Устройство воспроизведения цветного телевизионного изображения

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю Н04 N 9/31

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР)

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 4890176/09 (22) 13.12.90 (46) 23.03.93, Бюл. ¹ 11 (76) Ю.А,Быков (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1524794, кл. Н 04 N 9/31, 1986. татора. 4 з.п. ф-лы,.13 ил (54) УСТРОЙСТВО ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ

ЦВЕТНОГО ТЕЛЕВИЗИОННОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ (57) Цель изобретения: повышение качества воспроизводимого изображения путем уменьшения потерь световой энергии.

Сущность изобретения: устройство воспроизведения цветного телевизионного изображения содержит источник одноцветного модулирования излучения, вертикальный триадный распределитель света, цветной

Изобретение относится к телевизионной технике, а более конкретно — к устройствам воспроизведения цветных изображений, и предназначено для использования в быту, в системах управления производственными процессами и в других аналогичных объектах.

Целью изобретения является уменьшение потерь световой энергии при упрощении конструкции устройства.

На фиг.1 представлена общая схема расположения составных частей предлагаемого устройства; на фиг.2-4 изображены фрагменты первой, второй и третьей светоt распределительных колонок соответственно (для красной, зеленой и синей составляющих светового изображения); на фиг.5 — фрагмент (верхний левый угол) вертикального триадного распределителя света; на фиг.6, 7 и 8 — отдельно первая, вторая

„, Ж„„1804699 А3

2 светофильтр, горизонтальный триадный распределитель света, светосмеситель блок временного сжатия и распределения модулирующих сигналов. Вертикальный триадный распределитель света состоит из набора трех типов светораспределительныx колонок, содержащих светосжимающих клиньев, разделительный экран с тонким. слоем селена. Горизонтальный триадный распределитель света состоит из наложения друг друга светораспределительных пластин. Блок временного сжатия и распределения модулирующих сигналов состоит из электронных ключей управляемых генератором, коммутатора записи, блока панели, коммутатора опроса, регулируемых усилителей выходного комму-: Б и третья светораспределительные пластины соответственно (для красной, зеленой и синей составляющих светового изображения); Со на фиг.9 — конструкция светочувствительно го экрана; на фиг.10 — фрагмент горизонтального триадного распределителя света (его верхний левый угол); на фиг.11 — устрой- О ство цветового светофильтра; на фиг.12 — О, схема временного сжатия и распределения о модулирующих сигналов; на фиг.13 — эп юры, поясняющие работу этой схемы.

Предлагаемое устройство содержит светосканирующую систему с модулятором и экраном в качестве которой может быть использована, например, одноцветная электронно-лучевая трубка (ЭЛТ). К экрану

ЭЛТ непосредственно прилегает вертикальный триадный распределитель света 2, к которому вплотную примыкают друг к другу последовательно: цветной светофильтр 3, 3

1804699

10

25

35

55 горизонтальный триадный распределитель света 4 и светосмеситель 5. (Наличие последнего необязательно), От вертикального триадного распределителя света имеется электрическая связь на схему 6 временного сжатия и распределения модулирующих сигналов.

B8pTMKGRbHblA триадный распределитель света конструктивно состоит из набора трех типов светораспределительных колонок 7, 8 и 9, содержащих и светосжимающих клиньев 10, 11 и 12; где и приблизительно равно числу строк в изображении кадра, В обычном телевизионном сигнале и = 625, Светораспределительные колонки собраны как показано на фиг.5 Торцы их прижаты друг к другу, а между ними находится металлический или светочувствительный экран, который представляет из себя очень тонкую металлическую пластину (фольгу) или пластину, на которой нанесен тонкий слой селена 13 и 14, Каждые три колонки образуют общий участок строки изображения. Горизонтальный триадный распределитель света состоит из наложенных друг на друга светораспределительных пластин 3-х типов со сдвигом входов на одну. треть на каждом участке 15, 16 и 17.

Пластины выполнены из тонкого светопроводящего материала, например, из orlтического стекла или оргстекла. На стекле сделаны прорези, например, лазерным лучом в направлениях, указанных на фиг. 6, 7 и 8. Образуются расходящиеся веерообразные световоды, Входы световодов на фиг.б расположены на каждом участке слева, на фиг.7 — посредине участка, а на фиг,8 — справа участка. При наложении всех трех типов пластин как показано на фиг.10 получается так, что выходы их находятся друг над друroM и располагаются по всей длине каждого участка. . Вертикальный триадный распредели, тель света сжимает световой поток строки в три.раза по вертикали и распределяетего на каждом участке по трем уровням, Поэтому на каждом участке строки образуются три отрезка строки, каждый из них находится на своем уровне, Входами вертикального триадного распределителя света являются более ши рокие входы светосжимающих клиньев 10, 11, 12, в составе светораспределительных колонок 7, 8, 9 находящихся на одном уровне, а выходами этих клиньев являются узкие щели, находящиеся на разных уровнях (см, фиг.5). Выходы вертикального триадного распределителя света по длине и ширине соответствуют входам горизонтального распределителя света и в сборе они находятся напротив друг друга.

Между этими распределителями 2 и 4 за>кимается цветной светофильтр 3, так чтобы полоса одного цвета (например, красного) находилась напротив первой светораспределительной колонки 7, полосы второго и третьего цветов (например, зеленого и синего) находились напротив второй и третьей светораспределительных колонок . соответственно. Схема временного сжатия и распределения модулирующих сигналов имеет пять входов. На три из них поступают напряжения модулирующих составляющих, выделенных из телевизионного сигнала.

Ойи соответствуют информации о трех основных цветовых составляющих изображения, На два других входа подаются синхронизирующие импульсы.

Три составляющих модулирующего напряжения представляют из себя зависимости модулирующих напряжений от текущего времени. Эти напряжения подаются обычно на три модулятора одновременно. Посколь- ку в предлагаемом устройстве применен только один модулятор, то используется поочередное подключение этого модулятора к контактам, на которые подаются модулирующие напряжения, Кроме того, информация об изменениях модулирующих напряжений передается за более короткое чем обычно время. Для этого производится сжатие сигнала во времени. Для трех модулирующих сигналов коэффициент сжатия равен 3, Процесс сжатия сигнала может быть осуществлен несколькими способами. B настоящей заявке приводится пример осуществления .сжатия сигналов с помощью применения элементов цифровой техники.

Схема временного сжатия и распределения модулирующих сигналов на цифровых элементах (фиг.12) состоит из . электронных ключей 18, 19 и 20 управляемых генератором 21, для красной, зеленой и синей составляющих напряжений соответственно, Ключи 18, 19 и 20 через коммутаторы записи 22 подключены к модулям ячеек памяти 23. Выходы всех ячеек памяти через коммутаторы опроса 24 и регулируемые усилители 25, 26 и 27 соединены с выходным. коммутатором 28, выход которого связан с модулирующим электродом электронно-лучевой трубки, .

Управляющие входы всех коммутаторов подключены к выходам синхронизатора 29.

Два входа этого синхронизатора подсоединены к нечетной и четной группам экранов

13 (четная группа образуется соединением четных номеров экрана, считая слева напра-, во, а нечетная — нечетных экранов).

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

1804699

Длительность строки телевизионного сигнала равна 64 мкс и каждая строка содержит примерно 640 информативных точек, Предположим, что для устройства выбран экран размером примерно равным 5

40 х 40 см. Тогда изображение одной точки на нем соответствует кругу диаметром 0.6 мм. Длительность возбуждающего импульса для изображения одной точки составляет

0,1 мкс. 10

Информация о цветности в телевизионном сигнале находится в закодированном виде и выделяется в блоке цветности телевизора (например типа УЛПЦТ-59-П), На выходах блока цветности образуются три 15 напряжения, модуляции которых соответствуют красной, синей и зеленой составляющим изображения.

Поэтому для осуществления предлагаемого устройства обычный черно-белый теле- 20 визор должен быть дополнен блоком цветности и другими схемными узлами, необходимыми для обеспечения работы в режиме приема цветного телесигнала и его обработки вплоть до выделения модули рую- 25 щих сигналов цветности. Сигналы цветности подаются параллельно на три входа схемы временного сжатия и распределения модулирующих напряжений, Эта схема изображена на фиг.12 и работает следующим 30 . образом.

На входы ключей 18, 19 и 20 поступают модулирующие нап ряжения, соответствующие красной, зеленой и синей составляю- 35 щим. На управляющие входы этих ключей подаются импульсы примерно равные по длительности 60 нс, с промежутками между ними равными 120 нс. На выходах ключей получаются последовательности амплитуд- 40 но-модулированных импульсов. Закон модуляции их соответствует форме огибающих входных напряжений. Через коммутаторы записи 22 каждый импульс поступает на ячейку памяти в модуле 23. В ячейках памяти 45 происходит преобразование величин амплитуд импульсов в цифровой код и он запоминается в них. При работе коммутатора опроса 24 в опрашиваемой ячейке производится обратное преобразование и на выхо- 50 де коммутатора 24 появляется импульс, амплитуда которого соответствует записанной информации. Время опроса каждой ячейки равно длительности импульса. поэтому общее время опроса всех ячеек в три 55 раза меньше, чем время записи, После on- . роса модуля ячеек памяти для красной составляющей производится опрос ячеек для зеленой составляющей, а затем — для синей составляющей.

В каждом модуле по 20 и более ячеек. памяти, На фиг.13а) в качестве примера показаны импульсы на выходах ключей 18, 19 и 20 — для красной, зеленой и синей составляющих. Условно изображенные на эпюрах амплитуды импульсов могут быть закодированы цифрами: 3, 2, 1, 3 для красной 1, 3, 1.

2 для зеленой и 2, 1, 3, 2 для синей составляющих. На фиг.13б) эти импульсы изображены на входах регулируемых усилителей

25, 26 и 21. Масштаб времени на всех эпюрах одинаков, поэтому наглядно видно, что в каждом канале на выходе сигнал в три раза короче, чем на входе. Это дает возможностьподать на модулятор света последовательно все три составляющие напряжений цветности. Для осуществления синхронизации работы коммутаторов. записи 22, коммутаторов опроса 24 и выходного коммутатора

28 используется синхронизатор 29. Синхронизация осуществляется следующим образом. Всякий раз, когда электронный луч при

его сканировании "пробегает" по точке, где металлический экран 13 соприкасается со стеклянной поверхностью ЭЛТ, в этом экране возникает импульс, Возникновение этого импульса связано с тем, что потенциал в момент нахождения электронного луча в точке соприкосновения "мгновенно" повышается и через толщину стекла он наводится в металлическом экране 13. Вторая причина возникновения импульса для случая применения металлического экрана 13 с покрытием его селеном 14 (см. фиг.9) заключается в том,.что при свечении световода (10, 11, 12) энергия свечения преобразуется в электрическую энергию.

Возникший в экране 13 электрический импульс усиливается усилителем в синхронизаторе 29 и запускает сначала коммутаторы записи 22 для всех трех составляющих цветности. При этом амплитуды каждого импульса на выходах ключей 18, 19, 20

"записываются" в соответствующих ячейках памяти. Процесс записи производится одновременно во все ячейки памяти модулей

23. После прихода второго импульса, возникающего в экране 13, начинается работа коммутатора опроса для красной составляющей. После прихода третьего и четвертого импульсов поочередно работают коммутаторы опроса для зеленой и синей составляющих, Время опроса ячеек памяти в три раза меньше, чем время записи. Поэтому за время одного цикла записи производится три цикла опроса и этим обеспечивается возможность последовательного воспроизведения всех трех отрезков на одном участке строки, Уровень напряжения на каждом отводе ячейки памяти соответствует передаваемой

1804699 телевизионным сигналом информации об яркости соответствующей точки, т.е, напряжение на первом отводе пропорционально яркости первой точки, на втором отводе оно пропорционально яркости первой точки, на втором отводе оно пропорционально яркости второй точки и т.д. до двадцатой точки.

Уровни напряжений, снимаемых с выходов коммутаторов опроса поступают на регулируемые усилители 25, 26, 27, а затем на вход суммирующего коммутатора 28, который с помощью синхронизатора 29 включен так, что напряжение с выхода элемента 25 подается на модуля.гор ЭЛТ. Электронный ключ; сканируя, засвечивает первый отрезок (равный одной трети участка строки). Этот отрезок соответствует красной составляющей, При этом яркость свечения каждой точки определяется уровнем напряжения на соответствующем ей отводе ячейки памяти 23, Из-за некоторой нелинейности развертки электронного луча на отдельных отрезках может помещаться большее или меньшее количество информационных точек. Поэтому в модуле 23 должно быть предусмотрено несколько большее, чем 20, количество ячеек памяти. Количество ячеек памяти должно быть рассчитано так, чтобы обеспечить с учетом возможных нелинейностей полное заполнение отрезков информационными точками. Переключение на заполнение второго отрезка строки осуществляется при помощи импульса, появЛяющегося при пересечении электронного луча линии нахождения экрана 13 четной группы, При этом запускается второй коммутатор с регулируемым усилителем 26. Второй коммутатор подключает отводы ячеек памяти к входу регулируемого усилителя 26 и на его выходе после усиления появляются информативные уровни напряжения. Эти напряжения через элемент 29, включенный к этому времени соответствующим образом,, поступают на модулятор ЭЛТ. Электронный луч. засвечивает второй отрезок, При этом . яркость свечения каждой точки этого отрезка соответствует зеленой составляющей, Процесс модуляции на втором отрезке заканчивается воздействием импульса, появляющимся на экране 13 нечетной группы.

Затем, аналогичным образом начинается и заканчивается засветка третьего отрезка.

Яркость каждой точки этого отрезка соответствует уровням напряжения синей составляющей.

Таким образом, на первом участке первой строки получаются три отрезка, расположенных последовательно. В каждом отрезке — по 20 точек (без учета корректировочных точек, предназначенных для устра55

50 нения нелинейностей развертки). Первый, отрезок несет информацию о красной составляющей изображения, второй и третий — о зеленой и синей составляющих, Далее, таким же образом, как было описано выше, засвечивается второй участок, третий и т,д, до конца строки. Последующие строки формируются аналогичным образом до образования всего кадра. В отличии от обычного изображения телевизора в предлагаемом устройстве кадр предварительно состоит из отдельных вертикальных полос. Хотя изображение черно-белое, но ойо содержит в себе информацию в цвете.

При этом, первая, четвертая, седьмая и т,д. полосы несут информацию о красной составляющей изображения, вторая, пятая, восьмая и т,д. — о зеленой составляющей, а третья, шестая, девятая и т,д, — о синей состгвляющей предварительного изображения кадра, Это иэображение в каждой полосе искусственно, сжато в три раза по горизонтальному размеру, Поэтому, кроме

"окрашивания", размер каждой полосы необходимо расширить в три раза и все точки изображения расставить в соответствующие им места. Эти процессы производятся с помощью вертикального и горизонтального распределителей света, а также цветным светофильтром, Как было условлено ранее точка занимает круг с диаметром равным 0,6 мм, После сжатия во времени этот круг преобразуется в эллипс с размерами 0,6 мм по вертикали и 0,2 мм по горизонтали..Для этого случая на экране каждый отрезок занимает полоску экрана размером 0,2 х 20 = 4 мм

Этому размеру должны соответствовать размеры первой, второй и третьей светораспределительных колонок (поз, 7, 8 и 9 на фиг.2, 3 и 4). Размер по горизонтали их должен быть 4 мм, а ширина входа каждого светосжимающего клина (поз, 10, 11 и 12 на фиг. 2, 3 и 4) должна быть 0,6 мм. Выходы их представляют щель размером 0,2 х 4 мм.

Светораспределительные колонки составляют вертикальный триадный распределитель света. При соприкосновении его с экраном вся световая энергия изображения распределяется по узким щелям, шириной 4 мм и толщиной 0,2 мм, При этом изображение красной, составляющей сдвинется вверх, зеленой — расположится посредине, а синей — сдвинется вниз каждой строки.

После прохождения через цветовой светофильтр 3, каждая составляющая света приобретает соответствующую ей окраску.

Затем все три составляющие поступают на входы горизонтального триадного распределителя света. Благодаря расширяющемуся от входа к выходу световодному каналу в

1804699

10 светораспределитепьных пластинах. каждая составляющая изображения точки увеличивается в три раза, При этом, каждая из них располагается друг над другом, а затем все точки изображения кадра занимают соответствующие места, Таким образом, воссоздается окончательное цветовое изображение кадра. Для регулировки нужной насыщенности каждой составляющей используются регулируемые усилители 25, 26и27, При организации больших размеров изображения на близком расстоянии от него глаз может различить отдельные составляющие цвета точки. Для устранения этого недостатка в предлагаемом устройстве может быть применен светосмеситель 5 на фиг,1. Он может быть, например, выполнен из оргстекла, в виде пластины, размером равным изображению кадра. На этой пластине могут быть нанесены 625 горизонтальных канавок, центры которых размещаются напротив центров изображения строк. Углы наклона стенок этих канавок выбираются экспериментально так, чтобы при отражении от них света отдельные составляющие цветов хорошо смешивались и не были бы различимы. Качество изображения при этом может быть улучшено.

Применение в предлагаемом устройстве одноцветной (черно-белой) ЭЛТ резко увеличивает надежность телевизора, т,к, из-за черезвычайно сложной конструкции самым ненадежным комплектующим элементом в цветном телевизоре является трехкатодная ЭЛТ, Она требует примерно в два раза более высокого напряжения для своего питания, чем одноцветная, Поэтому эксплуатация ее связана с большими предосторожностями в смысле соблюдения техники безопасности и пожарной безопасности. Кроме того, трехкатодная трубка обладает существенно большим рентгено- . вским нежелательным излучением, чем одноцветная. В трехкатодной трубке сравнительно быстро происходит обеднение цветов. Это связано с тем, что цветной люминофор наносится на триады изображения очень тонким слоем. Поэтому он быстро теряет первоначальные свойства и подвергается необратимым изменениям. В отличии от этого экран одноцветной ЭЛТ покрыт люминофором, который может быть, нанесен более надежным толстым слоем. Все это вместе взятое доказывает целесообраз,ность замены трехцветной ЭЛТ на одноцветную.

Формула изобретения

1, Устройство воспроизведения цветного телевизионного изображения. содержаделителя света.

4. Устройство по п,1, о т л и ч а ю щ е ес, я тем, что горизонтальный триадный распределитель света состоит из трех чередующихся между собой горизонтально расположенных пластинок.

50 щее источник одноцветного модулированного излучения, преимущественно выполненный в виде черно-белой электронно-лучевой трубки (ЭЛТ), и цветной светофильтр, о тл и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения качества воспроизводимого изображения путем уменьшения потерь световой энергии, введен блок временного сжатия (БВС) модулирующих сигналов, а также введены расположенные на одной оптической оси с источником одноцветного модулированного излучения и цветного светофильтра оптические вертикальный триадный распределитель света и горизонтальный триадный распределитель света, при этом цветной светофильтр находится между вертикальным и горизонтальнымм распределителями света, электрические выходы вертикального триадного распределителя света подсоединены к соответствующим входам синхронизации блока временного сжатия модулирующих сигналов, а выход БВС модулирующих сигналов подключен к входу источника одноцветного модулированного излучения.

2. Устройство по п,1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что блок временного сжатия модулирующих сигналов содержит синхронизатор, трехканальный генератор, выходной коммутатор и три канала основных цветов, каждый из которых состоит из последовательно соединенных ключа, коммутатора записи, блока памяти, коммутатора опроса и регулируемого усилителя, при этом выходы регулируемых усилителей всех каналов через выходной коммутатор подключены к выходу БВС модулирующих сигналов, выходы трехканального генератора подсоединены к управляющим входам ключей, а выходы синхронизатора подключены к управляющим входам соответствующих коммутаторов записи, коммутаторов опроса и выходного коммутатора, при этом входы синхронизатора являются входами синхронизации блока временного сжатия модулирующих сигналов.

3. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что вертикальный триадный распределитель света состоит из трех чередующихся и примыкающих торцами одна к другой вертикальных колонок, разделенных экранами, при этом выходы экранов являются выходами вертикального триадного распре1804699

5. Устройство по пп.З и 4. о т л и ч а ющ е е с я тем, что разделительный экран с стиг.3 обеих сторон покрыт светочувствительным слоем, например селеном.

Ф 2. т фиг5

1804699 фиг. 6 ,у Фи2. 7 фи2, 8

/6 I 7 к

3 с

1804699

+gg !3

Составитель А.Чижов

Техред М.Моргентал Корректор g Салко

Редактор А.Купрякова.

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1.082 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5