專利名稱：一種視頻顯像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種視頻影像還原裝置，用于大屏幕模擬或者數(shù)字電視機(jī)、以及電腦顯示器中，將視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)后，輸出還原圖像。
視頻信號(hào)的主要特點(diǎn)是，用有時(shí)序關(guān)系的電信號(hào)(隨時(shí)間變化的電壓)表示二維圖像光信號(hào)，并變換成其他形式的可存儲(chǔ)或傳送的信號(hào)。在還原圖像時(shí)，按照原來記錄的時(shí)序關(guān)系和光的色彩、強(qiáng)度，把畫面按從上到下、從左到右的順序快速地描繪出來。其中從上到下的描繪叫做幀掃描，從左到右的描繪叫做行掃描；最小的描繪單位叫做像素，由像素在水平方向組成的線叫做行，幀則是由若干行組成的，多幀圖像的連續(xù)顯示則形成了活動(dòng)的影像。
現(xiàn)行的電視機(jī)絕大部分采用顯像管(陰極射線管)來使視頻信號(hào)還原成圖像。顯像管通過有規(guī)律變化的電磁場(chǎng)，控制電子束的路徑實(shí)現(xiàn)圖像的掃描。隨視頻信號(hào)變化其強(qiáng)度的三束電子束，通過蔭罩板柵孔，轟擊對(duì)應(yīng)的基色熒光粉發(fā)光，生成還原像素。這種方法由于技術(shù)成熟，成本最低。但是，要調(diào)整電子束的路徑，必須在真空中利用高電壓控制。因此，顯像管的體積較大，屏幕面積很難擴(kuò)大；工作條件苛刻，清晰度難以提高；又因蔭罩板吸收電子束的多數(shù)電子，電光效率低。
另一種用于高清晰度電視機(jī)的顯像技術(shù)，是等離子體顯示器。它是將與像素對(duì)應(yīng)的大量低壓放電管組成陣列作為顯示屏幕，再按視頻信號(hào)的時(shí)序規(guī)律使這些放電管發(fā)光，生成還原像素。這一技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是機(jī)器體形很薄，前級(jí)電路簡(jiǎn)單。但是，低壓放電管壽命較短，因質(zhì)量有離散性使屏幕產(chǎn)生暗區(qū)，又因?yàn)楸仨毷褂脭?shù)十萬甚至數(shù)百萬計(jì)的放電管，目前成本也很高。
本發(fā)明的目的是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種沒有高壓、不會(huì)產(chǎn)生電磁輻射，而且體形薄的視頻顯像裝置，它只需使用少量的普通發(fā)光器件就可以實(shí)現(xiàn)高清晰度平面大屏幕視頻顯像。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本視頻顯像裝置主要由像素存儲(chǔ)控制器、發(fā)光驅(qū)動(dòng)板、集光輸出器、光掃描器及圖像顯示屏組成，在發(fā)光驅(qū)動(dòng)板上設(shè)有數(shù)量與一行或一列的像素?cái)?shù)目相等的三基色發(fā)光單元，每個(gè)三基色發(fā)光單元由三個(gè)單基色發(fā)光器件組成，在所述像素存儲(chǔ)控制器的控制下發(fā)光驅(qū)動(dòng)板上的三基色發(fā)光單元按圖像像素順序、頻率和強(qiáng)度發(fā)光；集光輸出器由多個(gè)具有三條支路的樹狀光纖集光器組成，樹狀光纖集光器的數(shù)量與三基色發(fā)光單元的數(shù)量相同，每個(gè)樹狀光纖集光器與一個(gè)三基色發(fā)光單元相對(duì)應(yīng)，三個(gè)單基色發(fā)光器件發(fā)出的光從與其對(duì)應(yīng)的光纖集光器的三個(gè)支路進(jìn)入光纖集光器中進(jìn)行空間混色，所有的光纖集光器的輸出端按順序排成一排；所述的光掃描器由一個(gè)具有多個(gè)反射聚焦側(cè)面的反射鏡筒及驅(qū)動(dòng)該反射鏡筒旋轉(zhuǎn)的電機(jī)組成，在光掃描器上裝有檢測(cè)反射鏡筒轉(zhuǎn)角位置的傳感器，把光掃描器每一聚焦反射側(cè)面的開始掃描位置信號(hào)傳送到像素存儲(chǔ)控制器，使像素存儲(chǔ)控制器與光掃描器的掃描同步；所述的圖像顯示屏是由規(guī)則排列的長(zhǎng)條形四棱臺(tái)狀光纖組成，該四棱臺(tái)狀光纖的數(shù)量是一幀圖像的像素?cái)?shù)量的整數(shù)的平方倍。在像素存儲(chǔ)控制器的控制下，發(fā)光器件每次顯示一行或一列像素光，經(jīng)過集光輸出器進(jìn)行空間混色后照射到光掃描器的聚焦側(cè)面上，由光掃描器完成幀掃描得到整幀圖像，由圖像顯示屏顯示視頻圖像。
本發(fā)明還可以在圖像顯示屏的輸出面后增加一投影透鏡把圖像顯示屏輸出面形成的實(shí)像投射到投影屏幕上，實(shí)現(xiàn)大屏幕投影顯像。
本視頻顯像裝置的發(fā)光驅(qū)動(dòng)板上使用的發(fā)光器件，在普通顯示時(shí)可以使用高亮度發(fā)光二極管，也可以使用電致發(fā)光塑料等發(fā)光器件，在作投影顯像時(shí)可以采用高亮度激光管作為發(fā)光器件。
相對(duì)于顯像管而言，本視頻顯像裝置有如下優(yōu)點(diǎn)由于調(diào)整光路的光纖不需要占用太大的空間，因而體形簿；適當(dāng)增加發(fā)光單元的數(shù)量和光纖集光器的數(shù)量，可以達(dá)到需要的高分辯率；像素點(diǎn)由光纖的位置來決定，可以獲得穩(wěn)定的圖像，沒有畸變和邊緣散焦；不需要掃描電磁場(chǎng)和蔭罩板，所以不怕磁化；屏幕表面由光纖的光輸出端組成，可取無窮大或者負(fù)曲率系數(shù)，并且通過沙磨或者微棱化，再加上防反射涂層，使它沒有眩光干擾；工作電壓為直流低壓，無電磁輻射；采用發(fā)光二極管為發(fā)光器件，電光效率高，并且不產(chǎn)生有害射線；由于沒有畸變和邊緣散焦，可以免除圖像的校正、調(diào)整、像質(zhì)提升等配套電路，信號(hào)流程簡(jiǎn)潔，維修方便；整個(gè)裝置工作在低壓和低熱狀態(tài)，故障率低，壽命長(zhǎng)。
相對(duì)于等離子體顯示屏而言，本視頻顯像裝置有以下優(yōu)點(diǎn)使用廉價(jià)的光纖陣列配合發(fā)光單元，代替昂貴的等離子體管陣列，構(gòu)成幀顯像面，使成本降低；在同一列上的像素由同一組三基色發(fā)光器件提供光線，而且可對(duì)單只發(fā)光單元的亮度進(jìn)行微調(diào)，使整幅畫面亮度均勻，沒有暗斑。此外，同上述原因，它還有壽命長(zhǎng)，可維修程度高等優(yōu)點(diǎn)。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明

圖1是本發(fā)明視頻顯像裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是發(fā)光驅(qū)動(dòng)板示意圖；圖3是集光輸出器示意圖；圖4是光纖集光器示意圖；圖5是光掃描器結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是圖像顯示屏結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是另一種圖像顯示屏結(jié)構(gòu)示意圖。
在圖1中，發(fā)光驅(qū)動(dòng)板(1)上的發(fā)光單元在像素存儲(chǔ)控制器的控制下按像素順序、頻率和強(qiáng)度每次發(fā)出一行象素光。這些光線通過集光輸出器(3)中各自對(duì)應(yīng)的輸入端進(jìn)入集光輸出器(3)中進(jìn)行空間混色，再從集光輸出器(3)的輸出端(5)送出，投射到光掃描器的反射聚焦側(cè)面(8)上。光掃描器的反射鏡筒(6)由可調(diào)速電動(dòng)機(jī)(7)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，使集光輸出器(3)輸出的光線經(jīng)反射聚焦側(cè)面(8)聚焦所成的實(shí)像落在圖像顯示屏(9)的輸入面(10)上。由于光掃描器反射鏡筒(6)的旋轉(zhuǎn)，使輸出的每行像素光線被投射到圖像顯示屏的輸入面(10)的相應(yīng)位置，形成視頻實(shí)像場(chǎng)。圖像顯示屏(9)的光導(dǎo)纖維把這些光線傳送到成像面(11)，形成視頻圖像。
圖2是發(fā)光驅(qū)動(dòng)板示意圖(圖中僅畫出少量發(fā)光單元)。發(fā)光驅(qū)動(dòng)板(1)上有若干發(fā)光單元，每個(gè)發(fā)光單元由三個(gè)分別是紅、綠、蘭三種基色的發(fā)光器件(2)組成，當(dāng)顯像分辯率的水平像素是M時(shí)，按照逐行掃描方式，發(fā)光驅(qū)動(dòng)板上有M組發(fā)光單元，與一行中的M個(gè)像素相對(duì)應(yīng)，在像素存儲(chǔ)控制器的控制下，每次同時(shí)發(fā)光，獲得一行圖像像素。
圖3是集光輸出器示意圖。它由許多樹狀光纖集光器(4)組成(圖中僅畫出少量樹狀光纖集光器)，樹狀光纖集光器(4)的數(shù)量與發(fā)光單元的數(shù)量一致，每支樹狀光纖集光器(4)有三個(gè)輸入端，匯集后形成一個(gè)輸出端，一支樹狀光纖集光器與一個(gè)發(fā)光單元相對(duì)應(yīng)，樹狀光纖集光器(4)的三個(gè)輸入端與發(fā)光單元的三個(gè)基色發(fā)光器件相對(duì)應(yīng)，三個(gè)基色發(fā)光器件(2)發(fā)出的光從樹狀光纖集光器(4)的三個(gè)輸入端射入，在樹狀光纖集光器(4)中匯集，進(jìn)行空間混色，在其輸出端得到一個(gè)像素光線，所有樹狀光纖集光器的輸出端按順序緊密地排成一條直線，構(gòu)成集光輸出器的輸出端口(5)，每個(gè)行周期就可以從該端口輸出一行像素光線。
簡(jiǎn)化的光纖集光器如附圖4所示。它直接把樹狀結(jié)構(gòu)的三個(gè)枝段的輸出端緊湊地拼合，輸出色混合光線，再用一支結(jié)構(gòu)和功能與上述三支光纖相似的光纖接收該束光線，并從另一端輸出。當(dāng)三種發(fā)光器件做成一體化全色彩變色發(fā)光器件時(shí)，樹狀結(jié)構(gòu)的幾個(gè)樹枝端可以合并成為一個(gè)端口。這時(shí)，光纖集光器的形狀如通迅用的紡錘狀光纖。
從圖5中可以看出，光掃描器是由一個(gè)具有多個(gè)反射聚焦側(cè)面(8)的反射鏡筒(6)及驅(qū)動(dòng)該反射鏡筒旋轉(zhuǎn)的電機(jī)(7)組成，反射鏡筒的每一個(gè)側(cè)面都是參數(shù)相同的聚焦反射鏡，反射鏡筒具有的側(cè)面數(shù)與幀掃描頻率(單位為赫茲)以及反射鏡筒的轉(zhuǎn)速(單位為轉(zhuǎn)/每秒)符合下述關(guān)系式幀掃描頻率＝側(cè)面數(shù)×轉(zhuǎn)速在光掃描器的反射鏡筒上裝有轉(zhuǎn)角傳感器，當(dāng)一個(gè)反射聚焦側(cè)面轉(zhuǎn)到開始掃描的角度時(shí)。傳感器向像素存儲(chǔ)控制器發(fā)出信號(hào)，像素存儲(chǔ)控制器開始掃描每幀圖像的第一行。適當(dāng)調(diào)整像素存儲(chǔ)控制器的掃描頻率即可使像素存儲(chǔ)控制器的掃描與光掃描器同步，即掃描鏡筒每轉(zhuǎn)過一個(gè)掃描聚焦反射面所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)角，像素存儲(chǔ)控制器完成一幀圖像的掃描，從而獲得穩(wěn)定的視頻圖像。
實(shí)際制作中，反射聚焦側(cè)面(8)可以用專門設(shè)計(jì)的簿凸透鏡，將內(nèi)面鍍涂全反射層后做成，也可以用輕質(zhì)材料的凹面鏡做成。
圖6是圖像顯示屏示意圖(圖中僅畫出少量光纖)。圖像顯示屏(9)由許多支光纖組成。最簡(jiǎn)單的做法是用一支光纖對(duì)應(yīng)一個(gè)像素。為了獲得高質(zhì)量圖像，可以按平方關(guān)系增加光纖的數(shù)量，使每一個(gè)像素用4支、9支或者更多(整數(shù)的平方倍)支光纖合拼后對(duì)應(yīng)。單支光纖為長(zhǎng)條形狀，大小兩端的線度比取2比1到20比1。把所有單支光纖的小端按行列緊密地拼合，形成圖像顯示屏(9)的光輸入面(10)，該面的形狀應(yīng)根據(jù)反射聚焦側(cè)面(8)的聚焦特性，設(shè)置成柱面、橢球面或其他凹面，使光掃描器在不同角度掃描聚焦引起的圖像畸變消除；光纖的另一大端對(duì)應(yīng)地緊密拼合，形成圖像顯示屏(9)的光輸出面(11)。該輸出面(11)沙磨毛化或者微棱化之后，按背投影的需要涂覆散光層和防反光層，就形成圖像顯示屏(9)的輸出屏面。
如圖7所示，圖像顯示屏(9)還可以用一種較簡(jiǎn)單的方法制作，它是用線狀的正四棱柱或圓柱形光纖做成。光纖兩頭大小相同，一頭緊密拼合構(gòu)成輸入面，另一頭按一定間隔在光輸出面上等間距均勻排列。然后，在距離光輸出面幾毫米到幾十毫米(小范圖可調(diào))處，放置一塊背投影用的成像幕板(12)。當(dāng)改變成像幕板(12)到光纖輸出端的距離時(shí)，圖像的銳度可以微調(diào)。
圖像顯示屏(9)的光纖數(shù)量很多，太細(xì)的光纖不易加工。按簡(jiǎn)單的方法制作，光纖的端口線度取50到500微米，顯像端排列的距離在300微米到5000微米，根據(jù)屏幕分辨率和大小而定?？梢姡疽曨l顯像裝置最適合于制作面積為平方米級(jí)的大屏幕顯示器。
本視頻顯像裝置用于高清晰度寬屏幕電視等高指標(biāo)產(chǎn)品時(shí)，按上述的一般設(shè)計(jì)，需要的發(fā)光器件很多。例如，在分辨率為2500×1250時(shí)(即每幀圖像由1250行、2500列像素組成)，所需的發(fā)光器件數(shù)為3×2500＝7500只。這不僅使發(fā)光驅(qū)動(dòng)板(1)變得很大，而且還降低本視頻顯像裝置的可靠性。為此，可以通過把按行掃描的方式變?yōu)榘戳袙呙璧姆绞剑瑢?duì)調(diào)水平和垂直掃描的過程。這時(shí)，集光輸出器(3)輸出的光線實(shí)際上是列的像素光，光掃描器的掃描實(shí)際上是水平掃描。在這種模式工作時(shí)，每次掃描的行數(shù)等于發(fā)光器件的組數(shù)。這樣，在上述例子的分辨率時(shí)，需要的發(fā)光器件數(shù)為3×1250＝3750只，可減少到原來的一半。
在本發(fā)明裝置中，適當(dāng)增加或去除某些部分，可以形成與視頻顯像相關(guān)的、具有另外其他效果的裝置。例如，把圖像顯示屏(9)的輸出面做成很小(比輸入面小更好)，并且不涂覆任何涂層。這樣的輸出面具有與液晶投影儀的液晶光閥板相同的成像作用，配合適當(dāng)?shù)淖兘雇队扮R頭，可以實(shí)現(xiàn)更大范圍可調(diào)的前投影功能。另一比較實(shí)用的方法是，去掉圖像顯示屏(9)，適當(dāng)調(diào)整集光輸出器的輸出端(5)到光掃描器的反射聚焦側(cè)面(8)的距離，使電動(dòng)機(jī)反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，就可以用來實(shí)現(xiàn)前投式投影功能。
權(quán)利要求
1.一種視頻顯像裝置，包括像素存儲(chǔ)控制器、發(fā)光驅(qū)動(dòng)板(1)、集光輸出器(3)、光掃描器及圖像顯示屏(9)，其特征在于所述的發(fā)光驅(qū)動(dòng)板(1)上設(shè)有數(shù)量與一行或一列的像素?cái)?shù)目相等的三基色發(fā)光單元，每個(gè)三基色發(fā)光單元由三個(gè)單基色發(fā)光器件(2)組成，所述的像素存儲(chǔ)控制器控制發(fā)光驅(qū)動(dòng)板(1)上的三基色發(fā)光單元按圖像像素發(fā)光；集光輸出器(3)由多個(gè)具有三條支路的樹狀光纖集光器(4)組成，樹狀光纖集光器(4)的數(shù)量與三基色發(fā)光單元的數(shù)量相同，每個(gè)樹狀光纖集光器(4)與一個(gè)三基色發(fā)光單元相對(duì)應(yīng)，三個(gè)單基色發(fā)光器件(2)發(fā)出的光從與其對(duì)應(yīng)的樹狀光纖集光器(4)的三個(gè)支路進(jìn)入樹狀光纖集光器(4)中進(jìn)行空間混色，所有樹狀光纖集光器(4)的輸出端按順序排成一排；所述的光掃描器由一個(gè)具有多個(gè)反射聚焦側(cè)面(8)的反射鏡筒(6)及驅(qū)動(dòng)該反射鏡筒旋轉(zhuǎn)的電機(jī)(7)組成，在光掃描器上裝有檢測(cè)反射鏡筒(6)轉(zhuǎn)角位置的傳感器；所述的圖像顯示屏(9)是由規(guī)則排列的許多光纖組成，光纖的數(shù)量與一幀圖像的像素?cái)?shù)量成整數(shù)的平方倍關(guān)系。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的視頻顯像裝置，其特征在于在所述的圖像顯示屏(9)的輸出面設(shè)有一只投影透鏡。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的視頻顯像裝置，其特征在于所述的發(fā)光驅(qū)動(dòng)板上的單基色發(fā)光器件(2)是發(fā)光二極管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的視頻顯像裝置，其特征在于所述的發(fā)光驅(qū)動(dòng)板上的單基色發(fā)光器件(2)是電致發(fā)光塑料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的視頻顯像裝置，其特征在于所述的發(fā)光驅(qū)動(dòng)板上的單基色發(fā)光器件(2)是激光發(fā)射管。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種主要由像素存儲(chǔ)控制器、發(fā)光驅(qū)動(dòng)板、集光輸出器、光掃描器及圖像顯示屏組成的視頻顯像裝置,其特征是采用電子存儲(chǔ)器存儲(chǔ)像素信息,用光纖集光器進(jìn)行空間混色,由光掃描器完成幀掃描成像,只用少量的三基色發(fā)光單元就可達(dá)到高清晰度大屏幕顯像的目的。本視頻顯像裝置無高壓,無電磁輻射,不怕磁化,刷新率高,顯示屏幕為純平面,不僅適合作普通家用電視顯像,還特別適合在室外等較差環(huán)境中作大屏幕顯像。
文檔編號(hào)H04N9/12GK1370005SQ01103170
公開日2002年9月18日 申請(qǐng)日期2001年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月16日
發(fā)明者黃耕 申請(qǐng)人:黃耕