ES2211626T3 - Sistema de proyeccion de imagenes. - Google Patents
Sistema de proyeccion de imagenes.Info
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Abstract
Sistema (1) de proyección de imágenes que comprende, por este orden, un sistema (3) de iluminación y un sistema de visualización de imágenes con al menos un panel (23) de visualización de imágenes por reflexión para modular, un haz de iluminación, que es emitido por una fuente (5) de radiación, a suministrar por el sistema (3) de iluminación según la información sobre la imagen y un sistema de lentes de proyección, comprendiendo el sistema (3) de iluminación un sistema (27, 29, 33) óptico adicional para volver a iluminar al menos parcialmente el sistema de visualización de imágenes con luz reflejada del panel (23) de visualización de imágenes por reflexión al sistema (3) de iluminación, el sistema (27, 29, 33) óptico adicional que comprende medios (13) para redistribuir la luz procedente de un píxel del sistema de visualización de imágenes entre una pluralidad de píxeles del sistema de visualización de imágenes, caracterizada porque el sistema (27, 29, 33) óptico adicional está dispuesto además para permitir que la luz reflejada por el panel (23) de visualización de imágenes por reflexión al sistema (3) de iluminación evite la fuente (5) de radiación.
Description
Sistema de proyección de imágenes.
La invención se refiere a un sistema de
proyección de imágenes definido en la parte precaracterizadora de la
reivindicación 1.
Del documento de los Estados Unidos US 5.905.545
se conoce, por ejemplo, un sistema de proyección de imágenes del
tipo descrito en el párrafo inicial. El sistema de proyección de
imágenes descrito en este documento comprende un sistema de
iluminación para proporcionar un haz de iluminación, y un sistema de
visualización de imágenes con paneles de visualización de imágenes
por reflexión para modular este haz de iluminación según la
información de la imagen a proyectar. El panel de visualización
puede ser, por ejemplo, un dispositivo de microespejos digital (DMD)
con un reticulado bidimensional de conmutadores de luz digital de
reflexión que son accionados por medio de electrodos. Para encender
o apagar un pixel, se usan espejos pequeños para cada pixel,
cambiando un ángulo de los espejos. Los pixels del DMD pueden
mantener su modo de "encendido" o "apagado" por periodos
de visualización controlados. Para conseguir niveles intermedios de
iluminación entre el blanco y el negro, se usan técnicas de
modulación de la amplitud del impulso. En los sistemas de proyección
por reflexión DMD, la parte de luz modulada por el panel de
visualización, que debe dar lugar a los pixels oscuros en la imagen,
es desviada de la trayectoria de la luz por los conmutadores de
reflexión y absorbida en el sistema óptico y por tanto se pierde.
Esto es a expensas de la cresta de brillo en la imagen.
Un objeto de la presente invención es
proporcionar un sistema de proyección de imágenes en el cual se
consiga una cresta de brillo relativamente alta.
Para conseguir este objeto, el sistema de
proyección de imágenes conforme a la invención se especifica en la
reivindicación 1.
La presente invención se refiere a un sistema de
proyección por reflexión en el que la luz incide en el panel de
visualización y modulada por el panel de visualización antes de ser
proyectada. La invención se basa en saber que la luz, que es
modulada por un pixel que representa un pixel oscuro o gris en la
imagen, es desviada de la trayectoria de la luz pero no es absorbida
en el sistema de visualización y se envía de nuevo hacia la entrada
del dispositivo óptico y así se recupera. Esta luz todavía tendrá
una oportunidad de incidir en un pixel que representa un pixel
brillante. En el sistema de proyección descrito anteriormente, la
luz buscada para los pixels oscuros o grises no se pierde por tanto
sino que se reutiliza. Además, para evitar producir dobles imágenes
durante esta reutilización, el sistema de iluminación está dotado de
medios para redistribuir la luz.
Hay que observar que la patente de los EE.UU. US
nº 5.629.801, describe un sistema de proyección de imágenes que
tiene un sistema de iluminación y un sistema de visualización de
imágenes con un panel de visualización de imágenes, siendo un
microobturador de difracción de luz por rejilla que se puede
configurar de manera selectiva para ser reflector o difrangente,
modulando un haz de luz con la información sobre la imagen, y un
sistema de lentes de proyección, en el que el sistema de iluminación
tiene un sistema óptico adicional para reiluminar parcialmente el
sistema de visualización de imágenes con luz reflejada por el panel
de visualización de imágenes a través de la fuente de radiación
hacia el sistema de iluminación, comprendiendo el sistema óptico
adicional medios para redistribuir la luz procedente de un pixel del
sistema de visualización de imágenes a través de una pluralidad de
pixels del sistema de visualización de imágenes.
Sin embargo, el sistema de proyección de imágenes
no describe que el sistema óptico adicional esté dispuesto
adicionalmente para permitir que la luz reflejada por el panel de
visualización de imágenes por reflexión al sistema de iluminación,
se desvíe de la fuente de radiación.
Una realización preferida del sistema de
proyección de imágenes según la invención se caracteriza porque el
sistema óptico adicional comprende un elemento de lente y una fibra
óptica, estando situado el elemento de lente entre un elemento del
panel de visualización de imágenes por reflexión y una entrada de la
fibra óptica para concentrar la luz reflejada en la fibra óptica. De
esta forma, la luz reflejada que no se usa para proyectar una imagen
se puede llevar de nuevo de forma eficiente al sistema de
iluminación. La reflexión interna total en la fibra óptica
redistribuye la luz recuperada.
Una realización adicional del sistema de
proyección de imágenes según la invención se caracteriza porque el
sistema óptico adicional comprende un prisma óptico para combinar la
luz de la fuente de radiación y la luz reflejada del panel de
visualización de imágenes por reflexión.
Una realización adicional del sistema de
proyección de imágenes según la invención se caracteriza porque el
sistema óptico adicional comprende una varilla integradora para
recibir luz de un elemento del panel de visualización de imágenes
por reflexión, y medios de reflexión situados en un lado de la
varilla integradora para reflejar la luz recibida de vuelta al panel
de visualización de imágenes. En este sentido, la varilla
integradora actúa como un dispositivo de espejo sin imágenes que
distribuye homogéneamente la luz en el dispositivo de visualización
de imágenes de manera que las pequeñas distorsiones se reducen en la
imagen proyectada.
Una realización adicional del sistema de
proyección de imágenes según la invención se caracteriza porque el
sistema de proyección de imágenes comprende un panel de
visualización de imágenes por reflexión adicional para modular un
segundo haz suministrado por el sistema de iluminación, y el sistema
óptico adicional comprende medios para recombinar la luz reflejada
tanto del panel de visualización de imágenes por reflexión como del
panel de visualización de imágenes por reflexión adicional. Por
ejemplo, puede usarse un espejo dicroico para recombinar la luz de
diferentes colores de los respectivos paneles de visualización de
imágenes en un único haz de luz que puede dirigirse al sistema de
iluminación.
Estos y otros aspectos de la invención aparecen y
serán aclarados con referencia a las realizaciones descritas en lo
sucesivo.
En los dibujos:
La figura 1 muestra una primera realización de un
sistema de proyección de imágenes según la invención,
la figura 2 muestra una segunda realización de un
sistema de proyección de imágenes que comprende dos varillas
integradoras y
la figura 3 muestra una tercera realización de un
sistema de proyección de imágenes que comprende dos paneles de
visualización de imágenes por reflexión.
El sistema 1 de proyección de imágenes mostrado
en la figura 1, comprende un sistema 3 de iluminación para
suministrar un haz de luz. El sistema 3 de iluminación comprende una
fuente 5 de radiación y un reflector 7. El reflector 7 rodea al
menos parcialmente a la fuente 5 de radiación y garantiza que la
mayor parte de la luz emitida por la fuente de radiación en una
dirección retirada del sistema aún llega al sistema.
El haz de luz generado por el sistema 3 de
iluminación incide en el sistema de visualización, representado por
simplicidad por un único panel 23 de visualización de imágenes, y se
modula así según la información de la imagen a proyectar. La luz
modulada y reflejada por el panel de visualización se proyecta en
una pantalla (no mostrada) por medio de un sistema de lentes de
proyección representado por motivos de simplicidad por una sola
lente 25 de proyección.
En la figura 1, la luz procedente del sistema 3
de iluminación se envía por medio de un segundo reflector 9, un
primer prisma 11 óptico, un sistema 13 integrador, una primera lente
15, un espejo 17 de articulación y unas segundas lentes 19, 21 de
transmisión hacia el panel de visualización de imágenes por
reflexión, por ejemplo un panel 23 del dispositivo de microespejos
digital (DMD). Los dispositivos DMD se conocen per se en el
documento de patente US nº 5.061.049. Los espejos del panel 23 de
visualización de imágenes DMD reflejan la luz tanto a la pupila de
la lente 25 de proyección como a la entrada de un sistema óptico
adicional dependiendo del voltaje aplicado a los electrodos. El
sistema óptico adicional comprende, por ejemplo, por este orden, un
espejo 27 de entrada, un tercer espejo 29 de transmisión y un
segundo prisma 33 óptico. El voltaje aplicado controla el ángulo de
los microespejos del dispositivo DMD en conformidad con la
información de la imagen a proyectar. Los espejos del panel 23 de
visualización de imágenes DMD se pueden poner en dos modos
diferentes, el de encendido y el de apagado. El modo encendido del
espejo se sitúa, por ejemplo, a 10 grados con respecto a la normal
del panel 23 de visualización de imágenes DMD, y el modo apagado del
espejo se sitúa, por ejemplo, a -10 grados con respecto a la normal.
En el modo encendido, un haz de luz que incide en los espejos del
panel 23 de visualización de imágenes DMD con un ángulo de 20 grados
con respecto a la normal, se refleja en una dirección que coincide
con la normal. En el modo apagado, el haz de luz que incide en los
espejos del panel 23 de visualización de imágenes DMD con un ángulo
de 20 grados, se refleja con un ángulo de 40 grados respecto a la
normal. Esta diferencia es suficiente para que un especialista
dimensione los elementos ópticos del sistema para dirigir la luz a
la pupila de las lentes 25 de proyección en el modo encendido de los
espejos y lejos de la pupila de las lentes de proyección en el modo
apagado del espejo. La presente invención propone dotar al sistema
de iluminación de un sistema óptico adicional para reiluminar al
menos parcialmente el panel 23 de visualización de imágenes DMD con
luz reflejada del panel de visualización de imágenes DMD. Aquí, la
luz depende de que reflejen los elementos de visualización
representando pixels oscuros o grises en la imagen. El sistema
óptico adicional comprende medios para redistribuir la luz
procedente de tal elemento de visualización a lo largo de una
pluralidad de elementos de visualización. En los sistemas conocidos,
la luz reflejada por tales elementos de visualización se refleja de
la trayectoria de la luz por el panel 23 de visualización DMD y de
este modo se pierde. En el sistema de proyección de imágenes según
la invención, esta luz se recupera y se le da otra oportunidad de
incidir en los elementos de visualización, dando lugar a los pixels
brillantes de la imagen. En funcionamiento, en el modo apagado, el
espejo 27 de entrada dirige la luz procedente de los pixels del
panel de visualización que representa pixels oscuros en la imagen
por medio de un tercer espejo 29 de transmisión y el segundo prisma
33 óptico hacia la entrada del sistema 13 integrador de la luz.
El sistema óptico adicional puede comprender
alternativamente, por este orden, unas lentes de entrada y una guía
óptica de luz, por ejemplo, una fibra óptica hecha de plástico o
vidrio.
En las realizaciones del sistema de proyección de
imágenes según la invención, mostrada en la figura 1, el sistema de
iluminación puede comprender no solo una fuente de radiación y un
reflector, sino también un sistema integrador. La primera lente 15
detrás del sistema integrador garantiza que todas las imágenes
reincidentes se superponen en el plano del panel de visualización de
imágenes DMD.
El sistema 13 integrador comprende una primera
placa 31 de lente y una segunda placa 35 de lente y garantiza una
iluminación homogénea del panel 23 de visualización. Para una
descripción detallada del principio de un sistema integrador con dos
placas de lente se hace referencia al documento de patente de los
EE.UU. nº 5.098.184.
En lugar de dos placas de lente, el sistema
integrador puede comprender de forma alternativa un integrador con
forma de varilla. El sistema de iluminación se hace entonces
uniforme por reflexión interna total múltiple en las caras laterales
de la varilla. La varilla podría tenerla forma, por ejemplo, de una
varilla de cuarzo.
El panel de visualización es, por ejemplo, un
panel de visualización que se ilumina secuencialmente con un haz
rojo, uno verde y uno azul, mientras es conducido simultáneamente
con la imagen que tiene el color de la iluminación correspondiente.
El sistema óptico adicional puede comprender también, por este
orden, una varilla integradora y medios de reflexión. Se analiza un
sistema de proyección de imágenes que comprende semejante sistema
óptico adicional con referencia a la figura 2.
El sistema 1 de proyección de imágenes mostrado
en la figura 2 comprende un sistema 3 de iluminación para
suministrar un haz de luz. El sistema 3 de iluminación comprende una
fuente 5 de radiación y un reflector 7. El reflector 7 rodea, al
menos parcialmente a la fuente 5 de radiación, y garantiza que la
mayor parte de la luz emitida por la fuente de radiación, en una
dirección retirada del sistema, aún llegue al sistema.
El haz de luz generado por el sistema 3 de
iluminación incide en el sistema de visualización, representado por
simplicidad por un solo panel 23 de visualización de imágenes, y de
este modo se modula según la información de la imagen a proyectar.
La luz proyectada y reflejada por el panel de visualización se
proyecta sobre una pantalla (no mostrada) por medio de un sistema de
lentes de proyección representado por simplicidad por una sola lente
25 de proyección.
En la figura 2, la luz procedente del sistema 3
de iluminación se envía por medio de un sistema integrador, por
ejemplo, una varilla 13 de cuarzo, un par de lentes 40, 42 de
transmisión, una abertura 60 del diafragma, un espejo 17 de
transmisión, una tercera lente 62 de transmisión y un prisma 44 de
reflexión interna total (TIR), hacia el panel de visualización de
imágenes por reflexión, por ejemplo un dispositivo 23 de
visualización de imágenes DMD. Los espejos del dispositivo 23 de
visualización de imágenes DMD están diseñados para poder fijarlos en
dos modos diferentes. En el modo encendido, los espejos del
dispositivo 23 de visualización de imágenes DMD están diseñados para
reflejar el haz de luz de tal forma que el haz de luz reflejada que
entra en el prisma 44 TIR se transmita a la lente 25 de proyección.
En el modo apagado, los espejos del DMD están diseñados para
reflejar el rayo de luz incidente de un elemento reflector de
imágenes de nuevo en la dirección de incidencia. La luz se refleja
entonces por medio de una superficie 43 interfacial del prisma 44
TIR de vuelta al sistema 3 de iluminación. Inclinando el dispositivo
23 de visualización de imágenes DMD, el haz de luz reflejada puede
ser dirigido a la entrada de una segunda varilla 64 integradora
próxima a la primera varilla 13 integradora. La otra entrada de la
segunda varilla 64 integradora está dotada de medios de reflexión,
por ejemplo una capa 66 reflectora para reflejar el haz de luz
reflejada de vuelta al sistema de visualización. La segunda varilla
64 integradora y la capa 66 reflectora son parte del sistema óptico
adicional para redistribuir la luz procedente de los pixels del
sistema de visualización de imágenes a través del dispositivo 23 de
visualización de imágenes DMD, y, por tanto, se incrementa la cresta
del brillo del dispositivo de visualización de imágenes. Las lentes
40, 42, 62 de transmisión están diseñadas de tal forma que el haz de
luz reflejada crea una imagen de la abertura 70 del diafragma en el
mismo plano que la abertura 68 del diafragma. Además, el panel de
visualización por reflexión DMD puede ser, por ejemplo, iluminado
secuencialmente por un haz rojo, uno verde y uno azul, mientras el
panel 23 de visualización es simultáneamente movido con la imagen
que tiene el color de la iluminación correspondiente. Por tanto, el
sistema 3 de iluminación comprende preferiblemente una rueda 37 de
color accionada por un motor 39 para suministrar alternativamente
los rayos rojo, verde y azul.
El sistema de proyección de imágenes puede
comprender alternativamente dos o tres paneles de visualización. En
la figura 3, se muestra una realización que usa dos paneles de
visualización. El sistema de proyección de imágenes comprende un
sistema de iluminación que comprende, por este orden, una fuente 5
de radiación, un reflector 7, un prisma 11 óptico, un sistema
integrador, por ejemplo una varilla 13 óptica, un prisma 41 de
reflexión interna total (TIR), un espejo 45 dicroico para reflejar
la radiación con una longitud de onda en la gama del rojo y dejando
pasar la radiación en las gamas del azul y el verde, un primer panel
47 de visualización de imágenes por reflexión y un segundo panel 49
de visualización de imágenes por reflexión, por ejemplo paneles de
visualización de imágenes DMD y una lente 25 de proyección. Además,
según la invención, el sistema de proyección de imágenes comprende
un sistema óptico adicional para recuperar la luz reflejada por el
primer y segundo paneles 47, 49 de visualización de imágenes en el
sistema de iluminación. Este sistema óptico adicional comprende, por
este orden, lentes 51, 53 de unión, guías 55, 61 ópticas de luz, por
ejemplo, una fibra óptica hecha de vidrio o plástico, y un espejo 67
dicroico para combinar en un solo haz la luz reflejada de los
respectivos primero y segundo paneles 47, 49 de visualización de
imágenes DMD. En servicio, la luz del sistema 3 de iluminación se
une al sistema 13 integrador, por ejemplo una varilla óptica, por
medio de un prisma 11 óptico y una rueda 37 de color giratoria
accionada por un motor 39 para suministrar haces de luz amarillo y
magenta alternativamente. La varilla 13 óptica distribuye
homogéneamente la luz y la dirige al prisma 41 de reflexión interna
total (TIR). Como el ángulo de incidencia de la luz entrante en la
interfaz 43 del prisma 41 TIR es mayor que el ángulo crítico, el
prisma refleja la luz hacia el primer espejo 45 dicroico. El prisma
41 TIR se sitúa respecto al haz de luz entrante de tal manera que el
haz de luz pueda ser cambiado con la rotación de los espejos de los
paneles 47, 49 de visualización de imágenes DMD. El primer espejo 45
dicroico refleja continuamente luz roja con una longitud de onda en
la gama del rojo hacia el primer panel 47 de visualización de
imágenes DMD y alternativamente pasa luz verde o azul con longitudes
de onda dentro de la gama del verde o el azul, respectivamente,
hacia el segundo panel 49 de visualización de imágenes DMD. El
primer panel 47 de visualización de imágenes DMD modula la luz roja,
según la información de la imagen a proyectar, reflejando la luz por
medio del espejo 45 dicroico y el prisma 41 TIR en la pupila de la
lente 25 de proyección para proyectar en una pantalla (no mostrada)
o por medio de la primera lente 51 en la pupila 57 de entrada de la
primera fibra 55 óptica para recuperar la luz que no se usa en la
proyección. El segundo panel 49 de visualización de imágenes por
reflexión modula alternativamente la luz verde o azul
simultáneamente con la rueda 37 de color giratoria y según la
información a visualizar. La rotación de los espejos del segundo
panel 49 de visualización de imágenes DMD dirige la luz verde o la
luz azul por medio del primer espejo 45 dicroico y el prisma 41 TIR
a la entrada de la pupila de la lente 25 de proyección para
proyectar en una pantalla (no mostrada) o por medio de una segunda
lente 53 a la entrada de la pupila de la segunda fibra 61 óptica
para recuperar la luz no usada para proyectar. Las fibras 55, 61
ópticas transportan la luz roja y las correspondientes luces verde o
azul de vuelta al sistema de iluminación. El segundo espejo 67
dicroico combina la luz roja procedente de la salida 59 de la
primera fibra 55 óptica con la correspondiente luz verde o azul
procedente de la salida 65 de la segunda fibra 61 óptica. La luz
combinada de reintroduce entonces en el sistema de iluminación por
el prisma 33 óptico. Dotando al sistema de proyección de imagen de
un sistema (13) integrador y de un sistema (51, 53, 55, 61, 67)
óptico como el descrito anteriormente, se recuperará la luz
procedente de los pixels que representa los pixels oscuros en la
imagen, como se describió anteriormente con referencia a un único
panel de visualización de imágenes DMD y, por tanto, se incrementa
la cresta de brillo de la imagen proyectada.
En lugar de paneles de visualización de imágenes
DMD, se pueden usar también otros paneles de visualización de
imágenes por reflexión en el sistema de proyección según la
invención, por ejemplo, panel de visualización de imagen de un
reticulado de espejos accionados (AMA) conocido per se del
documento de patente US nº 5.729.386.
Además, se puede usar un panel de visualización
de imagen por reflexión de cristal líquido. Cuando se usa un panel
de visualización de cristal líquido, el sistema de iluminación
debería suministrar un haz de luz polarizada para iluminar el
sistema de visualización. Además, debe situar un analizador entre el
panel de visualización de cristal líquido y la pantalla de
proyección.
Hay que hacer notar que se puede prescindir del
sistema integrador para ahorrar costes a expensas de homogeneidad de
la imagen.
Se debería hacer notar que las realizaciones
arriba mencionadas ilustran más que limitan la invención, y que
aquellos especialistas en la técnica podrán diseñar muchas
soluciones alternativas sin alejarse del alcance de las
reivindicaciones.
Claims (5)
1. Sistema (1) de proyección de imágenes que
comprende, por este orden, un sistema (3) de iluminación y un
sistema de visualización de imágenes con al menos un panel (23) de
visualización de imágenes por reflexión para modular, un haz de
iluminación, que es emitido por una fuente (5) de radiación, a
suministrar por el sistema (3) de iluminación según la información
sobre la imagen y un sistema de lentes de proyección, comprendiendo
el sistema (3) de iluminación un sistema (27, 29, 33) óptico
adicional para volver a iluminar al menos parcialmente el sistema de
visualización de imágenes con luz reflejada del panel (23) de
visualización de imágenes por reflexión al sistema (3) de
iluminación, el sistema (27, 29, 33) óptico adicional que comprende
medios (13) para redistribuir la luz procedente de un pixel del
sistema de visualización de imágenes entre una pluralidad de píxeles
del sistema de visualización de imágenes, caracterizada
porque el sistema (27, 29, 33) óptico adicional está dispuesto
además para permitir que la luz reflejada por el panel (23) de
visualización de imágenes por reflexión al sistema (3) de
iluminación evite la fuente (5) de radiación.
2. Sistema (1) de proyección de imágenes según la
reivindicación 1, en que el sistema (3) de iluminación comprende un
sistema (13) integrador, caracterizado porque el sistema (27,
29, 33) óptico adicional comprende un elemento (51) de lente y una
fibra (55) óptica, estando situado el elemento (51) de lente entre
un elemento del panel (23) de visualización de imágenes por
reflexión y una entrada (57) de la fibra (55) óptica.
3. Sistema (1) de proyección de imágenes, según
la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el sistema (27,
29, 33) óptico adicional comprende un prisma (11) óptico para
combinar el haz de iluminación y la luz reflejada desde el panel
(23) de visualización de imágenes por reflexión.
4. Sistema (1) de proyección de imágenes según la
reivindicación 1, caracterizado porque el sistema (27, 29,
33) óptico adicional comprende una varilla (64) integradora para
recibir luz de un elemento del panel (23) de visualización de
imágenes por reflexión y un espejo situado en un lado de la varilla
(64) integradora para reflejar la luz recibida de vuelta al panel
(23) de visualización de imágenes.
5. Sistema (1) de proyección de imágenes según la
reivindicación 1, que comprende un panel (49) de visualización de
imágenes por reflexión adicional para modular un segundo haz
suministrado por el sistema (3) de iluminación, caracterizado
porque el sistema (51, 53, 55, 61, 67) óptico adicional comprende
medios para remezclar la luz reflejada tanto del panel (47) de
visualización de imágenes por reflexión como de los paneles (49) de
visualización de imágenes por reflexión adicionales.
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