DE60126468T2 - Optischer Motor für SLM-Anzeigesysteme mit Auflichtschirm oder Durchlichtschirm - Google Patents

Optischer Motor für SLM-Anzeigesysteme mit Auflichtschirm oder Durchlichtschirm Download PDF

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Description

  • TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
  • Diese Erfindung betrifft Bildanzeigesysteme und insbesondere ein optisches System für ein SLM-basiertes Anzeigesystem.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Räumliche Lichtmodulatoren (SLM) haben auf vielen Gebieten Anwendungen gefunden, wobei eine wichtige Anwendung in Bildschirmen besteht. Im Allgemeinen ist ein SLM ein Feld lichtemittierender, lichtdurchlässiger oder lichtreflektierender Elemente, die, gewöhnlich mit elektronischen Signalen, einzeln adressierbar sind. Viele SLM sind binär und weisen ein Adressierungsschema auf, welches ihre Elemente entweder in einen "Einschaltzustand" oder einen "Ausschaltzustand" schaltet, um das Bild zu erzeugen. Ein Merkmal von SLM besteht darin, dass keine Abtastung stattfindet und alle Pixel im Wesentlichen gleichzeitig aktiviert werden, um, abhängig von der Größe des Bilds und des SLMs, das gesamte Bild oder einen zweidimensionalen Block des Bilds zu erzeugen.
  • Ein SLM-Typ ist eine digitale Mikrospiegelvorrichtung (DMD), die auch als digitaler Lichtprozessor (DLP) bekannt ist und von Texas Instruments Incorporated hergestellt wird. Die DMD weist ein Feld mit Tausenden winziger neigbarer Spiegel auf. Um das Neigen der Spiegel zu ermöglichen, ist jeder an einem oder mehreren Gelenken befestigt, die an Tragstäben angebracht sind und die jeweils durch einen Luftspalt getrennt über einer darunter liegenden Adressierungsschaltungsanordnung angeordnet sind. Die Adressierungsschaltungsanordnung stellt elektrostatische Kräfte bereit, welche bewirken, dass jeder Spiegel selektiv geneigt wird.
  • Für Anzeigeanwendungen wird die DMD mit Bilddaten adressiert. Entsprechend diesen Bilddaten wird Licht von jedem Spiegel selektiv reflektiert oder nicht reflektiert und auf einen Betrachtungsbildschirm reflektiert. Die Kombination von hellen und dunklen Spiegeln erzeugt ein Bild. Modulationstechniken werden zum Bereitstellen von Graustufen-"Bildrahmen" verwendet. Eine schnelle Folge von Rahmen wird vom Betrachter als eine bewegte Anzeige wahrgenommen.
  • Es gibt mindestens zwei Ansätze zum Erzeugen von Farbanzeigen mit dem DMD-Anzeigesystem. Ein Ansatz besteht darin, mehrere Bilder mit mehreren SLM zu erzeugen, wobei typischerweise jeweils ein SLM für Rot, Grün und Blau verwendet wird. Jedes Bild weist eine gewünschte Intensität auf, und die Bilder werden kombiniert, um die richtig gefärbte Anzeige zu erzeugen. Ein zweiter Ansatz besteht darin, einen einzigen SLM zu verwenden und Bilder für jede Farbe (Rot, Grün und Blau) sequenziell zu erzeugen. Eine Weißlichtquelle wird durch ein umlaufendes Farbrad gefiltert, so dass eine gewünschte Farbe das entsprechende Bild beleuchtet. Die verschiedenfarbigen Bilder werden so schnell erzeugt, dass das Auge sie zu dem richtig gefärbten Rahmen integriert.
  • Für SLM-basierte Projektionssysteme gibt es zwei grundlegende Architekturen für das optische System von der Lichtquelle zur Bildebene. Jede dieser Architekturen hat, abhängig vom Typ des Anzeigesystems, bestimmte Vorteile und Nachteile.
  • Nicht telezentrische Architekturen weisen gegenüber telezentrischen Architekturen einen überlegenen Kontrast auf. Dies ist auf die größeren Beleuchtungswinkel am SLM zurückzuführen. Nicht telezentrische Architekturen erzeugen jedoch auch größere Projektionswinkel am Bildschirm. Dies ist auf den großen Linsenversatzbetrag zurückzuführen, der erforderlich, um die Beleuchtungs- und Projektionswege zu trennen, ohne ein Prisma oder ein anderes Element zu verwenden. Diese großen Winkel sind für ein Projektionssystem mit vorderseitigem Bildschirm nicht problematisch, sie rufen jedoch bei Projektionssystemen mit einem rückseitigen Bildschirm, welche das Bild in einen kleinen Gehäuseraum falten müssen, Probleme hervor.
  • Telezentrische Architekturen benötigen keinen Versatz und können daher Linsenfeld- und Bildschirmwinkelprobleme stark verringern. Hierdurch werden sie für Projektionssysteme mit einem rückseitigen Bildschirm bevorzugt. Telezentrische Architekturen weisen jedoch schon an sich infolge der kleineren Beleuchtungswinkel auf dem SLM einen niedrigeren Kontrast auf.
  • Als weiterer Hintergrund ist in US-A-6 129 437 eine Bildanzeigevorrichtung offenbart, die eine Lichtquelle, einen räumlichen Lichtmodulator und eine Projektionslinse, die in einer Zwischenbildebene ein vom räumlichen Lichtmodulator reflektiertes Bild empfängt und dieses Bild auf eine Anzeigebildebene projiziert, aufweist.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Ein Aspekt der Erfindung ist eine optische Vorrichtung zur Verwendung in einem SLM-basierten Anzeigesystem. Eine Lichtquelle und eine Beleuchtungsoptik stellen für den SLM eine Beleuchtung mit einem großen Winkel bereit. Das vom SLM reflektierte Licht tritt in einen Übertragungsweg mit einem ersten Linsensatz, einem Spiegel und einem zweiten Linsensatz ein. Der erste Linsensatz empfängt die SLM-Ausgabe in einer versetzten Pupille. Der Spiegel reflektiert das Licht zum zweiten Linsensatz, welcher das Bild in einer Zwischenbildebene erzeugt. An diesem Punkt ist das Bild telezentrisch und liegt auf der Achse. Eine Projektionslinse vergrößert das Bild von der Zwischenbildebene zu einer Anzeigebildebene.
  • Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass sie die Merkmale sowohl des telezentrischen als auch des nicht telezentrischen Entwurfs kombiniert. Sie stellt die besten Merkmale von jedem bereit, während ihre Nachteile vermieden werden.
  • Wie bei einem nicht telezentrischen Entwurf stellt der optische Weg eine Anzeige mit einem optimalen Kontrast bereit. Ein größerer Beleuchtungswinkel wird am SLM erreicht, wobei der sich ergebende Versatz durch den Übertragungsweg kompensiert wird.
  • Gleichzeitig ermöglicht es der optische Weg, dass die Projektionslinse telezentrisch ist und daher kleiner ist als dies bei einem nicht telezentrischen Entwurf der Fall wäre. Der Versatz und der Arbeitsabstand der Projektionslinse können für die bestimmte Anwendung minimal sein. Für verschiedene Anwendungen können Variationen der Konfiguration der Projektionslinse leicht erreicht werden, weil die Projektionslinse leicht zugänglich ist und leicht durch Linsen mit einer anderen Konfiguration ausgetauscht werden kann.
  • Die gleiche optische Vorrichtung kann sowohl für Projektionssysteme mit einem vorderseitigen Bildschirm als auch für Projektionssysteme mit einem rückseitigen Bildschirm verwendet werden. Für Systeme mit einem vorderseitigen Bildschirm kann das durch den Übertragungsweg erzeugte Bild durch eine Maske begrenzt werden, die an einer Stelle, die leicht zugänglich ist, innerhalb des optischen Wegs platziert wird. Hierdurch wird eine Maske am SLM selbst überflüssig gemacht, wodurch die SLM-Vorrichtung weniger kostspielig und leichter herzustellen wird. Diese Maske in der Bildebene hat die gleiche Wirkung wie ein Gehäuserahmen in einem Rückprojektions-Anzeigesystem, wodurch eine Projektion auf einen vorderseitigen Bildschirm ohne Begrenzungsartefakte außerhalb des aktiven Bildbereichs ermöglicht wird. Der hohe Kontrast, der durch die optische Vorrichtung mit einem großen Winkel bereitgestellt wird, macht auch spezielle kontrasterhöhende Beschichtungen auf einem DMD-SLM überflüssig und bewahrt infolge der telezentrischen Eigenschaft am SLM die Schwarzniveau-Gleichmäßigkeit.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
  • 1 zeigt ein Rückprojektions-Anzeigesystem mit einer optischen Vorrichtung gemäß der Erfindung,
  • 2 zeigt ein Frontalprojektions-Anzeigesystem, das die gleiche optische Vorrichtung aufweist wie das System aus 1,
  • 3A zeigt die optische Vorrichtung aus den 1 und 2, welche den Beleuchtungsweg, den SLM und den Bildweg aufweist,
  • 3B zeigt den großen Beleuchtungswinkel des Beleuchtungswegs aus 3,
  • 4 zeigt, wie eine Maske in der Zwischenbildebene im Bildweg aus 3 angeordnet werden kann,
  • 5 zeigt, wie Licht von flachen oder ausgeschalteten Spiegelelementen eines DMD-SLMs den Bildweg der optischen Vorrichtung aus 3 verlässt, und
  • 6 zeigt weiter, wie die Beleuchtung in einem flachen Zustand von dem optischen Weg abgelenkt wird.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Die 1 und 2 zeigen ein Rückprojektions-Anzeigesystem 10 bzw. ein Frontalprojektions-Anzeigesystem 20. Jedes weist einen Projektor 11 und 21 auf, welche für diesen Systemtyp ausgelegt sind. Wie nachstehend erklärt wird, befindet sich innerhalb jedes Projektors jedoch eine gemeinsame optische Vorrichtung 15, die sowohl für Frontalprojektions- als auch für Rückprojektionssysteme geeignet ist.
  • Typischerweise ist ein System 10 mit einem rückseitigen Bildschirm in einem Gehäuse 14 enthalten. Das Bild wird durch einen Gehäuserahmen 13 begrenzt, der den Bildschirm 12 umrahmt. Das System 20 mit einem vorderseitigen Bildschirm weist jedoch einen Bildschirm 22 auf, der Bilder mit Streulicht-Bildartefakten in dem unmittelbaren Grenzbereich außerhalb des aktiven Bildbereichs anzeigen kann. Dies liegt daran, dass der Bildschirm 22 typischerweise das Bild nicht eng umrahmt.
  • Die folgende Beschreibung betrifft die optische Vorrichtung 15 innerhalb der Projektoren 11 und 21, welche den SLM enthält. Abgesehen von der optischen Vorrichtung 15 weisen die Projektoren 11 und 12 verschiedene Komponenten auf, die dem Empfangen, Verarbeiten und Speichern von Daten für den SLM zugeordnet sind. Einzelheiten eines SLMs mit digitalen Mikrospiegeln und seiner zugeordneten Elektronik sind in umfassenden Beschreibungen DMD-basierter digitaler Anzeigesysteme ohne die Merkmale der vorliegenden Erfindung in dem US-Patent US-A-5 079 544 mit dem Titel "Standard Independent Digitized Video System", in dem US-Patent mit der laufenden Nummer 08/147 249 mit dem Titel "Digital Television System" und in dem US-Patent US-A-5 452 024 mit dem Titel "DMD Display System" dargelegt. All diese Patente und Patentanmeldungen sind auf Texas Instruments Incorporated übertragen.
  • 3A zeigt einen Abschnitt der Projektoren 11 und 21, nämlich die optische Vorrichtung 15, die beiden Systemen gemeinsam ist. Die optische Vorrichtung 15 weist in erster Linie einen Beleuchtungsweg 15a, den SLM 33 und einen Bildweg 15b auf.
  • Wie nachstehend erklärt wird, stellt der Beleuchtungsweg 15a eine Beleuchtung mit einem großen Winkel bereit, und der Bildweg 15b akzeptiert die versetzte Pupille, die sich aus der Beleuchtung mit einem großen Winkel ergibt, und wandelt den sich ergebenden Projektionsweg mit einem großen Winkel in einen sich auf der Achse befindenden telezentrischen Weg an dem Bild des SLMs.
  • Diese Beschreibung bezieht sich auf ein SLM-Anzeigesystem, welches ein Farbrad 32 zum Filtern "feldsequenzieller" Bilder verwendet. Wie im Hintergrund beschrieben wurde, filtert bei jedem Bildrahmen das Farbrad weißes Licht, um den SLM 33 mit verschiedenfarbigem Licht zu beleuchten. Dies ermöglicht es, dass der SLM eine Folge verschiedenfarbiger Bilder erzeugt, die vom Betrachter als eine richtigfarbene Anzeige wahrgenommen werden. Die gleichen Konzepte könnten jedoch auf einen optischen Weg angewendet werden, der kein Farbrad aufweist, wie es für eine Schwarz-Weiß-Anzeige oder eine Anzeige, bei der Farben durch mehrere SLMs erzeugt werden, oder eine Anzeige, bei der ein einziger SLM durch eine zeitlich festgelegte Abfolge roten, grünen, blauen und (wahlweise) weißen Lichts von diskreten Quellen beleuchtet wird, der Fall wäre.
  • Die Lichtquelle wird typischerweise mit einer Lampe 31 implementiert. Beispiele geeigneter Lampen sind Bogenlampen und Metallhalogenidlampen. Eine mögliche Alternative könnte eine Festkörper-Weißlichtquelle in der Art einer oder mehrerer Weißlicht-LED (Leuchtdioden) sein, vorausgesetzt dass ihre Intensität ausreicht, oder eine oder mehrere rote, grüne und blaue LED, die in einer geeigneten Abfolge (mit oder ohne Farbrad) aktiviert werden, sein. Das Licht von der Lampe 31 wird durch das Farbrad 32 und durch Linsen 32a und 32b fokussiert.
  • Das Farbrad 32 weist einen Motor und Steuerelektronik (nicht dargestellt) auf, wodurch es veranlasst wird, mit einer vorgegebenen Rate umzulaufen. In einem einfachen Beispiel hat das Farbrad 32 drei Segmente, nämlich ein rotes, ein grünes und ein blaues Segment. Es läuft einmal in jedem vom SLM 33 erzeugten Rahmen um, so dass jede Farbe (Rot, Grün oder Blau) für etwa 1/3 der Rahmenzeit angezeigt wird. Variationen dieses einfachen Beispiels umfassen das Umlaufen des Farbrads bei n > 1 Mal der Rahmenzeit und das Unterteilen der roten, grünen und blauen Segmente in ungleichmäßige oder mehrere nicht zusammenhängende Segmente. Diese Variationen sollen Artefakte verringern, die mit "feldsequenziellen" Farbradanzeigen verbunden sind, und/oder die Farbreihe und den Weißpunkt der Anzeige einstellen.
  • Der SLM 33 aus 3 ist ein DMD-SLM, der Licht, das er vom Farbrad 32 empfängt, reflektiert. Demgemäß wird der hier beschriebene spezielle optische Weg für einen reflektierenden SLM konfiguriert. Die hier beschriebenen Konzepte könnten auf jeden beliebigen SLM-Typ angewendet werden, der konfiguriert werden kann, um eine versetzte Pupille zu erzeugen. Diese könnten LCD-SLM einschließen.
  • Das auf den SLM 33 einfallende Licht ist in dem Sinne telezentrisch, dass alle auf den SLM 33 einfallenden Hauptstrahlen im Wesentlichen parallel sind. Die drei Strahlenbündel, die in 3 explizit dargestellt sind, stellen die Strahlen in der Mitte und zwei diagonale Extremitäten des SLMs 33 dar. In 3 wird angenommen, dass die vom SLM 33 reflektierten Lichtstrahlen von "eingeschalteten" Pixeln herrühren, welche einen zugeordneten Reflexionswinkel in den Übertragungsweg 34 aufweisen.
  • Wenngleich der Lichtweg von der Quelle 31 zum SLM 33 telezentrisch ist, ist er ein Lichtweg mit einem "großen Winkel". Dieser große Winkel bezieht sich auf eine gedachte Linie senkrecht zur Stirnfläche des SLMs 33.
  • 3B zeigt den Beleuchtungswinkel des auf den SLM 33 einfallenden Lichts. Der Beleuchtungswinkel ist der Winkel zwischen einer zum Spiegelelement 33a senkrechten Linie und dem einfallenden Licht. Der Winkel ΘO stellt einen "normalen" Beleuchtungswinkel dar. Der Winkel ΘH stellt einen "großen" Beleuchtungswinkel dar.
  • Für die Zwecke dieser Beschreibung ist ein "großer Beleuchtungswinkel" ein Beleuchtungswinkel, der mehr als zwei Mal so groß ist wie der Neigungswinkel des Spiegels. Insbesondere ist ein "normaler" (nicht großer) Beleuchtungswinkel das Zweifache des mechanischen Neigungswinkels der Spiegelelemente in einem telezentrischen System. Die reflektierten und einfallenden Strahlen haben gleiche Winkel in Bezug auf die Oberflächennormale. Demgemäß müssen bei einer normalen (telezentrischen) Konfiguration, bei der die reflektierten Strahlen senkrecht zur Ebene des Felds sind, die einfallenden Strahlen unter einem Winkel einfallen, der das Zweifache des Neigungswinkels des Spiegels ist. Demgemäß ist ein "großer" Einfallswinkel mehr als doppelt so groß wie der Neigungswinkel des Spiegels. Dieser zusätzliche Beleuchtungswinkel bewirkt nun jedoch, dass die Bündel aus der DMD unter einem Winkel, statt senkrecht zum Feld austreten, wodurch eine versetzte Pupille erzeugt wird.
  • In dem Beispiel aus den 3A und 3B betragen die Spiegelneigungswinkel +/– 10 Grad, wodurch der ausfallende Strahl mit +/– 20 Grad geleitet wird. Falls der Beleuchtungswinkel 20 Grad übersteigt, gibt es eine zunehmende Trennung zwischen dem flachen Lichtbündel und dem Einschaltzustands-Lichtbündel, während sie bei einem Beleuchtungswinkel von 20 Grad im Wesentlichen tangential zueinander sind. Für einen maximalen Kontrast gilt, dass es umso besser ist, je größer der Beleuchtungswinkel ist. Hier wurde der Beleuchtungswinkel vergrößert, um den Kontrast um einen Faktor von etwa zwei (2X) zu verbessern.
  • Wiederum mit Bezug auf 3A sei bemerkt, dass das Ergebnis eines großen Beleuchtungswinkels eine wünschenswerte Erhöhung des Kontrasts des angezeigten Bilds ist. Dieser zusätzliche Beleuchtungswinkel führt jedoch zu einem Projektionswinkel, der eine versetzte Pupille erzeugt. Insbesondere bewegt sich das Licht von dem SLM 33 ansprechend auf Änderungen des Beleuchtungswinkels, weil der Neigungswinkel der SLM-Spiegel fest ist (digital). Infolge eines großen Beleuchtungswinkels tritt das vom SLM 33 reflektierte Licht in einen "Übertragungsweg" 34 mit einer versetzten Pupille ein. Wie nachstehend erklärt wird, trägt der Übertragungsweg 34 der versetzten Pupille Rechnung, indem er sie zu einer nicht versetzten, sich auf der Achse befindenden Zwischenbildebene überträgt, die für die Projektionslinse leicht zugänglich ist.
  • Der Übertragungsweg 34 weist einen ersten Linsensatz 34a, einen Spiegel 34b und einen zweiten Linsensatz 34c auf. Der erste Linsensatz 34a empfängt vom SLM 33 reflektiertes versetztes Licht. Die Lichtstrahlen durchlaufen die Linsen 34a versetzt in Bezug auf das Zentrum der Linsen 34a. Wie vorstehend erwähnt wurde, ist dieser Versatz ein Ergebnis des vergrößerten Beleuchtungswinkels des von der Quelle 31 auf den SLM 33 einfallenden Lichts. Wie in 3A angegeben ist, weisen die Linsen 34a einen ausreichenden Durchmesser auf, um den Versatz zu ermöglichen. In dem Beispiel aus 3A umfasst der erste Linsensatz 34a drei Linsen, nämlich zwei äußere konvexe Linsen und eine innere konkave Linse. Die innere konkave Linse ist an die Innenfläche der zweiten äußeren konvexen Linse zementiert.
  • Der zweite Linsensatz 34c in dem Übertragungsweg 34 empfängt vom Spiegel 34b reflektiertes Licht. Dadurch wird ein Bild des SLMs 33 in einer Zwischenbildebene erzeugt. In dem Beispiel aus 3A weist der zweite Linsensatz 34c zwei Linsen, nämlich eine konvexe Linse und eine Linse, die konkav/konvex ist und auch als Meniskus bezeichnet wird, auf. Die Zwischenbildebene ist eine Feldblende. Weil die Ebene ein Bild des SLMs 33 ist, begrenzt eine Blende in dieser Ebene das für die nachfolgende Optik benötigte Gesichtsfeld, wodurch die Größe dieser Optik minimiert wird.
  • Mit Bezug auf 4 sei bemerkt, dass eine Feldblende 41 gerade in der Zwischenbildebene angeordnet werden kann. Die Feldblende 41 kann mit einem Maskierungselement implementiert werden, das die Ränder des Bilds maskiert. Wenngleich eine Blende 41 in erster Linie dann nützlich ist, wenn die optische Vorrichtung 30 für ein Frontalprojektions-Anzeigesystem verwendet wird, kann sie für Anzeigesysteme mit rückseitigen Bildschirmen an ihrem Ort bleiben oder entfernt werden. Sie kann als ein Element der bestimmten Projektionslinse für die spezifische Anwendung aufgenommen werden und daher hinzugefügt oder entfernt werden, wenn die Linse für die Anwendung umgeschaltet wird. Weiterhin wird der Zugang zu dieser Zwischenbildebene nicht durch andere optische Komponenten physikalisch beschränkt.
  • Unter weiterem Bezug auf 3A sei bemerkt, dass das Bild an der Zwischenbildebene telezentrisch ist und sich auf der Achse befindet. Die Pupille liegt in etwa bei unendlich, so dass die Hauptstrahlen für die verschiedenen Bildpunkte parallel sind. Dies ermöglicht die Verwendung einer telezentrischen Projektionslinse 37 mit nur einem geringen Versatz oder ohne Versatz, wie es von der Anwendung gefordert wird, welche kleiner sein kann als wenn es erforderlich wäre, ein nicht telezentrisches Bild zu empfangen, welches einen großen Versatz benötigt, um die Beleuchtungs- und Projektionswege zu trennen. Das heißt, dass der Versatzbetrag für die Anwendung gewählt werden kann, statt von der Architektur gefordert zu werden, wodurch eine minimale Feldgröße für die Linse und die geringste Größe (die niedrigsten Kosten) für die Anwendung ermöglicht werden. Es wird dadurch auch eine leicht zugängliche Schnittstelle bereitgestellt, welche es ermöglicht, dass austauschbare Projektionslinsen leicht spezifiziert und entworfen werden, weil der Ort der Pupille auf der Achse und bei unendlich liegt.
  • In dem Beispiel aus 4 weist die Projektionslinse 37 zwei Linsensätze und acht optische Elemente auf. Ein erster Linsensatz 37a erzeugt eine Aperturblende 37b. In dem Beispiel aus 4 weist dieser erste Linsensatz fünf optische Elemente auf, wobei dasjenige, das der Blende 37b am nächsten liegt, eine Doppellinse ist. Ein zweiter Linsensatz 37c projiziert das Bild auf den Anzeigebildschirm 12 oder 22.
  • Wie in 3A angegeben ist, ist der Zugang zu der Zwischenbildebene und zur Projektionslinse 37 unbeschränkt. Dies bietet ein bequemes Mittel zum Wechseln der Projektionslinse 37 und zum Einführen einer Maske 41. Die Projektionslinse 37 kann mit einem minimalen (oder sogar negativen) rückwärtigen Arbeitsabstand ausgelegt werden. Abhängig vom Typ der Anwendung des Projektionssystems, kann die Projektionslinse 37 mit einem so großen oder so geringen Versatz wie gewünscht versehen werden.
  • Für ein Rückprojektionssystem 10 könnte die Projektionslinse 37 eine Projektionslinse mit einer geringen Projektionsentfernung sein, die einen minimalen Arbeitsabstand und einen Versatz von Null aufweist, woraus sich ein minimales Feld und sehr kleine Bildschirmwinkel ergeben. Eine solche Linse wäre klein, kostengünstig und einfach.
  • Für ein Frontalprojektionssystem 20 würde die Projektionslinse 37 eine größere Projektionsentfernung aufweisen. Ein gewisses Maß an Versatz für die Trapezfehlerkorrektur könnte aufgenommen werden. Die Projektionslinse 37 könnte jedoch mit einem Arbeitsabstand von nahezu Null und einem Versatz, der auf lediglich jenen minimiert ist, der für die Trapezfehlerkorrektur erforderlich ist, ausgelegt werden, so dass der Entwurf mit den niedrigsten Kosten, die für die Anforderungen der Anwendung möglich sind, erreicht wird. Wenn es sich um eine nicht telezentrische Architektur handeln würde, würde der Versatz durch die Architekturanforderungen des Systems statt die Bedürfnisse der Anwendung vorgeschrieben werden, und der Entwurf wäre dann mit einer Kostenbelastung verbunden, die nicht von der Anwendung vorgeschrieben wird.
  • Die 5 und 6 zeigen ein weiteres Merkmal des Übertragungswegs 34, wenn der SLM 33 ein DMD-SLM ist. Wie angegeben ist, neigt Licht von flachen Spiegeln über den Spiegel 34b verschoben zu werden. Licht von ausgeschalteten Spiegelelementen würde in sogar noch größerem Maße über den Spiegel 34b verschoben werden. Weil flache und ausgeschaltete Spiegelelemente dunkle Pixel darstellen, führt dieses Merkmal des Übertragungswegs 34 zu einer zusätzlichen Kontrastverbesserung. 6 ist ein Spiegelbild von 5, worin nur das Licht vom SLM 33 dargestellt ist, das durch den Übertragungsweg läuft. In 6 sind die Strahlenbündel von Spiegelelementen im Einschaltzustand und im flachen Zustand vollständiger dargestellt. Der Spiegel 34a ist so geformt, dass er die Strahlen im Einschaltzustand entgegennimmt.
  • ANDERE AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Wenngleich die vorliegende Erfindung detailliert beschrieben wurde, ist zu verstehen, dass daran verschiedene Änderungen, Austauschungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne vom durch die anliegenden Ansprüche definierten Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.

Claims (13)

  1. Optische Vorrichtung zur Verwendung in einem SLM-basierten Anzeigesystem mit: einer Lichtquelle (31), einem SLM (33), das ein Feld aufweist, das in Bezug auf die Lichtquelle so positioniert ist, dass es Licht von der Lichtquelle unter einem hohen Beleuchtungswinkel empfängt, und dazu dient, ein Bild davon unter einem nicht senkrechten Winkel von dem Feld zu reflektieren, und einer Projektionslinse (37), die in der Lage ist, das Bild von der Zwischenbildebene zu empfangen und auf eine Anzeigebildebene zu projizieren, dadurch gekennzeichnet, dass sie weiter aufweist: einen Übertragungsweg (34) zum Empfangen des vom SLM reflektierten Bilds und zum Übertragen von ihm zu einer Zwischenbildebene, wobei der Übertragungsweg (34) aufweist: einen ersten Linsensatz (34a), der das Bild von dem SLM empfängt, einen Spiegel (34b), der das Bild von dem ersten Linsensatz empfängt, und einen zweiten Linsensatz (34c), der das von dem Spiegel reflektierte Bild empfängt und ein telezentrisches, sich auf der Achse befindendes Bild in der Zwischenbildebene platziert.
  2. Optische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Feld des SLMs ein Feld digitaler Mikrospiegel aufweist.
  3. Optische Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Feld des SLMs ein Feld digitaler Mikrospiegel-Pixelelemente aufweist und wobei Licht von flachen Pixelelementen von dem Spiegel (34b) fort gerichtet wird.
  4. Optische Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Feld des SLMs ein Feld digitaler Mikrospiegel-Pixelelemente aufweist und von Außer-Pixel-Elementen reflektiertes Licht von dem Spiegel (34b) fort gerichtet wird.
  5. Optische Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, welche weiter eine Maskenblende (41) in der Zwischenbildebene aufweist.
  6. Optische Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Projektionslinse (37) in Bezug auf das Bild in der Zwischenbildebene telezentrisch ist.
  7. Optische Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, welche weiter ein Farbrad (32) zum Filtern von Licht von der Lichtquelle aufweist.
  8. Verfahren zum Erzeugen von Bildern für ein Projektionsanzeigesystem vom SLM-Typ mit folgenden Schritten: Beleuchten des SLMs (33) mit einer Lichtquelle (31), Erzeugen eines Bilds unter Verwendung des SLMs, so dass ein Bild von dem SLM als versetztes Licht reflektiert wird, und Projizieren des Bilds auf einen Bildschirm (22), dadurch gekennzeichnet, dass es weiter die folgenden Schritte aufweist: Empfangen des von dem SLM in einen Übertragungsweg (34) reflektierten Bilds, wobei der Übertragungsweg (34) die folgenden Elemente aufweist: einen ersten Linsensatz (34a), der das versetzte Lichtbild von dem SLM empfängt, einen Spiegel (34b), der das Bild von dem ersten Linsensatz empfängt, und einen zweiten Linsensatz (34c), der das von dem Spiegel reflektierte Bild empfängt und das Bild als nicht versetztes Licht an einer Zwischenbildebene platziert, und Platzieren einer Projektionslinse (37) vor oder innerhalb der Zwischenbildebene.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem der Platzierungsschritt durch telezentrisches Platzieren der Projektionslinse in Bezug auf das Bild ausgeführt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die telezentrische Projektionslinse einen beliebigen Versatzbetrag zur Übertragungsachse, einschließlich Null, aufweist.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8–10, bei dem der Beleuchtungsschritt mit einem Beleuchtungswinkel ausgeführt wird, der dazu führt, dass das versetzte Licht des Bilds vom SLM reflektiert wird.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8–11, bei dem weiter der Rand des Bilds in der Zwischenbildebene maskiert wird.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8–12, bei dem der SLM eine digitale Mikrospiegelvorrichtung ist.
DE60126468T 2000-12-29 2001-12-28 Optischer Motor für SLM-Anzeigesysteme mit Auflichtschirm oder Durchlichtschirm Expired - Lifetime DE60126468T2 (de)

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US25907100P 2000-12-29 2000-12-29
US259071P 2000-12-29

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Publication Number Publication Date
DE60126468D1 DE60126468D1 (de) 2007-03-22
DE60126468T2 true DE60126468T2 (de) 2007-11-29

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AT (1) ATE353528T1 (de)
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017114502B3 (de) * 2017-06-29 2018-05-24 Jenoptik Optical Systems Gmbh Spiegelvorrichtung
CN111552211A (zh) * 2020-05-18 2020-08-18 北京理工大学 一种用于光学发动机激光测试的同步控制方法及系统

Families Citing this family (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6795605B1 (en) * 2000-08-01 2004-09-21 Cheetah Omni, Llc Micromechanical optical switch
US7116862B1 (en) 2000-12-22 2006-10-03 Cheetah Omni, Llc Apparatus and method for providing gain equalization
US6445502B1 (en) * 2001-02-02 2002-09-03 Celeste Optics, Inc. Variable blazed grating
US6859239B2 (en) * 2001-02-26 2005-02-22 Infocus Corporation Projection system with folded optical path
US20050105061A1 (en) * 2001-03-15 2005-05-19 Delong James A. Projection system with folded optical path
JP4126524B2 (ja) * 2001-05-30 2008-07-30 フジノン株式会社 プロジェクタ装置
US6824275B2 (en) * 2001-12-31 2004-11-30 Texas Instruments Incorporated Folded projection lens
JP2004157348A (ja) * 2002-11-07 2004-06-03 Chinontec Kk 投射レンズ装置及びプロジェクタ装置
US6989936B2 (en) * 2003-03-07 2006-01-24 Canon Kabushiki Kaisha Variable power optical system
US7221759B2 (en) * 2003-03-27 2007-05-22 Eastman Kodak Company Projector with enhanced security camcorder defeat
JP4016876B2 (ja) * 2003-04-23 2007-12-05 セイコーエプソン株式会社 プロジェクタ
TWI289210B (en) 2004-10-21 2007-11-01 Sony Corp Projection optical system and projection type image display device
US7379619B2 (en) * 2005-03-09 2008-05-27 Texas Instruments Incorporated System and method for two-dimensional keystone correction for aerial imaging
US20060203207A1 (en) * 2005-03-09 2006-09-14 Ikeda Roger M Multi-dimensional keystone correction projection system and method
US20060204125A1 (en) * 2005-03-09 2006-09-14 Kempf Jeffrey M Multi-dimensional keystone correction image projection system and method
US7530693B2 (en) * 2005-05-31 2009-05-12 Next Wave Optics Inc. Single MEMS imager optical engine
US7429983B2 (en) 2005-11-01 2008-09-30 Cheetah Omni, Llc Packet-based digital display system
US8749782B1 (en) 2006-12-19 2014-06-10 J.A. Woollam Co., Inc. DLP base small spot investigation system
US8345241B1 (en) 2006-12-19 2013-01-01 J. A. Woollam Co., Inc. Application of digital light processor in imaging ellipsometer and the like systems
WO2008082506A1 (en) * 2006-12-19 2008-07-10 J.A. Woollam Co., Inc. Application of digital light processor in scanning spectrometer and imaging ellipsometer and the like systems
US8500290B2 (en) * 2008-06-24 2013-08-06 Carl Zeiss Ag Projection system
GB2486275B (en) 2010-12-10 2013-10-09 Global Immersion Ltd Optical mask
US8955988B1 (en) 2011-04-28 2015-02-17 Rawles Llc Image modification in optical path
RU2705440C1 (ru) 2015-10-02 2019-11-07 Эптив Текнолоджиз Лимитед Способ и система для выполнения смещений цветного фильтра для уменьшения муаровой интерференции в дисплейной системе, включающей в себя несколько дисплеев
CN110221421B (zh) * 2019-06-03 2020-10-16 浙江大学 基于机器学习的结构光照明超分辨显微成像方法
CN114114796A (zh) * 2020-08-31 2022-03-01 株式会社理光 图像投影装置

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1772094A1 (de) * 1968-03-29 1971-01-21 Leitz Ernst Gmbh Vorrichtung zum Projizieren von Schriftzeichen
US5079544A (en) 1989-02-27 1992-01-07 Texas Instruments Incorporated Standard independent digitized video system
US5422691A (en) * 1991-03-15 1995-06-06 Seiko Epson Corporation Projection type displaying apparatus and illumination system
US5526051A (en) 1993-10-27 1996-06-11 Texas Instruments Incorporated Digital television system
US5452024A (en) 1993-11-01 1995-09-19 Texas Instruments Incorporated DMD display system
TW391139B (en) * 1996-12-26 2000-05-21 Plus Kk Image display device
US6193376B1 (en) * 1998-02-27 2001-02-27 Minolta Co., Ltd. Display apparatus

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017114502B3 (de) * 2017-06-29 2018-05-24 Jenoptik Optical Systems Gmbh Spiegelvorrichtung
CN111552211A (zh) * 2020-05-18 2020-08-18 北京理工大学 一种用于光学发动机激光测试的同步控制方法及系统
CN111552211B (zh) * 2020-05-18 2021-03-09 北京理工大学 一种用于光学发动机激光测试的同步控制方法及系统
US11630029B2 (en) 2020-05-18 2023-04-18 Beijing Institute Of Technology Synchronous control method and system for laser test of optical engine

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Publication number Publication date
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DE60126468D1 (de) 2007-03-22
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