Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ

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 устройство формирования изображения (Патент RU №2381567, МПК 7 G09F 13/30, опубл. 10.02.2010, Бюлл. №4), включающее, согласно формулы изобретения, 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 основании 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. Кроме того, устройство формирования изображения содержит 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.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство формирования изображения (патент RU №2434309 C1, МПК 7 G09F 13/30, опубл. 20.11.2011, Бюл.№32), включающее 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. Система автоматического регулирования содержит фазовый и частотный каналы, датчик оборотов электродвигателя и частотный датчик, установленные на электродвигателе. На валу электродвигателя, имеющего полость, 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 напряжения. Устройство также содержит блок оптических пар, состоящий из внутренней и внешней втулок, соосно вставленных друг в друга с 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. При этом, в данное устройство 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, в имеющейся кольцевой полости стенок которого, помещены вращающиеся кронштейны со светоизлучателями, а между нижней частью каждого кронштейна и внешней стенкой кольцевой полости прозрачного экрана установлен подшипник. Кроме того, нижний конец внутренней втулки с излучателями блока оптических пар, закреплен в центре дна прозрачного экрана.

Недостатком данного устройства являются малые яркость и контрастность воспроизводимого изображения, снижающиеся с увеличением размера экрана, что обусловлено ограниченным количеством светоизлучателей (два столбца).

Другим недостатком устройства следует считать повышенный износ подшипников из-за высокой скорости вращения вала электродвигателя, что связано с необходимостью данной конструкции иметь только два диаметрально противоположно расположенных между собой на основании светоизлучающиих столбцов. Например, при стандартном телевизионном сигнале с частотой развертки кадров 50 Гц, скорость вращения вала светоизлучателей, при наличие у прототипа двух светодиодных столбцов (одного для нечетного поля, а другого - для четного), должна соответствовать 1500 об/мин.

Задачей изобретения является создание устройства формирования изображения позволяющего повысить качество воспроизводимого изображения, а также увеличить срок службы его работы.

Технический результат состоит в повышении качества воспроизводимого изображения и увеличении срока службы устройства.

Технический результат решается тем, что в устройство формирования изображения, содержащее корпус (нижнее кольцевое основание) с установленным на него верх дном прозрачным первым стаканообразным кожухом (экраном), второй и третий стаканообразные кожухи, 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, на нижней части вала которого, выполненного полым, установлено сбалансированное основание, содержащее печатную плату, на которой размещены вращающий блок индикации, содержащий светоизлучатели, 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, подключенная к входу блока питания электронных вращающихся устройств, а во втором - статорная, подключенная к внешнему источнику электропитания переменного тока, блок оптических пар, состоящий из внутренней и внешней втулок, соосно вставленных друг в друга с 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 нечетного и четного полей видеосигнала, введен четвертый стаканообразный кожух с отверстием в центре дна, второй стаканообразный кожух содержит отверстие в центре дна и установлен вверх дном на кольцевое основание, поверх прозрачного кожуха с воздушным зазором и соосно с ним, третий стаканообразный кожух установлен сверху второго кожуха, на котором также установлен электродвигатель с валом, проходящим через его отверстие, роторный сердечник вращающегося трансформатора установлен на сбалансированном основании, соосно валу электродвигателя, а статорный сердечник установлен на внутренней поверхности дна второго кожуха, внешняя втулка блока оптопар установлена на верхнем конце вала электродвигателя, а внутренняя втулка установлена в центре дна внутренней поверхности третьего кожуха, при этом четвертый стаканообразный кожух размещен в воздушном зазоре между первым прозрачным и вторым кожухами и закреплен соосно на сбалансированном основании, на внутренней стенке четвертого кожуха размещены светоизлучатели блока индикации, установленные вертикально друг под другом, образуя ряд столбцов равномерно расположенных по окружности, причем светоизлучатели нечетные в каждом столбце, считая сверху вниз, формируют при вращении четвертого стаканообразного кожуха одновременно все фрагменты изображения нечетного поля, а четные - все фрагменты изображения четного поля.

Дополнительным отличительным признаком предлагаемого устройства формирования изображения является то, что в него введен опорный шариковый подпятник вала электродвигателя, содержащий соосно установленные между собой и с воздушным зазором роторный и статорный диски с полусферическими полостями, обращенными друг к другу, в которые установлен шарик, причем роторный диск установлен на нижнем конце вала электродвигателя, а статорный - на верхней поверхности дна прозрачного кожуха, с возможностью регулировки.

Введение в устройство формирования изображения четвертого стаканообразного кожуха с установленными на его внутренней стенке определенного количества столбцов из светоизлучтелей, нечетных - для левого глаза и четных - для правого глаза, равномерно расположенных по окружности, позволяет повысить качество воспроизводимого стереоскопического изображения, при одновременном увеличении срока службы электродвигателя, за счет снижения скорости вращения вала.

Введение в предлагаемое устройство опорного шарикоподшипникового подпятника для вала электродвигателя, предотвращает возможность поперечного колебания вращающегося полого цилиндра со светоизлучателями (экрана), что обеспечивает качественное восприятие воспроизводимого изображения, а также снижает нагрузку на подшипники электродвигателя.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена в разрезе упрощенная конструкция предложенного устройства формирования изображения по п.1; на фиг.2 показана в разрезе упрощенная конструкция вращающегося трансформатора для передачи электропитания переменного напряжения в блок питания электронных вращающийся устройств; на фиг.3 показан в разрезе упрощенном виде блок оптических пар передачи внешних видеоданных; на фиг.4 представлена в разрезе упрощенная конструкция предложенного устройства формирования изображения по п.2; на фиг.5 представлена в разрезе упрощенная конструкция подпятника электродвигателя; на фиг.6 показана упрощенная структурная схема предлагаемого изобретения; на фиг.7 и фиг.8, показана кадровая чересстрочная развертка стереоскопического изображения, сформированная из фрагментов развертки нечетного поля (для левого глаза) и четного поля (для правого глаза).

Устройство формирования изображения 1 (фиг.1-6) содержит корпус 2 (нижнее кольцевое основание 2) с установленным на него верх дном прозрачным первым стаканообразным кожухом 3 (экраном 3), второй 4 и третий 5 стаканообразные кожухи, источник 6 сигнала стереоскопического изображения 7 (фиг.6), содержащего нечетное поле для левого глаза и четное поле для правого глаза, подключенный к видеокодеру 8 и селектору 9 синхроимпульсов 10 сигнала изображения 7 (видеосигнала 7), бесконтактный электродвигатель 11 с системой автоматического регулирования 12 скорости вращения вала 13, содержащей фазовый 14 и частотный 15 каналы, датчик оборотов 16 электродвигателя 11 и частотный датчик 17, установленные на электродвигателе 11, выход фазового канала 14 подключен к первому входу частотного канала 15, а ко второму входу - частотный датчик 17, выход частотного канала 15 подключен к питанию электродвигателя 11, датчик оборотов 16 подключен к первому входу фазового канала 14, а ко второму входу селектор 9 синхроимпульсов 10 видеосигнала 7, поляризационные очки 18, к электронным затворам 19 и 20 которых подключен датчик оборотов 16 электродвигателя 11, на нижней части вала 13 которого, имеющего полость 21, установлено сбалансированное основание 22, содержащее печатную плату 23, на которой размещены вращающий блок индикации 24, содержащий светоизлучатели 25 (например, светодиоды 25), коммутатор 26, блок управления излучением 27 светоизлучателей 25, имеющий раздельные схемы управления для каждого светоизлучателя 25 (не показано), формирователь сигнала изображения 28, блок питания 29 электронных вращающихся устройств, вращающийся трансформатор 30 (фиг.1, 2, 4), содержащий соосно установленные роторный 31 и статорный 32 магнитные сердечники броневого типа с осевыми отверстиями 33 и 34, кольцеобразными полостями 35 и 36, обращенными друг к другу с малым воздушным зазором 37, в первом из которых установлена роторная обмотка 38, подключенная к входу блока питания 29 электронных вращающихся устройств, а во втором - статорная 39, подключенная к внешнему источнику электропитания переменного напряжения 40, блок оптических пар 41 (фиг.1, 3, 4), состоящий из внутренней 42 и внешней 43 втулок, соосно вставленных друг в друга с воздушным зазором 44, внутренняя втулка 42 состоит из прозрачных цилиндрически полых секций 45, содержащих светоизлучатели 46 с круговой диаграммой излучения, подключенные к выходу видеокодера 8 и экраны 47 от излучения, внешняя втулка 43 содержит пазы 48 с фотоприемниками 49, расположенными напротив соответствующих прозрачных секций 45 со светоизлучателями 46, выход каждого фотоприемника 49 подключен к соответствующему входу формирователя сигнала изображения 28, выход которого подключен к входу блока управления излучением 28 светоизлучателей 25, в свою очередь, выход которого соединен с коммутатором 26, к его коммутационному входу подключен датчик оборотов 16 электродвигателя 11, а выходы подключены, соответственно, к блоку индикации 24 для поочередного переключения светоизлучателей 25 нечетного и четного полей видеосигнала 7. При этом в устройство 1 введен четвертый стаканообразный кожух 50 с отверстием в центре дна (не показано), второй стаканообразный кожух 4 содержит отверстие 51 в центре дна и установлен вверх дном на кольцевое основание 2, поверх прозрачного кожуха 3 с воздушным зазором 52 и соосно с ним, третий стаканообразный кожух 5 установлен сверху второго кожуха 4, на котором также установлен электродвигатель 11 с валом 13, проходящим через его отверстие 51, роторный сердечник 31 вращающегося трансформатора 30 установлен на сбалансированном основании 22, соосно валу 13 электродвигателя 11, статорный сердечник 32 установлен на внутренней поверхности дна второго стаканообразного кожуха 4, внешняя втулка 43 блока оптопар 41 установлена на верхнем конце вала 13 электродвигателя 11, а внутренняя втулка 42 установлена в центре дна нижней поверхности третьего кожуха 5, при этом четвертый стаканообразный кожух 50 размещен в воздушном зазоре 52 между первым 3 и вторым 4 стаканообразными кожухами и закреплен соосно на сбалансированном основании 22, на внутренней стенке четвертого стаканообразного кожуха 50 размещены светоизлучатели 25 блока индикации 24. установленные вертикально друг под другом, образуя ряд столбцов 53 (фиг.6) равномерно расположенных по окружности, причем светоизлучатели 25. нечетные в каждом столбце 53, считая сверху вниз, формируют при вращении цилиндра одновременно все фрагменты изображения нечетного поля (фиг.7а), а четные из них - все фрагменты изображения четного поля (фиг.7б).

В зависимости от поставленной задачи, например, при наличии в устройстве 1 развертки изображения большого диаметра (четвертого стаканообразного кожуха 50 большого диаметра), в него введен опорный шариковый подпятник 54 вала 13 (фиг.1, 3, 5) электродвигателя 11, содержащий соосно установленные между собой и с воздушным зазором 55 роторный 56 и статорный 57 диски с полусферическими полостями 58 и 59, обращенными друг к другу, в которые установлен шарик 60, причем роторный диск 56 установлен на нижнем конце вала 13 электродвигателя 11, а статорный 57 - на верхней поверхности дна прозрачного кожуха 3, с возможностью его регулирования и фиксации после балансировки вращающихся узлов и дополнительной опоры вращающих узлов устройства.

Устройство формирования стереоскопического изображения 1 (фиг.6) работает следующим образом.

Видеосигнал 7 от источника стереоскопического изображения 6, формируемый либо видеокамерой, либо сформированный, как продукт программы компьютерной графики, поступает одновременно на видеокодер 8 и селектор 9. При этом, из двух поступающих видеосигналов, для левого глаза выделяется нечетное поле, для правого глаза - четное, а селектор 8 выделяет, соответственно, синхроимпульсы 10 нечетного поля для левого глаза и четного поля - для правого. Далее, видеосигналы 7 поступают на мультиплексор полей, размещенный в видеокодере 8 (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 46 блока оптических пар 41 с круговой диаграммой излучения. Вращающиеся фотоприемники 49 блока оптических пар 41, расположенные напротив соответствующих светоизлучателей 46, принимают потоки видеоданных и далее, подают в формирователь сигнала изображений 28. В формирователе сигнала изображений происходит их декодирование, мультиплексирование и разделение видеоданных каждого поля на ряд блоков видеоданных (не показано), равных количеству столбцов 53 светоизлучателей 25 блока индикации 24 с последующей их подачей в буферное запоминающееся устройство (не показано). Затем, с выхода формирователя сигнала изображений 28, блоки видеоданных каждого поля одновременно (параллельно) подаются на соответствующие входы блока управления излучения 27 светоизлучателей 25, имеющего раздельные схемы управления для каждого светоизлучателя 25 (не показано), откуда, затем через коммутатор 26, коммутируемый с частотой смены полей, подаются, одновременно (параллельно) на светоизлучатели 25 соответствующих столбцов 53 равномерно установленных на внутренней поверхности четвертого стаканообразного кожуха 50 (фиг.6).

В процессе вращения вала 13 электродвигателя 11 светоизлучатели 25 нечетные в каждом столбце 53, считая сверху вниз, формируют при вращении цилиндра 50 одновременно все фрагменты изображения нечетного поля (фиг.7а), а четные из них - все фрагменты изображения четного поля (фиг.7б).

Для исключения геометрических искажений изображения (сдвига по горизонтали фрагментов нечетного и четного полей кадра), нечетные светоизлучатели 25 первого столбца 53 формируют первый фрагмент изображения для левого глаза, а четные светоизлучатели последующего за первым столбцом второго столбца, формируют первый фрагмент изображения для правого глаза (фиг.8). Это позволяет совместить по вертикали начало строк нечетного и четного полей.

Для стереоскопического отображения изображения на пространственной развертке, образуемой вращающимися светоизлучающими элементами 25, использованы поляризационные очки 18 с управляемыми жидкокристаллическими затворами 19 и 20, 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 16 вала 12 электродвигателя 11 подаваемых на коммутатор 70. Переключение затворов 19 и 20 можно осуществлять беспроводным способом, например, с помощью ИК-излучения.

В данном устройстве 1 яркость и контрастность стереоскопического изображения, а также скорость вращения вала 12 электродвигателя 11 будут зависеть от количества столбцов 53 светоизлучателей 25. Чем больше столбцов 53 светоизлучателей 25, тем больше яркость и контрастность изображения и меньше скорость вращения вала 12 электродвигателя 11, что увеличивает срок службы электродвигателя 11.

Формирование постоянного напряжения электропитания для вращающихся электронных устройств, происходит следующим образом. Переменное напряжение, подаваемое от внешнего источника электропитания 40 в статорную обмотку 39 вращающегося трансформатора 30, индуцирует ЭДС в роторной обмотке 38. При подключении к роторной обмотке 38 блока электропитания 29, на его выходе формируется стабилизированное напряжение постоянного тока, которое подается для электропитания вращающихся электронных блоков.

Количество оптических пар блока 41, определяющее разрядность кодируемого видеосигнала, зависит от скорости потоков видеоданных (цифрового видеосигнала). Экраны 47 обеспечивают защиту работы каждой оптической пары от излучения соседних оптических пар блока 41.

Предлагаемое устройство может найти применение в качестве монитора с круговым стереоскопическим обзором, например, в тренажерах для подготовки летного состава и диспетчеров управления воздушным движением, в компьютерном конструировании и моделировании и др.