ITMI982728A1 - Apparecchio di proiezione di grandi immagini - Google Patents
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Description
<«>APPARECCHIO DI PROIEZIONE DI GRANDI IMMAGINI"
SETTORE DELL'INVENZIONE
La presente invenzione riguarda un apparecchio di proiezione di grandi immagini. In particolare viene descritto un apparecchio di proiezione al laser che realizza un grande schermo ad una distanza relativamente breve espandendo l'angolo di scansione orizzontale di un apparecchio di proiezione al laser.
DESCRIZIONE DELL'ARTE NOTA
Tipici mezzi noti anteriori di visualizzazione di una immagine sono costituiti da elementi a schermo piano quali tubi a raggi catodici (CRT) di ricevitori televisivi e dispositivi a cristalli liquidi (LCD).
Tuttavia più è grande il CRT o l'LCD, tanto più difficile è la sua produzione e tanto più bassa è la sua risoluzione, così che la sua commercializzazione è risultata limitata.
Pertanto il metodo secondo l'arte nota realizza un grande visore espandendo l'immagine per mezzo di lenti e proiettandola su uno schermo. Il metodo, tuttavia, solleva problemi per il fatto che la qualità dell'immmagine proiettata sullo schermo non è buona e la luminosità è bassa in quanto la potenza della sorgente luminosa è contenuta a motivo delle caratteristiche termiche dell'apparecchio di visualizzazione dell immmagine.
Un apparecchio di proiezione al laser è stato sviluppato utilizzando un laser come alternativa.
L'apparecchio di proiezione al laser sviluppato richiede, comunque, una lunga distanza di proiezione a motivo della limitatezza dell'angolo di scansione orizzontale. Ciò poiché l'apparecchio ha una struttura tale che la dimensione dell’immagine è determinata dal numero di superfici rotanti di uno specchio poligonale. Ne deriva, che l'apparecchio di struttura convenzionale non è in grado di proiettare una grande immagine che non sia a considerevole distanza di proiezione.
La Fig.l è un diagramma schematico mostrante un apparecchio di visualizzazione al laser convenzionale. La sorgente di luce 10 è una luce laser bianca. Sul percorso della sorgente di luce 10 sono presenti un sistema ottico 20 comprendente uno specchio ad alta riflessione 21 che muta la direzione del fascio di raggi laser generato dalla sorgente luminosa, lenti di collimazione 22 che trasformano il fascio laser in un fascio di raggi paralleli ed un sistema di lenti telescopiche per regolare le grandezza del fascio dì raggi di luce paralleli.
Il sistema di lenti telescopiche è composto da una prima lente telescopica 23 con una lunga distanza focale e da una seconda lente telescopica 24 con una distanza focale relativamente corta.
Un sottosistema 25 di separazione del fascio di raggi luminosi separa il fascio di raggi laser di luce bianca emessi dal sistema di lenti telescopiche del sistema ottico 20 in fasci di raggi di luce monocromatica rossa, verde e blu.
Il sottosistema 25 di separazione del fascio di raggi luminosi comprende due specchi dicroici 67a, 68a ed uno specchio 69a ad alta riflessione.
Gli specchi dicroici 67a e 68a separano il fascio di luce bianca nei fasci di luce rossa, verde e blu e 10 specchio ad alta riflessione 69a muta la direzione dei raggi di luce monocromatica.
I predetti fasci di luce rossa, verde e blu vengono focalizzati su modulatori acustico-ottici 61, 62 e 63 per mezzo di lenti di focalizzazione 64a, 65a e 66a e modulati da un segnale d’immagine.
Lenti di collimazione 64b, 65b, e 66b sono collocate sul retro dei modulatori di luce 61, 62 e 63 per ripristinare i fasci luminosi in fasci di raggi paralleli come prima dell'incidenza sulle lenti di focalizzazione 64a, 65a e 66a rispettivamente.
Un sottosistema 65 di combinazione dei fasci luminosi combina i fasci di luce monocromatica modulati dal modulatore acustico-ottico in un unico fascio di luce .
11 sottosistema 65 comprende due specchi dicroici 67b e 68b ed uno specchio ad alta riflessione 69b; lo specchio ad alta riflessione 69b muta la direzione dei raggi di luce monocromatica.
II fascio di luce combinato attraverso gli specchi dicroici è sottoposto a scansione verticale da un galvanometro 70, ed è sottoposto a scansione orizzontale da uno specchio poligonale 80 così da formare un'immagine su di uno schermo 90. Il galvanometro 70 vibra verso l'alto e verso il basso ad una velocità sincronizzata da un segnale di sincronismo verticale e lo specchio poligonale 80 ruota ad un'alta velocità sincronizzata da un segnale di sincronismo orizzontale .
Il cammino del fascio luminoso modulato proveniente dal sottosistema di combinazione dei fasci luminosi muta così direzione in senso verticale per mezzo del galvanometro 70; esso cambia altresì direzione in senso orizzontale per mezzo dello specchio poligonale 80; l'immagine viene così formata sullo schermo 90.
Un sistema di lenti di collegamento è posto tra il galvanometro 70 e lo specchio poligonale 80 e concentra il fascio di luce in modo che il fascio sottoposto a scansione verticale incida nell'area utile della superficie dello specchio poligonale 80 di scansione orizzontale.
Il sistema di lenti di trasferimento comprende due lenti 31 e 32 aventi stessa lunghezza focale poste ad una distanza pari alla somma delle distanze focali.
Il fascio di luce dopo essere passato sullo specchio poligonale è proiettato attraverso la lente f034 sullo schermo.
Nella struttura sopra descritta, la dimensione dell'immagine visualizzata sullo schermo è determinata dall'angolo di scansione e l'angolo di scansione è determinato per mezzo dell'angolo di scansione orizzontale. L'angolo di scansione orizzontale è determinato dal numero di facce sullo specchio poligonale rotante. Detto n il numero delle facce dello specchio poligonale l'angolo di scansione orizzontale è dato dalla seguente equazione 1:
Θ = 720°/ n [equazione 1]
Per esempio l'angolo di scansione orizzontale risulta 30° nel caso di uno specchio poligonale a 24 facce.
D'altra parte il galvanometro vibra solo verso l'alto e verso il basso così che l'angolo di scansione verticale può essere regolato a piacere. Nella struttura sopra descritta l'angolo di scansione verticale del galvanometro dovrebbe essere regolato in funzione dell'angolo di scansione orizzontale dello specchio poligonale in modo da realizzare un'immagine con un rapporto di 4:3 tenendo conto che l'angolo di scansione orizzontale dello specchio poligonale è prefissato.
Per realizzare e visualizzare un'immagine in movimento secondo un segnale video NTSC (National Television System Committee) dovrebbero essere effettuate 30 scansioni al secondo e dovrebbero essere utilizzate 525 linee orizzontali per ogni scansione. Ciò equivale ad elaborare 15.750 linee al secondo con una frequenza di scansione orizzontale pari a 15,75 kHz. Uno specchio poligonale a 24 facce dà luogo a una scansione di 24 linee per ogni rotazione. Lo specchio poligonale a 24 facce dovrebbe pertanto ruotare 656,24 volte in un secondo per elaborare 15.750 linee al secondo, così da richiedere una velocità di rotazione di 39.375 giri al minuto.
Come già menzionato l'angolo di scansione orizzontale dovrebbe essere aumentato per realizzare un grande schermo e a tale scopo sarebbe utile uno specchio poligonale con poche facce di rotazione.
D'altra parte per elaborare il segnale video NTSC il numero di rotazioni dello specchio poligonale dovrebbe aumentare.
Tuttavia poiché la velocità di rotazione dello specchio poligonale non può essere aumentata oltre un certo limite la diminuzione del numero delle facce dello specchio poligonale non è proponibile. Conseguentemente per realizzare un grande schermo la distanza di proiezione deve essere aumentata.
Un sistema ottico di espansione come ad esempio una ingranditore può essere inserito sul percorso del fascio luminoso per aumentare la distanza di proiezione ma ciò richiede spazio e una disposizione complessa .
RIASSUNTO DELLA PRESENTE INVENZIONE.
Uno scopo della presente invenzione è quello di realizzare un apparecchio di proiezione di grandi immagini che consenta un'alta risoluzione ed un'alta luminosità .
Secondo una realizzazione preferita della presente invenzione l'apparecchio di proiezione di grandi immagini prevede la presenza di una sorgente di luce, mezzi per modulare la luce secondo segnali video e mezzi per proiettare la luce modulata su di uno schermo. Detti mezzi di proiezione comprendono uno specchio poligonale per la scansione orizzontale della luce modulata, una prima lente di trasferimento avente distanza focale fi posta davanti allo specchio poligonale, una seconda lente di trasferimento avente una distanza focale f2 relativamente più corta della distanza focale fi e disposta davanti alla prima lente di trasferimento e un galvanometro per la scansione verticale della luce ricevuta dalla seconda lente di trasferimento.
BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI
La Fig.l è un diagramma schematico di un apparecchio convenzionale di proiezione di immagini.
La Fig.2 è un diagramma schematico di un apparecchio di proiezione di immagini secondo una forma realizzativa della presente invenzione.
La Fig.3 è una vista ingrandita che mostra un sottosistema di scansione di un apparecchio di proiezione di immagini al laser.
In tali figure il significato delle varie parti è il seguente:
10, 100: sorgenti di luce;
20: sistema ottico;
21, 69a, 69b, 210, 690a, 690b, 710, 720: specchi ad alta riflessione;
22, 64b, 65b, 66b, 220, 640b, 650b, 660b: lenti di collimazione;
23, 24: lenti telescopiche;
230, 240: lenti di espansione;
25, 250: sottosistemi di separazione dei raggi luminosi;
67a, 68a, 670a, 680a: specchi dicroici;
64a, 65a, 66a, 640a, 650a, 660a: lenti di focalizzazione
61, 62, 63, 610, 620, 630: modulatori acusticoottico (AOM)
65, 650: sottosistemi combinatori dei raggi luminosi;
67b, 68b, 670b, 680b: specchi dicroici;
70, 700: galvanometri;
80, 800: specchi poligonali;
90, 900: schermi;
31, 32, 310, 320: sistemi di lenti di trasferimento; 34: sistema di lenti £θ;
850: specchio di riflessione;
Θ1: angolo iniziale di scansione orizzontale;
Θ2 : angolo esteso di scansione orizzontale;
fi: distanza focale della prima lente di trasferimento;
f2: seconda distanza focale della lente di trasferimento .
DESCRIZIONE DETTAGLIATA DEGLI ESEMPI DI REALIZZAZIO-NE DELL'INVENZIONE
Nella realizzazione preferita della presente invenzione, la disposizione nel sottosistema di scansione risulta mutato in modo che il fascio di raggi laser ricombinato modulato dal seganle video è sottoposto a scansione orizzontale dallo specchio poligonale prima <'>di essere sottoposto a scansione verticale.
Il raggio laser sootoposto a scansione orizzontale viene fatto passare attraverso un sistema di lenti di trasferimento e quindi concentrato su di un galvanometro da cui è sottoposto a scansione verticale, così da consentire la visualizzazione dell'immagine. L'angolo di scansione orizzontale è determinato dal numero delle facce rotanti dello specchio poligonale ed ha un valore prefissato; il galvanometro vibra verso l'alto e verso il basso e l'angolo di scansione verticale può essere regolato.
Il sistema di lenti di trasferimento della presente invenzione viene utilizzato per espandere l'angolo di scansione orizzontale e per concentrare un fascio di raggi sottoposto a scansione verticale su di un sottosistema di scansione orizzontale o per concentrare un raggio sottoposto a scansione orizzontale su un sottosistema di scansione verticale.
Il sistema di lenti di trasferimento ha due lenti convesse; una delle due lenti convesse ( prima lente di trasferimento) è posta vicino allo specchio poligonale e l'altra (seconda lente di trasferimento) è disposta vicino al galvanometro. La distanza tra le due lenti di trasferimento è pari alla somma delle distanze focali delle lenti stesse.
Le lenti di trasferimento convenzionali hanno la medesima distanza focale, mentre la presente invenzione è caratterizzata dal fatto che la distanza focale della prima lente di trasferimento fi è magggiore di quella della seconda lente di trasferimento f2. Ciò permette all'angolo di scansione orizzontale di essere ampliato secondo il rapporto di fi su f2, permettendo in tal modo la proiezione dell'immagine su di un grande schermo.
Pertanto l'angolo di scansione verticale del galvanometro viene aumentato, rispettando il rapporto desiderato dell'immagine, in proporzione all'angolo espanso di scansione orizzontale, permettendo così la realizzazione dell'immagine su di un grande schermo a distanza di proiezione ravvicinata.
Con riferimento alla Fig. 2 vengono illustrati schematicamente la struttura e il principio di funzionamento di un apparecchio al laser di proiezione di immagini .
La sorgente di luce {100) è un laser di luce bianca e il fascio luminoso è trasformato in un fascio di raggi paralleli dalle lenti 220 di collimazione. La direzione del fascio di raggi paralleli è mutata da uno specchio 210 ad alta riflessione e la ampiezza del fascio di raggi luminosi paralleli è espansa secondo il rapporto di ingrandimento di un sistema di lenti di espansione 230 e 240.
Questa espansione mira a mantenere più alta la capacità di elaborazione del segnale di un modulatore acustico-ottico 610, 620 e 630.
Il sistema di lenti di espansione ha una prima lente di espansione con una lunga distanza focale e una seconda lente di espansione con una distanza focale relativamente corta.
Il fascio di raggi laser a luce bianca che passa attraverso il sistema di lenti di espansione è fatto entrare nel sottosistema 250 di separazione dei raggi di luce che ha due specchi dicroici 670a e 680a ed uno specchio 690a ad alta riflessione.
Gli specchi dicroici separano il raggio di luce bianca nei raggi di luce rossa, verde e blu e lo specchio 690a ad alta riflessione muta la direzione dei raggi di luce monocromatica.
I raggi laser separati sono focalizzati attraverso lenti di focalizzazione 640a, 650a e 660a su modulatori acustico-ottici 610, 620 e 630 e rispettivamente modulati per mezzo di un segnale video.
Le lenti di collimazione 640b, 650b, e 660b sono poste sul retro dei modulatori acustico-ottici per ripristinare i fasci luminosi in fasci di raggi paralleli come prima dell'incidenza sulle lenti di focalizzazione .
Il sottosistema 650 ricombina i fasci di raggi di luce rossa, verde e blu modulati attraverso il modulatore acustico-ottico dal segnale video in un unico fascio luminoso.
Il sottosistema che ricompone i fasci luminosi è composto da due specchi dicromatici 670a e 680a e da uno specchio 690a ad alta riflessione.
Il fascio di raggi luminosi ricombinato viene proiettato su uno specchio poligonale 800 utilizzando specchi 710 e 720 ad alta riflessione ed è ivi sottoposto a scansione orizzontale. Il raggio sottoposto a scansione orizzontale viene focalizzato sulla superficie dello specchio del galvanometro per mezzo di un sistema di lenti di trasferimento 310 e 320 poste tra il galvanometro e lo specchio poligonale e ivi è sottoposto a scansione verticale.
Il sistema di lenti di trasferimento è composto da una prima lente di trasferimento 310 e da una seconda lente di trasferimento 320 entrambe convesse e distanziate fra loro di una lunghezza pari alla somma delle loro distanze focali.
Nella presente invenzione, la prima lente di trasferimento 310 ha una distanza focale più lunga della seconda lente di trasferimento 320, contrariamente a quanto avviene per distanza tra le lenti convenzionali convesse in cui la distanza è la stessa. La seconda lente di trasferimento espande l'angolo di scansione orizzontale secondo un rapporto pari al rapporto delle distanze focali.
L’immagine sottoposta a scansione dallo specchio poligonale e dal galvanometro è proiettata su di uno schermo 900 per mezzo di uno specchio di riflessione 850, posto sull'estremità superiore del galvanometro.
La Fig. 3 è una vista ingrandita che mostra un sottosistema di scansione di un dispositivo laser di proiezione di immagini secondo la Fig. 2.
Il principio operativo del sistema viene spiegato con riferimento alla precitata Fig. 3.
Il fascio luminoso ricombinato 801 viene proiettato sullo specchio poligonale 800. Quando lo specchio poligonale ruota in senso antiorario il fascio di luce riflesso passa in una prima lente di trasferimento 310 nell'ordine di 1, 2 e 3.
Il raggio di luce che segue il percorso 1 è proiettato su una lente di trasferimento 320 secondo il percorso 4, viene rifratto lungo il percorso 7 e quindi proiettato sul galvanometro 700.
Il raggio di luce che segue il percorso 2 è proiettato sul galvanometro lungo il percorso 5 e 8 nell <1 >ordine.
Il raggio di luce che segue il percorso 3 è proiettato sul galvanometro lungo il percorso 6 e 9 nel-1 <1 >ordine.
Il sistema di lenti di trasferimento utilizza la distanza focale fi di una prima lente di trasferimento 310 e la distanza focale f2 di una seconda lente di trasferimento 320.
La prima lente di trasferimento 310 è posta ad una distanza dallo specchio poligonale 800 pari alla distanza focale fi.
La seconda lente di trasferimento è posta ad una distanza dal galvanometro pari alla distanza focale f2.
Il sistema di lenti di trasferimento realizzato come sopra consente ai raggi laser di muoversi lungo le direzioni indicate in Fig.3.
L’espansione dell'angolo di scansione orizzontale è determinata dal rapporto delle distanze focali delle due lenti di trasferimento. L'angolo di scansione Θ2 espanso è correlato con l'angolo iniziale Θ1 della scansione orizzontale secondo la seguente equazione 2.
Θ1/Θ2 = f2/fl [equazione 2]
Nella sopracitata equazione 2 il rapporto di espansione della scansione orizzontale è determinato dal rapporto della distanza focale delle due lenti di trasferimento, così che l'angolo di scansione espanso sul lato sinistro è più largo rispetto al lato destro secondo il rapporto delle distanze focali. Pertanto il galvanometro aumenta l'angolo di scansione verticale in proporzione dell'angolo espanso della scansione orizzontale, rispettando un rapporto di immagine di 4 a 3 (lunghezza su larghezza).
L'immagine proiettata sul galvanometro è inviata frontalmente su di uno schermo 900 per mezzo di uno specchio di riflessione 850.
La presente invenzione realizza un dispositivo laser di proiezione delle immagini che adotta valori diversi per le distanze focali delle due lenti di trasferimento e predispone lo specchio poligonale e il galvanometro sulla base del valore di dette distanze focali, aumentando in tal modo l'angolo di scansione orizzontale e permettendo la realizzazione di un grande schermo nonostante una corta distanza di proiezione.
Claims (7)
- RIVENDICAZIONI 1 . Apparecchio di proiezione di grandi immagini avente una sorgente di luce, mezzi per modulare la luce secondo segnali video di immagine e mezzi per proiettare la luce modulata su di uno schermo, detti mezzi di proiezione comprendendo: - uno specchio poligonale per sottoporre a scansione orizzontale la luce modulata; - una prima lente di trasferimento avente una distanza focale fi e posta davanti allo specchio poligonale; - una seconda lente dì trasferimento avente una distanza focale f2 minore della distanza focale fi e disposta davanti alla prima lente di trasferimento; - un galvanometro per la scansione verticale della luce ricevuta dalla seconda lente di trasferimento.
- 2. Apparecchio di proiezione di grandi immagini come alla Riv.l, in cui l'angolo di scansione orizzontale di detto specchio poligonale è regolato tramite il rapporto delle distanze focali di dette due lenti di trasferimento.
- 3 . Apparecchio di proiezione di grandi immagini come a una delle precedenti rivendicazioni in cui la distanza tra detta prima lente di trasferimento e detto specchio poligonale è pari a detta distanza focale fi.
- 4 . Apparecchio di proiezione di grandi immagini come a una delle precedenti rivendicazioni in cui la distanza tra detta prima lente di trasferimento e detta seconda lente di trasferimento è pari alla somma fl+f2 delle distanze focali delle due lenti.
- 5 . Apparecchio di proiezione di grandi immagini come alla Riv.4 in cui la distanza tra detta seconda lente di trasferimento e detto galvanometro è pari alla predetta distanza focale f2.
- 6 . Apparecchio di proiezione di grandi immagini come alla Riv.5 in cui detta prima e seconda lente di trasferimento sono di tipo convesso.
- 7. Apparecchio di proiezione di grandi immagini come a una delle precedenti rivendicazioni in cui detta sorgente di luce è una sorgente laser di luce bianca .
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