КОМБИНИРОВАННОЕ ПРОЕКЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2003 года по МПК H04N9/12 H01J29/10 

Изобретение относится к проекционным телевизионным устройствам, включающим электронно-лучевой прибор и предназначенным для формирования изображений на экранах большой площади.

Проекционные телевизионные устройства на основе обычных люминофорных проекционных электронно-лучевых приборов (ЭЛП) широко используются для формирования изображений на проекционных экранах площадью до нескольких квадратных метров. Однако размер изображения на проекционном экране таких телевизионных устройств ограничивается неспособностью люминесцентных экранов люминофорных ЭЛП формировать требуемые световые потоки с высокой интенсивностью, что затрудняет получение телевизионных изображений с необходимой яркостью и контрастностью.

Эффективный путь улучшения параметров проекционных телевизионных устройств связан с использованием лазерных ЭЛП (см., например, патент США N 3558956, H 01 J 29/18, 1971 г.). В отличие от люминофорного ЭЛП, источником излучения в лазерном ЭЛП является не люминесцентный экран, а лазерная мишень, генерирующая лазерное излучение при возбуждении ее пучком электронов, формируемым электронным прожектором. Проекционные устройства на лазерных ЭЛП обеспечивают высокую яркость и контрастность изображения, однако очень дороги из-за высокой стоимости лазерных ЭЛП.

В целом ряде применений проекционные устройства должны обеспечивать высокую различимость некоторого отображаемого объекта, наблюдаемого на фоне другого изображения. Например, при использовании проекционного устройства в системе управления воздушным или наземным движением необходимо обеспечить хорошо различимые изображения летательных аппаратов или наземных средств передвижения на фоне соответствующей карты местности, схемы аэропорта и т.п. Проекционные устройства на основе люминофорных ЭЛП не обеспечивают достаточную для таких применений контрастность, особенно при больших размерах экрана. Использование же в таких проекционных устройствах лазерных ЭЛП значительно увеличивает стоимость этих устройств и также не всегда обеспечивает достаточную различимость одних изображений на фоне других.

Широко известны проекционные устройства, включающие один или несколько электронно-лучевых приборов для формирования изображений, а также средства проецирования этих изображений на общий внешний экран. Так, в Г.В. Богатов. Цветное телевидение. Л.: Наука, 1978, с.116 рассмотрено подобное устройство, включающее три люминофорных ЭЛП, формирующих изображения соответственно красного, синего и зеленого цветов, которые проецируются на общий светорассеивающий экран для формирования цветного телевизионного изображения. Недостатком такого проекционного устройства является, как было отмечено выше, недостаточная для многих применений контрастность формируемого на экране изображения.

Задачей настоящего изобретения является создание относительно недорогого проекционного устройства, позволяющего получить повышенную контрастность одних частей изображения на фоне других, что обеспечивает лучшее восприятие изображения, формируемого этим проекционным устройством.

Поставленная задача решается тем, что проекционное устройство, включающее электронно-лучевой прибор для формирования изображений и средства проецирования изображений на внешний экран, согласно изобретению содержит по меньшей мере один лазерный электронно-лучевой прибор и по меньшей мере один люминофорный электронно-лучевой прибор и выполнено с возможностью освещения этими приборами одного и того же экрана.

Авторы настоящего изобретения обнаружили, что при проецировании на общий экран люминесцентного и лазерного изображений, формируемых соответственно люминофорным и лазерным ЭЛП, лазерное изображение всегда отчетливо наблюдается на фоне люминесцентного, что связано с высокой чистотой спектра лазерного излучения. Обнаруженный эффект позволяет добиться более качественного восприятия изображения, формируемого проекционным устройством, и может быть использован в целом ряде различных применений, требующих повышенной различимости изображений, например в системах управления, автоматического проектирования и моделирования, в медицине, для обучения, рекламы и т.д.

По уровню различимости формируемых изображений проекционное устройство, выполненное согласно изобретению, практически не уступает проекционному устройству, включающему только лазерные ЭЛП, или даже превосходит его и в то же время имеет меньшую стоимость за счет использования более дешевых люминофорных ЭЛП.

Люминофорный ЭЛП в предложенном проекционном устройстве может быть предназначен для формирования изображений в крупных деталях и с низким разрешением, а лазерный ЭЛП - для формирования изображений в мелких деталях и с высоким разрешением.

Люминофорный ЭЛП может быть предназначен для формирования фонового освещения, а лазерный ЭЛП - для формирования изображения, или же наоборот, лазерный ЭЛП может быть предназначен для формирования фонового освещения, а люминофорный - для формирования изображения.

Также лазерный ЭЛП может быть предназначен для формирования одного изображения, а люминофорный ЭЛП - для формирования другого изображения.

Проекционное устройство может содержать общий высоковольтный источник питания и общую низковольтную систему управления для электронно-лучевых приборов.

Проекционное устройство может содержать высоковольтный источник питания и низковольтную систему управления для каждого электронно-лучевого прибора.

В соответствии с одной из форм выполнения проекционного устройства оно содержит по меньшей мере три лазерных ЭЛП, каждый из которых создает монохроматическое излучение, отличающееся от излучения других ЭЛП.

Проекционное устройство также может содержать по меньшей мере три люминофорных ЭЛП, каждый из которых создает монохроматическое излучение, отличающееся от излучения других ЭЛП.

В соответствии с еще одной из форм выполнения проекционного устройства, по меньшей мере один лазерный ЭЛП может создавать ультрафиолетовое или инфракрасное излучение для создания новых зрительных эффектов.

На чертеже схематически показано проекционное устройство, выполненное согласно изобретению.

В соответствии с чертежом проекционное устройство включает лазерный ЭЛП 1 и люминофорный ЭЛП 2 для формирования изображений и средства проецирования этих изображений с лазерного экрана 3 лазерного ЭЛП и с люминофорного экрана 4 люминофорного ЭЛП 2 на проекционный экран 5. Средства проецирования изображений на проекционный экран 5 могут быть выполнены, например, в виде проекционных объективов 6 и 7, которые установлены и отрегулированы так, чтобы ЭЛП 1 и 2 освещали один и тот же экран, т.е. чтобы изображения, формируемые ЭЛП 1 и 2, проецировались на один и тот же внешний проекционный экран 5 и совмещались на нем друг с другом.

Показанное на чертеже проекционное устройство содержит также общий высоковольтный источник 8 питания и общую низковольтную систему 9 управления для обоих ЭЛП 1 и 2. Однако возможно и такое выполнение устройства, при котором оно содержит отдельный высоковольтный источник и отдельную низковольтную систему управления для каждого ЭЛП. Выходные клеммы высоковольтного источника 8 питания соответственно соединены со всеми электродами ЭЛП (не показаны), к которым должны быть приложены питающие напряжения, например к ускоряющему электроду, аноду, фокусирующему электроду, катоду и т.п. Низковольтная система 9 управления соединена с отклоняющими системами 10 и 11, установленными на колбах ЭЛП, модуляторами 12 и 13 ЭЛП и с другими управляющими электродами ЭЛП (не показаны), если они имеются. Низковольтная система 9 управления соединена с внешним источником видеосигнала (не показан) шиной 14.

Люминофорный ЭЛП 2 имеет более низкое разрешение, чем лазерный ЭЛП 1, и предназначен для формирования изображений в более крупных деталях, а лазерный ЭЛП 1 формирует мелкие детали и отображает необходимую дополнительную информацию с высокой или сверхвысокой четкостью.

Как отмечалось выше, одним из возможных применений показанного на чертеже проекционного устройства является его использование в системе управления воздушным движением для наглядного отображения на проекционном экране местоположений летательных аппаратов в зоне обслуживания системы управления. В таком проекционном устройстве люминофорный ЭЛП 2 может быть предназначен для формирования на экране 5 фонового изображения (например, карты зоны обслуживания) для условных изображений летательных аппаратов, формируемых лазерным ЭЛП 1, или наоборот, лазерный ЭЛП может быть предназначен для формирования фона для изображений, формируемых люминофорным ЭЛП.

Следует иметь в виду, что показанная на чертеже конструкция проекционного устройства с двумя ЭЛП приведена только в качестве примера. Проекционное устройство, выполненное согласно изобретению, может включать в себя и большее число ЭЛП, как люминофорных, так и лазерных. Например, проекционное устройство может содержать помимо лазерного ЭЛП три люминофорных ЭЛП, каждый из которых предназначен для создания монохроматического излучения с длиной волны, отличающейся от длины волны излучения других люминофорных ЭЛП. Предпочтительно эти люнинофорные ЭЛП излучают свет трех основных цветов (красный, синий и зеленый) для формирования на проекционном экране изображения в цвете. В других формах выполнения проекционное устройство может содержать более одного лазерного ЭЛП, например три лазерных ЭЛП, каждый из которых создает монохроматическое излучение, отличающееся от излучения других, для формирования цветных изображений объектов на фоне, создаваемом одним или несколькими люминофорными ЭЛП.

Система управления воздушным движением является только одним примером применения проекционного устройства, выполненного согласно изобретению. В некоторых применениях лазерный ЭЛП может быть предназначен для формирования одного изображения, а люминофорный ЭЛП - для формирования другого изображения, проецируемого на тот же экран. В проекционных устройствах, применяемых, например, в рекламных, учебных или развлекательных целях, один (или два, три и более) люминофорный ЭЛП может быть предназначен для формирования общего фона (фонового освещения), необходимого для более качественного восприятия изображения, формируемого одним лазерным ЭЛП (или двумя, тремя и более лазерными ЭЛП). В некоторых проекционных устройствах один или несколько лазерных ЭЛП могут создавать излучение в инфракрасном или ультрафиолетовом диапазонах длин волн для получения новых зрительных эффектов.

Проекционное устройство работает следующим образом.

На электроды ЭЛП 1 и 2 подают соответствующие напряжения питания от высоковольтного источника 8 и управляющие сигналы от низковольтной системы 9 управления. Подаваемые напряжения питания зависят от конструкции ЭЛП и могут включать ускоряющие напряжения, напряжения фокусировки и т.д. Сигналы, формируемые низковольтной системой 9 управления, включают сигналы строчной и кадровой разверток Н и V, подаваемые на соответствующие отклоняющие системы 10 и 11, а также видеосигналы, подаваемые на модуляторы 12, 13 ЭЛП и содержащие информацию о яркости изображений, которые должны быть сформированы соответствующими ЭЛП 1 и 2. Указанные видеосигналы поступают в проекционное устройство из внешнего источника видеосигнала по шине 14. Если лазерный ЭЛП 1 должен обеспечить большее разрешение по вертикали, чем люминофорный, частота строчной развертки для него будет выше, чем для люминофорного ЭЛП 2, в соответствующее число раз. При большем разрешении по горизонтали соответственно увеличивается полоса частот видеосигнала, подаваемого на модулятор 12 лазерного ЭЛП 1, по сравнению с сигналом, подаваемым на модулятор 13 люминофорного ЭЛП 2. Синхронная подача сигналов H, V разверток и видеосигналов обеспечивает формирование на лазерном экране 3 ЭЛП 1 и люминофорном экране 4 ЭЛП 2 двух соответствующих телевизионных растров, как это происходит в известных электронно-лучевых приборах. Сформированные на экранах 3 и 4 растры проецируются проекционными объективами 6 и 7 на проекционный экран 5, где эти растры совмещаются и образуют общее телевизионное изображение.

При использовании проекционного устройства в системе управления воздушным или наземным движением и других аналогичных системах на модулятор 13 люминофорного ЭЛП 2 подают через систему 9 управления от внешнего источника видеосигнал, обеспечивающий формирование на экране 5 карты зоны обслуживания системы. На модулятор 12 лазерного ЭЛП 1 через систему 9 управления от внешнего источника подают видеосигнал, обеспечивающий формирование изображений объектов, например летательных аппаратов и т.п., за которыми осуществляется наблюдение. В необходимых случаях изображение, формируемое лазерным ЭЛП 1, может включать также дополнительную текстовую или условную графическую информацию об объектах наблюдения.

Люминофорный ЭЛП 2 формирует изображение карты, имеющее сравнительно крупные детали, а лазерный ЭЛП 1 формирует более мелкие изображения объектов наблюдения и необходимую дополнительную информацию с высокой или сверхвысокой четкостью.

При использовании в проекционном устройстве трех люминофорных ЭЛП и/или трех лазерных ЭЛП на модуляторы этих приборов подают от внешнего источника видеосигналы соответственно красной, синей и зеленой цветовых составляющих, обеспечивающие формирование на проекционном экране карты зоны обслуживания системы в цвете и/или объектов наблюдения в цвете.

Благодаря высокой чистоте спектра лазерного излучения ЭЛП, ширина спектральной линии которого обычно не превышает 1-5 нм, при проецировании на общий экран изображений, формируемых люминофорными и лазерным ЭЛП, лазерное изображение всегда отчетливо наблюдается на фоне люминесцентного. Улучшенная различимость объектов наблюдения на заданном фоне обеспечивает более качественное восприятие изображения, формируемого проекционным устройством.

В то же время проекционное устройство имеет относительно низкую стоимость, так как предусматривает замену по меньшей мере одного дорогостоящего лазерного ЭЛП недорогим люминофорным.

В тех упомянутых выше проекционных устройствах, где лазерный ЭЛП предназначен для формирования одного изображения, а люминофорный ЭЛП - для формирования другого изображения, или же тех, где один или несколько люминофорных ЭЛП предназначены для формирования общего фона, необходимого для более качественного восприятия изображения, формируемого одним или несколькими лазерными ЭЛП, также используется тот факт, что лазерное изображение всегда отчетливо наблюдается на фоне люминесцентного благодаря практически полной чистоте лазерного излучения.

В то же время способность лазерных ЭЛП генерировать излучение в инфракрасном и ультрафиолетовом диапазонах длин волн обеспечивает возможность получения новых зрительных эффектов, например, при использовании проекционных экранов, реагирующих на ультрафиолетовое или инфракрасное излучение, или иным путем.

Таким образом, настоящее изобретение обеспечивает создание проекционного устройства, позволяющего получить повышенный контраст изображения на заданном фоне, что в свою очередь обеспечивает лучшее восприятие изображения, формируемого этим проекционным устройством.

Рассмотренные выше конструкции проекционных устройств приведены только в качестве примера. В комбинированном проекционном устройстве согласно изобретению могут быть использованы любые известные типы проекционных люминофорных и лазерных ЭЛП, а также любые известные конструкции средств проецирования изображений, применяемые в телевизионных и подобных им устройствах.

Изобретение относится к проекционным телевизионным устройствам. Его использование позволяет обеспечить технический результат в виде повышения контрастности одних частей изображения на фоне других для лучшего восприятия формируемого изображения. Проекционное устройство включает в себя электронно-лучевой прибор (ЭЛП) для формирования изображений и средства проецирования на внешний экран. Технический результат достигается благодаря тому, что устройство содержит по меньшей мере один лазерный ЭЛП и по меньшей мере один люминофорный ЭЛП и выполнено с возможностью освещения этими приборами одного и того же экрана. При этом повышается контрастность одних частей изображения, проецируемых, например, лазерным ЭЛП, на фоне других частей изображения, проецируемых люминофорным ЭЛП. 10 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Проекционное устройство, включающее электронно-лучевой прибор для формирования изображений и средства проецирования изображений на внешний экран, отличающееся тем, что оно содержит по меньшей мере один лазерный электронно-лучевой прибор и по меньшей мере один люминофорный электронно-лучевой прибор и выполнено с возможностью освещения этими приборами одного и того же экрана. 2. Проекционное устройство по п. 1, отличающееся тем, что люминофорный электронно-лучевой прибор предназначен для формирования изображений в крупных деталях и с низким разрешением, а лазерный электронно-лучевой прибор предназначен для формирования изображений в мелких деталях и с высоким разрешением. 3. Проекционное устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что люминофорный электронно-лучевой прибор предназначен для формирования фонового освещения, а лазерный электронно-лучевой прибор предназначен для формирования изображения. 4. Проекционное устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что лазерный электронно-лучевой прибор предназначен для формирования фонового освещения, а люминофорный электронно-лучевой прибор предназначен для формирования изображения. 5. Проекционное устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что лазерный электронно-лучевой прибор предназначен для формирования одного изображения, а люминофорный электронно-лучевой прибор предназначен для формирования другого изображения. 6. Проекционное устройство по одному из пп. 1-5, отличающееся тем, что оно содержит высоковольтный источник питания и низковольтную систему управления для каждого электронно-лучевого прибора. 7. Проекционное устройство по одному из пп. 1-5, отличающееся тем, что оно содержит общий высоковольтный источник питания и общую низковольтную систему управления для электронно-лучевых приборов. 8. Проекционное устройство по одному из пп. 1-7, отличающееся тем, что оно содержит по меньшей мере три лазерных электронно-лучевых прибора, каждый из которых создает монохроматическое излучение, отличающееся от излучения других. 9. Проекционное устройство по одному из пп. 1-8, отличающееся тем, что оно содержит по меньшей мере три люминофорных электронно-лучевых прибора, каждый из которых создает монохроматическое излучение, отличающееся от излучения других. 10. Проекционное устройство по одному из пп. 1-9, отличающееся тем, что по меньшей мере один лазерный электронно-лучевой прибор создает ультрафиолетовое излучение. 11. Проекционное устройство по одному из пп. 1-10, отличающееся тем, что по меньшей мере один лазерный электронно-лучевой прибор создает инфракрасное излучение.