RU2265964C2 - Method for forming light flow on external screen for full color video information display system and device for realization of said method - Google Patents
Method for forming light flow on external screen for full color video information display system and device for realization of said method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2265964C2 RU2265964C2 RU2003124196/09A RU2003124196A RU2265964C2 RU 2265964 C2 RU2265964 C2 RU 2265964C2 RU 2003124196/09 A RU2003124196/09 A RU 2003124196/09A RU 2003124196 A RU2003124196 A RU 2003124196A RU 2265964 C2 RU2265964 C2 RU 2265964C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- light
- matrix
- image
- flux
- emitting body
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N9/00—Details of colour television systems
- H04N9/12—Picture reproducers
- H04N9/31—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM]
- H04N9/3141—Constructional details thereof
- H04N9/315—Modulator illumination systems
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Liquid Crystal (AREA)
- Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)
- Liquid Crystal Display Device Control (AREA)
- Control Of Indicators Other Than Cathode Ray Tubes (AREA)
- Electroluminescent Light Sources (AREA)
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к системам вывода динамического изображения на экран и, в частности, системам вывода изображения, использующим модуляторы света, основанным на принципе пространственной модуляции некогерентного светового потока, а также использующим специальные источники света с высоким КПД. Последнее обстоятельство делает эффективным использование настоящего изобретения, в особенности, для малогабаритных устройств отображения видеоинформации.The present invention relates to systems for outputting a dynamic image to a screen, and in particular, image output systems using light modulators based on the principle of spatial modulation of incoherent light flux, as well as using special light sources with high efficiency. The latter circumstance makes it effective to use the present invention, in particular, for small-sized video information display devices.
Системы вывода динамического изображения на внешний экран, основанные на принципе пространственной модуляции светового излучения, в последнее время находят все более широкое применение. Наиболее широкое применение нашли устройства с жидкокристаллическими (ЖК) и микрозеркальными (DMD) светомодулирующими матрицами. Каждая такая матрица осуществляет пространственную модуляцию света путем создания в каждый данный момент времени такой пространственной конфигурации состояний элементов матрицы "включено", "выключено", которая соответствует данному кадру изображения.Systems for outputting a dynamic image to an external screen, based on the principle of spatial modulation of light radiation, have recently been increasingly used. The most widely used devices with liquid crystal (LCD) and micromirror (DMD) light modulating matrices. Each such matrix performs spatial modulation of light by creating at each given moment in time such a spatial configuration of the states of the matrix elements "on", "off", which corresponds to a given image frame.
Каждое из этих устройств имеет свои преимущества и недостатки. В частности, ЖК матрицы отличаются от DMD матриц более высокой контрастностью, относительной простотой и технологичностью изготовления. С другой стороны, ЖК матрицы не пригодны для управления интенсивными световыми потоками, так как они поглощают значительную часть излучения источника света.Each of these devices has its advantages and disadvantages. In particular, LCD matrices differ from DMD matrices in higher contrast, relative simplicity and manufacturability. On the other hand, LCD matrices are not suitable for controlling intense light fluxes, since they absorb a significant part of the light source radiation.
Более предпочтительны в настоящее время микрозеркальные DMD устройства, которые могут управлять значительно более интенсивными световыми потоками, используя для формирования изображения более 90% мощности падающего на них светового потока.Micromirror DMD devices that can control significantly more intense light fluxes using more than 90% of the power of the light flux incident on them are currently preferred.
Известен способ формирования светового потока на внешнем экране для полноцветной системы отображения видеоинформации (патент США №5467146), включающий создание пространственно однородного, коллимированного светового потока, имеющего последовательно спектр основных частот, которые используют для формирования полноцветного изображения, и управление созданным световым потоком с помощью синхронизации процессов выделения спектральных составляющих светового потока с одновременным контролем уровня его яркости и пространственного модулирования светового потока.There is a method of generating light flux on an external screen for a full-color video information display system (US Patent No. 5467146), which includes creating a spatially uniform, collimated light flux having a series of fundamental frequencies that are used to form a full-color image, and controlling the created light flux using synchronization processes of separation of the spectral components of the light flux with simultaneous control of its brightness level and spatial modulus Hovhan light flux.
Известно устройство для формирования светового потока на внешнем экране для полноцветной системы отображения видеоинформации (см. там же), содержащее источник света и оптически связанный с ним модулятор, блок управления световым потоком, линзу для проецирования и фокусировки изображения на внешний экранA device for generating light flux on an external screen for a full-color video information display system (see ibid.), Comprising a light source and an optically coupled modulator, a light flux control unit, a lens for projecting and focusing an image on an external screen
Световой поток создают с помощью источника белого света (например, ксеноновой лампы мощностью 1000 Вт), а формирование изображения осуществляют с помощью синхронизации процессов выделения необходимого спектрального состава светового потока и его пространственного управления.The luminous flux is created using a white light source (for example, a xenon lamp with a power of 1000 W), and image formation is carried out by synchronizing the processes of extracting the necessary spectral composition of the luminous flux and its spatial control.
Для формирования изображения используют массив цифровых микрозеркал (DMD), каждое из которых установлено над ячейкой памяти. В зависимости от данных в ячейках памяти каждое зеркало поворачивается на определенный угол, при этом оно может быть наклонено так, чтобы находиться в состоянии "включено" либо в состоянии "выключено". Свет от зеркал, находящихся в состоянии "включено", проходит через объектив и создает изображение на экране. Свет от зеркал, находящихся в состоянии "выключено", отражается, не попадая в объектив. Таким образом, модулируется световой поток, попадающий на поверхность массива микрозеркал DMD.To form an image, an array of digital micromirrors (DMD) is used, each of which is installed above a memory cell. Depending on the data in the memory cells, each mirror is rotated by a certain angle, while it can be tilted so as to be in the "on" state or in the "off" state. Light from mirrors in the “on” state passes through the lens and creates an image on the screen. Light from mirrors in the "off" state is reflected without entering the lens. Thus, the luminous flux incident on the surface of the DMD micromirror array is modulated.
Для создания полноцветного изображения используется один из известных способов, заключающийся в последовательном применении цветных светофильтров, вырезающих из белого света красную, зеленую или синюю спектральную составляющую светового потока, которые затем модулируются микрозеркальной матрицей, после чего каждый компонент формируемого изображения выводится последовательно на экран.To create a full-color image, one of the known methods is used, which consists in the sequential use of color filters that cut out the red, green or blue spectral component of the light flux from white light, which are then modulated by a micromirror matrix, after which each component of the generated image is displayed sequentially on the screen.
Для формирования светового потока используют несколько наборов линз:To form the luminous flux, several sets of lenses are used:
- первый набор линз служит для приема светового потока от источника и направления света через составной светофильтр, предназначенный для выделения из светового потока трех указанных выше основных цветов,- the first set of lenses is used to receive the light flux from the source and the direction of the light through the composite filter, designed to highlight the three primary colors indicated above from the light flux,
- второй набор линз служит для приема светового потока от цветного светофильтра и дальнейшей фокусировки света на призму, используемую для отклонения светового потока к отражающим поверхностям микрозеркал,- the second set of lenses is used to receive the light flux from the color filter and further focus the light on the prism used to deflect the light flux to the reflective surfaces of the micromirrors,
- коллиматорная линза, расположенная на входе призмы, служит для создания луча света с малым расхождением, примерно равного по площади размеру массива микрозеркал,- a collimator lens located at the entrance of the prism serves to create a light beam with a small divergence, approximately equal in size to the size of the array of micromirrors,
- линзы проекционного объектива предназначены для проецирования отраженного от микрозеркал света на внешний экран.- the lenses of the projection lens are designed to project light reflected from micromirrors onto an external screen.
Указанная выше призма используется для приема светового потока от второго набора линз и для его отклонения к отражающим поверхностям микрозеркал. Между призмой и первым набором линз для контроля за яркостью проходящего к призме света размещена оптическая заслонка, представляющая собой электрооптическую ячейку на жидких кристаллах.The above prism is used to receive the light flux from the second set of lenses and to deflect it to the reflective surfaces of the micromirrors. Between the prism and the first set of lenses to control the brightness of the light transmitted to the prism, an optical shutter is placed, which is an electro-optical cell on liquid crystals.
Недостатками известного способа и устройства являются:The disadvantages of the known method and device are:
1. Низкий КПД и высокая сложность, так как использование мощных ламп белого света в качестве источника излучения:1. Low efficiency and high complexity, since the use of powerful white light lamps as a radiation source:
- приводит к необходимости для формирования полноцветного изображения выделить из белого света и использовать только красную, зеленую и синюю спектральную составляющую светового потока, для чего приходится применять составные светофильтры с электромеханическим принципом перемещения составляющих его светофильтров;- leads to the need for the formation of a full-color image to select from white light and use only the red, green and blue spectral component of the light flux, for which it is necessary to use composite filters with the electromechanical principle of movement of its constituent filters;
- требует в силу их инерционности применения сложной системы модуляции интенсивности светового потока;- requires due to their inertia the use of a complex system for modulating the intensity of the light flux;
- требует отвода избыточного тепла с помощью электромеханических вентиляторов, что, в свою очередь, связано с увеличением габаритов, повышением уровня шума, возникновением нежелательных вибраций, а также увеличением потребляемой мощности до уровня, исключающего возможность автономного (на батареях) питания данного устройства.- requires the removal of excess heat with the help of electromechanical fans, which, in turn, is associated with an increase in size, an increase in noise levels, the occurrence of unwanted vibrations, as well as an increase in power consumption to a level that excludes the possibility of autonomous (on batteries) power supply of this device.
2. Использование составных светофильтров с электромеханическим принципом перемещения составляющих его светофильтров для выделения основных спектральных составляющих изображения из белого светового потока усложняет схему синхронизации и формирования изображения, увеличивает уровень шума, приводит к увеличению габаритов, а также создает вредные вибрации, которые весьма нежелательны.2. The use of composite filters with the electromechanical principle of moving the constituent filters to isolate the main spectral components of the image from the white light stream complicates the synchronization and image formation circuit, increases the noise level, leads to an increase in size, and also creates harmful vibrations that are very undesirable.
3. Использование в качестве заслонки, управляющей интенсивностью светового потока, электрооптической ячейки на жидких кристаллах приводит к дополнительному поглощению интенсивности светового излучения, при этом не полностью решает проблему контрастности светового потока, так как в лучшем случае уменьшение его интенсивности в состоянии "выключено" происходит до значений, не меньших чем 1% от начальной интенсивности излучения.3. The use of an electro-optical cell on liquid crystals as a damper controlling the intensity of the light flux leads to additional absorption of the intensity of light radiation, but it does not completely solve the problem of the contrast of the light flux, since in the best case, a decrease in its intensity in the off state occurs until values not less than 1% of the initial radiation intensity.
Технической задачей, которую решает предлагаемое изобретение, является создание и управление световым потоком в процессе формирования полноцветного динамического изображения на внешнем экране с размерами, эквивалентными экрану монитора с диагональю не менее 6 дюймов, с яркостью, достаточной для комфортного наблюдения изображения на подобном экране в условиях естественного освещения, т.е. с яркостью не менее 500 кД/м2, в сочетании с низким уровнем энергопотребления (единицы ватт), позволяющим использовать автономные источники питания с небольшим весом и малыми габаритами.The technical problem that the invention solves is the creation and control of the luminous flux in the process of forming a full-color dynamic image on an external screen with dimensions equivalent to a monitor screen with a diagonal of at least 6 inches, with a brightness sufficient for comfortable viewing of the image on such a screen in natural lighting, i.e. with a brightness of at least 500 cD / m 2 , combined with a low level of energy consumption (units of watts), which allows the use of stand-alone power supplies with low weight and small dimensions.
Поставленная задача решается тем, что пространственно однородный, коллимированный световой поток, имеющий последовательно спектр основных частот, которые используют для формирования полноцветного изображения, создают непосредственно внутри светоизлучающего тела путем контролируемого по амплитуде импульсного возбуждения соответствующих основным цветам излучательных переходов, однородно распределенных в светоизлучающем теле излучателей, последовательно излучающих коллимированный световой поток со светоотдачей, необходимой для комфортного наблюдения изображения на внешнем экране площадью, много большей площади светомодулятора.The problem is solved in that a spatially uniform, collimated luminous flux, having a sequence of fundamental frequencies that are used to form a full-color image, is created directly inside the light-emitting body by means of amplitude-controlled pulsed excitation of the radiative transitions corresponding to the main colors, uniformly distributed in the light-emitting body of the emitters, sequentially emitting a collimated luminous flux with a light output necessary for comfortable observation of the image on an external screen with an area much larger than the area of the light modulator.
Управление созданным световым потоком осуществляют с помощью синхронизации процессов выделения спектральных составляющих светового потока с одновременным контролем уровня его яркости и пространственного модулирования с помощью светомодулятора светового потока. Для этого блок управления выполнен с возможностью формирования контролируемых по амплитуде импульсов напряжения, необходимых для питания источника света, и импульсов управления светомодулятором, синхронизируемых между собой.The created luminous flux is controlled by synchronizing the processes of isolating the spectral components of the luminous flux while simultaneously controlling its brightness level and spatial modulation using a light flux light modulator. For this, the control unit is configured to generate amplitude-controlled voltage pulses required to power the light source, and control pulses of the light modulator, synchronized with each other.
Техническое преимущество изобретения заключается в:The technical advantage of the invention is:
- улучшении контрастности в системе, основанной на применении импульсного источника света с изменяемой длиной волны,- improving contrast in a system based on the use of a pulsed light source with a variable wavelength,
- увеличении частоты формирования изображения в системе, основанной на использовании указанного выше источника света и, соответственно, отсутствии необходимости применения составного светофильтра с электромеханическим принципом перемещения входящих в него светофильтров;- increasing the frequency of image formation in a system based on the use of the above light source and, accordingly, the absence of the need to use a composite light filter with the electromechanical principle of moving the light filters included in it;
- уменьшении габаритов устройства формирования изображения, обусловленном отсутствием составного светофильтра с электромеханическим принципом перемещения входящих в него светофильтров, жидкокристаллической заслонки и связанной с ними оптической системы, состоящей из первого и второго набора линз, коллиматорной линзы, вентиляторов для отведения тепла;- reducing the size of the imaging device due to the lack of a composite filter with the electromechanical principle of moving the light filters included in it, a liquid crystal shutter and an associated optical system consisting of the first and second set of lenses, a collimator lens, fans for heat dissipation;
- уменьшении шума и нежелательных вибраций, связанных с отсутствием электромеханических устройств со светофильтрами и вентиляторов для отведения тепла;- reducing noise and unwanted vibrations associated with the absence of electromechanical devices with light filters and fans for heat dissipation;
- увеличении КПД преобразования электрической энергии в световую в данном способе формирования светового потока для вывода изображения на внешний экран, связанном с перечисленными выше конструктивными особенностями.- increasing the efficiency of converting electric energy into light in this method of forming a light flux for outputting an image to an external screen, associated with the above design features.
Для создания светового потока с указанными выше свойствами можно использовать источник света, содержащий в качестве светоизлучающего тела:To create a luminous flux with the above properties, you can use a light source containing as a light-emitting body:
- электролюминофоры, помещенные в матрицу, возбуждаемые электрическим током, частным случаем которых могут быть катодолюминофоры, помещенные в матрицу, возбуждаемые электронным лучом, создаваемым с использованием эффектов термоэлектронной или автоэлектронной эмиссии;- electroluminophores placed in a matrix excited by electric current, a particular case of which are cathodoluminophores placed in a matrix excited by an electron beam created using thermionic or field emission effects;
- микрокристаллы с р-n-переходами, помещенные в матрицу, возбуждаемые с использованием инжекции носителей заряда;- microcrystals with pn junctions placed in the matrix, excited using the injection of charge carriers;
- плазму газового разряда в матрице, возбуждаемую электрическим полем.- a gas discharge plasma in a matrix excited by an electric field.
Технически можно использовать любой из перечисленных выше вариантов источника света. Это зависит от цели и назначения устройства, в котором будет использоваться данный способ формирования изображения. Более подробно их особенности описаны ниже.Technically, you can use any of the above options for a light source. It depends on the purpose and purpose of the device in which this image forming method will be used. Their features are described in more detail below.
В качестве светомодулятора можно использовать:As a light modulator, you can use:
- систему кремниевых управляемых микроклапанов, образующих матрицу с заданным количеством элементов, формирующих изображение;- a system of silicon controlled microvalves forming a matrix with a given number of elements that form the image;
- систему кремниевых управляемых микрозеркал, образующих матрицу с заданным количеством элементов, формирующих изображение;- a system of silicon controlled micromirrors forming a matrix with a given number of elements that form the image;
- высококонтрастный быстродействующий жидкокристаллический дисплей, работающий на пропускание светового потока;- high-contrast high-speed liquid crystal display, working on the transmission of the light flux;
- высококонтрастный быстродействующий жидкокристаллический дисплей, работающий на отражение светового потока;- high-contrast high-speed liquid crystal display, working on the reflection of the light flux;
- систему управляемых микроклапанов из материала с эффектом памяти формы, образующих матрицу с заданным количеством элементов, формирующих изображение.- a system of controlled microvalves made of a material with a shape memory effect forming a matrix with a given number of image forming elements.
Технически можно использовать любой из перечисленных выше вариантов светомодулятора. Это зависит от цели и назначения устройства, в котором будет использоваться данный способ формирования изображения. Более подробно их особенности описаны ниже.Technically, you can use any of the above light modulator options. It depends on the purpose and purpose of the device in which this image forming method will be used. Their features are described in more detail below.
В дальнейшем предлагаемое изобретение поясняется конкретными примерами его выполнения и прилагаемыми чертежами, на которых:In the future, the invention is illustrated by specific examples of its implementation and the accompanying drawings, in which:
фиг.1 изображает блок-схему устройства формирования светового потока на внешнем экране для полноцветной системы отображения видеоинформации;figure 1 depicts a block diagram of a device for generating light flux on an external screen for a full-color video display system;
фиг.2 - схему формирования светового потока на внешнем экране для полноцветной системы отображения видеоинформации со светомодулятором в виде системы кремниевых управляемых микроклапанов;figure 2 - diagram of the formation of the light flux on the external screen for a full-color video display system with a light modulator in the form of a system of silicon controlled microvalves;
фиг.3 - то же, со светомодулятором в виде системы кремниевых управляемых микрозеркал;figure 3 is the same with the light modulator in the form of a system of silicon controlled micromirrors;
фиг.4 - то же, со светомодулятором в виде жидкокристаллического дисплея, работающего на пропускание светового потока;4 is the same, with a light modulator in the form of a liquid crystal display, operating on the transmission of the light flux;
фиг.5 - то же, со светомодулятором в виде жидкокристаллического дисплея, работающего на отражение светового потока;5 is the same, with a light modulator in the form of a liquid crystal display operating on the reflection of the light flux;
фиг.6 - то же, со светомодулятором в виде системы кремниевых управляемых микроклапанов из материала с эффектом памяти;6 is the same, with a light modulator in the form of a system of silicon controlled microvalves from a material with a memory effect;
фиг.7 - блок-схему устройства формирования светового потока на внешнем экране для полноцветной системы отображения видеоинформации со светомодулятором, размещенным внутри источника света.7 is a block diagram of a device for generating light flux on an external screen for a full-color video display system with a light modulator located inside the light source.
Предлагаемый способ формирования светового потока для полноцветной системы отображения видеоинформации на внешнем экране осуществляют следующим образом.The proposed method of forming a light flux for a full-color system for displaying video information on an external screen is as follows.
Световой поток с необходимыми для формирования полноцветного динамического изображения свойствами: однородный, коллимированный, контролируемый по яркости, имеющий последовательно спектр основных частот R, G, В (красный, зеленый, синий) создают непосредственно внутри источника 1 (фиг.1) света путем контролируемого по амплитуде импульсного возбуждения излучательных переходов, однородно распределенных в светоизлучающем теле излучателей со светоотдачей, необходимой для комфортного наблюдения изображения на внешнем экране площадью, много большей площади светомодулятора, и излучающих последовательно коллимированный свет в соответствующих основным цветам узких спектральных интервалах.The luminous flux with the properties necessary for the formation of a full-color dynamic image: homogeneous, collimated, controlled by brightness, having a series of fundamental frequencies R, G, B (red, green, blue) in series is created directly inside the light source 1 (Fig. 1) by means of the amplitude of the pulse excitation of radiative transitions uniformly distributed in the light-emitting body of the emitters with a light output necessary for comfortable observation of the image on an external screen with an area of many Olsha svetomodulyatora area, and successively emitting collimated light at the respective primary colors of narrow spectral ranges.
Для получения необходимого коллимированного светового потока используют матрицы (фотонные кристаллы) с необходимым набором разрешенных энергетических уровней - помещенные в такую матрицу излучатели излучают кванты света в строго заданных направлениях, независимо от конкретной природы возбуждаемого излучателя (электролюминофор, микрокристалл с р-n-переходом, молекула газа). Изменением амплитуды внешнего возбуждающего импульса возбуждают различные (соответствующие основным цветам спектра) энергетические уровни, меняя тем самым длину волны излучаемого света. Изменяя скважность импульсов, изменяют яркость светового потока.To obtain the required collimated luminous flux, matrices (photonic crystals) are used with the necessary set of allowed energy levels - emitters placed in such a matrix emit light quanta in strictly specified directions, regardless of the specific nature of the emitted emitter (electroluminophore, pn junction microcrystal, molecule gas). By varying the amplitude of the external exciting pulse, various (corresponding to the main colors of the spectrum) energy levels are excited, thereby changing the wavelength of the emitted light. Changing the duty cycle of the pulses, change the brightness of the light flux.
Источник 1 коллимированного светового потока с изменяемой длиной волны излучения позволяет заменить собой сразу несколько элементов, предназначенных в известном способе для получения интенсивного светового потока с необходимым спектром.
Действующий на основе описанных выше принципов источник 1 с изменяемой длиной волны работает в режиме повышенной (≥ 30 000 кД/м2) яркости в импульсном режиме. При каждом импульсе источник 1 генерирует коллимированное световое излучение, соответствующее красному, зеленому или синему цветам. Размер светового потока соответствует размеру светомодулятора 2, который формирует многоцветное, с высокой яркостью миниатюрное изображение (не более 20×20 мм), проецируемое линзой 3 на внешний экран 4.Acting on the basis of the principles described above,
Излучаемый световой поток в целях реализации предлагаемого способа должен иметь максимально возможную интенсивность, в требуемых спектральных интервалах, при минимально возможных затратах электрической энергии, и при этом он должен быть некогерентным, так как в противном случае имела бы место деструктивная по отношению к формируемому изображению интерференция света, нарушающая правильную передачу изображения.In order to implement the proposed method, the emitted light flux must have the maximum possible intensity, in the required spectral intervals, at the lowest possible cost of electric energy, and at the same time it must be incoherent, as otherwise light interference would be destructive with respect to the generated image that violates the correct image transmission.
Среди множества вариантов реализации источника 1 света в настоящем изобретении предложены:Among the many embodiments of the
- электролюминесцентная матрица, в частности матрица с катодолюминесцентными микрокристаллами, излучающими световой поток под действием электронов, эмитированных автоэлектронными катодами,- electroluminescent matrix, in particular a matrix with cathodoluminescent microcrystals emitting a light flux under the action of electrons emitted by field-emission cathodes,
- матрица с микрокристаллами, содержащими р-n-переходы, излучающими световой поток под действием инжектируемых электронов,- a matrix with microcrystals containing pn junctions emitting a light flux under the influence of injected electrons,
- матрица с микропорами, содержащими плазму газового разряда, возбуждаемую электрическим полем, и излучающими световой поток.- a matrix with micropores containing a gas discharge plasma excited by an electric field and emitting a light flux.
В электролюминесцентных лампах светоизлучающим телом являются специально подобранные высокоэффективные люминофоры, помещенные в матрицу с модулируемым показателем преломления, позволяющие реализовать, при достаточно интенсивном их облучении высокоэнергетичными электронами, указанные выше принципы построения источника света.In electroluminescent lamps, a light-emitting body is a specially selected high-performance phosphors, placed in a matrix with a modulated refractive index, allowing to realize, with sufficiently intense irradiation with high-energy electrons, the above principles of building a light source.
Особенно перспективным представляется вариант плоской импульсной электролюминесцентной лампы, содержащую матрицу с люминофорами, возбуждаемыми электронами, излучаемыми автоэлектронными катодами. Использование лампы с автоэлектронными катодами позволяет изготовить источник света с КПД преобразования энергии, равным 30%, что позволяет добиться высокой яркости и одновременно компактности источника 1 с изменяемой длиной волны, при этом хорошо работающего в импульсном режиме.Particularly promising is the option of a planar pulsed electroluminescent lamp containing a matrix with phosphors excited by electrons emitted by field-emission cathodes. Using a lamp with autoelectronic cathodes makes it possible to produce a light source with an energy conversion efficiency of 30%, which makes it possible to achieve high brightness and at the same time
В последнее время достигнуты большие успехи в создании твердотельных инжекционных источников света - светодиодов. Малогабаритность, высокая яркость и долговечность светодиодов позволяют считать перспективным использование в патентуемом способе светодиодной матрицы в качестве источника света 1.Recently, great successes have been achieved in creating solid-state injection light sources - LEDs. The small size, high brightness and durability of the LEDs make it possible to consider the use of an LED matrix as a
Следует отметить, что низкий КПД р-n-переходов, излучающих в синей области спектра, сужают область их применимости в заявленном способе.It should be noted that the low efficiency of pn junctions emitting in the blue region of the spectrum narrows their applicability in the claimed method.
С точки зрения использования ярких источников света могут быть перспективны также источники, содержащие плазму газового разряда, возбуждаемую электрическим полем.From the point of view of using bright light sources, sources containing a gas-discharge plasma excited by an electric field can also be promising.
Предлагаемые в патентуемом способе источники света в соответствии с принципами их построения хорошо работают в импульсных режимах, что весьма важно для улучшения контрастности и частоты изображения, так как это позволяет избавиться как от составных светофильтров с электромеханическим принципом перемещения составляющих его светофильтров, так и от жидкокристаллической заслонки, и связанной с ними оптической системы, применяемых в известном способе.The light sources proposed in the patented method, in accordance with the principles of their construction, work well in pulsed modes, which is very important for improving the contrast and frequency of the image, since this allows you to get rid of composite filters with the electromechanical principle of moving the light filters that make up it, and from the liquid crystal shutter , and the associated optical system used in the known method.
Управление созданным световым потоком осуществляют с помощью синхронизации процессов импульсного возбуждения, контролируемыми по амплитуде импульсами напряжения, энергетических уровней, необходимых для получения требуемых спектральных составляющих и пространственного модулирования светового потока с помощью подачи управляющих импульсов напряжения на светомодулятор 2.The created luminous flux is controlled by synchronizing the processes of pulse excitation, which are controlled by the amplitude of voltage pulses, energy levels necessary to obtain the required spectral components and spatial modulation of the light flux by applying voltage control pulses to the
Синхронизируя импульсное управление светомодулятором 2 и источником 1 света, возможно довести интенсивность светового потока в состоянии "выключено" до нуля, тогда как в известном способе интенсивность в этом состоянии не падает до значений, меньших 1% от максимальной величины.By synchronizing the pulse control of the
Благодаря отсутствию указанных ЖК заслонки и других частей, перечисленных выше, упрощается электрическая схема управления системой и уменьшается поглощение света внутри нее. Это, безусловно, повышает надежность системы и вносит положительный вклад в увеличение ее КПД.Due to the absence of the indicated LCD shutters and other parts listed above, the electrical control circuit of the system is simplified and the absorption of light inside it is reduced. This, of course, increases the reliability of the system and makes a positive contribution to increasing its efficiency.
Блок-схема устройства представлена на фиг.1.The block diagram of the device is presented in figure 1.
Предлагаемое устройство состоит из автоэмиссионного источника 1 света, содержащего в качестве светоизлучающего тела электролюминесцентного матрицу, светомодулятора 2, линзы 3, блока 5 управления и синхронизации и источника питания (на фиг. не показан).The proposed device consists of a
В устройстве применяется технология последовательного изменения длины волны источника света (FSC-field sequential colors), когда кадр полноцветного изображения формируется из трех основных составляющих, для чего источник 1 света в соответствии с поступающим на него синхроимпульсом излучает световой поток, состоящий последовательно из трех импульсов основных цветов - красного, зеленого и синего.The device uses the technology of sequential wavelength changes of the light source (FSC-field sequential colors), when a full-color image frame is formed of three main components, for which the
В качестве источника электронов в источнике 1 света применяется составной автоэлектронный катод на основе углеродных материалов (графит, углерод, одностенные или многостенные углеродные нанотрубки т.д.). Автоэлектронные катоды из углеродных материалов способны длительно работать в условиях высокого технического вакуума (10-6-10-7 мм рт.ст.), который достигается в обычных отпаянных приборах, обеспечивая при этом высокую эмиссионную способность.As the electron source in the
Применение современных люминофоров позволяет получать большие яркости (~30000 кД/м2) свечения, что позволяет резко уменьшить габариты источника света, сделав его излучающую часть размером ~20×20 мм, равную размеру светомодулятора 2.The use of modern phosphors makes it possible to obtain high brightness (~ 30000 kD / m 2 ) of luminescence, which makes it possible to sharply reduce the dimensions of the light source by making its emitting part ~ 20 × 20 mm in size equal to the size of the
В качестве светомодулятора 2 можно использовать любую управляемую матрицу микроэлементов, изменяемая конфигурация которых модулирует световой поток от источника 1 света.As the
В настоящем изобретении в качестве светомодулятора 2 предлагается использовать управляемую матрицу, состоящую из кремниевых микроклапанов 6 (фиг.2), работающих в режиме пропускания или отражения светового потока, в котором отверстия матрицы перекрываются микроклапанами. Микроклапаны выполнены из кремния по микротехнологии и имеют электростатическое управление (Щербаков Н.А., Еременко А.Н., Горнев Е.С., Зайцев А.Н. и др. "Исследование и разработка технологии изготовления изделий микросистемной техники" // Микросистемная техника. 2002, №5, стр. 5-7; патент США №5079544). Матрица, состоящая из достаточного количества таких микроклапанов 6, весьма перспективна в качестве светомодулятора. Это обусловлено тем, что в положении пропускания микроклапаны не нагреваются интенсивным световым потоком, что улучшает стабильность работы устройства и при прочих равных делает его предпочтительным.In the present invention, as a
Кроме того, использование микроклапанов позволяет упростить по сравнению с известным способом оптическую схему устройства, так как можно отказаться не только от составляющих, перечисленных выше, но и от специальной призмы, необходимой в известном способе для заведения светового потока на микрозеркальную DMD матрицу.In addition, the use of microvalves makes it possible to simplify the optical circuit of the device compared to the known method, since it is possible to refuse not only the components listed above, but also the special prism necessary in the known method for introducing light flux onto a micromirror DMD matrix.
В случае использования микроклапанов можно получить наилучшее сочетание преимуществ предлагаемого способа формирования светового потока.In the case of using microvalves, you can get the best combination of advantages of the proposed method of forming the light flux.
Широкое распространение в качестве светомодулятора 2 получили системы микрозеркал 7 (фиг.3), образующих матрицу с заданным количеством элементов, формирующих изображение (см. там же). Каждый элемент, работая на отражение света, меняет направление светового луча, с достаточной для создания динамического изображения частотой. Между матрицей микрозеркал 7 и линзой 3 установлена призма 8 для приема светового потока от источника 1 и для его отклонения к отражающим поверхностям микрозеркал 7.Widespread as a
С ними конкурируют ЖК дисплеи 9 и 10 (фиг.4 и 5), которые благодаря электрооптическим эффектам в жидких кристаллах могут создавать динамические конфигурации элементов матрицы, работающих как на пропускание (патент США №08/146385), так и на отражение светового потока (патент США №6375330). Необходимо отметить их высокую контрастность и относительную простоту изготовления, однако следует сказать и об их существенном недостатке. В случае работы дисплеев 7 на пропускание светового потока они поглощают значительную долю световой энергии и, тем самым, существенно понижают КПД системы, что может быть определяющим фактором, в особенности для малогабаритных и мобильных устройств вывода изображения.
В случае ЖК дисплея 10 (фиг.4), работающего на отражение светового потока, уменьшается поглощение световой энергии, однако возникает описанная выше проблема усложнения оптической схемы из-за необходимости заведения светового потока на отражающую поверхность дисплея с помощью дополнительной призмы 11.In the case of the LCD display 10 (FIG. 4), which operates on the reflection of the light flux, the absorption of light energy is reduced, however, the above-described problem of complicating the optical circuit arises due to the need for introducing the light flux onto the reflective surface of the display using an additional prism 11.
Другим предлагаемым в данном способе вариантом использования микроклапанных матриц является вариант с системой микроклапанов 12 из материала с памятью формы (А.С. СССР №1609371), которая также работает в описанном выше режиме пропускания или не пропускания светового потока, в котором отверстия матрицы перекрываются микроклапанами. Отличие в управлении микроклапанами из материала с памятью формы состоит в том, что оно осуществляется с помощью нагрева электронным пучком. Достоинствами такой микроклапанной матрицы является простота ее изготовления, совместимость с электровакуумными приборами, в частности с электролюминесцентной лампой с автокатодами, описанной выше.Another option for using microvalve matrices proposed in this method is a variant with a
Это обстоятельство может быть использовано в предлагаемом способе при создании нового, более компактного варианта устройства.This circumstance can be used in the proposed method when creating a new, more compact version of the device.
Компактность устройства достигается также за счет того, что светомодулятор 13 (фиг.7) помещают внутрь корпуса источника 14, а электронные пучки от системы автокатодов используют как для возбуждения составного люминофора в электролюминесцентной матрице, и соответственно, создания модулируемого светового потока, так и для управления матрицей микроклапанов из материала с памятью формы, управляющей световым потоком.The compactness of the device is also achieved due to the fact that the light modulator 13 (Fig. 7) is placed inside the
При этом составной люминофор наносится на границу 15 алюминиевого слоя 16, играющего роль зеркала, отражающего возбуждаемый свет на светомодулятор 13, и матрицы из прозрачного диэлектрика 17с микроканалами, выпоняющей роль фотонного кристалла. Через матричные автокатоды, содержащие эмитирующие элементы 18, расположенные на границе матрицы с микроканалами 17, и прозрачного диэлектрика 19 с одной стороны и на прозрачном диэлектрике 19, который позволяет гальванически разделить эмитирующие элементы 18 составного автокатода с другой, коллимированный свет проходит через светомодулятор 13. Электрические импульсы возбуждения люминофора электролюминесцентной матрицы 17 источника света и управления светомодулятором 13 подают соответственно на эмитирующие элементы составного автокатода от электронного блока 20 синхронизации и управления, выполненного аналогично блоку 5. В зависимости от амплитуды импульса возбуждается соответствующий излучающий переход составного люминофора, чем достигается управление по цвету.In this case, a composite phosphor is deposited on the
Блок 5 (фиг.1) выполнен в соответствии с принципами, изложенными в патенте США №5467146, и работает следующим образом. Формируются контролируемые по амплитуде импульсы напряжения, требуемые для работы источника света и создания светового потока, одновременно эти импульсы электронно синхронизируются с видеоимпульсами, управляющими светомодулятором 2, как это указано в патенте США №5467146, формируя изображение.Block 5 (figure 1) is made in accordance with the principles set forth in US patent No. 5467146, and works as follows. Amplitude-controlled voltage pulses are generated that are required for the light source to work and create a light flux, while these pulses are electronically synchronized with the video pulses controlling the
Реализовав таким образом достаточно высокое КПД преобразования энергии источника питания в энергию светового излучения, важно не потерять интенсивность светового потока при его управлении и формировании в процессе создания изображения. С этой целью в качестве светомодулятора наиболее целесообразно использование системы кремниевых управляющих микроклапанов, работающих в режиме пропускания/отражения света.Having thus realized a sufficiently high efficiency of converting the energy of the power source into the energy of light radiation, it is important not to lose the intensity of the light flux when it is controlled and formed in the process of creating the image. For this purpose, it is most expedient to use a system of silicon control microvalves operating in the transmission / reflection mode of light as a light modulator.
Таким образом, указанная схема устройства оказывается значительно проще, чем используемая в прототипе, что позволяет существенно упростить электронную составляющую устройства и, соответственно, схему синхронизации импульсов, включающих источник света, с пакетом видеоимпульсов, подаваемых на светомодулятор, для формирования покадрового изображения. В отличие от прототипа, в котором синхронизируются сигналы, управляющие вращением составного светофильтра, с сигналами, управляющими ЖК заслонкой, и с видеоимпульсами, подаваемыми на светомодулятор, в предлагаемом устройстве достаточно синхронизировать импульсы включения и выключения источника света с видеоимпульсами, принципы формирования которых описаны в патенте прототипа.Thus, this device circuit turns out to be much simpler than that used in the prototype, which allows us to significantly simplify the electronic component of the device and, accordingly, the synchronization circuit of pulses including a light source with a packet of video pulses supplied to the light modulator to form a frame-by-frame image. Unlike the prototype, in which the signals that control the rotation of the composite filter are synchronized with the signals that control the LCD shutter and the video pulses supplied to the light modulator, in the proposed device it is sufficient to synchronize the on and off pulses of the light source with the video pulses, the principles of formation of which are described in the patent prototype.
Яркость и контрастность изображения регулируются изменением амплитуды импульсов, подаваемых на эмитирущие элементы автокатода источника света.The brightness and contrast of the image are controlled by changing the amplitude of the pulses applied to the emitting elements of the light source autocathode.
В результате получается компактное, с малым энергопотреблением, проекционное устройство с необходимыми для комфортного наблюдения изображения световыми характеристиками, с размерами, сравнимыми с размерами сотовых телефонов.The result is a compact, low-power, projection device with the light characteristics necessary for comfortable viewing of the image, with dimensions comparable to the sizes of cell phones.
Такое устройство может быть использовано как в мобильных устройствах, требующих вывода информации (например, ноутбуки), так и в стационарных или портативных устройствах, кардинально сократив используемое рабочее пространство.Such a device can be used both in mobile devices requiring information output (for example, laptops), and in stationary or portable devices, drastically reducing the used workspace.
Claims (21)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003124196/09A RU2265964C2 (en) | 2003-08-05 | 2003-08-05 | Method for forming light flow on external screen for full color video information display system and device for realization of said method |
PCT/RU2004/000293 WO2005012999A1 (en) | 2003-08-05 | 2004-07-28 | Method for forming a light flux on an external screen for a full-colour visual-data display system and device for carrying out said method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003124196/09A RU2265964C2 (en) | 2003-08-05 | 2003-08-05 | Method for forming light flow on external screen for full color video information display system and device for realization of said method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2003124196A RU2003124196A (en) | 2005-01-27 |
RU2265964C2 true RU2265964C2 (en) | 2005-12-10 |
Family
ID=34114567
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2003124196/09A RU2265964C2 (en) | 2003-08-05 | 2003-08-05 | Method for forming light flow on external screen for full color video information display system and device for realization of said method |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2265964C2 (en) |
WO (1) | WO2005012999A1 (en) |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4962997A (en) * | 1988-04-21 | 1990-10-16 | Hewlett-Packard Company | Three color separation using subtractive dichroic beamsplitters |
US5467146A (en) * | 1994-03-31 | 1995-11-14 | Texas Instruments Incorporated | Illumination control unit for display system with spatial light modulator |
JPH1063225A (en) * | 1996-08-19 | 1998-03-06 | Citizen Watch Co Ltd | Display device |
TW391139B (en) * | 1996-12-26 | 2000-05-21 | Plus Kk | Image display device |
-
2003
- 2003-08-05 RU RU2003124196/09A patent/RU2265964C2/en not_active IP Right Cessation
-
2004
- 2004-07-28 WO PCT/RU2004/000293 patent/WO2005012999A1/en active Application Filing
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2003124196A (en) | 2005-01-27 |
WO2005012999A1 (en) | 2005-02-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5870259B2 (en) | Illumination device and projection display device including the illumination device | |
US10423055B2 (en) | Illumination device and image projection apparatus | |
CN106523955B (en) | Lighting system and projection arrangement | |
CN102053468B (en) | Light source unit and projector | |
JP4855289B2 (en) | Laser display device | |
CN102147561B (en) | Projection-type display apparatus | |
JP5769046B2 (en) | Light source control apparatus and method, and projector | |
EP0985952A1 (en) | Image display and light-emitting device | |
WO2011145207A1 (en) | Lighting optical system and projector using same | |
KR20100132496A (en) | Light module device | |
JP2011512547A (en) | Optical multiplexer, recycler, and microprojector incorporating them | |
WO2016132706A1 (en) | Illumination device and image projection apparatus | |
CN111338165B (en) | Light source system and control method thereof, and display device and control method thereof | |
JP2004334083A (en) | Illumination optical system using semiconductor laser device as light source and projector utilizing the same | |
JP2014186080A (en) | Light source device and projection video display device | |
CN109991800A (en) | Light supply apparatus and optical projection system | |
CN109196418B (en) | Light source apparatus and projection display apparatus | |
RU2265964C2 (en) | Method for forming light flow on external screen for full color video information display system and device for realization of said method | |
JP2004133312A (en) | Light source device and projection display apparatus | |
US8585207B1 (en) | Up converters and GaAs based semiconductor light source system for large color gamut display and projection displays | |
TWI240943B (en) | Light source apparatus and image display apparatus | |
US6674490B1 (en) | Light source for a digital image projection system | |
KR20040075329A (en) | Use of resonant microcavity display crt for the illumination of a light valve projector | |
JP2004334082A (en) | Illumination optical system using semiconductor laser device as light source and projector utilizing the same | |
CN103868009A (en) | Stage lighting system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20060806 |