RU2782886C2 - Systems and methods for digital laser projection with enhanced contrast, using fourier filter - Google Patents

Systems and methods for digital laser projection with enhanced contrast, using fourier filter Download PDF

Info

Publication number
RU2782886C2
RU2782886C2 RU2020128414A RU2020128414A RU2782886C2 RU 2782886 C2 RU2782886 C2 RU 2782886C2 RU 2020128414 A RU2020128414 A RU 2020128414A RU 2020128414 A RU2020128414 A RU 2020128414A RU 2782886 C2 RU2782886 C2 RU 2782886C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
modulated light
light signal
optical filter
diffraction
light signals
Prior art date
Application number
RU2020128414A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2020128414A (en
Inventor
Хуан П. ПЕРТЬЕРРА
Мартин Дж. РИЧАРДС
Original Assignee
Долби Лабораторис Лайсэнзин Корпорейшн
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Долби Лабораторис Лайсэнзин Корпорейшн filed Critical Долби Лабораторис Лайсэнзин Корпорейшн
Priority claimed from PCT/US2019/025217 external-priority patent/WO2019195182A1/en
Publication of RU2020128414A publication Critical patent/RU2020128414A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2782886C2 publication Critical patent/RU2782886C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: laser equipment.
SUBSTANCE: invention relates to laser projection systems. The system contains a spatial light modulator configured to modulate a light signal with formation of a repeated sequence of the first, the second, and the third modulated light signals; a lens configured for spatial Fourier transform; and a disc with light filters, located on the Fourier plane and containing a set of optical filter masks. Each mask filters one of the first, the second, and the third modulated light signals by passage of at least one diffraction order of a corresponding one of the first, the second, and the third modulated light signals and blocking of the rest part of the corresponding one of the specified signals. The disc with light filters is configured so that to rotate synchronously with the modulated light signal, so that each mask is located in the modulated light signal with time multiplexing on the Fourier plane, where the modulated light signal is the corresponding one of the first, the second, and the third modulated light signals.
EFFECT: increase in a contrast coefficient.
32 cl, 38 dwg

Description

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННУЮ ЗАЯВКУCROSS-REFERENCE TO RELATED APPLICATION

Данная заявка заявляет приоритет предварительной заявки на патент США № 62/651657, поданной 2 апреля 2018 г., и заявки на Европейский патент № EP18180390.9, поданной 28 июня 2018 г., каждая из которых во всей своей полноте включена в данный документ посредством ссылки.This application claims priority of U.S. Provisional Application No. 62/651657, filed April 2, 2018, and European Patent Application No. EP18180390.9, filed June 28, 2018, each of which is incorporated herein in its entirety by links.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯBACKGROUND OF THE INVENTION

Контрастность проектора указывает отношение самого яркого вывода проектора к самому темному выводу проектора. Коэффициент контрастности представляет собой количественно измеримую меру контраста, определяемую как отношение яркости самого яркого вывода проектора к яркости самого темного вывода проектора. Это отношение коэффициента контрастности также называют «статическим» или «природным» коэффициентом контрастности. Projector contrast indicates the ratio of the brightest projector output to the darkest projector output. The contrast ratio is a quantifiable measure of contrast, defined as the ratio of the brightness of the brightest projector output to the brightness of the darkest projector output. This ratio of contrast ratio is also referred to as the "static" or "natural" contrast ratio.

Вследствие зрительной адаптации зрительной системы человека диапазон значений яркости, заметный для зрителя, соответствует коэффициенту контрастности, составляющему приблизительно 1000000000:1, хотя в любой момент заметный диапазон значений яркости соответствует коэффициенту контрастности, который меньше, чем это значение. Например, в скотопическом зрении, осуществляемом исключительно палочковыми клетками в глазе человека, заметный коэффициент контрастности в любой момент для некоторых зрителей может составлять вплоть до 1000000:1, в зависимости от наблюдаемой сцены, состояния адаптации пользователя и биологических факторов.Due to the visual adaptation of the human visual system, the range of brightness values perceptible to the viewer corresponds to a contrast ratio of approximately 1000,000,000:1, although at any time the perceptible range of brightness values corresponds to a contrast ratio that is less than this value. For example, in scotopic vision performed solely by rod cells in the human eye, the apparent contrast ratio at any given moment for some viewers can be as high as 1,000,000:1, depending on the scene being observed, the user's adaptation state, and biological factors.

Зрители в обстановке кинотеатра могут находиться в разных состояниях адаптации в любой момент, и поэтому могут видеть одну и ту же сцену с разными коэффициентами контрастности. Различия в состояниях адаптации между зрителями могут объясняться разными положениями сидения относительно экрана, тем, на каком месте на экране сфокусирован каждый зритель, и тем, когда и как часто каждый зритель закрывает глаза. Поскольку кинотеатр используется многими зрителями, идеальный проектор имеет коэффициент контрастности, являющийся достаточно высоким, чтобы точно воспроизводить изображения для всех зрителей.Viewers in a movie theater setting may be in different states of adaptation at any given moment, and therefore may see the same scene with different contrast ratios. Differences in adaptation states between viewers can be explained by different seating positions relative to the screen, where each viewer is focused on the screen, and when and how often each viewer closes their eyes. Because a movie theater is used by many viewers, an ideal projector has a contrast ratio that is high enough to accurately reproduce images for all viewers.

Некоторые проекторы, которые совместимы со спецификацией Digital Cinema Initiatives (DCI), имеют коэффициенты контрастности 2000:1 или менее. Для этих цифровых проекторов темные и/или черные области изображений могут быть спроецированы с яркостью, достаточно высокой настолько, что эти области оказываются ярче, чем должны быть.Some projectors that are compliant with the Digital Cinema Initiatives (DCI) specification have contrast ratios of 2000:1 or less. For these digital projectors, dark and/or black areas of images can be projected at a brightness high enough that these areas are brighter than they should be.

Суть изобретенияThe essence of the invention

В первом аспекте оптический фильтр для усиления контраста изображения, генерируемого с помощью пространственного модулятора света, содержит линзу, сконфигурированную для пространственного Фурье-преобразования модулированного светового сигнала из пространственного модулятора света, при этом модулированный световой сигнал содержит множество порядков дифракции. Оптический фильтр также содержит маску оптического фильтра, расположенную на Фурье-плоскости линзы и сконфигурированную так, чтобы фильтровать модулированный световой сигнал, прошедший пространственное Фурье-преобразование посредством линзы, путем пропускания по меньшей мере одного порядка дифракции модулированного светового сигнала и блокирования остальной части модулированного светового сигнала.In a first aspect, an optical filter for enhancing the contrast of an image generated by a spatial light modulator comprises a lens configured to spatially Fourier transform a modulated light signal from the spatial light modulator, wherein the modulated light signal contains a plurality of diffraction orders. The optical filter also includes an optical filter mask located on the Fourier plane of the lens and configured to filter the modulated light signal that has undergone a spatial Fourier transform by the lens by passing at least one order of diffraction of the modulated light signal and blocking the remainder of the modulated light signal. .

В определенных вариантах осуществления первого аспекта по меньшей мере один порядок дифракции является нулевым порядком дифракции.In certain embodiments of the first aspect, at least one diffraction order is the zero diffraction order.

В определенных вариантах осуществления первого аспекта маска оптического фильтра имеет пропускную область, сконфигурированную для пропускания нулевого порядка дифракции модулированного светового сигнала.In certain embodiments of the first aspect, the optical filter mask has a pass region configured to pass zero order diffraction of the modulated light signal.

В определенных вариантах осуществления первого аспекта по меньшей мере один порядок дифракции включает нулевой порядок дифракции и один или более первых порядков дифракции.In certain embodiments of the first aspect, at least one diffraction order includes a zero diffraction order and one or more first diffraction orders.

В определенных вариантах осуществления первого аспекта маска оптического фильтра имеет пропускную область, сконфигурированную для пропускания нулевого порядка дифракции и двух первых порядков дифракции.In certain embodiments of the first aspect, the optical filter mask has a pass region configured to pass zero order diffraction and the first two diffraction orders.

В определенных вариантах осуществления первого аспекта модулированный световой сигнал представляет собой один из красного света, зеленого света и синего света.In certain embodiments of the first aspect, the modulated light signal is one of red light, green light, and blue light.

Во втором аспекте система модулятора для генерирования изображения с усиленным контрастом содержит оптический фильтр первого аспекта и цифровое микрозеркальное устройство, реализующее пространственный модулятор света.In the second aspect, the modulator system for generating a contrast enhanced image comprises an optical filter of the first aspect and a digital micromirror device that implements a spatial light modulator.

В третьем аспекте система модулятора для генерирования изображения с усиленным контрастом содержит оптический фильтр первого аспекта и коллиматорную линзу, расположенную так, чтобы коллимировать по меньшей мере один порядок дифракции модулированного светового сигнала, пропускаемого маской оптического фильтра.In a third aspect, the modulator system for generating a contrast enhanced image comprises an optical filter of the first aspect and a collimator lens positioned to collimate at least one order of diffraction of the modulated light signal transmitted by the optical filter mask.

В четвертом аспекте система модулятора для генерирования изображения с усиленным контрастом содержит первый, второй и третий пространственные модуляторы света, сконфигурированные так, чтобы модулировать, в соответствии с изображением, соответствующие первый, второй и третий световые сигналы для генерирования соответствующих первого, второго и третьего модулированных световых сигналов. Система модулятора также содержит три экземпляра оптического фильтра первого аспекта, образующих соответствующие первый, второй и третий оптические фильтры, сконфигурированные так, чтобы пропускать по меньшей мере один порядок дифракции соответствующих первого, второго и третьего модулированных световых сигналов с генерированием соответствующих первого, второго и третьего фильтрованных световых сигналов и блокировать остальную часть соответствующих первого, второго и третьего модулированных световых сигналов. Система модулятора также содержит блок объединения пучков, сконфигурированный так, чтобы объединять первый, второй и третий фильтрованные световые сигналы в выходной световой сигнал.In a fourth aspect, a modulator system for generating a contrast enhanced image comprises first, second, and third spatial light modulators configured to modulate, in accordance with the image, respective first, second, and third light signals to generate respective first, second, and third modulated light signals. signals. The modulator system also comprises three instances of the first aspect optical filter forming respective first, second and third optical filters configured to pass at least one order of diffraction of the respective first, second and third modulated light signals to generate the respective first, second and third filtered light signals and block the rest of the respective first, second and third modulated light signals. The modulator system also includes a beam combiner configured to combine the first, second, and third filtered light signals into an output light signal.

В определенных вариантах осуществления четвертого аспекта каждая из масок первого, второго и третьего оптических фильтров соответствующих первого, второго и третьего оптических фильтров имеет по меньшей мере одну пропускную область, сконфигурированную так, чтобы пропускать нулевой порядок дифракции и один или более первых порядков дифракции первого, второго и третьего модулированных световых сигналов соответственно.In certain embodiments of the fourth aspect, each of the first, second, and third optical filter masks of the respective first, second, and third optical filters has at least one pass region configured to pass zero diffraction order and one or more first, second, and second diffraction orders. and third modulated light signals, respectively.

В определенных вариантах осуществления четвертого аспекта каждый из первого, второго и третьего пространственных модуляторов света представляет собой цифровое микрозеркальное устройство.In certain embodiments of the fourth aspect, each of the first, second, and third spatial light modulators is a digital micromirror device.

В определенных вариантах осуществления четвертого аспекта первый, второй и третий световые сигналы представляют собой красный, зеленый и синий соответственно.In certain embodiments of the fourth aspect, the first, second, and third lights are red, green, and blue, respectively.

В определенных вариантах осуществления четвертого аспекта система модулятора дополнительно содержит первую, вторую и третью выходные линзы, расположенные так, чтобы коллимировать соответственно первый, второй и третий фильтрованные световые сигналы перед объединением блоком объединения пучков.In certain embodiments of the fourth aspect, the modulator system further comprises first, second, and third output lenses positioned to collimate the first, second, and third filtered light signals, respectively, before being combined by the beam combiner.

В определенных вариантах осуществления четвертого аспекта система модулятора дополнительно содержит проекционную линзу, сконфигурированную для проецирования выходного светового сигнала на экран.In certain embodiments of the fourth aspect, the modulator system further comprises a projection lens configured to project a light output onto a screen.

В пятом аспекте система модулятора с временным мультиплексированием для генерирования изображения с усиленным контрастом содержит пространственный модулятор света, сконфигурированный модулировать, в соответствии с изображением, световой сигнал с временным мультиплексированием в модулированный световой сигнал с временным мультиплексированием с формированием повторяющейся последовательностью первого, второго и третьего модулированных световых сигналов. Система модулятора с временным мультиплексированием также содержит линзу, сконфигурированную для выполнения пространственного Фурье-преобразования модулированного светового сигнала с временным мультиплексированием на Фурье-плоскость, и диск со светофильтрами, расположенный на Фурье-плоскости и содержащий множество масок оптического фильтра, причем каждая из масок оптического фильтра сконфигурирована так, чтобы фильтровать соответствующий один из первого, второго и третьего модулированных световых сигналов, прошедших пространственное Фурье-преобразование посредством линзы, путем пропускания по меньшей мере одного порядка дифракции соответствующего одного из первого, второго и третьего модулированных световых сигналов и блокирования остальной части соответствующего одного из первого, второго и третьего модулированных световых сигналов. Диск со светофильтрами сконфигурирован поворачиваться синхронно с модулированным световым сигналом с временным мультиплексированием так, что каждая из масок оптического фильтра располагается в модулированном световом сигнале с временным мультиплексированием на Фурье-плоскости, когда модулированный световой сигнал с временным мультиплексированием представляет собой соответствующий один из первого, второго и третьего модулированных световых сигналов.In a fifth aspect, a time-multiplexed modulator system for generating a contrast-enhanced image comprises a spatial light modulator configured to modulate, in accordance with the image, a time-multiplexed light signal into a time-multiplexed modulated light signal to generate a repeating sequence of first, second, and third modulated light signals. signals. The time-multiplexed modulator system also includes a lens configured to perform a spatial Fourier transform of the modulated light signal time-multiplexed onto a Fourier plane, and a filter disk located on the Fourier plane and containing a plurality of optical filter masks, each of the optical filter masks configured to filter the respective one of the first, second, and third modulated light signals that have been spatially Fourier transformed by the lens by passing at least one diffraction order of the respective one of the first, second, and third modulated light signals and blocking the remainder of the respective one from the first, second and third modulated light signals. The filter disk is configured to rotate in synchronization with the time-multiplexed modulated light signal such that each of the optical filter masks is located in the time-multiplexed modulated light signal on a Fourier plane when the time-multiplexed modulated light signal is a respective one of the first, second, and third modulated light signals.

В определенных вариантах осуществления пятого аспекта пространственный модулятор света представляет собой цифровое микрозеркальное устройство.In certain embodiments of the fifth aspect, the spatial light modulator is a digital micromirror device.

В определенных вариантах осуществления пятого аспекта множество масок оптического фильтра представляет собой три набора из

Figure 00000001
масок оптического фильтра, где
Figure 00000002
является положительным целым числом, при этом каждый из трех наборов сконфигурирован так, чтобы фильтровать соответствующий один из первого, второго и третьего модулированных световых сигналов.In certain embodiments of the fifth aspect, the plurality of optical filter masks are three sets of
Figure 00000001
masks of the optical filter, where
Figure 00000002
is a positive integer, with each of the three sets configured to filter a corresponding one of the first, second, and third modulated light signals.

В определенных вариантах осуществления пятого аспекта множество масок оптического фильтра содержит маски первого, второго и третьего оптических фильтров, соответственно сконфигурированные так, чтобы фильтровать первый, второй и третий модулированные световые сигналы.In certain embodiments of the fifth aspect, the plurality of optical filter masks comprises first, second, and third optical filter masks respectively configured to filter the first, second, and third modulated light signals.

В определенных вариантах осуществления пятого аспекта маска первого оптического фильтра имеет пропускную область, сконфигурированную так, чтобы пропускать нулевой порядок дифракции и один или более первых порядков дифракции первого модулированного светового сигнала, маска второго оптического фильтра имеет пропускную область, сконфигурированную так, чтобы пропускать нулевой порядок дифракции и один или более первых порядков дифракции второго модулированного светового сигнала, и маска третьего оптического фильтра имеет пропускную область, сконфигурированную так, чтобы пропускать нулевой порядок дифракции и один или более первых порядков дифракции третьего модулированного светового сигнала.In certain embodiments of the fifth aspect, the first optical filter mask has a pass region configured to pass zero diffraction order and one or more first diffraction orders of the first modulated light signal, the second optical filter mask has a pass region configured to pass zero diffraction order and one or more first diffraction orders of the second modulated light signal, and the third optical filter mask has a pass region configured to pass zero diffraction order and one or more first diffraction orders of the third modulated light signal.

В определенных вариантах осуществления пятого аспекта первый, второй и третий модулированные световые сигналы представляют собой красный, зеленый и синий соответственно.In certain embodiments of the fifth aspect, the first, second, and third modulated light signals are red, green, and blue, respectively.

В определенных вариантах осуществления пятого аспекта диск со светофильтрами дополнительно сконфигурирован поворачиваться неравномерно, чтобы останавливаться, когда каждая из масок первого, второго и третьего оптических фильтров располагается в модулированном световом сигнале с временным мультиплексированием.In certain embodiments of the fifth aspect, the filter disc is further configured to rotate non-uniformly to stop when each of the first, second, and third optical filter masks is positioned in the time-multiplexed modulated light signal.

В определенных вариантах осуществления пятого аспекта система модулятора с временным мультиплексированием дополнительно содержит проекционную линзу, сконфигурированную проецировать на экран по меньшей мере один порядок дифракции соответствующего первого, второго и третьего модулированных световых сигналов, пропускаемых диском со светофильтрами.In certain embodiments of the fifth aspect, the time-multiplexed modulator system further comprises a projection lens configured to project onto the screen at least one diffraction order of the respective first, second, and third modulated light signals transmitted by the filter disk.

В шестом аспекте способ усиления контраста изображения, генерируемого с помощью пространственного модулятора света, включает пространственное Фурье-преобразование модулированного светового сигнала из пространственного модулятора света на Фурье-плоскость, при этом модулированный световой сигнал содержит множество порядков дифракции. Способ также включает фильтрование модулированного светового сигнала путем пропускания по меньшей мере одного порядка дифракции модулированного светового сигнала на Фурье-плоскости и блокирование остальной части модулированного светового сигнала на Фурье-плоскости.In a sixth aspect, a method for enhancing the contrast of an image generated by a spatial light modulator includes a spatial Fourier transform of a modulated light signal from a spatial light modulator to a Fourier plane, wherein the modulated light signal contains a plurality of diffraction orders. The method also includes filtering the modulated light signal by passing at least one order of diffraction of the modulated light signal on the Fourier plane and blocking the remainder of the modulated light signal on the Fourier plane.

В определенных вариантах осуществления шестого аспекта по меньшей мере один порядок дифракции является нулевым порядком дифракции.In certain embodiments of the sixth aspect, at least one diffraction order is a zero diffraction order.

В определенных вариантах осуществления шестого аспекта пропускание включает пропускание нулевого порядка дифракции через пропускную область маски оптического фильтра.In certain embodiments of the sixth aspect, the transmission includes the transmission of zero order diffraction through the transmission region of the optical filter mask.

В определенных вариантах осуществления шестого аспекта по меньшей мере один порядок дифракции включает нулевой порядок дифракции и один или более первых порядков дифракции.In certain embodiments of the sixth aspect, at least one diffraction order includes a zero diffraction order and one or more first diffraction orders.

В определенных вариантах осуществления шестого аспекта пропускание включает пропускание нулевого порядка дифракции и одного или более первых порядков дифракции через пропускную область маски оптического фильтра.In certain embodiments of the sixth aspect, transmission includes passing zero diffraction orders and one or more first diffraction orders through the transmission region of the optical filter mask.

В определенных вариантах осуществления шестого аспекта модулированный световой сигнал представляет собой один из красного света, зеленого света и синего света.In certain embodiments of the sixth aspect, the modulated light signal is one of red light, green light, and blue light.

В определенных вариантах осуществления шестого аспекта способ дополнительно включает управление множеством микрозеркал пространственного модулятора света так, чтобы генерировать модулированный световой сигнал.In certain embodiments of the sixth aspect, the method further includes driving a plurality of micromirrors of the spatial light modulator so as to generate a modulated light signal.

В определенных вариантах осуществления шестого аспекта способ дополнительно включает коллимирование, после пропускания, по меньшей мере одного порядка дифракции.In certain embodiments of the sixth aspect, the method further includes collimating, after passing through, at least one order of diffraction.

В седьмом аспекте способ проецирования цветного изображения с усиленным контрастом включает пространственное модулирование первого, второго и третьего входных световых сигналов, в соответствии с цветным изображением, для генерирования соответствующих первого, второго и третьего модулированных световых сигналов, при этом каждый из первого, второго и третьего модулированных световых сигналов содержит множество порядков дифракции. Способ также включает фильтрование первого, второго и третьего модулированных световых сигналов в соответствующие первый, второй и третий фильтрованные световые сигналы путем (i) пропускания по меньшей мере одного из порядков дифракции соответствующих первого, второго и третьего модулированных световых сигналов, (ii) блокирования остальной части соответствующих первого, второго и третьего модулированных световых сигналов и (iii) объединения первого, второго и третьего фильтрованных световых сигналов в выходной световой сигнал.In a seventh aspect, a method for projecting a contrast enhanced color image includes spatially modulating first, second, and third input light signals, in accordance with the color image, to generate respective first, second, and third modulated light signals, wherein each of the first, second, and third modulated light signals contains many orders of diffraction. The method also includes filtering the first, second and third modulated light signals into the respective first, second and third filtered light signals by (i) passing at least one of the diffraction orders of the respective first, second and third modulated light signals, (ii) blocking the remainder of the respective first, second and third modulated light signals; and (iii) combining the first, second and third filtered light signals into an output light signal.

В определенных вариантах осуществления седьмого аспекта первый, второй и третий входные световые сигналы представляют собой красный, зеленый и синий соответственно.In certain embodiments of the seventh aspect, the first, second, and third input lights are red, green, and blue, respectively.

В определенных вариантах осуществления седьмого аспекта способ дополнительно включает проецирование выходного светового сигнала на экран.In certain embodiments of the seventh aspect, the method further includes projecting the light output onto a screen.

В восьмом аспекте способ с временным мультиплексированием для генерирования и проецирования изображения с усиленным контрастом включает модулирование, в соответствии с изображением, светового сигнала с временным мультиплексированием с помощью пространственного модулятора света, чтобы генерировать модулированный световой сигнал с временным мультиплексированием, образующий повторяющуюся последовательность первого, второго и третьего модулированных световых сигналов. Способ также включает пространственное Фурье-преобразование модулированного светового сигнала с временным мультиплексированием с помощью линзы и фильтрование модулированного светового сигнала с временным мультиплексированием путем поворачивания диска со светофильтрами синхронно с модулированным световым сигналом с временным мультиплексированием. Диск со светофильтрами содержит множество масок оптического фильтра, каждая из масок оптического фильтра сконфигурирована фильтровать соответствующий один из первого, второго и третьего модулированных световых сигналов, прошедших пространственное Фурье-преобразование посредством линзы. Поворачивание включает расположение каждой из масок оптического фильтра в модулированном световом сигнале с временным мультиплексированием на Фурье-плоскости линзы, когда модулированный световой сигнал с временным мультиплексированием представляет собой соответствующий один из первого, второго и третьего модулированных световых сигналов.In an eighth aspect, a time-multiplexing method for generating and projecting a contrast-enhanced image includes modulating, according to an image, a time-multiplexing light signal with a spatial light modulator to generate a time-multiplexing modulated light signal forming a repeating sequence of first, second, and third modulated light signals. The method also includes a spatial Fourier transform of the modulated light signal with time multiplexing using a lens and filtering the modulated light signal with time multiplexing by rotating the disk with filters in synchronism with the modulated light signal with time multiplexing. The filter disc contains a plurality of optical filter masks, each of the optical filter masks configured to filter a respective one of the first, second, and third modulated light signals that have been spatially Fourier transformed by the lens. The rotation involves locating each of the optical filter masks in the temporally multiplexed modulated light signal on the Fourier plane of the lens when the temporally multiplexed modulated light signal is a respective one of the first, second, and third modulated light signals.

В определенных вариантах осуществления восьмого аспекта пространственный модулятор света представляет собой цифровое микрозеркальное устройство.In certain embodiments of the eighth aspect, the spatial light modulator is a digital micromirror device.

В определенных вариантах осуществления восьмого аспекта множество масок оптического фильтра представляет собой три набора из

Figure 00000001
масок оптического фильтра, где
Figure 00000002
является положительным целым числом, при этом каждый из трех наборов сконфигурирован так, чтобы фильтровать соответствующий один из первого, второго и третьего модулированных световых сигналов.In certain embodiments of the eighth aspect, the plurality of optical filter masks are three sets of
Figure 00000001
masks of the optical filter, where
Figure 00000002
is a positive integer, with each of the three sets configured to filter a corresponding one of the first, second, and third modulated light signals.

В определенных вариантах осуществления восьмого аспекта множество масок оптического фильтра представляет собой маски первого, второго и третьего оптических фильтров, соответственно сконфигурированные так, чтобы фильтровать первый, второй и третий модулированные световые сигналы.In certain embodiments of the eighth aspect, the plurality of optical filter masks are first, second, and third optical filter masks, respectively configured to filter the first, second, and third modulated light signals.

В определенных вариантах осуществления восьмого аспекта фильтрование включает пропускание нулевого порядка дифракции и одного или более первых порядков дифракции первого модулированного светового сигнала через пропускную область маски первого оптического фильтра, пропускание нулевого порядка дифракции и одного или более первых порядков дифракции второго модулированного светового сигнала через пропускную область маски второго оптического фильтра и пропускание нулевого порядка дифракции и одного или более первых порядков дифракции третьего модулированного светового сигнала через пропускную область маски третьего оптического фильтра.In certain embodiments of the eighth aspect, filtering includes passing the zero diffraction order and one or more first diffraction orders of the first modulated light signal through the mask pass region of the first optical filter, passing the zero diffraction order and one or more first diffraction orders of the second modulated light signal through the mask pass region. a second optical filter; and passing a zero diffraction order and one or more first diffraction orders of the third modulated light signal through the bandwidth of the mask of the third optical filter.

В определенных вариантах осуществления восьмого аспекта первый, второй и третий модулированные световые сигналы представляют собой красный, зеленый и синий соответственно.In certain embodiments of the eighth aspect, the first, second, and third modulated light signals are red, green, and blue, respectively.

В определенных вариантах осуществления восьмого аспекта поворачивание дополнительно включает неравномерное поворачивание и останов, когда каждая из масок первого, второго и третьего оптических фильтров располагается в модулированном световом сигнале с временным мультиплексированием.In certain embodiments of the eighth aspect, the rotation further includes uneven rotation and stop when each of the masks of the first, second, and third optical filters are located in the time-multiplexed modulated light signal.

В определенных вариантах осуществления восьмого аспекта способ после фильтрования дополнительно включает проецирование фильтрованного модулированного светового сигнала с временным мультиплексированием на экран.In certain embodiments of the eighth aspect, the post-filtering method further comprises projecting the time-multiplexed filtered modulated light signal onto a screen.

Краткое описание графических материаловBrief description of graphic materials

На фиг. 1 представлена функциональная схема оптического фильтра, который усиливает контраст изображения, генерируемого с помощью пространственного модулятора света в вариантах осуществления.In FIG. 1 is a functional diagram of an optical filter that enhances the contrast of an image generated by a spatial light modulator in embodiments.

На фиг. 2 и 3 представлены виды спереди и сбоку соответственно цифрового микрозеркального устройства (DMD), применяемого для генерирования изображения, который представляет собой часть цифрового проектора.In FIG. 2 and 3 are front and side views, respectively, of a digital micromirror device (DMD) used for image generation, which is part of a digital projector.

На фиг. 4 представлен вид сбоку оптического фильтра, который выполняет пространственное фильтрование модулированного светового сигнала из DMD, представленного на фиг. 2 и 3, в вариантах осуществления.In FIG. 4 is a side view of an optical filter that spatially filters the modulated light signal from the DMD shown in FIG. 2 and 3 in embodiments.

На фиг. 5 и 6 представлены виды сбоку примера цифрового проектора, который содержит DMD, представленный на фиг. 2 и 3, и проекционную линзу, но не содержит оптический фильтр, представленный на фиг. 1.In FIG. 5 and 6 are side views of an example of a digital projector that contains the DMD shown in FIG. 2 and 3 and a projection lens, but does not include the optical filter shown in FIG. one.

На фиг. 7 и 8 представлены графики интенсивности примеров дифракционных картин Фраунгофера модулированных в режимах ВКЛ и ВЫКЛ световых сигналов соответственно.In FIG. Figures 7 and 8 show intensity graphs of examples of Fraunhofer diffraction patterns of ON and OFF modulated light signals, respectively.

На фиг. 9–14 представлены виды спереди примеров маски оптического фильтра, представленной на фиг. 4, показывающие примеры конфигураций пропускной области (областей) в вариантах осуществления.In FIG. 9-14 are front views of examples of the optical filter mask shown in FIG. 4 showing examples of configurations of the bandwidth area(s) in the embodiments.

На фиг. 15 представлена функциональная схема примера разноцветного цифрового проектора, который добивается увеличенного коэффициента контрастности проектора посредством оптического фильтрования каждого цветового канала с пространственным мультиплексированием, в вариантах осуществления.In FIG. 15 is a block diagram of an example of a multicolor digital projector that achieves increased projector contrast ratio by optically filtering each color channel with spatial multiplexing, in embodiments.

На фиг. 16 представлена функциональная схема примера разноцветного цифрового проектора, который добивается увеличенного коэффициента контрастности проектора посредством оптического фильтрования с временным мультиплексированием разных цветовых каналов, в вариантах осуществления.In FIG. 16 is a block diagram of an example of a multi-colored digital projector that achieves increased projector contrast ratio by time-multiplexing optical filtering of different color channels, in embodiments.

На фиг. 17 представлен график зависимости оптической мощности от времени для светового сигнала с временным мультиплексированием, используемого в качестве входного светового сигнала разноцветного цифрового проектора, представленного на фиг. 16, согласно одному варианту осуществления.In FIG. 17 is a plot of optical power versus time for a time-multiplexed light signal used as the input light signal of the multi-colored digital projector shown in FIG. 16 according to one embodiment.

На фиг. 18 представлен вид спереди примера диска со светофильтрами, имеющего три сектора, каждый из которых содержит одну маску оптического фильтра, в вариантах осуществления.In FIG. 18 is a front view of an example filter disk having three sectors each containing one optical filter mask, in embodiments.

На фиг. 19 представлен вид спереди примера диска со светофильтрами, имеющего шесть секторов, каждый из которых содержит одну маску оптического фильтра, в вариантах осуществления.In FIG. 19 is a front view of an example filter disc having six sectors each containing one optical filter mask, in embodiments.

На фиг. 20 представлен способ усиления контраста изображения, генерируемого с помощью пространственного модулятора света, в вариантах осуществления. In FIG. 20 shows a method for enhancing the contrast of an image generated by a spatial light modulator in embodiments.

На фиг. 21 представлен способ проецирования цветного изображения с усиленным контрастом посредством оптического фильтрования каждого цветового канала с пространственным мультиплексированием, в вариантах осуществления.In FIG. 21 shows a method for projecting a contrast-enhanced color image by optically filtering each color channel with spatial multiplexing, in embodiments.

На фиг. 22 представлен способ с временным мультиплексированием для генерирования и проецирования цветного изображения с усиленным контрастом, в вариантах осуществления.In FIG. 22 shows a time-multiplexing method for generating and projecting a contrast-enhanced color image, in embodiments.

На фиг. 23 представлен вид сбоку модельного эксперимента.In FIG. 23 is a side view of the model experiment.

На фиг. 24–26 представлены графики зависимости коэффициента контрастности и оптической эффективности от половинного угла, полученные численно для модельного эксперимента, представленного на фиг. 23.In FIG. 24–26 are plots of contrast ratio and optical efficiency versus half angle obtained numerically for the model experiment shown in FIG. 23.

На фиг. 27 представлена дифракционная картина Фраунгофера для модельного эксперимента, представленного на фиг. 23, когда длина волны света равна 532 нм и все микрозеркала DMD находятся в положении ВКЛ.In FIG. 27 is a Fraunhofer diffraction pattern for the model experiment shown in FIG. 23 when the light wavelength is 532 nm and all DMD micromirrors are in the ON position.

На фиг. 28 представлена дифракционная картина Фраунгофера для модельного эксперимента, представленного на фиг. 23, когда длина волны света равна 617 нм и все микрозеркала DMD находятся в положении ВКЛ.In FIG. 28 is a Fraunhofer diffraction pattern for the model experiment shown in FIG. 23 when the light wavelength is 617 nm and all DMD micromirrors are in the ON position.

На фиг. 29 представлен график коэффициента контрастности и оптической эффективности, полученный численно для модельного эксперимента, представленного на фиг. 23, при работе на длине волны 617 нм, когда углы наклона в режимах ВКЛ и ВЫКЛ микрозеркал равны +12,1° и -12,1° соответственно.In FIG. 29 is a plot of contrast ratio and optical efficiency obtained numerically for the model experiment shown in FIG. 23, when operating at a wavelength of 617 nm, when the tilt angles in the ON and OFF modes of the micromirrors are +12.1° and -12.1°, respectively.

На фиг. 30 и 31 представлены графики зависимости коэффициента контрастности от угла наклона микрозеркал, полученные численно для модельного эксперимента, представленного на фиг. 23.In FIG. 30 and 31 are graphs of the dependence of the contrast ratio on the tilt angle of the micromirrors obtained numerically for the model experiment shown in FIG. 23.

На фиг. 32 представлен график коэффициента контрастности и оптической эффективности, зависящих от углового разнесения входного светового сигнала, полученный численно для модельного эксперимента, представленного на фиг. 23, при длине волны 532 нм.In FIG. 32 is a plot of contrast ratio and optical efficiency versus input light angular separation obtained numerically for the model experiment shown in FIG. 23, at a wavelength of 532 nm.

На фиг. 33 и 34 представлены дифракционные картины Фраунгофера модельного эксперимента, представленного на фиг. 23, показывающие расширение дифракционных максимумов, вызванное угловым разнесением входного светового сигнала.In FIG. 33 and 34 are Fraunhofer diffraction patterns of the model experiment shown in FIG. 23 showing the broadening of the diffraction peaks caused by the angular separation of the input light signal.

На фиг. 35 показана временная последовательность примерных битовых плоскостей, которая определяет, как управляют микрозеркалами DMD, представленного на фиг. 2 и 3, для отображения одного видеокадра.In FIG. 35 shows a time sequence of exemplary bit planes that determines how the micromirrors of the DMD shown in FIG. 2 and 3 to display one video frame.

На фиг. 36 представлен восстановленный кадр, показывающий, как выглядит один видеокадр, когда примерные битовые плоскости, представленные на фиг. 35, управляют DMD, представленным на фиг. 2 и 3, для отображения одного видеокадра.In FIG. 36 is a reconstructed frame showing what one video frame looks like when the exemplary bit planes shown in FIG. 35 control the DMD shown in FIG. 2 and 3 to display one video frame.

На фиг. 37 показан один пример рандомизированной битовой плоскости, которая образует часть последовательности рандомизированных битовых плоскостей, которая может быть использована с вариантами осуществления настоящего изобретения для сокращения наличия артефактов в восстановленном кадре, представленном на фиг. 36, в вариантах осуществления.In FIG. 37 shows one example of a randomized bitplane that forms part of a sequence of randomized bitplanes that can be used with embodiments of the present invention to reduce artifacts in the reconstructed frame shown in FIG. 36 in embodiments.

На фиг. 38 представлен восстановленный кадр, показывающий, как выглядит один видеокадр, когда последовательность рандомизированных битовых плоскостей управляет DMD, представленным на фиг. 2 и 3, для отображения одного видеокадра.In FIG. 38 is a reconstructed frame showing what a single video frame looks like when a sequence of randomized bit planes controls the DMD shown in FIG. 2 and 3 to display one video frame.

Подробное описание вариантов осуществленияDetailed description of embodiments

На фиг. 1 представлена функциональная схема оптического фильтра 110, который усиливает контраст изображения, генерируемого с помощью пространственного модулятора света (SLM). На фиг. 1 оптический фильтр 110 показан в одном сценарии применения, в котором оптический фильтр 110 реализован в цифровом проекторе 100 для усиления контраста изображения, проецируемого цифровым проектором 100 на экран 116. Цифровой проектор 100 содержит SLM 102, который модулирует входной световой сигнал 106 на модулированный световой сигнал 104 согласно введенным данным, представляющим изображение, которое необходимо спроецировать цифровым проектором 100.In FIG. 1 is a block diagram of an optical filter 110 that enhances the contrast of an image generated by a spatial light modulator (SLM). In FIG. 1, optical filter 110 is shown in one application scenario in which optical filter 110 is implemented in digital projector 100 to enhance the contrast of an image projected by digital projector 100 onto screen 116. Digital projector 100 includes an SLM 102 that modulates an input light signal 106 to a modulated light signal. 104 according to the input representing the image to be projected by the digital projector 100.

Оптический фильтр 110 фильтрует модулированный световой сигнал 104, блокируя часть 114 модулированного светового сигнала 104, которую цифровой проектор 100, в отсутствии оптического фильтра 110, проецировал бы на экран 116 даже тогда, когда SLM 102 получает команды не выдавать свет в направлении экрана 116. Оптический фильтр 110 выдает, в виде фильтрованного светового сигнала 108, пропускаемую часть модулированного светового сигнала 104. Цифровой проектор 100 содержит проекционную линзу 112, которая проецирует фильтрованный световой сигнал 108 на экран 116. В отсутствие оптического фильтра 110 блокируемая часть 114 модулированного светового сигнала 104 соответствует нижней границе силы света цифрового проектора 100 и поэтому определяет, насколько темным является проецируемое изображение. Путем блокирования блокируемой части 114 модулированного светового сигнала 104 оптический фильтр 110 уменьшает нижнюю границу, тем самым повышая контраст цифрового проектора 100.The optical filter 110 filters the modulated light signal 104 by blocking the part 114 of the modulated light signal 104 that the digital projector 100, in the absence of the optical filter 110, would project onto the screen 116 even when the SLM 102 is instructed not to emit light in the direction of the screen 116. Optical filter 110 outputs, in the form of filtered light signal 108, the transmitted portion of modulated light signal 104. Digital projector 100 includes a projection lens 112 that projects filtered light signal 108 onto screen 116. In the absence of optical filter 110, the blocked portion 114 of modulated light signal 104 corresponds to the bottom the luminous intensity limit of the digital projector 100 and therefore determines how dark the projected image is. By blocking the blocked portion 114 of the modulated light signal 104, the optical filter 110 reduces the lower limit, thereby increasing the contrast of the digital projector 100.

Как более подробно описано ниже, блокируемая часть 114 модулированного светового сигнала 104 соответствует одному или более порядкам дифракции модулированного светового сигнала 104, производимым, когда входной световой сигнал 106 дифрагирует на SLM 102. SLM 102 может представлять собой пространственный модулятор света любого типа, который (1) имеет периодическую структуру, действующую в качестве дифракционной решетки, и (2) модулирует оптическую фазу входного светового сигнала 106 так, чтобы перенаправлять световой сигнал между двумя состояниями (например, состояниями ВКЛ и ВЫКЛ). В одном примере SLM 102 представляет собой цифровое микрозеркальное устройство (DMD), которое направляет световой сигнал, наклоняя множество микрозеркал так, чтобы модулировать оптическую фазу входного светового сигнала 106. В других примерах SLM 102 представляет собой фазовый модулятор на основе отражающего жидкого кристалла на кремнии (LCOS) или фазовый модулятор на основе пропускного жидкого кристалла (LC), каждый из которых направляет свет, модулируя показатель преломления жидкого кристалла.As described in more detail below, the blocked portion 114 of the modulated light signal 104 corresponds to one or more diffraction orders of the modulated light signal 104 produced when the input light signal 106 is diffracted by the SLM 102. The SLM 102 may be any type of spatial light modulator that (1 ) has a periodic structure acting as a diffraction grating, and (2) modulates the optical phase of the input light signal 106 so as to redirect the light signal between two states (eg, ON and OFF states). In one example, the SLM 102 is a digital micromirror device (DMD) that directs a light signal by tilting a plurality of micromirrors so as to modulate the optical phase of an input light signal 106. In other examples, the SLM 102 is a phase modulator based on a reflective liquid crystal on silicon ( LCOS) or transmission liquid crystal (LC) phase modulator, each of which directs light by modulating the refractive index of the liquid crystal.

На фиг. 2 и 3 представлены виды спереди и сбоку, соответственно, для DMD 200, применяемого для генерирования изображения в качестве части цифрового проектора (например, цифрового проектора 100). DMD 200 является одним примером SLM 102. Фиг. 2 и 3 в последующем описании лучше рассматривать вместе.In FIG. 2 and 3 are front and side views, respectively, of a DMD 200 used for image generation as part of a digital projector (eg, digital projector 100). DMD 200 is one example of SLM 102. FIG. 2 and 3 in the following description are best considered together.

DMD 200 представляет собой SLM с микрооптоэлектромеханической системой (MOEMS), имеющий множество квадратных микрозеркал 202, расположенных двумерным прямоугольным массивом на субстрате 204, лежащем в плоскости x-y (см. правостороннюю систему 220 координат). В определенных вариантах осуществления DMD 200 представляет собой цифровой процессор световых сигналов (DLP), поставляемый «Texas Instruments». Каждое из микрозеркал 202 может соответствовать одному пикселю изображения и может наклоняться относительно оси 208 вращения, ориентированной под углом -45° к оси x, посредством электростатической активации, чтобы направлять входной световой сигнал 206. Для ясности на фиг. 2 показаны только соответствующие микрозеркала 202 в углах и центре DMD 200, и не все микрозеркала 202 обозначены на фиг. 3.The DMD 200 is a micro-optoelectromechanical system (MOEMS) SLM having a plurality of square micromirrors 202 arranged in a two-dimensional rectangular array on a substrate 204 lying in the x-y plane (see right hand coordinate system 220). In certain embodiments, the DMD 200 is a digital light signal processor (DLP) available from Texas Instruments. Each of the micromirrors 202 may correspond to one image pixel and may be tilted about a rotation axis 208 oriented at -45° to the x-axis by electrostatic activation to direct the input light signal 206. For clarity, FIG. 2 shows only the respective micromirrors 202 at the corners and center of the DMD 200, and not all micromirrors 202 are indicated in FIG. 3.

На фиг. 3 показаны микрозеркала 202, наклоненные, чтобы направлять входной световой сигнал 206. Микрозеркало 202(1) активировано в положении ВКЛ таким образом, чтобы зеркально отражать входной световой сигнал 206 в отраженный в режиме ВКЛ световой сигнал 306, параллельный оси z (см. систему 220 координат). Микрозеркало 202(2) активировано в положении ВЫКЛ таким образом, чтобы зеркально отражать входной световой сигнал 206 в отраженный в режиме ВЫКЛ световой сигнал 320, направленный к ловушке пучка (не показана), которая поглощает отраженный в режиме ВЫКЛ световой сигнал 320. Микрозеркало 202(3) не активировано, когда лежит параллельно субстрату 204 (например, плоскости x-y) в плоском состоянии. Лицевая поверхность 304 каждого из микрозеркал 202 может быть покрыта слоем нанесенного металла (например, алюминия), который действует как отражающая поверхность для отражения входного светового сигнала 206. Зазоры 310 между соседними микрозеркалами 202 могут быть поглощающими, т. е. входной световой сигнал 206, который попадает в зазоры 310, поглощается субстратом 204. Для ясности механические структуры, физически соединяющие микрозеркала 202 с субстратом 204, не показаны. Без отклонения от объема настоящего изобретения, DMD 200 может быть реализовано так, чтобы направлять отраженный в режиме ВКЛ световой сигнал 306 и отраженный в режиме ВЫКЛ световой сигнал 320 в соответствующих направлениях, отличающихся от показанных на фиг. 3. В дополнение, DMD 200 может быть сконфигурировано так, что каждое из микрозеркал 202, когда не активировано, лежит под любым углом к субстрату 204.In FIG. 3 shows micromirrors 202 tilted to direct input light 206. Micromirror 202(1) is activated in the ON position so as to mirror input light 206 into ON reflected light 306 parallel to the z-axis (see system 220 coordinates). The micromirror 202(2) is activated in the OFF position so as to mirror the input light signal 206 into the OFF-mode reflected light 320 towards a beam trap (not shown) that absorbs the OFF-mode reflected light 320. The micromirror 202( 3) is not activated when lying parallel to the substrate 204 (eg, the x-y plane) in a flat state. The front surface 304 of each of the micromirrors 202 may be coated with a deposited metal layer (such as aluminum) that acts as a reflective surface to reflect the input light signal 206. The gaps 310 between adjacent micromirrors 202 may be absorbent, i.e., the input light signal 206, that enters the gaps 310 is absorbed by the substrate 204. For clarity, the mechanical structures that physically connect the micromirrors 202 to the substrate 204 are not shown. Without departing from the scope of the present invention, DMD 200 may be implemented to direct ON-mode reflected light 306 and OFF-mode reflected light 320 in respective directions other than those shown in FIG. 3. In addition, the DMD 200 may be configured such that each of the micromirrors 202, when not activated, lies at any angle to the substrate 204.

Цифровой проектор, в котором применяется DMD 200, может быть спроектирован с учетом только зеркальных отражений входного светового сигнала 206 от микрозеркал 202. Однако микрозеркала 202 и зазоры 310 взаимодействуют с образованием двухмерной решетки, которая осуществляет дифракцию входного светового сигнала 206. Поэтому модулированный световой сигнал, распространяющийся от DMD 200, может формировать множество порядков дифракции, наблюдаемых в виде дифракционных картин Фраунгофера (см. дифракционные картины 700 и 800 на фиг. 7 и 8 соответственно) в дальней зоне DMD 200 или в фокальной плоскости линзы. Каждый порядок дифракции соответствует одному световому лучу, распространяющемуся от DMD 200 в уникальном соответствующем направлении. Согласно конструкции большая часть оптической мощности модулированного светового сигнала из DMD 200 находится в нулевом порядке дифракции, соответствующем зеркально отраженным в режимах ВКЛ и ВЫКЛ световым сигналам 306 и 320.A digital projector utilizing DMD 200 can be designed with only specular reflections of input light 206 from micromirrors 202. However, micromirrors 202 and gaps 310 interact to form a two-dimensional grating that diffracts input light 206. Therefore, the modulated light, propagating from the DMD 200 can form multiple diffraction orders observed as Fraunhofer diffraction patterns (see diffraction patterns 700 and 800 in FIGS. 7 and 8, respectively) in the far field of the DMD 200 or in the focal plane of the lens. Each order of diffraction corresponds to one light beam propagating from the DMD 200 in a unique corresponding direction. By design, most of the optical power of the modulated light signal from the DMD 200 is in the zero diffraction order corresponding to the ON and OFF specularly reflected lights 306 and 320.

Дифракция входного светового сигнала 206 посредством DMD 200 может уменьшать коэффициент контрастности проектора (PCR) цифрового проектора, в котором применяется DMD 200 (например, цифрового проектора 100, представленного на фиг. 1, в отсутствие оптического фильтра 110). PCR проектора определяется в данном документе как отношение величин сил света в режимах ВКЛ и ВЫКЛ (или, эквивалентно, значений первой и второй фотометрической яркости), измеренных на проекционном экране (например, экране 116, представленном на фиг. 1), освещенном проектором. Величины силы света в режимах ВКЛ и ВЫКЛ генерируются, когда проектором управляют так, чтобы выдавать соответственно его самый яркий вывод (например, белый) и его самый темный вывод (например, черный). Когда в цифровом проекторе применяется DMD 200, величины силы света в режимах ВКЛ и ВЫКЛ генерируются, когда все микрозеркала 202 находятся соответственно в положениях ВКЛ и ВЫКЛ.Diffraction of the input light signal 206 by the DMD 200 may reduce the projector contrast ratio (PCR) of a digital projector using the DMD 200 (eg, the digital projector 100 shown in FIG. 1 in the absence of the optical filter 110). The PCR of a projector is defined herein as the ratio of ON and OFF light intensities (or, equivalently, first and second photometric luminance values) measured on a projection screen (e.g., screen 116 of FIG. 1) illuminated by the projector. The ON and OFF light intensity values are generated when the projector is controlled to output its brightest output (eg white) and its darkest output (eg black) respectively. When the DMD 200 is used in a digital projector, the ON and OFF mode luminous intensity values are generated when all the micromirrors 202 are in the ON and OFF positions, respectively.

То, как DMD 200 осуществляет дифракцию входного светового сигнала 206, может определяться множеством параметров, таких как (1) длина волны входного светового сигнала 206, (2) направление входного светового сигнала 206, (3) шаг 212 DMD 200, (4) ширина 210 зазоров 310 DMD 200 и (5) углы наклона в режимах ВКЛ и ВЫКЛ микрозеркала 202. В обоих направлениях x и y DMD 200 шаг 212 равен сумме ширины 210 и длины 218 края микрозеркала, как показано на фиг. 2. Шаг 212 может составлять от 5 до 15 микрон. Ширина 210 может составлять менее 1 микрона. В одном примере шаг 212 составляет от 7 до 8 микрон и ширина 210 составляет от 0,7 до 0,9 микрона.How the DMD 200 diffracts the input light signal 206 can be determined by a variety of parameters such as (1) wavelength of the input light signal 206, (2) direction of the input light signal 206, (3) pitch 212 of the DMD 200, (4) width 210 of the gaps 310 of the DMD 200 and (5) the ON and OFF tilt angles of the micromirror 202. In both the x and y directions of the DMD 200, the pitch 212 is equal to the sum of the width 210 and the length 218 of the edge of the micromirror, as shown in FIG. 2. Pitch 212 may be 5 to 15 microns. Width 210 may be less than 1 micron. In one example, pitch 212 is 7 to 8 microns and width 210 is 0.7 to 0.9 microns.

На фиг. 4 представлен вид сбоку оптического фильтра 400, который выполняет пространственное фильтрование модулированного светового сигнала 402 из DMD 200 для усиления PCR цифрового проектора 100. Оптический фильтр 400 является одним примером оптического фильтра 110. Без отступления от объема настоящего изобретения в оптическом фильтре 400 DMD 200 может быть заменено SLM 102 другого типа (например, фазовым модулятором на основе отражающего LCOS или пропускного LC). Оптический фильтр 400 содержит линзу 404, которая выполняет пространственное Фурье-преобразование модулированного светового сигнала 402 посредством фокусирования модулированного светового сигнала 402 на Фурье-плоскость 408. Модулированный световой сигнал 402 показан на фиг. 4 как множество стрелок, каждая из которых соответствует одному порядку дифракции и указывает в уникальном направлении, в котором распространяется один порядок дифракции. В одном варианте осуществления DMD 200 центрировано на оптической оси 422, определенной линзой 404, как показано на фиг. 4. В другом варианте осуществления DMD 200 расположено эксцентрично относительно оптической оси 422. Линза 404 имеет фокусное расстояние 410, и Фурье-плоскость 408 лежит на фокальной плоскости линзы 404. Маска 412 оптического фильтра, расположенная на Фурье-плоскости 408, выполняет пространственное фильтрование модулированного светового сигнала 402, прошедшего Фурье-преобразование в линзе 404. Пространственное Фурье-преобразование, выполненное линзой 404, преобразует угол распространения каждого порядка дифракции модулированного светового сигнала 402 в соответствующее пространственное положение на Фурье-плоскости 408. Таким образом, линза 404 обеспечивает возможность выбора желаемых порядков дифракции и отсеивания нежелаемых порядков дифракции, посредством пространственного фильтрования на Фурье-плоскости 408. Пространственное Фурье-преобразование модулированного светового сигнала 402 на Фурье-плоскости 408 эквивалентно дифракционной картине Фраунгофера модулированного светового сигнала 402.In FIG. 4 is a side view of an optical filter 400 that spatially filters the modulated light signal 402 from the DMD 200 to enhance the PCR of the digital projector 100. The optical filter 400 is one example of an optical filter 110. Without departing from the scope of the present invention, in the optical filter 400, the DMD 200 may be replaced by another type of SLM 102 (eg, phase modulator based on reflective LCOS or pass LC). The optical filter 400 includes a lens 404 that spatially Fourier transforms the modulated light signal 402 by focusing the modulated light signal 402 onto a Fourier plane 408. The modulated light signal 402 is shown in FIG. 4 as a plurality of arrows each corresponding to one diffraction order and pointing in a unique direction in which one diffraction order propagates. In one embodiment, DMD 200 is centered on optical axis 422 defined by lens 404, as shown in FIG. 4. In another embodiment, the DMD 200 is located eccentric with respect to the optical axis 422. The lens 404 has a focal length of 410 and the Fourier plane 408 lies on the focal plane of the lens 404. An optical filter mask 412 located on the Fourier plane 408 performs spatial filtering of the modulated Fourier-transformed light signal 402 in lens 404. The spatial Fourier transform performed by lens 404 converts the propagation angle of each order of diffraction of the modulated light signal 402 to the corresponding spatial position on the Fourier plane 408. Thus, lens 404 provides the ability to select the desired diffraction orders and screening out unwanted diffraction orders by spatial filtering on a Fourier plane 408. The spatial Fourier transform of a modulated light signal 402 on a Fourier plane 408 is equivalent to the Fraunhofer diffraction pattern of the modulated light signal a 402.

Маска 412 оптического фильтра имеет по меньшей мере одну пропускную область 416, которая полностью или частично пропускает по меньше мере один порядок дифракции модулированного светового сигнала 402 через маску 412 оптического фильтра как фильтрованный световой сигнал 414. В определенных вариантах осуществления маска 412 оптического фильтра является непрозрачной там, где падают нежелаемые порядки дифракции модулированного светового сигнала 402. В некоторых вариантах осуществления маска 412 оптического фильтра является непрозрачной там, где маска 412 оптического фильтра не имеет пропускной области 416. В других вариантах осуществления маска 412 оптического фильтра сконфигурирована так, чтобы отражать, а не пропускать, желаемые порядки дифракции, чтобы пространственно отделять желаемые порядки дифракции от нежелаемых порядков дифракции.Optical filter mask 412 has at least one pass region 416 that completely or partially passes at least one diffraction order of modulated light signal 402 through optical filter mask 412 as filtered light signal 414. In certain embodiments, optical filter mask 412 is opaque there. where the unwanted diffraction orders of the modulated light signal 402 fall. In some embodiments, the optical filter mask 412 is opaque where the optical filter mask 412 does not have a bandwidth 416. In other embodiments, the optical filter mask 412 is configured to reflect rather than skip desired diffraction orders to spatially separate desired diffraction orders from unwanted diffraction orders.

В одном варианте осуществления оптический фильтр 400 содержит коллиматорную линзу 418, которая коллимирует фильтрованный световой сигнал 414 в коллимированный световой сигнал 420. Коллиматорная линза 418 может облегчать интеграцию оптического фильтра 400 с другими оптическими элементами или системами. Например, линза 418 может соединять фильтрованный световой сигнал 414 с дополнительными оптическими устройствами, расположенными за оптическим фильтром 400 (например, проекционной линзой 112 или блоком 1504 объединения пучков, который обсуждается ниже со ссылкой на фиг. 15). Коллиматорная линза 418 имеет фокусное расстояние 424 и расположена так, что фокальная плоскость коллиматорной линзы 418 совпадает с Фурье-плоскостью 408. Хотя фокусные расстояния 410 и 424 показаны на фиг. 4 как равные, фокусные расстояния 410 и 424 могут отличаться друг от друга без отступления от объема настоящего изобретения. В другом варианте осуществления оптический фильтр 400 содержит линзу, подобную коллиматорной линзе 418, которая оптически соединяет фильтрованный световой сигнал 414 с дополнительными оптическими устройствами, расположенными за оптическим фильтром 400 (например, проекционной линзой 112).In one embodiment, optical filter 400 includes a collimator lens 418 that collimates filtered light signal 414 into collimated light signal 420. Collimator lens 418 may facilitate integration of optical filter 400 with other optical elements or systems. For example, lens 418 may couple filtered light signal 414 to additional optical devices located behind optical filter 400 (eg, projection lens 112 or beam combiner 1504, which is discussed below with reference to FIG. 15). Collimator lens 418 has a focal length of 424 and is positioned such that the focal plane of collimator lens 418 coincides with Fourier plane 408. Although focal lengths 410 and 424 are shown in FIG. 4 as being equal, the focal lengths 410 and 424 may be different from each other without departing from the scope of the present invention. In another embodiment, optical filter 400 includes a lens, like collimator lens 418, that optically couples filtered light 414 to additional optical devices located behind optical filter 400 (eg, projection lens 112).

Для ясности на фиг. 4 показаны только дифрагированные пучки, дифрагирующие в одном измерении (например, в направлении x). Однако DMD 200 осуществляет дифракцию в двух измерениях, так что модулированный световой сигнал 402 также содержит дифрагированные пучки, которые были дифрагированы DMD 200 во втором измерении, перпендикулярном оптической оси 422 (например, в направлении y). Каждый дифрагированный пучок в двухмерной дифракционной картине может быть обозначен парой целых чисел, идентифицирующих порядок дифракции дифрагированного пучка для каждого из двух направлений. В данном документе «нулевой порядок» относится к одному дифрагированному пучку, который имеет нулевой порядок в обоих из двух направлений. Также без отступления от объема настоящего изобретения, каждая стрелка, представленная на фиг. 4 как часть модулированного светового сигнала 402, может указывать группу соседних порядков дифракции, например, группу, состоящую из нулевого порядка дифракции и множества первых порядков дифракции.For clarity, in FIG. 4 shows only diffracted beams diffracting in one dimension (eg in the x direction). However, the DMD 200 diffracts in two dimensions, so that the modulated light signal 402 also contains diffracted beams that have been diffracted by the DMD 200 in a second dimension perpendicular to the optical axis 422 (eg, in the y direction). Each diffracted beam in the two-dimensional diffraction pattern may be denoted by a pair of integers identifying the diffraction order of the diffracted beam for each of the two directions. As used herein, "zero order" refers to a single diffracted beam that has zero order in both of the two directions. Also without departing from the scope of the present invention, each arrow shown in FIG. 4 as part of the modulated light signal 402 may indicate a group of adjacent diffraction orders, such as a group consisting of a zero diffraction order and a plurality of first diffraction orders.

На фиг. 5 и 6 представлены виды сбоку примера цифрового проектора 500, который содержит DMD 200 и проекционную линзу 112, но не содержит оптический фильтр 110. На фиг. 5 и 6 показано, как порядки дифракции модулированного светового сигнала 402 из DMD 200 ослабляют PCR цифрового проектора 500. На фиг. 5 цифровой проектор 500 генерирует силу света в режиме ВКЛ путем активации всех микрозеркал 202 DMD 200 в положении ВКЛ (см. микрозеркало 202(1) в увеличенном виде 516). На фиг. 6 цифровой проектор 500 генерирует силу света в режиме ВЫКЛ путем активации всех микрозеркал 202 DMD 200 в положении ВЫКЛ (см. микрозеркало 202(1) в увеличенном виде 616). На фиг. 5 и 6 DMD 200 и проекционная линза 112 центрированы в направлениях x и y (см. систему 220 координат) на оптической оси 422. Фиг. 5 и 6 в последующем описании лучше рассматривать вместе.In FIG. 5 and 6 are side views of an example digital projector 500 that includes a DMD 200 and a projection lens 112 but does not include an optical filter 110. FIG. 5 and 6 show how the diffraction orders of the modulated light signal 402 from the DMD 200 attenuate the PCR of the digital projector 500. FIG. 5, the digital projector 500 generates light intensity in the ON mode by activating all of the micromirrors 202 of the DMD 200 in the ON position (see enlarged micromirror 202(1) 516). In FIG. 6, the digital projector 500 generates luminous intensity in the OFF mode by activating all the micromirrors 202 of the DMD 200 in the OFF position (see enlarged micromirror 202(1) 616). In FIG. 5 and 6, DMD 200 and projection lens 112 are centered in the x and y directions (see coordinate system 220) on optical axis 422. FIG. 5 and 6 in the following description are best considered together.

На фиг. 5 DMD 200 осуществляет дифракцию входного светового сигнала 206 в модулированный в режиме ВКЛ световой сигнал 502, имеющий множество дифрагированных в режиме ВКЛ пучков 504. На фиг. 6 DMD 200 осуществляет дифракцию входного светового сигнала 206 в модулированный в режиме ВЫКЛ световой сигнал 602, имеющий множество дифрагированных в режиме ВЫКЛ пучков 604. В дальней зоне DMD 200 каждый из дифрагированных в режиме ВКЛ пучков 504 соответствует одному порядку дифракции или пику дифракционной картины Фраунгофера, сформированной модулированным в режиме ВКЛ световым сигналом 502, а каждый из дифрагированных в режиме ВЫКЛ пучков 604 соответствует одному порядку дифракции или пику дифракционной картины Фраунгофера, сформированной модулированным в режиме ВЫКЛ световым сигналом 602. В дальней зоне DMD 200 каждый из дифрагированных в режимах ВКЛ и ВЫКЛ пучков 504, 604 соответствует k-вектору, имеющему одно из множества направлений 510 распространения. В примере на фиг. 5 и 6 направления 510 распространения представлены как тонкие линии; каждый из дифрагированных в режимах ВКЛ и ВЫКЛ пучков 504, 604 выровнен с одним из направлений 510 распространения и представлен жирной стрелкой, имеющей длину, соответствующую его мощности или интенсивности.In FIG. 5, the DMD 200 diffracts the input light signal 206 into an ON modulated light signal 502 having a plurality of ON diffracted beams 504. FIG. 6, the DMD 200 diffracts the input light signal 206 into an OFF-modulated light signal 602 having a plurality of OFF-mode diffracted beams 604. In the far field of the DMD 200, each of the ON-mode diffracted beams 504 corresponds to one diffraction order or peak of the Fraunhofer diffraction pattern, 502, and each of the OFF-diffracted beams 604 corresponds to one diffraction order or peak of the Fraunhofer pattern generated by the OFF-modulated light 602. In the far-field DMD 200, each of the diffracted ON and OFF beams 504, 604 corresponds to a k-vector having one of a plurality of propagation directions 510. In the example in FIG. 5 and 6 propagation directions 510 are represented as thin lines; each of the ON and OFF diffracted beams 504, 604 is aligned with one of the propagation directions 510 and is represented by a thick arrow having a length corresponding to its power or intensity.

Один аспект настоящих вариантов осуществления заключается в понимании того, что для фиксированного направления входного светового сигнала 206 мощность/интенсивность дифрагированных в режимах ВКЛ и ВЫКЛ пучков 504, 604 изменяется, когда микрозеркала 202 DMD 200 переключаются между положениями ВКЛ и ВЫКЛ, тогда как направления 510 распространения дифрагированных в режимах ВКЛ и ВЫКЛ пучков 504, 604 остаются неизменными, когда микрозеркала 202 DMD 200 переключаются между положениями ВКЛ и ВЫКЛ.One aspect of the present embodiments is to understand that for a fixed direction of the input light signal 206, the power/intensity of the ON and OFF diffracted beams 504, 604 changes when the DMD 200 micromirrors 202 are switched between ON and OFF, while the propagation directions 510 of the ON and OFF diffracted beams 504, 604 remain unchanged when the micromirrors 202 of the DMD 200 are switched between ON and OFF.

В примере на фиг. 5 входной световой сигнал 206 представляет собой монохроматическую плоскую волну, освещающую DMD 200 и распространяющуюся в направлении к DMD 200 так, что дифрагированный в режиме ВКЛ пучок 504(1) распространяется вдоль оптической оси 422. Дифрагированный в режиме ВКЛ пучок 504(1) содержит большую часть мощности модулированного в режиме ВКЛ светового сигнала 502. Дифрагированный в режиме ВКЛ пучок 504(1) может представлять нулевой порядок дифракции или множество соседствующих порядков дифракции (например, нулевой порядок дифракции и несколько первых порядков дифракции) модулированного в режиме ВКЛ светового сигнала 502.In the example in FIG. 5, the input light signal 206 is a monochromatic plane wave illuminating the DMD 200 and propagating towards the DMD 200 such that the ON-diffracted beam 504(1) propagates along the optical axis 422. The ON-diffracted beam 504(1) contains a large a fraction of the power of the ON-modulated light signal 502. The ON-diffracted beam 504(1) may represent the zero diffraction order or a plurality of adjacent diffraction orders (e.g., zero diffraction order and several first diffraction orders) of the ON-modulated light signal 502.

На фиг. 5 также показан дифрагированный в режиме ВКЛ пучок 504(2), распространяющийся в направлении, отличающемся от направления дифрагированного в режиме ВКЛ пучка 504(1), но все же проходящий через прозрачную апертуру 508 проекционной линзы 112. Мощность в дифрагированном в режиме ВКЛ пучке 504(2) меньше, чем мощность в дифрагированном в режиме ВКЛ пучке 504(1). Множество дифрагированных в режиме ВКЛ пучков 518, включая дифрагированные в режиме ВКЛ пучки 504(1) и 504(2), проходят через прозрачную апертуру 508 проекционной линзы 112, которая проецирует дифрагированные в режиме ВКЛ пучки 518 на проекционный экран в виде проецируемого в режиме ВКЛ светового сигнала 514.In FIG. 5 also shows an ON-diffracted beam 504(2) propagating in a different direction than the ON-diffracted beam 504(1) but still passing through a transparent aperture 508 of the projection lens 112. Power in the ON-diffracted beam 504 (2) less than the power in the ON-diffracted beam 504(1). A plurality of ON-diffracted beams 518, including ON-diffracted beams 504(1) and 504(2), pass through a transparent aperture 508 of a projection lens 112 that projects the ON-diffracted beams 518 onto the projection screen as projected in ON mode. light signal 514.

На фиг. 5 также показан дифрагированный в режиме ВКЛ пучок 504(3), распространяющийся в направлении мимо прозрачной апертуры 508. Проекционная линза 112 не проецирует дифрагированный в режиме ВКЛ пучок 504(3) на проекционный экран. Мощность в дифрагированном в режиме ВКЛ пучке 504(3) составляет малую долю мощности модулированного в режиме ВКЛ светового сигнала 502. Поэтому исключение дифрагированного в режиме ВКЛ пучка 504(3) из проецируемого в режиме ВКЛ светового сигнала 514 мало влияет на световой КПД цифрового проектора 500.In FIG. 5 also shows the ON-diffracted beam 504(3) propagating in the direction past the transparent aperture 508. The projection lens 112 does not project the ON-diffracted beam 504(3) onto the projection screen. The power in the ON-diffracted beam 504(3) is a small fraction of the power of the ON-modulated light signal 502. Therefore, excluding the ON-diffracted beam 504(3) from the ON-projected light signal 514 has little effect on the light efficiency of the digital projector 500 .

На фиг. 6 показаны дифрагированные в режиме ВЫКЛ пучки 604(1), 604(2), 604(3), соответствующие соответствующим дифрагированным в режиме ВКЛ пучкам 504(1), 504(2), 504(3), представленным на фиг. 5. Дифрагированный в режиме ВЫКЛ пучок 604(3) распространяется в сторону от оптической оси 422, проходя мимо прозрачной апертуры 508. Большая часть мощности модулированного в режиме ВЫКЛ светового сигнала 602 находится в дифрагированном в режиме ВЫКЛ пучке 604(3) и поэтому не будет проецироваться на проекционный экран.In FIG. 6 shows OFF-mode diffracted beams 604(1), 604(2), 604(3) corresponding to corresponding ON-mode diffracted beams 504(1), 504(2), 504(3) shown in FIG. 5. The OFF-diffracted beam 604(3) propagates away from the optical axis 422 passing the transparent aperture 508. Most of the power of the OFF-modulated light signal 602 is in the OFF-diffracted beam 604(3) and therefore will projected onto a projection screen.

На фиг. 6 дифрагированные в режиме ВЫКЛ пучки 604(1) и 604(2) проходят через прозрачную апертуру 508 и проецируются как часть проецируемого в режиме ВЫКЛ светового сигнала 614. Мощность в дифрагированных в режиме ВЫКЛ пучках 604(1) и 604(2) является малой в сравнении с мощностью в дифрагированном в режиме ВЫКЛ пучке 604(3). Однако мощность в дифрагированных в режиме ВЫКЛ пучках 604(1) и 604(2) увеличивает силу света в режиме ВЫКЛ цифрового проектора 500, тем самым уменьшая PCR цифрового проектора 500.In FIG. 6, the OFF-mode diffracted beams 604(1) and 604(2) pass through the transparent aperture 508 and are projected as part of the OFF-mode projected light signal 614. The power in the OFF-mode diffracted beams 604(1) and 604(2) is low. compared to the power in the diffracted OFF mode beam 604(3). However, the power in the OFF-diffracted beams 604(1) and 604(2) increases the luminous intensity in the OFF mode of the digital projector 500, thereby reducing the PCR of the digital projector 500.

Поскольку большая часть оптической мощности модулированного в режиме ВКЛ светового сигнала 502 находится в дифрагированном в режиме ВКЛ пучке 504(1), другие дифрагированные в режиме ВКЛ пучки 504 во множестве дифрагированных в режиме ВКЛ пучков 518, проходящих через прозрачную апертуру 508 с формированием проецируемого в режиме ВКЛ светового сигнала 514, содержат относительно малую мощность и поэтому незначительно влияют на мощность проецируемого в режиме ВКЛ светового сигнала 514. Однако соответствующие дифрагированные в режиме ВЫКЛ пучки 604, проходящие через прозрачную апертуру 508, могут значительно увеличивать мощность в проецируемом в режиме ВЫКЛ световом сигнале 614, уменьшая PCR цифрового проектора 500.Since most of the optical power of the ON-modulated light signal 502 resides in the ON-diffracted beam 504(1), the other ON-diffracted beams 504 in the plurality of ON-diffracted beams 518 passing through the transparent aperture 508 to form the projected ON-mode ON light signal 514 contain relatively low power and therefore have little effect on the power of the projected light signal 514 in ON mode. , reducing the PCR of the digital projector 500.

Другой аспект настоящих вариантов осуществления состоит в понимании того, что порядки дифракции, соответствующие дифрагированным в режиме ВКЛ пучкам с малыми величинами оптической мощности, таким как дифрагированный в режиме ВКЛ пучок 504(2), описанный выше, может быть отфильтрован, чтобы увеличивать PCR с минимальным уменьшением вывода оптической мощности и КПД цифрового проектора 500. Для того чтобы найти порядки дифракции, которые необходимо отфильтровать, можно использовать коэффициент контрастности порядка дифракции (DOCR). Для каждого из направлений 510 распространения, проходящих через прозрачную апертуру 508, DOCR в данном документе определяют как отношение оптических мощностей пары соответствующих дифрагированных в режимах ВКЛ и ВЫКЛ пучков с одинаковым порядком дифракции и направлением распространения. Например, порядок дифракции, соответствующий дифрагированным в режимах ВКЛ и ВЫКЛ пучкам 504(1) и 604(1), имеет высокий DOCR. Порядки дифракции с высоким DOCR являются выгодными для увеличения PCR, и их можно преимущественно выбрать для проецирования на проекционный экран. С другой стороны, дифрагированные в режимах ВКЛ и ВЫКЛ пучки 504(2) и 604(2) соответствуют порядку дифракции с малым DOCR. Порядки дифракции с малым DOCR уменьшают PCR и могут быть преимущественно отфильтрованы для увеличения PCR цифрового проектора 500.Another aspect of the present embodiments is the understanding that the diffraction orders corresponding to ON-diffracted beams with low optical powers, such as the ON-diffracted beam 504(2) described above, can be filtered to increase PCR with a minimum reducing the optical power output and efficiency of the digital projector 500. In order to find the diffraction orders to be filtered out, the diffraction order contrast ratio (DOCR) can be used. For each of the propagation directions 510 passing through the transparent aperture 508, DOCR is defined herein as the ratio of the optical powers of a pair of respective ON and OFF diffracted beams with the same diffraction order and propagation direction. For example, the diffraction order corresponding to the ON and OFF diffracted beams 504(1) and 604(1) has a high DOCR. High DOCR diffraction orders are advantageous for increasing PCR and may advantageously be chosen for projection onto a projection screen. On the other hand, ON and OFF diffracted beams 504(2) and 604(2) correspond to a low DOCR diffraction order. Low DOCR diffraction orders reduce PCR and can be advantageously filtered to increase the PCR of a 500 digital projector.

Для ясности на фиг. 5 и 6 показаны только дифрагированные пучки 504, 604, дифрагирующие в одном измерении (например, в направлении x). Однако DMD 200 осуществляет дифракцию входного светового сигнала 206 в двух измерениях, так что модулированные световые сигналы 502 и 602 также содержат дифрагированные пучки, которые были дифрагированы DMD 200 во втором измерении, перпендикулярном оптической оси 512 (например, в направлении y). For clarity, in FIG. 5 and 6 show only diffracted beams 504, 604 diffracting in one dimension (eg, in the x direction). However, the DMD 200 diffracts the input light signal 206 in two dimensions, so that the modulated light signals 502 and 602 also contain diffracted beams that have been diffracted by the DMD 200 in a second dimension perpendicular to the optical axis 512 (eg, in the y direction).

На фиг. 7 и 8 представлены графики интенсивности примеров дифракционных картин 700 и 800 Фраунгофера модулированных в режимах ВКЛ и ВЫКЛ световых сигналов 502 и 602, соответственно. Дифракционные картины 700 и 800 соответствуют Фурье-преобразованиям, производимым линзой 404 на Фурье-плоскости 408, когда цифровой проектор 100 работает с DMD 200 и оптическим фильтром 400. Дифракционные картины 700 и 800 были сгенерированы численно в соответствии с процедурой, более подробно описанной ниже в разделе «Численный анализ». Каждая из дифракционных картин 700 и 800 содержит множество разнесенных на равное расстояние дифракционных максимумов, соответствующих дифрагированным пучкам 504 и 604 соответственно. На фиг. 7 и 8 горизонтальная ось 704 и вертикальная ось 706 обозначают направляющие косинусы дифракционных максимумов относительно соответственно осей x и y системы 220 координат. На фиг. 7 и 8 интенсивности дифракционных картин 700 и 800 обозначены в соответствии со шкалой 708 интенсивности.In FIG. 7 and 8 are intensity graphs of exemplary Fraunhofer diffraction patterns 700 and 800 of ON and OFF modulated light signals 502 and 602, respectively. Diffraction patterns 700 and 800 correspond to the Fourier transforms produced by lens 404 on Fourier plane 408 when digital projector 100 operates with DMD 200 and optical filter 400. Diffraction patterns 700 and 800 were generated numerically in accordance with the procedure described in more detail below in section "Numerical analysis". Each of the diffraction patterns 700 and 800 contains a plurality of equally spaced diffraction maxima corresponding to diffracted beams 504 and 604, respectively. In FIG. 7 and 8, horizontal axis 704 and vertical axis 706 denote the direction cosines of the diffraction peaks about the x and y axes of the coordinate system 220, respectively. In FIG. 7 and 8, the intensities of the diffraction patterns 700 and 800 are indicated according to the intensity scale 708.

Окружность 702 на фиг. 7 и 8 представляет прозрачную апертуру 508, представленную на фиг. 5 и 6. Дифракционные максимумы, лежащие внутри окружности 702, представляют дифрагированные пучки 518, 618, которые проецируются проекционной линзой 112 как проецируемые в режимах ВКЛ и ВЫКЛ световые сигналы 514, 614 соответственно. На фиг. 7 самый яркий (например, с наивысшей интенсивностью) дифракционный максимум 710 в центре окружности 702 соответствует дифрагированному в режиме ВКЛ пучку 504(1), представленному на фиг. 5, и/или нулевому порядку модулированного в режиме ВКЛ светового сигнала 502. Дифракционные максимумы, лежащие вне пределов окружности 702, не проецируются на проекционный экран.Circle 702 in FIG. 7 and 8 represent the transparent aperture 508 shown in FIG. 5 and 6. The diffraction peaks within circle 702 represent diffracted beams 518, 618 that are projected by projection lens 112 as ON and OFF projected light signals 514, 614, respectively. In FIG. 7, the brightest (eg, highest intensity) diffraction peak 710 at the center of circle 702 corresponds to ON-diffracted beam 504(1) shown in FIG. 5 and/or the zero order of the ON modulated light signal 502. Diffraction maxima lying outside the circle 702 are not projected onto the projection screen.

На фиг. 8 самый дифракционный максимум 810, соответствующий дифрагированному в режиме ВЫКЛ пучку 604(3), находится при более высоких значениях косинусов направленности за пределами окружности 702 и поэтому не проецируется на проекционный экран. Однако множество дифракционных максимумов 812 низкой мощности в окружности 702 проецируются на проекционный экран как проецируемый в режиме ВЫКЛ световой сигнал 614, увеличивая силу света в режиме ВЫКЛ и уменьшая PCR.In FIG. 8, the most diffractive peak 810 corresponding to the OFF-diffracted beam 604(3) is at higher directivity cosines outside the circle 702 and is therefore not projected onto the projection screen. However, a plurality of low power diffraction peaks 812 in circle 702 are projected onto the projection screen as OFF-mode projected light 614, increasing OFF-mode light intensity and decreasing PCR.

Чтобы увеличить PCR, оптический фильтр 400 может быть реализован так, чтобы уменьшать силу света в режиме ВЫКЛ путем блокирования порядков дифракции, лежащих внутри окружности 702, которые вносят относительно больший вклад в силу света в режиме ВЫКЛ, чем в силу света в режиме ВКЛ. Дифракционные картины 700 и 800 Фраунгофера представляют Фурье-преобразования модулированного светового сигнала 402 и иллюстрируют то, как пропускные области 416 могут быть сконфигурированы так, чтобы маска 412 оптического фильтра пропускала желаемые порядки дифракции для проецирования и блокировала все другие нежелаемые порядки дифракции, которые в ином случае бы проецировались. Более конкретно, с использованием параметров линзы 404 косинусы направленности, связанные с каждым желаемым дифракционным максимумом, могут быть преобразованы в пространственное положение на маске 412 оптического фильтра, в котором может быть расположена пропускная область 416 для пропускания желаемого дифракционного максимума через маску 412 оптического фильтра. Аналогично косинусы направленности, связанные с каждым нежелаемым дифракционным максимумом, могут быть преобразованы в пространственное положение на маске 412 оптического фильтра, в котором маска 412 оптического фильтра является непрозрачной, чтобы блокировать (например, отфильтровывать) нежелаемый дифракционный максимум.To increase PCR, optical filter 400 can be implemented to reduce OFF mode luminous intensity by blocking diffraction orders lying within circle 702 that contribute relatively more to OFF mode luminous intensity than to ON mode luminous intensity. The Fraunhofer diffraction patterns 700 and 800 represent the Fourier transforms of the modulated light signal 402 and illustrate how pass regions 416 can be configured so that the optical filter mask 412 passes the desired diffraction orders for projection and blocks all other undesired diffraction orders that would otherwise would be projected. More specifically, using the parameters of the lens 404, the directivity cosines associated with each desired diffraction peak can be converted to a spatial position on the optical filter mask 412 at which a pass region 416 can be located to pass the desired diffraction peak through the optical filter mask 412. Similarly, the directivity cosines associated with each unwanted diffraction peak can be translated into a spatial position on the optical filter mask 412 at which the optical filter mask 412 is opaque to block (eg, filter out) the unwanted diffraction peak.

В одном варианте осуществления маска 412 оптического фильтра содержит одну пропускную область 416, имеющую размер, геометрическую форму, положение и ориентацию, выбранные так, чтобы оптимизировать PCR и/или световой КПД цифрового проектора. В другом варианте осуществления маска 412 оптического фильтра имеет множество пропускных областей 416 и размер, геометрическую форму, положение и/или ориентацию выбирают для каждой пропускной области 416 так, чтобы оптимизировать PCR и/или световой КПД цифрового проектора.In one embodiment, the optical filter mask 412 comprises a single pass region 416 having a size, geometry, position, and orientation chosen to optimize the PCR and/or luminous efficiency of a digital projector. In another embodiment, the optical filter mask 412 has a plurality of pass regions 416 and the size, geometry, position and/or orientation is chosen for each pass region 416 so as to optimize the PCR and/or light efficiency of the digital projector.

На фиг. 9–14 представлены виды спереди примеров маски 412 оптического фильтра, представленной на фиг. 4, показывающие примеры конфигураций пропускной области (областей) 416. На каждой из фиг. 9–14 множество положений 902 порядков дифракции, например, порядков дифракции, связанных с разными парами соответствующих дифрагированных в режимах ВКЛ и ВЫКЛ пучков 504 и 604, обозначены знаками «X», образующими двумерную решетку. Например, на фиг. 9, положение 902(2) обозначает один порядок дифракции, заблокированный маской 900 оптического фильтра, тогда как положение 902(1) обозначает один порядок дифракции, пропущенный маской 900 оптического фильтра. In FIG. 9-14 are front views of examples of the optical filter mask 412 shown in FIG. 4 showing examples of configurations of throughput area(s) 416. In each of FIGS. 9-14, a plurality of positions 902 of diffraction orders, such as diffraction orders associated with different pairs of respective ON and OFF diffracted beams 504 and 604, are denoted by "X"s forming a two-dimensional grating. For example, in FIG. 9, position 902(2) denotes one diffraction order blocked by the optical filter mask 900, while position 902(1) denotes one diffraction order missed by the optical filter mask 900.

На фиг. 9 и 10 показаны примеры масок 900 и 1000 оптического фильтра, имеющих круглые пропускные области 904 и 1004 соответственно. Каждая из круглых пропускных областей 904 и 1004 может представлять собой отверстие или материал, который является по меньшей мере частично пропускающим свет. Круглые пропускные области 904 и 1004 являются примерами пропускной области 416. Круглая пропускная область 904 имеет такой размер, чтобы пропускать один порядок дифракции через маску 900 оптического фильтра. Круглая пропускная область 1004 имеет такой размер, чтобы пропускать множество порядков дифракции через маску оптического фильтра, например, девять порядков дифракции, образующих решетку 3 x 3, как показано на фиг. 9. Хотя на фиг. 9 и 10 круглые пропускные области 904 и 1004 показаны как центрированные на соответствующих масках 900 и 1000 оптического фильтра и таким образом центрированные на оптической оси 422, круглые пропускные области 904 и 1004 могут быть расположены эксцентрично, без отступления от объема настоящего изобретения.In FIG. 9 and 10 show examples of optical filter masks 900 and 1000 having circular pass areas 904 and 1004, respectively. Each of the circular passage areas 904 and 1004 may be an opening or a material that is at least partially translucent. Circular pass regions 904 and 1004 are examples of pass region 416. Circular pass region 904 is sized to pass one order of diffraction through the optical filter mask 900. The circular pass area 1004 is sized to allow multiple diffraction orders to pass through the optical filter mask, such as nine diffraction orders forming a 3 x 3 grating as shown in FIG. 9. Although FIG. 9 and 10, the circular gates 904 and 1004 are shown as being centered on the respective optical filter masks 900 and 1000 and thus centered on the optical axis 422, the circular gates 904 and 1004 may be positioned eccentrically without departing from the scope of the present invention.

На фиг. 11 и 12 показаны примеры масок 1100 и 1200 оптического фильтра, имеющих квадратные пропускные области 1104 и 1204 соответственно. Каждая из квадратных пропускных областей 1104 и 1204 может представлять собой квадратное отверстие или материал квадратной формы, который является по меньшей мере частично пропускающим свет. Квадратные пропускные области 1104 и 1204 являются примерами пропускной области 416. Квадратная пропускная область 1104 центрирована на маске 1100 оптического фильтра и имеет такой размер, чтобы пропускать множество порядков дифракции через маску 1100 оптического фильтра, например, девять порядков дифракции, образующих решетку 3 x 3, как показано на фиг. 11. Квадратная пропускная область 1204 расположена эксцентрично на маске 1200 оптического фильтра и имеет такой размер, чтобы пропускать множество порядков дифракции через маску 1200 оптического фильтра, например, четыре порядка дифракции, образующих решетку 2 x 2.In FIG. 11 and 12 show examples of optical filter masks 1100 and 1200 having square pass regions 1104 and 1204, respectively. Each of the square passage areas 1104 and 1204 may be a square hole or a square-shaped material that is at least partially translucent. The square pass regions 1104 and 1204 are examples of the pass region 416. The square pass region 1104 is centered on the optical filter mask 1100 and is sized to allow multiple diffraction orders to pass through the optical filter mask 1100, such as nine diffraction orders forming a 3 x 3 grating, as shown in FIG. 11. A square pass region 1204 is located eccentrically on the optical filter mask 1200 and is sized to allow multiple diffraction orders to pass through the optical filter mask 1200, such as four diffraction orders forming a 2 x 2 grating.

На фиг. 13 показан пример маски 1300 оптического фильтра, имеющей неправильную прямоугольную пропускную область 1304, приспособленную пропускать три соседних порядка дифракции через маску 1300 оптического фильтра. Неправильная прямоугольная пропускная область 1304 является примером пропускной области 416 и может представлять собой отверстие или материал, который является по меньшей мере частично пропускающим свет.In FIG. 13 shows an example of an optical filter mask 1300 having an irregular rectangular pass region 1304 adapted to pass three adjacent diffraction orders through the optical filter mask 1300. The irregular rectangular passage area 1304 is an example of the passage area 416 and may be an opening or a material that is at least partially transparent to light.

На фиг. 14 показан пример маски 1400 оптического фильтра, имеющей множество круглых пропускных областей 1404, каждая из которых расположена и выполнена в таком размере, чтобы пропускать один порядок дифракции через маску 1400 оптического фильтра, например, четыре пропускные области 1404. Круглые пропускные области 1404 представляют собой пример множества пропускных областей 416.In FIG. 14 shows an example of an optical filter mask 1400 having a plurality of circular pass regions 1404, each spaced and sized to pass one order of diffraction through the optical filter mask 1400, such as four pass regions 1404. The circular pass regions 1404 are an example multiple pass areas 416.

Пропускная область 416 может иметь другие форму, размер и/или положение, чем показанные в примерах на фиг. 9–14, без отхода от объема настоящего изобретения. В одном классе вариантов реализации каждый из примеров пропускных областей 416, показанных на фиг. 9–14, представляет собой отверстие, образованное в маске 412 оптического фильтра (например, просверливанием, фрезерованием или травлением). В другом классе вариантов реализации каждый из примеров пропускных областей 416, показанных на фиг. 9–14, представляет собой оптически прозрачное окно, оптически полупрозрачное окно или цветовой фильтр (например, дихроичный фильтр или тонкопленочный фильтр), физически соединенные с маской 412 оптического фильтра или встроенные в маску 412 оптического фильтра. В примерах, представленных на фиг. 9–14, маски оптического фильтра (например, маска 900 оптического фильтра) имеют круглую форму; каждая из этих масок оптического фильтра может вместо этого иметь другую форму (например, квадратную или прямоугольную) без отхода от объема настоящего изобретения. В некоторых из примеров, представленных на фиг. 9–14, (например, масках 900 и 1000 оптического фильтра) маски оптического фильтра сконфигурированы так, чтобы быть центрированными на оптической оси 422; каждая из этих масок оптического фильтра вместо этого может быть сконфигурирована так, чтобы быть эксцентричной относительно оптической оси 422, без отхода от объема настоящего изобретения.Passage area 416 may have a different shape, size, and/or position than those shown in the examples in FIG. 9-14 without departing from the scope of the present invention. In one class of implementations, each of the examples of gap regions 416 shown in FIG. 9-14 is a hole formed in the optical filter mask 412 (eg, by drilling, milling, or etching). In another class of implementations, each of the examples of gap regions 416 shown in FIG. 9-14 is an optically transparent window, an optically translucent window, or a color filter (eg, dichroic filter or thin film filter) physically connected to or embedded in the optical filter mask 412. In the examples shown in FIG. 9-14, optical filter masks (eg, optical filter mask 900) are circular in shape; each of these optical filter masks may instead have a different shape (eg, square or rectangular) without departing from the scope of the present invention. In some of the examples shown in FIG. 9-14 (eg, optical filter masks 900 and 1000) the optical filter masks are configured to be centered on the optical axis 422; each of these optical filter masks may instead be configured to be eccentric about optical axis 422 without departing from the scope of the present invention.

Маска оптического фильтра 412 может быть выполнена из металла, такого как алюминий или нержавеющая сталь. Металл может быть анодированным или черненым, чтобы повышать поглощение света, блокируемого маской 412 оптического фильтра. Альтернативно маска 412 оптического фильтра может быть выполнена из полупроводникового субстрата, такого как кремний, в котором может быть вытравлена или выточена пропускная область 416. В другом варианте осуществления маска 412 оптического фильтра выполнена из оптически прозрачного субстрата (например, стекла), который покрыт светопоглощающим материалом (например, черной краской), чтобы блокировать свет в зонах, не совпадающих с пропускной областью (областями) 416. В другом варианте осуществления маска 412 оптического фильтра представляет собой активную маску оптического фильтра, имеющую динамически конфигурируемые пропускные области 416, например, массив зеркал с электронным управлением.The optical filter mask 412 may be made of metal such as aluminum or stainless steel. The metal may be anodized or blackened to increase the absorption of light blocked by the optical filter mask 412. Alternatively, the optical filter mask 412 may be made from a semiconductor substrate, such as silicon, into which the pass region 416 may be etched or machined. (e.g., black paint) to block light in areas that do not coincide with the pass area(s) 416. In another embodiment, the optical filter mask 412 is an active optical filter mask having dynamically configurable pass areas 416, such as an array of mirrors with electronic control.

В некоторых вариантах осуществления маска 412 оптического фильтра содержит постепенный, или «тонкий», край между пропускной областью 416 (например, пропускными областями 904, 1004, 1104, 1204, 1304 и/или 1404) и окружающими непрозрачными областями маски 412 оптического фильтра (например, масок 900, 1000, 1100, 1200, 1300 и 1400 оптического фильтра). Постепенный край может быть выполнен из материала (например, стекла, пластмассы) с оптической плотностью, которая в пространстве монотонно возрастает от относительно низкого значения (например, 0) в точках, близких к пропускной области 416, до относительно высокого значения (например, 10 или выше) в точках, близких к окружающим непрозрачным областям. При наличии постепенного края пропускная область 416 не имеет четкого края, на котором прозрачность резко падает (например, ступенчатое изменение прозрачности в пространстве). Преимущественно постепенный край уменьшает точность расположения маски 412 оптического фильтра на Фурье-плоскости 408. Это является особенно выгодным, когда входной световой сигнал 106 исходит из лазера с низким геометрическим фактором, для которого функция рассеяния точки является малой. Для сравнения, лазер с высоким геометрическим фактором имеет широкую функцию рассеяния точки, которая размывает источник света, тем самым ослабляя точность, необходимую для расположения маски 412 оптического фильтра. В вариантах осуществления, в которых пропускная область 416 представляет собой окружность диаметра

Figure 00000003
(например, пропускные области 904 и 1004), постепенный край может представлять собой кольцо, которое центрировано на окружности, имеет внутренний диаметр
Figure 00000003
и имеет наружный диаметр от, например, 1,1
Figure 00000003
до 1,2
Figure 00000003
; при этом любая часть маски 412 оптического фильтра, которая расположена от центра окружности дальше, чем наружный диаметр, может быть непрозрачной.In some embodiments, the optical filter mask 412 comprises a gradual, or “thin”, edge between the pass area 416 (eg, pass areas 904, 1004, 1104, 1204, 1304, and/or 1404) and surrounding opaque areas of the optical filter mask 412 (eg, , 900, 1000, 1100, 1200, 1300 and 1400 optical filter masks). The gradual edge may be made of a material (e.g., glass, plastic) with an optical density that increases monotonically in space from a relatively low value (e.g., 0) at points close to the passage area 416 to a relatively high value (e.g., 10 or above) at points close to the surrounding opaque areas. In the presence of a gradual edge, the passage area 416 does not have a sharp edge at which the transparency drops sharply (for example, a step change in transparency in space). Advantageously, the gradual edge reduces the precision of the optical filter mask 412 on the Fourier plane 408. This is particularly advantageous when the input light 106 comes from a laser with a low geometry factor, for which the point spread function is small. By comparison, a high geometric factor laser has a wide point spread function that smears the light source, thereby reducing the precision needed to position the optical filter mask 412. In embodiments where the passage area 416 is a circle of diameter
Figure 00000003
(e.g., gap areas 904 and 1004), the gradual edge may be a ring that is centered on a circle, has an inside diameter
Figure 00000003
and has an outer diameter from, for example, 1.1
Figure 00000003
up to 1.2
Figure 00000003
; however, any part of the mask 412 of the optical filter, which is located further from the center of the circle than the outer diameter, may be opaque.

На фиг. 15 представлена функциональная схема примера разноцветного цифрового проектора 1500, который добивается увеличенного PCR посредством оптического фильтрования каждого цветового канала с пространственным мультиплексированием. Разноцветный цифровой проектор 1500 имеет множество оптических фильтров 400 и соответствующее количество DMD 200. Каждый оптический фильтр 400 образует пару с соответствующим DMD 200 так, чтобы работать с разным соответствующим основным цветом. Без отступления от объема настоящего изобретения в цифровом проекторе 1500 каждое DMD 200 может быть заменено SLM 102 другого типа (например, фазовым модулятором на основе отражающего LCOS или пропускного LC). На фиг. 15 разноцветный цифровой проектор 1500 представлен как имеющий три цветовых канала, и следующее описание относится к этим трем цветовым каналам. Однако следует понимать, что разноцветный цифровой проектор 1500 вместо этого может быть сконфигурирован только с двумя цветовыми каналами или более с чем тремя цветовыми каналами.In FIG. 15 is a block diagram of an example multicolor digital projector 1500 that achieves increased PCR by optically filtering each color channel with spatial multiplexing. The multicolor digital projector 1500 has a plurality of optical filters 400 and a corresponding number of DMDs 200. Each optical filter 400 is paired with a respective DMD 200 so as to work with a different respective base color. Without departing from the scope of the present invention, in the digital projector 1500, each DMD 200 may be replaced by a different type of SLM 102 (eg, a phase modulator based on a reflective LCOS or throughput LC). In FIG. 15, a multicolor digital projector 1500 is shown as having three color channels, and the following description refers to these three color channels. However, it should be understood that the multicolor digital projector 1500 may instead be configured with only two color channels or more than three color channels.

DMD 200(1), 200(2) и 200(3) модулируют соответствующие входные световые сигналы 206(1), 206(2) и 206(3) в соответствующие модулированные световые сигналы 402(1), 402(2) и 403(3), которые проходят оптическую фильтрацию со стороны соответствующих оптических фильтров 400(1), 400(2) и 400(3) в соответствующие фильтрованные световые сигналы 414(1), 414(2) и 414(3). Разноцветный цифровой проектор 1500 дополнительно содержит блок 1504 объединения пучков, который объединяет фильтрованные световые сигналы 414(1), 414(2) и 414(3) в сложный свет 1510. Проекционная линза 112 сконфигурирована так, чтобы проецировать сложный свет 1510 на проекционный экран (например, экран 116, представленный на фиг. 1). Разноцветный цифровой проектор 1500 представляет собой один вариант осуществления цифрового проектора 100, расширенный для работы с тремя отдельными цветными входными сигналами для выдачи сложного света.DMDs 200(1), 200(2), and 200(3) modulate respective input lights 206(1), 206(2), and 206(3) into respective modulated lights 402(1), 402(2), and 403 (3) which are optically filtered by respective optical filters 400(1), 400(2) and 400(3) into respective filtered light signals 414(1), 414(2) and 414(3). Multi-color digital projector 1500 further includes a beam combiner 1504 that combines filtered light signals 414(1), 414(2), and 414(3) into a composite light 1510. The projection lens 112 is configured to project complex light 1510 onto a projection screen ( for example, screen 116 shown in Fig. 1). The multicolor digital projector 1500 is one embodiment of the digital projector 100 extended to operate with three separate color inputs to produce complex light.

В одном варианте осуществления разноцветный цифровой проектор 1500 содержит коллиматорные линзы 418(1), 418(2) и 418(3), которые коллимируют соответствующие фильтрованные световые сигналы 414(1), 414(2) и 414(3) в соответствующие коллимированные световые сигналы 420(1), 420(2) и 420(3). В этом варианте осуществления блок 1504 объединения пучков объединяет коллимированные световые сигналы 420(1), 420(2) и 420(3), как показано на фиг. 15. В вариантах осуществления разноцветного цифрового проектора 1500, которые не содержат коллиматорные линзы 418, блок 1504 объединения пучков объединяет фильтрованные световые сигналы 414(1), 414(2) и 414(3), которые не являются коллимированными.In one embodiment, the multicolored digital projector 1500 includes collimator lenses 418(1), 418(2), and 418(3) that collimate respective filtered light signals 414(1), 414(2), and 414(3) into respective collimated light signals. signals 420(1), 420(2), and 420(3). In this embodiment, the beam combiner 1504 combines the collimated light signals 420(1), 420(2), and 420(3), as shown in FIG. 15. In embodiments of multicolored digital projector 1500 that do not include collimator lenses 418, beam combiner 1504 combines filtered light signals 414(1), 414(2), and 414(3) that are not collimated.

В одном варианте осуществления разноцветный цифровой проектор 1500 содержит призмы 1502(1), 1502(2) и 1503(3) с полным внутренним отражением (TIR), которые отражают входные световые сигналы 206(1), 206(2) и 206(3) в соответствующие DMD 200(1), 200(2) и 200(3) и пропускают соответствующие модулированные световые сигналы 402(1), 402(2) и 402(3) на соответствующие оптические фильтры 400(1), 400(2) и 400(3). Разноцветный цифровой проектор 1500 может быть сконфигурирован с зеркалами 1506 и 1508, которые направляют коллимированные световые сигналы 420(1) и 420(3) на блок 1504 объединения пучков, как представлено на фиг. 15. Хотя и показан на фиг. 15 как поперечная дихроичная, или x-кубическая, призма, блок 1504 объединения пучков может представлять собой блок объединения пучков другого типа, известный в данной области техники.In one embodiment, a multi-colored digital projector 1500 includes total internal reflection (TIR) prisms 1502(1), 1502(2), and 1503(3) that reflect input light signals 206(1), 206(2), and 206(3). ) to the respective DMDs 200(1), 200(2) and 200(3) and pass the respective modulated light signals 402(1), 402(2) and 402(3) to the respective optical filters 400(1), 400(2 ) and 400(3). Multicolor digital projector 1500 may be configured with mirrors 1506 and 1508 that direct collimated light signals 420(1) and 420(3) to beam combiner 1504 as shown in FIG. 15. Although shown in FIG. 15 as a transverse dichroic or x-cubic prism, the beam combiner 1504 may be another type of beam combiner known in the art.

В одном варианте реализации разноцветного цифрового проектора 1500 первым, вторым и третьим основными цветами являются красный, зеленый и синий соответственно. Когда входные световые сигналы 206(1), 206(2) и 206(3) являются монохроматическими, длину волны каждого входного светового сигнала 206(1), 206(2) и 206(3) можно выбрать так, что входные световые сигналы 206(1), 206(2) и 206(3) представляют соответственно красный, зеленый и синий основные цвета, которые являются спектрально чистыми. В одном таком примере длина волны входного светового сигнала 206(1), представляющего красный основной цвет, представляет собой одну из 615 нм, 640 нм и 655 нм, длина волны входного светового сигнала 206(2), представляющего зеленый основной цвет, представляет собой одну из 525 нм, 530 нм и 545 нм, и длина волны входного светового сигнала 206(3), представляющего синий основной цвет, представляет собой одну из 445 нм, 450 нм и 465 нм. Альтернативно входные световые сигналы 206(1), 206(2) и 206(3) могут быть полихроматическими, так что красный, зеленый и синий основные цвета не являются спектрально чистыми цветами. Без отступления от объема настоящего изобретения, три основных цвета могут представлять собой набор цветов, отличный от красного, зеленого и синего.In one implementation of the multicolored digital projector 1500, the first, second, and third primary colors are red, green, and blue, respectively. When the input lights 206(1), 206(2) and 206(3) are monochromatic, the wavelength of each input light 206(1), 206(2) and 206(3) can be selected such that the input lights 206 (1), 206(2), and 206(3) respectively represent red, green, and blue primaries, which are spectrally pure. In one such example, the wavelength of the input light signal 206(1) representing the red primary color is one of 615 nm, 640 nm, and 655 nm, the wavelength of the input light signal 206(2) representing the green primary color is one of 525 nm, 530 nm, and 545 nm, and the wavelength of the input light signal 206(3) representing the primary color blue is one of 445 nm, 450 nm, and 465 nm. Alternatively, the input lights 206(1), 206(2), and 206(3) may be polychromatic such that the red, green, and blue primaries are not spectrally pure colors. Without departing from the scope of the present invention, the three primary colors may be a set of colors other than red, green and blue.

Разноцветный цифровой проектор 1500 увеличивает PCR путем увеличения PCR каждого основного цвета (например, красного, зеленого и синего). Несколько оптических процессов, используемых разноцветным цифровым проектором 1500, зависят от длины волны, включая дифракцию входного светового сигнала 206 посредством DMD 200, преломление модулированного светового сигнала 402 посредством TIR призмы 1502 и фокусирование модулированного светового сигнала 402 посредством линзы 404. Поэтому дифракционная картина Фраунгофера каждого из модулированных световых сигналов 402(1), 402(2) и 402(3) зависит от длины волны. В одном варианте осуществления маски 412(1), 412(2) и 412(3) оптического фильтра конфигурируют по отдельности на основании длины волны каждого из соответствующих входных световых сигналов 206(1), 206(2) и 206(3) так, чтобы увеличивать PCR первого, второго и третьего основных цветов соответственно.Multicolor digital projector 1500 increases the PCR by increasing the PCR of each primary color (eg, red, green, and blue). Several optical processes used by multicolored digital projector 1500 are wavelength dependent, including diffraction of input light signal 206 by DMD 200, refraction of modulated light signal 402 by TIR prism 1502, and focusing of modulated light signal 402 by lens 404. Therefore, the Fraunhofer diffraction pattern of each of modulated light signals 402(1), 402(2) and 402(3) depends on the wavelength. In one embodiment, the optical filter masks 412(1), 412(2), and 412(3) are individually configured based on the wavelength of each of the respective input light signals 206(1), 206(2), and 206(3) such that to increase the PCR of the first, second, and third primary colors, respectively.

На фиг. 16 представлена функциональная схема, показывающая пример разноцветного цифрового проектора 1600, который добивается увеличенного PCR посредством оптического фильтрования с временным мультиплексированием разных цветовых каналов. Цифровой проектор 1600 содержит одно DMD 200 и один оптический фильтр 1610, имеющий диск 1612 со светофильтрами. На фиг. 17 представлен график зависимости оптической мощности от времени для светового сигнала 1601 с временным мультиплексированием, используемого в качестве входного светового сигнала разноцветного цифрового проектора 1600. На фиг. 18 и 19 представлены примеры диска 1612 со светофильтрами. Фиг. 16–19 в последующем описании лучше рассматривать вместе.In FIG. 16 is a block diagram showing an example of a multicolor digital projector 1600 that achieves increased PCR by time multiplexing optical filtering of different color channels. The digital projector 1600 includes one DMD 200 and one optical filter 1610 having a filter disc 1612. In FIG. 17 is a plot of optical power versus time for a time-multiplexed light signal 1601 used as the input light signal of a multi-colored digital projector 1600. FIG. 18 and 19 show examples of a filter disc 1612. Fig. 16-19 in the following description are best taken together.

Световой сигнал 1601 с временным мультиплексированием содержит повторяющуюся последовательность 1702 разделенных во времени входных световых сигналов 206. Хотя разноцветный цифровой проектор 1600 может быть сконфигурирован так, чтобы принимать и выдавать входные световые сигналы любого количества разных цветов, на фиг. 17–19 и в следующем обсуждении рассматривается трехцветный вариант осуществления разноцветного цифрового проектора 1600. В этом варианте осуществления световой сигнал 1601 с временным мультиплексированием содержит разделенные во времени входные световые сигналы 206(1), 206(2) и 206(3). На фиг. 17 показан один пример светового сигнала 1601 с временным мультиплексированием, где последовательность 1702 содержит первый импульс входного светового сигнала 206(1), второй импульс входного светового сигнала 206(2) и третий импульс входного светового сигнала 206(3). Входные световые сигналы 206(1), 206(2) и 206(3) могут представлять, например, красный, зеленый и синий основные цвета. Импульсы входных световых сигналов 206(1), 206(2) и 206(3) перекрываются в пространстве, чтобы использовать одни и те же DMD 200, оптический фильтр 1610 и проекционную линзу 112. На фиг. 17 импульсы входных световых сигналов 206(1), 206(2) и 206(3) представлены как имеющие одинаковые мощность (например, высоту импульса), длительность (например, ширину импульса) и время «отключения» между импульсами (например, интервал между импульсами). Без отступления от объема настоящего изобретения разноцветный цифровой проектор 1600 может принимать входные световые сигналы 206, характеризующиеся другими конфигурациями мощности, длительности и времени «отключения». Например, выбранный один из первого, второго и третьего импульсов входных световых сигналов 206(1), 206(2) и 206(3) может иметь более высокую мощность, чтобы компенсировать более низкую эффективность дифракции DMD 200 на длине волны входного светового сигнала, соответствующей выбранному импульсу.The time-multiplexed light signal 1601 comprises a repeating sequence 1702 of time-separated input light signals 206. Although multicolored digital projector 1600 can be configured to receive and output any number of different color input light signals, FIG. 17-19 and the following discussion considers a three-color embodiment of a multi-colored digital projector 1600. In this embodiment, the time-multiplexed light signal 1601 comprises time-separated input lights 206(1), 206(2), and 206(3). In FIG. 17 shows one example of a time-multiplexed light signal 1601, where sequence 1702 comprises a first input light pulse 206(1), a second input light pulse 206(2), and a third input light pulse 206(3). Light inputs 206(1), 206(2), and 206(3) may represent, for example, red, green, and blue primary colors. The input light pulses 206(1), 206(2), and 206(3) overlap in space to use the same DMD 200, optical filter 1610, and projection lens 112. FIG. 17, pulses of input light signals 206(1), 206(2), and 206(3) are represented as having the same power (eg, pulse height), duration (eg, pulse width), and "off" time between pulses (eg, interval between impulses). Without departing from the scope of the present invention, the multi-colored digital projector 1600 may receive input light signals 206 having other configurations of power, duration, and "off" time. For example, a selected one of the first, second, and third input light pulses 206(1), 206(2), and 206(3) may have a higher power to compensate for the lower diffraction efficiency of the DMD 200 at the input light wavelength corresponding to selected impulse.

DMD 200 сконфигурировано так, чтобы синхронно модулировать, согласно изображению, входные световые сигналы 206(1), 206(2) и 206(3) светового сигнала 1601 с временным мультиплексированием в модулированный световой сигнал 1602 с временным мультиплексированием. Другими словами, микрозеркала 202 DMD 200 переводят в первую конфигурацию, когда модулированный световой сигнал 1602 с временным мультиплексированием представляет собой первый входной световой сигнал 206(1), во вторую конфигурацию, когда модулированный световой сигнал 1602 с временным мультиплексированием представляет собой второй входной световой сигнал 206(2), и в третью конфигурацию, когда модулированный световой сигнал 1602 с временным мультиплексированием представляет собой третий входной световой сигнал 206(3). Первая, вторая и третья конфигурации могут быть разными. Без отступления от объема настоящего изобретения в цифровом проекторе 1600 DMD 200 может быть заменено SLM 102 другого типа (например, фазовым модулятором на основе отражающего LCOS или пропускного LC).The DMD 200 is configured to synchronously modulate, according to the image, the input lights 206(1), 206(2) and 206(3) of the time multiplex light signal 1601 into the time multiplex modulated light signal 1602. In other words, the DMD micromirrors 202 200 are translated into a first configuration when the temporally multiplexed modulated light signal 1602 is the first input light signal 206(1), to a second configuration when the temporally multiplexed modulated light signal 1602 is the second input light signal 206 (2), and in a third configuration, when the modulated light signal 1602 with time multiplexing is the third input light signal 206(3). The first, second and third configurations may be different. Without departing from the scope of the present invention, in the digital projector 1600, the DMD 200 may be replaced by another type of SLM 102 (eg, a phase modulator based on a reflective LCOS or throughput LC).

Оптический фильтр 1610 подобен оптическому фильтру 400, представленному на фиг. 4, за исключением того, что диск со светофильтрами 1612 заменяет маску 412 оптического фильтра. Диск 1612 со светофильтрами содержит множество масок 412 оптического фильтра, сконфигурированных так, чтобы синхронно фильтровать входные световые сигналы 206(1), 206(2) и 206(3) модулированного светового сигнала 1602 с временным мультиплексированием. Например, в варианте осуществления, где диск 1612 со светофильтрами содержит маски первого, второго и третьего оптических фильтров, соответствующие первому, второму и третьему входным световым сигналам 206(1), 206(2) и 206(3), мотор 1614 поворачивает диск 1612 со светофильтрами так, что маска 412 первого оптического фильтра перехватывает и фильтрует модулированный световой сигнал 1602 с временным мультиплексированием на Фурье-плоскости 408, когда модулированный световой сигнал 1602 с временным мультиплексированием представляет собой первый входной световой сигнал 206(1), маска 412 второго оптического фильтра перехватывает и фильтрует модулированный световой сигнал 1602 с временным мультиплексированием на Фурье-плоскости 408, когда модулированный световой сигнал 1602 с временным мультиплексированием представляет собой второй входной световой сигнал 206(2), и маска 412 третьего оптического фильтра перехватывает и фильтрует модулированный световой сигнал 1602 с временным мультиплексированием на Фурье-плоскости 408, когда модулированный световой сигнал 1602 с временным мультиплексированием представляет собой третий входной световой сигнал 206(3).The optical filter 1610 is similar to the optical filter 400 shown in FIG. 4, except that the filter disk 1612 replaces the optical filter mask 412. The filter disc 1612 includes a plurality of optical filter masks 412 configured to synchronously filter the input light signals 206(1), 206(2), and 206(3) of the time-multiplexed modulated light signal 1602. For example, in an embodiment where the filter disc 1612 comprises first, second, and third optical filter masks corresponding to the first, second, and third light inputs 206(1), 206(2), and 206(3), the motor 1614 rotates the disc 1612 with filters so that the first optical filter mask 412 intercepts and filters the temporally multiplexed modulated light signal 1602 on the Fourier plane 408, when the temporally multiplexed modulated light signal 1602 is the first input light signal 206(1), the second optical filter mask 412 intercepts and filters the time-multiplexed modulated light signal 1602 on the Fourier plane 408 when the time-multiplexed modulated light signal 1602 is the second input light signal 206(2), and the third optical filter mask 412 intercepts and filters the time-multiplexed modulated light signal 1602 multiplexed Fourier plane 408 when the time-multiplexed modulated light 1602 is the third input light 206(3).

В одном варианте осуществления разноцветного цифрового проектора 1600 мотор 1614 поворачивает диск 1612 со светофильтрами поэтапно так, чтобы осуществлять переключение между разными масками 412 оптического фильтра синхронно с последовательностью импульсов входных световых сигналов 206(1), 206(2) и 206(3), при этом поддерживая неподвижное положение диска 1612 со светофильтрами во время распространения каждого из этих импульсов через Фурье-плоскость 408. В этом варианте осуществления мотор 1614 работает следующим образом. До того как импульс входных световых сигналов 206(1), 206(2) и 206(3) достигнет Фурье-плоскости 408, мотор 1614 поворачивает диск 1612 со светофильтрами в положение соответствующей маски 412 оптического фильтра на пути модулированного светового сигнала 1602 с временным мультиплексированием на Фурье-плоскости 408. После того, как соответствующий импульс фильтрованного светового сигнала завершает распространение через маску 412 оптического фильтра, мотор 1614 поворачивает диск 1612 со светофильтрами в положение следующей маски 412 оптического фильтра на пути модулированного светового сигнала 1602 с временным мультиплексированием на Фурье-плоскости 408.In one embodiment of multi-colored digital projector 1600, motor 1614 rotates the color filter wheel 1612 in stages so as to switch between different optical filter masks 412 in synchronization with the pulse train of input light signals 206(1), 206(2), and 206(3), with while maintaining a fixed position of the disk 1612 with filters during the propagation of each of these pulses through the Fourier plane 408. In this embodiment, the motor 1614 operates as follows. Before the pulse of input light signals 206(1), 206(2) and 206(3) reaches the Fourier plane 408, the motor 1614 rotates the filter disk 1612 to the position of the corresponding optical filter mask 412 in the path of the modulated light signal 1602 with time multiplexing on the Fourier plane 408. After the corresponding pulse of filtered light signal has completed its propagation through the optical filter mask 412, the motor 1614 rotates the filter disk 1612 to the position of the next optical filter mask 412 in the path of the modulated light signal 1602 with time multiplexing on the Fourier plane 408.

В определенных вариантах осуществления линза 404, как реализованная в оптическом фильтре 1610 для фокусирования модулированного светового сигнала 1602 с временным мультиплексированием, может быть сконфигурирована уменьшать хроматические аберрации, которые приводят к изменению фокусного расстояния линзы 404 с длиной волны. В одном таком варианте осуществления линза 404 представляет собой ахроматическую линзу, спроектированную выполнять фокусирование одинаково на длинах волн входных световых сигналов 206(1), 206(2), 206(3) так, что Фурье-плоскости, соответствующие каждой из трех длин волн, являются расположенными одинаково. В другом таком варианте осуществления линза 404 представляет собой апохроматическую линзу, суперахроматическую линзу, линзу объектива, составную линзу с несколькими элементами линзы, узел из нескольких линз и/или других оптических элементов или линзу другого типа, известного в данной области техники. Линза 404 может иметь одно или более антиотражательных покрытий, которые улучшают пропускание модулированного светового сигнала 1602 с временным мультиплексированием через линзу 404 на длинах волн входных световых сигналов 206(1), 206(2), 206(3).In certain embodiments, lens 404, as implemented in optical filter 1610 for focusing modulated light signal 1602 with time multiplexing, can be configured to reduce chromatic aberrations that cause the focal length of lens 404 to vary with wavelength. In one such embodiment, lens 404 is an achromatic lens designed to focus equally on the wavelengths of input light signals 206(1), 206(2), 206(3) such that the Fourier planes corresponding to each of the three wavelengths are located in the same way. In another such embodiment, lens 404 is an apochromatic lens, a superachromatic lens, an objective lens, a compound lens with multiple lens elements, an assembly of multiple lenses and/or other optical elements, or another type of lens known in the art. Lens 404 may have one or more anti-reflection coatings that enhance the transmission of modulated time-multiplexed light 1602 through lens 404 at wavelengths of input light signals 206(1), 206(2), 206(3).

В одном варианте осуществления разноцветный цифровой проектор 1600 сконфигурирован с коллиматорной линзой 1618, которая коллимирует фильтрованный световой сигнал с временным мультиплексированием, который пропускается диском 1612 со светофильтрами, в коллимированный световой сигнал 1606 с временным мультиплексированием, который проецируется на экран проекционной линзой 112. В другом варианте осуществления проекционная линза 112 сконфигурирована так, чтобы получать световой сигнал с временным мультиплексированием, который не является коллимированным, при этом коллиматорная линза 1618 не включена в разноцветный цифровой проектор 1600.In one embodiment, a multicolored digital projector 1600 is configured with a collimating lens 1618 that collimates the time-multiplexed filtered light signal that is passed by the filter disk 1612 into a time-multiplexed collimated light signal 1606 that is projected onto a screen by the projection lens 112. In another embodiment, In an embodiment, projection lens 112 is configured to receive a time-multiplexed light signal that is not collimated, and collimator lens 1618 is not included in multicolor digital projector 1600.

На фиг. 18 представлен вид спереди примера диска 1800 со светофильтрами, имеющего три сектора 1802, каждый из которых содержит одну маску оптического фильтра. Диск 1800 со светофильтрами является примером диска 1612 со светофильтрами. Мотор 1614 поворачивает диск 1800 со светофильтрами вокруг оси 1804, при этом каждый поворот диска 1800 со светофильтрами соответствует одной последовательности 1702 светового сигнала 1602 с временным мультиплексированием. В некоторых вариантах осуществления мотор 1614 поворачивает диск 1800 со светофильтрами поэтапно, как описано ранее. В примере на фиг. 18 маска первого оптического фильтра первого сектора 1802(1) показана как маска 900 оптического фильтра, представленная на фиг. 9, маска второго оптического фильтра второго сектора 1802(2) показана как маска 1300 оптического фильтра, представленная на фиг. 13, и маска третьего оптического фильтра третьего сектора 1802(3) показана как маска 1400 оптического фильтра, представленная на фиг. 14. Однако маски оптического фильтра секторов 1802 могут быть сконфигурированы с пропускными областями (например, пропускной областью 416), имеющими другие формы, размеры и положения, чем показанные на фиг. 18, без отступления от объема настоящего изобретения. In FIG. 18 is a front view of an example filter disk 1800 having three sectors 1802 each containing one optical filter mask. The filter disc 1800 is an example of a filter disc 1612. The motor 1614 rotates the filter disk 1800 around the axis 1804, with each rotation of the filter disk 1800 corresponding to one sequence 1702 of the light signal 1602 with time multiplexing. In some embodiments, the implementation of the motor 1614 rotates the disk 1800 with filters in stages, as described previously. In the example in FIG. 18, the first optical filter mask of the first sector 1802(1) is shown as the optical filter mask 900 shown in FIG. 9, the second optical filter mask of the second sector 1802(2) is shown as the optical filter mask 1300 shown in FIG. 13 and the third sector third optical filter mask 1802(3) is shown as the optical filter mask 1400 shown in FIG. 14. However, the sector optical filter masks 1802 may be configured with pass areas (eg, pass area 416) having different shapes, sizes, and positions than those shown in FIG. 18 without departing from the scope of the present invention.

В одном варианте осуществления разноцветный цифровой проектор 1600 сконфигурирован так, чтобы отображать изображения без определенных временных артефактов, и с этой целью длительность последовательности 1702 является более короткой, чем время ответа зрительной системы человека. Например, частота мультиплексирования светового сигнала 1601 с временным мультиплексированием, представляющая собой величину, обратную длительности последовательности 1702, может быть выше, чем частота слияния мельканий, чтобы использовать инертность зрительного восприятия. Частота мультиплексирования может составлять 1 килогерц или выше, соответствуя ширине импульса менее 1 миллисекунды для каждого из входных световых сигналов 206(1), 206(2) и 206(3).In one embodiment, multi-colored digital projector 1600 is configured to display images without certain temporal artifacts, and to this end, the duration of sequence 1702 is shorter than the response time of the human visual system. For example, the time multiplexing frequency of the light signal 1601, which is the reciprocal of the duration of the sequence 1702, may be higher than the flicker fusion frequency to exploit the inertia of visual perception. The multiplexing frequency may be 1 kHz or higher, corresponding to a pulse width of less than 1 millisecond for each of the light inputs 206(1), 206(2), and 206(3).

На фиг. 19 представлен вид спереди примера диска 1900 со светофильтрами, который имеет шесть секторов 1902, каждый из которых содержит одну маску оптического фильтра. Мотор 1614 поворачивает диск 1900 со светофильтрами вокруг оси 1804 так, что каждый полный поворот диска 1900 со светофильтрами соответствует двум последовательным итерациям последовательности 1702. Одно преимущество диска 1900 со светофильтрами над диском 1800 со светофильтрами заключается в том, что диск 1900 со светофильтрами поворачивается с половиной частоты мультиплексирования светового сигнала 1601 с временным мультиплексированием, тем самым снижая требования к потреблению энергии и скорости мотора 1614. В другом варианте осуществления диск 1612 со светофильтрами имеет

Figure 00000004
секторов, где
Figure 00000001
является положительным целым числом. Каждый набор из трех секторов содержит маски трех оптических фильтров, и каждый полный поворот диска 1900 со светофильтрами соответствует
Figure 00000001
последовательным итерациям последовательности 1702, тем самым позволяя мотору 1614 и диску 1612 со светофильтрами поворачиваться с
Figure 00000005
частоты мультиплексирования светового сигнала 1601 с временным мультиплексированием. В одном сценарии использования мотор 1614 поворачивает диск 1900 со светофильтрами поэтапно, так, что каждая маска оптического фильтра диска 1900 со светофильтрами является неподвижной во время фильтрования соответствующего импульса входного светового сигнала 206.In FIG. 19 is a front view of an example filter disk 1900 that has six sectors 1902 each containing one optical filter mask. The motor 1614 rotates the filter wheel 1900 about the axis 1804 such that each full turn of the filter wheel 1900 corresponds to two consecutive iterations of the sequence 1702. frequency multiplexing of the light signal 1601 with time multiplexing, thereby reducing the power consumption and speed requirements of the motor 1614. In another embodiment, the filter disk 1612 has
Figure 00000004
sectors where
Figure 00000001
is a positive integer. Each set of three sectors contains masks of three optical filters, and each complete rotation of the filter disk 1900 corresponds to
Figure 00000001
successive iterations of sequence 1702, thereby allowing motor 1614 and filter disc 1612 to rotate with
Figure 00000005
multiplexing frequency of the light signal 1601 with time multiplexing. In one use case, motor 1614 rotates the color wheel 1900 in stages such that each optical filter mask of the color wheel 1900 is stationary while filtering the corresponding input light pulse 206.

На фиг. 20 представлен способ 2000 усиления контраста изображения, генерируемого с помощью пространственного модулятора света. Способ 2000 может быть выполнен оптическим фильтром 400. Способ 2000 включает этап 2002 для выполнения пространственного Фурье-преобразования модулированного светового сигнала из пространственного модулятора света на Фурье-плоскость. Модулированный световой сигнал содержит множество порядков дифракции. В одном примере этапа 2002 линза 404 выполняет пространственное Фурье-преобразование модулированного светового сигнала 402 на Фурье-плоскость 408. Способ 2000 также включает этап 2004 фильтрования модулированного светового сигнала, прошедшего Фурье-преобразование на этапе 2002. Этап 2004 включает два этапа 2006 и 2008, которые могут происходить одновременно. Этап 2006 включает пропускание по меньшей мере одного порядка дифракции модулированного светового сигнала на Фурье-плоскости. Этап 2008 включает блокирование остальной части модулированного светового сигнала на Фурье-плоскости. В одном примере этапов 2006 и 2008 маска 412 оптического фильтра пропускает по меньшей мере один порядок дифракции модулированного светового сигнала 402 через пропускную область (области) 416 на Фурье-плоскости 408 и блокирует остальную часть модулированного светового сигнала 402 на Фурье-плоскости 408. В другом примере этапов 2006 и 2008 маска 412 оптического фильтра пропускает по меньшей мере нулевой порядок дифракции модулированного светового сигнала 402 через пропускную область (области) 416 на Фурье-плоскости 408 и блокирует остальную часть модулированного светового сигнала 402 на Фурье-плоскости 408. В другом примере способа 2000 модулированный световой сигнал 402 представляет собой монохроматический свет. В другом примере способа 2000 модулированный световой сигнал 402 представляет собой один из красного света, зеленого света и синего света. В другом примере способа 2000 модулированный световой сигнал 402 представляет собой сложный свет, образованный путем комбинирования красного света, зеленого света и синего света. В этом примере модулированный световой сигнал 402 может представлять собой белый свет. В одном варианте осуществления способ 2000 дополнительно включает этап 2010 коллимирования, после этапа 2006, по меньшей мере одного порядка дифракции пропущенного модулированного светового сигнала. В одном примере этапа 2010 коллиматорная линза 418 коллимирует фильтрованный световой сигнал 414.In FIG. 20 shows a method 2000 for enhancing the contrast of an image generated by a spatial light modulator. Method 2000 may be performed by optical filter 400. Method 2000 includes step 2002 for performing a spatial Fourier transform of the modulated light signal from the spatial light modulator onto a Fourier plane. The modulated light signal contains a plurality of diffraction orders. In one example of step 2002, lens 404 spatially Fourier transforms modulated light signal 402 onto Fourier plane 408. Method 2000 also includes a step 2004 of filtering the modulated light signal that has been Fourier transformed in step 2002. Step 2004 includes two steps, 2006 and 2008, which can happen at the same time. Step 2006 includes passing at least one order of diffraction of the modulated light signal on a Fourier plane. Step 2008 includes blocking the rest of the modulated light signal on the Fourier plane. In one example of steps 2006 and 2008, the optical filter mask 412 passes at least one order of diffraction of the modulated light signal 402 through the pass region(s) 416 on the Fourier plane 408 and blocks the rest of the modulated light signal 402 on the Fourier plane 408. In another In an example of steps 2006 and 2008, the optical filter mask 412 passes at least the zero order of diffraction of the modulated light signal 402 through the pass region(s) 416 on the Fourier plane 408 and blocks the remainder of the modulated light signal 402 on the Fourier plane 408. In another exemplary method 2000 modulated light signal 402 is monochromatic light. In another example of method 2000, modulated light signal 402 is one of red light, green light, and blue light. In another example of method 2000, modulated light 402 is a composite light formed by combining red light, green light, and blue light. In this example, the modulated light signal 402 may be white light. In one embodiment, method 2000 further includes the step 2010 of collimating, after step 2006, at least one order of diffraction of the transmitted modulated light signal. In one example of step 2010, collimator lens 418 collimates filtered light 414.

На фиг. 21 представлен способ 2100 проецирования цветного изображения с усиленным контрастом посредством оптического фильтрования каждого цветового канала с пространственным мультиплексированием. Способ 2100 может быть выполнен разноцветным цифровым проектором 1500. Способ 2100 включает этап 2102 пространственной модуляции первого, второго и третьего входных световых сигналов, в соответствии с цветным изображением, для генерирования соответствующих первого, второго и третьего модулированных световых сигналов. Первый, второй и третий входные световые сигналы могут представлять свет для трех разных соответствующих цветовых каналов цветного изображения, как обсуждается выше со ссылкой на фиг. 15. Каждый из первого, второго и третьего модулированных световых сигналов содержит множество порядков дифракции. В одном примере этапа 2102 DMD 200(1), 200(2) и 200(3), представленные на фиг. 15, осуществляют пространственную модуляцию соответствующих первого, второго и третьего входных световых сигналов 206(1), 206(2) и 206(3) в соответствующие первый, второй и третий модулированные световые сигналы 402(1), 402(2) и 402(3). Способ 2100 также включает этап 2104 фильтрования первого, второго и третьего модулированных световых сигналов (сгенерированных на этапе 2102) в соответствующие первый, второй и третий фильтрованные световые сигналы. В одном варианте осуществления на этапе 2104 выполняют способ 2000 для каждого из первого, второго и третьего модулированных световых сигналов, чтобы получать первый, второй и третий фильтрованные световые сигналы. В одном примере такого варианта осуществления этапа 2104 маски 412(1), 412(2) и 412(3) оптического фильтра разноцветного цифрового проектора 1500 фильтруют соответствующие первый, второй и третий модулированные световые сигналы 402(1), 402(2) и 402(3), прошедшие Фурье-преобразование, в соответствующие первый, второй и третий фильтрованные световые сигналы 414(1), 414(2) и 414(3). Этап 2104 включает этапы 2106 и 2108, которые могут происходить одновременно. Этап 2106 включает пропускание по меньшей мере одного порядка дифракции каждого из первого, второго и третьего модулированных световых сигналов. Этап 2108 включает блокирование остальной части первого, второго и третьего модулированных световых сигналов. В одном примере этапов 2106 и 2108 маски 412(1), 412(2) и 412(3) оптического фильтра разноцветного цифрового проектора 1500 пропускают по меньшей мере один порядок дифракции каждого из первого, второго и третьего модулированных световых сигналов 402(1), 402(2) и 402(3), прошедших Фурье-преобразование, и блокируют остальную часть первого, второго и третьего модулированных световых сигналов 402(1), 402(2) и 402(3). Способ 2100 также включает этап 2110 объединения первого, второго и третьего фильтрованных световых сигналов, сгенерированных на этапе 2104, для формирования выходного светового сигнала. В одном примере этапа 2110 блок 1504 объединения пучков объединяет первый, второй и третий фильтрованные световые сигналы 414(1), 414(2) и 414(3) в выходной световой сигнал 1510. В одном варианте осуществления способ 2100 дополнительно включает этап 2112 проецирования выходного светового сигнала на экран. В одном примере этапа 2112 проекционная линза 112 проецирует выходной световой сигнал 1510 на экран, такой как проекционный экран 116.In FIG. 21 shows a method 2100 for projecting a color image with enhanced contrast by optically filtering each color channel with spatial multiplexing. Method 2100 may be performed by multi-colored digital projector 1500. Method 2100 includes 2102 spatially modulating first, second, and third input light signals according to a color image to generate respective first, second, and third modulated light signals. The first, second, and third light inputs may represent light for three different respective color channels of a color image, as discussed above with reference to FIG. 15. Each of the first, second and third modulated light signals contains a plurality of diffraction orders. In one example of step 2102, DMDs 200(1), 200(2), and 200(3) shown in FIG. 15 spatially modulate the respective first, second, and third input lights 206(1), 206(2), and 206(3) into the respective first, second, and third modulated lights 402(1), 402(2), and 402( 3). The method 2100 also includes a step 2104 of filtering the first, second, and third modulated light signals (generated in step 2102) into respective first, second, and third filtered light signals. In one embodiment, at 2104, method 2000 is performed for each of the first, second, and third modulated light signals to obtain first, second, and third filtered light signals. In one example of such an embodiment of step 2104, the optical filter masks 412(1), 412(2), and 412(3) of the multicolor digital projector 1500 filter the respective first, second, and third modulated light signals 402(1), 402(2), and 402 (3) Fourier-transformed into the respective first, second and third filtered light signals 414(1), 414(2) and 414(3). Step 2104 includes steps 2106 and 2108, which may occur simultaneously. Step 2106 includes passing at least one diffraction order of each of the first, second, and third modulated light signals. Step 2108 includes blocking the rest of the first, second and third modulated light signals. In one example of steps 2106 and 2108, the optical filter masks 412(1), 412(2), and 412(3) of the multicolor digital projector 1500 pass at least one diffraction order of each of the first, second, and third modulated light signals 402(1), 402(2) and 402(3) that have undergone a Fourier transform and block the rest of the first, second and third modulated light signals 402(1), 402(2) and 402(3). Method 2100 also includes step 2110 of combining the first, second, and third filtered light signals generated at step 2104 to generate an output light signal. In one example of step 2110, beam combiner 1504 combines first, second, and third filtered light signals 414(1), 414(2), and 414(3) into output light signal 1510. In one embodiment, method 2100 further includes a step 2112 of projecting output light signal on the screen. In one example of step 2112, projection lens 112 projects light output 1510 onto a screen, such as projection screen 116.

Без отхода от объема настоящего изобретения способ 2100 может быть расширен на обработку только двух световых каналов или более трех световых каналов, например, четырех световых каналов.Without departing from the scope of the present invention, method 2100 can be extended to process only two light channels or more than three light channels, such as four light channels.

На фиг. 22 представлен способ 2200 временного мультиплексирования для генерирования и проецирования цветного изображения с усиленным контрастом. Способ 2200 может быть выполнен разноцветным цифровым проектором 1600. Способ 2200 включает этап 2202 модуляции светового сигнала с временным мультиплексированием, в соответствии с цветным изображением, которое необходимо проецировать, пространственным модулятором света, чтобы генерировать модулированный световой сигнал с временным мультиплексированием, имеющий повторяющуюся последовательность первого, второго и третьего модулированных световых сигналов. Первый, второй и третий модулированные световые сигналы могут представлять свет для трех разных цветовых каналов цветного изображения, как обсуждается выше со ссылкой на фиг. 16. В одном примере этапа 2202 DMD 200 разноцветного цифрового проектора 1600 модулирует световой сигнал 1601 с временным мультиплексированием в модулированный световой сигнал 1602 с временным мультиплексированием. Способ 2200 также включает этап 2204 пространственного Фурье-преобразования модулированного светового сигнала с временным мультиплексированием (сгенерированного на этапе 2202) с помощью линзы. В одном примере этапа 2204 линза 404 выполняет пространственное Фурье-преобразование модулированного светового сигнала 1602 с временным мультиплексированием. Способ 2200 дополнительно включает этап 2206 фильтрования модулированного светового сигнала с временным мультиплексированием, прошедшего пространственное Фурье-преобразование на этапе 2204, посредством поворачивания диска со светофильтрами синхронно с модулированным световым сигналом с временным мультиплексированием. Диск со светофильтрами содержит множество масок оптического фильтра, каждая из которых сконфигурирована фильтровать соответствующий один из первого, второго и третьего модулированных световых сигналов, прошедших пространственное Фурье-преобразование посредством линзы на этапе 2204. Этап 2206 включает поворачивание диска со светофильтрами так, чтобы располагать каждую из масок оптического фильтра в прошедшем Фурье-преобразование световом сигнале, когда модулированный световой сигнал с временным мультиплексированием является соответствующим одним из первого, второго и третьего модулированных световых сигналов. В одном примере этапа 2206 мотор 1614 поворачивает диск 1612 со светофильтрами синхронно с модулированным световым сигналом 1602 с временным мультиплексированием, как обсуждалось выше со ссылкой на фиг. 16. В другом примере этапа 2206 мотор 1614 поворачивает диск 1612 со светофильтрами поэтапно так, что каждая маска оптического фильтра является неподвижной, когда фильтрует соответствующий модулированный световой сигнал. В одном варианте осуществления способ 2200 дополнительно включает этап 2208 проецирования модулированного светового сигнала с временным мультиплексированием, после фильтрации, на экран. В качестве примера этапа 2208 проекционная линза 112 проецирует световой сигнал с временным мультиплексированием, фильтрованный маской 1612 оптического фильтра и необязательно коллимированный коллиматорной линзой 1618, на экран проектора.In FIG. 22 shows a time multiplexing method 2200 for generating and projecting a contrast enhanced color image. The method 2200 may be performed by a multi-colored digital projector 1600. The method 2200 includes the step of modulating a time-multiplexed light signal 2202 according to the color image to be projected with a spatial light modulator to generate a time-multiplexed modulated light signal having a repeating sequence of the first, second and third modulated light signals. The first, second, and third modulated light signals may represent light for three different color channels of a color image, as discussed above with reference to FIG. 16. In one example of step 2202, the DMD 200 of the multicolor digital projector 1600 modulates a time multiplex light signal 1601 into a time multiplex modulated light signal 1602. The method 2200 also includes a step 2204 of spatially Fourier transforming the time-multiplexed modulated light signal (generated in step 2202) with the lens. In one example of step 2204, lens 404 performs a spatial Fourier transform of the modulated light signal 1602 with time multiplexing. The method 2200 further includes a step 2206 of filtering the time-multiplexed modulated light signal that has undergone a spatial Fourier transform in step 2204 by rotating the filter wheel in synchronism with the time-multiplexed modulated light signal. The filter disk comprises a plurality of optical filter masks, each configured to filter a respective one of the first, second, and third modulated light signals spatially Fourier transformed by the lens in step 2204. Step 2206 includes rotating the filter disk to position each of masks of the optical filter in the Fourier-transformed light signal when the time-multiplexed modulated light signal is the corresponding one of the first, second, and third modulated light signals. In one example of step 2206, motor 1614 rotates filter wheel 1612 in synchronization with time-multiplexed light signal 1602, as discussed above with reference to FIG. 16. In another example of step 2206, motor 1614 rotates the filter wheel 1612 in stages so that each optical filter mask is stationary when it filters the respective modulated light signal. In one embodiment, the method 2200 further includes a step 2208 of projecting the time-multiplexed modulated light signal, after filtering, onto a screen. As an example of step 2208, projection lens 112 projects a time-multiplexed light signal filtered by optical filter mask 1612 and optionally collimated by collimator lens 1618 onto a projector screen.

Без отхода от объема настоящего изобретения способ 2200 может быть расширен на обработку только двух световых каналов или более трех световых каналов, например, четырех световых каналов.Without departing from the scope of the present invention, method 2200 can be extended to process only two light channels or more than three light channels, such as four light channels.

ЧИСЛЕННЫЙ АНАЛИЗNUMERICAL ANALYSIS

Следующее обсуждение относится к численному анализу для изучения того, как коэффициент контрастности цифрового проектора, оснащенного DMD 200, зависит от различных параметров, включая длину волны, углы наклона в режимах ВКЛ и ВЫКЛ микрозеркала 202, допуски углов наклона в режимах ВКЛ и ВЫКЛ, геометрические формы пропускной области 416 маски 412 оптического фильтра, угловые и спектральные разнесения входного светового сигнала 206 и эффективный размер источника освещения, генерирующего входной световой сигнал 206. Цифровые проекторы 100, 500, 1500 и 1600 могут быть сконфигурированы в соответствии с параметрами, изученными при этом численном анализе.The following discussion relates to a numerical analysis to study how the contrast ratio of a digital projector equipped with a DMD 200 depends on various parameters, including wavelength, tilt angles in ON and OFF modes of the micromirror 202, tilt angle tolerances in ON and OFF modes, geometric shapes the bandwidth 416 of the optical filter mask 412, the angular and spectral separations of the input light signal 206, and the effective size of the light source generating the input light signal 206. The digital projectors 100, 500, 1500, and 1600 can be configured according to the parameters learned in this numerical analysis. .

На фиг. 23 представлен вид сбоку модельного эксперимента 2300, для которого численные результаты представлены в этом разделе. В модельном эксперименте 2300 DMD 200 модулирует входной световой сигнал 206 в модулированный световой сигнал 402, содержащий множество порядков дифракции. Вычисляют дифракционную картину Фраунгофера модулированного светового сигнала 402 и моделируют пространственный фильтр 2302, обозначая каждый порядок дифракции дифракционной картины Фраунгофера или как пропускаемый, или как блокируемый пространственным фильтром 2302, в зависимости от геометрической формы и конфигурации пространственного фильтра 2302. Пространственный фильтр 2302 является одним примером маски 412 оптического фильтра. Коэффициент контрастности модельного эксперимента 2300 получают путем численного интегрирования порядков дифракции, обозначенных как пропускаемые пространственным фильтром 2302, один раз, когда микрозеркала 202 DMD 200 переведены в положение ВКЛ, и еще раз, когда микрозеркала 202 DMD 200 переведены в положение ВЫКЛ. Эти два значения численного интегрирования соответствуют величинам силы света в режимах ВКЛ и ВЫКЛ, соответственно, отношение которых определяет коэффициент контрастности.In FIG. 23 is a side view of the 2300 model experiment for which the numerical results are presented in this section. In simulation experiment 2300, DMD 200 modulates input light signal 206 into a modulated light signal 402 containing multiple diffraction orders. The Fraunhofer diffraction pattern of the modulated light signal 402 is calculated and a spatial filter 2302 is modeled, designating each diffraction order of the Fraunhofer diffraction pattern as either transmitted or blocked by the spatial filter 2302, depending on the geometry and configuration of the spatial filter 2302. The spatial filter 2302 is one example of a mask 412 optical filter. The contrast ratio of the model experiment 2300 is obtained by numerically integrating the diffraction orders designated as being passed by the spatial filter 2302 once when the DMD 200 micromirrors 202 are turned ON and again when the DMD 200 micromirrors 202 are turned OFF. These two numerical integration values correspond to the ON and OFF light intensity values, respectively, whose ratio determines the contrast ratio.

Дифракционная картина Фраунгофера может быть вычислена для модельного эксперимента 2300 с использованием формального описания Рэлея-Зоммерфельда для скалярной теории дифракции. Это формальное описание основано на интеграле Рэлея-Зоммерфельда, который выражает комплексную амплитуду дифрагированного электрического поля в виде интеграла (например, суммы) на сферических волнах.The Fraunhofer diffraction pattern can be calculated for the 2300 model experiment using the formal Rayleigh-Sommerfeld description for the scalar theory of diffraction. This formal description is based on the Rayleigh-Sommerfeld integral, which expresses the complex amplitude of a diffracted electric field as an integral (eg, sum) over spherical waves.

Следует понимать, что численный анализ, представленный в данном документе, не ограничен DMD 200, а легко расширяется на другие варианты осуществления SLM 102, такие как фазовый модулятор на основе отражающего LCOS или фазовый модулятор на основе пропускного LC.It should be understood that the numerical analysis presented herein is not limited to DMD 200, but is easily extended to other SLM 102 embodiments such as a reflective LCOS phase modulator or a pass LC phase modulator.

На фиг. 24–26 представлены графики зависимости коэффициента контрастности и оптической эффективности от половинного угла, полученные численно для модельного эксперимента 2300. Для получения результатов, представленных на фиг. 24–26, пространственный фильтр 2302 моделировали как круглую апертуру, центрированную на оптической оси 422 и имеющую диаметр 2304 апертуры. Пространственный фильтр 2302 центрировали на нулевом порядке дифракции модулированного светового сигнала 402 (например, первых дифрагированных в режимах ВКЛ и ВЫКЛ пучках 504(1) и 604(1)). Круглая апертура пространственного фильтра 2302 образует основание конуса, имеющего вершину, расположенную в центре лицевой поверхности DMD 200, при этом конус имеет ось, совпадающую с оптической осью 422. Половинный угол 2308 здесь определяют как половину угла при вершине конуса.In FIG. 24-26 are plots of contrast ratio and optical efficiency versus half angle obtained numerically for the 2300 model experiment. To obtain the results shown in FIG. 24-26, the spatial filter 2302 was modeled as a circular aperture centered on the optical axis 422 and having an aperture diameter of 2304. The spatial filter 2302 was centered on the zero diffraction order of the modulated light signal 402 (eg, the first ON and OFF diffracted beams 504(1) and 604(1)). The circular aperture of the spatial filter 2302 forms the base of a cone having an apex located at the center of the face of the DMD 200, the cone having an axis coinciding with the optical axis 422. The half angle 2308 here is defined as the half angle at the apex of the cone.

На фиг. 24–26 для светового сигнала в модельном эксперименте 2300 были использованы длины волн 532 нм, 465 нм и 617 нм соответственно. Для микрозеркал 202 DMD 200 были использованы номинальные углы положения ВКЛ и положения ВЫКЛ, равные +12° и -12° соответственно. Для DMD 200 были использованы коэффициенты заполнения размерности и площади, составляющие 81% и 90% соответственно.In FIG. 24–26 for the light signal in Model Experiment 2300, wavelengths of 532 nm, 465 nm, and 617 nm, respectively, were used. For micromirrors 202 DMD 200, nominal ON and OFF position angles of +12° and -12°, respectively, were used. For DMD 200, dimension and area fill factors of 81% and 90%, respectively, were used.

С уменьшением половинного угла 2308 на фиг. 24 коэффициент 2402 контрастности зеленого возрастает как ряд «ступенек», по мере того как порядки дифракции модулированного светового сигнала 402 все больше блокируются пространственным фильтром 2302. Наивысший коэффициент контрастности зеленого, равный 757000:1, получают, когда только нулевой порядок дифракции модулированного светового сигнала 402 пропускается пространственным фильтром 2302. С увеличением половинного угла 2308 оптическая эффективность 2404 зеленого возрастает как ряд «ступенек», по мере того как порядки дифракции все больше пропускаются пространственным фильтром 2302. Поскольку большая часть оптической мощности зеленого модулированного светового сигнала находится в низких порядках дифракции (например, нулевом, первом и втором порядках дифракции), наибольшие ступени эффективности 2404 зеленого возникают при малых значениях половинного угла 2308. При наивысшем коэффициенте контрастности зеленого оптическая эффективность 2404 зеленого составляет приблизительно 80%, т. е. 80% модулированного светового сигнала 402 пропускается пространственным фильтром 2302.With decreasing half angle 2308 in FIG. 24, the green contrast ratio 2402 increases as a series of "steps" as the diffraction orders of the modulated light signal 402 are increasingly blocked by the spatial filter 2302. The highest green contrast ratio of 757,000:1 is obtained when only the zero diffraction order of the modulated light signal 402 is passed by the spatial filter 2302. As the half-angle 2308 increases, the optical efficiency 2404 of green increases as a series of "steps" as diffraction orders are more and more passed by the spatial filter 2302. Since most of the optical power of the green modulated light signal is in low diffraction orders (e.g. , zero, first and second orders of diffraction), the largest steps in the efficiency of 2404 green occur at small values of the half angle 2308. At the highest green contrast ratio, the optical efficiency of 2404 green is approximately 80%, i.e. 80% of the modulated light signal 402 is passed through the spatial filter 2302.

На фиг. 25 коэффициент 2502 контрастности синего и оптическая эффективность 2504 синего имеют поведение, подобное коэффициенту 2402 контрастности зеленого и оптической эффективности 2404 зеленого соответственно. Наивысший коэффициент контрастности синего, равный 850000:1, получают, когда только нулевой порядок дифракции модулированного светового сигнала 402 пропускается пространственным фильтром 2302. При наивысшем коэффициенте контрастности синего оптическая эффективность 2504 синего быстро падает с 80% до менее 50%.In FIG. 25, the blue contrast ratio 2502 and the blue optical efficiency 2504 have behavior similar to the green contrast ratio 2402 and the green optical efficiency 2404, respectively. The highest blue contrast ratio of 850,000:1 is obtained when only the zero diffraction order of the modulated light signal 402 is passed by the spatial filter 2302. At the highest blue contrast ratio, the blue optical efficiency 2504 drops rapidly from 80% to less than 50%.

На фиг. 26 коэффициент 2602 контрастности красного и оптическая эффективность 2604 красного имеют поведение, подобное коэффициентам 2402, 2502 контрастности зеленого и синего и оптической эффективности 2404, 2504 зеленого и синего соответственно. Однако наивысший коэффициент контрастности красного составляет лишь 450000:1. Одна причина того, что наивысший коэффициент контрастности красного ниже, чем соответствующие коэффициенты контрастности зеленого и синего, заключается в том, что при длине волны 617 нм красного света DMD 200 освещается далеко от состояния сверкания. При наивысшем коэффициенте контрастности красного оптическая эффективность 2604 красного составляет приблизительно 80%.In FIG. 26, the red contrast ratio 2602 and red optical efficiency 2604 have behavior similar to green and blue contrast ratios 2402, 2502 and green and blue optical efficiency 2404, 2504, respectively. However, the highest red contrast ratio is only 450,000:1. One reason that the highest contrast ratio of red is lower than the corresponding contrast ratios of green and blue is that at 617 nm red light, the DMD 200 is illuminated far from the glare state. At the highest red contrast ratio, the optical efficiency of red 2604 is approximately 80%.

На фиг. 27 представлена дифракционная картина Фраунгофера для модельного эксперимента 2300, когда длина волны света равна 532 нм и все микрозеркала 202 DMD 200 находятся в положении ВКЛ. На фиг. 27 каждый из четырех самых светлых порядков дифракции окружен одной из рамок 2702. Рамка 2702(1) содержит самую большую оптическую мощность и соответствует нулевому порядку дифракции модулированного светового сигнала 402. Для каждой рамки 2702 DOCR вычисляли с использованием рамки 2702 как прямоугольной апертуры (например, пропускной области 416) пространственного фильтра 2302. Численно полученный DOCR напечатан внутри каждой рамки. Например, в рамке 2702(1) нулевой порядок дифракции модулированного светового сигнала 402 имеет DOCR, равный 758075:1. В одном варианте осуществления маска 412 оптического фильтра сконфигурирована так, чтобы пропускать нулевой порядок дифракции и блокировать все другие порядки дифракции модулированного светового сигнала 402; маска 900 оптического фильтра является одним примером маски 412 оптического фильтра, которая может быть использована с этим вариантом осуществления. В другом варианте осуществления каждая маска 412(1), 412(2) и 412(3) оптического фильтра разноцветного цифрового проектора 1500 может быть сконфигурирована так, чтобы пропускать нулевой порядок дифракции и блокировать все другие порядки дифракции модулированных световых сигналов 402(1), 402(2) и 402(3). In FIG. 27 shows the Fraunhofer diffraction pattern for model experiment 2300 when the light wavelength is 532 nm and all micromirrors 202 DMD 200 are in the ON position. In FIG. 27, each of the four lightest diffraction orders is surrounded by one of the frames 2702. The frame 2702(1) contains the highest optical power and corresponds to the zero diffraction order of the modulated light signal 402. For each frame 2702, the DOCR was calculated using the frame 2702 as a rectangular aperture (e.g., bandwidth 416) of the spatial filter 2302. The numerically obtained DOCR is printed inside each frame. For example, in frame 2702(1), the zero diffraction order of the modulated light signal 402 has a DOCR of 758075:1. In one embodiment, the optical filter mask 412 is configured to pass the zero diffraction order and block all other diffraction orders of the modulated light signal 402; the optical filter mask 900 is one example of an optical filter mask 412 that can be used with this embodiment. In another embodiment, each optical filter mask 412(1), 412(2), and 412(3) of the multicolor digital projector 1500 may be configured to pass zero diffraction order and block all other diffraction orders of modulated light signals 402(1), 402(2) and 402(3).

На фиг. 28 представлена дифракционная картина Фраунгофера для модельного эксперимента 2300, когда длина волны света равна 617 нм и все микрозеркала 202 DMD 200 находятся в положении ВКЛ. На фиг. 28 четыре порядка дифракции содержат большую часть оптической мощности модулированного светового сигнала 402. В сравнении с фиг. 27, где была использована длина волны 532 нм, оптическая мощность более равномерно распределена среди четырех порядков дифракции, поскольку длина волны 617 нм находится дальше от состояния сверкания DMD 200. Коэффициент контрастности вплоть до значения 852000:1 можно получить путем формирования пространственного фильтра 2302, пропускающего только порядок дифракции в рамке 2802(1). Однако при блокировании порядков дифракции в рамках 2802(2), 2802(3) и 2802(4) оптическая эффективность будет значительно ухудшена. In FIG. 28 shows the Fraunhofer diffraction pattern for the Model Experiment 2300 when the light wavelength is 617 nm and all micromirrors 202 of the DMD 200 are in the ON position. In FIG. 28, the four diffraction orders comprise most of the optical power of the modulated light signal 402. Compared to FIG. 27, where a wavelength of 532 nm has been used, the optical power is more evenly distributed among the four diffraction orders because the wavelength of 617 nm is farther from the blaze state of DMD 200. A contrast ratio up to a value of 852000:1 can be obtained by forming a spatial filter only the order of diffraction in the 2802(1) frame. However, by blocking the diffraction orders within 2802(2), 2802(3), and 2802(4), the optical efficiency will be significantly degraded.

В качестве компромисса между коэффициентом контрастности и оптической эффективностью, пространственный фильтр 2302 может быть сконфигурирован так, чтобы пропускать три порядка дифракции с наивысшим DOCR, соответствующим рамкам 2802(1), 2802(2) и 2802(4). В этом примере пространственного фильтра 2302 апертуры, соответствующие рамкам 2802(1), 2802(2) и 2802(4), не расположены симметрично относительно оптической оси 422. В одном варианте осуществления оптический фильтр 400 сконфигурирован так, чтобы пропускать три порядка дифракции модулированного светового сигнала 402, согласно фиг. 28; маска 1300 оптического фильтра является одним примером маски 412 оптического фильтра, которая может быть использована с этим вариантом осуществления. В других вариантах осуществления оптический фильтр 412 сконфигурирован так, чтобы пропускать ненулевое целое число порядков дифракции модулированного светового сигнала 402, вплоть до максимального числа, определенного прозрачной апертурой линзы 404. As a compromise between contrast ratio and optical efficiency, spatial filter 2302 can be configured to pass three diffraction orders with the highest DOCR corresponding to frames 2802(1), 2802(2), and 2802(4). In this example of spatial filter 2302, the apertures corresponding to frames 2802(1), 2802(2), and 2802(4) are not symmetrical about optical axis 422. In one embodiment, optical filter 400 is configured to pass three orders of modulated light diffraction. signal 402, as shown in FIG. 28; an optical filter mask 1300 is one example of an optical filter mask 412 that can be used with this embodiment. In other embodiments, the optical filter 412 is configured to pass a non-zero integer number of diffraction orders of the modulated light signal 402, up to a maximum number determined by the transparent aperture of the lens 404.

На фиг. 29 представлен график коэффициента 2902 контрастности и оптической эффективности 2904, полученный численно для модельного эксперимента 2300 при работе с длиной волны 617 нм, когда углы наклона в режимах ВКЛ и ВЫКЛ микрозеркал 202 равны +12,1° и -12,1° соответственно. Коэффициент контрастности может быть чувствительным к малым изменениям угла наклона микрозеркал. В сравнении с фиг. 26 изменение углов наклона на 0,1° приводит к увеличению наивысшего коэффициента контрастности красного более чем в два раза до почти 1000000:1, тогда как оптическая эффективность 2904 красного остается на уровне приблизительно 80%. Для сравнения, коммерческие DMD, как правило, характеризуются наличием допуска угла наклона, равного ±0,5°.In FIG. 29 is a graph of the contrast ratio 2902 and optical efficiency 2904 obtained numerically for the model experiment 2300 operating at a wavelength of 617 nm, when the ON and OFF tilt angles of the micromirrors 202 are +12.1° and -12.1°, respectively. The contrast ratio can be sensitive to small changes in the tilt angle of the micromirrors. Compared to FIG. 26, a 0.1° change in tilt angles more than doubles the highest contrast ratio of red to almost 1,000,000:1, while the optical efficiency of red 2904 remains at about 80%. By comparison, commercial DMDs typically have a tilt tolerance of ±0.5°.

На фиг. 30 и 31 представлены графики зависимости коэффициента контрастности от угла наклона микрозеркал, полученные численно для модельного эксперимента 2300. На фиг. 30 угол наклона в положении ВЫКЛ зафиксирован равным -12°, а угол наклона в положении ВКЛ изменяется от 11,5° до 12,5°. На фиг. 31 угол наклона в положении ВКЛ зафиксирован равным +12°, а угол наклона в положении ВЫКЛ изменяется от -12,5° до -11,5°. На фиг. 30 коэффициенты 3002, 3004 и 3006 контрастности соответствуют длинам волны 617 нм, 465 нм и 532 нм соответственно. На фиг. 31 коэффициенты 3102, 3104 и 3106 контрастности соответствуют длинам волны 617 нм, 465 нм и 532 нм соответственно. Фиг. 30 и 31 в последующем описании лучше рассматривать вместе.In FIG. 30 and 31 are plots of the contrast ratio versus the tilt angle of the micromirrors obtained numerically for the model experiment 2300. FIG. 30, the tilt angle in the OFF position is fixed at -12°, and the tilt angle in the ON position varies from 11.5° to 12.5°. In FIG. 31, the tilt angle in the ON position is fixed at +12°, and the tilt angle in the OFF position varies from -12.5° to -11.5°. In FIG. 30, contrast ratios 3002, 3004, and 3006 correspond to wavelengths of 617 nm, 465 nm, and 532 nm, respectively. In FIG. 31, contrast ratios 3102, 3104, and 3106 correspond to wavelengths of 617 nm, 465 nm, and 532 nm, respectively. Fig. 30 and 31 in the following description are best considered together.

Значения коэффициента контрастности обычно являются более чувствительными к вариациям силы света в режиме ВЫКЛ, чем силы света в режиме ВКЛ. Поэтому коэффициент контрастности может зависеть сильнее от угла наклона в режиме ВЫКЛ, чем угла наклона в режиме ВКЛ. Как показано на фиг. 30, коэффициенты 3002, 3004 и 3006 контрастности демонстрируют малую вариацию для угла наклона в режиме ВКЛ, находящегося в диапазоне допуска угла наклона, составляющем ±0,5°. С другой стороны, коэффициенты 3102, 3104 и 3106 контрастности, представленные на фиг. 31, изменяются более сильно для угла наклона в режиме ВЫКЛ, находящегося в подобном диапазоне допуска угла наклона.Contrast ratio values are generally more sensitive to variations in luminous intensity in OFF mode than luminous intensity in ON mode. Therefore, the contrast ratio may vary more depending on the tilt angle in OFF mode than the tilt angle in ON mode. As shown in FIG. 30, the contrast ratios 3002, 3004, and 3006 show little variation for an ON-mode tilt angle within a tilt angle tolerance range of ±0.5°. On the other hand, the contrast ratios 3102, 3104, and 3106 shown in FIG. 31 change more strongly for the tilt angle in the OFF mode being in a similar tilt angle tolerance range.

В одном варианте осуществления предоставлено цифровое микрозеркальное устройство, оптимизированное для модулирования зеленого света, которое имеет номинальный угол наклона в положении ВЫКЛ, составляющий более чем -12°, например, более чем -11,8° или более чем -11,6°. В одном примере цифровое микрозеркальное устройство имеет номинальный угол наклона в положении ВЫКЛ, составляющий -11,5° или более.In one embodiment, a digital micromirror device optimized for green light modulation is provided that has a nominal OFF tilt angle of greater than -12°, such as greater than -11.8° or greater than -11.6°. In one example, the digital micromirror device has a nominal tilt angle in the OFF position of -11.5° or more.

Цифровое микрозеркальное устройство согласно этому варианту осуществления может улучшать коэффициент контрастности ВКЛ-ВЫКЛ при модулировании зеленого света.The digital micromirror device according to this embodiment can improve the ON-OFF contrast ratio by modulating green light.

В одном примере цифровое микрозеркальное устройство, оптимизированное для модулирования зеленого света, имеет номинальный угол наклона в положении ВКЛ, находящийся в диапазоне от +11,5° до +12,5°, например +12°.In one example, a digital micromirror device optimized for green light modulation has a nominal tilt angle in the ON position ranging from +11.5° to +12.5°, such as +12°.

В одном варианте осуществления предоставлено цифровое микрозеркальное устройство, оптимизированное для модулирования красного или синего света, которое имеет номинальный угол наклона в положении ВЫКЛ, составляющий менее чем -12°, например менее чем -12,2° или менее чем -12,4°. В одном примере цифровое микрозеркальное устройство имеет номинальный угол наклона в положении ВЫКЛ, составляющий -12,5° или менее.In one embodiment, a digital micromirror device optimized for modulating red or blue light is provided that has a nominal OFF tilt angle of less than -12°, such as less than -12.2° or less than -12.4°. In one example, the digital micromirror device has a nominal tilt angle in the OFF position of -12.5° or less.

Цифровое микрозеркальное устройство согласно этому варианту осуществления может улучшать коэффициент контрастности ВКЛ-ВЫКЛ при модулировании красного или синего света.The digital micromirror device according to this embodiment can improve the ON-OFF contrast ratio by modulating red or blue light.

В одном примере цифровое микрозеркальное устройство, оптимизированное для модулирования красного или синего света, имеет номинальный угол наклона в положении ВКЛ, находящийся в диапазоне от +11,5° до +12,5°, например +12°. In one example, a digital micromirror device optimized for modulating red or blue light has a nominal tilt angle in the ON position ranging from +11.5° to +12.5°, such as +12°.

В одном варианте осуществления предоставлена система модулятора для генерирования изображения, эта система модулятора содержит:In one embodiment, a modulator system for generating an image is provided, this modulator system comprises:

- первое цифровое микрозеркальное устройство, сконфигурированное так, чтобы модулировать красный световой сигнал для генерирования модулированного красного светового сигнала;a first digital micromirror device configured to modulate a red light signal to generate a modulated red light signal;

- второе цифровое микрозеркальное устройство, сконфигурированное так, чтобы модулировать зеленый световой сигнал для генерирования модулированного зеленого светового сигнала; иa second digital micromirror device configured to modulate a green light signal to generate a modulated green light signal; and

- третье цифровое микрозеркальное устройство, сконфигурированное так, чтобы модулировать синий световой сигнал для генерирования модулированного синего светового сигнала,a third digital micromirror device configured to modulate a blue light signal to generate a modulated blue light signal,

при этом номинальный угол наклона в положении ВЫКЛ второго цифрового микрозеркального устройства отличается от номинального угла наклона в положении ВЫКЛ первого и третьего цифровых микрозеркальных устройств. Например, первое и третье цифровые микрозеркальные устройства могут относиться к первому типу, имеющему первый номинальный угол наклона в положении ВЫКЛ, а второе цифровое микрозеркальное устройство может относиться ко второму типу, имеющему второй номинальный угол наклона в положении ВЫКЛ, отличающийся от номинального угла наклона в положении ВЫКЛ первого типа. Например, первое и третье цифровые микрозеркальные устройства представляют собой цифровые микрозеркальные устройства, оптимизированные для модулирования красного или синего света, описанные выше, тогда как второе цифровое микрозеркальное устройство представляет собой цифровое микрозеркальное устройство, оптимизированное для модулирования зеленого света, описанное выше.wherein the nominal tilt angle in the OFF position of the second digital micromirror device is different from the nominal tilt angle in the OFF position of the first and third digital micromirror devices. For example, the first and third digital micromirror devices may be of a first type having a first nominal tilt angle at the OFF position, and the second digital micromirror device may be of a second type having a second nominal tilt angle at the OFF position that is different from the nominal tilt angle at the OFF position. OFF of the first type. For example, the first and third digital micromirror devices are the red or blue light modulation optimized digital micromirror devices described above, while the second digital micromirror device is the green light modulation optimized digital micromirror device described above.

Система модулятора может дополнительно содержать:The modulator system may further comprise:

- первый, второй и третий оптические фильтры, каждый из которых содержит:- first, second and third optical filters, each containing:

- линзу, сконфигурированную для пространственного Фурье-преобразования модулированного светового сигнала из соответствующих первого, второго и третьего пространственных модуляторов света, при этом модулированный световой сигнал содержит множество порядков дифракции; иa lens configured to spatially Fourier transform the modulated light signal from the respective first, second and third spatial light modulators, the modulated light signal comprising a plurality of diffraction orders; and

- маску оптического фильтра, расположенную на Фурье-плоскости линзы и сконфигурированную так, чтобы фильтровать модулированный световой сигнал, прошедший пространственное Фурье-преобразование посредством линзы, путем пропускания по меньшей мере одного порядка дифракции модулированного светового сигнала, генерирования соответствующих первого, второго и третьего фильтрованных световых сигналов и блокирования остальной части модулированного светового сигнала; и- an optical filter mask located on the Fourier plane of the lens and configured to filter the modulated light signal that has undergone a spatial Fourier transform by the lens, by passing at least one order of diffraction of the modulated light signal, generating the corresponding first, second and third filtered light signals and blocking the rest of the modulated light signal; and

- блок объединения пучков, сконфигурированный так, чтобы объединять первый, второй и третий фильтрованные световые сигналы в выходной световой сигнал.- a beam combiner configured to combine the first, second and third filtered light signals into an output light signal.

Кроме того, система модулятора может необязательно также содержать любой из признаков, описанных в данном документе, таких как признаки, описанные в отношении фигур 9–15.In addition, the modulator system may optionally also contain any of the features described herein, such as the features described with respect to Figures 9-15.

На фиг. 32 представлен график коэффициента 3202 контрастности и оптической эффективности 3204, зависящих от углового разнесения входного светового сигнала 206, полученного численно для модельного эксперимента 2300 при длине волны 532 нм. На фиг. 33 и 34 представлены дифракционные картины Фраунгофера модельного эксперимента 2300, показывающие расширение дифракционных максимумов, вызванное угловым разнесением входного светового сигнала 206. На фиг. 33 входной световой сигнал 206 представляет собой плоскую волну без углового разнесения. На фиг. 34 входной световой сигнал 206 имеет 8° половинный угол углового разнесения. Для получения данных на фиг. 32 пространственный фильтр 2302 был сконфигурирован с прямоугольной апертурой, представленной рамкой 3302 на фиг. 33 и 34. Фиг. 32–34 в последующем описании лучше рассматривать вместе.In FIG. 32 is a plot of the contrast ratio 3202 and the optical efficiency 3204 as a function of the angular separation of the input light signal 206 obtained numerically for the simulation experiment 2300 at a wavelength of 532 nm. In FIG. 33 and 34 are Fraunhofer diffraction patterns of Model Experiment 2300 showing the broadening of the diffraction peaks caused by the angular separation of the input light signal 206. FIG. 33, the input light signal 206 is a plane wave with no angular separation. In FIG. 34, input light 206 has an 8° half-angle angle of angular separation. To obtain the data in Fig. 32, the spatial filter 2302 has been configured with the rectangular aperture represented by box 3302 in FIG. 33 and 34. FIG. 32-34 in the following description are best taken together.

В кинотеатре и других вариантах обстановки, где важным является качество просмотра, цифровое лазерное проецирование изображений получает выгоду от углового разнесения и уменьшенной когерентности лазерного облучения, поскольку это уменьшает видимость пыли и других нежелательных рассеивающих артефактов. Также выгодным для лазерного облучения является наличие увеличенной ширины спектра, чтобы уменьшать видимость спекл-структур на экране.In cinema and other environments where viewing quality is important, digital laser image projection benefits from the angular spacing and reduced coherence of the laser irradiation as it reduces the visibility of dust and other unwanted scattering artifacts. Also advantageous for laser irradiation is the presence of an increased spectral width in order to reduce the visibility of speckle patterns on the screen.

Увеличение углового разнесения и ширины спектра лазерного облучения может привести к ухудшению коэффициента контрастности систем и способов оптического фильтрования, представленных в данном документе. А именно, на Фурье-плоскости, увеличенные угловое разнесение и ширина спектра могут расширить дифракционные максимумы, приводя к смешиванию их краев с другими краями соседних максимумов. Такое расширение максимумов может мешать пропусканию отдельных порядков дифракции через пространственный фильтр 2302 без пропускания при этом части соседних порядков дифракции, которые необходимо блокировать. Как показано на фиг. 32, коэффициент контрастности уменьшается наполовину, с 721000:1 до 346000:1, когда половинный угол входного светового сигнала 206 увеличивается до 8°.Increasing the angular separation and spectral width of laser irradiation can lead to deterioration in the contrast ratio of the optical filtering systems and methods presented herein. Namely, in the Fourier plane, increased angular separation and spectral width can widen the diffraction peaks, leading to mixing of their edges with other edges of neighboring peaks. This broadening of the maxima can prevent individual diffraction orders from passing through the spatial filter 2302 without passing a portion of adjacent diffraction orders that need to be blocked. As shown in FIG. 32, the contrast ratio is halved, from 721,000:1 to 346,000:1, when the light input half angle 206 is increased to 8°.

Поэтому при рассмотрении углового разнесения и ширины спектра существует компромисс между (1) видимостью пыли и уменьшением спекл-структур и (2) коэффициентом контрастности.Therefore, when considering angular separation and spectral width, there is a trade-off between (1) dust visibility and speckle reduction and (2) contrast ratio.

Понятно, что ухудшение контраста может быть результатом других факторов, чем дифракция входного светового сигнала 206 устройством DMD 200, например, рассеивания входного светового сигнала 206 на поверхностях микрозеркал 202, нежелательного рассеянного света и отражений в кинозале, оптических аберраций и/или эффектов поляризации. Однако для большинства цифровых проекторов ожидается, что дифракция устройством DMD 200 будет преобладающим источником, или по меньшей мере одним из преобладающих источников, ухудшения контраста. Раскрытые в данном документе системы и способы легко расширяются на случаи, в которых контраст ухудшается другими факторами в дополнение к дифракции, например, перечисленными выше. Раскрытые в данном документе системы и способы могут улучшать контраст даже при наличии других подобных факторов.It is understood that deterioration in contrast may result from factors other than diffraction of the input light signal 206 by the DMD 200, such as scattering of the input light signal 206 by the surfaces of the micromirrors 202, unwanted stray light and reflections in the cinema room, optical aberrations, and/or polarization effects. However, for most digital projectors, diffraction by the DMD 200 is expected to be the predominant source, or at least one of the predominant sources, of contrast degradation. The systems and methods disclosed herein are easily extended to cases in which contrast is degraded by other factors in addition to diffraction, such as those listed above. The systems and methods disclosed herein can improve contrast even in the presence of other such factors.

РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВEXPERIMENTAL RESULTS

Численный анализ, представленный выше, был верифицирован с использованием экспериментальной установки, подобной представленной на фиг. 4. Для демонстрации наибольшего контраста экспериментальная установка была сконфигурирована так, чтобы фильтровать нулевой порядок дифракции при 532 нм. Маска 412 оптического фильтра была сконфигурирована с круглой апертурой, центрированной на оптической оси 422. Диаметр круглой апертуры и линза (например, линза 404) были выбраны так, чтобы формировать 2° половинный угол на Фурье-плоскости. Входной световой сигнал в DMD 200 предоставляли посредством поляризованного 532 нм лазера с M2 < 1,1. Входной световой сигнал расширяли для заполнения лицевой поверхности DMD 200 с использованием галилеева расширителя пучка, образованного из двух дублетов, который обеспечивал производительность с ограниченной дифракцией. Для простоты TIR призму для подачи света на DMD 200 не использовали. DMD 200 применяли с самым светлым (например, уровень белого) и самым темным (например, уровень черного) выходными сигналами и контраст измеряли с помощью спектрометра.The numerical analysis presented above was verified using an experimental setup similar to that shown in FIG. 4. To demonstrate the greatest contrast, the experimental setup was configured to filter zero order diffraction at 532 nm. The optical filter mask 412 was configured with a circular aperture centered on the optical axis 422. The diameter of the circular aperture and the lens (eg, lens 404) were chosen to form a 2° half angle on the Fourier plane. Light input to the DMD 200 was provided by a polarized 532 nm laser with M 2 < 1.1. The input light signal was expanded to fill the face of the DMD 200 using a Galilean beam expander formed from two doublets that provided diffraction limited performance. For simplicity, TIR did not use a prism to supply light to the DMD 200. The DMD 200 was used with the lightest (eg white level) and darkest (eg black level) outputs and the contrast was measured with a spectrometer.

Измеряли коэффициенты контрастности двух идентичных 4K DMD. При 532 нм и 2° половинном угле коэффициент контрастности, предсказанный модельным экспериментом 2300, составляет приблизительно 757000:1 (см. наивысший коэффициент контрастности зеленого на фиг. 24). Были измерены коэффициенты контрастности, равные 254234:1 и 277966:1. Эти значения приблизительно в три раза меньше, чем предсказанное значение; расхождение объясняется рассеянным светом, происходящим из переполнения DMD, рассеянным светом, происходящим из зазоров между микрозеркалами DMD, и рассеянием на поверхности и краях микрозеркал.The contrast ratios of two identical 4K DMDs were measured. At 532 nm and 2° half angle, the contrast ratio predicted by the 2300 model experiment is approximately 757,000:1 (see highest green contrast ratio in FIG. 24). Contrast ratios of 254234:1 and 277966:1 were measured. These values are approximately three times smaller than the predicted value; the discrepancy is attributed to stray light originating from the overflow of the DMD, stray light originating from the gaps between the DMD micromirrors, and scattering from the surface and edges of the micromirrors.

Также наблюдалось, что направление распространения входного светового сигнала 206 к DMD 200 оказывает влияние на коэффициент контрастности, как ожидается при условии зависимости коэффициента контрастности от угла наклона в режиме ВЫКЛ. В дополнение наблюдалось, что поляризация входного светового сигнала 206 оказывает влияние на уровень черного DMD 200, тем самым оказывая влияние на коэффициент контрастности. Для экспериментальных результатов, описанных выше, поляризацию входного светового сигнала поворачивали волновой пластинкой, чтобы максимизировать контраст.It has also been observed that the direction of propagation of the input light signal 206 towards the DMD 200 has an effect on the contrast ratio, as would be expected given the dependence of the contrast ratio on the tilt angle in the OFF mode. In addition, it has been observed that the polarization of the input light signal 206 affects the black level of the DMD 200, thereby affecting the contrast ratio. For the experimental results described above, the polarization of the input light signal was rotated by a waveplate to maximize contrast.

С учетом чувствительности коэффициента контрастности к углам наклона микрозеркал и направлению распространения входного светового сигнала 206, для группирования DMD, имеющих подобные углы наклона, может быть использовано разнесение по интервалам. В одном варианте осуществления трехцветного цифрового проектора 1500 DMD для трех интервалов, имеющие подобные углы наклона, используют для DMD 200(1), 200(2) и 200(3). В другом варианте осуществления DMD для трех интервалов, имеющие разные углы наклона (например, из трех разных интервалов), используют для DMD 200(1), 200(2) и 200(3), при этом каждое устройство DMD имеет угол наклона, выбранный так, чтобы максимально увеличивать коэффициент контрастности для конкретной длины волны входного светового сигнала 206, используемого с этим DMD.Given the sensitivity of the contrast ratio to the tilt angles of the micromirrors and the direction of propagation of the input light signal 206, spacing can be used to group DMDs having similar tilt angles. In one embodiment of the three-color digital projector 1500, three-spacing DMDs having similar tilt angles are used for DMDs 200(1), 200(2), and 200(3). In another embodiment, three-interval DMDs having different inclination angles (e.g., from three different intervals) are used for DMDs 200(1), 200(2), and 200(3), with each DMD device having an inclination selected so as to maximize the contrast ratio for a particular wavelength of the input light signal 206 used with this DMD.

БИТОВЫЕ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ DLPDLP BIT SEQUENCES

На фиг. 35 показана временная последовательность 3500 примерных битовых плоскостей 3502, которая определяет, как микрозеркалами 202 DMD 200 управляют для отображения одного видеокадра. На фиг. 36 представлен восстановленный кадр 3600, показывающий, как выглядит один видеокадр, когда примерные битовые плоскости 3502, представленные на фиг. 35, управляют DMD 200 для отображения одного видеокадра. Фиг. 35 и 36 лучше рассматривать вместе с последующим описанием.In FIG. 35 shows a time sequence 3500 of exemplary bit planes 3502 that determines how the micromirrors 202 of the DMD 200 are controlled to display a single video frame. In FIG. 36 is a reconstructed frame 3600 showing what a single video frame looks like when the exemplary bit planes 3502 shown in FIG. 35 control the DMD 200 to display one video frame. Fig. 35 and 36 are best read in conjunction with the following description.

Каждому пикселю цифрового видеокадра приписывают соответствующий пиксельный уровень, который представляет желаемый уровень интенсивности пикселя. Пиксельные уровни могут быть представлены как

Figure 00000001
-битные целые числа, где 0 представляет самый низкий уровень интенсивности, а
Figure 00000006
представляет самый высокий уровень интенсивности. При таком представлении кадр может быть образован как сумма
Figure 00000001
битовых плоскостей 3502. Белый бит на любой из битовых плоскостей 3502 представляет ВКЛ для соответствующего микрозеркала 202 DMD 200, тогда как черный бит представляет ВЫКЛ для соответствующего микрозеркала 202. Устройством DMD 200 последовательно управляют в соответствии с каждой из битовых плоскостей 3502 в течение временного интервала
Figure 00000007
, где
Figure 00000008
представляет минимальный временной интервал, а
Figure 00000009
= 0…
Figure 00000010
представляет индексы битовых плоскостей 3502. Таким образом, в примере, представленном на фиг. 35, где пиксельные уровни представлены как 6-битные целые числа, устройством DMD 200 управляют в соответствии с первой битовой плоскостью 3502(0) в течение первого временного интервала
Figure 00000008
, второй битовой плоскостью 3502(1) в течение второго временного интервала
Figure 00000011
и так далее, аж до шестой битовой плоскости 3502(5) в течение шестого временного интервала
Figure 00000012
. Биты битовых плоскостей 3502 выбирают (например, 0 или 1 для каждого бита, соответствующие ВЫКЛ и ВКЛ, соответственно, для соответствующего микрозеркала 202) таким образом, что взвешенная по времени сумма битовых плоскостей 3502 дает желаемые пиксельные значения для кадра. Кадр отображается достаточно быстро, так что зрительная система человека отвечает на интеграл по времени отображаемой последовательности 3500 битовых плоскостей 3502. Each pixel in a digital video frame is assigned a corresponding pixel level that represents a desired pixel intensity level. Pixel levels can be represented as
Figure 00000001
-bit integers, where 0 represents the lowest intensity level, and
Figure 00000006
represents the highest intensity level. With this representation, the frame can be formed as the sum
Figure 00000001
bit planes 3502. A white bit on any one of the bit planes 3502 represents ON for the corresponding micromirror 202 of the DMD 200, while a black bit represents OFF for the corresponding micromirror 202. The DMD 200 is sequentially controlled in accordance with each of the bitplanes 3502 during the time interval
Figure 00000007
, where
Figure 00000008
represents the minimum time interval, and
Figure 00000009
= 0…
Figure 00000010
represents bit plane indices 3502. Thus, in the example shown in FIG. 35, where the pixel levels are represented as 6-bit integers, the DMD 200 is controlled in accordance with the first bit plane 3502(0) during the first time interval.
Figure 00000008
, the second bit plane 3502(1) during the second time interval
Figure 00000011
and so on, up to the sixth bit plane 3502(5) during the sixth time interval
Figure 00000012
. The bits of the bit planes 3502 are selected (eg, 0 or 1 for each bit, corresponding to OFF and ON, respectively, for the respective micromirror 202) such that the time-weighted sum of the bit planes 3502 gives the desired pixel values for the frame. The frame is displayed fast enough that the human visual system responds to the time integral of the displayed sequence of 3500 bit planes 3502.

Хотя на фиг. 35 и 36 показан пример, в котором пиксельные значения представлены как 6-битные целые числа, пиксельные значения могут быть представлены другим числом битов и тем же числом битовых плоскостей, без отхода от объема настоящего изобретения. Хотя на фиг. 35 для ясности показаны битовые плоскости 3502, имеющие размер 250 пикселей

Figure 00000013
250 пикселей, битовые плоскости 3502 могут иметь такой размер, чтобы управлять всеми микрозеркалами 202 DMD 200 без отступления от объема настоящего изобретения.Although in FIG. 35 and 36 show an example where pixel values are represented as 6-bit integers, pixel values can be represented by a different number of bits and the same number of bit planes without departing from the scope of the present invention. Although in FIG. 35 shows bit planes 3502 having a size of 250 pixels for clarity.
Figure 00000013
250 pixels, bit planes 3502 may be sized to drive all of the micromirrors 202 of the DMD 200 without departing from the scope of the present invention.

В системах цифрового проецирования известного уровня техники, в которых на экран проецируют много порядков дифракции, желаемый пиксельный уровень пикселя пропорционален времени ВКЛ для микрозеркала, которое генерирует пиксель. Однако когда порядки дифракции из DMD 200 блокируются оптическим фильтром (например, оптическим фильтром 412) для усиления контраста, количество света, проходящее через оптический фильтр, (например, нулевой порядок дифракции) также зависит от пространственной структуры микрозеркала 202. Дифракция входного светового сигнала на пространственной структуре влияет на то, какое количество мощности дифрагирует в каждый порядок, а значит какое количество мощности проходит через оптический фильтр. В некоторых кадрах эта комбинация пространственной структуры и оптического фильтра может порождать артефакты 3602 в восстановленном кадре 3600. Например, на фиг. 35 битовые плоскости 3502 управляют DMD 200 с образованием ВКЛ и ВЫКЛ «полос», имеющих выраженные пространственные частоты, и фазовые сдвиги, возникающие из-за этой пространственной структуры, изменяют количество света, проходящее через оптический фильтр, тем самым создавая артефакты 3602, которые проявляются как вертикальные «полосы». Хотя только три артефакта 3602 указаны на восстановленном кадре 3600, восстановленный кадр 3600 содержит и другие полосы разных уровней затемнения, которые также являются артефактами. Артефакты 3602 проявляются как вертикальные полосы на восстановленном кадре 3600 из-за того, что битовые плоскости 3502 образуют вертикальные полосы ВКЛ и ВЫКЛ с выраженной горизонтальной пространственной частотой. Однако артефакты 3602 будут горизонтальными полосами, когда битовые плоскости 3502 образуют горизонтальные полосы ВКЛ и ВЫКЛ с выраженной вертикальной пространственной частотой.In prior art digital projection systems in which many orders of diffraction are projected onto a screen, the desired pixel level of a pixel is proportional to the ON time for the micromirror that the pixel generates. However, when the diffraction orders from the DMD 200 are blocked by an optical filter (eg, optical filter 412) to enhance contrast, the amount of light passing through the optical filter (eg, zero diffraction order) also depends on the spatial structure of the micromirror 202. structure affects how much power is diffracted into each order, and hence how much power passes through the optical filter. In some frames, this combination of spatial structure and optical filter may generate artifacts 3602 in reconstructed frame 3600. For example, in FIG. The 35 bit planes 3502 drive the DMD 200 to form ON and OFF "bands" having pronounced spatial frequencies, and the phase shifts resulting from this spatial pattern change the amount of light passing through the optical filter, thereby creating artifacts 3602 that appear like vertical stripes. Although only three artifacts 3602 are indicated in the reconstructed frame 3600, the reconstructed frame 3600 contains other bands of different levels of obscuration, which are also artifacts. Artifacts 3602 appear as vertical streaks on reconstructed frame 3600 due to bit planes 3502 forming vertical ON and OFF streaks with pronounced horizontal spatial frequency. However, the artifacts 3602 will be horizontal stripes when the bit planes 3502 form horizontal ON and OFF stripes with a pronounced vertical spatial frequency.

На фиг. 37 показан один пример рандомизированной битовой плоскости 3700, которая образует часть последовательности рандомизированных битовых плоскостей, которая может быть использована с вариантами осуществления настоящего изобретения для сокращения наличия артефактов 3602. На фиг. 38 представлен восстановленный кадр 3800, показывающий, как выглядит один видеокадр, когда последовательность рандомизированных битовых плоскостей управляет DMD 200 для отображения одного видеокадра. Преимущественно видимость артефактов в восстановленном кадре 3800 значительно сокращается в сравнении с восстановленным кадром 3600. Фиг. 37 и 38 лучше рассматривать вместе с последующим описанием.In FIG. 37 shows one example of a randomized bitplane 3700 that forms part of a sequence of randomized bitplanes that can be used with embodiments of the present invention to reduce the presence of artifacts 3602. FIG. 38 is a reconstructed frame 3800 showing what a single video frame looks like when a sequence of randomized bit planes controls the DMD 200 to display a single video frame. Advantageously, the visibility of artifacts in the reconstructed frame 3800 is significantly reduced in comparison to the reconstructed frame 3600. FIG. 37 and 38 are best read in conjunction with the following description.

Последовательность рандомизированных битовых плоскостей образована из

Figure 00000006
рандомизированных битовых плоскостей, одним примером которых является рандомизированная битовая плоскость 3700.
Figure 00000006
рандомизированных битовых плоскостей являются визуально похожими (хотя не обязательно идентичными), и поэтому только одна показана на фиг. 37 для ясности. Как и для битовых плоскостей 3502 на фиг. 35, белый бит указывает, что соответствующее микрозеркало 202 DMD 200 находится в положении ВКЛ, а черный бит указывает, что соответствующее микрозеркало 202 DMD 200 находится в положении ВЫКЛ. В отличие от последовательности 3500 битовых плоскостей, где временные интервалы битовых плоскостей 3502 увеличиваются на степени 2, каждая из
Figure 00000006
рандомизированных битовых плоскостей имеет одинаковый временной интервал
Figure 00000008
.The sequence of randomized bit planes is formed from
Figure 00000006
randomized bit planes, one example of which is randomized bit plane 3700.
Figure 00000006
randomized bitplanes are visually similar (though not necessarily identical) and therefore only one is shown in FIG. 37 for clarity. As with bit planes 3502 in FIG. 35, a white bit indicates that the corresponding DMD 200 micromirror 202 is in the ON position, and a black bit indicates that the corresponding DMD 200 micromirror 202 is in the OFF position. Unlike the bit plane sequence 3500, where the time intervals of the bit planes 3502 are incremented by a power of 2, each of
Figure 00000006
randomized bit planes has the same time interval
Figure 00000008
.

Случайное распределение битов ВКЛ и ВЫКЛ на рандомизированной битовой плоскости 3700 заменяет выраженные пространственные структуры, подобные представленным на фиг. 35, рандомизированными пространственными структурами, тем самым распространяя эффекты дифракции по всем пикселям кадра и преимущественно уменьшая видимость артефактов 3602.The random distribution of bits ON and OFF on the randomized bit plane 3700 replaces pronounced spatial structures like those shown in FIG. 35 with randomized spatial structures, thereby spreading the effects of diffraction across all pixels of the frame and advantageously reducing the visibility of artifacts 3602.

В одном варианте осуществления последовательность рандомизированных битовых плоскостей генерируют для одного кадра путем инициализации

Figure 00000006
битовых плоскостей таким образом, что все биты всех битовых плоскостей представляют ВЫКЛ.
Figure 00000006
битовых плоскостей затем случайным образом заполняют (т. е. переключают биты в «ВКЛ»), при этом убеждаясь, что для каждого пикселя сумма
Figure 00000006
битов для этого пикселя никогда не превышает соответствующего пиксельного значения. Заполнение
Figure 00000006
битовых плоскостей останавливают, когда для каждого пикселя в кадре сумма
Figure 00000006
битов равняется соответствующему пиксельному значению.In one embodiment, a sequence of randomized bitplanes is generated for one frame by initializing
Figure 00000006
bit planes such that all bits of all bit planes represent OFF.
Figure 00000006
the bit planes are then randomly populated (i.e., toggle the bits "ON") while making sure that for each pixel the sum
Figure 00000006
bits for that pixel never exceeds the corresponding pixel value. filling
Figure 00000006
bit planes stop when for each pixel in the frame the sum
Figure 00000006
bits equals the corresponding pixel value.

Последовательность рандомизированных битовых плоскостей, описанная выше, содержит большее число битовых плоскостей, чем последовательность 3500 битовых плоскостей, представленная на фиг. 35. Однако эти два подхода можно объединить, т. е. можно сформировать последовательность гибридных плоскостей с некоторыми из битовых плоскостей 3502 (т. е. для более коротких временных интервалов) и некоторыми из рандомизированных битовых плоскостей, при условии, что для каждого пикселя взвешенная по времени сумма всех битов в гибридной последовательности равняется соответствующему пиксельному уровню. В дополнение последовательности рандомизированных и гибридных битовых плоскостей могут быть объединены с другими методами регулирования уровней мощности выходных сигналов, такими как дизеринг микрозеркал 202.The randomized bitplane sequence described above contains more bitplanes than the 3500 bitplane sequence shown in FIG. 35. However, these two approaches can be combined, i.e. a sequence of hybrid planes can be formed with some of the 3502 bitplanes (i.e. for shorter time intervals) and some of the randomized bitplanes, provided that for each pixel a weighted in time, the sum of all bits in the hybrid sequence equals the corresponding pixel level. In addition, sequences of randomized and hybrid bitplanes can be combined with other techniques for adjusting output power levels, such as dithering micromirrors 202.

Последовательность рандомизированных битовых плоскостей может приводить к пиксельному ответу, который является менее линейным, чем пиксельный ответ, получаемый в случае, когда оптический фильтр с DMD 200 не используют. Нелинейный пиксельный ответ может быть желательным в устройствах отображения, потому что зрительное восприятие человека является нелинейным процессом, и нелинейность, вносимая последовательностью рандомизированных битовых плоскостей, более точно соответствует нелинейности зрительного восприятия человека. Там, где желательным является нелинейный ответ, может быть возможно сократить число битов, используемых для представления пиксельных значений, поскольку проекционная система отображает кадры с возможностью лучшего восприятия.The sequence of randomized bit planes may result in a pixel response that is less linear than the pixel response obtained when the DMD 200 optical filter is not used. A non-linear pixel response may be desirable in display devices because human visual perception is a non-linear process, and the non-linearity introduced by a sequence of randomized bit planes more closely matches the non-linearity of human visual perception. Where a non-linear response is desired, it may be possible to reduce the number of bits used to represent pixel values as the projection system displays frames with better perceptual capability.

Преимущества, получаемые от последовательности рандомизированных или гибридных битовых плоскостей, зависят от качества входного светового сигнала, освещающего DMD 200. Когда входной световой сигнал представляет собой, например, монохроматический лазерный пучок с высокой когерентностью и малым геометрическим фактором, артефакты 3602 являются лучше видимыми в сравнении с тем, когда входной световой сигнал имеет большой геометрический фактор и/или низкую когерентность (например, из лампы). Таким образом, последовательности рандомизированных и гибридных битовых плоскостей становятся более важными для уменьшения видимости артефактов 3602, когда входной световой сигнал имеет «высокое качество».The benefits gained from a sequence of randomized or hybrid bitplanes depend on the quality of the input light signal illuminating the DMD 200. when the input light signal has a large geometric factor and/or low coherence (for example, from a lamp). Thus, sequences of randomized and hybrid bit planes become more important in reducing the visibility of artifacts 3602 when the input light signal is of "high quality".

ПРЕИМУЩЕСТВАBENEFITS

Преимущественно варианты осуществления, представленные в данном документе, увеличивают коэффициент контрастности без использования дополнительных DMD. Например, в качестве альтернативы раскрытых в настоящем документе систем и способов коэффициент контрастности можно увеличить посредством использования многоэтапной модуляции, т. е. двух или более DMD, соединенных последовательно так, что дифрагированные в режиме ВЫКЛ пучки от первого DMD блокируются вторым DMD. В качестве способа увеличения коэффициента контрастности многоэтапная модуляция невыгодно увеличивает стоимость и сложность цифрового проектора из-за второго DMD и соответствующей электроники. Кроме того, в одном типе цифрового проектора используется три DMD, одно DMD для каждого из красного света, зеленого света и синего света; использование двух DMD для каждого света в этом типе цифрового проектора увеличивает общее количество DMD с трех до шести, дополнительно повышая стоимость и сложность.Advantageously, the embodiments presented herein increase the contrast ratio without the use of additional DMDs. For example, as an alternative to the systems and methods disclosed herein, the contrast ratio can be increased by using multi-stage modulation, i.e., two or more DMDs connected in series such that OFF-mode diffracted beams from the first DMD are blocked by the second DMD. As a way to increase the contrast ratio, multi-stage modulation disadvantageously increases the cost and complexity of a digital projector due to the second DMD and related electronics. In addition, one type of digital projector uses three DMDs, one DMD for each of red light, green light, and blue light; the use of two DMDs for each light in this type of digital projector increases the total number of DMDs from three to six, further increasing cost and complexity.

Другое преимущество вариантов осуществления, представленных в данном документе, заключается в том, что оптически фильтрованный проецируемый световой сигнал может уменьшать появление муаровых картин, вызываемое интерференцией между нефильтрованным проецируемым световым сигналом и периодическими перфорациями экрана, на который проецируют проецируемый световой сигнал. Более конкретно, оптическое фильтрование может быть сконфигурировано так, чтобы уменьшать высокочастотные компоненты проецируемого светового сигнала, тем самым «сглаживая» резкие границы между пикселями, когда они появляются на экране. Это сглаживание уменьшает взаимодействие между периодической интенсивностью проецируемого света и периодическими перфорациями экрана.Another advantage of the embodiments presented herein is that the optically filtered projected light signal can reduce the appearance of moiré patterns caused by interference between the unfiltered projected light signal and periodic perforations of the screen onto which the projected light signal is projected. More specifically, optical filtering can be configured to reduce the high frequency components of the projected light signal, thereby "smoothing out" sharp edges between pixels as they appear on the screen. This smoothing reduces the interaction between the periodic intensity of the projected light and the periodic screen perforations.

Еще одним преимуществом систем и способов оптического фильтрования, представленных в данном документе, является то, что оптическое фильтрование может повышать коэффициент контрастности цифрового проектора, в котором применяется чип DLP с технологией «Tilt-and-roll pixel» (TRP), поставляемый «Texas Instruments». Микрозеркала чипа DLP TRP не наклоняются относительно оси, ориентированной под углом 45° (например, оси 208 поворота зеркал, представленной на фиг. 2). В результате, в сравнении с другими типами чипов DMD, модулированный световой сигнал распространяется в сторону от TRP чипа так, что дифрагированные порядки светового сигнала в состоянии ВЫКЛ (например дифрагированные в режиме ВЫКЛ пучки 604, представленные на фиг. 6) являются более светлыми, тем самым увеличивая силу света в режиме ВЫКЛ и уменьшая коэффициент контрастности. Благодаря уменьшению силы света в режиме ВЫКЛ системы и способы оптического фильтрования, представленные в данном документе, преимущественно позволяют включать TRP чипы в проекторы для применений, требующих высокого коэффициента контрастности, таких как проецирование в соответствии со спецификацией Digital Cinema Initiatives (DCI).Another advantage of the optical filtering systems and methods presented herein is that optical filtering can enhance the contrast ratio of a digital projector using a Tilt-and-roll pixel (TRP) DLP chip available from Texas Instruments. ". The micromirrors of the DLP TRP chip do not tilt about an axis oriented at an angle of 45° (for example, the axis of rotation of the mirrors 208 shown in Fig. 2). As a result, compared to other types of DMD chips, the modulated light signal propagates away from the TRP chip so that the diffracted OFF-state light signal orders (e.g., the OFF-mode diffracted beams 604 shown in FIG. 6) are brighter, the thereby increasing the light intensity in OFF mode and decreasing the contrast ratio. By reducing light intensity in OFF mode, the optical filtering systems and methods presented herein advantageously allow TRP chips to be included in projectors for high contrast ratio applications such as Digital Cinema Initiatives (DCI) specification projection.

Изменения могут быть внесены в вышеописанные способы и системы без отхода от объема настоящего изобретения. Поэтому следует отметить, что предмет, содержащийся в описании выше или показанный на сопроводительных графических материалах, следует интерпретировать как иллюстративный, а не в ограничивающем смысле. Следующие пункты формулы изобретения предназначены для покрытия всех производных и специальных признаков, описанных в данном документе, а также всех формулировок объема способа и системы согласно изобретению, о которых можно сказать, что они попадают в их рамки.Changes may be made to the methods and systems described above without departing from the scope of the present invention. Therefore, it should be noted that the subject matter contained in the description above or shown in the accompanying graphics should be interpreted as illustrative and not in a limiting sense. The following claims are intended to cover all derivatives and special features described herein, as well as all wordings of the scope of the method and system according to the invention that can be said to fall within their scope.

Различные аспекты настоящего изобретения можно понять из следующих пронумерованных примерных вариантов осуществления (ППВО): Various aspects of the present invention can be understood from the following numbered exemplary embodiments (NEPs):

1. Оптический фильтр для усиления контраста изображения, генерируемого с помощью пространственного модулятора света, содержащий:1. An optical filter for enhancing the contrast of an image generated by a spatial light modulator, comprising:

линзу, сконфигурированную для пространственного преобразования Фурье модулированного светового сигнала из пространственного модулятора света, при этом модулированный световой сигнал содержит множество порядков дифракции; иa lens configured to spatially Fourier transform the modulated light signal from the spatial light modulator, the modulated light signal comprising a plurality of diffraction orders; and

маску оптического фильтра, расположенную на Фурье-плоскости линзы и сконфигурированную так, чтобы фильтровать модулированный световой сигнал, прошедший пространственное Фурье-преобразование посредством линзы, путем пропускания по меньшей мере одного порядка дифракции модулированного светового сигнала и блокирования остальной части модулированного светового сигнала.an optical filter mask located on the Fourier plane of the lens and configured to filter the modulated light signal that has undergone a spatial Fourier transform by the lens by passing at least one order of diffraction of the modulated light signal and blocking the rest of the modulated light signal.

2. Оптический фильтр согласно ППВО 1, в котором по меньшей мере один порядок дифракции является нулевым порядком.2. Optical filter according to ATIR 1, in which at least one diffraction order is the zeroth order.

3. Оптический фильтр согласно ППВО 2, в котором маска оптического фильтра имеет пропускную область, сконфигурированную так, чтобы пропускать нулевой порядок модулированного светового сигнала.3. An optical filter according to APVO2, wherein the optical filter mask has a pass region configured to pass a zero order modulated light signal.

4. Оптический фильтр согласно ППВО 1, в котором по меньшей мере один порядок дифракции включает нулевой порядок и множество первых порядков.4. Optical filter according to ATIR 1, wherein at least one diffraction order includes a zero order and a plurality of first orders.

5. Оптический фильтр согласно ППВО 4, в котором маска оптического фильтра имеет пропускную область, сконфигурированную так, чтобы пропускать нулевой порядок и два из первых порядков модулированного светового сигнала.5. An optical filter according to ATOP 4, wherein the optical filter mask has a pass region configured to pass the zero order and two of the first orders of the modulated light signal.

6. Оптический фильтр согласно любому из ППВО 1–5, в котором модулированный световой сигнал представляет собой один из красного света, зеленого света и синего света.6. An optical filter according to any one of ATOPs 1 to 5, wherein the modulated light signal is one of red light, green light, and blue light.

7. Система модулятора для генерирования изображения с усиленным контрастом, содержащая:7. A modulator system for generating an image with enhanced contrast, comprising:

оптический фильтр согласно любому из ППВО 1–6; иan optical filter according to any of APVO 1-6; and

цифровое микрозеркальное устройство, реализующее пространственный модулятор света.a digital micromirror device that implements a spatial light modulator.

8. Система модулятора для генерирования изображения с усиленным контрастом, содержащая:8. A modulator system for generating an image with enhanced contrast, comprising:

оптический фильтр согласно любому из ППВО 1–7; иan optical filter according to any of APVO 1-7; and

коллиматорную линзу, расположенную так, чтобы коллимировать по меньшей мере один порядок дифракции модулированного светового сигнала, пропускаемого маской оптического фильтра.a collimating lens positioned to collimate at least one diffraction order of the modulated light signal transmitted by the optical filter mask.

9. Система модулятора для генерирования изображения с усиленным контрастом, содержащая:9. A modulator system for generating an image with enhanced contrast, comprising:

первый, второй и третий пространственные модуляторы света, сконфигурированные так, чтобы модулировать соответствующие первый, второй и третий световые сигналы в соответствии с изображением, чтобы генерировать соответствующие первый, второй и третий модулированные световые сигналы;first, second and third spatial light modulators configured to modulate respective first, second and third light signals according to the image to generate respective first, second and third modulated light signals;

три экземпляра оптического фильтра согласно любому из ППВО 1–6, образующих соответствующие первый, второй и третий оптические фильтры, сконфигурированные так, чтобы пропускать по меньшей мере один порядок дифракции соответствующих первого, второго и третьего модулированных световых сигналов с генерированием соответствующих первого, второго и третьего фильтрованных световых сигналов и блокировать остальную часть соответствующих первого, второго и третьего модулированных световых сигналов; иthree instances of an optical filter according to any one of AFTRs 1-6, forming respective first, second, and third optical filters configured to pass at least one order of diffraction of the respective first, second, and third modulated light signals to generate the respective first, second, and third filtered light signals and block the rest of the respective first, second and third modulated light signals; and

блок объединения пучков, сконфигурированный так, чтобы объединять первый, второй и третий фильтрованные световые сигналы в выходной световой сигнал.a beam combining unit configured to combine the first, second and third filtered light signals into an output light signal.

10. Система модулятора согласно ППВО 9, в которой каждая из масок первого, второго и третьего оптических фильтров соответствующих первого, второго и третьего оптических фильтров имеет по меньшей мере одну пропускную область, сконфигурированную так, чтобы пропускать нулевой порядок дифракции и множество первых порядков дифракции соответственно первого, второго и третьего модулированных световых сигналов.10. A modulator system according to ATFR9, wherein each of the first, second, and third optical filter masks of the respective first, second, and third optical filters has at least one pass region configured to pass a zero diffraction order and a plurality of first diffraction orders, respectively. first, second and third modulated light signals.

11. Система модулятора согласно ППВО 9 или ППВО 10, в которой каждый из первого, второго и третьего пространственных модуляторов света представляет собой цифровое микрозеркальное устройство.11. A modulator system according to TFOP 9 or TFFT 10, wherein each of the first, second, and third spatial light modulators is a digital micromirror device.

12. Система модулятора согласно любому из ППВО 9–11, в которой первый, второй и третий световые сигналы представляют собой соответственно красный свет, зеленый свет и синий свет.12. A modulator system according to any one of PPVO 9-11, wherein the first, second, and third light signals are respectively red light, green light, and blue light.

13. Система модулятора согласно любому из ППВО 9–12, которая дополнительно содержит первую, вторую и третью выходные линзы, расположенные так, чтобы соответственно коллимировать первый, второй и третий фильтрованные световые сигналы перед объединением блоком объединения пучков соответственно.13. A modulator system according to any of the APVOs 9-12, which further comprises first, second, and third output lenses positioned to collimate the first, second, and third filtered light signals, respectively, before being combined by a beam combiner, respectively.

14. Система модулятора согласно любому из ППВО 9–13, которая дополнительно содержит проекционную линзу, сконфигурированную так, чтобы проецировать выходной световой сигнал на экран.14. A modulator system according to any one of APVOs 9-13, which further comprises a projection lens configured to project a light output onto a screen.

15. Система модулятора с временным мультиплексированием для генерирования изображения с усиленным контрастом, содержащая:15. A time-multiplexed modulator system for generating an image with enhanced contrast, comprising:

пространственный модулятор света, сконфигурированный модулировать, в соответствии с изображением, световой сигнал с временным мультиплексированием в модулированный световой сигнал с временным мультиплексированием, содержащий повторяющуюся последовательность первого, второго и третьего модулированных световых сигналов; a spatial light modulator configured to modulate, in accordance with the image, a time multiplexed light signal into a time multiplexed modulated light signal comprising a repeating sequence of first, second and third modulated light signals;

линзу, сконфигурированную для пространственного Фурье-преобразования модулированного светового сигнала с временным мультиплексированием на Фурье-плоскость; иa lens configured to spatially Fourier transform the modulated light signal with time multiplexing on a Fourier plane; and

диск со светофильтрами, расположенный на Фурье-плоскости и содержащий множество масок оптического фильтра, причем каждая маска оптического фильтра сконфигурирована так, чтобы фильтровать соответствующий один из первого, второго и третьего модулированных световых сигналов, прошедших пространственное Фурье-преобразование посредством линзы, путем пропускания по меньшей мере одного порядка дифракции соответствующего одного из первого, второго и третьего модулированных световых сигналов и блокирования остальной части соответствующего одного из первого, второго и третьего модулированных световых сигналов, при этом диск со светофильтрами сконфигурирован так, чтобы поворачиваться синхронно с модулированным световым сигналом с временным мультиплексированием так, что каждая маска оптического фильтра располагается в модулированном световом сигнале с временным мультиплексированием на Фурье-плоскости, когда модулированный световой сигнал с временным мультиплексированием представляет собой соответствующий один из первого, второго и третьего модулированных световых сигналов.a filter disk disposed on a Fourier plane and comprising a plurality of optical filter masks, each optical filter mask configured to filter a respective one of the first, second, and third modulated light signals space-Fourier-transformed by the lens by passing at least at least one order of diffraction of the respective one of the first, second and third modulated light signals and blocking the remainder of the respective one of the first, second and third modulated light signals, wherein the filter disk is configured to rotate in synchronism with the modulated light signal with time multiplexing so that each optical filter mask is located in a fourier-plane time-multiplexed modulated light signal when the time-multiplexed modulated light signal is one of the first, second and third modulated light signals.

16. Система модулятора с временным мультиплексированием согласно ППВО 15, в которой пространственный модулятор света представляет собой цифровое микрозеркальное устройство.16. The ATDM 15 time-multiplexed modulator system in which the spatial light modulator is a digital micromirror device.

17. Система модулятора с временным мультиплексированием согласно ППВО 15 или ППВО 16, в которой множество масок оптического фильтра представляет собой маски трех оптических фильтров, соответственно сконфигурированные так, чтобы фильтровать первый, второй и третий модулированные световые сигналы.17. A time multiplexing modulator system according to TFEP 15 or FTOP 16, wherein the plurality of optical filter masks are three optical filter masks respectively configured to filter the first, second, and third modulated light signals.

18. Система модулятора с временным мультиплексированием согласно любому из ППВО 15–17, в которой множество масок оптического фильтра представляет собой три набора масок оптического фильтра, где

Figure 00000014
является положительным целым числом, при этом каждый из трех наборов сконфигурирован так, чтобы фильтровать соответствующий один из первого, второго и третьего модулированных световых сигналов.18. A time-multiplexed modulator system according to any one of TFEP 15-17, wherein the set of optical filter masks are three sets of optical filter masks, where
Figure 00000014
is a positive integer, with each of the three sets configured to filter a corresponding one of the first, second, and third modulated light signals.

19. Система модулятора с временным мультиплексированием согласно ППВО 17, в которой маска первого оптического фильтра имеет пропускную область, сконфигурированную так, чтобы пропускать нулевой порядок дифракции и множество первых порядков дифракции первого модулированного светового сигнала, маска второго оптического фильтра имеет пропускную область, сконфигурированную так, чтобы пропускать нулевой порядок дифракции и множество первых порядков дифракции второго модулированного светового сигнала, и маска третьего оптического фильтра имеет пропускную область, сконфигурированную так, чтобы пропускать нулевой порядок дифракции и множество первых порядков дифракции третьего модулированного светового сигнала.19. The ATTF 17 time-multiplexed modulator system, wherein the first optical filter mask has a pass region configured to pass a zero diffraction order and a plurality of first diffraction orders of the first modulated light signal, the second optical filter mask has a pass region configured as to pass the zero diffraction order and the plurality of first diffraction orders of the second modulated light signal, and the third optical filter mask has a pass region configured to pass the zero diffraction order and the plurality of first diffraction orders of the third modulated light signal.

20. Система модулятора с временным мультиплексированием согласно ППВО 19, в которой первый, второй и третий модулированные световые сигналы представляют собой соответственно красный свет, зеленый свет и синий свет.20. An ATTP 19 time-multiplexed modulator system in which the first, second, and third modulated light signals are red light, green light, and blue light, respectively.

21. Система модулятора с временным мультиплексированием согласно ППВО 20, в которой диск со светофильтрами дополнительно сконфигурирован поворачиваться неравномерно, чтобы останавливаться, когда каждая маска оптического фильтра располагается в модулированном световом сигнале с временным мультиплексированием.21. A TFAM 20 time-multiplexed modulator system in which the filter disk is further configured to rotate unevenly to stop when each optical filter mask is positioned in the time-multiplexed modulated light signal.

22. Система модулятора с временным мультиплексированием согласно ППВО 21, которая дополнительно содержит проекционную линзу, сконфигурированную проецировать на экран по меньшей мере один порядок дифракции соответствующего первого, второго и третьего модулированных световых сигналов, пропускаемых диском со светофильтрами.22. The ATTF 21 time-multiplexed modulator system, which further comprises a projection lens configured to project onto the screen at least one order of diffraction of the respective first, second, and third modulated light signals transmitted by the filter disk.

23. Способ усиления контраста изображения, генерируемого с помощью пространственного модулятора света, включающий:23. A method for enhancing the contrast of an image generated using a spatial light modulator, including:

пространственное Фурье-преобразование модулированного светового сигнала из пространственного модулятора света на Фурье-плоскость, при этом модулированный световой сигнал содержит множество порядков дифракции; иspatial Fourier transform of the modulated light signal from the spatial light modulator to the Fourier plane, wherein the modulated light signal contains a plurality of diffraction orders; and

фильтрование модулированного светового сигнала путем:filtering the modulated light signal by:

пропускания по меньшей мере одного порядка дифракции модулированного светового сигнала на Фурье-плоскости; иtransmitting at least one order of diffraction of the modulated light signal on the Fourier plane; and

блокирования остальной части модулированного светового сигнала на Фурье-плоскости.blocking the rest of the modulated light signal on the Fourier plane.

24. Способ согласно ППВО 23, в котором по меньшей мере один порядок дифракции является нулевым порядком дифракции.24. The method according to WPTO 23, wherein at least one diffraction order is the zero diffraction order.

25. Способ согласно ППВО 24, в котором этап пропускания включает пропускание нулевого порядка дифракции через пропускную область маски оптического фильтра.25. The method according to APTR 24, wherein the step of passing includes passing a zero order diffraction through the pass region of the optical filter mask.

26. Способ согласно ППВО 23, в котором по меньшей мере один порядок дифракции включает нулевой порядок дифракции и множество первых порядков.26. The method according to ATIR 23, wherein at least one diffraction order includes a zero diffraction order and a plurality of first orders.

27. Способ согласно ППВО 26, в котором этап пропускания включает пропускание нулевого порядка дифракции и множества первых порядков дифракции через пропускную область маски оптического фильтра.27. The method according to APTR 26, wherein the step of passing includes passing a zero diffraction order and a plurality of first diffraction orders through the pass region of the optical filter mask.

28. Способ согласно любому из ППВО 23–27, в котором модулированный световой сигнал представляет собой один из красного света, зеленого света и синего света.28. A method according to any one of TPVRs 23-27 wherein the modulated light signal is one of red light, green light and blue light.

29. Способ согласно любому из ППВО 23–28, который дополнительно включает управление множеством микрозеркал пространственного модулятора света так, чтобы генерировать модулированный световой сигнал.29. The method according to any one of TPOPs 23-28, which further includes driving a plurality of micromirrors of a spatial light modulator so as to generate a modulated light signal.

30. Способ согласно любому из ППВО 23–29, который дополнительно включает, после этапа пропускания, коллимирование по меньшей мере одного порядка дифракции модулированного светового сигнала.30. A method according to any one of TFEP 23-29, which further comprises, after the transmission step, collimating at least one order of diffraction of the modulated light signal.

31. Способ проецирования цветного изображения с усиленным контрастом, включающий:31. A method for projecting a color image with enhanced contrast, including:

пространственное модулирование первого, второго и третьего входных световых сигналов, в соответствии с изображением, для генерирования соответствующих первого, второго и третьего модулированных световых сигналов, при этом каждый из первого, второго и третьего модулированных световых сигналов содержит множество порядков дифракции;spatial modulation of the first, second and third input light signals, in accordance with the image, to generate the respective first, second and third modulated light signals, each of the first, second and third modulated light signals contains a plurality of diffraction orders;

фильтрование первого, второго и третьего модулированных световых сигналов в соответствующие первый, второй и третий фильтрованные световые сигналы путем:filtering the first, second and third modulated light signals into the respective first, second and third filtered light signals by:

пропускания по меньшей мере одного порядка дифракции соответствующих первого, второго и третьего модулированных световых сигналов; иtransmitting at least one order of diffraction of the respective first, second and third modulated light signals; and

блокирования остальной части соответствующих первого, второго и третьего модулированных световых сигналов; иblocking the rest of the respective first, second and third modulated light signals; and

объединения первого, второго и третьего фильтрованных световых сигналов в выходной световой сигнал.combining the first, second and third filtered light signals into an output light signal.

32. Способ согласно ППВО 31, в котором первый, второй и третий входные световые сигналы представляют собой соответственно красный свет, зеленый свет и синий свет.32. The method according to TPOP 31, wherein the first, second, and third input lights are red light, green light, and blue light, respectively.

33. Способ согласно ППВО 31 или ППВО 32, который дополнительно включает проецирование выходного светового сигнала на экран.33. The method according to TFOP 31 or TFFT 32, which further includes projecting the output light signal onto a screen.

34. Способ с временным мультиплексированием для генерирования и проецирования изображения с усиленным контрастом, включающий:34. A method with time multiplexing for generating and projecting an image with enhanced contrast, including:

в соответствии с изображением, модулирование светового сигнала с временным мультиплексированием с помощью пространственного модулятора света для генерирования модулированного светового сигнала с временным мультиплексированием, содержащего повторяющуюся последовательность первого, второго и третьего модулированных световых сигналов;according to the image, modulating the light signal with time multiplexing with a spatial light modulator to generate a modulated light signal with time multiplexing, containing a repeating sequence of the first, second and third modulated light signals;

пространственное Фурье-преобразование модулированного светового сигнала с временным мультиплексированием с помощью линзы; иspatial Fourier transform of the modulated light signal with time multiplexing using a lens; and

фильтрование модулированного светового сигнала с временным мультиплексированием путем поворачивания диска со светофильтрами синхронно с модулированным световым сигналом с временным мультиплексированием, при этом диск со светофильтрами содержит множество масок оптического фильтра, каждая маска оптического фильтра сконфигурирована так, чтобы фильтровать соответствующий один из первого, второго и третьего модулированных световых сигналов, прошедших пространственное Фурье-преобразование посредством линзы, при этом указанное поворачивание включает расположение каждой маски оптического фильтра в модулированном световом сигнале с временным мультиплексированием в Фурье-плоскости линзы, когда модулированный световой сигнал с временным мультиплексированием представляет собой соответствующий один из первого, второго и третьего модулированных световых сигналов.filtering the modulated light signal with time multiplexing by rotating the filter disk in synchronism with the modulated light signal with time multiplexing, while the filter disk contains a plurality of optical filter masks, each optical filter mask is configured to filter the corresponding one of the first, second and third modulated of light signals that have undergone a spatial Fourier transform by the lens, wherein said rotation includes locating each optical filter mask in the temporally multiplexed modulated light signal in the Fourier plane of the lens, when the temporally multiplexed modulated light signal is the respective one of the first, second, and third modulated light signals.

35. Система модулятора с временным мультиплексированием согласно ППВО 34, в которой пространственный модулятор света представляет собой цифровое микрозеркальное устройство.35. An ATTP 34 time-multiplexed modulator system in which the spatial light modulator is a digital micromirror device.

36. Способ согласно ППВО 34 или ППВО 35, в котором множество масок оптического фильтра представляет собой маски трех оптических фильтров, соответственно сконфигурированные так, чтобы фильтровать первый, второй и третий модулированные световые сигналы.36. The method according to TFOP 34 or TFFT 35, wherein the plurality of optical filter masks are three optical filter masks respectively configured to filter the first, second, and third modulated light signals.

37. Способ согласно любому из ППВО 34–36, в котором множество масок оптического фильтра представляет собой три набора масок оптического фильтра, где

Figure 00000014
является положительным целым числом, при этом каждый из трех наборов сконфигурирован так, чтобы фильтровать соответствующий один из первого, второго и третьего модулированных световых сигналов.37. The method according to any of the TFAPs 34-36, wherein the plurality of optical filter masks are three sets of optical filter masks, where
Figure 00000014
is a positive integer, with each of the three sets configured to filter a corresponding one of the first, second, and third modulated light signals.

38. Способ согласно ППВО 36, в котором этап фильтрования включает:38. The method according to PPVO 36, in which the filtering step includes:

пропускание нулевого порядка и множества первых порядков первого модулированного светового сигнала через пропускную область маски первого оптического фильтра;passing a zero order and a plurality of first orders of the first modulated light signal through the bandwidth of the mask of the first optical filter;

пропускание нулевого порядка и множества первых порядков второго модулированного светового сигнала через пропускную область маски второго оптического фильтра; иpassing a zero order and a plurality of first orders of the second modulated light signal through the bandwidth of the mask of the second optical filter; and

пропускание нулевого порядка и множества первых порядков третьего модулированного светового сигнала через пропускную область маски третьего оптического фильтра.passing the zero order and the plurality of first orders of the third modulated light signal through the bandwidth of the mask of the third optical filter.

39. Способ согласно ППВО 36 или ППВО 38, в котором первый, второй и третий модулированные световые сигналы представляют собой соответственно красный свет, зеленый свет и синий свет.39. A method according to FTOP 36 or FTOP 38, wherein the first, second, and third modulated light signals are red light, green light, and blue light, respectively.

40. Способ согласно ППВО 36, ППВО 38 или ППВО 39, в котором поворачивание дополнительно включает неравномерное поворачивание и останов, когда каждая маска оптического фильтра располагается в модулированном световом сигнале с временным мультиплексированием.40. The method according to FTOP 36, FTOP 38, or FTOP 39, wherein the turning further includes uneven turning and stopping when each optical filter mask is located in a time-multiplexed modulated light signal.

41. Способ согласно ППВО 36, ППВО 38, ППВО 39 или ППВО 40, который после этапа фильтрования дополнительно включает проецирование модулированного светового сигнала с временным мультиплексированием после фильтрования на экран.41. A method according to TFOP 36, FTOP 38, FTOP 39, or FTOP 40, which after the filtering step further comprises projecting the post-filtered time-multiplexed modulated light signal onto a screen.

Claims (54)

1. Система модулятора с временным мультиплексированием для генерирования изображения, содержащая:1. A time-multiplexed modulator system for generating an image, comprising: пространственный модулятор света, сконфигурированный модулировать, в соответствии с изображением, световой сигнал с временным мультиплексированием в модулированный световой сигнал с временным мультиплексированием с формированием повторяющейся последовательности первого, второго и третьего модулированных световых сигналов; a spatial light modulator configured to modulate, in accordance with the image, a time multiplexed light signal into a time multiplexed modulated light signal to form a repeating sequence of first, second, and third modulated light signals; линзу, сконфигурированную для пространственного Фурье-преобразования модулированного светового сигнала с временным мультиплексированием на Фурье-плоскость; иa lens configured to spatially Fourier transform the modulated light signal with time multiplexing on a Fourier plane; and диск со светофильтрами, расположенный на Фурье-плоскости и содержащий множество масок оптического фильтра, причем каждая из масок оптического фильтра сконфигурирована так, чтобы фильтровать соответствующий один из первого, второго и третьего модулированных световых сигналов, прошедших пространственное Фурье-преобразование посредством линзы, путем пропускания по меньшей мере одного порядка дифракции соответствующего одного из первого, второго и третьего модулированных световых сигналов и блокирования остальной части соответствующего одного из первого, второго и третьего модулированных световых сигналов, при этом диск со светофильтрами сконфигурирован так, чтобы поворачиваться синхронно с модулированным световым сигналом с временным мультиплексированием так, что каждая из масок оптического фильтра располагается в модулированном световом сигнале с временным мультиплексированием на Фурье-плоскости, когда модулированный световой сигнал с временным мультиплексированием представляет собой соответствующий один из первого, второго и третьего модулированных световых сигналов.a filter disk disposed on a Fourier plane and comprising a plurality of optical filter masks, each of the optical filter masks configured to filter a respective one of the first, second, and third modulated light signals spatially Fourier transformed by the lens by passing through at least one order of diffraction of the respective one of the first, second and third modulated light signals and blocking the remainder of the respective one of the first, second and third modulated light signals, wherein the filter disk is configured to rotate in synchronism with the modulated light signal with time multiplexing such that each of the optical filter masks is located in the Fourier plane time-multiplexed modulated light signal when the time-multiplexed modulated light signal is coo The corresponding one of the first, second and third modulated light signals. 2. Система модулятора с временным мультиплексированием по п. 1, отличающаяся тем, что пространственный модулятор света представляет собой цифровое микрозеркальное устройство.2. The modulator system with time multiplexing according to claim 1, characterized in that the spatial light modulator is a digital micromirror device. 3. Система модулятора с временным мультиплексированием по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что множество масок оптического фильтра представляет собой три набора из
Figure 00000015
масок оптического фильтра, где
Figure 00000015
является положительным целым числом, при этом каждый из трех наборов сконфигурирован так, чтобы фильтровать соответствующий один из первого, второго и третьего модулированных световых сигналов.
3. The modulator system with time multiplexing according to claim 1 or 2, characterized in that the set of masks of the optical filter is three sets of
Figure 00000015
masks of the optical filter, where
Figure 00000015
is a positive integer, with each of the three sets configured to filter a corresponding one of the first, second, and third modulated light signals.
4. Система модулятора с временным мультиплексированием по любому из пп. 1–3, отличающаяся тем, что множество масок оптического фильтра содержит маски первого, второго и третьего оптических фильтров, соответственно сконфигурированные так, чтобы фильтровать первый, второй и третий модулированные световые сигналы.4. System modulator with time multiplexing according to any one of paragraphs. 1-3, characterized in that the plurality of optical filter masks comprises first, second, and third optical filter masks respectively configured to filter the first, second, and third modulated light signals. 5. Система модулятора с временным мультиплексированием по п. 4,5. Modulator system with time multiplexing according to claim 4, при этом маска первого оптического фильтра имеет пропускную область, сконфигурированную так, чтобы пропускать нулевой порядок дифракции и/или один или более первых порядков дифракции первого модулированного светового сигнала;wherein the first optical filter mask has a pass region configured to pass zero diffraction order and/or one or more first diffraction orders of the first modulated light signal; маска второго оптического фильтра имеет пропускную область, сконфигурированную так, чтобы пропускать нулевой порядок дифракции и/или один или более первых порядков дифракции второго модулированного светового сигнала; иthe second optical filter mask has a pass region configured to pass zero diffraction order and/or one or more first diffraction orders of the second modulated light signal; and маска третьего оптического фильтра имеет пропускную область, сконфигурированную так, чтобы пропускать нулевой порядок дифракции и/или один или более первых порядков дифракции третьего модулированного светового сигнала.the third optical filter mask has a pass region configured to pass zero diffraction order and/or one or more first diffraction orders of the third modulated light signal. 6. Система модулятора с временным мультиплексированием по любому из пп. 1–5, отличающаяся тем, что первый, второй и третий модулированные световые сигналы представляют собой соответственно красный, зеленый и синий.6. System modulator with time multiplexing according to any one of paragraphs. 1-5, characterized in that the first, second and third modulated light signals are respectively red, green and blue. 7. Система модулятора с временным мультиплексированием по п. 6, отличающаяся тем, что каждая маска оптического фильтра, фильтрующая красный световой сигнал, сконфигурирована так, чтобы пропускать нулевой порядок дифракции и множество, но не все, первых порядков дифракции.7. The time-multiplexed modulator system of claim 6, wherein each optical filter mask filtering the red light signal is configured to pass zero diffraction order and many, but not all, first diffraction orders. 8. Система модулятора с временным мультиплексированием по п. 7, отличающаяся тем, что каждая маска оптического фильтра, фильтрующая красный световой сигнал, имеет L-образную пропускную область.8. The time-multiplexed modulator system according to claim 7, characterized in that each optical filter mask filtering the red light signal has an L-shaped bandwidth. 9. Система модулятора с временным мультиплексированием по любому из пп. 6–8, отличающаяся тем, что каждая маска оптического фильтра, фильтрующая зеленый световой сигнал, сконфигурирована так, чтобы пропускать только нулевой порядок дифракции.9. System modulator with time multiplexing according to any one of paragraphs. 6-8, characterized in that each optical filter mask filtering the green light signal is configured to pass only the zero order of diffraction. 10. Система модулятора с временным мультиплексированием по любому из пп. 6–9, отличающаяся тем, что каждая маска оптического фильтра, фильтрующая синий световой сигнал, сконфигурирована так, чтобы пропускать множество, но не все, первых порядков дифракции, и необязательно также пропускает нулевой порядок дифракции.10. System modulator with time multiplexing according to any one of paragraphs. 6-9, characterized in that each optical filter mask filtering the blue light signal is configured to pass many, but not all, first orders of diffraction, and optionally also passes the zero order of diffraction. 11. Система модулятора с временным мультиплексированием по любому из пп. 1–10, отличающаяся тем, что диск со светофильтрами дополнительно сконфигурирован поворачиваться неравномерно, чтобы останавливаться, когда каждая маска оптического фильтра располагается в модулированном световом сигнале с временным мультиплексированием.11. Modulator system with time multiplexing according to any one of paragraphs. 1-10, characterized in that the filter disk is further configured to rotate non-uniformly to stop when each optical filter mask is positioned in the time-multiplexed modulated light signal. 12. Система модулятора с временным мультиплексированием по любому из пп. 1–11, отличающаяся тем, что дополнительно содержит проекционную линзу, сконфигурированную проецировать на экран по меньшей мере один порядок дифракции соответствующих первого, второго и третьего модулированных световых сигналов, пропускаемых диском со светофильтрами.12. System modulator with time multiplexing according to any one of paragraphs. 1-11, characterized in that it further comprises a projection lens configured to project onto the screen at least one order of diffraction of the respective first, second and third modulated light signals transmitted by the filter disk. 13. Система модулятора для генерирования изображения, содержащая:13. A modulator system for generating an image, comprising: первый, второй и третий пространственные модуляторы света, сконфигурированные так, чтобы модулировать, в соответствии с изображением, соответствующие первый, второй и третий световые сигналы, чтобы генерировать соответствующие первый, второй и третий модулированные световые сигналы;first, second and third spatial light modulators configured to modulate, in accordance with the image, the respective first, second and third light signals to generate the respective first, second and third modulated light signals; первый, второй и третий оптические фильтры, каждый из которых содержит:first, second and third optical filters, each containing: линзу, сконфигурированную для пространственного Фурье-преобразования модулированного светового сигнала из соответствующих первого, второго и третьего пространственных модуляторов света, при этом модулированный световой сигнал содержит множество порядков дифракции; иa lens configured to spatially Fourier transform the modulated light signal from the respective first, second, and third spatial light modulators, the modulated light signal comprising a plurality of diffraction orders; and маску оптического фильтра, расположенную на Фурье-плоскости линзы и сконфигурированную так, чтобы фильтровать модулированный световой сигнал, прошедший пространственное Фурье-преобразование посредством линзы, путем пропускания по меньшей мере одного порядка дифракции модулированного светового сигнала, генерирования соответствующих первого, второго и третьего фильтрованных световых сигналов и блокирования остальной части модулированного светового сигнала, при этом маска оптического фильтра, фильтрующая первый модулированный световой сигнал, имеет L-образную пропускную область; иan optical filter mask located on the Fourier plane of the lens and configured to filter the modulated light signal that has been spatially Fourier transformed by the lens by passing at least one diffraction order of the modulated light signal, generating the respective first, second, and third filtered light signals and blocking the rest of the modulated light signal, wherein the optical filter mask filtering the first modulated light signal has an L-shaped pass area; and блок объединения пучков, сконфигурированный так, чтобы объединять первый, второй и третий фильтрованные световые сигналы в выходной световой сигнал.a beam combining unit configured to combine the first, second and third filtered light signals into an output light signal. 14. Система модулятора по п. 13, отличающаяся тем, что каждая из масок первого, второго и третьего оптических фильтров соответствующих первого, второго и третьего оптических фильтров имеет по меньшей мере одну пропускную область, сконфигурированную так, чтобы пропускать нулевой порядок дифракции и/или один или более первых порядков дифракции соответственно первого, второго и третьего модулированных световых сигналов.14. The modulator system of claim 13, wherein each of the first, second, and third optical filter masks of the respective first, second, and third optical filters has at least one pass region configured to pass zero order diffraction and/or one or more first orders of diffraction, respectively, of the first, second and third modulated light signals. 15. Система модулятора по п. 13 или 14, отличающаяся тем, что каждый из первого, второго и третьего пространственных модуляторов света представляет собой цифровое микрозеркальное устройство.15. The modulator system according to claim 13 or 14, characterized in that each of the first, second and third spatial light modulators is a digital micromirror device. 16. Система модулятора по любому из пп. 13–15, отличающаяся тем, что первый, второй и третий световые сигналы представляют собой соответственно красный, зеленый и синий.16. The modulator system according to any one of paragraphs. 13-15, characterized in that the first, second and third light signals are respectively red, green and blue. 17. Система модулятора по п. 16, отличающаяся тем, что каждая маска оптического фильтра, фильтрующая красный световой сигнал, сконфигурирована так, чтобы пропускать нулевой порядок дифракции и множество, но не все, первых порядков дифракции.17. The modulator system of claim 16, wherein each optical filter mask filtering the red light signal is configured to pass zero diffraction order and many, but not all, first diffraction orders. 18. Система модулятора по любому из пп. 16, 17, отличающаяся тем, что каждая маска оптического фильтра, фильтрующая зеленый световой сигнал, сконфигурирована так, чтобы пропускать только нулевой порядок дифракции.18. The modulator system according to any one of paragraphs. 16, 17, characterized in that each optical filter mask filtering the green light signal is configured to pass only the zero order of diffraction. 19. Система модулятора по любому из пп. 16–18, отличающаяся тем, что каждая маска оптического фильтра, фильтрующая синий световой сигнал, сконфигурирована так, чтобы пропускать множество, но не все, первых порядков дифракции, и необязательно также пропускает нулевой порядок дифракции. 19. The modulator system according to any one of paragraphs. 16-18, characterized in that each optical filter mask filtering the blue light signal is configured to pass many, but not all, first orders of diffraction, and optionally also passes the zero order of diffraction. 20. Система модулятора по любому из пп. 13–19, отличающаяся тем, что дополнительно содержит первую, вторую и третью выходные линзы, расположенные так, чтобы коллимировать соответственно первый, второй и третий фильтрованные световые сигналы перед объединением блоком объединения пучков.20. The modulator system according to any one of paragraphs. 13-19, characterized in that it additionally contains the first, second and third output lenses located so as to collimate the first, second and third filtered light signals, respectively, before combining by the beam combining unit. 21. Система модулятора по любому из пп. 13–20, отличающаяся тем, что дополнительно содержит проекционную линзу, сконфигурированную так, чтобы проецировать выходной световой сигнал на экран.21. The modulator system according to any one of paragraphs. 13-20, characterized in that it further comprises a projection lens configured to project an output light signal onto a screen. 22. Способ проецирования цветного изображения, включающий:22. Method for projecting a color image, including: пространственное модулирование первого, второго и третьего входных световых сигналов, в соответствии с цветным изображением, для генерирования соответствующих первого, второго и третьего модулированных световых сигналов, при этом каждый из первого, второго и третьего модулированных световых сигналов содержит множество порядков дифракции;spatial modulation of the first, second and third input light signals, in accordance with the color image, to generate the respective first, second and third modulated light signals, each of the first, second and third modulated light signals contains a plurality of diffraction orders; фильтрование первого, второго и третьего модулированных световых сигналов в соответствующие первый, второй и третий фильтрованные световые сигналы путем:filtering the first, second and third modulated light signals into the respective first, second and third filtered light signals by: пропускания по меньшей мере одного из порядков дифракции соответствующих первого, второго и третьего модулированных световых сигналов, при этом первый модулированный световой сигнал пропускают в L-образной форме;transmitting at least one of the diffraction orders of the respective first, second and third modulated light signals, the first modulated light signal being transmitted in an L-shape; блокирования остальной части соответствующих первого, второго и третьего модулированных световых сигналов; иblocking the rest of the respective first, second and third modulated light signals; and объединения первого, второго и третьего фильтрованных световых сигналов в выходной световой сигнал.combining the first, second and third filtered light signals into an output light signal. 23. Способ по п. 22, отличающийся тем, что первый, второй и третий входные световые сигналы представляют собой соответственно красный, зеленый и синий.23. The method of claim 22, wherein the first, second, and third input lights are red, green, and blue, respectively. 24. Способ по п. 22 или 23, отличающийся тем, что дополнительно включает проецирование выходного светового сигнала на экран.24. The method according to claim 22 or 23, further comprising projecting the output light signal onto a screen. 25. Способ с временным мультиплексированием для генерирования и проецирования изображения, включающий:25. A time multiplexing method for generating and projecting an image, comprising: модулирование, в соответствии с изображением, светового сигнала с временным мультиплексированием с помощью пространственного модулятора света для генерирования модулированного светового сигнала с временным мультиплексированием, содержащего повторяющуюся последовательность первого, второго и третьего модулированных световых сигналов;modulating, in accordance with the image, the light signal with time multiplexing using a spatial light modulator to generate a modulated light signal with time multiplexing, containing a repeating sequence of the first, second and third modulated light signals; пространственное Фурье-преобразование модулированного светового сигнала с временным мультиплексированием с помощью линзы; иspatial Fourier transform of the modulated light signal with time multiplexing using a lens; and фильтрование модулированного светового сигнала с временным мультиплексированием путем поворачивания диска со светофильтрами синхронно с модулированным световым сигналом с временным мультиплексированием, при этом диск со светофильтрами содержит множество масок оптического фильтра, каждая из масок оптического фильтра сконфигурирована так, чтобы фильтровать соответствующий один из первого, второго и третьего модулированных световых сигналов, прошедших пространственное Фурье-преобразование посредством линзы, при этом указанное поворачивание включает расположение каждой из масок оптического фильтра в модулированном световом сигнале с временным мультиплексированием в Фурье-плоскости линзы, когда модулированный световой сигнал с временным мультиплексированием представляет собой соответствующий один из первого, второго и третьего модулированных световых сигналов.filtering the modulated light signal with time multiplexing by rotating the filter disk in synchronism with the modulated light signal with time multiplexing, while the filter disk contains a plurality of optical filter masks, each of the optical filter masks is configured to filter the corresponding one of the first, second and third modulated light signals that have undergone a spatial Fourier transform by a lens, wherein said rotation includes the location of each of the masks of the optical filter in the modulated light signal with time multiplexing in the Fourier plane of the lens, when the modulated light signal with time multiplexing is the corresponding one of the first, second and third modulated light signals. 26. Способ по п. 25, отличающийся тем, что пространственный модулятор света представляет собой цифровое микрозеркальное устройство.26. The method according to claim 25, characterized in that the spatial light modulator is a digital micromirror device. 27. Способ по п. 25 или 26, отличающийся тем, что множество масок оптического фильтра представляет собой три набора из
Figure 00000015
масок оптического фильтра, где
Figure 00000015
является положительным целым числом, при этом каждый из трех наборов сконфигурирован так, чтобы фильтровать соответствующий один из первого, второго и третьего модулированных световых сигналов.
27. The method according to claim 25 or 26, characterized in that the set of masks of the optical filter is three sets of
Figure 00000015
masks of the optical filter, where
Figure 00000015
is a positive integer, with each of the three sets configured to filter a corresponding one of the first, second, and third modulated light signals.
28. Способ по любому из пп. 25–27, отличающийся тем, что множество масок оптического фильтра содержит маски первого, второго и третьего оптических фильтров, соответственно сконфигурированные так, чтобы фильтровать первый, второй и третий модулированные световые сигналы.28. The method according to any one of paragraphs. 25-27, characterized in that the plurality of optical filter masks comprises first, second, and third optical filter masks respectively configured to filter the first, second, and third modulated light signals. 29. Способ по любому из пп. 25–28, отличающийся тем, что фильтрование включает:29. The method according to any one of paragraphs. 25–28, characterized in that the filtering includes: пропускание нулевого порядка дифракции и/или одного или более первых порядков дифракции первого модулированного светового сигнала через пропускную область маски первого оптического фильтра;passing zero diffraction order and/or one or more first diffraction orders of the first modulated light signal through the bandwidth of the first optical filter mask; пропускание нулевого порядка дифракции и/или одного или более первых порядков дифракции второго модулированного светового сигнала через пропускную область маски второго оптического фильтра; иpassing zero diffraction order and/or one or more first diffraction orders of the second modulated light signal through the bandwidth of the mask of the second optical filter; and пропускание нулевого порядка дифракции и/или одного или более первых порядков дифракции третьего модулированного светового сигнала через пропускную область маски третьего оптического фильтра.passing the zero order diffraction and/or one or more first orders of diffraction of the third modulated light signal through the pass region of the mask of the third optical filter. 30. Способ по любому из пп. 25–29, отличающийся тем, что первый, второй и третий модулированные световые сигналы представляют собой соответственно красный, зеленый и синий.30. The method according to any one of paragraphs. 25-29, characterized in that the first, second and third modulated light signals are respectively red, green and blue. 31. Способ по любому из пп. 25–30, отличающийся тем, что поворачивание дополнительно включает неравномерное поворачивание и останов, когда каждая из масок первого, второго и третьего оптических фильтров расположена в модулированном световом сигнале с временным мультиплексированием.31. The method according to any one of paragraphs. 25-30, characterized in that the rotation further includes uneven rotation and stop, when each of the masks of the first, second and third optical filters is located in the modulated light signal with time multiplexing. 32. Способ по любому из пп. 25–31, отличающийся тем, что после фильтрования дополнительно включает проецирование модулированного светового сигнала с временным мультиплексированием после фильтрования на экран. 32. The method according to any one of paragraphs. 25-31, characterized in that, after filtering, it additionally includes the projection of a modulated light signal with time multiplexing after filtering onto the screen.
RU2020128414A 2018-04-02 2019-04-01 Systems and methods for digital laser projection with enhanced contrast, using fourier filter RU2782886C2 (en)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201862651657P 2018-04-02 2018-04-02
US62/651,657 2018-04-02
EP18180390 2018-06-28
EP18180390.9 2018-06-28
PCT/US2019/025217 WO2019195182A1 (en) 2018-04-02 2019-04-01 Systems and methods for digital laser projection with increased contrast using fourier filter

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2020128414A RU2020128414A (en) 2022-02-28
RU2782886C2 true RU2782886C2 (en) 2022-11-07

Family

ID=

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2493517A (en) * 2011-08-05 2013-02-13 Two Trees Photonics Ltd Image formation using pixelated spatial light modulator

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2493517A (en) * 2011-08-05 2013-02-13 Two Trees Photonics Ltd Image formation using pixelated spatial light modulator

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7379352B2 (en) System and method for digital laser projection with increased contrast using a Fourier filter
US10809541B2 (en) Projection device and projection-type video display device
US9022582B2 (en) High dynamic range projection system
JP2009163901A (en) Light source device, and projector
CN113615167B (en) Dual modulation laser projection system and method
US7972004B2 (en) System and method for uniform light generation
EP3465345B1 (en) Projector with improved contrast
CN113448144B (en) Projector with a light source
RU2782886C2 (en) Systems and methods for digital laser projection with enhanced contrast, using fourier filter
US20240171716A1 (en) Projection system and method with pixel shifting
CN118103757A (en) Light projection system using white light illumination
WO2023064556A1 (en) Light projection system using white light illumination
CN116830566A (en) Projection system and method with pixel shift