專利名稱：電信號(hào)與圖象光掃描轉(zhuǎn)換器的制作方法
電信號(hào)與圖像光掃描轉(zhuǎn)換器是通過(guò)直接掃描光束把電信號(hào)轉(zhuǎn)換成圖像或把圖像轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的一種電子、光學(xué)、機(jī)械相結(jié)合的裝置。
目前的電視機(jī)，如華南理工大學(xué)出版社出版的《電視技術(shù)基礎(chǔ)》和西安電子科技大學(xué)出版社出版的《電視原理與接收技術(shù)》中所闡述的，其熒光屏是用許許多多均勻的紅、綠、藍(lán)三色熒光粉有序地粘在玻璃面上，再覆蓋一層有均勻小孔的鋁膜制成的，因此制作工藝復(fù)雜、困難，而且紅、綠、藍(lán)表示的象素的色彩不在同一點(diǎn)上，電子槍打靶的精度要求高，象素的真實(shí)色彩反應(yīng)也差。彩色電視機(jī)一般有三個(gè)電子槍，有加熱極、加速電場(chǎng)、偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，耗電量高，顯象管的玻璃外殼脆硬，重量大，超薄處理困難。電子槍射出的電子對(duì)人體有害。熒光屏對(duì)自然光的散射強(qiáng)，因此白天電視圖象模糊不清，須在黑暗處才可以。目前的彩色攝象管，采用三個(gè)電子槍或兩個(gè)電子槍或一個(gè)電子槍，電子槍的個(gè)數(shù)愈少，電路愈是復(fù)雜。采用電子槍的攝象管體積大。
本發(fā)明的目的是提供一種價(jià)格便宜、耗電量低、功能多、厚度薄、體積小、重量輕的電信號(hào)與圖象相互轉(zhuǎn)換的裝置。
目前電視機(jī)的掃描是讓圖象的各象素發(fā)射的光線順序地通過(guò)光敏靶轉(zhuǎn)變成對(duì)應(yīng)的電流，或讓圖象的各個(gè)象素的電信號(hào)在熒光屏上順序地轉(zhuǎn)化為光信號(hào)。
本發(fā)明也是采單掃描方式，不是借助電子束間接掃描，而是直接對(duì)光束掃描圖象上各象素發(fā)射的光線通過(guò)光掃描器件(稱為光掃描管)順序地照射在感光器件的感光面上，或讓燈管(稱之為成象燈管)發(fā)射的光束通過(guò)光掃描管順序地照射衍射黑屏(衍射黑屏是把照射在它上面的光束轉(zhuǎn)化成點(diǎn)光源的一種屏，其制造和原理在后面詳細(xì)介紹)上，成象燈管發(fā)射的光束照射在衍射黑屏上的光點(diǎn)，即是轉(zhuǎn)化成光信號(hào)的圖象的象素。這就是本發(fā)明設(shè)計(jì)制造的主要根據(jù)，稱為圖象光掃描原理。
成象燈管發(fā)射的光束經(jīng)過(guò)光掃描管掃描照在衍射黑屏上的點(diǎn)在水平方向上移動(dòng)稱為行掃描，在垂直方向上移動(dòng)稱為場(chǎng)掃描。
把光信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)的裝置稱為攝象器，把電信號(hào)轉(zhuǎn)化成光信號(hào)的裝置稱為成象器。為了擴(kuò)展本發(fā)明的更多功能，在設(shè)計(jì)到具體的產(chǎn)品時(shí)通常把攝象器和成象器復(fù)合到一塊。成象器要做的工作是成象燈管發(fā)射的光束通過(guò)光掃描管變成掃描光束，再通過(guò)光學(xué)器件(稱之為附屬光學(xué)元件)把掃描光束處理后投射在衍射黑屏上。成象器的內(nèi)部器件按工作職能的不同可以分為電光轉(zhuǎn)換器、光掃描管、附屬光學(xué)元件和衍射黑屏。攝象器一般主要由光掃描管和光電轉(zhuǎn)換器構(gòu)成。
攝象器和成象器復(fù)合在一塊，按其構(gòu)造的不同分別稱為光筆直寫(成象器)，外光手寫(成象器)和紙文輸入(成象器)。成象器按其附屬光學(xué)元件的不同分為起薄成象器、雙屏單顯(成象器)和雙屏雙顯(成象器)。
光掃描管按其內(nèi)部構(gòu)造的不同分為小角光掃描管、大角光掃描管和液晶光掃描管。小角光掃描管和大角光掃描管合稱為機(jī)械光掃描管。
小角光掃描管主要有微分梭鏡、牙鏡和電動(dòng)機(jī)構(gòu)成。微分梭鏡是由側(cè)面全等且側(cè)面能反射光線的梭柱(稱之為反射梭鏡)加工制成。一束入射方向固定的光束____該光束與反射梭鏡的中軸不在同一個(gè)平面上且不平行。__光束照射在繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的反射梭鏡的側(cè)面上后反射的光束在同一個(gè)平面內(nèi)掃動(dòng)。因?yàn)槿肷涔馐丈湓谵D(zhuǎn)動(dòng)的反射梭鏡上的點(diǎn)到反射梭鏡中軸的距離不同，對(duì)掃描光束的處理加工略有影響，為了克服此問(wèn)題，把反射梭鏡的側(cè)面平行側(cè)梭切割成許許多多的小份平面鏡，每一個(gè)側(cè)面切割成的許許多多的小份平面鏡合稱為微分側(cè)面。把小份平面鏡向外拉伸，使之都處在同一個(gè)圓柱上，該圓柱的半徑等于反射梭鏡的中軸到側(cè)梭的長(zhǎng)。拉伸后的小份平面鏡所在的平面平行反射梭鏡的側(cè)面。經(jīng)拉伸后的反射梭鏡稱為微分梭鏡。微分梭鏡的微分側(cè)面的個(gè)數(shù)設(shè)為e。
微分梭鏡的功能是完成光的行掃描，牙鏡的功能是完成光的場(chǎng)掃描，場(chǎng)掃描包括逐行掃描和隔行掃描，因此牙鏡構(gòu)造復(fù)雜，其數(shù)學(xué)推導(dǎo)關(guān)系如下設(shè)有一圓稱為準(zhǔn)圓，有一與準(zhǔn)圓相交的線段，線段垂直其與準(zhǔn)圓交點(diǎn)處的切線。線段與準(zhǔn)圓所在的平面成a角時(shí)稱為初線段，線段與準(zhǔn)圓所在的平面成b角時(shí)稱為終線段。初線段與終線段之間的夾角不能為“0°”和“90°”，把準(zhǔn)圓圓弧m等分(m為大于2的偶數(shù))，每隔一段m等分的圓弧，把另一段m等分的圓弧再2等分形成小圓弧段，每等分的小圓弧段稱為小弧。沒(méi)有再次等分的m等分的圓弧段稱為大弧。線段在準(zhǔn)圓上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。當(dāng)交點(diǎn)(即線段與準(zhǔn)圓圓弧相交的交點(diǎn))恰行至大弧時(shí)，線段在初線段位置。交點(diǎn)在大弧上運(yùn)行的過(guò)程中，線段繞交點(diǎn)均勻運(yùn)動(dòng)，角速度為w。線段繞交點(diǎn)勻運(yùn)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中始終與圓弧在交點(diǎn)處的切線垂直。當(dāng)交點(diǎn)恰行出大弧時(shí)，線段處于終線段位置，交點(diǎn)在大弧上運(yùn)行的過(guò)程中，線段轉(zhuǎn)動(dòng)的角度設(shè)為c不超過(guò)90°。當(dāng)交點(diǎn)恰行至小弧時(shí)，線段在初線段位置，恰行出小弧時(shí)，線段在終線段位置。交點(diǎn)在小弧上運(yùn)行的過(guò)程中線段繞交點(diǎn)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，角速度為2w。線段繞交點(diǎn)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中始終與圓弧在交點(diǎn)處的切線垂直。交點(diǎn)在大弧(小弧)上運(yùn)行的過(guò)程中，線段圍成的面稱為大弧面(小弧面)。小弧面繞終線段處的交點(diǎn)向圓心轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度，使一束入射方向固定的光束經(jīng)轉(zhuǎn)動(dòng)后的小弧面反射的許多條反射光束(這些光束都在一個(gè)平面上)所在的平面與該束光束經(jīng)大弧面反射的許多條反射光束(這些光束都在一個(gè)平面上)所在的平面重合。小弧面轉(zhuǎn)動(dòng)后初線段處的交點(diǎn)還在準(zhǔn)圓所在的平面上。轉(zhuǎn)動(dòng)后的小弧面稱為二次小弧面。大弧面和二次小弧面做成反光鏡，大弧面和二次小弧面的組成體的中軸即為過(guò)準(zhǔn)圓圓心垂直準(zhǔn)圓所在平面的直線。當(dāng)一束入射方向固定的光束照射在繞軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的大弧面的準(zhǔn)圓圓弧上，經(jīng)其反射的光束在一個(gè)平面內(nèi)勻速掃描。當(dāng)一束入射方向固定的光束照射在繞軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的小弧面的準(zhǔn)圓圓弧上，反射光束也在一個(gè)平面內(nèi)勻速掃描。因?yàn)榻M成小弧面的線段做圓周運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中以2w的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)，而組成大弧面的線段做圓周運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中以w的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)，所以經(jīng)小弧面反射的光束的掃描速度是經(jīng)大弧面反射的光束的掃描速度的2倍。因此大弧面和小弧面繞軸勻速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)入射方向固定的光束經(jīng)小弧面和大弧面反射后的光束的掃描速度呈2倍關(guān)系，且每隔一個(gè)大孤面有兩個(gè)小弧面，兩個(gè)小弧面占去準(zhǔn)圓的弧長(zhǎng)等于一個(gè)大弧面占去的準(zhǔn)圓的弧長(zhǎng)，大弧面和小弧面的這種關(guān)系就可以完成光的逐行掃描和隔行掃描。但經(jīng)大弧面反射的光束和經(jīng)小弧面反射的光束不在同一個(gè)平面內(nèi)。為了解決這個(gè)問(wèn)題，讓小弧面繞終線段處的交點(diǎn)，向準(zhǔn)圓圓心轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)的角度為大弧面反射光束所在的平面與小弧面反射的光束所在平面夾角的一半。為了使經(jīng)大小弧面反射的掃描光束象似從一個(gè)點(diǎn)發(fā)出的，必須令入射光束的入射點(diǎn)在準(zhǔn)圓上。經(jīng)轉(zhuǎn)動(dòng)的小孤面與準(zhǔn)圓有一個(gè)交點(diǎn)，需要特殊處理，處理的方法是把組成小弧面的線段都沿垂直圓面的方向提升使組成小弧面的所有線段都與準(zhǔn)圓有交點(diǎn)，而提升后的線段同其與準(zhǔn)圓交點(diǎn)處的準(zhǔn)圓的切線相垂直，且與準(zhǔn)圓的夾角與未提升前的一樣。經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)和提升兩次改變的具有反光性質(zhì)的小弧面稱為三次小弧面。三次小弧面完成的功能是隔行掃描，而大弧面完成的是逐行掃描。三次小弧面和大弧面組成的特殊鏡面稱為牙鏡。理論上的牙鏡是凸凹不平的，為了使其平整，平行準(zhǔn)圓圓面，把多余的部分磨掉，也可以在一個(gè)圓柱上刻出牙鏡的形狀。
-束入射方向固定的光束照射在繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的牙鏡上，經(jīng)其反射的光線所在的平面與微分梭鏡的中軸平行，且牙鏡反射的光線都能照在微分側(cè)面上。在掃描電視圖象的工作過(guò)程中，微分梭鏡每1/25秒轉(zhuǎn)動(dòng)625個(gè)微分側(cè)面所占的弧度，即微分梭鏡每秒轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)F1與微分側(cè)面的個(gè)數(shù)e的乘積為25×625，而牙鏡每1/25秒轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)大弧面所占的弧度或兩個(gè)三次小弧面所占的弧度，即牙鏡每秒轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)F2與m的乘積為25。微分梭鏡對(duì)光束的掃描是行掃描，牙鏡對(duì)光束的掃描是場(chǎng)掃描。行掃描與場(chǎng)掃描方向相垂直。牙鏡和微分梭鏡共同作用完成對(duì)圖象的掃描。其原理類似電子掃描牙鏡相當(dāng)于場(chǎng)掃描線圈，微分梭鏡相當(dāng)于行掃描線圈，入射方向固定的的光束相當(dāng)于電子束。
電光轉(zhuǎn)換器是把電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)的器件的組合，主要有分色梭鏡和成象燈管RGB(成象燈管R，成象燈管G和成象燈管B三者合稱為成象燈管RGB)組成。燈管RGB分別發(fā)射的紅、綠、藍(lán)三束光經(jīng)過(guò)分色梭鏡(見(jiàn)《電視技術(shù)基礎(chǔ)》136頁(yè)，華南理工大學(xué)出版社、1988年7月出版)合成一束入射方向固定的光束即成象光束。成象光束經(jīng)過(guò)牙鏡和微分梭鏡反射的光束是掃描光束。成象燈管R，成象燈管G，成象燈管B的亮度決定圖象中對(duì)應(yīng)的象素的色調(diào)和亮度。根據(jù)光線是可逆的，可知當(dāng)牙鏡和微分梭鏡把成象光束掃描成一幅圖象時(shí)，圖象上的象素的光線也會(huì)沿成象光束的路徑返回成象燈管RGB，如果把成象燈管RGB分別換成感光器RGB(感光器R、感光器G、感光器B合稱感光器RGB)。圖象上的象素發(fā)射的光線隨著牙鏡和微分梭鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)有序地照射感光器RGB，這也就類似電子掃描攝象機(jī)的攝象原理。感光器RGB和分色梭鏡合稱為光電轉(zhuǎn)換器。
成象器和攝象器的主要區(qū)別在于，對(duì)應(yīng)分色梭鏡的是成象燈管RGB，還是感光器RGB。既可作電光轉(zhuǎn)換器，又可作光電轉(zhuǎn)換器的稱為攝成共用器，其原理為成象燈管RGB相對(duì)分色梭鏡的位置不動(dòng)，而感光器RGB相對(duì)分色梭鏡的位置可以做小范圍移動(dòng)。當(dāng)作電光轉(zhuǎn)換器時(shí)感光器RGB不阻擋成象燈管RGB發(fā)射的光束，且感光器件與電路斷開(kāi)當(dāng)作光電轉(zhuǎn)換器時(shí)移動(dòng)感光器RGB，使之分別在成象燈管RGB發(fā)射的光束上，感光面朝向分色梭鏡接收外界景物傳來(lái)的光線，同時(shí)成象燈管RGB與電路斷開(kāi)，三者不接收信號(hào)，不發(fā)光。感光器RGB的移動(dòng)通過(guò)旋扭控制，當(dāng)旋扭拔在“電光”檔位上，攝成共用器作電光轉(zhuǎn)換器，當(dāng)旋扭拔在“光電”檔位上，攝成共用器作光電轉(zhuǎn)換器。
因?yàn)樾袙呙韫馐g最大的夾角V與微分梭鏡的微分側(cè)面的個(gè)數(shù)n成反比例，V近似等于720°/n,720°/n等于微分側(cè)面所占弧度的2倍，又因?yàn)槲⒎炙箸R每1/25秒轉(zhuǎn)動(dòng)625個(gè)微分側(cè)面所占的弧度，微分梭鏡是由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的，假若電動(dòng)機(jī)每秒50轉(zhuǎn)，則微分梭鏡的側(cè)面的個(gè)數(shù)約等于313(求算公式為625×25/50)，所以V≈720°/313太小了，為了解決V小的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了射角正切放大鏡。射角正切放大鏡是一個(gè)復(fù)雜的非連續(xù)的曲面反光鏡。為了便于理解和闡述，用數(shù)學(xué)求解的方式來(lái)介紹設(shè)y軸上有一點(diǎn)A(0,a,0)為點(diǎn)光源，厚點(diǎn)O為A對(duì)于某一曲面反光鏡(即為所求的射角正切放大鏡)的虛像點(diǎn)。直線OM為一假想直線，M在曲面反光鏡上。B為曲面反光鏡上的任意一點(diǎn)。點(diǎn)光源A設(shè)在曲面反光鏡B上后，反射的射線在直線OB上，有關(guān)系n乘以角BAM的弧度等于角BOM的正切，n為任意的某一正數(shù)。射角正切放大鏡是非連續(xù)的曲面反光鏡，可以看成由許許多多個(gè)非常小(不是無(wú)限小)的平面鏡組成的。用刻刀在球面鏡上能夠刻出這些小的平面鏡。再用模壓法等工業(yè)技術(shù)復(fù)制射角正切放大鏡。
因?yàn)橛晌⒎炙箸R和牙鏡等組成的小角光掃描管的行掃描光束之間的夾角V比較小，所以稱之為小角光掃描管。
大角光掃描管主要由牙鏡、凸透鏡和花鏡組成。
定義一個(gè)特殊的鏡面牙鏡的相鄰的兩個(gè)三次小弧面全部轉(zhuǎn)變成大弧面的特殊鏡面稱為花鏡。闡述花鏡原理時(shí)描述牙鏡用的名詞如線段、準(zhǔn)圓等稱謂不變且指同一事物?；ㄧR的大弧面的個(gè)數(shù)定為h,h為某一正整數(shù)。成象光束經(jīng)過(guò)牙鏡反射的光束稱為一次光束，一次光束穿過(guò)一個(gè)凸透鏡會(huì)聚于一點(diǎn)，該會(huì)聚點(diǎn)放置在花鏡的準(zhǔn)圓圓弧上。當(dāng)花鏡不轉(zhuǎn)動(dòng)而牙鏡轉(zhuǎn)動(dòng)，所有的一次光束穿過(guò)凸透鏡經(jīng)過(guò)花鏡反射的光束都在一個(gè)平面上，該平面稱為一次平面。一次光束照射在花鏡的準(zhǔn)圓圓弧上不同的點(diǎn)則一次平面的位置不同，一次平面是有無(wú)數(shù)多個(gè)的，但從不同角度在同一個(gè)平面上的光束照射在花鏡準(zhǔn)圓圓弧上的同一點(diǎn)的反射光束都在同一個(gè)平面上。牙鏡不轉(zhuǎn)動(dòng)而花鏡轉(zhuǎn)動(dòng)，一束入射方向固定的一次光束經(jīng)過(guò)花鏡反射的所有反射光束都在一個(gè)平面上，該平面稱為二次平面，讓一次平面與二次平面垂直，則成象光束經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)的牙鏡、凸透鏡和轉(zhuǎn)動(dòng)的花鏡反射的光束也是掃描光束也能掃描成一幅圖象。由牙鏡、凸透鏡、花鏡和電動(dòng)機(jī)等組成的機(jī)械光掃描管稱為大角光掃描管，因?yàn)榻?jīng)過(guò)大角光掃描管反射的掃描光束之間的最大夾角B=2c,c可以是小于90°的任意角度，它不受花鏡的大弧面的個(gè)數(shù)h的限制，c即表示牙鏡的角度c，同時(shí)也表示花鏡的角度c?；ㄧR每轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)大弧面所占的準(zhǔn)圓的弧度，掃描光束做一次行掃描，因此在掃描電視圖象的工作過(guò)程中有關(guān)系花鏡每秒轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)F3與其大弧面的個(gè)數(shù)h的乘積等于25×625。牙鏡每秒的轉(zhuǎn)數(shù)F2和m也滿足關(guān)系F2×m=25，與小角光掃描管中牙鏡的F2和m的概念一樣。
成象燈管發(fā)射給機(jī)械光掃描管的光束必須是一束較細(xì)的光束，因?yàn)樗拇旨?xì)直接影響到圖象象素的大小。在黑檔板上鉆一小孔，可以提取成象燈管部分較細(xì)的光束，這樣就浪費(fèi)掉大量的光源，為了節(jié)省能源，設(shè)計(jì)了光束壓縮器燈管發(fā)射的光線經(jīng)過(guò)凹面鏡轉(zhuǎn)變成一束平行光束，再經(jīng)過(guò)凸透鏡轉(zhuǎn)變成會(huì)聚的光束。該會(huì)聚光束的會(huì)聚點(diǎn)與一凹透鏡的焦點(diǎn)重合，該凹透鏡在凸透鏡與會(huì)聚點(diǎn)之間，且凹透鏡的中軸與凸透鏡的中軸重合。會(huì)聚光束再經(jīng)過(guò)凹透鏡就轉(zhuǎn)變成了一束較細(xì)的平行光束。凹透鏡的兩焦點(diǎn)的距離愈小，轉(zhuǎn)化的平行光束愈細(xì)。也可以通過(guò)兩個(gè)凹面鏡實(shí)現(xiàn)光束的壓縮把經(jīng)過(guò)凹面鏡轉(zhuǎn)化的平行光束照在一個(gè)較大的凹面鏡上，較大的凹面鏡和另一個(gè)小的凹面鏡共焦點(diǎn)。平行光束經(jīng)大的凹面鏡反射的光束都經(jīng)過(guò)其焦點(diǎn)(也是小凹面鏡的焦點(diǎn))，再經(jīng)過(guò)小的凹面鏡則都轉(zhuǎn)化成了平行光束。小凹面鏡的半徑愈小轉(zhuǎn)化的平行光束愈細(xì)。把點(diǎn)光源的光轉(zhuǎn)變成一束細(xì)的平行光束稱為光壓縮。如果經(jīng)壓縮后的平行光束還是粗，還可以再經(jīng)過(guò)一次壓縮，或用黑檔板擋去部分多余的光。根據(jù)人眼的視覺(jué)惰性可知，圖象上每個(gè)象素發(fā)射光線的能量就是象素對(duì)應(yīng)的掃描光束所含的能量。掃描光束是成象燈管RGB三者的合光束，因此每個(gè)象素發(fā)射的光線的能量就是成象燈管RGB三者發(fā)射的光線的能量之和。
成象燈管對(duì)它內(nèi)部的發(fā)光器件的響應(yīng)頻率(1秒內(nèi)燈管由發(fā)光到熄滅的最多次數(shù))要求相當(dāng)高，一般要達(dá)到10MHz才能實(shí)理對(duì)圖象中每個(gè)象素的亮度有效控制——因?yàn)橐环鶊D象要比較清晰，必須至少有四十萬(wàn)以上的象素(見(jiàn)《電視技術(shù)基礎(chǔ)》第2頁(yè)，華南理工大學(xué)出版社1988年出版)。半導(dǎo)體發(fā)光器件可以達(dá)到這么高響應(yīng)頻率(見(jiàn)《模擬電子線路基礎(chǔ)》第58頁(yè)，高等教育出版社1994年出版)。應(yīng)用流過(guò)半導(dǎo)體發(fā)光器件的電流的強(qiáng)弱來(lái)控制圖象中對(duì)應(yīng)象素的色彩和亮度。對(duì)于響應(yīng)頻率較低的普通成象燈管，可以通過(guò)控制其穿過(guò)光壓器的光線的數(shù)量來(lái)控制圖象中對(duì)應(yīng)象素的色彩和亮度，其原理如下把光壓縮器的一個(gè)部件，如凸透鏡，按通過(guò)有效光線的條數(shù)把凸透鏡的表面等分成若干份。等分后的凸透鏡的表面上涂上液晶，每份等分后的凸透鏡的表面涂上液晶稱之為液晶區(qū)，每個(gè)液晶區(qū)是呈現(xiàn)黑色還是呈透明有一對(duì)導(dǎo)線控制。液晶區(qū)的液晶呈現(xiàn)黑色，燈管照在它上面的光線被吸收，若呈現(xiàn)透明，照在它上面的光線可以通過(guò)該區(qū)。因此成象光束中光線的條數(shù)可以通過(guò)電路控制顯示透明的液晶區(qū)的多少得到控制。
掃描光束不是人眼看得見(jiàn)的圖象，目前是讓掃描光束照射在屏幕(目前屏幕由白色的布料或在板面上刷上白色的顏料等制成)上，并在屏幕上散射實(shí)現(xiàn)的。因?yàn)槠聊皇前咨模詫?duì)圖象的清晰度特別是白天影響非常大。為了克服這種弊端，設(shè)計(jì)了衍射黑屏。衍射黑屏是涂上薄薄的一層調(diào)和均勻的等數(shù)量的透明粉粒和黑色粉粒的透明板子或塑料紙。透明粉粒(黑色粉粒)的直徑等于或略小于紅色光的波長(zhǎng)，黑色粉粒(透明粉粒)的直徑等于或略小于藍(lán)色光的波長(zhǎng)。紅光的波長(zhǎng)0.77-0.62um，綠光的波長(zhǎng)0.5 8-0.49um，藍(lán)光的波長(zhǎng)0.49-0.45um，(摘自《高級(jí)中學(xué)課本物理第二冊(cè)(必修)》231頁(yè)，人民教育出版社1996年出版)則紅、綠、藍(lán)三種光束的合光束照在衍射黑屏上，紅色光束主要在透明粉粒(黑色粉粒)處發(fā)生衍射，藍(lán)色光束主要在黑色粉粒(透明粉粒)處發(fā)生衍射，綠色光束在透明粉粒和黑色粉粒處都發(fā)生衍射，主要在黑色粉粒(透明粉粒)處發(fā)生衍射。掃描光束通過(guò)衍射黑屏發(fā)生衍射，轉(zhuǎn)變成人眼看得到的圖象。
為了提高圖象的清晰度，設(shè)計(jì)了坐標(biāo)測(cè)量器，坐標(biāo)測(cè)量器是機(jī)械光掃描管的部分附屬電路。坐標(biāo)測(cè)量器顯示當(dāng)前光束在行掃描中的位置和場(chǎng)掃描中的位置，也即當(dāng)前掃描光束對(duì)應(yīng)的象素在圖象中的坐標(biāo)(或稱為掃描光束在圖象中的坐標(biāo))。小角光掃描管中的微分梭鏡和牙鏡各對(duì)應(yīng)一個(gè)坐標(biāo)測(cè)量器，大角光掃描管中的花鏡和牙鏡也各對(duì)應(yīng)一個(gè)坐標(biāo)測(cè)量器，微分梭鏡(或花鏡)對(duì)應(yīng)的測(cè)重當(dāng)前掃描光束在圖象中的行坐標(biāo)。牙鏡對(duì)應(yīng)的測(cè)量當(dāng)前掃描光束在圖象中的縱坐標(biāo)。假若帶動(dòng)微分梭鏡(或花鏡)轉(zhuǎn)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)某些時(shí)間受干擾或微分梭鏡(或花鏡)或牙鏡制造不規(guī)則，就致使掃描速度慢些，掃描光束在圖象中的位置比當(dāng)前接收到的電視信號(hào)中象素信號(hào)在圖象中的有差別。為了克服這種現(xiàn)象，采取兩種措施1、因?yàn)檠犁R的轉(zhuǎn)速慢，最快25轉(zhuǎn)/4秒，所以可以通過(guò)嚴(yán)格快速控制帶動(dòng)牙鏡轉(zhuǎn)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)；2、把當(dāng)前接收的比掃描步驟快的電視信號(hào)存入隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM中，而不就地轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，當(dāng)存儲(chǔ)器RAM中某一時(shí)刻存入的信號(hào)在圖象中的坐標(biāo)與當(dāng)前掃描光束在圖象中的坐標(biāo)對(duì)應(yīng)相等時(shí)才被取出，轉(zhuǎn)變成光信號(hào)。坐標(biāo)測(cè)量器的厚理是一束光束稱為測(cè)試光束(也稱為測(cè)試光線，其直徑與掃描光束的相差不大)與掃描光束照射在微分梭鏡(或花鏡)或牙鏡的同一點(diǎn)上，測(cè)試光束的入射角不能與成象光束的一樣。測(cè)試光束的反射光束經(jīng)過(guò)凹面鏡發(fā)散成直徑較粗的光束照射在兩個(gè)感光器上。在一行或一場(chǎng)的掃描過(guò)程中感光器P接收的測(cè)試光線條數(shù)逐漸減少，感光器Q接收的測(cè)試光線條數(shù)逐漸增多，在一個(gè)極短的時(shí)間段內(nèi)，感光器P接收的測(cè)試光線減少的條數(shù)等于感光器Q接收的測(cè)試光線增多的條數(shù)。感光器P和感光器Q兩者接收的測(cè)試光線條數(shù)的和是一個(gè)恒定值。掃描光束恰掃描到一行或一場(chǎng)的起始點(diǎn)時(shí)，感光器P接收的測(cè)試光線條數(shù)最多，感光器Q接收的測(cè)試光線條數(shù)最少。掃描光束恰掃描到一行或一場(chǎng)的終末點(diǎn)時(shí)，感光器P接收的測(cè)試光線條數(shù)最少，而感光器Q接收的測(cè)試光線條數(shù)最多。根據(jù)感光器P和感光器Q接收的測(cè)試光線的條數(shù)可以導(dǎo)出當(dāng)前掃描光束在圖象中的坐標(biāo)行坐標(biāo)， 為了區(qū)別自然光和測(cè)試光束，減少坐標(biāo)測(cè)量過(guò)程中受到的外界的干擾，發(fā)射測(cè)試光束的燈管必須以某一固定的頻率閃亮，感光器P和感光器Q接收的光用LC振蕩回路濾取有效的電流成份。
液晶光掃描管主要包括液晶板，液晶凸鏡和正凸鏡。在一塊透明薄板上用液晶涂成許多條相互平行的線段，該透明薄板稱為液晶單板，液晶單板上用液晶涂成的線段稱為液晶線，每條液晶線是顯示黑色還是呈透明有一對(duì)透明導(dǎo)線控制。兩個(gè)液晶單板緊貼在一起，兩者的液晶線相互垂直，則兩者合稱為液晶板。液晶板工作時(shí)，每個(gè)液晶單板上只有一個(gè)液晶線呈透明，并且通過(guò)電路控制使每個(gè)液晶單板上的液晶線順序地周期地呈現(xiàn)透明，液晶單板上的液晶線全都順序地呈現(xiàn)透明且每條液晶線只呈一次透明，則稱之為液晶單板的一次全掃描。液晶板工作時(shí)，一個(gè)液晶單板(稱之為行掃描液晶單板)每進(jìn)行一次全掃描的過(guò)程中，另一個(gè)液晶單板(稱為場(chǎng)掃描液晶單板)只有一條液晶線呈現(xiàn)透明，行掃描液晶單板每完成一次全掃描、場(chǎng)掃描液晶單板只順序地改換另一條液晶線呈現(xiàn)透明。場(chǎng)掃描液晶單板上呈透明的液晶線與行掃描液晶單板上呈透明的液晶線相互垂直，則工作的液晶單板上呈現(xiàn)一個(gè)可以透過(guò)光線的小點(diǎn)，此透明小點(diǎn)便是呈現(xiàn)透明的兩條液晶線的交點(diǎn)。該小點(diǎn)在液晶板上順序地水平移動(dòng)，每移動(dòng)一行，則順序地移動(dòng)到下一行，在下一行內(nèi)移動(dòng)。液晶板的這種工作方式符合圖象光掃描原理。液晶板的工作也稱為液晶板掃描。
有這樣一個(gè)透鏡命名為多凸透鏡，它是由p(某一正整數(shù))個(gè)受光面積大小相等、焦距相等、光心在同一平面上且主軸相互平行的凸透鏡連接而成。多凸透鏡有這樣一個(gè)特殊功能一幅圖象經(jīng)過(guò)多凸透鏡可以成p個(gè)放大的倒立的實(shí)像，這些實(shí)象在同一個(gè)平面上，且不重合，實(shí)象與實(shí)象之間緊密相連；一幅圖象經(jīng)過(guò)多凸透鏡也可以成P個(gè)縮小的倒立的實(shí)像，每個(gè)實(shí)像是該幅實(shí)像的一部分的縮小的實(shí)像，這些實(shí)像可以組成該幅圖象的倒立的縮小的實(shí)像，所有的這些實(shí)像都完全重疊在一起，重疊在一起的實(shí)像稱之為疊像。多凸透鏡上的每個(gè)凸透鏡上均涂上一層液晶，每個(gè)凸透鏡上的液晶是顯示透明還是顯示黑色由一對(duì)導(dǎo)線控制。涂上液晶的多凸透鏡稱為液晶凸鏡。一幅圖象經(jīng)過(guò)液晶凸鏡形成疊像，疊像再經(jīng)過(guò)一個(gè)凸透鏡(稱為正凸鏡)成一倒立的實(shí)像，該實(shí)像稱為正疊像，讓正疊像成在液晶板上。通過(guò)導(dǎo)線控制使液晶凸鏡的呈透明的凸透鏡只有一個(gè)且順序地不斷更換透明的凸透鏡，使圖象等分成p份且順序地通過(guò)液晶凸鏡上對(duì)應(yīng)的透明的凸透鏡和正凸鏡在液晶板上成正疊像。通過(guò)液晶板的掃描，正疊像的光線透過(guò)液晶板再經(jīng)過(guò)分色梭鏡分解成三種不同的色光，再有感光器RGB把它們轉(zhuǎn)變成電信號(hào)。
液晶光掃描管不用液晶凸鏡也可以掃描工作，使用液晶凸鏡可以增加圖象的清晰度，減少液晶板上液晶線的條數(shù)。
根據(jù)高等教育出版社2000年6月出版的《光學(xué)(第二版)》180頁(yè)“光在各向異性介質(zhì)中的傳播”中介紹的雙折射晶體和偏振器件可以把一束光分成兩束光，根據(jù)這個(gè)性質(zhì)可以采用多個(gè)偏振分離器多次分離，把一束光束分離成多束光束，即一束光束被一個(gè)偏振分離器分成O光和e光，再用兩個(gè)偏振分離器一個(gè)再把O光分離成O光和e光，另一個(gè)再把e光分離成O光和e光，如此類推，可以采用多個(gè)偏振分離器把一束光束分離成多束光束。----光掃描管在1/25秒內(nèi)發(fā)射的能組成一幀圖象的所有掃描光束合稱為幀掃描光束。為了便于處理把幀掃描光束處理成平行光束，即組成幀掃描光束的各個(gè)掃描光束相互平行，平行處理后的幀掃描光束稱為投射光束。機(jī)械光掃描管的所有掃描光束都(近似地)交在同一個(gè)點(diǎn)上，該點(diǎn)稱為掃描聚點(diǎn)，把掃描聚點(diǎn)放在凹面鏡或凸透鏡的焦點(diǎn)上，掃描光束經(jīng)過(guò)凹面鏡反射或凸透鏡折射就轉(zhuǎn)變成了平行光束即投射光束。---光掃描管發(fā)射的幀掃描光束通過(guò)多個(gè)偏振分離器分離成多個(gè)幀掃描光束，把分離的多個(gè)幀掃描光束處理，使之相互平行，相互平行的幀掃描光束先穿過(guò)一透明薄板，再照在衍射黑屏上成許多個(gè)相同的圖象，對(duì)應(yīng)每幅圖象也即對(duì)應(yīng)每幀掃描光束，在透明薄板上涂上液晶。對(duì)應(yīng)每幅圖象的透明薄板上涂上的液晶稱為液晶塊，每個(gè)液晶塊是呈現(xiàn)透明還是顯示黑色由一對(duì)導(dǎo)線控制。多個(gè)偏振分離器和涂上液晶的透明薄板稱為多分器。設(shè)透明薄板上液晶塊的個(gè)數(shù)為Q，也即多個(gè)偏振分離器把每條掃描光束分離成Q條光束。在工作過(guò)程中，Q個(gè)液晶塊中只有一個(gè)液晶塊呈現(xiàn)透明，其余均呈現(xiàn)黑色，快速地順序地更換呈現(xiàn)透明的液晶塊，液晶塊持續(xù)亮度的時(shí)間是一個(gè)象素信號(hào)持續(xù)的時(shí)間。通過(guò)多分器的附助作用可以降低光掃描管掃描速度的Q倍。液晶塊呈現(xiàn)透明時(shí)，從RAM中讀取當(dāng)前掃描光束對(duì)應(yīng)象素的信息。
一束白光通過(guò)分色梭鏡變成三束光，我們一般稱之為紅色光、綠色光、藍(lán)色光，其實(shí)紅光束中含有紅外光，紅光束中或綠光束中含有黃光(是紅光束中含有黃光，還是綠光束中含有黃花，這依具體的分色梭鏡而定)，藍(lán)光束中合有紫光和紫外光。因?yàn)楦鞣N單色光在同種介質(zhì)中的臨界角不同，因此可以制出這樣一種梭鏡(稱為二次分光梭鏡)，以相同的入射角紅外光可以穿過(guò)該梭鏡，而紅光則在界面上發(fā)生全反射，該二次分光梭鏡稱為紅外---紅二次分光梭鏡；紅光可以穿過(guò)的而黃光穿不過(guò)的稱為紅——黃二次分光梭鏡；黃光可以穿過(guò)而綠光發(fā)生全反射的稱為黃--綠二次分光梭鏡；藍(lán)光可以穿過(guò)的而紫光和紫外光發(fā)生全反射的稱為藍(lán)--紫二次分光梭鏡。制造這樣一種類似筆的發(fā)光器件稱為光筆。當(dāng)光筆按在屏幕上時(shí)，光筆內(nèi)的燈管高頻閃亮，當(dāng)掃描管的光線掃描至光筆處時(shí)，燈管發(fā)射的高頻閃亮的光線沿著光掃描管的掃描光線逆行至分色梭鏡，再通過(guò)二次分色梭鏡分離出燈管發(fā)射的高頻閃亮的光，再由感光器(稱之為書寫感光器)轉(zhuǎn)變成頻率固定的高頻電流。燈管發(fā)射高頻閃亮的目的①避免外界的與燈管發(fā)射同樣單色光的光源的干擾。②跟上光掃描管的掃描步驟，即光掃描管的光線掃描到光筆處的一瞬間，燈管必須發(fā)射許多次閃亮，如果頻率太低，在這一瞬間，燈管只有一次閃亮或不足一次閃亮，那么感光器件就不能把燈管的光線轉(zhuǎn)變成頻率固定的高頻電流，也就達(dá)不到區(qū)別外界與燈管發(fā)射同樣單色光的光源，該燈管稱為寫字燈管，它發(fā)射的單色光不能與成象燈管RGB發(fā)射的色光一樣，只能是紅外光，黃光，紫光和紫外光等，光筆發(fā)射的光必須是一束平行光束。光掃描器掃描至光筆處時(shí)，掃描光束的坐標(biāo)即書寫燈管發(fā)光點(diǎn)在屏幕上的坐標(biāo)。當(dāng)書寫感光器接收到書寫燈管的光線時(shí)，觸發(fā)電子開(kāi)關(guān)，把此時(shí)的掃描光束的坐標(biāo)輸出給存儲(chǔ)器，通過(guò)CPU的控制，在顯示書寫內(nèi)容的命令格式下，每當(dāng)掃描光束的坐標(biāo)的值與存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的一樣時(shí)，成象三燈管RGB的亮度在CPU的控制下轉(zhuǎn)變成該坐標(biāo)下亮點(diǎn)的色彩。上一種圖象向光信號(hào)的轉(zhuǎn)變方式稱為光筆直寫，有該種功能的成象器稱為光筆直寫(成象器)。設(shè)置一個(gè)書寫燈管，書寫燈管和光掃描管分居于衍射黑屏的兩旁。書寫燈管一直發(fā)射高頻閃亮的單色光，如果外界不阻擋書寫燈管照射在屏幕上的光線，那么書寫感光器一直會(huì)接收到書寫燈管的光線，當(dāng)書寫感光器-直接收到書寫燈管的光線時(shí)，不觸發(fā)電子開(kāi)關(guān)，即掃描光束的坐標(biāo)的數(shù)值不輸給存儲(chǔ)器。當(dāng)手或筆等觸在屏上，書寫感光器接收不到手或筆等觸在屏上的觸點(diǎn)的書寫燈管發(fā)射的光線，此時(shí)觸發(fā)電子開(kāi)關(guān)，也就達(dá)到了與光筆直寫同樣的在屏上的書寫效果。這種圖象向電信號(hào)的轉(zhuǎn)變方式稱為外光手寫，有該種功能的成象器稱為外光手寫(成象器)。緊貼衍射黑屏放置一透明薄板，透明薄板固定在成象器上。衍射黑屏的一個(gè)邊通過(guò)折頁(yè)和成象器連接。一個(gè)發(fā)射亮度穩(wěn)定的白色光的燈管(稱為顯形燈管)發(fā)射的光線和光掃描管發(fā)射的光線都是先經(jīng)過(guò)透明薄板再照射衍射黑屏的。本成象器采用攝成共用器，攝成共用器的旋鈕拔在“電光”檔位上時(shí)，成象器正常顯示圖象，顯形燈管不工作。打開(kāi)衍射黑屏，把有圖文的紙張放在透明薄板上有圖文的一面朝著透明薄板，關(guān)上衍射黑屏，把有圖文的紙張夾在衍射黑屏和透明薄板之間。把攝成共用器的旋鈕拔在“光電”檔位上，同時(shí)打開(kāi)顯形燈管。只須1/25秒紙張上的圖文就被作為一幅景物攝錄下來(lái)。這種圖象向電信號(hào)轉(zhuǎn)變的方式稱為紙文輸入，有紙文輸入功能的成象器稱為紙文輸入(成象器)。
由前面敘述可以知道，衍射黑屏上每個(gè)象素的亮暗的程度由掃描光束掃描至該象素的成象燈管RGB三者發(fā)射的光線的能量之和。在實(shí)踐生活中，1.5w的白熾燈泡的亮度比目前普通電視機(jī)的圖象的某個(gè)象素的亮度要高許多倍，成象燈管RGB發(fā)射的光線還要經(jīng)過(guò)一步壓縮，因此成象燈管RGB三者發(fā)射的光線的亮度之和遠(yuǎn)小于1.5w的熾燈泡的亮度，成象燈管RGB耗電是非常低的。帶動(dòng)微分梭鏡(或花鏡)和牙鏡轉(zhuǎn)動(dòng)的電機(jī)原理上電能克服微分梭鏡(或花鏡)的中軸和牙鏡的中軸與束縛它們的框架之間的摩擦力做功，而這個(gè)摩擦力是非常小的。因此電動(dòng)機(jī)能耗也是很小的。液晶板和坐標(biāo)測(cè)量器等電子元件耗電量也比較低，因此可以用電池帶動(dòng)成象器。為了擴(kuò)展這一功能實(shí)現(xiàn)耗電低的成象器與耗電高、設(shè)備復(fù)雜龐大的計(jì)算機(jī)等設(shè)備(稱之為信息處理設(shè)備)的無(wú)線連接，設(shè)計(jì)了光電連接器。光電連接器分為電光信號(hào)發(fā)射器、光電信號(hào)接收器、副電光信號(hào)發(fā)射器和副光電信號(hào)接收器。電光信號(hào)發(fā)射器是把R、G、B信號(hào)調(diào)制在三個(gè)振蕩頻率相等的振蕩電流上，再把三個(gè)振蕩電流通過(guò)燈管轉(zhuǎn)化成不同的單色光，把單色光合在一起發(fā)射出去。副電光信號(hào)發(fā)射器是把當(dāng)前的成象器的行場(chǎng)坐標(biāo)和寫信號(hào)的坐標(biāo)調(diào)制在三個(gè)振蕩頻率相等且與電光信號(hào)發(fā)射器的不同的振蕩電流上，再把振蕩電流通過(guò)燈管轉(zhuǎn)化成不同的單色光發(fā)射出去。光電信號(hào)接收器接收外界的光線并通過(guò)光學(xué)元件分解成三束單色光，感光器把單色光的強(qiáng)度轉(zhuǎn)變成對(duì)應(yīng)的電流，再通過(guò)LC振蕩回路分離出振蕩頻率與電光信號(hào)發(fā)射器的振蕩頻率相同的電流，再經(jīng)過(guò)檢波和放大送給成象燈管RGB。副光電信號(hào)接收器接收的外界的光線通過(guò)光學(xué)元件分解成三束單色光，感光器把單色光的強(qiáng)度轉(zhuǎn)變成對(duì)應(yīng)的電流，再通過(guò)LC振蕩回路分離出振蕩頻率與副電光信號(hào)發(fā)射器的振蕩頻率相等的電流，分離的振蕩電流經(jīng)過(guò)檢波和放大送給信息處理設(shè)備。
一個(gè)長(zhǎng)方形平面鏡，其較長(zhǎng)的邊稱為鏡長(zhǎng)邊，較短的邊稱為鏡寬邊。平行于鏡寬邊把平面鏡等分成許許多多個(gè)微小的寬度和長(zhǎng)度都相等的長(zhǎng)方形小平面鏡。小平面鏡的寬要小到用肉眼分辨不清。小平面鏡以其平行于平面鏡的鏡寬邊的對(duì)稱線為中軸向同一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)r個(gè)角度。轉(zhuǎn)動(dòng)r個(gè)角度的所有小平面鏡的組合稱為斜投射垂直反射鏡，簡(jiǎn)稱斜直鏡。投射光束與鏡長(zhǎng)邊成s角照射在小平面鏡上，反射的光線垂直鏡長(zhǎng)邊，根據(jù)數(shù)學(xué)推導(dǎo)，可以得出2r+s=90°。投射光束的截面為一長(zhǎng)方形，其較長(zhǎng)的邊稱為截長(zhǎng)邊，長(zhǎng)度設(shè)為d；較短的邊稱為截寬邊，長(zhǎng)度設(shè)為f。讓截寬邊平行鏡寬邊。投射光束照在斜直鏡上，料直鏡上的受光面所呈的幾何圖形是一個(gè)長(zhǎng)方形，該長(zhǎng)方形不平行于截寬邊的邊的長(zhǎng)度設(shè)為L(zhǎng)，可以得數(shù)學(xué)關(guān)系式d/L=sins。設(shè)d為一個(gè)固定的值，若s接近于零，則L接近無(wú)窮大，r接近45°。投射光束經(jīng)過(guò)斜直鏡反射，其截長(zhǎng)邊由d放大至L，截寬邊的書度沒(méi)有改變。衍射黑屏所在的平面與鏡長(zhǎng)邊平行與鏡寬邊成t角度，投射光束經(jīng)過(guò)斜直鏡反射后投射在衍射黑屏上的幾何圖形也是一個(gè)長(zhǎng)方形，該長(zhǎng)方形不平行于鏡長(zhǎng)邊的邊的長(zhǎng)度設(shè)為M，平行于鏡長(zhǎng)邊的邊的長(zhǎng)度設(shè)為N，可以得到關(guān)系式f/M=sint,N=L。由此可以看出截面非常小的投射光束經(jīng)過(guò)斜直鏡這一特殊轉(zhuǎn)換放大成邊長(zhǎng)分別是為L(zhǎng)、M的大圖象，斜直鏡和衍射黑屏合稱為超薄顯示屏。超薄顯示屏的厚度略大于截長(zhǎng)邊的長(zhǎng)度d，因此超薄顯示屏的功能就是實(shí)現(xiàn)成象器的厚度較目前電視機(jī)的厚度更薄。
有兩個(gè)平面鏡平面鏡A相對(duì)成象器固定，平面鏡B可以在小范圍內(nèi)移動(dòng)。投射光束的投射方向朝著平面鏡A，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)平面鏡B，使平面鏡B移動(dòng)到平面鏡A與光掃描管之間，投射光束完全照射在平面鏡B上，而平面鏡A因投射光束被平面鏡B阻擋，所以沒(méi)有投射光束照射。投射光束經(jīng)平面鏡B反射傳給超薄顯示屏B，則圖象在超薄顯示屏B上顯示，而不在超薄顯示屏A上顯示。電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)平面鏡B使之移出平面鏡A與光掃描管之間，投射光束完全照射在平面鏡A上，此時(shí)超薄顯示屏A上顯示圖象，而超薄顯示屏B上不顯示。平面鏡B移至平面鏡A與光掃描管之間時(shí)稱為B屏開(kāi)，平面鏡B移出平面鏡A與光掃描管之間時(shí)稱為A屏開(kāi)。超薄顯示屏A垂直桌面或與桌面垂直方向成一定的角度放置，超薄顯示屏B水平放置在桌面上，此種成象器稱為雙屏單顯(成象器)。雙屏單顯的益處是發(fā)揮光筆的長(zhǎng)處，方便電腦的使用，超薄顯示屏B水平放在桌面上，便于用光筆書寫，或圖文輸入，光筆完全可以代替鼠標(biāo)，較之鼠標(biāo)更方便快捷；超薄顯示屏A垂直放在桌面上，便于鍵盤的使用。
有兩個(gè)長(zhǎng)方形平面鏡平面鏡C和平面鏡D，平面鏡C相對(duì)于光掃描管固定。投射光束同時(shí)照射在平面鏡C和平面鏡D上，照射在平面鏡C和平面鏡D上的那部分投射光束的截面是全等的長(zhǎng)方形。平面鏡C和光掃描管相對(duì)于超薄顯示屏C固定。超薄顯示屏D的一邊和超薄顯示屏C的一邊用折頁(yè)連接，使兩者可以繞一中軸(稱為屏中軸)轉(zhuǎn)動(dòng)。超薄顯示屏C和超薄顯示屏D在同一平面上時(shí)，兩顯示屏往同一方向上顯示圖象。經(jīng)平面鏡C反射的那部分投射光束傳給超薄顯示屏C，經(jīng)平面鏡D反射的那部分投射光束傳給超薄顯屏D。平面鏡D的一個(gè)對(duì)稱線稱為鏡中軸與屏中軸重合，超薄顯示屏C不繞屏中軸轉(zhuǎn)動(dòng)，而超薄顯示屏C繞屏中軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，超薄顯示屏D繞屏中軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角度是平面鏡D繞屏中軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角度的2倍，超薄顯示屏D與平面鏡D繞屏中軸轉(zhuǎn)動(dòng)的方向相同。此種成象器稱為雙屏雙顯(成象器)。雙屏雙顯主要是完成電子書的功能。
雙屏單顯和雙屏雙顯通過(guò)平面鏡的移動(dòng)和組合把一個(gè)光掃描管發(fā)射的光線照射在兩個(gè)超薄顯示屏上的，其結(jié)構(gòu)原理非常簡(jiǎn)單。
較之目前電視機(jī)本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1、功耗小成象燈管RGB的耗電量小，帶動(dòng)微分梭鏡(或花鏡)和牙鏡的電動(dòng)機(jī)的功耗只是克服轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)所受的摩擦力做功，因此也非常小，液晶板的功耗也非常小，相對(duì)于幾千瓦的彩電的功耗是極其低的；2，成本低用半導(dǎo)體發(fā)光器件，成象燈管RGB三者的成本合計(jì)比較低，牙鏡、微分梭鏡、花鏡、斜直鏡、射角正切放大鏡等雖是復(fù)雜，但可以用模壓法等復(fù)制，因此這些器件每件成本都不高。顯示屏是把混合均勻的透明粉粒和黑色粉粒刷在透明的塑料板或塑料紙上，因此成本也比較低；3、重量輕本發(fā)明的重量主要集中在光掃描管、顯示屏和外殼上。光掃描管可以做的只有幾十克重。顯示屏是一張塑料紙或一個(gè)塑料板比起有厚厚的玻璃殼的電視機(jī)重量輕的多；4、制造工藝簡(jiǎn)單本發(fā)明主要有光學(xué)器件和衍射黑屏構(gòu)成。光學(xué)器件用模壓法等工藝很容易制造。衍射黑屏則把混合均勻的透明粉粒和黑色粉粒刷在透明的塑料板或塑料紙上，因此工藝非常簡(jiǎn)單。而目前彩電的制造則是把細(xì)小的紅、綠、藍(lán)三色熒光粉均勻地粘貼在熒光屏上，再制造一個(gè)有均勻小孔的鋁膜，另外還要罩上一個(gè)玻璃殼，再把玻璃殼密封抽成真空，工藝相當(dāng)復(fù)雜；5、性能優(yōu)越目前電視的熒屏受自然光影響，圖象往往不清晰，而衍射黑屏正克服了此種問(wèn)題；6、前景廣闊本發(fā)明有光筆直寫紙紋輸入等功能，又設(shè)計(jì)了雙屏單顯，使文字向電腦的輸入由光筆代替健盤和鼠標(biāo)。使用光筆不用記字根，直接在顯示屏上寫漢字，由漢字辨認(rèn)程序，辨認(rèn)并給出正規(guī)字體。光筆紿電腦的學(xué)習(xí)和使用帶來(lái)了極大的方便，其潛力是無(wú)窮的。
下面敘述典型實(shí)施例不使用多分器的光掃描管，牙鏡的參數(shù)m為4，F(xiàn)2為25/4，每1/25秒，牙鏡做一次逐行掃描或兩次隔行掃描，因?yàn)槲⒎炙箸R和花鏡都是在每秒內(nèi)完成25×625行掃描，所以F1Xe=F3Xh,e和h都為300,F1和F3都為25×625/300,F1和F3是電動(dòng)機(jī)每秒內(nèi)轉(zhuǎn)的圈數(shù)，可以通過(guò)電路進(jìn)行精確控制。不使用液晶凸鏡的液晶光掃描管的場(chǎng)掃描液晶單板上的液晶線的條數(shù)是575，一幀電視圖象雖然化分了625行，但有50行不傳遞圖象信息。行掃描液晶單板上液晶線的條數(shù)根據(jù)圖象的幅型比不同而取值不同，對(duì)于幅型比為4∶3的光掃描管，行掃描液晶單板上液晶線的條數(shù)為575/3×4，約為767。液晶凸鏡上凸透鏡的個(gè)數(shù)為25個(gè)，對(duì)于幅型比為4∶3的光掃描管，場(chǎng)掃描液晶單板上的液晶線條數(shù)為115，行掃描液晶單板上液晶線的條數(shù)為115/3×4，約為167。多分器的Q值為6，用多分器的光掃描管，牙鏡的參數(shù)m還是4,F2還是25/4,e和h為50,F1和F3都為25×625/6×50，使用多分器而不使用液晶凸鏡的幅型比為4∶3的液晶光掃描管，場(chǎng)掃描液晶單板上液晶線的條數(shù)為575/6，約為104，行掃描液晶單板上液晶線的條數(shù)為(575/6)×(4/3)約為139。光束壓縮器的涂上液晶鏡的凸透鏡上的液晶區(qū)的個(gè)數(shù)為32，把成象光束的亮度化分為33個(gè)等級(jí)，光束壓縮器中凹透鏡的兩焦點(diǎn)間的距離為3mm。射角正切放大鏡的n值為40。書寫燈管和寫字燈管發(fā)射的光束頻率都為2MHz，測(cè)試光束的頻率為3MHz。超薄顯示器的角度為r=50 °,s=t=80°。衍射黑屏上，透明粉粒(黑色粉粒)的直徑為0.62um，黑色粉粒(透明粉粒)的直徑為0.45um，紅色光在透明粉粒(黑色粉粒)處發(fā)生衍射，綠色光和藍(lán)色光在黑色粉粒(透明粉粒)處發(fā)生衍射。
權(quán)利要求
1.一種電信號(hào)與圖象光掃描轉(zhuǎn)換器是用掃描的方式實(shí)現(xiàn)電信號(hào)向圖象的轉(zhuǎn)換和圖象向電信號(hào)的轉(zhuǎn)換，其特征在于電信號(hào)通過(guò)成象燈管RGB轉(zhuǎn)變成紅、綠、藍(lán)三束光束，經(jīng)過(guò)分色棱鏡合成一束光束，再經(jīng)過(guò)光掃描管轉(zhuǎn)變成掃描光束，掃描光束經(jīng)過(guò)射角正切放大鏡或斜直鏡等反射并照射在衍射黑屏上；景物、圖象或光點(diǎn)經(jīng)過(guò)射角正切放大鏡或斜直鏡等反射給光掃描管，光掃描管把反射光傳給分色棱鏡，由分色棱鏡分解成紅、綠、藍(lán)三束光束分別照射在感光器RGB的感光面上，由感光器RGB轉(zhuǎn)變成電信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電信號(hào)與圖象光掃描轉(zhuǎn)換器，其特征在于成象燈管由燈管、凹面鏡、凸透鏡和凹透鏡組成，燈管放在凹面鏡的焦點(diǎn)上，凹面鏡反射的燈管發(fā)射的光線穿過(guò)凸透鏡成會(huì)聚光束，會(huì)聚點(diǎn)與凸透鏡之間放置凹透鏡，會(huì)聚點(diǎn)放在凹透鏡的焦點(diǎn)上，凹透鏡兩焦點(diǎn)間的距離愈小，經(jīng)壓縮的光束愈細(xì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電信號(hào)與圖象光掃描轉(zhuǎn)換器，其特征在于用響應(yīng)頻率低的普通燈管的成象燈管的光束壓縮器的凸透鏡的表面，按通過(guò)有效光線的數(shù)量等分成若干份并涂上液晶，通過(guò)電路控制呈現(xiàn)透明的液晶區(qū)的個(gè)數(shù)束控制成象光束中光線的條數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電信號(hào)與圖象光掃描轉(zhuǎn)換器，其特征在于小角光掃描管主要有牙鏡和微分棱鏡組成，且e×F1=25×625。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電信號(hào)與圖象光掃描轉(zhuǎn)換器，其特征在于大角光掃描管主要有牙鏡、凸透鏡和花鏡組成，h×F3=25×625；經(jīng)過(guò)凸透鏡的一次光束的會(huì)聚點(diǎn)在花鏡的準(zhǔn)圓的弧上；一次平面和二次平面垂直。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的電信號(hào)與圖象光掃描轉(zhuǎn)換器，其特征在于m×F2=25，且成象光束照射在牙鏡的準(zhǔn)圓的圓弧上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電信號(hào)與圖象光掃描轉(zhuǎn)換器，其特征在于液晶光掃描管主要由液晶板、液晶凸鏡和正凸鏡組成，景物、圖象通過(guò)液晶凸鏡形成p個(gè)縮小的倒立的重疊在一起的疊像，疊像經(jīng)過(guò)正凸鏡成正疊像，正疊像成在液晶板上，通過(guò)電路的控制，順序地周期地更換液晶凸鏡上呈現(xiàn)透明的凸透鏡和液晶板上呈現(xiàn)透明的小點(diǎn)，完成對(duì)圖象的掃描。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電信號(hào)與圖象光掃描轉(zhuǎn)換器，其特征在于液晶單板是用液晶涂成許多條相互平行的液晶線的一塊透明薄板，兩個(gè)液晶單板緊貼在一起，且兩者的液晶線相互垂直，在工作過(guò)程中，每個(gè)液晶單板上只有一條液晶線呈透明，通過(guò)電路控制順序地周期地更換呈現(xiàn)透明的液晶線。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電信號(hào)與圖象光掃描轉(zhuǎn)換器，其特征在于液晶凸鏡是由p個(gè)受光面積大小相等、焦距相等、光心在同一平面上且主軸相互平行的凸透鏡連接而成，且每個(gè)凸透鏡的表面上涂上液晶，在工作過(guò)程中，通過(guò)電路控制凸透鏡上涂的液晶是顯示黑色還是呈透明來(lái)得到景物或圖象不同部分的疊像，在工作過(guò)程中，液晶凸鏡只有一個(gè)凸透鏡呈現(xiàn)透明且順序地周期地更換成呈透明的凸透鏡。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電信號(hào)與圖象光掃描轉(zhuǎn)換器，其特征在于多分器的工作是用多個(gè)偏振分離器把一束掃描光束分成多束掃描光束，通過(guò)處理使分離的多束掃描光束相互平行并穿過(guò)一個(gè)表面上涂有Q塊液晶塊的透明薄板，工作過(guò)程中，涂上液晶的透明薄板上只有一塊液晶塊呈現(xiàn)透明，且順序地周期地更換呈現(xiàn)透明的液晶塊。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電信號(hào)與圖象光掃描轉(zhuǎn)換器，其特征在于射角正切放大鏡是一個(gè)復(fù)雜的非連續(xù)曲面鏡，對(duì)掃描光線AB有一個(gè)特殊的數(shù)學(xué)關(guān)系式，n乘以角BAM的弧度等于角BOM的正切，n為任意的某一正整數(shù)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電信號(hào)與圖象光掃描轉(zhuǎn)換器，其特征在于坐標(biāo)測(cè)量器通過(guò)感光器p和感光器Q接收的測(cè)試光束的多少計(jì)算當(dāng)前掃描光束在圖象中的坐標(biāo)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電信號(hào)與圖象光掃描轉(zhuǎn)換器，其特征在于光筆發(fā)射的平行光束通過(guò)衍射黑屏，衍射光由光掃描管接收并傳給分色棱鏡和二次分光棱鏡分離出光筆發(fā)射的光線，并照射在感光器的感光面上，感光器接收到光筆發(fā)射的光線觸發(fā)電子開(kāi)關(guān)輸出當(dāng)前掃描光束在圖象中的坐標(biāo)的值。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電信號(hào)與圖象光掃描轉(zhuǎn)換器，其特征在于書寫燈管向衍射黑屏上發(fā)射的光線，透過(guò)衍射黑屏，然后由光掃描管、分色棱鏡和二次分光棱鏡傳導(dǎo)并分離出照射在感光器的感光面上，當(dāng)有物體放在衍射黑屏上，感光器接收不到書寫燈管發(fā)射的光線時(shí)，觸發(fā)電子開(kāi)關(guān)輸出當(dāng)前掃描光束在圖象中的坐標(biāo)的值。
15.根據(jù)權(quán)利要求12或13或14所述的電信號(hào)與圖象光掃描轉(zhuǎn)換器，其特征在于測(cè)試光束和書寫燈管、寫字燈管發(fā)射的光束為高頻、閃亮的光束。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電信號(hào)與圖象光掃描轉(zhuǎn)換器，其特征在于有紙文輸入功能的成象器采用攝成共用管和顯形燈管，衍射黑屏相對(duì)透明薄板可以打開(kāi)、關(guān)閉，攝成共用管撥在光電檔位上，同時(shí)打開(kāi)顯形燈管，夾在衍射黑屏和透明薄板之間的紙上的圖文被攝錄下來(lái)。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電信號(hào)與圖象光掃描轉(zhuǎn)換器，其特征在于光電連接器是把信號(hào)調(diào)節(jié)在三個(gè)振蕩電流上，再分別轉(zhuǎn)化成三種色光，三種色光由分色棱鏡分離開(kāi)再由感光器轉(zhuǎn)化成對(duì)應(yīng)的電流。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電信號(hào)與圖象光掃描轉(zhuǎn)換器，其特征在于掃描光束通過(guò)凸透鏡轉(zhuǎn)變成平行光束，平行光束經(jīng)過(guò)斜直鏡反射在衍射黑屏上，便實(shí)現(xiàn)了成象器的超薄處理，角度r、s、t和平行光束截面的大小決定成象器的超薄程度和在衍射黑屏上顯示的圖象的大小。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電信號(hào)與圖象光掃描轉(zhuǎn)換器，其特征在于衍射黑屏是涂上薄薄的一層調(diào)和均勻的等數(shù)量的透明粉粒和黑色粉粒的透明板子或透明塑料紙，其中透明粉粒(黑色粉粒)的直徑等于或略小于紅色光的波長(zhǎng)，黑色粉粒(透明粉粒)的直徑等于或略小于藍(lán)色光的波長(zhǎng)。
全文摘要
電信號(hào)與圖象光掃描轉(zhuǎn)換器是通過(guò)直接掃描光束把電信號(hào)轉(zhuǎn)換成圖象或把圖象轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的一種電子、光學(xué)、機(jī)械相結(jié)合的裝置。成象燈管RGB和分色棱鏡把電信號(hào)轉(zhuǎn)化成的一束光束經(jīng)過(guò)光掃描管成掃描光束,掃描光束經(jīng)過(guò)射角正切放大鏡或斜直鏡反射后照射在衍射黑屏顯示圖象。景物、圖象或光點(diǎn)的光線經(jīng)過(guò)光掃描管成一束反射方向固定的光束,該光束經(jīng)過(guò)分色棱鏡和感光器RGB轉(zhuǎn)化成對(duì)應(yīng)的電信號(hào)。本發(fā)明主要用于電視機(jī)、電腦顯示器和攝象機(jī)。
文檔編號(hào)H04N9/12GK1305306SQ00128039
公開(kāi)日2001年7月25日 申請(qǐng)日期2000年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月26日
發(fā)明者王懷亮 申請(qǐng)人:王懷亮