CN1311451A

CN1311451A - 光扫描器

Info

Publication number: CN1311451A
Application number: CN 00102532
Authority: CN
Inventors: 王怀亮
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-03-04
Filing date: 2000-03-04
Publication date: 2001-09-05

Abstract

一种光扫描器是通过光学元件用光束扫描成图像(成像)、把景物转变成电信号(摄影)或吸收景物散射的光(隐形)的一种装置。通过棱镜实现了机械扫描图像。机械扫描相对电子扫描耗能低,结构简单,同时还具有隐形的功能。

Description

光扫描器

光扫描器是一种用机械扫描大扫描来形成图像或抵消影物反射光的一种装置。

目前，电视机的造价高，体积大，质量大且放射电子，有害健康。投影机的造价高，很难普及。而且目前还没有出现一种具有隐形的装置，即使人看不到某一范围内的景物。因此设计了本发明。

光扫描器的作用有：把电信号转变成图像(成像)、把景物转变成电信号(摄影)和把景物散射的光吸收(隐形)。

光扫描器的成像原理与电视机的相同，都是把图像分解成许许多的像素。电视机是用电子束一行行地点击荧光屏，把像素在荧光屏上一行行地体现出来。而光扫描器是用光束一行行地在屏幕上扫描，一行行地呈现像素。

电视每秒传送25帧图像，每帧图像分成625行。一般的机械扫描是不能达到的，这是现代电视机采用电子扫描而不用机械扫描的一个主要原因。为了增加机械扫描的速度，本发明采用的是棱镜扫描——侧面做成平面镜的正棱柱，称为棱镜。

一束入射方向固定的入射光束照射在转动的棱镜上。当入射光束的入射点恰进入棱镜的一个侧面内，此时的反射光束称为起始反射光束；当入射点恰要离开该侧面，此时的反射光束称为终末反射光束。设棱镜有n条侧棱，则起始反射光束与终末反射光束之间的夹角是a=180/n度，称a为反射光束偏转角。入射光束经棱镜反射的反射光束恰为起始光束时，随着棱镜转过360/n度角，反射光束近似地看作以棱镜上的某点为圆心，由起始反射光束旋转至终末反射光束。当棱镜转过360/n度角时，反射光束又开始了由起始反射光束向终末反射光束的旋转。反射光束由起始反射光束旋转至终末反射光束称为一次行扫描。完成一次行扫描棱镜转过360/n度角。棱镜不断地转动，反射光束在屏幕上，不断地进行(xing)行(xang)扫描，在屏幕一留下一段亮线。

为了能在屏幕上得到一幅图像。使水平扫描的反射光束照在另一个棱镜上，称该棱镜为纵扫描棱镜。作水平扫描反射光束的棱镜称为横扫描棱镜。水平扫描扫射光束照在屏幕上呈现一段水平的亮线。纵扫描棱镜的中线与横扫描棱镜的中线垂直。——纵扫描棱镜的作用是把一束入射方向固定的入射光束在屏幕上扫描成一段垂直的亮线——水平扫描的反射光束看成一段水平亮线，经纵扫描棱镜垂直扫描后在屏幕上呈现一幅图像。

为了得到活动的图像，根据电影原理，每秒至少应传送24帧画面。电视每秒传送25帧画面，每帧画面包含了25×625行。棱镜的转动是靠电动机带动的。电动机的转速一般在100转/秒与200转/秒之间。若电动机的转速为200转/秒。设横扫描棱镜有n条侧棱，则横扫棱镜每转一转作n次行扫描，若每秒扫描25×625行，则n×200=25×625,n=78。因此横扫描棱镜只需有78条侧棱，就可以达扫描要求。

若n=78，反射光束的偏转角a=180/78度，横扫描棱镜到屏的距离一定，反射光束的偏转角越小，在屏幕上呈现的亮线越短，电视机显像管的偏转角一般在70°--114°之间(见95年西安电子科技大学出版社出版的《电视原理与接收技术》第10页)，为了增加反射光束的偏转角又引入了柱镜。侧面具有反射光线功能的圆柱称柱镜。柱镜的中线与横扫描棱镜的中线平行。经横扫描棱镜反射的反射光束再经过柱镜反射后的光束称为二次反射光束，起始反射光束对应的二次反射光束与终末反射光束对应的二次反射光束之间的夹角称为二次反射光束偏转角。只要反射光束有微弱的偏转，二次反射光束就有很大的偏转。柱镜起到放大偏转角的作用。柱镜可以把偏转角近似为零的光束的偏转角放大到180°。

经横扫描镜反射的反射光束，经柱镜再次反射得到的二次反射光束才照在纵扫描棱镜上。

设纵扫描棱镜有3条侧棱，纵扫描棱镜每转动360/3度角，完成一次画面的扫描。若每完成25帧画面的扫描，则纵扫描棱镜的转速是：25/3=8(转/秒)，反射光束的偏角是：360/3=120度角。

横扫描棱镜、柱镜和纵扫描棱镜三者合称为成帧器。成帧器的作用是把一束入射光束扫描成图像。

彩色电视机的彩色图像是通过调配红、绿、蓝三色基光的光通量，使之形成某种色彩的像素，许许多多的彩色像素合成一幅彩色的图像。光扫描器是把光束投射在屏幕上。屏幕易散射自然光，呈现白色。如果用红、绿、蓝三基色调配色彩，经过屏幕反射的光夹着白色，因而色彩显得浅淡，图像不清淅，效果不好。本发明采用黄、青、紫三原色调配色彩。屏幕上散色自然的光即白光，可以用黄、青、紫调配成黑色光吸收。因而光扫描器在放映的过程中不受外界光线的影响。光扫描器的入射光是由放射黄、青、紫三色原光的灯管，放出的色光经过光学元件合成的一束光束。调节灯管放射黄、青、紫三色原光的强弱(光通量)，即可得到入射光束经过成帧器照在屏幕上的像素的所需色彩。

光线是可逆的，入射光线由放射光线的光线孔经过成帧器在屏幕上形成像素，同时该“像素”散色的光线也经过成帧器，进入光线孔。如果把黄、青、紫三原色灯管换成光敏元件，把光信号转换成电信号，那么光扫描器也就起到了摄影的作用。成帧器工作时，某范围内景物的各点散射的光线逐次进入光线孔，逐次转变成电信号。

把黄、青、紫三束色光合成一束光或把一束光分解成黄、青、紫三束色光的光学元件称为分色镜，其原理类似彩色摄像机的分色棱镜(见95年西安电子科技大学出版社出版的《电视原理与接收技术》59页)。分射镜与放射黄、青、紫三原色光的灯管与光敏元件合称信号转变器。

光扫描器还具有隐形的作用。光扫描器通过成帧器对某一范围内的景物扫描，对景物的各点照射一定黄、青、紫三原色光，使所照射的黄、青、紫三原色光与该像素散色的光配比成“黑色光”。那么该景物散色“黑色光”，即不散色光线。因而能不被肉眼看到。

现结合附图对本发明说明

图1是光扫描器的原理示意图

图2是具有隐形功能的光扫描器的信号转变器示意图

图3是具有隐形功能的光扫描器的电路图

如图1所示：三个灯管1、2、3分别放射黄、青、紫三种原色光通过分色镜4合成一束入射光束5经过光线孔6射出。入射光束5经转动的横扫描棱镜7(图中横扫描棱镜的个数只为了简单表示，并不代表实际个数)。反射的反射光束在起始反射光束8和终末反射光束9之间。反射光束经柱镜10二次反射，二次反射光束的偏转角B要比反射光束偏转角a大的多。柱镜10的作用就是放大反射光束的偏转角。二次反射光束经转动的纵扫描棱镜11反射后照在屏幕上，形成一幅画面。光线是可逆的。成帧器扫描某一像素时，该“像素”散色的光也经过成帧器进入光线孔，把1、2、3三个灯管换成三个光敏元件，光扫描器也就具有了摄影的功能。

如图2所示：设有两个相邻的像素A、像素B。成帧器扫描时，先扫描像素A，再扫描像素B。像素B散色的光线12经成帧器光线孔6，再经过平面镜13反射进入分色镜14，被分解成黄、青、紫三色光，传给三个光敏元件15、16、17。然后通过电路控制，使三个灯管18、19、20放射光通量一定的光，经过分色镜21合成一束光22，光束22经过平面镜23、光线孔6和成帧器恰好照在像素A处，而光束22的作用是与像素B散色的光配比成黑色，因此需要将信号滞留一段时间，即当光束22恰好能照在像素B点时，光敏元件15、16、17才把得到的像素B点的光信号传给电路。通过电路控制，三个灯管18、19、20的光通量。

如图3，起隐形作用的光扫描器需要三个图3中的电路，每个光敏元件对应一个灯管。若光敏元件G₃接受黄光，则灯管D发射黄光；若光敏元件G₃接受青光，则灯管D发射青光，若光敏元件G₃接受紫光，则灯管D发射紫光。为了便于说明，设光敏元件G₃接受黄光，灯管D发射黄光。景物上某点散色的光分解成黄、青、紫三原色光，黄光通过光敏元件G₃和晶体管G₂转变成信号电流。信号电流的强弱变化与黄光对应成比例。晶体管G₁充当恒流源，流过晶体管G₁的射极的电流为一恒定值，也即流过晶体管G₂集极的电流(信号电流)与流过灯管D的电流之和为一恒定值。灯管D发射的黄光的光通量与照射光敏元件的黄光的光通量之和为一定值。因此，灯管D发射的黄光照射在该点上与该点散色的光中的“黄原色光”叠加后的光通量为一恒量，发射黄、青、紫三原色光的三个灯管，同时对该点散色的光进行配比，则配比后该点散色的光中含的黄原色光、青原色光、紫原色光的光通量的值是恒定。调节三者光通量的比值，使该点散色的光恰为“黑色”，即不散色光。经光扫描器扫描对景物上各点的散色光逐次配比，则该景物也就不散光，因而不能被看到。因为光扫描器，先接受某点的散色光的信号，然后对该点进行配比三原色光，中间有微弱的时间差值。因此用线圈L和电阻R并联把光敏电阻G₃的信号滞留一段时间输给晶体管G₂。

Claims

1、一种光扫描器，主要包括纵扫描棱镜、横扫描棱镜、柱镜、分色棱镜，发射黄、青、紫三原色光的三个灯管和光敏元件。

棱镜是侧面具有反射光线功能的正棱柱，两个中线垂直的棱镜(即横扫描棱镜和纵扫描棱镜)各自绕中线快速转动。一束入射方向固定不动的光线经转动的横扫描棱镜和纵扫描棱镜反射在屏上形成一幅画面，该束光线由发射黄、青、紫三原色光的三个灯管发射的三原色光，再经分色棱镜合成，发射黄青紫三原色光的三个灯管发射光的强度随时间控制，在屏上形成的画面就是彩色动态的了。这也就完成了成像的功能。光线是可逆的，一幅景物上各点散射的光线经转动的横扫描棱镜和纵扫描棱镜反射逐次经过某两个固定点，经过这两个固定点的光线经分射棱镜被分解成黄青紫三原色光，黄、青、紫三原色光的强度经过光敏元件转变成相应的电信号。这也就完成了摄影的功能。

景物上各点的散色光线经过转动的纵扫描棱镜和横扫描棱镜反射，再经过分色棱镜分解成黄、青、紫三原色光，再经过光敏元件转变成电信号，然后根据电路控制，发射黄、青、紫三原色光的三个灯管发射色光的强度，由分色棱镜合成一束光线按景物上各点的散色光线的路径射出。景物上某点的散色光线进入光扫描器，并被分色棱镜接受，经过电路、光敏元件、分色棱镜合成的光束，射出后会照射在景物上的该点：该点散色的光线中三原色光和经过电路、光敏元件、分色棱镜合成的光束中的三原色光恰好配比成“黑色光”即不散射光线，经过电路、光敏元件、分色棱镜合成的光束射出后照射在景物上，该景物也就不能被肉眼看到。这也就完成了隐形的功能。

2、根据权利要求1所述的光扫描器，其特征在于：光扫描器的扫描图像的速度取决于横扫描棱镜和纵扫描棱镜的棱数和转速。

3、根据权利要求1所述的光扫描器，其特征在于：分色棱镜是一种把一束自然光分解成黄、青、紫三束原色光的光学元件。

4、根据权利要求1所述的光扫描器，其特征在于：柱镜是侧面具有反射光线功能的圆柱。用于放大光线的反射角。