Проекционная система с торцевой проекцией и видеопроектор для этой системы - RU2606010C2

Чертежи

Описание

Область техники

Изобретение относится к проекционным системам отображения визуальной информации оптической проекцией на зрительном проекционном экране.

Предлагаемые проекционные системы предназначены для массового и профессионального использования в качестве систем отображения визуальной информации: кинопроекционных систем, проекционных телевизоров и компьютерных дисплеев, информационных, учебных, видеоконтрольных и видеорекламных мониторов и других видеоинформационных систем.

Уровень техники.

Широко известна система фронтпроекции на диффузно-рассеивающем отражающем белом зрительном экране. Проектор располагают перед экраном с фронтальной стороны (со стороны зрителя) с ориентацией оси проекции перпендикулярно к экрану или под углом до 35 градусов к нормали экрана (с трапецеидальной видеокоррекцией).

Фронтпроекционная система конструктивно проста. Проекционный экран тонкий, легкий, гибкий, может сворачиваться в рулон (для хранения или переноски в нерабочем состоянии) и разворачиваться из рулона для трансформации под любые форматы экранного изображения.

Недостатками фронтпроекционной системы являются: возможность комфортного наблюдения с высокими оптическими параметрами проекции только в затемненных помещениях, так как экранное изображение засвечивается внешним паразитным светом (снижающего контраст, цветопередачу и четкость наблюдаемого экранного изображения).

Широко известна система рирпроекции - обратной проекции, то есть проекции на тыльную сторону просветного зрительного экрана, диффузно-рассеивающего эту проекцию. Проектор располагают с тыльной стороны под экраном, а проекционный пучок оптически отклоняют плоскими наклонными к экрану зеркалами и линзой Френеля (установленными с обратной стороны экрана) для уменьшения глубины проекционного пространства за экраном и уменьшения глубины проекционной системы.

Для антибликовой защиты экранного изображения рирпроекционные экраны тонируют черным полупрозрачным покрытием или на экране формируют линзовый растр из цилиндрических линз для фокусировки проекции в тонкие прозрачные линейные выходные окна с диффузно-рассеивающим матированием для рассеивания проекции. Для антибликовой защиты экранного изображения экран вокруг этих выходных окон закрашивают матовой черной краской. Это существенно снижает паразитную засветку и повышает визуальный комфорт наблюдения экранных изображений при слабозасвеченных экранах в помещениях (кн: Макарцев В.В., Хесин А.Я., Штейнберг А.Л. Большеэкранные видеосистемы. – М.: СП «Панас», 1993, рис. 2 а, стр. 21, рис 3 на стр. 22, рис. 22 на стр. 81, рис 23 на стр. 82, стр. 70-83, 147-155).

Недостатком рирпроекционной системы являются сложная и дорогая конструкция проекционной системы, плохие оптические параметры наблюдаемого экранного изображения, большие габариты и масса, невозможность свертывания системы в нерабочем положении, невозможность трансформации экрана в другие форматы экранного изображения.

Общими недостатками фронтпроекционных и рирпроекционных систем являются повышенное энергопотребление, низкое качество экранной проекции, проблемы формирования остронаправленных проекций с равномерной яркостью по полю изображения, проблемы формирования многоракурсных проекций для одновременного наблюдения различных полноэкранных изображений разными зрителями из разных секторов наблюдения этих проекций. Указанные недостатки связаны с диффузным светорассеиванием проекции экранами и низкой световой эффективностью систем проекции аналогов.

Прототипом изобретения, наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату, является предшествующее изобретение автора «Проекционная система» (Патент РФ №2242037, 7 G03B 21/00, 21/56, G02B 27/22, приоритет от 08.07.1999), автор Арсенич С.И. (автор предлагаемого изобретения «Проекционная система с торцовой проекцией»). В прототипе проекционная система содержит зрительский проекционный экран для фронтальной или просветной проекций, один или несколько проекторов, установленных со стороны торца этого экрана. В других вариантах на торцах проекционных экранов дополнительно установлены торцовые плоские зеркала для проекции на эти зеркала с последующим отклонением и расширением проекционного пучка на плоскость экрана. Торцовые зеркала обеспечивают установку проекторов на дальней дистанции от экрана или установку проекторов на торце экрана (напротив этих зеркал). Торцовые зеркала существенно уменьшают объем и глубину проекционного пространства, габариты и массу рирпроекционных систем. На проекционном экране сформирована растровая система из светорассеивателей проекционных лучей, выполненных из оптических микролинз, микропризм, микрозеркал для захвата, отклонения и фокусировки проекционных лучей, направленных проекторами на эти светорассеиватели. Входные окна светорассеивателей конструктивно совмещены с поперечным сечением проекционных лучей (направленных на эти окна с торца экрана) так, чтобы максимально захватывать эти проекционные лучи. Фронтальные стороны экрана или светорассеивателей окрашены в матово-черный цвет для антибликовой защиты экранного изображения и маскировки светорассеивателей от видимости зрителями. В точках фокусировки проекционных лучей светорассеивателями на фронтальной стороне экрана или светорассеивателей сформированы прозрачные выходные микроокна минимальной площади для вывода проекционных лучей в сектор наблюдения экранных изображений.

Для наблюдения фона за краном (в прозрачных видеовитринах) площади проекционных экранов между светорассеивателями можно выполнить прозрачными.

Для многоракурсной проекции, например, несколько проекторов располагают на расчетном расстоянии друг от друга. Каждый светорассеиватель растра выполнен с несколькими выходными окнами. Каждое окно светорассеивателя пропускает проекционные лучи только от определенного одного проектора в один сектор наблюдения полноэкранного изображения, формируемого этим проектором. В других вариантах многоракурсной проекции на экране располагают несколько растров, совмещенных в общей площади экрана, и несколько проекторов, закрепленных на разных торцах экрана. Определенный проектор оптически сопряжен только с одним соответствующим растром. Этот растр конструктивно выполнен для ориентации проекции только в соответствующий один сектор наблюдения зрителями полноэкранного изображения (формируемого этим проектором).

На чертеже прототипа показаны конструкции светорассеивателей на экране с известными растрами из сферических микрозеркал, наклоненных к плоскости экрана, с прозрачными выходными окнами на экране с антибликовым покрытием фронтальной поверхности экрана.

В прототипах по сравнению с аналогами (фронтальной или просветной проекции) торцовая проекция особенно с торцовыми зеркалами обеспечивает многократное уменьшение глубины проекции и габаритной глубины проекционной системы (измеряемых вдоль нормали к экрану). Торцовые зеркала позволяют расположить проектор на торце экрана для жесткой постоянной фокусировки и ориентации проектора на торцовое зеркало. Многоракурсная проекция обеспечивает одновременное наблюдение разными зрителями (в разных секторах наблюдения этих проекций) нескольких полноэкранных проекций (формируемых разыми проекторами).

Недостатком прототипа является конструкция растров закрытого типа, то есть растра, закрытого антибликовым покрытием экрана для маскировки растра от бликов и видимости растра зрителями и исключения паразитной внешней засветки экранного изображения. Конструкции закрытых оптических растров показаны на фигуре 5 чертежа прототипа. Такие растры могут быть выполнены только в виде жестких пластин из нескольких слоев разных оптических элементов в растре (в одной растровой пластине один или два слоя микропризм, слой микролинз, слой микрозеркал и слой антибликовой маски на экране с прозрачными выходными окнами). Площадь каждого светорассеивателя занимает примерно 50-100% площади экрана вокруг контура этого светорассеивателя. Такие проекционные экраны технологичны и качественны при их изготовлении интегральной технологией высокоточного прецизионного литья (из оптических пластмасс) экранных пластин для обеспечения жесткого постоянного сопряжения всех оптических элементов в каждом светорассеивателе (сопряженного с выходными окнами). Для антибликовой защиты необходима высокоточная окраска фронтальной стороны площадей экрана вокруг прозрачных выходных микроокон. Для конструкций светорассеивателей со сложным рельефом эти технологии сложные и дорогостоящие. Жесткие проекционные экраны невозможно трансформировать в разные площади и форматы, сворачивать, сжимать или складывать по частям. Пробивка выходных микроокон в экране (для полного исключения бликов) и сопряжение этих окон с точками фокусировки проекционных лучей технологически сложная и дорогая. Создание проекционных систем с комплексным растром (из многослойных растров жесткой конструкции с разными оптическими параметрами, совмещенных в общей площади) технологически сложно для массового производства.

Причины недостатков прототипа являются: высокие требования к технико-эксплуатационным параметрам многослойных растров из разных оптических элементов в светорассеивателях (закрытых антибликовыми элементами экрана) или растров светорассеивателей с прозрачными выходными микроокнами, постоянно, жестко и точно сопряженными оптически с фокусирующими элементами растра. Такие растры ограничивают оптические параметры проекций и возможности расширения технико-эксплуатационных параметров проекционных систем с торцовой проекцией.

Раскрытие изобретения

Задачей, решаемой заявленным изобретением, является существенное усовершенствование конструкции проекционных систем с торцовой проекцией и конструкции проекторов для этих систем, повышение технико-эксплуатационных параметров и обеспечение новых эффективных технико-эксплуатационных параметров.

Целью изобретения и единым техническим результатом изобретения является создание упрощенной конструкции проекционных систем с торцовой проекцией с антибликовыми проекционными экранами с открытым (с фронтальной стороны экрана) однослойным антибликовым оптическим микрозеркальным растром, закрепленным на минимальной площади этого экрана, для повышения технико-экономической эффективности проекционных систем и обеспечения новых технико-эксплуатационных параметров для этих систем.

Дополнительным техническим результатом согласно п. 2 формулы изобретения является существенное снижение заметности муара спроецированного экранного изображения от пиксельной структуры экрана и любого типа проекции с аналоговым или цифровым типом изображения, с разным разрешением (числом строк и пикселей) и с разными форматами пикселей.

Дополнительным техническим результатом согласно п. 3 формулы изобретения является возможность простого и быстрого изменения оптических параметров проекции путем упрощенной и быстрой смены экранов с разными растрами или переворота целого экрана или экранных полос экранов типа жалюзи с разными растрами (каждый растр обеспечивает разные оптические параметры проекций) на разных сторонах экрана.

Дополнительным техническим результатом согласно п. 4 формулы изобретения является возможность универсального использования проекционной системы за счет выбора зрителем проекции с требуемыми параметрами в ручном, дистанционно управляемом или автоматическом режимах включения и выключения проекторов или механического смещения этих проекторов в точки фиксированных ракурсов проекции. Этим обеспечивается одновременное наблюдение одинаковых или разных полноэкранных изображений на всем экране или на частях площади этого экрана. Например, на больших киноэкранах в кинозалах обеспечивается комфортный просмотр экранных изображений с оптимальными углами поля зрения зрителями, расположенными в разных секторах кинозала на разных дистанциях от киноэкрана и на разных расстояниях от центральной продольной линии зала. На информационных видеоэкранах обеспечивается возможность одновременного комфортного видеонаблюдения зрителями общей или различной видеоинформации из разных секторов наблюдения в полноэкранном формате на дальней дистанции от экрана или на частях экрана для зрителей, расположенных в секторах наблюдения, приближенных к экрану. При этом размер площади экранного изображения оптимизируется с учетом обеспечения комфортных углов полей зрения для наблюдаемых изображения на минимальной дистанции от зрителя до центра этого экранного изображения. В других вариантах обеспечивается возможность легкого и быстрого регулирования проекционной системы для установки необходимых углов ориентации проекции и углов диаграммы направленности проекции для повышения энергосбережения и времени автономного электропитания проекционных систем. Например, разные экранные растры и видеопроекторы в единой проекционной системе могут обеспечить следующие параметры проекций и рабочие режимы эксплуатации при расположении зрителей в разных секторах наблюдения и комфортных условий наблюдения при движении зрителей перед экраном, например:

- коллективный просмотр общего полноэкранного изображения несколькими зрителями при широкоугольной проекции, обеспечивающий светорассеивание в широких горизонтальных углах, примерно от 50 до 120 град.;

- просмотр остронаправленной проекции, обеспечивающей светорассеивание в горизонтальных и вертикальных «острых» углах, примерно от 5 до 50 град., для индивидуального или конфиденциального просмотра с возможностью многократного повышения энергосбережения и использования автономного многочасового электропитания видеопроектора от солнечной батареи или аккумулятора (при остронаправленной проекции с коэффициентами усиления яркости экрана около 26 единиц с горизонтальным углом 20 град. и вертикальным углом 20 град. диаграммы направленного светорассеивания).

- одновременный коллективный просмотр многоракурсной проекции на общем экране, например одновременный просмотр разных полноэкранных изображений разными зрителями из разных секторов наблюдения.

Дополнительным техническим результатом согласно п. 5 формулы изобретения является возможность быстрого и простого ручного или дистанционного выбора зрителем или авторегулятором экрана с требуемым растром и возможность формирования требуемой площади изображения и/или формата экранного изображения с исключением черных полей при разных форматах экранного изображения.

Дополнительным техническим результатом согласно п. 6 формулы изобретения является возможность создания целых или разборных рирпроекционных систем с большим экраном или видеостены с минимальной глубиной проекционного пространства и минимальной глубиной проекционной системы (обеспечиваемой количеством этих секций, минимальными дистанциями торцовой проекции в площади каждой секции).

Дополнительным техническим результатом согласно п. 7 формулы изобретения является создание простейшей, легкой с гибкой, сжимаемой или сворачиваемой конструкцией экрана для упрощения трансформации площади экрана по его ширине или высоте зрителем вручную или с помощью дистанционно управляемого автопривода. При использовании задней матерчатой черной шторки или черной поверхности за экраном обеспечивается полная антибликовая защита экранного изображения. В другом варианте при использовании экрана с прозрачным материалом или просветными ячейками сеточного экрана без антибликовой шторки обеспечивается возможность четкого одновременного наблюдения зрителями экранного изображения и фона за экраном. Экраны вручную или автоматически можно сворачивать или сжимать (в нерабочем положении) в минимальную площадь или компактный объем для переноски и транспортировки в компактной таре или скрытия в шкафу, за занавеску и т.д. и быстро разворачивать в рабочее положение.

Дополнительным техническим результатом согласно п. 8 формулы изобретения является возможность постоянной автономной самоочистки и самозащиты микрозеркал от пыли и влаги за счет формирования постоянной воздушной подушки на поверхности микрозеркал. Это исключает оптические искажения от влаги на микрозеркалах, сохраняет оптимальные оптические параметры зеркальных растров и визуальное качество экранных проекций.

Дополнительным техническим результатом согласно п. 9 формулы изобретения является обеспечение возможности использования проекционных систем на открытом пространстве с антивандальной защитой экрана от механических повреждений и защитой экрана и проектора от атмосферных явлений (ветра, дождя и снега, инея, мороза, солнечной радиации грязи и пыли).

Дополнительным результатом согласно п. 10 формулы является исключение повреждения или поломки проекционной системы от давления на него сильного ветра при сильном ветре и урагане за счет свободного поворота экрана подобно флюгеру под давлением сильного ветра на всю площадь экрана и автономного поворота экрана в рабочее положение после ослабления ветра.

Дополнительным результатом согласно п. 11 формулы изобретения является конструктивное усовершенствование видеопроекторов и оптической системы проекции за счет формирования трапециевидной видеоматрицей видеопроектора проецируемого кадра в формате трапеции без потери физического разрешения проецируемого и наблюдаемого экранного изображения в прямоугольном формате.

Дополнительным техническим результатом согласно п. 12 формулы изобретения является многократное повышение световой эффективности видеопроектора для повышения энергосбережения, автономного электропитания видеопроектора от аккумулятора или солнечной панели, а также уменьшение заметности муара, повышение равномерности яркости по полю наблюдаемого экранного изображения.

Дополнительным техническим результатом согласно п. 13 формулы изобретения является возможность использования минимального числа отдельных проекторов для формирования множества частей проекций на общем экране одним видеопроектором с несколькими проекционными блоками.

Дополнительным техническим результатом согласно п. 14 формулы изобретения является возможность выбора зрителем видеоматриц с оптимальными размерами, форматами и разрешениями проецируемого кадра.

Для выполнения поставленной цели проекционная система с торцевой проекцией содержит зрительский проекционный экран с антибликовым покрытием для фронтальной проекции или рирпроекции. Со стороны проекции перед экраном установлены один или несколько проекторов с проекционным пучком, направленным на площадь экрана. В другом варианте со стороны проекции перед экраном на торцах этого экрана установлены одно или несколько плоских торцевых зеркал. Эти зеркала наклонены к плоскости экрана для отражения проекционного пучка проектора на плоскость экрана или на другое торцовое зеркало (отражающее эти лучи на плоскость экрана). Проекторы оптически сопряжены с плоскостью экрана или с плоскостью торцевых зеркал, а плоские зеркала сопряжены с плоскостью экрана для направления проекционных лучей под углами падения к плоскости экрана, примерно, на 3 -30 градусов (между этими лучами и плоскостью экрана) по всей площади экрана или по части площади экрана. Фронтпроекционный или рирпроекционный экран выполнен с оптическим отражающим растром, состоящим из множества микрозеркальных светорассеивателей.

Существенными признаками, отличающими заявленную проекционную систему от прототипа, являются новые конструкции оптических экранных растров и проекционных экранов. В первом варианте фронтпроекционный экран выполнен с антибликовым покрытием из матово-черной или прозрачной тонкой пластины, или пленки или ткани. Оптический микрозеркальный растр выполнен из множества микрозеркал, фокусирующих, отклоняющих и рассеивающих проекционные лучи на экране в сектор наблюдения зрителями экранных изображений. Все эти микрозеркала растра закреплены в растровом порядке на фронтальной поверхности экрана и сформированы на экране в одном слое растра (названого в изобретении «однослойным растром»). В другом варианте фронтпроекционный и рирпроекционный экран выполнен из перфорированных материалов: пленки, ткани или сетки с просветными отверстиями между микрозеркалами для прозрачности экрана и «открытости» микрозеркал. Микрозеркала оптического растра закреплены на фронтальной или обратной стороне поверхности экрана и сформированы на экране в одном слое растра («однослойного растра»). Светорассеиватели выполнены в различных вариантах: например, в первом варианте каждый светорассеиватель экранного оптического растра выполнен с одним вогнуто-сферическим сегментным микрозеркалом. В другом варианте каждый светорассеиватель экранного оптического растра выполнен с одним вогнуто-сферическим сегментным микрозеркалом и одним или двумя плоскими микрозеркалами. В третьем варианте каждый светорассеиватель экранного оптического растра выполнен с одним сферически-вогнутым сегментным микрозеркалом, с одним цилиндрическим выпуклым или вогнутым сегментным микрозеркалом. В четвертом варианте каждый светорассеиватель экранного оптического растра выполнен с одним сферически-вогнутым сегментным микрозеркалом, с одним плоским микрозеркалом и одним цилиндрическим выпуклым или вогнутым сегментным микрозеркалом. Микрозеркала светорассеивателей открыты и оптически сопряжены в светорассеивателе между собой, с проекционными лучами и плоскостью торцевого зеркала и экрана. Площади этих микрозеркал, радиус кривизны сферических и цилиндрических микрозеркал, углы наклона микрозеркал к плоскости экрана выполнены с учетом оптимального захвата, фокусировки и отклонения проекционных лучей от проектора или торцевого зеркала в сектор наблюдения зрителями экранных изображений с учетом формирования этими микрозеркалами диаграммы направленного светорассеивания проекции и отражения паразитных лучей за пределы сектора наблюдения экранных изображений. Для открытия микрозеркал и прозрачности экрана в плоскости экрана выполнены просветные отверстия между микрозеркалами. Площадь антибликовой зоны вокруг проекционного объектива проектора или проекционного блока (с проекционным объективом и видеоматрицей) рассчитана с учетом отражающей площади каждого отклоняющего проекцию микрозеркала. Для формирования антибликовой зоны проектор или проекционный блок окрашены в матово-черный цвет, или на проекционном объективе закреплены контурная черненая бленда или черная маска. Элементы экрана и незеркальные (нерабочие) поверхности микрозеркал окрашены матово-черной краской. Для полной антибликовой защиты экран закреплен на черном фоне или черной антибликовой поверхности. В другом варианте для антибликовой защиты экран зашторен с тыльной стороны матово-черной шторкой. Для антибликового эффекта микрозеркала (отклоняющие проекцию в сектор наблюдения) выполнены с минимальной площадью и наклонены к плоскости экрана с учетом отклонения в сектор наблюдения зрителями экранных изображений всех проекционных лучей и изображений черного фона антибликовых поверхностей: черной, маски и/или черной бленды, и/или черной шторки за экраном, черных элементов экрана и светорассеивателей и других черных поверхностей.

Согласно п. 2 формулы проекционная система по п. 1 отличается тем, что микрозеркала светорассеивателей экранного растра выполнены раздельными и расположены на экране в количестве и порядке с учетом максимального снижения видимости зрителем муара в секторе наблюдения полноэкранного изображения. Например, каждое одно микрозеркало установлено в точке экрана, сопряженной оптически с одним пикселом проекции, падающей на экран. В другом варианте количество микрозеркал для каждого пиксела проекции на экране увеличено (для формирования субпиксельных элементов экранного изображения). В третьем варианте субпиксельные микрозеркала расположены в расчетных точках своего пиксела экранного изображения в шахматном порядке или со ступенчатым смещением относительно линий контуров спроецированных пикселей. Во втором и третьем варианте микрозеркала расположены на экране в порядке с учетом обеспечения видимости зрителем минимального числа субпикселей экранного изображения (создающих муар, видимый в секторе наблюдения).

Согласно п. 3 формулы проекционная система по п. 1 отличается тем, что экранная система выполнена с одним или несколькими экранами. Каждый экран выполнен с разным оптическим растром. Экраны расположены на механизме для их горизонтального смещения для выбора зрителем экрана с требуемыми оптическими параметрами проекции. В другом варианте экран выполнен из полос типа жалюзи с разными растрами на разных сторонах экранных полос. Экранные полосы закреплены на механизме с возможностью их поворота, сборки в пакет и разворота в рабочее положение любой стороной экрана для выбора зрителем экрана с требуемым растром.

Согласно п. 4 формулы проекционная система по п. 1 отличается тем, что несколько проекторов расположены в разных фиксированных ракурсах проекций с возможностью ручного, дистанционного или автоматического включения и выключения зрителем этих проекторов. В другом варианте один или несколько проекторов установлены на направляющей, параллельной торцу экрана, с возможностью ручного, дистанционного или автоматического смещения этих проекторов по этой направляющей в разные фиксированные точки ракурсов проекций. Для автоматического переключения или смещения этих проекторов в системе установлен блок автоматического включения и выключения этих проекторов и авторегулирования фиксированного смещения этих проекторов по этой направляющей. Этот блок содержит датчик сигнала о координатах местоположения зрителя или зрителей для отработки управляющего сигнала авторегулирования смещения определенных проекторов в фиксированные точки ракурсов проекции. Проекторы выполнены с автоприводами для автоматического горизонтального смещения этих проекторов в фиксированные ракурсы проекции по горизонтальной направляющей. На одном или нескольких зрителях или на пультах дистанционного управления проекционной системой закреплены сигнальные маячки для подачи на датчик авторегулирующего блока сигнала о координатах местоположения этих зрителей или местоположения этих пультов (в руках зрителей) перед проекционным экраном. На общей площади экрана сформирован комплексный растр, содержащий несколько индивидуальных растров для формирования каждым растром индивидуального сектора наблюдения общей или индивидуальной экранной проекции. Например, в первом варианте конструкции комплексного растра каждый светорассеиватель комплексного растра выполнен с одним сегментным сферическим фокусирующим микрозеркалом. Сферическое микрозеркало выполнено с расчетной площадью и формой, а также с расчетной кривизной вогнутой сферы микрозеркала и наклона этого зеркала к плоскости экрана для фокусирования в разных точках нескольких проекций проекторами, расположенными в разных точках фиксированных ракурсов проекции. В каждой определенной точке фокусировки этим микрозеркалом одной проекции установлено плоское или цилиндрическое микрозеркало. При этом в каждом одном светорассеивателе плоское или цилиндрическое микрозеркало в каждой точке фокусирования отличается от микрозеркал в других точках фокусировании (тем же сферическим микрозеркалом) углом наклона к плоскости экрана, а цилиндрическое микрозеркало дополнительно и радиусом кривизны цилиндрической поверхности. Плоские и цилиндрические микрозеркала выполнены с минимальной площадью зеркала. В другом варианте конструкции комплексный растр содержит несколько индивидуальных растров, совмещенных в общей площади экрана. Каждый светорассеиватель индивидуального растра выполнен с одним сегментным сферическим фокусирующим микрозеркалом и одним плоским или одним цилиндрическим микрозеркалом с учетом формирования каждым индивидуальным растром и проектором, расположенным в соответствующей фиксированной точке проекции индивидуального сектора наблюдения экранного изображения. В третьем варианте мультикомплексный растр выполнен из нескольких индивидуальных комплексных растров. Каждый индивидуальный комплексный растр выполнен по первому варианту комплексного растра. Все растры в мультикомплексном растре совмещены в общей площади экрана.

Согласно п. 5. формулы проекционная система отличается тем, что экран выполнен из отдельных вертикальных или горизонтальных полос, собранных в конструктивную систему типа жалюзи. Экранные полосы закреплены на механизме ручной, или дистанционной, или автоматизированной раздвижки и разворота зрителем всех экранных полос в рабочее положение для формирования требуемой площади проекционного экрана и/или требуемого формата экранного изображения, а также для сдвижки экранных полос в нерабочем положении в компактный пакет (для уборки экрана в тару, в шкаф или за занавеску, для транспортировки или переноски всей проекционной системы).

Согласно п. 6 проекционная система отличается тем, что рирпроекционная система выполнена многосекционной. Целый проекционный экран с обратной стороны выполнен из нескольких экранных секций с автономной рирпроекцией в каждой секции. Секции экрана выполнены для формирования полноэкранного изображения без видимых зрителем стыков между секциями на целом экране. В каждой экранной секции на одном или нескольких торцах установлено одно или несколько торцовых зеркал для отражения проекции на зеркальный растр в площади этой секции. Напротив определенного торцового зеркала установлены соответственно один или несколько проекторов или проекционных оптических блоков с проекционным объективом и видеоматрицей, подключенных к видеоконтроллеру для формирования многооконного изображения или к видеопроектору с многоканальным видеовыходом для подключения нескольких проекционных блоков.

Согласно п. 7 проекционная система отличается тем, что экран выполнен из сгибаемой или сминаемой или упругорастягиваемой экранной ткани, пленки или экранной сетки. На экранной пленке или нитях экранной сетки раздельно закреплены отдельные светорассеиватели или группы светорассеивателей растра с увеличенными зазорами между дискретными площадками фиксации микрозеркал. Экранная пленка в площади этих зазоров между площадками фиксации светорассеивателей выполнена с антибликовым покрытием или прозрачна. В сеточном экране ячейки экранной сетки выполнены с дырочными просветами. Прозрачные зазоры или просветы между микрозеркалами выполнены с размерами, обеспечивающими возможность четкого наблюдения экранных проекций на видимом внешнем фоне за экраном и возможность развертки или растяжки этого экрана до размеров площади полного экрана или требуемого формата экранного изображения. Эти зазоры или просветы выполнены также с возможностью свертки зрителем экрана или его части в нерабочее положение. Для полной антибликовой защиты экранного изображения за экраном закреплена черная матовая шторка или экран располагают на черной матовой поверхности.

Согласно п. 8 формулы проекционная система отличается тем, что между проекционным экраном и опорной воздухонепроницаемой поверхностью, на которой закреплен этот экран, или между проекционным экраном и воздухонепроницаемой антибликовой шторкой сформирована воздуховодная зона. На площади этого экрана перед каждым микрозеркалом светорассеивателей выполнено отверстие для продувки этих микрозеркал очищенным и сухим воздухом, направленным на эти микрозеркала из этой зоны. С этой зоной соединен воздушный компрессор или всасывающий вентилятор низкого воздушного давления. Компрессор или вентилятор совмещены с воздушным фильтром для очистки воздуха от пыли и влаги и подачи осушенного и отфильтрованного воздуха в эту зону (из пространства за пределами этой зоны).

Согласно п. 9 формулы проекционная система по п. 1 отличается тем, проекционный экран закрыт с фронтальной стороны просветной матово-черной сеткой, или прозрачной прочной защитной пленкой с антибликовым покрытием, или защитным стеклом с антибликовым покрытием. Для использования проекционной системы на открытом пространстве проекционная система дополнительно с тыльной стороны закрыта защитным коробом для защиты экрана и проектора от атмосферных воздействий, перепада температур и солнечной радиации.

Согласно п. 10 формулы проекционная система по п. 1 отличается тем, что экран или его части выполнены на поворотной стойке с возможностью поворота этого экрана вокруг оси этой стойки под давлением ветра на площадь экрана. Стойка для одного экрана или все стойки для каждой части экрана расположены со смещением относительно вертикальной оси симметрии и центра тяжести экрана. На экране или на стойке экрана установлены пружина или демпфер для самовозврата экрана в рабочее положение при слабом ветре.

Согласно п. 11 формулы изобретения видеопроектор для использования в проекционной системе по п. 1 содержит электронный блок формирования видеосигналов с видеовходами для подключения внешних источников видеоинформации и видеовыходами. К видеовыходам этого блока подключена видеоматрица с RGB видеомонитором для формирования проецируемых полноцветных кадров трапециевидного формата. Над RGB видеомонитором установлен проекционный объектив под расчетным углом наклона оптической оси этого объектива к плоскости RGB видеомонитора для проекции кадров (формируемых этим видеомонитором) с оптическим увеличением этим объективом на проекционном экране для экранного изображения в прямоугольном формате.

Видеопроектор отличается тем, что его видеоматрица конструктивно выполнена с геометрическим расположением пиксельных элементов R - красного, В - синего и G - зеленого цветов на RGB-видеомониторе в трапециевидном формате для прямого формирования проецируемого кадра трапециевидного формата без видеопрограммной трансформации кадра. Число пикселей в проецируемом кадре трапециевидного формата на этом RGB-видеомониторе соответствует числу пикселей прямоугольного формата. Число пикселей изображения в кадре трапециевидного формата, проецируемого этим RGB-видеомонитором, равно числу пикселей для прямоугольного цифрового формата (для цифровых плоских мониторов с точностью передачи цифрового разрешения пиксел-в- пиксель). Такая проекционная система обеспечивает экранную проекцию для наблюдения изображения в прямоугольном формате без потери физического разрешения (числа пикселей) с равномерной яркостью по полю наблюдаемого экранного изображения.

Согласно п. 12 видеопроектор по п. 11 отличается тем, что в видеоматрице RGB видеомонитор для формирования проецируемого полноцветного кадра выполнен в виде матрицы из светодиодов R - красного, G - зеленого и В - синего цветов. Светодиоды расположены на плоскости видеомонитора с триадой RGB-светодиодов в каждом пикселе проецируемого изображения в трапециевидном формате. Над плоскостью RGB-видеомонитора установлена плоская оптическая матрица микрофоконов. Микрофоконная матрица выполнена в виде пластины из оптического растра полых пирамидальных микрофоконов. Боковые грани пирамиды любого микрофоконов изнутри зазеркалены. Входные широкие окна (в основании пирамиды микрофокона) и узкие выходные окна в усеченной вершине пирамиды любого микрофокона дырочные просветные. На микрофоконной матрице закреплена и оптически сопряжена с ней плоская оптическая матрица сферических фокусирующих микролинз. В фоконной матрице (для всех микрофоконов) площадь одного пиксела с триадой светодиодов RGB-цветов формируемого видеомонитором изображения оптически закрыта одним входным окном микрофокона. Выходное окно этого микрофокона совмещено с центром основания одной микролинзы микролинзовой матрицы для сужения и смешения лучей от пиксельной триады RGB-светодиодов в выходном окне этого микрофокона и сведения этих лучей микролинзой в площадь входного отверстия проекционного объектива (проекционного блока видеопроектора). Геометрическая форма и размер площади выходного окна каждого фокона выполнены с учетом обеспечения максимальной световой эффективности видеопроектора, снижения заметности муара экранного изображения и обеспечения равномерности яркости и точности цветопередачи по полю наблюдаемого зрителями экранного изображения.

Согласно п. 13 формулы видеопроектор по п. 11 отличается тем, что он выполнен с многоканальным электронным блоком формирования видеосигналов. Блок выполнен с несколькими видеовходами для ввода видеосигналов от источников видеоинформации и видеовыходами для вывода видеосигналов от разных каналов. Блок выполнен с возможностью формирования отдельным каналом на каждом видеовыходе отдельного видеосигнала для формирования целого кадра или части кадра, проецируемого изображения. Видеопроектор выполнен с несколькими электронно-оптическими проекционными блоками, каждый проекционный блок содержит трапециевидную видеоматрицу и проекционный объектив. Проекционный объектив оптически сопряжен с этой видеоматрицей для проекции части кадра на общем зрительском экране. Видеоматрица каждого определенного проекционного блока подключена к соответствующему отдельному видеовыходу электронного блока.

Согласно п. 14 видеопроектор по п. 11 отличается тем, что видеопроектор или проекционные блоки видеопроектора содержат механизм ручной или автоматической замены видеоматриц с двумя или большим числом сменных видеоматриц, а видеоматрицы отличаются форматом, и/или числом пикселов проецируемого кадра, и/или размером проецируемого кадра.

Краткое описание чертежей

На фигуре 1 изображена фронтпроекционная системы для торцевой проекции с торцовым зеркалом (слева - фронтальный вид, в центре и справа - виды сбоку в продольном разрезе).

На фигуре 2 изображены продольные разрезы (слева) и фронтальные виды (справа) оптических растров разных типов светорассеивателей, сформированных на экране:

- в верхнем ряду (слева) растр типа Р-С на рирпроекционном экране;

- в верхнем ряду (справа) растр типа Р-П-С на рирпроекционном экране;

- в нижнем ряду (слева) растры типа Ф-С-п и Ф-С-ц на фронтпроекционном экране;

- в нижнем ряду (справа) растры типов Р-С-п и Р-С-ц на рирпроекционном экране.

На фигуре 3 (на рисунке слева) изображен вид в продольный разрезе комплексного растра типа ФК-С-2п+ц. В центре изображен фронтальный вид этого растра, когда в работе действует часть этого комплексного растра как индивидуальный растр типа Ф-с-2п (для одновременной проекции двух проекций в два разных сектора наблюдения для одновременного наблюдения индивидуального изображения каждым зрителем в своем секторе), а на этом же рисунке (справа) показано, когда в работе действует часть этого комплексного растра как индивидуальный растр типа Ф-С-2ц (для одной проекции с широким горизонтальным углом γ_Г диаграммы направленного светорассеивания для коллективного наблюдения общей проекции).

На фигуре 4 изображен слева вид с тыльной стороны, а справа - вид в поперечном сечении 9-секционной рирпроекционной системы.

На фигуре 5 изображена в аксонометрической проекции проекционная система с 3-секционным экраном с тремя секторами наблюдения зрителями экранных изображений на целом экране и частях экрана.

На фигуре 6 изображены оптические схемы проекционных блоков с проекционным объективом и RGB-цветной видеоматрицей.

На виде Д и виде Е изображены оптические схемы проекционного блока с видеоматрицей для формирования трапециевидного формата и проекционным объективом.

На виде Ж и виде И изображены виды в плане проекционной матрицы трапециевидного формата для формирования проецируемого кадра трапециевидного формата.

На виде З и виде К изображены с увеличением оптическая схема и конструкция проекционного блока с проекционным объективом, RGB-видеоматрицей с оптической матрицей микрофоконного растра и матрицей микролинзового растра.

Варианты осуществления изобретения

В первом варианте фронтпроекционной системы на фигуре 1 зрительный экран 1ф выполнен в виде плоской тонкой пластины с дырочными просветными ячейками. На фронтальной стороне по всей площади этого экрана закреплены светорассеиватели 2ф оптического «открытого однослойного экранного растра» из микрозеркал. В открытом однослойном экранном растре микрозеркала видны с фронтальной стороны экрана и расположены в одном слое на поверхности экрана. В центре на нижнем горизонтальном торце экрана установлен проектор 3 с постоянной жесткой (нерегулируемой) фокусировкой проекционного объектива на экран для постоянно наведенной на экране резкости для четкости наблюдаемого экранного изображения. На верхнем горизонтальном торце этого экрана установлено плоское торцевое зеркало 4. На виде А и виде Б показаны проекционные лучи a проектора 3, направленные под углом α на торцовое зеркало 4. Проекционные лучи a₁ (проекционные лучи a от проектора, отраженные этим зеркалом) направлены под углом β к плоскости экрана. Проектор, торцевое зеркало и микрозеркальные светорассеиватели экранного растра оптически сопряжены, а микрозеркальные элементы растра выполнены с расчетными оптическими параметрами (геометрической формой и размером микрозеркал, наклоном этих микрозеркал к плоскости экрана и шагом растра между микрозеркалами) для полного захвата всех проекционных лучей a₁, последующей фокусировки этих лучей (для формирования вертикальных углов γ_В и горизонтальных углов γ_Г диаграммы направленного светорассеивания лучей a₂) и отклонения этих лучей - лучей a₂ в сектор наблюдения зрителем спроецированного полноэкранного изображения. Для антибликовой защиты поверхности экрана 1ф нерабочие (незеркальные) поверхности микрозеркал 2ф окрашены в матово-черный цвет для антибликовой защиты экранного изображения. Буква «ф» в обозначении экрана 1ф и растровых светорассеивателей 2ф означают, что этот экран и светорассеиватели предназначены для фронтальной проекции, при которой проекционные лучи a₁ падают на экран со стороны зрителей. Экран может быть закреплен на напольной стойке, стене, подвешен к потолку или к карнизу окна. С тыльной стороны экран занавешен матово-черной пыле- и влагозащитной воздухонепроницаемой шторкой 5. В отверстии этой шторки смонтирован вентилятор 6 для всасывания воздуха (по направлению большой фигурной стрелки) с тыльной стороны шторки. Вентилятор совмещен с фильтром 7 для очистки этого воздуха от пыли и влаги и подачи очищенного и осушенного воздуха (по направлениям, показанным малыми фигурными стрелками) с низким давлением в зону воздуховода 8 (в пространстве между шторкой и экраном). Воздуховод 8 предназначен для распределения этого воздуха (по направлениям, показанным малыми фигурными стрелками) по всей площади экрана 1ф для продувания этим воздухом (через отверстия экрана) микрозеркал 2ф светорассеивателей (для постоянной защиты зеркальных рабочих поверхностей этих микрозеркал от пыли и влаги во время проекции или открытия экрана).

На фигуре 2 чертежа показаны шесть типов открытых однослойных экранных растров со светорассеивателями из открытых микрозеркал.

На фигуре 2 на первом рисунке (в верхнем ряду слева) на обратной стороне рирпроекционного экрана 1р закреплены микрозеркала 2с светорассеивателей оптически открытого однослойного экранного растра - типа Р-С. В обозначениях экрана «1р» буква «р» означает, что экран рирпроекционный. В обозначении растра типа «Р-С» буква «Р» означает, что этот растр предназначен для рирпроекции, а вторая заглавная буква «С» означает, что в каждом светорассеивателе этого растра имеет только одно широкое сферическое сегментное фокусирующее микрозеркало 2с. Буква «с» в обозначении микрозеркала «2с» означает, что это широкое сферическое сегментное фокусирующее микрозеркало. Это микрозеркало 2с установлено на экране с наклоном к плоскости этого экрана. Все микрозеркала 2с растра закреплены на экране в оптимальном количестве в расчетных координатах на экране с возможностью полного захвата всех проекционных лучей a (от проектора) или лучей a₁ (от торцевого зеркала), падающих на экран под углом β к плоскости этого экрана. Сферическая поверхность каждого микрозеркала и угол наклона этого микрозеркала к плоскости экрана рассчитаны для фокусировки этих лучей для формирования заданных вертикальных углов γ_В и горизонтальных углов γ_Г (γ_Г не обозначен на рисунке) диаграммы направленного светорассеивания и углов отклонения этой проекции в сектор наблюдения экранных изображений.

На фигуре 2 на втором рисунке (в верхнем ряду справа) на обратной стороне рирпроекционного экрана 1р закреплен открытый однослойный растр типа Р-П-С. Каждый светорассеиватель этого растра содержит одно закрытое экраном широкое плоское отклоняющее микрозеркало 2П и одно открытое широкое сферическое сегментное фокусирующее микрозеркало 2с. В сеточных и дырочных или прозрачных экранах микрозеркало 2П может быть открытым. В обозначении растра типа Р-П-С первая буква «Р» означает, что растр предназначен для рирпроекции, вторая заглавная буква «П» означает, что в каждом светорассеивателе этого растра имеется широкое плоское отклоняющее микрозеркало 2П, а третья заглавная буква «С» означает, что в каждом светорассеивателе этого растра имеется также и широкое сферическое фокусирующее микрозеркало 2с. Обозначение микрозеркала «2с» означает, что это сферическое сегментное фокусирующее микрозеркало. Проекционные лучи a от проектора или проекционные лучи a₁ от торцевого зеркала направлены под углом β к плоскости этого экрана для полного захвата всех этих лучей всеми плоскими микрозеркалами 2П. Все микрозеркала 2П предназначены для полного захвата всех проекционных лучей a (от проектора) или лучей a₁ (от торцевого зеркала), падающих на экран. Каждое микрозеркало 2П наклонено к плоскости экрана для отражения и отклонения захваченных проекционных лучей на сферическое микрозеркало 2с. Сферическое зеркало 2с предназначено для фокусировки этих лучей a₁ в пределах вертикальных углов γ_В и горизонтальных углов γ_Г (на рисунке не обозначено) диаграммы направленного светорассеивания и отклонения этих лучей a₂ в сектор наблюдения экранного изображения.

На фигуре 2 на третьем рисунке (в нижнем ряду слева) на фронтальной стороне фронтпроекционного экрана 1ф закреплен открытый однослойный растр типа Ф-С-п или типа Ф-С-ц. Каждый светорассеиватель растра типа Ф-С-п содержит одно открытое сферическое сегментное фокусирующее широкое микрозеркало 2с и оптически сопряженное с ним открытое плоское малое отклоняющее микрозеркало 2п (с минимальной площадью зеркала для отражении и отклонения сфокусированного сферическим микрозеркалом пучка лучей). Каждый светорассеиватель растра типа Ф-С-ц содержит одно открытое широкое сферическое сегментное фокусирующее микрозеркало 2с и оптически сопряженное с ним открытое малое цилиндрическое рассеивающе-отклоняющее микрозеркало 2ц. В обозначении экрана «1ф» буква «ф» означает, что экран фронтпроекционный. В обозначения растров типа «Ф-С-п» и типа «Ф-С-ц» первая буква «Ф» означает, что эти растры предназначены для фронтпроекции, вторая заглавная буква «С» означает, что в каждом светорассеивателе этих растров имеется одно широкое сферическое фокусирующее микрозеркало 2с. Третья буква «п» в растре типа «Ф-С-п» означает, что в каждом светорассеивателе имеется также одно малое отклоняющее плоское микрозеркало 2п (для отклонения сфокусированного пучка проекционных лучей). Третья буква «ц» в растре типа «Ф-С-ц» означает, что в каждом светорассеивателе имеется также одно малое цилиндрическое микрозеркало 2ц (для отклонения и расширения сфокусированного пучка проекционных лучей). Буква «с» в обозначениях микрозеркал «2с» означает, что это сферическое сегментное фокусирующее микрозеркало. Буква «п» в обозначениях микрозеркал «2п» означает, что это плоское малое отклоняющее микрозеркало. Буква «ц» в обозначениях микрозеркал «2ц» означает, что это малое цилиндрическое отклоняюще-рассеивающее микрозеркало. Проекционные лучи a проектора или проекционные лучи a₁ от торцевого зеркала направлены с фронтальной стороны на экран под углом β к плоскости этого экрана на каждое сферическое микрозеркало 2с. Сферическое микрозеркало 2с предназначено для фокусировки этих лучей с целью формирования вертикальных углов γ_В и горизонтальных углов γ_Г диаграммы направленного светорассеивания проекции (на рисунке не обозначено) и отклонения сфокусированных лучей на плоское микрозеркало 2п. Каждое плоское микрозеркало 2п или цилиндрическое микрозеркало 2ц наклонено к плоскости экрана для отражения и отклонения сфокусированных лучей a₂ в сектор наблюдения экранной проекции. Цилиндрическое микрозеркало 2ц дополнительно расширяет проекцию в горизонтальном угле γ_Г диаграммы направленного светорассеивания (для расширения сектора наблюдения параллельно экрану).

На фигуре 2 на четвертом рисунке (в нижнем ряду справа) на обратной стороне рирпроекционного экрана 1р закреплен открытый однослойный растр типа Р-С-п или типа Р-С-ц. Каждый светорассеиватель растра типа Р-С-п содержит одно открытое сферическое сегментное фокусирующее микрозеркало 2с и оптически сопряженное с ним открытое плоское отклоняющее микрозеркало 2п. Каждый светорассеиватель растра типа Р-С-ц содержит одно открытое сферическое сегментное фокусирующее микрозеркало 2с и оптически сопряженное с ним открытое цилиндрическое рассеивающе-отклоняющее микрозеркало 2ц. В обозначении экрана «1р» буква «р» означает, что экран рирпроекционный. В обозначения растров типа « Р-С-п » и типа «Р-С-ц» первая буква «Р» означает, что растры предназначены для рирпроекции, вторая заглавная буква «С» означает, что в каждом светорассеивателе этих растров имеется одно широкое сферическое фокусирующее микрозеркало 2с. Третья буква «п» в растре типа «Р-С-п» означает, что в каждом светорассеивателе имеется также одно отклоняющее плоское микрозеркало 2п. Третья буква «ц» в растре типа «Р-С-ц» означает, что в каждом светорассеивателе имеется также одно цилиндрическое микрозеркало 2ц. Буква «с» в обозначениях микрозеркал «2с» означает, что это широкое сферическое сегментное фокусирующее микрозеркало. Буква «п» в обозначениях микрозеркал «2п» означает, что это малое плоское отклоняющее микрозеркало. Буква «ц» в обозначениях микрозеркал «2ц» означает, что это малое цилиндрическое отклоняюще-рассеивающее микрозеркало. Проекционные лучи a проектора или проекционные лучи a₁ от торцевого зеркала направлены с обратной стороны на экран под углом β к плоскости этого экрана на каждое сферическое микрозеркало 2с. Сферическое зеркало 2с предназначено для фокусировки этих лучей для формирования вертикальных углов γ_В и горизонтальных углов γ_Г диаграммы направленного светорассеивания проекции (на рисунке не обозначено) и отклонения сфокусированных лучей на плоское микрозеркало 2п. Каждое плоское микрозеркало 2п или цилиндрическое микрозеркало 2ц наклонено к плоскости экрана для отражения и отклонения сфокусированных лучей a₂ в сектор наблюдения экранной проекции. Цилиндрическое микрозеркало 2ц дополнительно расширяет проекцию в горизонтальном угле γ_Г диаграммы направленного светорассеивания (для расширения сектора наблюдения параллельно экрану).

На фигуре 3 показан фронтпроекционный экран 1ф. Над экраном в разных фиксированных точках ракурсов проекции расположены три проектора 3-1, 3-2 и 3-3. На фронтальной стороне этого экрана закреплен комплексный растр типа Ф-С-2п+ц (содержащий в одном слое элементы трех индивидуальных растров, совмещенных в одном светорассеивателе с общим микрозеркалом 2с для всех трех растров. Два индивидуальных растра отличаются тем, что в каждом общем светорассеивателе имеются также по одному плоскому для одного растра микрозеркало 2п-л, а для другого растра микрозеркало 2п-пр. Микрозеркало 2п-л выполнено с наклоном к плоскости экрана для возможности отклонения проекции в левую сторону от вертикальной плоскости перпендикулярной экрану и проходящей через центр экрана. Микрозеркало 2п-пр выполнено с другим наклоном к плоскости экрана для возможности отклонения проекции в правую сторону от вертикальной плоскости, перпендикулярной экрану, и проходящей через центр экрана. Для третьего индивидуального растра в каждом общем светорассеивателе установлено также цилиндрическое отклоняюще-рассеивающее микрозеркало 2ц для расширения проекции в горизонтальном угле γ_Г (для расширения сектора наблюдении влево и вправо в направлении параллельном экрану). Однослойный оптический растр открытого типа содержит светорассеиватели с открытыми микрозеркалами, расположенными в одном слое на плоскости экрана. В обозначения растра типа «ФК-С-2п+ц»: первая буква «Ф» означает, что растр предназначен для фронтпроекции, вторая буква «К» означает, что растр комплексный, третья заглавная буква «с» означает, что каждый светорассеиватель комплексного растра имеет одно широкое сферическое микрозеркало 2с (общее для всех трех индивидуальных растров). Цифра «2» с четвертой буквой «п» означает, что каждый светорассеиватель комплексного растра имеет также два малых плоских отклоняющих микрозеркала 2п. Пятая буква «Ц» означает, что каждый светорассеиватель комплексного растра имеет также малое отклоняюще-рассеивающее цилиндрическое микрозеркало 2ц. Буква «ф» в обозначении экрана «1фк» означает, что экран фронтпроекционный. Буква «c» в обозначении микрозеркала «2с» означает, что это сферическое фокусирующее микрозеркало. Проекционные лучи a проектора (или лучи a₁ от торцевого зеркала, не показанные на рисунке) направлены на всю фронтальную площадь экрана 1ф под углом β наклона этих лучей к плоскости экрана. Все сферические микрозеркала 2с комплексного растра распределены по экрану и направлены для полного захвата этих проекционных лучей в эти лучи полностью. Сферическое зеркало 2с предназначено для фокусировки этих лучей в пределах вертикальных углов γ_В и горизонтальных углов γ_Г (на рисунке не обозначено) и отклонения сфокусированных лучей на плоские микрозеркала 2п или на цилиндрическое микрозеркало 2ц. Каждое плоское микрозеркало 2п или цилиндрическое микрозеркало 2ц наклонено к плоскости экрана для отражения и отклонения сфокусированных лучей a₂ в соответствующий сектор наблюдения экранной проекции. Цилиндрическое микрозеркало 2ц дополнительно расширяет проекцию в горизонтальном угле γ_Г диаграммы направленного светорассеивания (расширяет сектор наблюдения в направлении параллельно экрану).

В каждом светорассеивателе комплексных растров с общим сферическим фокусирующим зеркалом плоских и/или цилиндрических отклоняющих и расширяющих проекцию микрозеркал может быть большее количество. Эти плоские микрозеркала могут быть установлены в ряд в каждом светорассеивателе и отличаться в ряду разными углами наклона к плоскости экрана по вертикали или по горизонтали. Такие ряды плоских микрозеркал обеспечивают выбор зрителем разных вариантов формирования ширины секторов наблюдения экранных проекций (для коллективного или индивидуального наблюдения) или количества этих секторов (для многоракурсной проекции), формируемых соответствующими углами наклона плоских или цилиндрических микрозеркал. Комплексными растрами обеспечивается возможность дистанционного или автоматического выбора проекции (автоматическим переключением и/или перемещением видеопроекторов в разных фиксированных точках ракурсов проекций для включения в работу соответствующих плоских или цилиндрических микрозеркал комплексного растра). Этим обеспечивается дистанционное или автоматическое совмещение сектора наблюдения экранной проекции с зоной местоположения зрителя или нескольких зрителей при их расположении в разных секторах или перемещениях перед общим проекционным экраном.

Для торцевой проекции можно использовать стандартные видеопроекторы с жидкокристаллическими, микрозеркальными или светодиодными проекционными видеоматрицами (дисплеями) стандартного или трансформированного (конструктивно или программной видеокоррекцией без потери разрешения) прямоугольного формата проецируемого изображения. Для формирования проекции прямоугольного формата в формат равнобедренной трапеции оптическая ось проекционного объектива видеопроектора должна быть наклонена под расчетным углом к плоскости видеоматрицы для формирования в пространстве кадра вида трапеции с требуемыми размерами высоты, верхнего и нижнего основания равнобедренной трапеции с учетом угла наклона оси проекции к плоскости экрана. Для уменьшения углов между осью проекции и плоскостью экрана используют цилиндрический объектив анаморфот или анаморфотную насадку, закрепленную на проекционном объективе для макросъемки (макрпроекции с минимальным увеличением или минимальным уменьшением). Первичную трапециевидную проекцию в воздухе формируют этим проекционным объективом минимальным увеличением (макросъемкой). Для максимальной световой эффективности световой поток проецируемых изображений, формируемый подсветкой этих видеоматриц или линзами светодиодов видеоматриц, должен быть направлен с минимальными потерями в площадь апертурной диафрагмы этого объектива. Это воздушное изображение проецируется с увеличением на проекционном экране вторым проекционным объективом. Для этого оптическая ось второго проекционного объектива должна быть наклонена к плоскости трапециевидного изображения, резко изображаемого первым проекционным объективом, резко проецирующим это изображение под расчетным углом к плоскости экрана и трансформирующим трапециевидное изображение в прямоугольный или квадратный формат на плоскость - весь экран или на часть экрана с учетом получения экранного изображения без геометрических искажений и без потери физического разрешения на экране, формируемого видеоматрицей. Для максимальной световой эффективности световой поток сформированного трапециевидного изображения должен быть направлен с минимальными потерями в апертурную диафрагму второго объектива.

На фигуре 4 целый или сборный рирпроекционный экран 1р с оптическим растром 2р (на обратной стороне этого экрана для рирпроекции) выполнен из 9-и раздельных проекционных секций 1с. В каждой проекционной секции 1с на верхнем торце установлено одно торцевое зеркало 4с, а на нижнем торце один проекционный блок 3пб. Проекционная система содержит многоканальный видеопроектор 3мк, подключенный ко всем девяти проекционным блокам 3пб с помощью кабелей 9 или по каналам беспроводной связи. В каждой секции проекционные лучи a от проекционного блока 3пб видеопроектора направлены на торцовое зеркало, а проекционные лучи a₁, отраженные этим зеркалом, направлены на микрозеркальные светорассеиватели растра на плоскости части экрана в площади своей секции. Экранный растр рассеивает эти проекционные лучи a₂ от каждой секции в общий для всех секций сектор наблюдения полноэкранного изображения (формируемого совместно всеми секциями этого экрана).

На фигуре 5 на проекционном экране 1 на полной площади экрана 1э и двух частях этого экрана 2э и 3э сформированы разные индивидуальные растры по типу комплексного растра. На торцах экрана в трех фиксированных ракурсах установлены три проекционных блока, подключенных к общему видеопроектору, или три видеопроектора. Каждый видеопроектор или проекционный блок отдельно от других оптически сопряжен со своим индивидуальным растром для формирования проекции на площади экрана этим индивидуальным растром, направленной в соответствующий сектор наблюдения этой проекции зрителями (находящимися только в этой секции). Первое полноэкранное экранное изображение 1э, сформированное проекционными лучами б(1э), направленными растром от всей площади экрана в сектор 1с для комфортного наблюдения этого изображения зрителями только из сектора 1с. Второе экранное изображение 2э сформировано проекционными лучами б(2э), направленными растром от площади экрана 2э в сектор 2с для комфортного наблюдения этого изображения зрителями только из сектора 2с. И третье экранное изображение 3э сформировано проекционными лучами б(3э), направленными растром от площади экрана 3э в сектор 3с. Проекционной системой в разных секторах наблюдения обеспечивается одновременное наблюдение общих или индивидуальных видеопрограмм.

На фигуре 6 на виде Д, виде Е, виде 3 (с увеличением) и виде К (с увеличением) представлены оптические схемы проекционного блока видеопроектора. Проекционный блок 3а (показан контуром, очерченным штрихпунктирной линией) содержит RGB-цветную видеоматрицу 10 с плоскостью из триад RGB-светодиодов (R - красного цвета, G -зеленого цвета и В - синего цвета). Светодиоды связаны с электронными ключами для электронного модулирования видеосигналом яркости и цветности каждого пиксела (элемента изображения) проецируемого кадра, формируемого триадой R, G и В светодиодов. Над плоскостью светодиодов на матрице закреплена оптическая плоская матрица фоконного растра 11 из множества зеркальных полых пирамидальных микрофоконов, сформированных в плоскости матрицы. На фоконной матрице параллельно закреплена плоская линзовая оптическая матрица 12 из множества микролинз, сопряженная оптически так, чтобы любой один микрофокон был закрыт одной микролинзой, а узкое выходной окно этого микрофокона было расположено в зоне входного окна этой микролинзы для формирования сфокусированного пучка света светодиодов из выходного окна микрофокона в расчетную площадь входного окна проекционного объектива 13.

На виде Ж и виде И изображены виды в плане проекционной матрицы трапециевидного формата для формирования проецируемого кадра трапециевидного формата. Над видеоматрицей установлен проекционный объектив 13 для проекции с оптическим увеличением проецируемого кадра (формируемого этой видеоматрицей) на проекционном экране. К оси в-в (перпендикулярной к плоскости видеоматрицы и проходящей через центр плоскости этой видеоматрицы) оптическая ось г-г проекционного объектив 13 наклонена под углом ϕ. Входное отверстие этого объектива расположено на расчетном расстоянии от плоскости видеоматрицы для обеспечения резкости экранного изображения и оптической трансформации этим объективом трапециевидного кадра (формируемого видеоматрицей) в прямоугольный формат экранного изображения. В плоскости микрофоконной матрицы каждый отдельный микрофокон выполнен в виде полой пирамиды с зазеркалеными изнутри боковыми поверхностями и дырочным просветным широким входным окном и дырочным просветным узким выходным окном. Каждый микрофокон закрывает широким входным окном триаду RGB-светодиодов одного пикселя изображения проецируемого видеоматрицей кадра. Узкое выходное окно любого одного микрофокона совмещено и оптически сопряжено с центром основания микролинзы. Этим обеспечивается смешение и сужение сечения световых лучей RGB-светодиодов в выходном окне микрофокона и фокусировки этой микролинзой этих лучей в площади входного окна проекционного объектива 13. Геометрическая форма и размеры каждого микрофокона, величина площади выходного окна с размерами сторон и и к для каждого микрофокона, форма и расположение каждой микролинзы относительно выходного окна микрофокона и входной зрачок проекционного объектива выполнены с учетом максимальной световой эффективности проекционного блока. Размер и геометрическая форма площади выходного окна каждого микрофокона выполнены с учетом расположения и формы на экране микрозеркал оптического растра, формирующих субпиксельные элементы изображения с возможностью максимального снижения заметности муара и для повышения равномерности яркости и точности цветопередачи по полю наблюдаемого экранного изображения.

Проекционная система работает следующим образом.

На фигуре 1 фронтпроекционная система работает следующим образом. На фронтальной стороне фронтпроекционного экрана 1ф (установленной вертикально) с оптическим растром 2ф формируют экранную проекцию. Проектором 3 направляют проекционный пучок для этой проекции с проекционными лучами a, направленными проектором под углом α к плоскостью экрана и на всю площадь торцевого зеркала 4. Этот проекционный пучок оптически расширяется объективом проектора на ширину экрана на стороне края зеркала 4 у торца экрана. Затем этот проекционный пучок отражается зеркалом 4 в направлении плоскости растровой поверхности экрана под углом α к этой плоскости (для распределения всех лучей a₁ (отраженных этим зеркалом) на всю плоскость экранного растра)). Все проекционные лучи a₁ полностью захватываются микрозеркальными светорассеивателями 2ф экранного растра, затем каждым сферическим микрозеркалом растра проекционный пучок фокусируется и отклоняется (сферическими и отклоняющими микрозеркалами растра) в сектор наблюдения экранных изображений. Углы сведения лучей при фокусировке сферическими микрозеркалами обеспечивают требуемые вертикальные углы γ_В и горизонтальные углы γ_Г диаграммы направленного светорассеивания проекционных лучей a₂. Отклоняющими сферическими, плоскими или цилиндрическими микрозеркалами обеспечивается отклонение проекции от экрана в сектор наблюдения полноэкранного изображения. Экран, выполненный из сминаемой черной антибликовой сетки с дырочными широкими ячейками, может быть свернут в нерабочем положении и развернут на требуемую ширину для формирования требуемого формата экранного изображения. С тыльной стороны экран занавешен черной антибликовой шторкой 5 для полного поглощения паразитных лучей внешней засветки экрана (проходящих на эту шторку сквозь просветы дырочных ячеек экрана). При необходимости наблюдения за экраном фона эту шторку убирают с экрана. На шторке 5 вентилятор с фильтром для очистки и осушения воздуха всасывает наружный воздух и продувает этим воздухом через воздуховод 8 все микрозеркала светорассеивателей (для постоянной защиты от пыли и влаги рабочих поверхностей этих микрозеркал). Полная антибликовая защита экранного изображения обеспечивается черными поверхностями экрана, зачерненными поверхностями светорассеивателей, черными масками вокруг проекционного объектива, черной поверхностью проектора и черной шторкой 5 и зеркальными поверхностями микрозеркал, отражающими в сторону зрителя эти черные поверхности или отклоняющими паразитные лучи за пределы сектора наблюдения экранных изображений.

На фигуре 2 (на рисунке в верхнем ряду слева) растр типа Р-С функционирует следующим образом. Растр закреплен на тыльной стороне рирпроекционного экрана 1р. Каждый светорассеиватель выполнен с одним сферическим широким микрозеркалом 2с, которое формирует пиксельный или субпиксельный элемент экранного изображения. Это микрозеркало захватывает проекционные лучи a (направленные проектором) или проекционные лучи a₁ (направленные торцевым зеркалом), падающие под углом β к плоскости этого экрана на рабочую зеркальную поверхность микрозеркала 2с. Затем сферически-вогнутой поверхностью этого микрозеркала проекционные лучи фокусируются для формирования проекционного пучка с лучами a₂, расходящиимися в вертикальных углах γ_В и горизонтальных углах γ_Г диаграммы направленного светорассеивания, обеспечиваемой формой и размером площади и радиусом сферы сферического сегмента этого микрозеркала 2с. Сферическое микрозеркало 2с одновременно отклоняет сфокусированный проекционный пучок в сектор наблюдения экранного изображения на расчетные вертикальный и горизонтальный углы за счет соответствующего угла наклона этого микрозеркала к плоскости экрана.

На фигуре 2 (на рисунке в верхнем ряду справа) растр типа Р-П-С функционирует следующим образом. Растр закреплен на обратной стороне рирпроекционного экрана 1р. Каждый светорассеиватель этого растра содержит одно закрытое экраном плоское широкое отклоняющее микрозеркало 2п и одно открытое широкое сферическое сегментное фокусирующее микрозеркало 2с. Плоское микрозеркало 2п захватывает проекционные лучи a (направленные проектором) или проекционные лучи a₁ (направленные торцевым зеркалом), падающие под углом β к плоскости этого экрана на рабочую зеркальную поверхность этого микрозеркала 2П. Затем микрозеркало 2П отражает и отклоняет захваченные проекционные лучи на рабочую зеркальную поверхность сферического микрозеркала 2с. Затем микрозеркало 2с эти проекционные лучи фокусирует для формирования проекционного пучка с лучами a₂, расходящимися в вертикальных углах γ_В и горизонтальных углах γ_Г диаграммы направленного светорассеивания (обеспечиваемой формой и размером площади и радиусом сферы сферического сегмента этого микрозеркала 2с). Сферическое микрозеркало 2с одновременно отклоняет сфокусированный проекционный пучок в сектор наблюдения экранного изображения на расчетные вертикальный и горизонтальный углы за счет соответствующего угла наклона этого микрозеркала к плоскости экрана.

На фигуре 2 (на рисунке в нижнем ряду слева) растры типа Ф-С-п и типа Ф-С-ц функционируют следующим образом. Растры закреплены на фронтальной стороне фронтпроекционного экрана 1ф. Каждый светорассеиватель растра типа Ф-С-п содержит одно открытое широкое сферическое фокусирующее микрозеркало 2с и одно открытое плоское малое отклоняющее микрозеркало 2п. Каждый светорассеиватель растра типа Ф-С-ц содержит одно открытое широкое сферическое фокусирующее микрозеркало 2с и одно открытое плоское малое отклоняющее и расширяющее проекцию цилиндрическое микрозеркало 2ц. Сферическое микрозеркало 2с захватывает проекционные лучи а (направленные проектором) или проекционные лучи a₁ (направленные торцевым зеркалом), падающие под углом β к плоскости этого экрана на рабочую зеркальную поверхность этого микрозеркала 2с. Затем микрозеркало 2с эти проекционные лучи фокусирует для формирования проекционного пучка с лучами a₂, расходящимися в вертикальных углах γ_В и горизонтальных углах γ_Г диаграммы направленного светорассеивания (обеспечиваемой формой и размером площади и радиусом сферы сферического сегмента этого микрозеркала 2с), и отклоняет на плоское микрозеркало 2п. Затем микрозеркало 2п эти проекционные лучи a₂ отклоняет в сектор наблюдения экранного изображения на расчетные вертикальный и горизонтальный углы за счет соответствующего угла наклона микрозеркала 2п к плоскости экрана. Аналогично функционирует и растр типа Ф-С-ц, только цилиндрическое микрозеркало с отклонением дополнительно (для расширения сектора наблюдения экранного изображения) расширяет проекционный пучок отражением этого пучка от цилиндрической поверхности этого микрозеркала.

На фигуре 2 (на рисунке в нижнем ряду справа) растр типа Р-С-п и растр типа Р-Ф-С-ц функционируют аналогично растрам типа Ф-С-п и типа Ф-С-ц. Растры закреплены на тыльной стороне рирпроекционного экрана 1р. Проекционные лучи а (направленные проектором) или проекционные лучи a₁ (направленные торцевым зеркалом), падающие под углом β к плоскости этого экрана, падают на сферические микрозеркала с тыльной стороны экрана. Последующие функции и процессы формирования проекций этими растрами аналогичны функциям и процессам растра типа Ф-С-ц и растра типа Ф-С-ц.

На фигуре 3 комплексный растр типа ФК-С-2п+ц функционирует следующим образом. Над экраном в трех разных фиксированных точках ракурсов проекции установлены по одному проектору: первый 3-1, второй 3-2 и третий 3-3. Растр закреплен на фронтальной стороне фронтпроекционного экрана 1ф. Каждый светорассеиватель комплексного растра для фронтальной проекции содержит одно общее открытое широкое сферическое фокусирующее микрозеркало 2с, одно плоское малое микрозеркало 2п-л (для отклонения проекции влево), одно плоское малое микрозеркало 2п-пр (для отклонения второй проекции вправо) и одно малое цилиндрическое микрозеркало 2ц (для расширения центральной проекции, направленной прямо от экрана). При независимом включении проектора 3-1 для проекции в работу включается индивидуальный растр типа Ф-С-п (формирующий узконаправленную проекцию, отклоненную микрозеркалом 2п-пр в правую сторону от вертикальной оси симметрии экрана). При независимом включении проектора 3-2 для проекции в работу включается индивидуальный растр типа Ф-С-п (формирующий узконаправленную проекцию, отклоненную микрозеркалом 2п-л в левую сторону от вертикальной оси симметрии экрана). При включении обоих проекторов 3-1 и 3-2 обеспечивается одновременный просмотр этих двух индивидуальных проекций разными зрителями в секторе наблюдения проекции, отклоненной влево, и в секторе наблюдения проекции, отклоненной вправо. При независимом включении проектора 3-3 в работу включается индивидуальный растр типа Ф-С-ц, формирующий широкую центральную проекцию для коллективного наблюдения полноэкранного изображения в широком центральном секторе наблюдения этого изображения.

На фигуре 6 проекционный блок работает следующим образом. Видеоматрица 10 с RGB- видеомонитором (для формирования проецируемого изображения трапециевидного формата) подключена к блоку формирования видеосигналов. Всеми пикселами на видеомониторе с триадами RGB-светодиодов в каждом пикселе видеосигналом формируют проецируемое изображение трапециевидного формата без видеокоррекции. Проекционные лучи a₄ от триады светодиодов RGB-цветов любого одного пиксела изображения формируемой проекции концентрируются зеркальными боковыми поверхностями одного микрофокона (микрофоконной матрицы 11), так как этот микрофокон полностью оптически закрывает эти светодиоды и смешивает все цветные RGB- лучи в площади выходного окна этого микрофокона. Сжатый микрофоконом пучок проекционных лучей а₄ захватывается микролинзой микролинзовой матрицы 12. Проекционные лучи a₅ (лучи а₄, захваченные микролинзой из фокона) собираются в остронаправленный проекционный пучок лучей a₆, направленный всеми линзами в плоскость входного зрачка проекционного объектива 13. Оптическая ось проекционного объектива г-г ориентирована под углом ϕ к оси в-в, перпендикулярной плоскости видеомонитора видеоматрицы 10. Проекционным объективом 13 увеличивают проецируемое с видеомонитора изображение в формате трапеции на проекционный экран с оптической трансформацией проекции экранного изображения, наблюдаемого зрителями на экране в прямоугольном формате.

Предлагаемые проекционные системы обеспечивают новые и более эффективные технико-эксплуатационные и экономические параметры:

- минимальное электропотребление от 1 до 8 Вт на квадратный метр экранного изображения при визуальной комфортной яркости 1000 кд, с учетом формирования предлагаемым видеопроектором средней яркости, в 5 раз меньшей пиковой яркости проекции, с использованием остронаправленных экранов с коэффициентом усиления яркости 6 единиц (для коллективного наблюдения) до 24 единиц (для индивидуального наблюдения), что повышает световую эффективность системы проекции в сотни крат (по сравнению с жидкокристаллическими или плазменными мониторами, и, следовательно, в десятки крат повышает энергосбережение при просмотре проекций высокой четкости на больших экранах телевизоров, видеомониторов и на киноэкранах;

- максимальный контраст (более 10000 единиц) экранного изображения, засвечиваемого солнцем или яркими электролампами;

- возможность изготовления трансформируемых экранов с минимальными габаритами внерабочем положении и минимальной массой (с массой 300-500 г экрана площадью 1 кв. м) для трансформации форматов и площадей экранов контурной растяжкой и самостоятельной стяжкой материала экрана или сжатия формы экрана по типу жалюзи из вертикальных полос или по типу шторы, или с помощью надувных опор экрана, электростатической растяжки, сборки целого экрана из частей (конструкции и технологии изготовления трансформируемых экранов аналогичны конструкциям экранов предложенных автором в патентной заявке РФ №2011111366 на изобретение «Матричный индикатор»);

Промышленная применимость

Все предлагаемые проекционные системы и видеопроекторы могут широко использоваться для проекции различных слайдовых и видеоизображений любой площади и формата. Предлагаемые проекционные системы можно легко и массово изготавливать на стандартном оборудовании с применением стандартных технологий. Такие проекционные экраны самые простые для массового изготовления дешевых телевизоров (могут изготавливаться быстро на автоматизированных станках и конвейерах). Поэтому промышленная осуществимость изобретения очевидна.

Реферат

Изобретение относится к области проекционных систем для кинопроекции и видеодекорации, в качестве телевизоров или дисплеев. Проекционные системы содержат проекционный зрительский экран, один или несколько проекторов, одно или несколько торцевых плоских зеркал, наклоненных к плоскости экрана для отражения проекционного пучка на плоскость экрана или на другое торцевое зеркало. Проекционные лучи направлены на экран под углами от 3 до 30 градусов. Экран выполнен целым или из полос из антибликовых черных материалов. На фронтальной или обратной стороне по всей площади экрана закреплены оптические растры со светорассеивателями из сферических, плоских и цилиндрических микрозеркал. Видеопроектор выполнен одноканальными с одним проекционным блоком или многоканальными с несколькими проекционными блоками. В видеопроекторах установлены видеоматрицы со светоизлучающим трапециевидным RGB-видеомонитором, содержащим в каждом пикселе триаду RGB-светодиодов, над которыми установлены оптические матрицы для проекции с прямым формированием кадра трапециевидного формата без видеокоррекции и без оптических трансформаторов проекций. Проекционная система обеспечивает высокое качество наблюдаемых экранных изображений при яркой внешней паразитной засветке экранов. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 6 ил.

Формула