ES2963667T3 - Sistema y método de proyección con iluminación de ángulo ajustable usando descentrado de lente - Google Patents
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Abstract
Un sistema de proyección y un método de calibración para el mismo se relacionan con una fuente de luz configurada para emitir una luz en respuesta a datos de una imagen, un sistema óptico de iluminación configurado para dirigir la luz, el sistema óptico de iluminación que incluye un primer grupo de lentes y un segundo grupo de lentes, un dispositivo de microespejos digitales (DMD) que incluye una pluralidad de microespejos configurados respectivamente para reflejar la luz dirigida a una ubicación predeterminada como luz en estado encendido o para reflejar la luz dirigida como luz apagada a un depósito de luz; determinar una desviación entre un ángulo de orientación real y un ángulo de orientación esperado de un microespejo respectivo de la pluralidad de microespejos; calcular una primera cantidad de ajuste lateral correspondiente al primer grupo de lentes y una segunda cantidad de ajuste lateral correspondiente al segundo grupo de lentes, y accionar el primer y segundo grupo de lentes de acuerdo con la primera y segunda cantidad correspondientes. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Sistema y método de proyección con iluminación de ángulo ajustable usando descentrado de lente
Referencia cruzada a solicitudes relacionadas
Esta solicitud reivindica prioridad de la solicitud provisional de EE.UU. n° 63/104845 presentada el 23 de octubre de 2020.
Antecedentes
1. Campo de la divulgación
Esta solicitud se refiere generalmente a sistemas de proyección y métodos para accionar un sistema de proyección.
2. Descripción de técnica relacionada
Los sistemas de proyección digital utilizan típicamente una fuente de luz y un sistema óptico para proyectar una imagen sobre una superficie o pantalla. El sistema óptico incluye componentes tales como espejos, lentes, guías de onda, fibras ópticas, divisores de haz, difusores, moduladores de luz espaciales (SLM, por sus siglas en inglés “Spatial Light Modulators”), y similares. El contraste de un proyector indica la salida más brillante del proyector con relación a la salida más oscura del proyector. La relación de contraste es una medida cuantificable de contraste, definida como la relación de la luminancia de la salida más brillante del proyector sobre la luminancia de la salida más oscura del proyector. Esta definición de relación de contraste también se denomina relación de contraste “estática” o “nativa”.
Algunos sistemas de proyección se basan en SLM que implementan una modulación espacial de la amplitud. En tal sistema, la fuente de luz puede proporcionar un campo de luz que materializa el nivel más brillante que se puede reproducir en la imagen, y la luz se atenúa o se descarta con el fin de crear los niveles de escena deseados. Algunos ejemplos de contraste alto de sistemas de proyección basados en esta arquitectura usan un sistema de iluminación semi-colimado y un tope de apertura pequeño en la óptica de proyección para mejorar el contraste. En tales arquitecturas, el ángulo de iluminación en el SLM tiene un efecto sustancial en la imagen proyectada, incluyendo pero no limitándose a efectos en la relación de contraste y la claridad de la imagen proyectada.
El documento WO2019/119099 A1 describe un sistema para entregar luz desde una fuente de luz a un dispositivo digital de microespejo. El sistema incluye uno o más grupos de lentes. Al menos una lente del sistema está desplazada lateralmente, de manera que su eje óptico no está centrado sobre el rayo principal del sistema.Breve sumario de la divulgación
Diversos aspectos de la presente divulgación se refieren a dispositivos, sistemas y métodos para mostrar en proyección una arquitectura de proyección de alto contraste.
En un aspecto de la presente divulgación, se proporciona un sistema de proyección que comprende una fuente de luz configurada para emitir una luz en respuesta a unos datos de imagen; un sistema óptico de iluminación configurado para direccionar la luz, incluyendo el sistema óptico de iluminación un primer grupo de lentes y un segundo grupo de lentes; un dispositivo digital de microespejo que incluye una pluralidad de microespejos, en el que un respectivo microespejo está configurado para reflectar la luz direccionada hacia una ubicación predeterminada como luz de estado encendido en un caso en el que el respectivo microespejo está en una posición encendida y para reflectar la luz direccionada hacia un disipador de luz como luz de estado apagado en un caso en el que el respectivo microespejo está en una posición apagada; y un controlador configurado para: determinar una desviación entre un ángulo real de orientación de un respectivo microespejo de la pluralidad de microespejos del dispositivo digital de microespejo y un ángulo esperado de orientación del respectivo microespejo de la pluralidad de microespejos del dispositivo digital de microespejo, calcular una primera cantidad de ajuste lateral correspondiente al primer grupo de lentes y una segunda cantidad de ajuste lateral correspondiente al segundo grupo de lentes y actuar el primer grupo de lentes en una primera dirección de acuerdo con la primera cantidad y el segundo grupo de lentes en una segunda dirección de acuerdo con la segunda cantidad, para mantener mediante ello una posición de la luz direccionada sobre el dispositivo digital de microespejo.
En otro aspecto de la presente divulgación, se proporciona un método para calibrar un sistema de proyección que incluye una fuente de luz configurada para emitir una luz en respuesta a unos datos de imagen, un sistema óptico de iluminación configurado para direccionar la luz, incluyendo el sistema óptico de iluminación un primer grupo de lentes y un segundo grupo de lentes, y un dispositivo digital de microespejo que incluye una pluralidad de microespejos configurados respectivamente para reflectar la luz direccionada hacia una ubicación predeterminada como luz de estado encendido en un caso en el que el respectivo microespejo está en una posición encendida y para reflectar la luz direccionada hacia un disipador de luz como luz de estado apagado en un caso en el que el respectivo microespejo está en una posición apagada, comprendiendo el método: determinar una desviación entre un ángulo real de orientación de un respectivo microespejo de la pluralidad de microespejos del dispositivo digital de microespejo y un ángulo esperado de orientación del respectivo microespejo de la pluralidad de microespejos del dispositivo digital de microespejo, calcular una primera cantidad de ajuste lateral correspondiente al primer grupo de lentes y una segunda cantidad de ajuste lateral correspondiente al segundo grupo de lentes, y actuar el primer grupo de lentes en una primera dirección de acuerdo con la primera cantidad y el segundo grupo de lentes en una segunda dirección de acuerdo con la segunda cantidad, para mantener mediante ello una posición de la luz direccionada sobre el dispositivo digital de microespejo.
En otro aspecto de la presente divulgación, se proporciona un medio no transitorio legible por ordenador que almacena instrucciones que, cuando se ejecutan por un procesador de un dispositivo de proyección que incluye una fuente de luz configurada para emitir una luz en respuesta a unos datos de imagen, un sistema óptico de iluminación configurado para direccionar la luz, incluyendo el sistema óptico de iluminación un primer grupo de lentes y un segundo grupo de lentes, y un dispositivo digital de microespejo que incluye una pluralidad de microespejos configurados respectivamente para reflectar la luz direccionada hacia una ubicación predeterminada como luz de estado encendido en un caso en el que el respectivo microespejo está en una posición encendida y para reflectar la luz direccionada hacia un disipador de luz como luz de estado apagado en un caso en el que el respectivo microespejo está en una posición apagada, hacen que el dispositivo de proyección realice operaciones que comprenden determinar una desviación entre un ángulo real de orientación de un respectivo microespejo de la pluralidad de microespejos del dispositivo digital de microespejo y un ángulo esperado de orientación del respectivo microespejo de la pluralidad de microespejos del dispositivo digital de microespejo, calcular una primera cantidad de ajuste lateral correspondiente al primer grupo de lentes y una segunda cantidad de ajuste lateral correspondiente al segundo grupo de lentes, y actuar el primer grupo de lentes en una primera dirección de acuerdo con la primera cantidad y el segundo grupo de lentes en una segunda dirección de acuerdo con la segunda cantidad, para mantener mediante ello una posición de la luz direccionada sobre el dispositivo digital de microespejo.
De esta manera, diversos aspectos de la presente divulgación estipulan la visualización de imágenes que tienen un alto rango dinámico y alta resolución, y efectúan mejoras en al menos los campos técnicos de la proyección de imagen, la holografía, el procesamiento de señales, y similares.
Descripción de los dibujos
Estas y otras características más detalladas y específicas de diversas realizaciones se divulgan de manera más completa en la siguiente descripción, haciéndose referencia a los dibujos que se acompañan, en los que:
la figura 1 ilustra un diagrama de bloques de un sistema de proyección de ejemplo de acuerdo con diversos aspectos de la presente divulgación;
las figuras 2A-2B ilustran vistas de un modulador espacial de luz de ejemplo para uso con diversos aspectos de la presente divulgación;
las figuras 3A-3B ilustran estados ópticos de ejemplo en un sistema de proyección de ejemplo de acuerdo con diversos aspectos de la presente divulgación;
la figura 4 ilustra un método de ajuste de ejemplo en el sistema óptico de ejemplo de las figuras 3A-3B;
la figura 5 ilustra un sistema de calibración de ejemplo de acuerdo con diversos aspectos de la presente divulgación; y
la figura 6 ilustra un método de calibración de ejemplo del sistema de calibración de ejemplo de la figura 5.Descripción detallada
Esta divulgación y aspectos de ella se pueden materializar de diversas formas, incluyendo hardware, dispositivos, o circuitos controlados por métodos implementados por ordenador, productos de programa de ordenador, sistemas de ordenador y redes, interfaces de usuario, e interfaces de programación de aplicación; así como métodos implementados por hardware, circuitos de procesamiento de señal, matrices de memoria, circuitos integrados específicos de aplicación (ASIC, por sus siglas en inglés “Application Specific Integrated Circuit”), matrices de puertas programables de campo (FPGA, por sus siglas en inglés “Field Programmable Gate Arrays”), y similares. El sumario que antecede está destinado únicamente a dar una idea general de diversos aspectos de la presente divulgación, y no limita el alcance de la divulgación de ninguna manera.
En la siguiente descripción se exponen numerosos detalles, tales como configuraciones de dispositivo óptico, temporizaciones, operaciones, y similares, con el fin de proporcionar una comprensión de uno o más aspectos de la presente divulgación. Será claramente evidente para un experto en la técnica que estos detalles específicos son simplemente de ejemplo y no están destinados a limitar el alcance de esta solicitud.
Además, aunque la presente divulgación se centra principalmente en ejemplos en los que los diversos circuitos se usan en sistemas digitales de proyección, se entenderá que esto es simplemente un ejemplo de una implementación. Se entenderá además que los sistemas y métodos divulgados se pueden usar en cualquier dispositivo en el que haya necesidad de proyectar luz; por ejemplo, sistemas de proyección de cine, de consumidor u otros comerciales, visualizadores de cabeza levantada, visualizadores de realidad virtual, y similares.
Sistemas de proyector
La óptica de un sistema de proyección basado en SLM se puede clasificar de manera laxa en dos partes: la óptica ubicada en el lado de iluminación (es decir, ópticamente aguas arriba del SLM) y la óptica ubicada en el lado de proyección (es decir, ópticamente aguas abajo del SLM). El propio SLM incluye una pluralidad de elementos de modulación dispuestos en, por ejemplo, una matriz bidimensional. Elementos de modulación individuales reciben luz desde la óptica de iluminación y transportan luz a la óptica de proyección. En algunos ejemplos, el SLM se puede implementar como un dispositivo digital de microespejo (DMD, por sus siglas en inglés “Digital Micromirror Device”); esto se discutirá en más detalle más adelante. Generalmente, sin embargo, un DMD incluye una matriz bidimensional de elementos reflectantes (microespejos o simplemente “espejos”) que reflectan selectivamente luz hacia la óptica de proyección o descartan luz en base a la posición de los elementos reflectantes individuales.
Como se indicó anteriormente, un sistema de proyección de contraste alto que usa un sistema de iluminación semicolimado y un tope de apertura pequeño en la óptica de proyeccion puede verse enormemente afectado por diferencias en el ángulo de incidencia de la luz sobre el DMD. Para impedir la degradación en la imagen proyectada, un sistema de proyección puede mantener la posición y el foco de una salida de la óptica de iluminación (por ejemplo, luz arrojada desde una varilla de integración u otro dispositivo de corrección de uniformidad y reflectada subsiguientemente por uno o más elementos reflectantes) sobre el DMD, mientras mantiene al mismo tiempo el haz reflectado centrado en el tope de apertura de la óptica de proyección (por ejemplo, una apertura de filtro). Sin embargo, la posición exacta de los ángulos primero y segundo de los espejos de DMD puede estar sometida a tolerancias de fabricación u otras, de tal manera que los ángulos reales primero y segundo pueden variar en cierta medida. Con el fin de compensar diferencias en ángulo de espejo de DMD entre diferentes DMD físicos y garantizar que el haz está centrado apropiadamente, uno puede controlar el ángulo de luz que sale (por ejemplo, que se reflecta) del DMD. Tal control debe ser robusto ante variaciones en los ángulos primero y segundo de los espejos de DMD. La robustez frente a variaciones de ángulo se puede proporcionar implementando un ajuste del ángulo de incidencia del haz sobre el DMD de manera que, cuando es reflectado por los espejos los espejos de DMD, el haz de salida está siempre al (o sustancialmente al) ángulo de salida diseñado nominal para la apertura. Además, debido a que cada canal de color en sistemas de proyección a color puede tener un requisito diferente de ángulo, es deseable proporcionar un ajuste para cada color.
La arquitectura de tales sistemas de proyección de contraste alto puede proporcionar limitaciones particulares además del ajuste y mantenimiento del ángulo de iluminación apropiado. Por ejemplo, los sistemas de proyección pueden utilizar un prisma en el que los tres colores se combinan y/o un espejo plegable antes del prisma para reducir la huella de tamaño de la óptica y el propio proyector. Además, como se indicó anteriormente, la imagen de la varilla de integración debe estar centrada sobre el DMD. En el presente documento, se describen ejemplos de sistemas de proyección que son capaces de ajustar el ángulo de entrada al DMD sin cambiar el foco o la posición de la imagen de la varilla de integración (u otro dispositivo de corrección de uniformidad) en el DMD.
La figura 1 ilustra un sistema de proyección 100 de contraste alto de ejemplo de acuerdo con diversos aspectos de la presente divulgación. En particular, la figura 1 ilustra un sistema de proyección 100 que incluye una fuente de luz 101 configurada para emitir una primera luz 102; óptica de iluminación 103 (un ejemplo de un sistema óptico de iluminación según la presente divulgación) configurada para recibir la primera luz 102 y redirigirla o modificarla de otra manera, para generar mediante ello una segunda luz 104; un DMD 105 configurado para recibir la segunda luz 104 y redirigirla y/o modularla selectivamente como una tercera luz 106; primera óptica de proyección 107 configurada para recibir la tercera luz 106 y proyectarla como una cuarta luz 108; un filtro 109 configurado para filtrar la cuarta luz 108, para generar mediante ello una quinta luz 110; y segunda óptica de proyección 111 configurada para recibir la quinta luz 110 y proyectarla como una sexta luz 112 sobre una pantalla 113.
En implementaciones prácticas, el sistema de proyección 100 puede incluir menos componentes ópticos o puede incluir componentes ópticos adicionales tales como espejos, lentes, guías de onda, fibras ópticas, divisores de haz, difusores, y similares. Con la excepción de la pantalla 113, los componentes ilustrados en la figura 1 pueden, en una implementación, estar integrados en un alojamiento para proporcionar un dispositivo de proyección. En otras implementaciones, el sistema de proyección 100 puede incluir múltiples alojamientos. Por ejemplo, la fuente de luz 101, la óptica de iluminación 103 y el DMD 105 se pueden proporcionar en un primer alojamiento, y la primera óptica de proyección 107, el filtro a 109 y la segunda óptica de proyección 111 se pueden proporcionar en un segundo alojamiento que puede estar conjugado con el primer alojamiento. En algunas implementaciones adicionales, uno o más de los alojamientos mismos pueden incluir submontajes. El uno o más alojamientos de tal dispositivo de proyección puede incluir componentes adicionales tales como una memoria, puertos de entrada/salida, circuitería de comunicación, un suministro de potencia, y similares.
La fuente de luz 101 puede ser, por ejemplo, una fuente de luz láser, un LED, y similares. Generalmente, la fuente de luz 101 es cualquier emisor de luz que emite luz. En algunas implementaciones, la luz es luz coherente. En algunos aspectos de la presente divulgación, la fuente de luz 101 puede comprender múltiples emisores de luz individuales, que corresponden cada uno a una diferente longitud de onda o banda de longitud de onda. La fuente de luz 101 emite luz en respuesta a una señal de imagen proporcionada por el controlador 114; por ejemplo, uno o más procesadores tales como una unidad central de procesamiento (CPU, por sus siglas en inglés “Central Processing Unit”) del sistema de proyección 100. La señal de imagen incluye datos de imagen que corresponden a una pluralidad de fotogramas que han de ser visualizados sucesivamente. Elementos individuales en el sistema de proyección 100, incluyendo la óptica de iluminación 103 y/o el DMD 105, pueden ser controlados por el controlador 114. La señal de imagen se puede originar desde una fuente externa de una manera en cascada o con base en la nube, se puede originar desde una memoria interna del sistema de proyección 100 tal como un disco duro, se puede originar desde un medio desmontable que está conectado operativamente al sistema de proyección 100, o combinaciones de ellos.
Aunque en la figura 1 ilustra una trayectoria óptica generalmente lineal, en la práctica la trayectoria óptica es generalmente más compleja. Por ejemplo, en el sistema de proyección 100, la segunda luz 104 procedente de la óptica de iluminación 103 está direccionada hacia el chip de DMD 105 (o chips) a un ángulo oblicuo.
Para ilustrar los efectos del ángulo de incidencia y los espejos de DMD, las figuras 2A-2B muestran un DMD 200 de ejemplo según diversos aspectos de la presente divulgación. La figura 2A ilustra una vista en planta del DMD 200, y la figura 2B ilustra una vista parcial en corte transversal del DMD 200. El DMD 200 incluye una pluralidad de microespejos cuadrados 202 dispuestos en una matriz rectangular bidimensional sobre un sustrato 204. En algunos ejemplos, el DMD 200 puede ser un procesador digital de luz (DLP, por sus siglas en inglés "Digital Light Processor”) procedente de Texas Instruments. Cada microespejo 202 puede corresponder a un píxel de la imagen de proyección final, y puede estar configurado para inclinarse alrededor de un eje de rotación 208, mostrado para un subconjunto particular de los microespejos 202, mediante actuación electrostática u otra. Los microespejos individuales 202 tienen una anchura 212 y están dispuestos con huecos de anchura 210 entre ellos. Los microespejos 202 pueden estar formados de o recubiertos con cualquier material altamente reflectante, tal como aluminio o plata, para reflectar especularmente mediante ello la luz. Los huecos entre los microespejos 202 pueden ser absorbentes, de tal manera que la luz de entrada que entra en un hueco es absorbida por el sustrato 204.
Aunque la figura 2A muestra expresamente solo algunos microespejos 202 representativos, en la práctica el DMD 200 puede incluir muchos más microespejos individuales en un número igual a una resolución del sistema de proyección 100. En algunos ejemplos, la resolución puede ser 2K (2048x1080), 4K (4096x2160), 1080p (1920x1080), 4K de consumidor (3840x2160), y similares. Además, en algunos ejemplos los microespejos 202 pueden ser rectangulares y estar dispuestos en la matriz rectangular, hexagonales y dispuestos en una matriz hexagonal, y similares. Además, aunque la figura 2A ilustra el eje de rotación 208 extendiéndose en una dirección oblicua, en algunas implementaciones el eje de rotación 208 se puede extender vertical u horizontalmente.
Como se puede ver en la figura 2B, cada microespejo 202 puede estar conectado al sustrato 204 mediante una horquilla 214, que está conectada giratoriamente al microespejo 202. El sustrato 204 incluye una pluralidad de electrodos 216. Aunque en la vista en corte transversal de la figura 2B están visibles solo dos electrodos 216 por microespejo, cada microespejo 202 puede incluir en la práctica electrodos adicionales. Aunque no se ilustra particularmente en la figura 2B, el DMD 200 puede incluir adicionalmente capas de espaciador, capas de soporte, componentes de bisagra para controlar la altura hola orientación del microespejo 202, y similares. El sustrato 204 puede incluir circuitería electrónica asociada con el DMD 200, tal como transistores CMOS, elementos de memoria, y similares.
Dependiendo de la operación particular y el control de los electrodos 216, los microespejos 202 individuales se pueden conmutar entre una posición “encendida”, una posición “apagada”, y una posición neutra o no actuada. Si un microespejo 202 está en la posición encendida, está actuada a un ángulo de, por ejemplo, -12° (esto es, girada en sentido levógiro 12° con relación a la posición neutra) para reflectar especularmente luz de entrada 206 en luz 218 de estado encendido. Si un microespejo 202 está en la posición apagada, está actuada a un ángulo de, por ejemplo, 12° (esto es, girada en sentido dextrógiro 12° con relación a la posición neutra) para reflectar especularmente la luz de entrada 206 en luz 220 de estado apagado. La luz 220 De Estado apagado puede ser dirigida hacia un disipador de luz que absorbe la luz 220 de Estado apagado. En algunos casos, un microespejo 202 puede estar no actuado y estar tendido paralelo al sustrato 204. Los ángulos particulares ilustrados en las figuras 2A-2B y descritos aquí son meramente de ejemplo y no limitativos. En algunas implementaciones, los ángulos de posición encendida y apagada pueden estar entre 11 y ±13 grados inclusive, respectivamente. En el contexto de la figura 1, donde los espejos de DMD usan una inclinación angular de 12° para reflectar o descartar luz, la segunda luz 104 está direccionada hacia el chip de DMD 105 a un ángulo fijo de 24°. Cuando un espejo individual se inclina a un primer ángulo predeterminado (por ejemplo, -12°), se considera que el espejo está en el estado encendido y redirige luz hacia la primera óptica de proyección 107, el filtro 109, y la segunda óptica de proyección 111 (por ejemplo, una ubicación predeterminada). Cuando un espejo individual se inclina a un segundo ángulo predeterminado (por ejemplo, 12°), se considera que el espejo está en el estado apagado y redirige luz a un disipador de luz ubicado en el exterior del área de imagen activa.
Con el fin de garantizar que la imagen en la pantalla 113 tiene una claridad y una relación de contraste aceptables, la óptica de iluminación 103 puede estar diseñada y/o controlada para garantizar que el ángulo de incidencia en el DMD 105 es correcto, mientras se mantiene la posición de la segunda luz 104 centrada en el DMD 105.
Sistema de control de grupos de lente dual
En una implementación de ejemplo de la presente divulgación, lo anterior se puede realizar usando dos grupos de lentes ubicados en serie. Las figuras 3A-3B ilustran estados ópticos de ejemplo de un sistema óptico parcial 300 según la presente divulgación. El sistema óptico parcial 300 puede ser un ejemplo, al menos en parte, de la óptica de iluminación 103 y el DMD 105.
En particular, la figura 3A ilustra una varilla de integración 301 u otro dispositivo de corrección de uniformidad (del cual solo se ilustra la superficie de salida), una primera luz 302, un primer grupo de lentes 303, una segunda luz 304, un segundo grupo de lentes 305, una tercera luz 306, un prisma 307, una cuarta luz 308, y un DMD 309. Tanto el primer grupo de lentes 303 como el segundo grupo de lentes 305 están configurados para un ajuste lateral (por ejemplo, un movimiento lateral ortogonal a la dirección de recorrido de la luz). El primer grupo de lentes 303 está situado ópticamente aguas arriba (y de este modo más lejos del DMD) en comparación con el segundo grupo de lentes 305. Cuando el primer grupo de lentes 303 se mueve en una dirección dada, el segundo grupo de lentes 305 se mueve sustancialmente (es decir, ±5%) dos veces la magnitud de la distancia del primer grupo de lentes 303, pero en la dirección opuesta, con el fin de mantener el posicionamiento de la luz sobre el DMD 309. Con propósitos explicativos, el sistema óptico parcial 300 de la figura 3 está ilustrado en una orientación en la que la primera luz 302 viaja de manera generalmente horizontal. De acuerdo con ello, el primer grupo de lentes 303 y el segundo grupo de lentes 305 viajan de manera generalmente vertical. Diversos elementos ilustrados en la figura 3A pueden corresponder a diversos elementos (o partes de diversos elementos) ilustrados en la figura 1.
En algunos ejemplos, la varilla de integración 301 puede ser un componente de la fuente de luz 101 que recibe luz desde un elemento de emisión de luz de la fuente de luz 101 y arroja luz, de tal manera que la primera luz 302 corresponde a la primera luz 102. En otros ejemplos, la varilla de integración 301 puede ser un componente de la óptica de iluminación 103, de tal manera que la varilla de integración 301 recibe la primera luz 102 y la integra para formar la primera luz 302. En algunos ejemplos, el primer grupo de lentes 303, el segundo grupo de lentes 305 y el prisma 307 son componentes de la óptica de iluminación 103, de tal manera que la cuarta luz 308 corresponde a la segunda luz 104. En otros ejemplos, la tercera luz 306 corresponde a la segunda luz 104. En algunos ejemplos, el prisma 307 es un prisma de reflexión interna total (TIR, por sus siglas en inglés “Total Internal Reflection”).
El primer grupo de lentes 303 incluye una primera lente 310 y una segunda lente 311. El segundo grupo de lentes 305 incluye una tercera lente 312 y una cuarta lente 313. Aunque se muestra como que incluye dos lentes, el primer grupo de lentes 303 y el segundo grupo de lentes 305 pueden estar compuestos por cualquier número de lentes para dirigir la primera luz 302 al DMD 309 con el ángulo determinado. Además, aunque cada lente individual se ilustra separadamente, lentes individuales dentro de un grupo pueden estar cementadas entre sí. Adicionalmente, cada grupo de lentes puede estar compuesto por cualquier tipo de lentes, tales como lentes cóncavas, lentes convexas, lentes bicóncavas, lentes biconvexas, lentes planocóncavas, lentes planoconvexas, lentes de menisco negativo y lentes de menisco positivo. En implementaciones en las que cada grupo de lentes incluye múltiples lentes individuales, las lentes pueden estar conectadas rígidamente de tal manera que se mueven juntas.
El DMD 309 puede corresponder al DMD 105. Por facilidad en la explicación, el DMD 309 se ilustra como una superficie plana; sin embargo, en la práctica el DMD 309 incluye una pluralidad de elementos reflectantes individuales que pueden o no estar orientados a lo largo del mismo plano. De esta manera, el DMD 309 puede tener una estructura como se ilustra en las figuras 2A-2B como para reflectar selectivamente y dirigir la cuarta luz 308 (es decir, la segunda luz 104) dependiendo de si componentes reflectantes individuales del DMD 309 están en la posición encendida, la posición apagada, o la posición neutra. Con el fin de proporcionar una relación de contraste y una claridad de imagen apropiadas, la cuarta luz 308, una vez reflectada por el DMD 309 (es decir, la tercera luz 106), se debe centrar sobre una ubicación predeterminada tal como la apertura (por ejemplo, la primera óptica de proyección 107, el filtro 109, y la segunda óptica de proyección 111).
En el estado ilustrado en la figura 3A, el primer grupo de lentes 303 y el segundo grupo de lentes 305 están posicionados cada uno de tal manera que la cuarta luz 308 que sale del prisma 307 está centrada sobre el DMD 309, y la cuarta luz 308 está en ángulo de tal manera que contacta con el DMD 309 a 24°, con relación a la superficie normal del DMD 309. La primera luz 302 viaja a lo largo de un eje óptico horizontal desde la varilla de integración 301 hasta el primer grupo de lentes 303. En la práctica, la primera luz 302 se expande a medida que viaja, de tal manera que subtiende un ángulo macizo distinto de cero con una superficie del primer grupo de lentes 303. Una superficie del primer grupo de lentes 303 recibe la primera luz 302 y dirige la luz, como la segunda luz 304, al segundo grupo de lentes 305. Una superficie del segundo grupo de lentes 305 recibe la segunda luz 304 y dirige la luz, como la tercera luz 306, al prisma 307 de tal manera que la cuarta luz 308 está centrada sobre el DMD 309. Cuando los microespejos 202 están “encendidos”, el microespejo está inclinado a 12° negativos, y la cuarta luz 308 se proyecta a través de la lente de proyección. Cuando los microespejos 202 están “apagados”, el espejo está inclinado a 12° positivos, y la cuarta luz 308 se proyecta hacia un disipador de luz, como se describió previamente.
Cuando los microespejos del DMD 309 están inclinados en el estado encendido a un ángulo de 12°, la cuarta luz 308 debe estar en ángulo a 24° para mantener un punto centrado de incidencia en el tope de apertura 109. Para conseguir esto, el primer grupo de lentes 303 se ajusta en una primera cantidad (por ejemplo, una primera distancia) en la primera dirección 315, y el segundo grupo de lentes 305 se ajusta en una segunda cantidad (por ejemplo, una segunda distancia) en la segunda dirección 316. Adicionalmente, debido a la relación de aumento del sistema óptico de iluminación 300, una magnitud de la segunda cantidad de ajuste correspondiente al segundo grupo de lentes 305 es sustancialmente el doble que una magnitud de la primera cantidad de ajuste correspondiente al primer grupo de lentes 303 de tal manera que el punto de incidencia está centrado en la primera óptica de proyección 107.
En la práctica, sin embargo, cualquier desviación en el ángulo de inclinación nominal de los microespejos del DMD 309 (o el DMD 105) dará como resultado un desplazamiento en el punto de incidencia de la tercera luz 106 sobre la primera óptica de proyección 107. También, la cuarta luz 308 que está en ángulo a cualquier ángulo distinto de 24° ya no mantendrá la cuarta luz 108 centrada en el tope de apertura 109. Estos desplazamientos se pueden contrarrestar ajustando el primer grupo de lentes 303 y el segundo grupo de lentes 305. Por ejemplo, como se ilustra en la figura 3B, el primer grupo de lentes 303 se puede desplazar en una primera dirección 315 y el segundo grupo de lentes 305 se puede desplazar en una segunda dirección 316. La primera dirección 315 y la segunda dirección 316 pueden ser cada una de ellas perpendicular (por ejemplo, lateral) a la dirección de la primera luz 302. De acuerdo con ello, la primera dirección 315 es sustancialmente perpendicular a un eje óptico del primer grupo de lentes 303, y la segunda dirección 316 es sustancialmente perpendicular a un eje óptico del segundo grupo de lentes 305. Adicionalmente la primera dirección 315 y la segunda dirección 316 pueden ser opuestas. Por ejemplo, si la primera dirección 315 es en una dirección positiva del eje y, la segunda dirección 316 es en una dirección negativa del eje y.
Método de ajuste de lente dual
La figura 4 ilustra un método de ajuste o de alineación de ejemplo, que se puede realizar durante la calibración del sistema óptico parcial 300 ilustrado en las figuras 2A-3B. El método de ajuste de la figura 4 se puede realizar de una manera automatizada, por ejemplo a través de un programa de ordenador como se describirá en más detalle más adelante.
En la operación 401, el método de ajuste determina un ángulo de orientación, o una desviación en el ángulo de orientación con respecto al ángulo esperado, de los microespejos de DMD 202. Adicional o alternativamente, el ángulo de orientación se puede determinar indirectamente, por ejemplo iluminando el DMD 309 con un ángulo conocido y midiendo el ángulo de salida de la luz reflectada. En algunas implementaciones, la operación 401 se puede realizar en un Banco de pruebas antes de que el DMD 309 se instale en su montaje de prisma.
En la operación 402, el método de ajuste calcula la cantidad apropiada de ajustes laterales para el primer grupo de lentes 303 y el segundo grupo de lentes 305, en base al ángulo de inclinación medido de los microespejos de DMD 202. La cantidad apropiada de ajustes laterales puede ser la cantidad que hace que la tercera luz 106 esté centrada sobre el DMD 309 y en la apertura de proyección 109. Los cálculos de la operación 402 se pueden realizar a través del uso de un programa de ordenador que recibe una única entrada (el ángulo de inclinación de los microespejos de DMD 202, o el ángulo de inclinación de los microespejos de DMD 202 con relación al ángulo esperado) y arroja cantidades de ajuste lateral para el primer grupo de lentes 303 y el segundo grupo de lentes 305.
Los cálculos de la operación 402 se pueden llevar a cabo en un momento de calibración, o se pueden realizar de antemano y almacenar en una tabla de consulta asociada con el sistema de proyección 100. En tal implementación, el método de calibración puede calcular el ajuste de ángulo de espejo apropiado haciendo referencia a la tabla de consulta.
Después de los cálculos anteriores de la operación 402, en la operación 403, el método de ajuste actúa el primer grupo de lentes 303 y el segundo grupo de lentes 305 para implementar los ajustes laterales calculados. Esta actuación se puede implementar usando un motor, servomotor u otro mecanismo de ajuste apropiado de acción escalonada. Por ejemplo, el primer grupo de lentes 303 y el segundo grupo de lentes 305 pueden estar acoplados a una primera pista y una segunda pista respectivamente. La primera pista y la segunda pista pueden estar acopladas (por ejemplo, mediante un vínculo mecánico) de tal manera que un movimiento del primer grupo de lentes 303 a lo largo de la primera pista provoca un correspondiente movimiento del segundo grupo de lentes 305 a lo largo de la segunda pista. El primer grupo de lentes 303 se puede actuar en la primera dirección 315 actuando la primera pista de tal manera que el primer grupo de lentes 303 está en una primera posición, como se calculó en la operación 402. El segundo grupo de lentes 305 se puede actuar en la segunda dirección 316 actuando la segunda pista de tal manera que el segundo grupo de lentes 305 está en una segunda posición, como se calculó en la operación 402. En algunos ejemplos, la actuación se realiza bajo el control del controlador 114 de la figura 1. En otros ejemplos, la actuación se realiza bajo control manual.
Sistema de calibración de agrupamiento de lente dual
La figura 5 ilustra un sistema óptico parcial 500 de ejemplo para calibrar el sistema de proyección 100. Algunos elementos del sistema 500 son equivalentes a elementos en el sistema 300 ilustrado en las figuras 3A-3B. Elementos equivalentes se ilustran usando los mismos números de referencia. El sistema 500 incluye la varilla de integración 301, la primera luz 302, el primer grupo de lentes 303, la segunda luz 304, el segundo grupo de lentes 305, la tercera luz 306, el prisma 307, la cuarta luz 308, y el DMD 309. Adicionalmente, el sistema 500 incluye una quinta luz 501, una sexta luz 502, una primera lente de proyección 503, un divisor de haz 504, una segunda lente de proyección 505, una primera pantalla 506, una tercera lente de proyección 507 (ilustrada como un grupo de lentes), una segunda pantalla 508, y un tope de apertura 509. La primera lente de proyección 503, la segunda lente de proyección 505 y la primera pantalla 506 pueden ser iguales o similares a la primera óptica de proyección 107, la segunda óptica de proyección 111 y la pantalla 113 ilustradas en la figura 1, respectivamente. La quinta luz 501, representada por las líneas de trazo corto y trazo largo, es rayos marginales del sistema. Donde los rayos de la quinta luz 501 convergen indica la ubicación de una imagen proyectada del DMD 309. La sexta luz 502, representada por líneas de medio trazo, es rayos principales del sistema. Donde los rayos de la sexta luz 502 convergen indica el tope de apertura 509 o una imagen del tope de apertura 509.
El divisor de haz 504 divide la quinta luz 501 y la sexta luz 502 de tal manera que los rayos de la quinta luz 501 convergen sobre la primera pantalla 506 y los rayos de la sexta luz 502 convergen sobre la segunda pantalla 508. De acuerdo con ello, la imagen proyectada por el DMD 309 es reflectada sobre la primera pantalla 506. Específicamente, se puede usar un patrón de difracción proyectado por el DMD 309 para calibrar el sistema de proyección 100. La imagen del tope de apertura 509 se proyecta sobre la segunda pantalla 508. La primera pantalla 506 puede ser, por ejemplo, la pantalla 113 de la figura 1. Cada imagen puede ayudar a calibrar el sistema de proyección 100. Por ejemplo, un técnico del sistema de proyección 100 puede ver tanto el patrón de difracción sobre la primera pantalla 506 como la imagen real del tope de apertura 509 sobre la segunda pantalla 508 mientras calibra el sistema de proyección 100. Con el propósito de calibrar o probar, un montaje que incluye el divisor de haz 504 y la segunda lente 505 puede estar configurado para la inserción en la trayectoria de la quinta luz 501 y la segunda luz 502. Después de que la calibración está completa, el montaje se puede retirar de la trayectoria.
Método de calibración de lente dual
La figura 6 ilustra un método de calibración de ejemplo, que se puede realizar durante la calibración del sistema óptico parcial 500 ilustrado en la figura 5. El método de calibración de la figura 6 se puede realizar manualmente con el fin de establecer las posiciones iniciales del primer grupo de lentes 303 y el segundo grupo de lentes 305.
En la operación 601, el primer grupo de lentes 303 y el segundo grupo de lentes 305 se mueven al centro de su rango de recorrido. Por ejemplo, el centro de la primera pista y la segunda pista, como se describió previamente. En algunas implementaciones, el centro de su rango de recorrido se alinea con el centro de una cara de la varilla de integración 301.
En la operación 602, se instala un filtro de apertura de proyección, tal como el filtro 109 de la figura 1. El filtro 109 puede incluir una apertura configurada para pasar un orden de difracción predeterminado, o ángulo de iluminación predeterminado, de la cuarta luz 108 o la cuarta luz 308. Por ejemplo, el filtro 109 puede incluir una “parte de Fourier” o “montaje de lente de Fourier” que se refiere a un sistema óptico que transforma espacialmente por Fourier luz modulada (por ejemplo, luz procedente del DMD 105) mediante el enfoque de la luz modulada sobre un plano de Fourier. La transformada espacial de Fourier impuesta por la parte de Fourier convierte el ángulo de propagación de cada orden de difracción de la luz modulada en una correspondiente posición espacial en el plano de Fourier. La parte de Fourier posibilita por ello la selección de órdenes de difracción deseados, y el rechazo de órdenes de difracción no deseados, mediante el filtrado espacial en el plano de Fourier. Por ejemplo, la parte de Fourier puede estar configurada para pasar luz proyectada a un ángulo de 2°. La transformada espacial de Fourier de la luz modulada en el plano de Fourier es equivalente a un patrón de difracción de Fraunhofer de la luz modulada.
En la operación 603, el segundo grupo de lentes 305 se ajusta hasta que el centro del patrón de difracción procedente del DMD 309 está centrado sobre la segunda pantalla 508. Por ejemplo, la quinta luz 501 puede ser un patrón de ruido aleatorio. Cuando la quinta luz 501 se proyecta sobre la segunda pantalla 508, el patrón de difracción visto (por ejemplo, frecuencia espacial) es una función sinc2 A medida que el segundo grupo de lentes 305 se ajusta lateralmente, el patrón de difracción de la quinta luz 501 se desplaza. Una vez que el patrón de difracción está centrado en la imagen del tope de apertura 509, el segundo grupo de lentes 305 está en una tercera posición. En la operación 604, el segundo grupo de lentes 305 se ajusta adicionalmente. En algunas implementaciones, el segundo grupo de lentes 305 se ajusta lateralmente de tal manera que una posición final de calibración del segundo grupo de lentes 305 es 1/3 de la distancia de la tercera posición, usando el centro de la segunda pista como referencia.
En la operación 605, el primer grupo de lentes 303 se ajusta hasta que el centro del patrón de difracción procedente del DMD 309 está centrado sobre la segunda pantalla 508. Por ejemplo, la quinta luz 501 se proyecta sobre la segunda pantalla 508. A medida que el primer grupo de lentes 303 se ajusta lateralmente, el patrón de difracción de la quinta luz 501 se desplaza. Una vez que el patrón de difracción está centrado, el primer grupo de lentes 303 está en una posición final de calibración. En algunas implementaciones, el técnico que realiza la calibración puede hacer referencia a la primera pantalla 506 para garantizar que se proyecta una imagen clara y que el DMD 309 está totalmente iluminado. Las posiciones finales de calibración del primer grupo de lentes 303 y el segundo grupo de lentes 305 se almacenan en la memoria del controlador 114 (por ejemplo, las tablas de consulta) como posiciones iniciales del primer grupo de lentes 303 y el segundo grupo de lentes 305.
Los sistemas de proyección y métodos de calibración anteriores pueden estipular una configuración que tiene ópticas de iluminación que son capaces de ajustar y mantener el ángulo de iluminación apropiado, mantener la posición de la iluminación y realizar todo esto en una arquitectura que usa un primer grupo de lentes y un segundo grupo de lentes.
Con respecto a los procesos, sistemas, métodos, heurísticos, etc. descritos en el presente documento, se debe entender que, aunque los pasos de tales procesos, etc. se han descrito como que ocurren de acuerdo con una cierta secuencia ordenada, tales procesos se pueden poner en práctica con los pasos descritos realizados en un orden distinto al orden descrito en el presente documento. Se debe entender además que ciertos pasos se pueden realizar simultáneamente, que se pueden añadir otros pasos, o que ciertos pasos descritos en el presente documentos se pueden omitir. En otras palabras, las descripciones de procesos en el presente documentos se proporcionan con el propósito de ilustrar ciertas realizaciones, y no se deben interpretar de ninguna manera como para limitar las reivindicaciones.
De acuerdo con ello, se debe entender que la descripción anterior está destinada a ser ilustrativa y no restrictiva. Muchas realizaciones y aplicaciones distintas a los ejemplos proporcionados serían evidentes al leer la descripción anterior. El alcance se debe determinar, no con referencia a la descripción anterior, sino que se debe en cambio determinar con referencia a las reivindicaciones adjuntas. En suma, se debe entender que la solicitud es susceptible de modificación y variación.
Claims (15)
1. Un sistema de proyección (100), que comprende:
una fuente de luz (101) configurada para emitir una luz en respuesta a unos datos de imagen;
un sistema óptico de iluminación (103) configurado para direccionar la luz, incluyendo el sistema óptico de iluminación un primer grupo de lentes (303) y un segundo grupo de lentes (305); y
un dispositivo digital de microespejo (105, 309) que incluye una pluralidad de microespejos, en el que un respectivo microespejo está configurado para reflectar la luz direccionada hacia una ubicación predeterminada como luz de estado encendido en un caso en el que el respectivo microespejo está en una posición encendida y para reflectar la luz direccionada hacia un disipador de luz como luz de estado apagado en un caso en el que el respectivo microespejo está en una posición apagada;
caracterizado por un controlador configurado para:
determinar (401) una desviación entre un ángulo real de orientación de un respectivo microespejo de la pluralidad de microespejos del dispositivo digital de microespejo y un ángulo esperado de orientación del respectivo microespejo de la pluralidad de microespejos del dispositivo digital de microespejo,
calcular (402) una primera cantidad de ajuste lateral correspondiente al primer grupo de lentes (303) y una segunda cantidad de ajuste lateral correspondiente al segundo grupo de lentes (305), y
actuar (403) el primer grupo de lentes (303) en una primera dirección (315) de acuerdo con la primera cantidad y el segundo grupo de lentes (305) en una segunda dirección (316) de acuerdo con la segunda cantidad, para mantener mediante ello una posición de la luz direccionada sobre el dispositivo digital de microespejo.
2. El sistema de proyección de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la segunda dirección (316) es opuesta a la primera dirección (315).
3. El sistema de proyección de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la primera dirección (315) es sustancialmente perpendicular a un eje óptico del primer grupo de lentes (303), y la segunda dirección (316) es sustancialmente perpendicular a un eje óptico del segundo grupo de lentes (305).
4. El sistema de proyección de acuerdo con la reivindicación 1, en el que una magnitud de la segunda cantidad de ajuste lateral correspondiente al segundo grupo de lentes (305) es sustancialmente el doble que una magnitud de la primera cantidad de ajuste lateral correspondiente al primer grupo de lentes (303).
5. El sistema de proyección de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además un filtro (109), en el que el filtro incluye una apertura configurada para pasar un orden de difracción predeterminado de la luz reflectada.
6. El sistema de proyección de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además un prisma (307) de reflexión interna total dispuesto ópticamente entre el segundo grupo de lentes (305) y el dispositivo digital de microespejo (105, 309).
7. El sistema de proyección de acuerdo con la reivindicación 1, en el que calcular la primera cantidad y la segunda cantidad incluye hacer coincidir la desviación con la primera cantidad de ajuste lateral y la segunda cantidad de ajuste lateral usando una tabla de consulta almacenada en una memoria del controlador (114).
8. El sistema de proyección de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el primer grupo de lentes (303) está acoplado a una primera pista y el segundo grupo de lentes (305) está acoplado a una segunda pista.
9. El sistema de proyección de acuerdo con la reivindicación 8, en el que actuar el primer grupo de lentes (303) en la primera dirección (315) incluye actuar la primera pista de tal manera que el primer grupo de lentes (303) está en una primera posición, y actuar el segundo grupo de lentes (305) en la segunda dirección (316) incluye actuar la segunda pista de tal manera que el segundo grupo de lentes (305) está en una segunda posición.
10. El sistema de proyección de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el primer grupo de lentes (303) incluye una pluralidad de primeras lentes (310, 311), y el segundo grupo de lentes (305) incluye una pluralidad de segundas lentes (312, 313).
11. Un método para calibrar un sistema de proyección (100) que incluye una fuente de luz (101) configurada para emitir una luz en respuesta a unos datos de imagen, un sistema óptico de iluminación (103) configurado para direccionar la luz, incluyendo el sistema óptico de iluminación un primer grupo de lentes (303) y un segundo grupo de lentes (305), y un dispositivo digital de microespejo (105, 309) que incluye una pluralidad de microespejos configurados respectivamente para reflectar la luz direccionada hacia una ubicación predeterminada como luz de estado encendido en un caso en el que el respectivo microespejo está en una posición encendida y para reflectar la luz direccionada hacia un disipador de luz como luz de estado apagado en un caso en el que el respectivo microespejo está en una posición apagada, estando el método caracterizado por: determinar (401) una desviación entre un ángulo real de orientación de un respectivo microespejo de la pluralidad de microespejos del dispositivo digital de microespejo y un ángulo esperado de orientación del respectivo microespejo de la pluralidad de microespejos del dispositivo digital de microespejo,
calcular (402) una primera cantidad de ajuste lateral correspondiente al primer grupo de lentes y una segunda cantidad de ajuste lateral correspondiente al segundo grupo de lentes, y
actuar (403) el primer grupo de lentes (303) en una primera dirección (315) de acuerdo con la primera cantidad y el segundo grupo de lentes (305) en una segunda dirección (316) de acuerdo con la segunda cantidad, para mantener mediante ello una posición de la luz direccionada sobre el dispositivo digital de microespejo.
12. El método de acuerdo con la reivindicación 11, en el que una magnitud de la segunda cantidad de ajuste lateral correspondiente al segundo grupo de lentes (305) es sustancialmente el doble que una magnitud de la primera cantidad de ajuste lateral correspondiente al primer grupo de lentes (303).
13. El método de acuerdo con la reivindicación 11, en el que calcular la primera cantidad y la segunda cantidad incluye hacer coincidir la desviación con la primera cantidad de ajuste lateral y la segunda cantidad de ajuste lateral usando una tabla de consulta.
14. El método de acuerdo con la reivindicación 11, en el que el primer grupo de lentes (303) está acoplado a una primera pista y el segundo grupo de lentes (305) está acoplado a una segunda pista, en el que actuar el primer grupo de lentes (303) en la primera dirección (315) incluye actuar la primera pista de tal manera que el primer grupo de lentes (303) está en una primera posición, y actuar el segundo grupo de lentes (305) en la segunda dirección (316) incluye actuar la segunda pista de tal manera que el segundo grupo de lentes (305) está en una segunda posición.
15. Un programa de ordenador que tiene instrucciones que, cuando se ejecutan por un controlador de un sistema de proyección de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-10, hacen que el sistema de proyección realice operaciones que comprenden el método de acuerdo con la reivindicación 11.
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