МОДУЛЯТОР СВЕТОКЛАПАННОЙ СИСТЕМЫ ОТРАЖАТЕЛЬНОГО ТИПА Российский патент 1999 года по МПК G02B26/08 H01J29/12 H04N5/74 

Изобретение относится к системам проекционных дисплеев и к светоклапанной системе, используемой в таких системах.

Хорошо известный класс проекционных дисплеев, таких как светоклапанные системы Эйдорфора и Дженерал электрик К^o, основанные на применении электронного пучка с адресацией и со светофильтром переменной плотности на масляной пленке, составляет основную массу высококачественных систем на рынке и, по-существу, не имеет конкуренции со стороны какой-либо другой технологии. Однако этой системе также свойственны недостатки и недоработки: разложение масла, отравление катода, короткий срок эксплуатации, высокая сложность и высокая стоимость.

В другом классе проекционных систем используется так называемая деформографическая запоминающая воспроизводящая трубка, описание которой приведено в патенте США 3676588. В этой трубке для запуска проекционного дисплея со светоклапанной системой использованы деформируемый слой и зеркало. Это устройство имеет две вакуумные камеры и обязательно утолщенную мембрану для обеспечения герметизации двух камер. Постановка мембраны и обращение с ней затруднены, а изготовление более тонких мембран для получения хорошей разрешающей способности невозможно. Следующей появилась деформографическая запоминающая воспроизводящая трубка с одной камерой фирмы JBM (патент США 3858080), в которой электронный пучок наносит потенциальный рельеф на диэлектрическое зеркало, установленное на слой эластомеров, прикрепленный к дну трубки изнутри. Потенциальный рельеф деформирует зеркало и вызывает модуляцию света.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является оптический модулятор, имеющий многослойную структуру, управляемую в электростатическом режиме, содержащую зеркальный слой, описанный в патенте США N 3746785, опубл. 17.07.93, кл. H 04 N 5/66.

К недостаткам этой системы следует отнести сложность изготовления диэлектрических зеркал, особенно трудна их установка на деформируемый слой. Изготовить их в виде тонкого металлического слоя невозможно. Зеркало обладает твердостью, что сказывается на низкой чувствительности и низкой разрешающей способности. Отсюда возникают серьезные взаимоконфликтующие требования: с одной стороны желательно, чтобы все слои поверх деформируемого слоя были достаточно плотными и обеспечивали хорошую защиту и герметизацию от воздействия электронного пучка, а с другой стороны желательно иметь высокую чувствительность. Острой проблемой является поддержание требуемого режима работы светоклапанных систем, пригодных для воспроизводства телевизионных картин, и картин с высокой точностью изображения. Настоящим изобретением делается попытка решить все или большинство этих требований.

Согласно изобретению представлен модулятор светоклапанных систем для работы в режиме отражения. Модулятор имеет многослойную структуру, управляемую в электростатическом режиме. Она состоит из прозрачной подложки, удерживающей первый деформируемый слой и второй изолирующий диэлектрический деформируемый слой, при этом зеркальный слой устанавливается между ними, и третий диэлектрический изолирующий слой, устанавливаемый на внешнюю сторону второго слоя. По меньшей мере один из слоев между вторым слоем и подложкой является электропроводящим, а третий диэлектрический слой способен принимать потенциальный рельеф от одного или нескольких электронных пучков, посредством чего электростатические силы, находящиеся между третьим слоем и проводящим слоем, осуществляют местную деформацию на зеркальном слое.

Подобная структура позволяет использовать деформируемые материалы, такие как эластомеры, внутри вакуумных электронных трубок, хотя в обычных условиях выполнение такой задачи является очень проблематичной. Между электронным лучом и деформируемыми материалами (зластомеры) создается гармонизация, поскольку третий слой может одновременно предложить ряд необходимых функций, таких как защиту от потока электронов, высокую разрешающую способность, герметизацию и повышенную чувствительность.

Согласно еще одной стороне изобретения предлагается воспроизводящая трубка деформируемой клапанной системы, имеющая оболочку с прозрачным дном, направленным в сторону одного или нескольких электронных прожекторов, при этом в пределах вышеупомянутого дна установлен вышеупомянутый модулятор. Между прочим, само дно может служить прозрачной подложкой модулятора. При практическом применении, например, в телевидении проекционная система может дополнительно иметь источник света, оптическую шлирен-систему, экран и вышеупомянутую воспроизводящую трубку светоклапанной системы, в которой управление осуществляется сигналами, которые заставляют модулятор светоклапанной системы модулировать свет, поступающий от источника света, и посредством этого оптическая система проецирует телевизионное изображение на экран. Проецирование может производится как на обычный, так и на просветный экран.

Для того, чтобы лучше понять все стороны изобретения, ниже будет приведен ряд вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи:
На фиг. 1 показан модулятор светоклапанной системы согласно изобретению при работе в одном режиме.

На фиг. 2 показан такой же модулятор при работе на другом режиме.

На фиг. 3 показан следующий вариант осуществления модулятора светоклапанной системы согласно изобретению.

На фиг. 4 показана воспроизводящая трубка деформируемой светоклапанной системы при работе в режиме проекционной телевизионной системы.

На фиг. 5 показан следующий модифицированный модулятор светоклапанной системы.

На фиг. 6 показан еще один вариант модулятора деформируемой светоклапанной системы и воспроизводящей трубки.

Модулятор светоклапанной системы, показанный на фиг. 1, состоит из двух деформируемых слоев 10, 11, проводящего отражающего зеркального слоя 12, расположенного между вышеупомянутыми слоями. Слой 10 прозрачен для модулируемого света и крепко прикреплен к подложке 13. Слой 11 изготовлен из диэлектрического изолирующего материала.

Потенциальный рельеф 15 наносится электронным пучком 16 на изолирующий слой 14. Совместно с проводящим зеркальным слоем 12, который является электродом (например, анод кинескопа электронно-лучевой трубки), действующим в качестве опорного сигнала для загрузки/разгрузки модулятора, потенциальный рельеф 15 создает электрические силы, которые достигают, по-существу, что предпочтительно, синусоидальной фазы или приводят деформацию 17 зеркального слоя между слоями 10, 11 к типу дифракционной решетки, вызывая дифракцию падающего света 18 на лучи 19 первого, второго... и т.д. порядка, например плюс и минус первого, второго... и т.д. порядка. Совместно с соответствующей оптической шлирен-системой (или с фазово-чувствительной оптической системой), например, как на фиг. 4, лучи 19 могут обойти зеркальную полосу шлирен-системы и/или сделать останов и проецировать пятно на проекционный экран с яркостью, пропорциональной глубине деформации, в то время как недифрагированный свет отсекается зеркальной полосой или остановом. Слой 14 используется для концентрации деформации на зеркальной стороне слоя 11 и сокращения ее с другой стороны. Слой 14 также защищает и уплотняет нижележащие слои от бомбардировки электронным пучком 16 с адресацией, герметизируя лучевую камеру от обезгаживания внизу, например, слоев 10, 11. Предпочтительно, чтобы деформация 17 была синусоидального типа и формы. Подложку 13 целесообразно изготовить из недеформируемого материала, такого как стекло.

Во втором варианте, показанном на фиг. 2, заряд 21 вызывает деформацию 22, которая приводит к образованию падающих лучей 18, которые должны быть отклонены и распределены под углом в лучах 23, благодаря действию эффекта кривого зеркала. Отклоненный свет 23 может таким же образом пройти через останов шлирен-системы и проецировать пятно на проекционный экран с яркостью, пропорциональной заряду 21 и величине отклонения, в то время как неотклоненный свет задерживается остановом. Можно ожидать, что такой вариант осуществления изобретения имеет меньшую эффективность модуляции света, чем эффект дифракции, показанный на фиг.1, поскольку некоторое количество отклоненного света будет всегда задержано и утрачено на останове. Однако такое исполнение может быть пригодным для ряда случаев, не требующих оптических систем по ограничению дифракций. Деформация, вызываемая зарядом, может иметь любую желаемую форму, например сферическую, асферичную, цилиндрическую, параболическую и т.д.

На фиг. 3 представлен вариант осуществления изобретения, при котором использован один или более дополнительных слоев, например 25, 26, предоставляющих одну или несколько функций, среди них адаптация коэффициента теплового расширения различных слоев, активаторы адгезии, обедненный слой и просветление.

Зеркальный слой и все деформируемые слои имеют один или более слоев, изготовленных из одной или нескольких материалов. Слой 14 может состоять из одного или более диэлектрических изолирующих слоев, например 14, 14a, 14b, изготовленных из одного или нескольких материалов. Предпочтительно, чтобы слой 14a имел низкую скорость просачивания газов за счет хороших свойств газонепроницаемости таких материалов как парилен, силоксан, формвар или вассил РТМ (RTMs). Слой 14b может быть использован для модификации характеристик вторичной эмиссии электронов со стороны электронного пучка модулятора. Например, этот слой мог бы быть изготовлен из фторида магния MgF₂.

На фиг. 4 показана воспроизводящая трубка 30 деформируемой светоклапанной системы, управляемой электронным лучом, вместе с оптической шлирен-системой 31 и проекционным экраном 32. Трубка 30 имеет соответствующую электронно-вакуумную трубку 33 с модулятором 34 светоклапанной системы, подложку которого составляет дно 35. Электронный луч 36 наносит заряды на внутренний слой модулятора 34 (например, на слой 14, фиг.1 и 2) в соответствии с информацией об изображении, которое должно быть воспроизведено. Оптическая шлирен-система 31 имеет одну зеркальную полосу и останов 37, если необходимо использовать многополосное зеркало и останов, изготовляемый в виде полосы определенной ширины 38, то есть ширины, равной поперечному сечению светового пути, чтобы задержать весь или большую часть неотдифрагированного света, и длиной (не показана), уходящей за страницу. При данном варианте осуществления изобретения свет из источника 40 собирается параболическим отражателем 41 и соответствующими линзами 42 и затем направляется на зеркальную полосу и останов 37. Далее световой пучок отражается на шлирен-линзу 43, которая создает параллельные лучи 44, падающие на модулятор 34. При отсутствии деформации лучи 44 отражаются обратно на останов 37 и далее на источник 40. Таким образом, они не попадают на экран 32. Когда имеется деформация 45, падающий свет подвергается дифракции на плюс и минус более высокого порядка (как описано ранее) и проходит через останов 37 и затем собирается проецирующей линзой 46, которая проецирует его на экран 32. Таким путем потенциальный рельеф, имеющийся на модуляторе 34, в конце концов, проецируется на экран. Яркость пятна зависит от величины или амплитуды деформации синусоидальной дифракционной решетки, которая в свою очередь зависит от механических и геометрических свойств деформируемых слоев и электрического заряда. Последний соответствующим образом регулируется, чтобы получить яркость любого желаемого уровня. При отсутствии дифракционной решетки яркость и модуляция пропорциональны угловому отклонению падающего света, которое пропорционально размерам элемента изображения и глубине изгиба. Действие световой модуляции модулятора может быть вызвано тем или иным процессами-отклонениями, дифракцией или рефракцией.

Если заряд снят и электростатический потенциал исчезает, деформация модулятора должна прекратиться благодаря наличию упругих восстановительных сил деформируемых слоев (и зеркала), которые возвращают зеркало в свою плоскость.

Падающий свет может находится под любым желаемым углом обычным или другим, и он может быть направлен также спереди (показано со стороны подложки) или с тыла (сторона электронного пучка), если желаете. В последнем случае следует использовать адресацию электронного луча; может быть применено падение обычного или косо наклонного электронного луча, как известно опытным специалистам в этой области.

Дополнительные подробности
Деформация дифракционных решеток осуществляется путем нанесения соответствующих зарядов (электрическим пучком, имеющим соответственный размер пятна и профиль), с целью получения образований в виде желательно синусоидальных холмиков и долин или канавок с высотками, далее называемыми "глубиной канавки", которые оказывают одинаковый оптический эффект на фазовую или дифракционную решетку. На каждом элементе изображения может размещаться один или несколько таких решеток или канавок, или, например, деформация в виде цилиндра, или в виде формы с цилиндрической осью, расположенной параллельно зеркальной полосе шлирен-системы или полосе останова. Для данного модулятора глубина канавки пропорциональна величине заряда и распределению. Когда глубина канавки не соответствует нулю, пятно проецируется на экран с яркостью, пропорциональной глубине канавки. Решетки нецилиндрического типа также могут быть использованы при желании вместе с соответствующими типами останова шлирен-зеркала. Деформация зеркала обычно пропорциональна квадрату результирующего электростатического потенциала.

Желательно, чтобы тип деформации был совместим с типом и формой зеркальных полос шлирен-системы и остановом (остановами). Например, при размещении большей концентрации электронов посередине канавки или элемента изображения и меньшей концентрации по краям, больше деформации наблюдается в центре и меньше по краям. Еще один пример. Если останов зеркальной полосы имеет форму кольцевого диска, то предпочтение следует отдать сферической деформации и площади поверхности с кольцевыми или квадратными элементами изображения.

Разрешающая способность трубки может регулироваться шагом дифракционной решетки и/или количеством решеток на элемент изображения и, наконец, по высоте элемента изображения, то есть по расстоянию от вершины элемента изображения до слоя 12. Отношение глубины изображения к шагу может варьироваться в зависимости от использованного материала и желаемого режима работы. Например, отношение, равное 0,5, может быть достаточным для некоторых материалов и вариантов применения. Каждая комбинация материалов может иметь оптимальную величину такого отношения. Обычно диапазон отношения колеблется от менее чем 0,1 до 2 и более.

Для данного модулятора максимальная глубина канавки может также зависеть от частоты или шага деформации. Таким образом, размеры модулятора и свойства материалов могут быть подобраны таким образом, чтобы обеспечить максимальную глубину канавки при любом желаемом шаге и рабочем напряжении. Затем можно подобрать количество решеток/канавок на изображении согласно желаемой разрешающей способности изображения, оптической шлирен-системы, размера источника освещения, расстояния от трубки до экрана и желаемой величины увеличения изображения. Эта последняя особенность, связанная с увеличением изображения, очень важна, особенно при риппроекции, где расстояние от трубки до экрана обычно небольшое, поэтому может потребоваться модулятор относительно большой зоны.

Метод применения дифракционной решетки имеет целый ряд преимуществ: глубина мелких канавок может преобразовать весь или почти весь свет от нулевого порядка до более высокой чувствительности; благодаря несжимаемости деформируемых слоев синусоидальная деформация может быть достигнута путем оптимизации шага дифракционной решеткой и свойств деформируемых материалов; шаг канавки также может быть использован для подбора цвета; канавки различных дифракционных решеток, каждая модулирующая один цвет, могут перекрывать друг друга.

Деформируемые слои
Деформируемые слои 10, 11 могут быть любого подходящего типа из полимера и зластомера, которые имеют любые желаемые физические, химические, механические, электрические, оптические свойства, модуль Юнга, надежность и предпочтительно низкий показатель обезгаживания.

Деформируемый слой 10 должен быть оптически чистым, прозрачным и предпочтительно должен обладать слабой белесоватостью и низкой рассеивающей способностью для модулируемого света. Если желаете, он может быть проводящим. Деформируемый слой 11 должен быть изготовлен из диэлектрического изолирующего материала, обладающего электрической прочностью, диэлектрической проницаемостью и постоянством при длительной эксплуатации. Некоторые примеры деформируемых слоев: кремнийорганический каучук, такой как Доу корнинг силгард 184 (Dow corning), силгард 182, РТМ кремнийорганический каучук 734, 732, 3140 (RTMs), МДХ44210 и силиконовые гели, если желаете, или соответствующая смесь из одного или более слоев. Для нанесения покрытия на деформируемые слои можно использовать любые пригодные и соответствующие способы и приемы, известные опытным специалистам в данной области, как например, покрытие, полученное методом центрифугирования, покрытие под действием силы тяжести, покрытие методом погружения, нанесение покрытия валиком, плазменная полимеризация в тлеющем разряде, нанесение покрытия из газовой фазы, монослои Ланжмире-Блодгетта и отливки поверхности или формы.

Зеркало
Зеркало 12 может быть изготовлено из соответствующего и подходящего материала, сплава или их комбинаций, из одного или нескольких слоев, из одного или нескольких материалов. Предпочтительно, чтобы оно имело высокую отражательную способность и соответствующую толщину, а также было непрозрачным для модулируемого света и электропроводящим, чтобы улучшить соответствующее электрическое соединение. Материалы в качестве примера: алюминий, серебро, золото, индий, медь, титан и сплавы и смеси этих металлов. Предпочтительно, чтобы зеркало имело хорошее сцепление с нижележащим слоем, чтобы избежать его отрыва во время деформации. Например, для усиления применения сначала может укладываться тонкий прозрачный слой, такой как Au, Ti, Cr, Al, SiO₂ .. . и т. д. Для наложения зеркала можно использовать любой соответствующий способ, известный специалистам в этой области. Среди них осаждение методом распыления, распыление со смещением, ионное осаждение, повторное осаждение методом распыления, ионная имплантация, химическое осаждение из первой фазы, осаждение (покрытий) из газовой фазы, плазмохимическое осаждение из газовой фазы, фотохимическое осаждение, ионно-лучевое напыление, осаждение вращением подложки в наклонном положении, плазменная очистка в тлеющем разряде (например в кислороде) на месте установки, электроосаждение. Плазменная обработка первого (второго) деформируемого слоя в тлеющем разряде соответствующего газа может быть полезной для зеркала и его прилипания, поскольку этот процесс очищает поверхность, способствует образованию хороших слоев, укрепляющих прилипание на деформируемом слое, а также влияет на перекрестную связь, активацию и поверхностную энергию.

Диэлектрические слои 14, 14a, 14b
Нижеследующее в той или иной степени может быть использовано/применено или может относится к слоям 14, 14a, 14b. Слоям свойственна хорошая электрическая прочность и предпочтительно большая плотность и твердость при изгибе или деформации, чем у слоев 10, 11. Предпочтительно, чтобы диэлектрический слой не имел пор, микроскопических отверстий и пустот в целях обеспечения герметичности и уплотнения деформируемых слоев от воздействия электронного луча и вакуумной камеры отдельно и/или совместно с любым дополнительным соответствующим слоем (слоями). Целесообразно, чтобы толщина слоя была по меньшей мере больше, чем максимальный диапазон проникновения электронного луча и область его распространения. Предпочтительно, чтобы слой имел низкий показатель проникновения для выносимых газами веществ из деформируемых и нижележащих слоев и имел соответствующий и желаемый показатель отношения вторичной эмиссии электронов, вакуумную совместимость, слабое обезгаживание и низкое давление паров. При изготовлении может быть использована любая соответствующая и подходящая технология изготовления, известная опытным специалистам в этой области, предпочтительно совместимая с максимальной температурой деформируемых слоев. Могут быть использованы способы и методы, описанные для изготовления зеркального слоя, а также слоев, сходных со слоями, используемыми для пассивирования интегральных схем. Для изготовления слоя 14 могут быть использованы следующие материалы: силиконовый нитрид, силиконовый диоксид, состав Si₃N₄ + SiO₂, оксид алюминия (AI₂O₃), щелочное алюмосиликатное стекло (Доу корнинг 1723, 1720), натриево-кальциевое стекло (Доу корнинг 0030) и слюда. В качестве альтернативы диэлектрический слой может быть изготовлен где угодно и затем установлен в модуляторе.

Различные/дополнительные слои и способы
Один или более слоев, устанавливаемых за зеркалом, могут быть изготовлены из материала, непроницаемого для модулируемого света.

Целесообразно сократить количество подвижных ионов в слоях модулятора и особенно в деформируемые слои. Это может быть достигнуто за счет использования соответствующих средств, известных опытным специалистам. Среди них проведение работ в чистом помещении и/или установка дополнительных слоев, выступающих в качестве барьера, и/или применение нейтрализатора для ионов.

Все слои, установленные в модуляторе, должны плотно прилипать друг к другу и, если необходимо, то для этой цели может быть установлено несколько дополнительных промежуточных слоев.

Форма или площадка элемента изображения могут быть любого соответствующего типа или размера, например квадратного, или прямоугольного, или кольцевого. В качестве примера, при применении телевизионного проекционного материала с разрешающей способностью по строкам, равной 1000, площадка одного элемента изображения может составлять 10 мк х 10 мк, при этом на каждой площадке может находиться одна или несколько дифракционных решеток, доходящих до площади мишени на модуляторе, равной приблизительно 1 см² для основного цвета. Толщина слоев в качестве примера может быть следующей: слой 14 - приблизительно 2 мк, слой 11 - приблизительно 5 мк, слой 12 - приблизительно 0,05 мк, слой 10 - приблизительно 5 мк. Однако при разном применении они могут иметь разную толщину.

По периферии модулятора может быть установлено уплотнение 256, чтобы обеспечить защиту деформируемых слоев от вакуумного окружения электронного луча и катода и/или от бомбардировки электронным пучком. Для защиты можно использовать некоторые приемы и советы, предлагаемые в качестве примера: при постановке уплотнения из любого соответствующего материала по периферии слоев следите за тем, чтобы оно закрывало все слои вплоть до подложки; удлиняйте слой 14, 14a и/или нанесите дополнительный более толстый слой (через соответствующую рамку) по границе периферии, используя соответствующий способ покрытия с плотным ступенчатым закрытием, накройте пограничный слой материалом, резистентным к электронному лучу, например металлическим кольцом или колпачком. Слои модулятора могут выступать наружу из электронно-лучевой трубки, если желаете. Модулятор должен быть сделан на подходящей подложке и затем приклеен к дну с внутренней стороны электронно-лучевой трубки, используя соответствующий материал необходимого оптического качества.

Особенности и преимущества
Зеркальный рефлектор не имеет структуры, создает освещенность темного фона и имеет высокий коэффициент контрастности. Слои плотно скреплены и надежно удерживаются толстой подложкой, что позволяет сначала оптимизировать толщину всех слоев в соответствии с желаемой разрешающей способностью и другими параметрами и особенностями, упомянутыми ранее, и лишь затем проявить свои механические возможности и обеспечить эффективное рассеивание тепла.

Путем правильного подбора материалов можно управлять длительностью сохранения заряда по желанию, что предоставляет возможность запоминания. Совместно с соответствующим методом стирания (см. ниже) коэффициент заполнения импульсов для телевизионного применения может приближаться к 100%, обеспечивая очень высокую оптическую эффективность.

Адресация/запуск электронного луча
Запись и стирание одноцветного или многоцветного изображения может осуществляться одним или более электронными пучками, которые могут использовать общие сканирующие детали. Как запись, так и стирание могут быть негативного или позитивного типа, как это известно опытным специалистам в данной области. Когда для записи и стирания используются раздельные электронные пучки, то или катод, или анод может быть заземлен, или они могут быть соединены вместе.

Модулятор может быть размагничен считывающим электронным пучком, который постоянно подвергает модулятор воздействию сплошного потока электронов такой величины и уровня, что происходит удаление или ослабление потенциального рельефа и электростатического потенциала за время, приблизительно равное длительности телевизионного кадра. Такое стирание продолжается непрерывно во время прохождения всех последующих телевизионных кадров.

В качестве альтернативы может быть использовано сканированное стирание сфокусированным пучком электронного луча в направлении x-y, то есть процессом, сходным с процессом записи, или же стирание может проходить по принципу строка за раз (единицу времени) электронным пучком, имеющим плоскую форму, развернутым в направлении X или Y, а для телевизионного растрового применения предпочтительно вертикальное направление.

При желании может быть использован прием сокращения перераспределения вторичной эмиссии, при которой модулятор всегда поддерживается на одинаковом потенциале, например подмагничиванием постоянных полей, соответствующей подзарядкой или разрядкой, при этом предпочтительно, чтобы потенциал, получаемый от эффекта перераспределения, полностью перекрывался.

Любой способ записи или стирания электронным лучом может быть применен при использовании стандартной технологии, известной опытным специалистам в этой области, например, подсоединение электрода зеркала в качестве анода трубки электронного луча и выбор соответствующего напряжения трубки и смещения. Потенциальный рельеф в виде изображения, например, как в телевизионном растре, записанный электронным лучом на модуляторе, может проецироваться на экран для рассмотрения. При применении в реальном масштабе времени как на телевидении потенциальный рельеф в виде изображения меняется за время каждого кадра. Другие примеры могут быть найдены в ранее упомянутых материалах фирмы JBM о демографической запоминающей воспроизводящей трубке, а также в описании светоклапанных систем Эйдорфора со светофильтром переменной плотности на масляной пленке.

Нежелательно эффект перераспределения вторичной эмиссии, то есть ухудшения коэффициента контрастности, может быть значительно снижен путем подбора тока электронного пучка нерабочего напряжения модулятора с таким расчетом, чтобы напряжение уровня минимальной яркости V_мин могло быть выше напряжения, создаваемого эффектом перераспределения вторичной эмиссии, и чтобы желаемое напряжение максимального уровня яркости V_макс можно было соответственно выбрать с таким расчетом, чтобы оно привело к получению желаемого коэффициента контрастности (КК). Коэффициент контрастности КК равен V_макс/V_мин в квадрате.

Чтобы задерживать весь свет, модулированный любым напряжением, ниже V_мин, также можно подобрать отношение зеркальная полоса (полосы)/останов (остановы). Например, если V_мин = 20 V, V_макс = 400 V, тогда КК = 400. Материалы, размеры и конструкция модулятора могут быть подобраны с таким расчетом, чтобы обеспечить его работу при этих или каких-либо других рабочих уровнях напряжения.

Электронный пучок может иметь постоянный показатель тока и профиля, и модуляция может быть достигнута дефокусировкой электронного луча или модуляцией скорости сканирования электронного луча, или вобуляцией электронного луча вдоль строк развертки как и в случае у Эйдорфора и в светоклапанной системе Дженерал электрик К^o. При необходимости, может быть применено совместное использование этих методов.

В другом варианте осуществления изобретения на верхний диэлектрический слой (поз. 14, фиг. 1 или 2) может быть нанесен дополнительный проводящий электрод в виде сетки. Назначение сетки подобно назначению сетки, используемой в электронных лампах с барьерной сеткой, то есть для эффективной задержки вторичной эмиссии без проблемы эффектов перераспределения. Сетка может быть также использована в качестве модулирующего электрода. Наличие сетки может быть использовано и для создания лучших условий при получении значительной деформации в центре отверстия (одно или более отверстий на элемент изображения), чем по краям для повышения эффективности светоклапанной системы.

Электронный луч соответствующего профиля может усилить эти функции. Пример приведен на фиг. 5, который подобен фиг. 1-3, но с добавлением проводящей сетки 50 соответствующей толщины и высоты. Отверстие 51 в слое сетки может иметь любую подходящую и желаемую форму, такую как прямоугольную, сотовую, квадратную или круглую, и может быть использовано вместе с соответствующей шлирен-системой для оптимизации эффективности. Можно использовать любой способ индексации подходящего луча, включая прямую передачу с сетки.

Цвет
Изобретение может быть использовано в светоклапанной системе, подобной светоклапанной системе Дженерал электрик К^o со светофильтром переменной плотности на масляной пленке с одновременным воспроизводством цвета. Дифракционные решетки различного шага, создаваемые с помощью технологических приемов с электронным лучом и/или с использованием катушек горизонтального или вертикального отклонения, модулирует и управляет цветом. Каждая дифракционная катушка модулирует и управляет одним цветом. В этом случае используется модулятор отражательного типа, который сходен с модулятором фирмы Дженерал электрик К^o в принципе, но отличен в деталях системы отражения. Рабочее напряжение у всех решеток может быть одинаковым или разным.

Модулятор может быть использован в любой соответствующей цветной проекционной системе, известной опытным специалистам в данной области, например, три модулятора могут быть использованы таким образом: один для основного цвета, два других обслуживают общую трубку или отдельные трубки одновременно с соответствующим цветоделительным светофильтром и оптическими проекционными системами. Также может быть использован диск с последовательно-расположенными цветами.

Для контроля за совмещением цветовых растров и соответственно за проверкой размера каждого отдельного цвета и его сканированной площадки мишени также может быть использован прием сведения лучей, как и в системе Эйдорфора.

Оптические системы
Деформируемые модуляторы согласно настоящему изобретению могут быть использованы с любой соответствующей комбинацией источника света, оптической шлирен-системы, зеркальных полос или остановов ... и т.п., известных опытным специалистам в данной области, например в системах, подобных системе Эйдорфора и в других светоклапанных системах со светофильтром переменной плотности на масляной пленке.

Совершенные оптические проекционные системы могут быть любого типа: осевого, со смещенной осью, проецирование на светоотражающий экран, проецирование на светопропускающий экран. Может быть использовано наложение темного или светлого поля.

В рирпроекционных системах, в которых каждая трубка воспроизводит часть всего изображения, то есть как в "черепичном" дисплее, проецируемые изображения могут соединяться краями и обрабатываться для сведения цвета и/или для восстановления размера изображения по динамической схеме (описанной выше), если желаемо. Это может создать, по существу, бесшовное большое проекционное изображение на экране, при этом трубка будет находиться невдалеке.

Другие варианты осуществления изобретения. Способы и применение
Можно привести альтернативные варианты осуществления изобретения. Во всех из них можно использовать подобный способ адресации и оптическую шлирен-систему. Некоторые из таких вариантов рассматриваются ниже. Модулятор и воспроизводящие трубки также могут иметь настолько искривленную структуру, что зеркало становится оптически изогнутым и может также предоставить функцию и заменить шлирен-линзы (например, поз. 43 на фиг. 4).

Пример такого случая показан на фиг. 6 (другие детали подобны таковым на фиг. 4). Дальнейшие подробности находят объяснение у Эйдерфора. Осуществление изобретения в виде цилиндра вместе с соответствующим источником света и оптикой также может иметь место. Способ его изготовления аналогичен случаю нанесения покрытия на деформируемые слои методом погружения при вращении вокруг оси симметрии цилиндра или путем центрифугального покрытия такой поверхности при оси симметрии, находящейся в радиальном направлении по отношению к центрифужной установке покрытия.

Электронный пучок может быть развернут или адресован таким образом, чтобы элементы изображения и/или дифракционная решетка постоянно и постепенно сдвигались или перемещались вокруг своей позиции в соответствующем и желаемом количестве и с нужной скоростью. Диапазон такого действия колеблется от фракции шага элемента изображения до одного или нескольких шагов. Может быть выбран любой желаемый путь элемента изображения, но предпочтительно осуществлять по петле, например, в следующей последовательности: налево, вверх, направо, вниз и так далее. Такое непрерывное движение элемента изображения может способствовать уменьшению величины сжатия комплекта деформируемых слоев, усталости и старения материала. Предпочтительно, чтобы замена холмиков и долин деформации дифракционных решеток осуществлялась постоянно с любой скоростью.

Вместо проводящего зеркала может быть использовано зеркало, обрамленное изолирующим диэлектриком, и для улучшения электрической связи по меньшей мере один электропроводящий слой, прозрачный или какой-либо другой слой мог быть нанесен по меньшей мере на одну сторону вышеупомянутого зеркала.

Все варианты осуществления настоящего изобретения могут альтернативно управляться электростатическими силами отталкивания или обеими электростатическими силами притяжения и отталкивания, если желательно.

Безвредная утечка газов при достаточно низкой паровой концентрации может быть допустима. Дополнительная герметизация не требуется.

В еще одном варианте применения модулятор может быть использован в качестве конечной мишени (при деформируемом рефлекторе в качестве анода кинескопа) усилителя изображения или умножителя с одной стадией или многоступенчатого с коэффициентом усиления или без него.

Изготовление может быть начато с подложки вверх или в обратном порядке, используя вышеупомянутые способы или любые другие приемы, известные специалистам в этой области.

Обжиг и обезгаживание электронно-лучевых вакуумных трубок и модуляторов может иметь место при соответствующей температуре и в течение любого желаемого периода времени. Обезгаживание может также осуществляться при высокой температуре во время погружения дна в достаточно холодную ванну. В этом случае дно электронно-лучевой трубки может быть сделано из хорошего теплопроводимого материала, например алюминия, сапфира и т.д.

В качестве альтернативы модулятор и дно могут подвергаться обжигу при низкой температуре, и тогда они прилипают к трубке. Деформируемые слои также могут выпускать газ до наложения зеркала на слой 14.

Изобретения относятся к светоклапанным системам и могут быть использованы в проекционных дисплеях. Техническим результатом является повышение чувствительности и упрощение устройств. Представлен модулятор светоклапанной системы для работы в режиме отражения, который имеет многослойную композицию, управляемую в электростатическом режиме, включающую прозрачную подложку, первый прозрачный и второй изолирующий диэлектрический деформируемые слои, зеркальный слой и третий диэлектрический изолирующий слой. Модулятор входит в состав воспроизводящей трубки деформируемой светоклапанной системы, имеющей оболочку с прозрачным дном. Воспроизводящая трубка используется в проекционных телевизионных системах, содержащих оптическую шлирен-систему и экран. 4 с. и 21 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Модулятор светоклапанной системы отражательного типа для проекционной телевизионной системы, имеющий многослойную структуру, управляемую в электростатическом режиме, содержащую зеркальный слой, отличающийся тем, что он содержит прозрачную подложку, поддерживающую первый прозрачный деформируемый слой и второй изолирующий диэлектрический деформируемый слой, при этом зеркальный слой установлен между ними, и третий диэлектрический изолирующий слой, установленный на внешней стороне второго изолирующего диэлектрического деформируемого слоя, по меньшей мере, один из слоев, находящихся между вторым изолирующим диэлектрическим деформируемым слоем и прозрачной подложкой является электропроводящим, а третий диэлектрический изолирующий слой способен принимать потенциальный рельеф от одного или более электронных пучков, посредством чего зеркальный слой подвергается местной деформации электростатическими силами, находящимися между потенциальным рельефом и слоем, являющимся электропроводящим. 2. Модулятор светоклапанной системы отражательного типа по п.1, отличающийся тем, что зеркальный слой имеет один или несколько слоев, изготовленных из одного или нескольких материалов, один из которых, по меньшей мере, является проводящим. 3. Модулятор светоклапанной системы отражательного типа по п.1 или 2, отличающийся тем, что первый прозрачный деформируемый слой и второй изолирующий диэлектрический деформируемый слой изготовлены из эластомеров. 4. Модулятор светоклапанной системы отражательного типа по любому из пп. 1 - 3, отличающийся тем, что каждый деформируемый слой имеет один или несколько слоев, изготовленных из одного или нескольких материалов. 5. Модулятор светоклапанной системы отражательного типа по любому из пп. 1 - 4, отличающийся тем, что третий диэлектрический изолирующий слой имеет один или несколько слоев, при этом, по меньшей мере, один из них обладает свойствами, защищающими нижележащие слои от электронного пучка. 6. Модулятор светоклапанной системы отражательного типа по п.5, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один слой из вышеупомянутых слоев, который имеет третий диэлектрический изолирующий слой, имеет низкий показатель скорости просачивания газов, исходящих из одного или нескольких нижележащих слоев, чтобы изолировать их от камеры электронного пучка. 7. Модулятор светоклапанной системы отражательного типа по любому предыдущему пункту, отличающийся тем, что многослойная структура настолько искривлена, что может получить любую желаемую оптическую кривизну и качество. 8. Модулятор светоклапанной системы отражательного типа по любому предыдущему пункту, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один слой третьего диэлектрического изолирующего слоя более плотный, чем первый прозрачный деформируемый слой и второй изолирующий диэлектрический деформируемый слой. 9. Модулятор светоклапанной системы отражательного типа по любому предшествующему пункту, отличающийся тем, что местная деформация зеркального слоя такова, что позволяет осуществлять значительное регулирование света посредством дифракционных процессов. 10. Модулятор светоклапанной системы по любому предыдущему пункту, отличающийся тем, что содержит проводящую сетку на внешней стороне третьего диэлектрического изолирующего слоя с отверстием любой желаемой формы, внутрь которого наносится заряд, который вызывает деформацию зеркального слоя, при этом слой соответственно смещен, чтобы задержать вторичные электроны. 11. Воспроизводящая трубка деформируемой светоклапанной системы, имеющая оболочку с прозрачным дном, направленным в сторону одного или нескольких электронных прожекторов, отличающаяся тем, что в пределах вышеупомянутого дна установлен модулятор светоклапанной системы отражательного типа согласно предшествующему пункту. 12. Воспроизводящая трубка деформируемой светоклапанной системы по п.11, отличающаяся тем, что дно выполнено в виде вышеупомянутой прозрачной подложки модулятора светоклапанной системы. 13. Воспроизводящая трубка деформируемой светоклапанной системы по п.11 или 12, отличающаяся тем, что периферийная часть многослойной структуры модулятора светоклапанной системы герметично закреплена под вакуумом на вышеупомянутой прозрачной подложке модулятора. 14. Воспроизводящая трубка деформируемой светоклапанной системы по любому из пп. 11 - 13, отличающаяся тем, что стирание потенциального рельефа осуществляется непрерывно считывающим электронным пучком или пушкой, подобранной для того, чтобы производить стирание в течение любого желаемого периода длительности телевизионного кадра или в течение любого другого периода времени. 15. Воспроизводящая трубка деформируемой светоклапанной системы по пп. 11, или 12, или 13, отличающаяся тем, что существующий потенциальный рельеф на третьем диэлектрическом изолирующем слое стирается сканирующим электронным пучком по одной или нескольким строкам за единицу времени или по одному или нескольким элементам изображения за единицу времени. 16. Воспроизводящая трубка деформируемой светоклапанной системы по любому из пп.11 - 15, отличающаяся тем, что одна электронная пушка записывает вышеупомянутый потенциальный рельеф, а вторая электронная пушка выполняет функцию стирания. 17. Воспроизводящая трубка деформируемой светоклапанной системы по любому из пп.11 - 16, отличающаяся тем, что положение деформации или холмики и долины каждого элемента изображения изменяются или заменяются с любой желаемой частотой, чтобы избежать разрушения композиции светоклапанной системы. 18. Воспроизводящая трубка деформируемой светоклапанной системы по любому из пп.11 - 17, отличающаяся тем, что выбирается такое смещение трубки и режим работы, чтобы минимальный уровень яркости (V_мин) был выше уровня яркости, создаваемого эффектом перераспределения вторичной электронной эмиссии. 19. Воспроизводящая трубка деформируемой светоклапанной системы по любому из пп. 11 - 18, отличающаяся тем, что одна светоклапанная система регулирует два или более цветов света посредством записи двух или более потенциальных рельефов различных дифракционных решеток или канавок различной длины волны одновременно в том же самом модуляторе светоклапанной системы. 20. Проекционная телевизионная система, имеющая источник света, оптическую шлирен-систему, экран и одну или несколько воспроизводящих трубок, отличающаяся тем, что воспроизводящие трубки выполнены по п.11, или 12, или 13, или 14, или 15, или 16, или 17, или 18, или 19, а также с возможностью регулировки сигналами, при которых модулятор светоклапанной системы предназначен для модуляции света, поступающего из источника света, при этом оптическая шлирен-система предназначена для проецирования изображения телевизионного типа на экран. 21. Проекционная телевизионная система по п.20, отличающаяся тем, что имеет несколько систем, при этом несколько спроецированных изображений располагаются край к краю, и содержимое воспроизведенных изображений точно совпадает у соответствующих краев, чтобы создать, в основном, непрерывное изображение на одном более крупном экране. 22. Проекционная телевизионная система по п.20 или 21, отличающаяся тем, что длительность кадра и частота имеют любую желаемую величину, включая статическое изображение. 23. Проекционная телевизионная система, имеющая источник света, оптическую шлирен-систему, экран и одну или несколько воспроизводящих трубок, отличающаяся тем, что воспроизводящие трубки выполнены по п.11, или 12, или 13, или 14, или 15, или 16, или 17, или 18, или 19, а также с возможностью регулировки сигналами, при которых каждый модулятор светоклапанной системы предназначен для модуляции одного или нескольких основных цветов света, поступающего из источника света, при этом оптическая шлирен-система предназначена для создания лучей, падающих на модулятор, и для проецирования цветного изображения телевизионного типа на экран. 24. Проекционная телевизионная система по п.23, отличающаяся тем, что имеет несколько систем, при этом несколько спроецированных изображений располагаются край к краю, и содержимое воспроизведенных изображений точно совпадает у соответствующих краев, чтобы создать, в основном, непрерывное изображение на одном более крупном экране. 25. Проекционная телевизионная система по п.23 или 24, отличающаяся тем, что длительность кадра и частота имеют любую желаемую величину, включая статическое изображение.

Приоритет по пунктам:
02.09.94 - по пп.1 - 19;
07.04.95 - по пп.20 - 25.