Устройство для объемного отображения информации Советский патент 1980 года по МПК G06F3/147 

Изобретение относится к области приборостроения,средствам для отобра жения и представления информации в удобной для восприятия форме. Известно аналогичное устройство 1, содержащее экран, формирователь .команд и блок развертки. Известное устройство не обеспечивает возможности получения трехмерной -информации, поскольку отсчетная плоскость - двухмерный экран - позво ляет индицировать только двухмерную информацию. Наиболее близким к изобретению по существу технического решения является устройство для объемного отобра жения информации 2 , содержащее экран с приводом, датчик углового поло женил экрана, кинематически соединен ный с приводом, формирователь команд и основной блок развертки, оптически соединенный с экраном. Недостаток известного устройства заключается в наличии геометрических искажений информации при ее отображении. . Цель изобретения - повышение качества отображения путем уменьшения искажений. Поставленная цель до(5тигается тем,, что устройство содержит дополнительный блок развертки, оптически соединенный с экраном, и коммутатор, причем оптические оси основного и дополнительного блоков развертки взаимноперпендикулярны и расположены под равными углами к оси вращения экрана, выход формирователя команд подключен к информационному входу коммутатора, а управляющий вход формирователя команд соединен с выходом датчика углового положения экрана, выходы коммутатора подключены к соответствующим входам основного и дополнительного блоков развертки. На чертеже представлена схема устройства для объемного отображения информации . Устройство содержит экран 1 с приводом, датчик 2 углового положения экрана, формирователь 3 команд, основной блок 4 развертки, дополнительный блок 5.развертки, коммутатор 6. Работает устройство следующим образом. Экран 1 приводят приводом вращения экрана во вращение. При этом в формирователь 3 команд поступают сигналы с датчика 2 углового положения экрана, туда же поступает входная информация, например, из ЦВМ - коор динаты точки .А {X, Y, Z) , преобразо ванные в систему координат, образованную осью вращения экрана, осью 1-1 и осью 11-11. ВЕлсвечивание на вращающемся экране 1 точки производится при подаче на зеркальные эле,менты основного блока 4 развертки . электрических сигналов dL и рь и пода че сигнала на вход модулятора излучения основного блока развертки на его открытие на момент времени t длительностью д . При этом соотно шение между координатами точки А (Х, Y, Z) и углами отклонений зер кал к (Ъ и углом поворота Ч экра на 1 соответственно выражается следующими соотношениями: X arctgy j: L + Y -tg Ч arctg у-, где L - расстояние от центра отклонения пучка излучения до пересечения пучка с осью вращения экрана 1. Таким образом, положение каждой высвечиваемой точки на экране 1 однозначно связано с угловым положением вращающегося экрана 1 - углом Ч и углами поворота зеркал основного бл ка равзертки - углси 1и а(. и (Ъ . То есть объем,ометаемый экраном при вращении является отображением индуцируемого пространства с точнос до измерений масштаба. Дополнительный блок 5 развертки точно также, как и основной блок развертки, состоящий из источника излучения, формирователя излучения, модулятора и двухкоординатной системы отклонения, работает аналогично. Причем проекция на экран 1 ведется при положении плоскости экрана 1 относительно направления пучка излучения источников основного и дополнительного блоков развертки в зависимости от углового положения экрана(сигнала с датчика 2 углового положения экрана) в течение времени, пока уго между плоскостью экрана 1 и направл нием осей 1-1 и II-II соответственно составляет не более 45. Это обеспе чивает отсутствие мертвых зон при приближении положения плоскости вра щающегося экрана 1 к положению, параллельному оси I -1 для источника излучения основного блока развертки и оси 11-11 для источника излучения дополнительного блока развертки. Ис кажения геометрических резмеров це ментов при проекции на экран удается уменьшить до 1,4 размера элемент при проекции на вращающийся экран 1 в положении, когда экран1 перпендикулярен к оси I - 1 и 11-11 соответственно. В коммутаторе 6 осуществляется переключение подачи команд на основной или дополнительный блок развертки в соответствии с сигналом датчика углового положения вращающегося экрана. При использовании в качестве источников излучения в основном и дополнительном блоках развертки импульсных лазеров видимого диапазона достигается значительное увеличение яркости наблюдаемой информации (в десятки раз) за счет обеспечения большей эквивалентной светосилы системы (получении большей плотности энергии в высвечиваемой зоне). Сущность работы предлагаемого устройства заключается в формировании на вращающемся экране в определенном его угловом положении t f С ) картины, отражающей сечение индицируемого пространства плоскостью, параллельной экрану в момент времени , с соответствующим изменением масштаба по всем осям координат.о Устройство позволяет осуществлять трехмерную индикацию в реальном масштабе времени, т.е. в форме, наиболее удобной д;гя использования наблюдателем - человеком. Плотность информации в нем выше, чем в двухмерных системах индикации в N раз, где N - количество воспроизведенных сечений пространства. Подавая на отклоняющие устройства сигналы, изменяемые во времени, возможно формирование сложных подвижных пространственных картин. Увеличение объема информации может быть достигнуто увеличением количества источников излучения и отклоняющих систем, использованием модуляции источников во времени, использованием источников с различными спектрами излучения, источников, постоянно проецируемых на вращакяцийся экран через маски и негативы. Увеличение контраста наблюдаемой информации может достигаться нанесением просветляющих покрытий (в соответствии со спектральным составом излучения источников) на одну из сторон полупрозрачного диффузного экрана (нематированную). Двухкоординатная система отклонения излучения может выполняться как с электромеханическими системами отклонения, так и с электрооптическими, например, в виде проекционной телевизионной трубки либо механической системы для смены масок или негативов. Оценка реально достижимых величин объемов, в которых может быть выполнена индикация, приводит к величинам 0,5-1 м, что является вполне достаточным для целей построения трехмерных индикаторов и удобства наблюдения оператора.

Для уменьшения потребляемой мощноти приводом вращения экрана, экран 1 вместе с приводом и датчиком углового положения экрана возможно поместить в герметизированный кожух из прозрачного материала, например из оргст.екла с подключением герметизированного объема к вакуумирующему насосу. Тогда создаваемое насосом разрежение будет способствовать уменьшению вязкого трения экрана 1 о воздух и, следовательно, способствовать уменьшению затрат мощности привода на вращение экрана. Форма кожуха может быть любая, но удобнее для уменьшения потерь на отражение выполнить ее со стороны источников излучения и со стороны наблюдателя плоской с целью уменьшения искажений.

Для увеличения контраста наблюдателем информации целесообразно осуществить выполнение кожуха в виде светофильтра, полоса пропускания которого совпадает с полосой излучения источников излучения. В качестве экрана может быть использована пластина из прозрачного материала с технологическим выполнением на нем растром, состоящим из выпуклых или вогнутых линз. Частота появления изображения светящейся точки должна быть не менее 16-20 Гц, выбираемой из условия отсутствия мерцаний. Количество воспроизводимых сечений определяется размерами экрана, диаметром, пучка излучения и свойствами экрана.

В устройстве в качестве привода .. может быть использован шаговый двигатель с импульсным источником питания Предполагается использование изобретения в системе диспетчерской индикации в гражданской авиации, для индикации положения (пространственного) самолетов относительно системы координат аэродрома, в системе отображения трехмерных функций на выходе ЦВМ в рекламном деле.

Испытания макета изобретения с рамером вращающегося экрана 100x100 мм и электромеханической системой отклнения пучка излучения показали, что цели изобретения выполняются: возможно обеспечение получения трехмерной информации при обеспечении уменьшения геометрических искажений наблюдаемой 5 информации и увеличения ее наблюдаемой яркости. Скорость вращения экрана составляла 10 об/с, диаметр воспроизводимой точки 1,5-2 J4M. Угол обзора приближается к 4 Ji, кроме зон, заQ темняемых приводом, и зон, откуда идет излучение источников.

Формула изобретения

Устройство для объемного отображения информации, содержащее вращающийся экран с приводом, датчик углового положения экрана, кинематически соединенный с приводом, формирователь команд и основной блок развертки, оптически соединенный с экраном, отличающееся тем, что, с целью повышения качества отображения путем уменьшения искажений, устройство содержит дополнительный блок развертки, оптически соединенный с экраном, и коммутатор, причем оптические оси основного и дополнительного блоков развертки взаимно-перпендикулярны и

расположены под равными углами к оси вращения экрана, выход формирователя команд подключен ко входу коммутатора, а управляющий вход формирователя команд соединен с выходом датчика углового положения экрана, выходы коммутатора подключены к соответствующим входам основного и дополнительного блоков развертки..

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1. Нестере-нко А. Н., Орнатский П.П Детали и узлы приборов. Киев, 1963, с.373-375.

2; Леонов В. А. Трехмерная индикация. Изд. Энергия, с.37-39, рис. 20, 1970 (прототип) .