УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ НА ЭКРАНЕ СВЕТОКЛАПАННОЙ ПАНЕЛИ Российский патент 1998 года по МПК H04N5/66 G02F1/335 G02F1/225 

Изобретение относится к технике телевидения, в частности к воспроизводящим устройствам телевизионных приемников, дисплеев, и может быть применено в системах промышленного и вещательного телевидения, дисплеях телевизионного и функционального типа.

Известное устройство (Войтович Б.И. и др. ЭЛТ 11ЛК81 с волоконно-оптическим экраном. - Электронная промышленность, 1987, N 8) имеет низкую механическую прочность, низкую совместимость разного вида информаций, при наличии функциональной развертки имеет большую сложность совместно с модулями видеоконтрольного устройства (усилители отклонения, видеоусилители и пр.).

Известно устройство для воспроизведения изображения на экране панели (Шерр. Электронные дисплеи. М.: Мир, 1982, с. 301 - 303). Однако оно имеет низкое быстродействие 0,1 - 0,5 с, требует наличия мощного источника поляризованного света.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство для воспроизведения телевизионных изображений (авт.св. СССР N 1317688, кл. H 04 N 5/66), содержащее панель, первое устройство управления, второе устройство управления, N первых вертикальных шин, подключенных к выходу первого устройства управления, Z первых горизонтальных шин, подключенных к выходу второго устройства управления.

Недостатком известного устройства являются низкое быстродействие 0,1 - 0,5 с, низкая разрешающая способность, требование к равномерной освещенности экрана, малая контрастность, малый диапазон рабочих температур, требуется большая мощность источника света.

Целью изобретения является повышение быстродействия, разрешающей способности, уменьшение потребляемой мощности источника света и требований к нему.

Цель достигается тем, что предлагается устройство для воспроизведения изображения на экране светоклапанной панели, содержащее панель, первое устройство управления, второе устройство управления, N первых вертикальных шин, подключенных к выходу первого устройства управления, Z первых горизонтальных шин, подключенных к выходу второго устройства управления, в котором шины выполнены с контактами, панель выполнена в виде светоклапанной панели и содержит Z • N электрооптических модуляторов с первыми и вторыми управляющими электродами с контактами, предназначенными для подачи управляющего напряжения строк и столбцов, при этом контакты первых управляющих электродов k-й строки, где 1 ≤ k ≤ Z, соединены между собой и с K₁-й горизонтальной шиной, контакты вторых управляющих электродов P₁-го столбца, где 1 ≤ P₁ ≤ N, соединены между собой и с P₁-й вертикальной шиной, Z • N первых оптически плотных переходов, первый соединитель Z • N первых волоконно-оптических кабелей, входы которых являются входом первого соединителя и представляют собой вход для подачи первого светового потока, а выходы волоконно-оптических кабелей через первые оптически плотные переходы соединены с входами электрооптических модуляторов, причем электрооптические модуляторы выполнены с возможностью изменения прозрачности под действием управляющего напряжения; панель дополнительно содержит Z • N третьих, Z • N четвертых, Z • N пятых, Z • N шестых управляющих электродов с контактами, предназначенными для подачи управляющего напряжения на Z • N вторых и Z • N третьих электрооптических модуляторов, аналогичных по конструкции первым электрооптическим модуляторам, Z вторых и Z третьих горизонтальных шин с контактами, контакты третьих управляющих электродов k-й строки, где 1 ≤ K₂ ≤ Z, соединены между собой и с контактом K₂ второй горизонтальной шины, контакты пятых управляющих электродов k-й строки соединены между собой и с контактом K₃ третьей горизонтальной шины, контакты вторых управляющих электродов P-го столбца соединены с контактами четвертых и шестых управляющих электродов K-го столбца, Z • N вторых оптически плотных переходов, Z • N третьих оптически плотных переходов, второй и третий соединители, 2 • Z • N волоконно-оптических кабелей, входы которых являются входами второго и третьего соединителей и представляют собой входы для подачи второго и третьего световых потоков соответственно, а выходы вторых волоконно-оптических кабелей через вторые оптически плотные переходы соединены с входами соответствующих вторых электрооптических модуляторов, выходы третьих волоконно-оптических кабелей через третьи оптически плотные переходы соединены с входами третьих электрооптических модуляторов, первый, второй и третий светофильтры, расположенные у входов первого, второго и третьего соединителей, третье и четвертое устройства управления, к выходам которых подключены вторые и третьи горизонтальные шины соответственно; в панель введены Z • N третьих, Z • N четвертых, Z • N пятых, Z • N шестых управляющих электродов с контактами для подачи управляющего напряжения, N вторых и N третьих вертикальных шин, Z • N вторых и Z • N третьих электрооптических модуляторов, аналогичных по конструкции первым электрооптическим модуляторам, причем контакты первых, третьих и пятых управляющих электродов соединены между собой и с P₂, где 1 ≤ P₂ ≤ N, контактом второй вертикальной шины, контакты шестых управляющих электродов P столбца соединены между собой и с P₃, где 1 ≤ P₃ ≤ N, контактом третьей вертикальной шины, Z • N вторых оптически плотных переходов, Z • N третьих оптических плотных переходов, второй и третий соединители, 2 • Z • N волоконно-оптических кабелей, входы которых являются входами второго и третьего соединителей и представляют собой входы для подачи второго и третьего световых потоков, а выходы вторых волоконно-оптических кабелей через вторые оптически плотные переходы соединены с входами вторых электрооптических модуляторов, выходы третьих волоконно-оптических кабелей через третьи оптически плотные переходы соединены с входами третьих электрооптических модуляторов, первый, второй и третий светофильтры, расположенные перед входами первого, второго и третьего соединителей, третье и четвертое устройства управления, к выходам которых подключены вторые и третьи вертикальные шины соответственно.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемое устройство отличается наличием новых узлов электрооптических модуляторов, первыми волоконно-оптическими кабелями, первыми оптически плотными переходами, первым соединителем и связями между ними.

Таким образом предлагаемое устройство соответствует критерию "новизна".

Известен электрооптический эффект. Однако не известно применение данного эффекта в индикаторных устройствах. Положительный эффект достигается только при выполнении волноводных каналов и только в ниобате лития. При этом достигается новый положительный эффект - возможность формирования изображения на светоклапанной панели при подаче светового потока через волоконно-оптические кабели.

Известен оптический коммутатор, построенный на кристалле ниобата лития (см. авт.св. N 528798, кл. G 02 F 1/31). Здесь коммутация луча осуществляется за счет резонансной связи между волноводами при воздействии электрического поля: электрическая аналогия - связанные контура. Однако использовать данное устройство в светоклапанных панелях из-за небольшого числа каналов, малого расстояния между ними и значительного затухания света невозможно.

На фиг. 1 приведена электрическая схема устройства по п. 1 формулы изобретения; на фиг. 2 - светоклапанная панель; на фиг. 3 - электрическая схема устройства по п. 2 формулы изобретения; на фиг. 4 - светоклапанная панель по п. 2 формулы изобретения; на фиг. 5 - электрическая схема устройства по п. 3 формулы изобретения; на фиг. 6 - устройство по п. 3 формулы изобретения; на фиг. 7 - зависимость выходного светового потока от напряжения между управляющими электродами.

Устройство (фиг. 1) содержит N вертикальных шин 1.1 - 1.N, Z горизонтальных шин 2.1 - 2.Z, первое устройство управления 3, с цифровыми входами управления 4.1 - 4.2.L (L ≥ 1), аналоговыми входами управления 5.1 - 5.P (P ≥ 1), второе устройство управления 6 с цифровыми входами управления 7.1 - 7.K (K ≥ 1) и аналоговыми входами управления 8.1 - 8.m (m ≥ 1).

Первые вертикальные шины (управления) 1.1 - 1.N с контактами подключены к выходам первого устройства управления 3. Первые горизонтальные шины (управления) 2.1 - 2.Z с контактами подключены к выходам второго устройства управления.

Устройство (фиг. 2) содержит N первых вертикальных шин 1.1 - 1.N, Z первых горизонтальных шин 2.1 - 2.Z, светоклапанную панель из Z • N электрооптических модуляторов, выполненных в виде волноводных каналов 8 (8.1.1 - 8.Z. N) с входами 9, выходами 10, Z • N первых 11 (1.1.1 - 11.Z • N), Z • N вторых 12 (12.1.1 - 12.Z • N) управляющих электродов с первыми и вторыми контактами для подачи управляющего напряжения строк и столбцов, Z пластин из ниобата лития 13.1 - 13.Z, Z непрозрачных пластин 14.1 - 14.Z и Z • N первых волоконно-оптических кабелей 15.1.1 - 15.Z.N, первый соединитель 16, Z • N первых оптических плотных переходов 17.1.1 - 17.Z.N.

Пластины из ниобата лития 13 расположены поочередно с непрозрачными пластинами 14. В пластинах из ниобата лития выполнены волноводные каналы 8ij, причем пластины расположены так, что волноводный канал 8i + 1 расположен под волноводным каналом 8ij, на противоположные торцы каждого из волноводных каналов 8ij нанесены первые 11ij и вторые 12ij управляющие электроды, подключенные к шинам 2i и 1j соответственно, где I ≤ i ≤ Z, I ≤ j ≤ N. Световой поток подается на вход соединителя 16 и далее через волоконно-оптические кабели 15ij через оптически плотные переходы 17ij на входы соответствующих волноводных каналов.

Конструктивные связи и нумерация устройства фиг. 3 аналогична конструктивным связям и нумерации устройства фиг. 1, отличием является введение третьего устройства управления 18 с цифровыми входами 19.1 - 19.K и аналоговыми входами 20.1. - 20.m, четвертого устройства управления 21 с цифровыми входами 22.1 - 22.K и аналоговыми входами управления 23.1 - 23.m, Z вторых горизонтальных шин 24.1 - 24.Z, Z третьих горизонтальных шин 25.1 - 25.Z.

Вторые горизонтальные шины 24.1 - 24.Z с контактами подключены к выходам третьего устройства управления 18, третьи горизонтальные шины 25.1 - 25.Z с контактами подключены к выходам четвертого устройства управления 21.

Конструктивные связи и нумерация составных частей светоклапанной панели фиг. 4 аналогична нумерации и конструктивным связям светоклапанной панели фиг. 2, фиг. 3, отличием является введение Z • N вторых 26.1 - 26.Z • N волноводных каналов, третьих 27.1.1 - 27.Z • N волноводных каналов, Z • N третьих 28 управляющих электродов 28.1.1 - 28.Z.N, Z • N четвертых 29 управляющих электродов 29.1.1 - 29. Z. N, Z • N пятых 30 управляющих электродов 30.1.1 - 30. Z. N, шестых 31 управляющих электродов 31.1.1 - 31.Z.N, Z • N вторых 32 волоконно-оптических кабелей 32.1.1 - 32.Z.N, второго соединителя 33, Z • N третьих 34 волоконно-оптических кабелей 34.1.1 - 34.Z.N, третьего соединителя 35, Z • N вторых 36 оптически плотных переходов 36.1.1 - 36.Z.N, третьих 37 оптически плотных переходов 37.1.1 - 37.Z.N, первого 38 второго 39, третьего 40 светофильтров.

Третьи управляющие электроды 28ij подключены к второй горизонтальной шине 24i, пятые управляющие электроды 30ij подключены к третьей горизонтальной шине 25i, четвертые 29 управляющие электроды соединены с шестыми управляющими электродами 31ij и с вторыми управляющими электродами 12ij. Вторые волоконно-оптические кабели 32ij подключены через вторые оптически плотные переходы 36ij к входам вторых волноводных каналов 26ij. Третьи волоконно-оптические кабели 34ij подключены через третьи оптически плотные переходы 37ij к входам третьих волноводных каналов 27ij, первый 38, второй 39 и третий 40 светофильтры поставлены перед входами первого 16, второго 33 и третьего 35 оптоволоконных соединителей.

Конструктивные связи и нумерация устройства фиг. 5 аналогична нумерации и конструктивным связям устройства фиг. 1, отличием является введение третьего устройства управления с цифровыми входами управления 41.1 - 41.L и аналоговыми входами управления 42.1 - 42.P, четвертого устройства управления 20 с цифровыми входами управления 43.1 - 43.L и аналоговыми входами управления 44.1 - 44.P, N вторых вертикальных шин, 45.1 - 45.N, N третьих вертикальных шин 46.1 - 46.N.

Вторые вертикальные шины 45 N с контактами подключены к выходам третьего устройства управления 18, третьи вертикальные шины 46 N с контактами подключены к выходам четвертого устройства управления 20.

Конструктивные связи и нумерация составных частей светоклапанной панели фиг. 6 аналогичны устройству фиг. 2 и 4, фиг. 5, отличием является соединение третьих управляющих электродов 28ij с пятыми 30ij и с первыми управляющими электродами 11i, соединение четвертых управляющих электродов 29ij с второй вертикальной шиной 45j, шестых управляющих электродов 31ij с третьей вертикальной шиной 46j.

На фиг. 7 приведена эпюра зависимости яркости на выходе волноводного канала от приложенного напряжения на управляющие электроды волноводного канала в относительных единицах.

Устройство (фиг. 1 и 2) работает следующим образом.

На вход для подачи светового потока - соединитель 16 - подается световой поток, который по первым волоконно-оптическим кабелям 15ij через первые оптически плотные переходы 17ij подается на входы 9 первых волноводных каналов 8ij.

При этом каждый волноводный канал представляет электрооптическую систему, использующую электрооптический эффект в ниобате лития LiNBO₃, т.е. возникновение оптической анизотропии у прозрачного изотропного диэлектрика при помещении его во внешнее электрическое поле. Под воздействием однородного электрического поля, прилагаемого между соответствующими управляющими электродами 11ij и 12ij, диэлектрик поляризуется и приобретает оптические свойства одноосного кристалла, оптическая ось которого совпадает по направлению с вектором E напряженности поля управляющего сигнала. При этом за счет эффекта полного внутреннего отражения света, на входе волноводного канала получаем световой поток с малым коэффициентом затухания.

В режиме отсутствия управляющего напряжения на гранях соответствующих волноводных каналов от входного источника света, подаваемого через оптоволоконный канал, не распространяется из-за сдвигов по фазе плоскости поляризации в соответствующих волноводных каналах и вектора E напряженности поля сигнала. Изменяя напряжение на электродах 11ij, 12ij, изменяем яркость свечения изображения каждого элемента.

Управление волноводными каналами на панели просто реализуется с помощью первого и второго устройства управления, подающих управляющие напряжения, например, на вертикальную шину U_упр/1, а на горизонтальную шину - U_упр/2. Остальные шины находятся под потенциалом нейтрали. При этом, как следует из фиг. 7, появится световой поток на выходе волноводного канала, находящегося в пересечении вертикальной и горизонтальной шин с яркостью, определяемой управляющим напряжением, подаваемым с устройств управления 3, 6, выполненных, например, в виде коммутаторов напряжений U_в и U_г.

В зависимости от технологии волноводных каналов величина управляющего напряжения составляет 12 - 60 В. Следует отметить, что возможно одновременное воспроизведение изображения по строкам (столбцам), однако это усложняет устройства управления.

По сравнению с прототипом предлагаемое устройство имеет повышенное быстродействие (время включения, выключения волноводного канала составляет 10^-9 - 10^-10 с), повышенную разрешающую способность (эффективный диаметр волноводного канала составляет 50 - 200 мкм), более широкий диапазон температур, меньшую мощность источника света, отсутствуют требования к равномерности плотности светового потока на больших площадях, так как он подается на вход оптического соединителя-разветвителя с небольшим входным диаметром.

На фиг. 3 и 6 выполнены варианты устройств для воспроизведения изображения на экране светоклапанной панели с цветным воспроизведением изображения. Здесь каждый элемент изображения выполнен на трех волноводных каналах, управляемых с помощью третьего 18 и четвертого 21 устройств управления с помощью одной вертикальной и трех горизонтальных групп шин фиг. 3 и 4 или трех вертикальных и одной горизонтальной групп шин фиг. 5 и 6. Управление аналогично устройствам фиг. 1 и 2 может производится как одновременно, так и последовательно. Работа каналов аналогична работе первого канала (устройство фиг. 1 и 2). Перед входом каждого из соединителей ставится свой светофильтр 37 - 40, позволяющий обеспечить цветное изображение на экране панели за счет смещения монохроматических световых потоков с разной длиной волны (например, красного, зеленого и синего цвета).

Преимуществом данных устройств является малая толщина 20 - 30 мм, малое потребление мощности источника света за счет малого диаметра соединителей.

Таким образом, предлагаемое устройство имеет более высокое быстродействие, более высокую разрешающую способность, меньшую потребляемую мощность на создание светового потока по сравнению с прототипом.

Изобретение может быть использовано для воспроизведения изображения в системах промышленного и вещательного телевидения, дисплеях телевизионного и функционального типа. Сущность изобретения заключается в том, что поток света подается на вход соединителя и далее через волоконно-оптический канал на входы волноводных каналов, выполненных в ниобате лития. При этом каждый волноводный канал представляет собой электрооптическую систему, использующую электрооптический эффект в ниобате лития, т.е. возникновение оптической анизотропии у прозрачного изотропного диэлектрика при помещении его во внешнее электрическое поле. При подаче управляющего напряжения на шины подается напряжение на управляющие электроды, что приводит к выполнению условий полного внутреннего отражения в волноводном канале и на выходе канала получается световой поток с яркостью, определяемой приложенным напряжением или зависящей от времени включения волноводного канала, управляя с помощью устройств управления всеми волноводными каналами, воспроизводится требуемое изображение. 2 з.п.ф-лы, 7 ил.

1. Устройство для воспроизведения изображения на экране светоклапанной панели, содержащее панель, первое и второе устройства управления, N первых вертикальных шин, подключенных к выходу первого устройства управления, Z первых горизонтальных шин, подключенных к выходу второго устройства управления, отличающееся тем, что шины выполнены с контактами, панель выполнена светоклапанной и содержит Z • N электрооптических модуляторов с первыми и вторыми управляющими электродами с контактами, предназначенными для подачи управляющего напряжения строк и столбцов, при этом контакты первых управляющих электродов K-й строки, где 1 ≤ K ≤ Z, соединены между собой и с K₁-й горизонтальной шиной, контакты вторых управляющих электродов P₁-го столбца, где 1 ≤ P₁ ≤ N, соединены между собой и с P₁-й вертикальной шиной, Z • N первых оптически плотных переходов, первый соединитель, Z • N первых волоконно-оптических кабелей, входы которых являются входом первого соединителя и представляют собой вход для подачи первого светового потока, а выходы волоконно-оптических кабелей чертыех первые оптически плотные переходы соединены с входами электрооптических модуляторов, причем электрооптические модуляторы выполнены с возможностью изменения прозрачности под действием управляющего напряжения. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что панель дополнительно содержит Z • N третьих, Z • N четвертых, Z • N пятых, Z • N шестых управляющих электродов с контактами, предназначенными для подачи управляющего напряжения соответственно на Z • N вторых и Z • N третьих электрооптических модуляторов, аналогичных по конструкции первым электрооптическим модуляторам, Z вторых и Z третьих горизонтальных шин с контактами, контакты третьих управляющих электродов K-й строки, где 1 ≤ K₂ ≤ Z, соединены между собой и с контактом K₂ второй горизонтальной шины, контакты пятых управляющих электродов K-й строки соединены между собой и с контактом K₃ третьей горизонтальной шины, контакты вторых управляющих электродов P-го столбца соединены с контактами четвертых и шестых управляющих электродов K-го столбца, Z • N вторых оптически плотных переходов, Z •N третьих оптически плотных переходов, второй и третий соединители, 2 • Z • N волоконно-оптических кабелей, входы которых являются входами второго и третьего соединителей и представляют собой входы для подачи второго и третьего световых потоков соответственно, а выходы вторых волоконно-оптических кабелей через вторые оптически плотные переходы соединены с входами соответствующих вторых электрооптических модуляторов, выходы третьих волоконно-оптических кабелей через третьи оптически плотные переходы соединены с входами третьих электрооптических модуляторов, первый, второй и третий светофильтры, расположенные у входов первого, второго и третьего соединителей, третье и четвертое устройства управления, к выходам которых подключены вторые и третьи горизонтальные шины соответственно. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в панель введены Z • N третьих, Z • N четвертых, Z • N пятых, Z • N шестых управляющих электродов с контактами, предназначенными для подачи управляющего напряжения, N вторых и N третьих вертикальных шин, Z • N вторых и Z • N третьих электрооптических модуляторов, аналогичных по конструкции первым электрооптическим модуляторам, контакты первых, третьих и пятых управляющих электродов соединены между собой и с P₂-м, где 1 ≤ P₂ ≤ N, контактом второй вертикальной шины, контакты шестых управляющих электродов P-го столбца соединены между собой и с P₃-м, где 1 ≤ P₃ ≤ N, контактом третьей вертикальной шины, Z • N вторых оптически плотных переходов, Z • N третьих оптически плотных переходов, второй и третий соединители, 2 • Z • N волоконно-оптических кабелей, входы которых являются входами второго и третьего соединителей и представляют собой входы для подачи второго и третьего световых потоков, а выходы вторых волоконно-оптических кабелей через вторые оптически плотные переходы соединены с входами вторых электрооптических модуляторов, выходы третьих волоконно-оптических кабелей через третьи оптически плотные переходы соединены с входами третьих электрооптических модуляторов, первый, второй и третий светофильтры, расположенные перед входами первого, второго и третьего соединителей, третье и четвертое устройства управления, к выходам которых подключены вторые и третьи вертикальные шины соответственно.