CN1370005A - 一种视频显像装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种主要由像素存储控制器、发光驱动板、集光输出器、光扫描器及图像显示屏组成的视频显像装置,其特征是采用电子存储器存储像素信息,用光纤集光器进行空间混色,由光扫描器完成帧扫描成像,只用少量的三基色发光单元就可达到高清晰度大屏幕显像的目的。本视频显像装置无高压,无电磁辐射,不怕磁化,刷新率高,显示屏幕为纯平面,不仅适合作普通家用电视显像,还特别适合在室外等较差环境中作大屏幕显像。

Description

一种视频显像装置

本发明涉及一种视频影像还原装置，用于大屏幕模拟或者数字电视机、以及电脑显示器中，将视频信号转换成光信号后，输出还原图像。

视频信号的主要特点是，用有时序关系的电信号(随时间变化的电压)表示二维图像光信号，并变换成其他形式的可存储或传送的信号。在还原图像时，按照原来记录的时序关系和光的色彩、强度，把画面按从上到下、从左到右的顺序快速地描绘出来。其中从上到下的描绘叫做帧扫描，从左到右的描绘叫做行扫描；最小的描绘单位叫做像素，由像素在水平方向组成的线叫做行，帧则是由若干行组成的，多帧图像的连续显示则形成了活动的影像。

现行的电视机绝大部分采用显像管(阴极射线管)来使视频信号还原成图像。显像管通过有规律变化的电磁场，控制电子束的路径实现图像的扫描。随视频信号变化其强度的三束电子束，通过荫罩板栅孔，轰击对应的基色荧光粉发光，生成还原像素。这种方法由于技术成熟，成本最低。但是，要调整电子束的路径，必须在真空中利用高电压控制。因此，显像管的体积较大，屏幕面积很难扩大；工作条件苛刻，清晰度难以提高；又因荫罩板吸收电子束的多数电子，电光效率低。

另一种用于高清晰度电视机的显像技术，是等离子体显示器。它是将与像素对应的大量低压放电管组成阵列作为显示屏幕，再按视频信号的时序规律使这些放电管发光，生成还原像素。这一技术的优点是机器体形很薄，前级电路简单。但是，低压放电管寿命较短，因质量有离散性使屏幕产生暗区，又因为必须使用数十万甚至数百万计的放电管，目前成本也很高。

本发明的目的是针对上述现有技术的缺点，提供一种没有高压、不会产生电磁辐射，而且体形薄的视频显像装置，它只需使用少量的普通发光器件就可以实现高清晰度平面大屏幕视频显像。

为了实现上述目的，本视频显像装置主要由像素存储控制器、发光驱动板、集光输出器、光扫描器及图像显示屏组成，在发光驱动板上设有数量与一行或一列的像素数目相等的三基色发光单元，每个三基色发光单元由三个单基色发光器件组成，在所述像素存储控制器的控制下发光驱动板上的三基色发光单元按图像像素顺序、频率和强度发光；集光输出器由多个具有三条支路的树状光纤集光器组成，树状光纤集光器的数量与三基色发光单元的数量相同，每个树状光纤集光器与一个三基色发光单元相对应，三个单基色发光器件发出的光从与其对应的光纤集光器的三个支路进入光纤集光器中进行空间混色，所有的光纤集光器的输出端按顺序排成一排；所述的光扫描器由一个具有多个反射聚焦侧面的反射镜筒及驱动该反射镜筒旋转的电机组成，在光扫描器上装有检测反射镜筒转角位置的传感器，把光扫描器每一聚焦反射侧面的开始扫描位置信号传送到像素存储控制器，使像素存储控制器与光扫描器的扫描同步；所述的图像显示屏是由规则排列的长条形四棱台状光纤组成，该四棱台状光纤的数量是一帧图像的像素数量的整数的平方倍。在像素存储控制器的控制下，发光器件每次显示一行或一列像素光，经过集光输出器进行空间混色后照射到光扫描器的聚焦侧面上，由光扫描器完成帧扫描得到整帧图像，由图像显示屏显示视频图像。

本发明还可以在图像显示屏的输出面后增加一投影透镜把图像显示屏输出面形成的实像投射到投影屏幕上，实现大屏幕投影显像。

本视频显像装置的发光驱动板上使用的发光器件，在普通显示时可以使用高亮度发光二极管，也可以使用电致发光塑料等发光器件，在作投影显像时可以采用高亮度激光管作为发光器件。

相对于显像管而言，本视频显像装置有如下优点：由于调整光路的光纤不需要占用太大的空间，因而体形簿；适当增加发光单元的数量和光纤集光器的数量，可以达到需要的高分辩率；像素点由光纤的位置来决定，可以获得稳定的图像，没有畸变和边缘散焦；不需要扫描电磁场和荫罩板，所以不怕磁化；屏幕表面由光纤的光输出端组成，可取无穷大或者负曲率系数，并且通过沙磨或者微棱化，再加上防反射涂层，使它没有眩光干扰；工作电压为直流低压，无电磁辐射；采用发光二极管为发光器件，电光效率高，并且不产生有害射线；由于没有畸变和边缘散焦，可以免除图像的校正、调整、像质提升等配套电路，信号流程简洁，维修方便；整个装置工作在低压和低热状态，故障率低，寿命长。

相对于等离子体显示屏而言，本视频显像装置有以下优点：使用廉价的光纤阵列配合发光单元，代替昂贵的等离子体管阵列，构成帧显像面，使成本降低；在同一列上的像素由同一组三基色发光器件提供光线，而且可对单只发光单元的亮度进行微调，使整幅画面亮度均匀，没有暗斑。此外，同上述原因，它还有寿命长，可维修程度高等优点。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明：

图1是本发明视频显像装置的整体结构示意图；

图2是发光驱动板示意图；

图3是集光输出器示意图；

图4是光纤集光器示意图；

图5是光扫描器结构示意图；

图6是图像显示屏结构示意图；

图7是另一种图像显示屏结构示意图。

在图1中，发光驱动板(1)上的发光单元在像素存储控制器的控制下按像素顺序、频率和强度每次发出一行象素光。这些光线通过集光输出器(3)中各自对应的输入端进入集光输出器(3)中进行空间混色，再从集光输出器(3)的输出端(5)送出，投射到光扫描器的反射聚焦侧面(8)上。光扫描器的反射镜筒(6)由可调速电动机(7)带动旋转，使集光输出器(3)输出的光线经反射聚焦侧面(8)聚焦所成的实像落在图像显示屏(9)的输入面(10)上。由于光扫描器反射镜筒(6)的旋转，使输出的每行像素光线被投射到图像显示屏的输入面(10)的相应位置，形成视频实像场。图像显示屏(9)的光导纤维把这些光线传送到成像面(11)，形成视频图像。

图2是发光驱动板示意图(图中仅画出少量发光单元)。发光驱动板(1)上有若干发光单元，每个发光单元由三个分别是红、绿、兰三种基色的发光器件(2)组成，当显像分辩率的水平像素是M时，按照逐行扫描方式，发光驱动板上有M组发光单元，与一行中的M个像素相对应，在像素存储控制器的控制下，每次同时发光，获得一行图像像素。

图3是集光输出器示意图。它由许多树状光纤集光器(4)组成(图中仅画出少量树状光纤集光器)，树状光纤集光器(4)的数量与发光单元的数量一致，每支树状光纤集光器(4)有三个输入端，汇集后形成一个输出端，一支树状光纤集光器与一个发光单元相对应，树状光纤集光器(4)的三个输入端与发光单元的三个基色发光器件相对应，三个基色发光器件(2)发出的光从树状光纤集光器(4)的三个输入端射入，在树状光纤集光器(4)中汇集，进行空间混色，在其输出端得到一个像素光线，所有树状光纤集光器的输出端按顺序紧密地排成一条直线，构成集光输出器的输出端口(5)，每个行周期就可以从该端口输出一行像素光线。

简化的光纤集光器如附图4所示。它直接把树状结构的三个枝段的输出端紧凑地拼合，输出色混合光线，再用一支结构和功能与上述三支光纤相似的光纤接收该束光线，并从另一端输出。当三种发光器件做成一体化全色彩变色发光器件时，树状结构的几个树枝端可以合并成为一个端口。这时，光纤集光器的形状如通迅用的纺锤状光纤。

从图5中可以看出，光扫描器是由一个具有多个反射聚焦侧面(8)的反射镜筒(6)及驱动该反射镜筒旋转的电机(7)组成，反射镜筒的每一个侧面都是参数相同的聚焦反射镜，反射镜筒具有的侧面数与帧扫描频率(单位为赫兹)以及反射镜筒的转速(单位为转/每秒)符合下述关系式：

          帧扫描频率＝侧面数×转速

在光扫描器的反射镜筒上装有转角传感器，当一个反射聚焦侧面转到开始扫描的角度时。传感器向像素存储控制器发出信号，像素存储控制器开始扫描每帧图像的第一行。适当调整像素存储控制器的扫描频率即可使像素存储控制器的扫描与光扫描器同步，即扫描镜筒每转过一个扫描聚焦反射面所对应的转角，像素存储控制器完成一帧图像的扫描，从而获得稳定的视频图像。

实际制作中，反射聚焦侧面(8)可以用专门设计的簿凸透镜，将内面镀涂全反射层后做成，也可以用轻质材料的凹面镜做成。

图6是图像显示屏示意图(图中仅画出少量光纤)。图像显示屏(9)由许多支光纤组成。最简单的做法是用一支光纤对应一个像素。为了获得高质量图像，可以按平方关系增加光纤的数量，使每一个像素用4支、9支或者更多(整数的平方倍)支光纤合拼后对应。单支光纤为长条形状，大小两端的线度比取2比1到20比1。把所有单支光纤的小端按行列紧密地拼合，形成图像显示屏(9)的光输入面(10)，该面的形状应根据反射聚焦侧面(8)的聚焦特性，设置成柱面、椭球面或其他凹面，使光扫描器在不同角度扫描聚焦引起的图像畸变消除；光纤的另一大端对应地紧密拼合，形成图像显示屏(9)的光输出面(11)。该输出面(11)沙磨毛化或者微棱化之后，按背投影的需要涂覆散光层和防反光层，就形成图像显示屏(9)的输出屏面。

如图7所示，图像显示屏(9)还可以用一种较简单的方法制作，它是用线状的正四棱柱或圆柱形光纤做成。光纤两头大小相同，一头紧密拼合构成输入面，另一头按一定间隔在光输出面上等间距均匀排列。然后，在距离光输出面几毫米到几十毫米(小范图可调)处，放置一块背投影用的成像幕板(12)。当改变成像幕板(12)到光纤输出端的距离时，图像的锐度可以微调。

图像显示屏(9)的光纤数量很多，太细的光纤不易加工。按简单的方法制作，光纤的端口线度取50到500微米，显像端排列的距离在300微米到5000微米，根据屏幕分辨率和大小而定。可见，本视频显像装置最适合于制作面积为平方米级的大屏幕显示器。

本视频显像装置用于高清晰度宽屏幕电视等高指标产品时，按上述的一般设计，需要的发光器件很多。例如，在分辨率为2500×1250时(即每帧图像由1250行、2500列像素组成)，所需的发光器件数为3×2500＝7500只。这不仅使发光驱动板(1)变得很大，而且还降低本视频显像装置的可靠性。为此，可以通过把按行扫描的方式变为按列扫描的方式，对调水平和垂直扫描的过程。这时，集光输出器(3)输出的光线实际上是列的像素光，光扫描器的扫描实际上是水平扫描。在这种模式工作时，每次扫描的行数等于发光器件的组数。这样，在上述例子的分辨率时，需要的发光器件数为3×1250＝3750只，可减少到原来的一半。

在本发明装置中，适当增加或去除某些部分，可以形成与视频显像相关的、具有另外其他效果的装置。例如，把图像显示屏(9)的输出面做成很小(比输入面小更好)，并且不涂覆任何涂层。这样的输出面具有与液晶投影仪的液晶光阀板相同的成像作用，配合适当的变焦投影镜头，可以实现更大范围可调的前投影功能。另一比较实用的方法是，去掉图像显示屏(9)，适当调整集光输出器的输出端(5)到光扫描器的反射聚焦侧面(8)的距离，使电动机反方向转动，就可以用来实现前投式投影功能。

Claims (5)

1、一种视频显像装置，包括像素存储控制器、发光驱动板(1)、集光输出器(3)、光扫描器及图像显示屏(9)，其特征在于：所述的发光驱动板(1)上设有数量与一行或一列的像素数目相等的三基色发光单元，每个三基色发光单元由三个单基色发光器件(2)组成，所述的像素存储控制器控制发光驱动板(1)上的三基色发光单元按图像像素发光；集光输出器(3)由多个具有三条支路的树状光纤集光器(4)组成，树状光纤集光器(4)的数量与三基色发光单元的数量相同，每个树状光纤集光器(4)与一个三基色发光单元相对应，三个单基色发光器件(2)发出的光从与其对应的树状光纤集光器(4)的三个支路进入树状光纤集光器(4)中进行空间混色，所有树状光纤集光器(4)的输出端按顺序排成一排；所述的光扫描器由一个具有多个反射聚焦侧面(8)的反射镜筒(6)及驱动该反射镜筒旋转的电机(7)组成，在光扫描器上装有检测反射镜筒(6)转角位置的传感器；所述的图像显示屏(9)是由规则排列的许多光纤组成，光纤的数量与一帧图像的像素数量成整数的平方倍关系。

2、根据权利要求1所述的视频显像装置，其特征在于：在所述的图像显示屏(9)的输出面设有一只投影透镜。

3、根据权利要求1所述的视频显像装置，其特征在于：所述的发光驱动板上的单基色发光器件(2)是发光二极管。

4、根据权利要求1所述的视频显像装置，其特征在于：所述的发光驱动板上的单基色发光器件(2)是电致发光塑料。

5、根据权利要求1所述的视频显像装置，其特征在于：所述的发光驱动板上的单基色发光器件(2)是激光发射管。

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