся тем, что приводы гибкого сплошного зеркала выполнены с возможностью перемещения независимо друг от друга.

9. Проекционная система по п.1, отличающаяся тем, что величина перемещения приводов составляет не более 20 мм.

10. Проекционная система по п.1, отличающаяся тем, что зеркало выполнено упругим.

РИСУНКИ