ES2824680T3

ES2824680T3 - Prisma de entrada discreta de alto contraste para proyectores de imágenes

Info

Publication number: ES2824680T3
Application number: ES15876022T
Authority: ES
Inventors: Duane Scott Dewald; Nathan Wainwright; Douglas J Gorny; Martin J Richards
Original assignee: Dolby Laboratories Licensing Corp
Current assignee: Dolby Laboratories Licensing Corp
Priority date: 2014-12-31
Filing date: 2015-12-21
Publication date: 2021-05-13
Anticipated expiration: 2035-12-21
Also published as: CN112946974B; EP3241072A1; CN107111216B; JP2021056520A; CN112946974A; PL3241072T3; US20190137859A1; JP6805150B2; EP3241072B1; JP2018503870A; US10197902B2; CN107111216A; EP3241072A4; US10534251B2; JP7376461B2; EP3809201A1; US20180024429A1; WO2016109299A1

Abstract

Un conjunto de prismas para un sistema de visualización proyector de imágenes (100), comprendiendo el sistema de visualización una fuente de luz y estando configurado para suministrar una pluralidad de entradas de luz de color discretas al conjunto de prismas, que comprende: para cada entrada de luz de color discreta, una trayectoria independiente de prisma de canal de color, en el que cada trayectoria independiente de prisma de canal de color comprende: un elemento en cuña de entrada (600, 604, 608), un segundo elemento en cuña (612, 614, 616) para una modulación y/o proyección adicionales de dicha entrada de luz de color discreta; un elemento en cuña de vaciado (602, 606, 610) para evitar una modulación y/o proyección adicionales de dicha entrada de luz de color discreta; y un reflector de Dispositivo de microespejos digitales, DMD, teniendo el reflector DMD un estado ENCENDIDO y un estado APAGADO, en el que el elemento en cuña de entrada está configurado para reflejar una entrada de luz de color discreta asociada con el elemento en cuña de entrada y transmitir la entrada de luz de color discreta al reflector DMD asociado con la entrada de luz de color discreta, en el que el reflector DMD en el estado ENCENDIDO está configurado para transmitir la entrada de luz de color discreta a través del segundo elemento en cuña asociado con la entrada de luz de color discreta, y en el que el reflector DMD en el estado APAGADO está configurado para transmitir la entrada de luz de color discreta a través del elemento en cuña de vaciado que está asociado con la entrada de luz de color discreta.

Description

DESCRIPCIÓN

Prisma de entrada discreta de alto contraste para proyectores de imágenes

Campo técnico

La presente invención se refiere a sistemas proyectores y, en particular, a sistemas de prismas mejorados para sistemas de proyección de imágenes basados en láser.

Antecedentes

Los sistemas proyectores se diseñan en la actualidad con mejoras en el intervalo dinámico. Muchos de estos tipos de mejoras se encuentran en el área de los sistemas de proyección láser. Algunos de tales sistemas de proyección láser también pueden comprender sistemas de visualización proyectores dobles y multimoduladores. Puede ser deseable mejorar el comportamiento de estos sistemas de proyección de imágenes mejorados.

Los proyectores convencionales de Procesamiento de luz digital (DLP) de alto comportamiento utilizan un conjunto de prismas de tres canales que tiene una trayectoria de luz común bidireccionalmente a través del prisma de color, donde la luz blanca se divide en rojo, verde y azul y se recombina luego en una imagen a todo color (luz blanca). Después de dividir la luz blanca de entrada en tres colores, los colores se modulan individualmente mediante chips DLP dedicados y se envían de vuelta a través del mismo prisma de color para volver a combinar la luz modulada en una imagen a todo color.

Se pueden encontrar ejemplos de tales prismas convencionales en:

(1) la patente de Estados Unidos número 3.659.918, de Tan, titulada "Color separating prism system" y expedida el 2 de mayo de 1972;

(2) la patente de Estados Unidos número 7.665.850, de Penn, titulada "Prism for high contrast projection" y expedida el 23 de febrero de 2010; y

(3) la patente de Estados Unidos número 7.993.014, de Penn, titulada "Prism for high contrast projection" y expedida el 9 de agosto de 2011

y en los documentos US 2007/0024945 A1, US 2014/0347634 A1, US 2006/0007401 A1, US 2005/0168697 A1, US 2008/0084545 A1 y US 2013/0107357 A1.

Compendio

En muchas realizaciones de conjuntos de prismas para sistemas de visualización proyectores en este documento, las entradas del prisma son canales de color discretos (por ejemplo, canales de rojo, verde y azul), a diferencia de la entrada de luz blanca del conjunto de prismas convencional que se describe, pero la luz modulada puede seguir combinándose de manera similar. Esto puede ser deseable por varias razones. En primer lugar, la luz de "estado apagado" desde la modulación DLP roja, verde y azul se refleja lejos de las trayectorias de luz de estado encendido dentro del prisma, tendiendo a evitar una dispersión incontrolada. En segundo lugar, la recombinación de luz se puede realizar con un prisma de estilo Philips (como en la patente a la que se hace referencia a continuación), pero con revestimientos significativamente simplificados, permitidos por las fuentes de iluminación roja/verde/azul discretas unidireccionales, de banda estrecha, utilizadas con este prisma. En tercer lugar, al mantener los colores independientes en gran parte de la longitud de la trayectoria del prisma, los niveles de potencia pueden reducirse significativamente en los puntos de avería típicos. Esto permite una mayor capacidad de gestión de potencia óptica en el prisma. Y finalmente, el rendimiento luminoso se puede aumentar significativamente cuando se usan fuentes de luz discretas como unos LED y unos láseres al eliminar las pérdidas adicionales de separación y recombinación de rojo, verde y azul que se encuentran habitualmente en los diseños típicos de prismas de tres canales. En general, muchas realizaciones en este documento optimizan las trayectorias de luz individuales para minimizar la dispersión, las pérdidas y las cargas térmicas con el fin de proporcionar un rendimiento, un contraste y una gestión de potencia mejorados en un proyector DLP de 3 chips.

La optimización del revestimiento se puede realizar en revestimientos AR y revestimientos dicroicos que combinan la luz. Los revestimientos AR en los tramos de entrada se pueden optimizar por color (p. ej., ya que cada tramo puede ver un solo color) y ángulo (suponiendo que se usa un relé PSF de f/# más alto). Esta optimización puede dar como resultado una mejor transmisión (~0,2% por superficie, con 7 superficies en cada trayectoria discreta). Los revestimientos dicroicos se pueden optimizar para luz de banda estrecha (suponiendo que no sea una fuente de lámpara) que puede tener una reflectancia y una transmisión mejoradas en comparación con los revestimientos de banda más ancha, y también optimizar para ángulos más estrechos (variará dependiendo de las opciones de longitud de onda de banda estrecha). Las mejoras en los revestimientos dicroicos también pueden ser críticas para la relación de contraste, ya que el control de la luz es crítico en este caso y los reflejos no intencionados podrían reducir el contraste. En otras realizaciones, este diseño también se puede aplicar a un proyector DLP de un solo chip con funcionamiento secuencial monocromático o de color.

En muchas realizaciones, los prismas son capaces de recibir entradas de iluminación discretas (p. ej., que pueden tender a ayudar al rendimiento) de fuentes de láser de color discretas. Además, muchas realizaciones pueden tender a funcionar bien con alta potencia y tienden a reducir la carga de calor y las tensiones térmicas para mejorar la gestión de potencia y la fiabilidad.

En una realización, un conjunto de prismas para un sistema de visualización proyector de imágenes se define en la reivindicación independiente 1 y comprende: una pluralidad de entradas de luz de color discretas; para cada entrada de luz de color discreta, un elemento de prisma para recibir la entrada de luz de color discreta; y en el que, además, la carga de calor para cada elemento de prisma mencionado es menor que si el elemento de prisma recibiera iluminación de espectro completo.

Otras características y ventajas del presente sistema se dan a conocer a continuación en la descripción detallada, cuando se lee en relación con los dibujos presentados en esta solicitud.

Breve descripción de los dibujos

Las realizaciones a modo de ejemplo se ilustran en las figuras de referencia de los dibujos. Se pretende que las realizaciones y figuras descritas en este documento se consideren ilustrativas en lugar de restrictivas.

La figura 1 representa una realización esquemática de un sistema de visualización proyector de imágenes que puede ser adecuado para el uso de las realizaciones de entrada de prisma de la presente solicitud.

La figura 2 representa una realización de un sistema proyector que es suficiente para los propósitos de la presente solicitud.

La figura 3 representa otra realización de un sistema proyector que puede ser suficiente para los propósitos de la presente solicitud.

Las figuras 4A hasta 4C representan un sistema convencional de entrada de prisma, como se conoce en la técnica.

Las figuras 5A hasta 5D muestran varias trayectorias de luz durante el funcionamiento del sistema convencional de entrada de prisma de las figuras 4A hasta 4C.

Las figuras 6A hasta 6D muestran una realización de un prisma de entrada discreta de alto contraste, fabricado según los principios de la presente solicitud.

Las figuras 7A hasta 7D muestran varias trayectorias de luz durante el funcionamiento del sistema convencional de entrada de prisma de las figuras 6A hasta 6D.

La figura 8 representa un gráfico a modo de ejemplo de la carga térmica del prisma convencional, como se muestra en las figuras 4A hasta 4C, mientras se procesa la potencia de luz total de un sistema proyector.

La figura 9 representa un gráfico a modo de ejemplo de la carga térmica del prisma de entrada discreta de alto contraste, como se muestra en las figuras 6A hasta 6D, mientras se procesa la potencia de luz total de un sistema proyector.

Descripción detallada

Como se utilizan en este documento, los términos "componente", "sistema", "interfaz" y similares están destinados a hacer referencia a una entidad relacionada con el ordenador, ya sea hardware, software (p. ej., en ejecución) y/o firmware. Por ejemplo, un componente puede ser un proceso que se ejecuta en un procesador, un procesador, un objeto, un ejecutable, un programa y/o un ordenador. A modo de ilustración, tanto una aplicación que se ejecuta en un servidor como el servidor pueden ser un componente. Uno o más componentes pueden residir dentro de un proceso y un componente puede estar localizado en un ordenador y/o distribuido entre dos o más ordenadores. Un componente también puede estar destinado a hacer referencia a una entidad relacionada con las comunicaciones, ya sea hardware, software (p. ej., en ejecución) y/o firmware y puede comprender además suficiente hardware alámbrico o inalámbrico para afectar las comunicaciones.

A lo largo de la siguiente descripción, se exponen detalles específicos para proporcionar una comprensión más a fondo a los expertos en la técnica. Sin embargo, es posible que los elementos bien conocidos no se hayan mostrado o descrito con detalle para evitar hacer confusa innecesariamente la invención. Por consiguiente, la descripción y los dibujos deben considerarse en un sentido ilustrativo, más que restrictivo.

Introducción

En el campo de los sistemas proyectores y otros sistemas de visualización, es deseable mejorar tanto el comportamiento de la renderización de imágenes como el rendimiento del sistema. Varias realizaciones de la presente solicitud describen sistemas, métodos y técnicas para afectar a estas mejoras empleando el modelado de campos de luz para sistemas de visualización de modulación doble o múltiple. En una realización, los modelos de fuente de luz se desarrollan y utilizan con un efecto ventajoso. Las imágenes de cámara de imágenes visualizadas de las imágenes de entrada conocidas pueden evaluarse para mejorar los modelos de luz. En algunas realizaciones, un proceso iterativo puede acumular mejoras. En algunas realizaciones, estas técnicas pueden usarse en imágenes en movimiento para realizar ajustes en vivo a fin de mejorar el comportamiento de la renderización de imágenes.

Los proyectores y sistemas de visualización de modulación doble se han descrito en patentes y solicitudes de patente, de propiedad común con la presente, que incluyen:

(1) la patente de Estados Unidos número 8.125.702, de Ward et al., expedida el 28 de febrero de 2012 y titulada "Serial modulation display having binary light modulation stage";

(2) la solicitud de patente de Estados Unidos número 20130148037, de Whitehead et al., publicada el 13 de junio de 2013 y titulada "Projection displays'';

(3) la solicitud de patente de Estados Unidos número 20110227900, de Wallener, publicada el 22 de septiembre de 2011 y titulada "Custom PSFs using clustered light sources";

(4) la solicitud de patente de Estados Unidos número 20130106923, de Shields et al., publicada el 2 de mayo de 2013 y titulada "Systems and methods for accurately representing high contrast imagery on high dynamic range display systems";

(5) la solicitud de patente de Estados Unidos número 20110279749, de Erinjippurath et al., publicada el 17 de noviembre de 2011 y titulada "High dynamic range displays using filterless LCD(s) for increasing contrast and resolution" y

(6) la solicitud de patente de Estados Unidos número 20120133689, de Kwong, publicada el 31 de mayo de 2012 y titulada "Reflectors with spatially varying reflectance/absorption gradients for color and luminance compensation".

Una arquitectura física a modo de ejemplo

La figura 1 muestra una posible realización de un sistema de visualización proyector de imágenes adecuado. En esta realización, el sistema de visualización proyector está construido como un sistema de visualización proyector 100 de modulador doble/multimodulador, que puede ser suficiente para los propósitos de la presente solicitud. El sistema proyector 100 emplea una fuente de luz 102 que suministra al sistema proyector la iluminación deseada de modo que una imagen proyectada final sea suficientemente brillante para los observadores previstos de la imagen proyectada. La fuente de luz 102 puede comprender cualquier fuente de luz adecuada posible, incluyendo, pero sin limitarse a: lámpara de xenón, láser(es), fuente de luz coherente, fuentes de luz parcialmente coherente. Como la fuente de luz es un gran consumo de potencia y/o energía para todo el sistema proyector, puede ser deseable usar y/o reutilizar la luz de manera ventajosa, para conservar la potencia y/o energía durante el curso de su funcionamiento.

La luz 104 puede iluminar un primer modulador 106 que, a su vez, puede iluminar un segundo modulador 110, a través de un conjunto de componentes ópticos 108 opcionales. La luz del segundo modulador 110 puede proyectarse mediante una lente de proyección 112 (u otros componentes ópticos adecuados) para formar una imagen proyectada final sobre una pantalla 114. Los moduladores primero y segundo pueden ser controlados por un controlador 116, que puede recibir imágenes de entrada y/o datos de vídeo. El controlador 116 puede realizar ciertos algoritmos de procesamiento de imágenes, algoritmos de mapeo de gamas u otro procesamiento adecuado sobre los datos de imagen/vídeo de entrada y las señales de control/datos de salida a los moduladores primero y segundo para lograr una imagen proyectada final 114 deseada. Además, en algunos sistemas proyectores, puede ser posible, dependiendo de la fuente de luz, modular la fuente de luz 102 (no se muestra la línea de control) para lograr un control adicional de la calidad de imagen de la imagen proyectada final.

El módulo de reciclado de luz 103 se representa en la figura 1 como un recuadro de puntos que puede estar colocado en la trayectoria de la luz desde la fuente de luz 102 hasta el primer modulador 106, como se describirá a continuación. Aunque la presente descripción se dará en el contexto de este posicionamiento, se apreciará que el reciclado de luz se puede insertar en el sistema proyector en varios puntos de dicho sistema proyector. Por ejemplo, se puede colocar el reciclado de luz entre el primer y segundo moduladores. Además, el reciclado de luz se puede colocar en más de un punto en la trayectoria óptica del sistema de visualización. Si bien tales realizaciones pueden ser más caras debido a un aumento en el número de componentes, ese aumento puede compensarse con los ahorros del coste de energía como resultado de múltiples puntos de reciclado de luz.

Si bien la realización de la figura 1 se presenta en el contexto de un sistema de proyección de modulación doble, multimodulación, debe apreciarse que las técnicas y métodos de la presente solicitud encontrarán aplicación en sistemas de visualización de modulación simple u otros sistemas de visualización de modulación doble, multimodulación. Por ejemplo, un sistema de visualización de modulación doble que comprende una retroiluminación, un primer modulador (p. ej., LCD o similar) y un segundo modulador (por ejemplo, LCD o similar) puede emplear componentes ópticos de borrosidad adecuados y métodos y técnicas de procesamiento de imágenes para afectar al comportamiento y los rendimientos descritos en este documento en el contexto de los sistemas de proyección.

También debe apreciarse que, aunque la figura 1 representa un sistema de visualización de modulador de dos etapas o doble; los métodos y técnicas de la presente solicitud también pueden encontrar aplicación en un sistema de visualización con un solo modulador o un sistema de visualización con tres o más moduladores (multimodulador). El alcance de la presente solicitud abarca estas diversas realizaciones alternativas.

Una realización de reciclado de luz

La figura 2 representa una realización de un sistema proyector, que puede ser adecuado para los propósitos de la presente solicitud. Un subsistema/módulo de conducto de luz (p. ej., que comprende uno o más componentes del 201 al 216) puede estar colocado en el sistema proyector principalmente entre la fuente de luz 102 y un primer modulador 221. La luz de la fuente de luz 102 se puede introducir en la trayectoria óptica a través de una barra/tubo/caja de integración 202. En una realización, la barra/tubo/caja de integración 202 puede comprender una superficie sustancialmente reflejada en su interior, de modo que la luz que incide en su superficie puede reflejarse (p. ej., posiblemente varias veces) hasta que la luz sale de su extremo derecho 203. Una vez que la luz sale de la barra/tubo/caja de integración, la luz puede colocarse en una trayectoria óptica que está definida por un conjunto de elementos ópticos, p. ej., lentes 204, 214 y 216 y un conjunto de filtros y/o polarizadores 206, 208, 210 y 212. Esta realización también se puede construir para realizar el reciclado de luz, si se desea para el diseño de este sistema proyector.

El primer modulador 221 puede comprender varios prismas 218a, 218b y un reflector 220. El reflector 220 puede comprender una matriz de Dispositivo de microespejos digitales (DMD) de reflectores o una matriz de Sistema microelectromecánico (MEMS), o cualquier otro conjunto adecuado de reflectores posibles que puedan reflejar la luz en al menos dos o más trayectorias. Una de tales trayectorias se representa en la figura 2. Como puede verse, los reflectores 220 dirigen la luz sobre la interfaz de los prismas 218a y 218b, de modo que la luz pueda reflejarse de ese modo en el conjunto de lentes 222 y, luego, en el segundo modulador 229 (p. ej., que comprende el conjunto de lentes 224, los prismas 226 y 230 y el reflector 228). Esta luz se puede emplear para formar la imagen finalmente proyectada a fin de que la vea una audiencia.

Sin embargo, en cierto momento durante la renderización de la imagen proyectada final, puede que no se necesite toda la potencia/energía de la fuente de luz 102. Si no es posible modular la potencia de la fuente de luz 102, se puede desear entonces reciclar la luz de la fuente de luz 102. Además, se puede desear aumentar el brillo de los "elementos resaltados" en una imagen, y la luz reciclada en el sistema proyector puede proporcionar potencia adicional. En tal caso, y como puede verse en la figura 2, puede ser posible alinear el reflector 220 desde su posición actual como se muestra (es decir, donde la luz se dirige para viajar por la trayectoria hacia el segundo modulador, hasta la posición en cambio donde la luz se reflejaría sustancialmente de regreso a la barra /tubo/caja de integración 202, sustancialmente a lo largo de la misma trayectoria que se describe como viajando de derecha a izquierda.

En otra realización, una tercera trayectoria opcional (no mostrada) permite que los reflectores dirijan la luz desde la fuente de luz hasta un "elemento de vaciado" de luz, es decir, una parte del sistema proyector donde se absorbe la luz. En este caso, la luz se desperdicia como calor que se disipa del sistema proyector. Por lo tanto, el sistema proyector puede tener múltiples grados de libertad cuando se trata de dirigir la luz como se desee.

La figura 3 es otra realización más de una parte de un sistema proyector 300, que puede servir para transmitir luz desde al menos un láser y/o una fuente de luz de color parcialmente coherente y unas aberturas (p. ej., a través de un lanzador de fibra 302, un colimador 304, un difusor 306). La luz de tal fuente puede transmitirse a través de un primer subsistema óptico/relé difusor 308 para acondicionar la luz a introducir en la varilla de integración 312, que puede comprender el extremo proximal reflectante 310 (p. ej., un espejo de reciclado). Un segundo subsistema óptico/relé de reciclado 314 puede acondicionar además la luz, según se desee, antes de introducirla en un primer modulador 316. Como en la figura 2 anterior, este primer tramo del sistema 300 puede afectar a un modo de reciclado de luz, como se describió.

Después de la primera modulación, la luz puede transmitirse a través de un tercer subsistema óptico/relé de Función de dispersión de punto (PSF) 318 antes de entrar en un segundo modulador 320, que modula la luz para su transmisión a través de un subsistema óptico proyector 322 para proyectar una imagen final para su visualización. Continuando con la referencia a la figura 3, se muestra un sistema óptico de relé 318 que se coloca entre un primer modulador 316 (p. ej., un premodulador) y un segundo modulador 320 (p. ej., un modulador primario/prisma de nueve piezas). Tal sistema óptico de retransmisión puede ser deseable tanto para reducir la cantidad de artefactos en el procesamiento de la imagen, como para aumentar el contraste de la imagen proyectada.

Como se describe en el este documento en el contexto de una realización, puede ser deseable que el primer modulador/premodulador produzca una imagen borrosa y/o desenfocada basada en los valores de datos de imagen, p. ej., tal como una imagen de semitonos. En muchas realizaciones, puede ser deseable tener un sistema óptico de retransmisión que tienda a producir una imagen uniformemente borrosa/desenfocada desde el premodulador hasta el modulador primario. Además, puede ser deseable tener una forma de punto desenfocada deseada para esta realización.

En muchas realizaciones, el sistema óptico de retransmisión puede comprender lentes u otros elementos ópticos que desplacen eficazmente el plano focal, corrijan cualquier coma y ajusten la dispersión (p. ej., creando un desenfoque/borrosidad y agregando una aberración esférica en una cantidad deseada).

Realización de prismas

Como se describió anteriormente, puede ser deseable mejorar el rendimiento de estos sistemas proyectores, tanto en términos de rendimiento energético como en términos de rentabilidad. Una de tales áreas para mejorar puede darse en el área del conjunto de prismas de entrada, p. ej., como se emplea junto con un Modulador de luz espacial (SLM), tal como una matriz DMD y/o MEMS, como se describe en este documento.

Las figuras 4A hasta 4C representan un conjunto de prismas convencional en vista frontal, vista desde arriba y vista lateral, respectivamente. En funcionamiento, las figuras 5A hasta 5D representan cómo el conjunto de prismas puede interactuar con un haz de luz de entrada, reflejar el haz de luz del DMD en las orientaciones de estado ENCENDIDO, estado APAGADO y estado PLANO de los reflectores DMD, respectivamente.

Como puede verse en las figuras 4A hasta 4C y las figuras 5A hasta 5D, un haz de luz de entrada 502 puede transmitirse a través del primer prisma 408 y Reflejarse de manera totalmente interna (TIR) en la interfaz con el segundo prisma 406, transmitido a través de los vidrios ópticos 404 y 400, que está dispuesto próximo a la matriz DMD 500 (representada como un haz de luz 504).

Como se representa en la figura 5B, cuando el reflector DMD se establece en el estado ENCENDIDO, el haz de luz reflejada 506 puede transmitirse de vuelta a través de los elementos ópticos 400, 404, 408 y 406, a fin de proporcionar luz para una modulación y/o proyección adicionales. La figura 5C representa el haz de luz 508, como puede reflejarse cuando el reflector DMD se establece en el estado APAGADO, p. ej., mediante el cual el haz de luz 508 puede dirigirse a un elemento de vaciado de luz (no mostrado), para ser absorbido y/o eliminado, a fin de no afectar al intervalo dinámico de la pantalla. La figura 5D representa un haz de luz 510 cuando los reflectores DMD están en una orientación de estado PLANO. Al igual que con la luz reflejada desde el DMD en el estado APAGADO, la luz reflejada durante el estado PLANO debería dirigirse de manera similar lejos de una trayectoria de luz aguas abajo operativa, que podría incluir una modulación y/o proyección adicionales.

Cuando la fuente de luz es de alta potencia, tal como luz blanca de alta potencia (p. ej., una lámpara de xenón o similar) o luz láser de color de alta potencia, entonces, el calor puede presentar efectos térmicos no deseados que pueden manifestarse en efectos de formación de imágenes no deseados y/o degradación de elementos mecánicos. Los efectos no deseables pueden incluir cambios en la forma y/o tamaño de la PSF y la deriva posicional de la imagen desde el premodulador hasta el modulador primario con el tiempo y el ciclado de calor.

Las figuras 6A hasta 6D muestran una realización de un conjunto de prismas fabricado según los principios de la presente solicitud, proporcionando una vista frontal, una vista desde arriba, una vista lateral y una vista desde abajo, respectivamente. Como puede verse, el presente conjunto de prismas comprende unos elementos ópticos 600, 602, 604, 606, 608, 610, 612, 614 y 616. En esta realización, los elementos ópticos pueden emplearse para funcionar en uno o más canales de color, realizando trayectorias de prisma de canal de color independientes para cada luz de color independiente que es recibida por el conjunto de prismas.

Por ejemplo, en el canal verde, como una de las trayectorias de prisma de canal de color independientes, el elemento óptico 602 es una cuña de vaciado verde, el elemento óptico 612 es una cuña verde y el elemento óptico 600 es una cuña de entrada verde. En el canal azul, el elemento óptico 608 es una cuña de entrada azul, el elemento óptico 610 es una cuña de vaciado azul y el elemento óptico 616 es una cuña azul. En el canal rojo, el elemento óptico 606 es una cuña de vaciado roja, el elemento óptico 614 es una cuña roja y el elemento óptico 604 es una cuña de entrada roja. Cabe señalar que cada canal de color tiene una serie de elementos ópticos desplegados para el procesamiento de la entrada de luz coloreada.

Se debe apreciar que, mientras una realización puede tomar una entrada independiente de luz de color (p. ej., de unos láseres, unos LED, unas fuentes de luz parcialmente coherente o similares), otras realizaciones pueden tomar una entrada de luz blanca (p. ej., de una lámpara de xenón o similar). En tales realizaciones, puede ser posible separar los diversos componentes de color de la luz blanca antes del conjunto de prismas (p. ej., con otro conjunto de prismas inicial o similar) y procesar luego los componentes de color independientes con el conjunto de prismas, como se hizo según los principios de la presente solicitud.

En funcionamiento, las figuras 7A hasta 7D representan la manera en la que los haces de luz de entrada serían procesados por el conjunto de prismas de la presente solicitud. La figura 7A representa la situación en la que un haz de luz verde (p. ej., de luz blanca, luz láser verde y/o luz verde parcialmente coherente) se introduce en el sistema (como un haz 702). El haz 702 se refleja en la superficie de la cuña 600, como se muestra, y se transmite al reflector DMD 700 (como un haz 704).

La figura 7B representa el haz reflejado 708 cuando el reflector DMD se establece en el estado ENCENDIDO. El haz 708 se transmite a través de la cuña verde 612 para una modulación y/o proyección adicionales. La figura 7C representa el haz reflejado 708 cuando el reflector DMD se establece en el estado APAGADO. El haz 708 se transmite a través de la cuña de vaciado verde 602, para evitar una modulación y/o proyección adicionales. La figura 7D representa el haz reflejado 708 cuando el reflector DMD se establece en el estado PLANO. El haz 708 se transmite nuevamente a través de la cuña de vaciado verde 602, para evitar nuevamente una modulación y/o proyección adicionales.

Perfil térmico mejorado

Como se mencionó anteriormente, los sistemas proyectores actuales están iluminados con fuentes de luz de mayor potencia. Dichas fuentes de luz pueden incluir lámparas blancas de xenón, láseres de colores de alta potencia y/o fuentes de luz parcialmente coherente de alta potencia. El comportamiento de tales diseños de prisma de la técnica anterior puede no ser deseable por muchas razones en un sistema de visualización proyector de imágenes de alta potencia. Meramente como un ejemplo, la figura 8 representa la carga térmica del prisma convencional (p. ej., un prisma igual o similar al mostrado en las figuras 4A hasta 4C).

Como puede verse, las cargas térmicas en la leyenda van de menor a mayor como: 1x (802), 2x (804), 3x (806), 4x (808) y 6x (810). Como puede verse, el prisma de la técnica anterior, bajo iluminación completa, pretende tener muchas zonas de alta carga térmica, como se indica.

Por el contrario, la figura 9 representa la carga térmica de la disposición del prisma de 9 piezas de las figuras 6A hasta 6D, y de otras realizaciones, hechas según los principios de la presente solicitud. En esta realización, como el conjunto de prismas puede introducir unos canales de color discretos e independientes de iluminación, se puede ver que la carga térmica de este conjunto de prismas está mejor distribuida.

Realizaciones alternativas

Como se describe en este documento, varias realizaciones alternativas pueden incluir:

(1) Revestimientos dicroicos significativamente simplificados

(2) Un sola pasada con un solo ángulo nominal, a diferencia de los prismas de 3 chips actuales. (Por ejemplo, puede que no atraviese el prisma de color al entrar con un ángulo diferente a través de las cuñas/revestimientos).

(3) f/4,5 tiene una extensión angular significativamente más pequeña

(4) Margen de absorción térmica 2-3x en cada elemento

(5) Contraste nativamente más alto debido a una dispersión reducida

(6) Reducción/eliminación de la retrodispersión de la trayectoria de iluminación. (Por ejemplo, debido a una pasada menos a través de los dicroicos y algunos de los revestimientos AR).

(7) Reducción/eliminación de la dispersión hacia delante de la trayectoria de luz en estado apagado en el prisma de color. (Por ejemplo, debido a una pasada menos a través de los dicroicos y algunos de los revestimientos AR).

(8) Prisma de color más corto para reducir costes

(9) Eliminar las pérdidas de combinación/separación de colores para una fuente láser en el diseño actual de prisma doble de 6 piezas

(10) Vaciado de luz discreto para cada color para una mayor potencia y/o mejor gestión térmica

En muchas realizaciones, los siguientes intervalos de f/# pueden ser suficientes: de f/2 a f/3 para la iluminación sin láser y de f/4 a f/8 para la iluminación con láser. Para algunas realizaciones preferidas, el intervalo puede ser de f/2,4 a f/3 para la iluminación sin láser y de f/4 a f/5 para la iluminación con láser. Los ejemplos específicos pueden incluir f/2,4 para xenón típico y f/4,5 para láser típico.

La optimización del revestimiento se puede realizar en revestimientos Antirreflectantes (AR) y revestimientos dicroicos que combinan la luz. Los revestimientos AR en los tramos de entrada se pueden optimizar por color (p. ej., ya que cada tramo puede ver un solo color) y ángulo (suponiendo que se usa un relé PSF de f/# más alto). Esta optimización puede dar como resultado una mejor transmisión (~0,2% por superficie, con 7 superficies en cada trayectoria discreta). En algunos casos, el ángulo se refiere al 'ángulo de incidencia', donde, en algunos casos, para ángulos más bajos, puede ser más fácil obtener mejores transmisiones de revestimiento. Los revestimientos dicroicos se pueden optimizar para luz de banda estrecha (suponiendo que no sea una fuente de lámpara) que puede tener una reflectancia y una transmisión mejoradas en comparación con los revestimientos de banda más ancha, y también optimizar para ángulos más estrechos (variará dependiendo de las opciones de longitud de onda de banda estrecha). En algunas realizaciones, se pueden aplicar revestimientos en varias interfaces en el conjunto de prismas. Por ejemplo, en la figura 6D, se puede aplicar un revestimiento dicroico reflector del rojo/transmisor del verde en la interfaz entre 612 y 614. Se puede aplicar un revestimiento dicroico reflector del azul / transmisor del verde y el rojo en la interfaz entre 614 y 616. Como la luz de entrada no atraviesa los revestimientos en su totalidad, tiende a evitar la oportunidad de dispersarse o reflejarse parcialmente.

Las mejoras en los revestimientos dicroicos también pueden ser útiles para la relación de contraste, ya que el control de la luz puede ser deseable en ese caso y cualquier reflejo no intencionado puede reducir el contraste. En otras realizaciones, este diseño también se puede aplicar a un proyector DLP de un solo chip con funcionamiento secuencial monocromático o de color.

Se ha proporcionado en este caso una descripción detallada de una o más realizaciones de la invención, leídas junto con las figuras adjuntas, que ilustran los principios de la invención. Debe apreciarse que la invención se describe en relación con tales realizaciones, pero dicha invención no se limita a ninguna realización. El alcance de la invención está limitado únicamente por las reivindicaciones. Se han establecido numerosos detalles específicos en esta descripción para proporcionar una comprensión completa de la invención. Estos detalles se proporcionan a modo de ejemplo y la invención se puede poner en práctica según las reivindicaciones, sin algunos o todos estos detalles específicos. Con el fin de clarificar, el material técnico que se conoce en los campos técnicos relacionados con la invención no se ha descrito con detalle para que dicha invención no se haga confusa innecesariamente.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un conjunto de prismas para un sistema de visualización proyector de imágenes (100), comprendiendo el sistema de visualización una fuente de luz y estando configurado para suministrar una pluralidad de entradas de luz de color discretas al conjunto de prismas, que comprende:

para cada entrada de luz de color discreta, una trayectoria independiente de prisma de canal de color, en el que cada trayectoria independiente de prisma de canal de color comprende:

un elemento en cuña de entrada (600, 604, 608),

un segundo elemento en cuña (612, 614, 616) para una modulación y/o proyección adicionales de dicha entrada de luz de color discreta;

un elemento en cuña de vaciado (602, 606, 610) para evitar una modulación y/o proyección adicionales de dicha entrada de luz de color discreta; y

un reflector de Dispositivo de microespejos digitales, DMD, teniendo el reflector DMD un estado ENCENDIDO y un estado APAGADO,

en el que el elemento en cuña de entrada está configurado para reflejar una entrada de luz de color discreta asociada con el elemento en cuña de entrada y transmitir la entrada de luz de color discreta al reflector DMD asociado con la entrada de luz de color discreta, en el que el reflector DMD en el estado ENCENDIDO está configurado para transmitir la entrada de luz de color discreta a través del segundo elemento en cuña asociado con la entrada de luz de color discreta, y en el que el reflector DMD en el estado APAGADO está configurado para transmitir la entrada de luz de color discreta a través del elemento en cuña de vaciado que está asociado con la entrada de luz de color discreta.

2. El conjunto de prismas de la reivindicación 1, en el que además el conjunto de prismas recibe una entrada de luz de color independiente desde una pluralidad de entradas de luz de color independientes.

3. El conjunto de prismas de la reivindicación 2, en el que la pluralidad de entradas de luz de color independientes comprende una de un grupo, comprendiendo dicho grupo: láseres, LED y fuentes de luz parcialmente coherente.

4. El conjunto de prismas de la reivindicación 2, en el que la pluralidad de entradas de luz de color independientes comprende una entrada de luz blanca y un conjunto de prismas inicial para separar la luz blanca de la pluralidad de entradas de luz de color independientes.

5. El conjunto de prismas de la reivindicación 1, en el que dichas trayectorias de prisma de canal de color independientes comprenden un revestimiento Antirreflectante (AR) independiente aplicado a cada trayectoria independiente de prisma de canal de color.

6. El conjunto de prismas de la reivindicación 2, en el que el revestimiento AR está optimizado para cada luz de color independiente para cada trayectoria independiente de prisma de canal de color,

en el que, opcionalmente, el revestimiento AR está optimizado para una gama de ángulos que la luz de color independiente forma con cada trayectoria independiente de prisma de canal de color.

7. El conjunto de prismas de la reivindicación 1, en el que cada trayectoria independiente de prisma de canal de color recibe luz de color independiente con un ángulo nominal.

8. El conjunto de prismas de la reivindicación 1, en el que cada trayectoria independiente de prisma de canal de color comprende un f/# de sustancialmente f/4,5.

9. El conjunto de prismas de la reivindicación 1, en el que cada trayectoria independiente de prisma de canal de color comprende sustancialmente una gama de márgenes de absorción térmica de 2 a 3 en cada elemento en la trayectoria independiente de prisma de canal de color en comparación con un conjunto de prismas configurado para recibir una iluminación de espectro completo desde el sistema de visualización.

10. El conjunto de prismas de la reivindicación 1, en el que cada trayectoria independiente de prisma de canal de color tiene una retrodispersión reducida en comparación con un conjunto de prismas configurado para recibir una iluminación de espectro completo desde el sistema de visualización.

11. El conjunto de prismas de la reivindicación 1, en el que cada trayectoria independiente de prisma de canal de color tiene una dispersión hacia delante reducida en comparación con un conjunto de prismas configurado para recibir una iluminación de espectro completo desde el sistema de visualización.