ES2863669T3

ES2863669T3 - Dispositivo de proyección

Info

Publication number: ES2863669T3
Application number: ES13181974T
Authority: ES
Inventors: Marco Pretorius; Günter Rudolph; Enrico Geissler; Christoph Nieten
Original assignee: VEB Carl Zeiss Jena GmbH; Carl Zeiss Jena GmbH
Current assignee: Jenoptik AG; Carl Zeiss Jena GmbH
Priority date: 2012-09-25
Filing date: 2013-08-28
Publication date: 2021-10-11
Anticipated expiration: 2033-08-28
Also published as: DE102012217329A1; EP2711761B1; BR102013024537A2; EP2711761A1; DE102012217329B4; US9097967B2; JP5824015B2; US9316892B2; US20140085615A1; JP2014067031A; US20150301436A1

Abstract

Dispositivo de proyección con una primera y una segunda matriz de espejos basculantes (3, 5) que presentan respectivamente una pluralidad de espejos basculantes (K3, K5) y un cubreobjetos (11, 12) que cubre los espejos basculantes (K3, K5), con una óptica de reproducción (4) que presenta una óptica de relés (35) que reproduce los espejos basculantes (K3) de la primera matriz de espejos basculantes (3) en los espejos basculantes (K5) de la segunda matriz de espejos basculantes (5) y que, por consiguiente, reproduce la luz reflejada por los espejos basculantes (K3) de la primera matriz de espejos basculantes (3) en los espejos basculantes (K5) de la segunda matriz de espejos basculantes (5), y con una óptica de proyección (6) que proyecta la luz reflejada por los espejos basculantes (K5) de la segunda matriz de espejos basculantes (5) para generar una imagen, presentando además la óptica de reproducción (4) un elemento de corrección refractivo (18, 20) que corrige al menos un error de imagen causado por el paso oblicuo de la luz a través de los cubreobjetos (11, 12), caracterizado por que la óptica de relés (35) presenta un espejo con una superficie de espejo curvada formada por un lado metalizado por vaporización de aluminio del elemento de corrección refractivo (18, 20).

Description

DESCRIPCIÓN

Dispositivo de proyección

La presente invención se refiere a un dispositivo de proyección con una primera y una segunda matriz de espejos basculantes, con una óptica de reproducción, que reproduce la primera matriz de espejos basculantes en la segunda matriz de espejos basculantes, y con una óptica de proyección que proyecta la luz reflejada por la segunda matriz de espejos basculantes, a fin de generar una imagen.

En los dispositivos de proyección de este tipo, para obtener una buena calidad de imagen en la imagen proyectada resulta fundamental realizar una reproducción exacta y a ser posible sin errores de la primera matriz de espejos basculantes en la segunda matriz de espejos basculantes. Sin embargo, se ha demostrado que incluso en caso de utilizar ópticas de reproducción que teóricamente realizan una reproducción extremadamente precisa de 1:1, todavía se producen errores de imagen.

Partiendo de esta base, la tarea de la invención consiste en perfeccionar un dispositivo de proyección con una primera y una segunda matriz de espejos basculantes, con una óptica de reproducción, que reproduce la primera matriz de espejos basculantes en la segunda matriz de espejos basculantes, y con una óptica de proyección que proyecta la luz reflejada por la segunda matriz de espejos basculantes, a fin de generar una imagen, de manera que la imagen proyectada presente una calidad mejorada.

Según la invención, la tarea se resuelve con un dispositivo de proyección según la reivindicación 1.

Los inventores han comprobado que el paso oblicuo de los cubreobjetos de las matrices de espejos basculantes da lugar a aberraciones no deseadas en la reproducción por medio de la óptica de reproducción. Así, del paso oblicuo de los cubreobjetos resultan exactamente los siguientes errores de imagen (a excepción de los errores de imagen de orden superior): diferencia de aumento cromática, coma (axial), astigmatismo (axial) y distorsión. Todos estos errores de imagen provocan que ya no exista ninguna asignación con precisión de píxel entre la primera y la segunda matriz de espejos basculantes o que se produzca una desviación lateral no deseada en la segunda matriz de espejos basculantes. Este efecto provoca que, al usar una óptica de reproducción que lleva a cabo una reproducción 1:1 de alta precisión, los errores de imagen se sigan produciendo de forma no deseada y la reducción de la luz falsa funcione de un modo menos perfecto. Tampoco es posible prescindir de los cubreobjetos y éstos deben presentar un grosor considerable de normalmente varios milímetros, dado que los espejos basculantes se encuentran en el vacío y los cubreobjetos deben soportar la diferencia de presión entre la presión normal y el vacío.

El efecto de los errores de imagen, que se producen como consecuencia del paso oblicuo de los cubreobjetos, sobre la calidad de imagen o sobre la calidad de la imagen proyectada se puede caracterizar como sigue. Generalmente, la falta de una asignación con precisión de píxel da lugar a un deterioro del contraste en la reproducción de la proyección (en la imagen proyectada). Este error resulta especialmente evidente en imágenes con unos altos contrastes dentro de la imagen, dado que la desviación de la asignación con precisión de píxel depende por regla general del campo (incluida la disminución del brillo hacia el borde). La diferencia cromática de ampliación da lugar a una luz más o menos dispersa en la reproducción de la proyección en dependencia del color. Debido a la dependencia de campo de este error, pueden aparecer franjas de color hacia el borde.

Gracias a la localización de esta fuente de error del paso oblicuo de los cubreobjetos, así como a la previsión de un elemento de corrección correspondiente, se pone a disposición un dispositivo de proyección en el que la imagen proyectada presenta una calidad mejorada, dado que, según la invención, todos los errores de imagen indicados que se producen debido al paso oblicuo de los cubreobjetos pueden corregirse o reducirse al mismo tiempo.

En el dispositivo de proyección según la invención, la óptica de relés puede presentar un eje óptico, los centros de los espejos basculantes de cada matriz de espejos basculantes pueden estar situados en un plano DMD y las matrices de espejos basculantes pueden posicionarse de manera que los planos DMD formen con el eje óptico respectivamente un ángulo diferente de 90°. Especialmente, las dos matrices de espejos basculantes pueden posicionarse de manera que los dos planos DMD coincidan. Con esta disposición es posible lograr una reproducción especialmente buena por medio de la unidad óptica monocéntrica.

Especialmente, la óptica de relés puede configurarse como una unidad óptica monocéntrica.

Aquí, por unidad óptica monocéntrica se entiende especialmente un sistema óptico en el que todas las superficies activas (refractivas y/o reflectantes) se disponen concéntricamente alrededor de un centro de curvatura común.

Por una óptica de relés se entiende aquí especialmente una óptica que reproduce un elemento de superficie perpendicular al eje invertido sobre sí mismo. Sin embargo, también cabe la posibilidad de configurar la óptica de relés desplegada, de manera que la reproducción del elemento de superficie en sí ya no esté presente, aunque lo estaría sin un despliegue. La unidad óptica monocéntrica reproduce en sí misma (invertida) un elemento de volumen completo alrededor del centro de curvatura común. Naturalmente, la unidad óptica monocéntrica también puede configurarse de manera que la reproducción del elemento de volumen esté presente en sí misma sin un despliegue. Así, los planos DMD dispuestos oblicuamente con respecto al eje óptico de la unidad óptica monocéntrica o de la óptica de relés pueden reproducirse unos sobre otros sin distorsión y con una buena calidad de frente de onda si no se tiene en cuenta la influencia de los cubreobjetos. Los errores de imagen que se producen en la práctica como consecuencia del paso oblicuo de la luz a través de los cubreobjetos se corrigen según la invención con el elemento de corrección. Especialmente en relación con contenidos de imagen, que presentan una variación espacialmente próxima de los colores y/o de los brillos, se producen cambios de brillo o cambios de color dependientes del campo. Por ejemplo, en caso de representación de distintos píxeles blancos sobre un fondo negro, tanto los brillos, como también los colores de los píxeles "blancos" cambian sobre la imagen. En un caso ideal, mediante la corrección o la reducción de los errores de imagen es posible corregir o suprimir los cambios de brillo o los cambios de color dependientes del campo descritos, de manera que ya no sean perceptibles.

La óptica de relés o la unidad óptica monocéntrica se configuran especialmente como una óptica de reproducción 1:1.

El elemento de corrección puede presentar una superficie curvada configurada como una superficie de forma libre, cuya curvatura se desarrolla de forma diferente en dos secciones que se desarrollan perpendiculares entre sí y variando la misma en función de la posición en la superficie.

El elemento de corrección se configura como un elemento refractivo. El elemento refractivo puede presentar un grosor localmente variable que se elige de manera que se provoque la corrección deseada. Esto puede lograrse especialmente gracias a que mediante el elemento refractivo se provoca un error opuesto o un error prácticamente de la misma magnitud opuesto al error causado por los cubreobjetos, obteniéndose así la corrección deseada.

Además, una superficie del elemento refractivo se puede configurar, por ejemplo, como una superficie de forma libre, cuya curvatura se desarrolla de forma diferente en dos secciones que se desarrollan perpendiculares entre sí y variando la misma en función de la posición en la superficie. La otra superficie puede configurarse, por ejemplo, esféricamente curvada, plana, asférica o, del mismo modo que la superficie, como una superficie de forma libre.

La óptica de relés o la unidad óptica monocéntrica presentan un espejo con una superficie de espejo curvada formada por un lado metalizado por vaporización de aluminio del elemento refractivo. Además, el dispositivo de proyección puede presentar dos elementos refractivos que realizan la corrección deseada. En este caso, la óptica de relés o la unidad óptica monocéntrica, por ejemplo, pueden presentar dos espejos con respectivamente una superficie de espejo curvada formada respectivamente por un lado metalizado por vaporización de aluminio de uno de los dos elementos refractivos.

El al menos un elemento de corrección refractivo puede posicionarse de manera que sea atravesado exactamente dos veces por la luz que se reproduce mediante la óptica de relés o mediante la unidad óptica monocéntrica desde los primeros espejos basculantes hacia los segundos espejos basculantes.

La óptica de relés o la unidad óptica monocéntrica pueden presentar un espejo primario con una superficie de espejo esférica cóncava y un espejo secundario con una superficie de espejo esférica convexa.

La óptica de relés o la unidad óptica monocéntrica pueden configurarse además como una unidad óptica catadióptrica.

Además, la óptica de reproducción y/o la óptica de relés o la unidad óptica monocéntrica pueden configurarse simétricas a exactamente un plano de simetría.

Además es posible que la óptica de relés o la unidad óptica monocéntrica presenten dos espejos, configurándose uno de los dos espejos como un espejo cóncavo y el otro de los dos espejos como un espejo convexo y desarrollándose la trayectoria del haz luminoso desde la primera matriz de espejos basculantes a través del espejo cóncavo al espejo convexo y de nuevo a través del espejo cóncavo hasta la segunda matriz de espejos basculantes.

Especialmente, el dispositivo de proyección según la invención presenta exactamente dos espejos curvos (por ejemplo, esféricos). Además, el dispositivo de proyección según la invención puede contener aún más espejos de desviación planos.

El dispositivo de proyección según la invención puede presentar además una unidad de control para el funcionamiento del dispositivo de proyección, una fuente de luz (monocroma o policroma) para la iluminación de la primera matriz de espejos basculantes, así como de otros elementos conocidos por el experto en la materia que son necesarios para el funcionamiento del dispositivo de proyección.

Se pone a disposición además un dispositivo de proyección con una primera y una segunda matriz de espejos basculantes, con una óptica de reproducción, que proyecta la primera matriz de espejos basculantes en la segunda matriz de espejos basculantes, y con una óptica de proyección que reproduce la segunda matriz de espejos basculantes (especialmente sobre una superficie de proyección), a fin de generar una imagen, presentando la óptica de reproducción dos espejos curvos y un elemento refractivo con al menos una superficie curvada, configurándose de las dos superficies de espejo curvadas y de la superficie refractiva curvada al menos una superficie como una superficie de forma libre, cuya curvatura se desarrolla de forma diferente en dos secciones que se desarrollan perpendiculares entre sí y variando la misma en función de la posición en la superficie.

Además se proporciona un dispositivo de proyección con una primera y una segunda matriz de espejos basculantes, con una óptica de reproducción, que reproduce la primera matriz de espejos basculantes en la segunda matriz de espejos basculantes, y con una óptica de proyección que reproduce la segunda matriz de espejos basculantes (especialmente sobre una superficie de proyección), a fin de generar una imagen, presentando la óptica de reproducción dos espejos curvos con respectivamente una superficie de espejo curvada, configurándose al menos una de las dos superficies de espejo como una superficie de forma libre, cuya curvatura se desarrolla de forma diferente en dos secciones que se desarrollan perpendiculares entre sí y variando la misma según la posición de la superficie de espejo.

La óptica de reproducción de los otros dos dispositivos de proyección puede configurarse especialmente como ya se ha descrito.

Se entiende que las características antes citadas y las que se explican a continuación pueden utilizarse no sólo en las combinaciones indicadas, sino también en otras combinaciones o por sí solas sin abandonar el marco de la presente invención.

La invención se explica a continuación más detalladamente, por ejemplo, a la vista de los dibujos adjuntos que también revelan características fundamentales de la invención. Se muestra en la:

Figura 1 una vista esquemática de una forma de realización del dispositivo de proyección según la invención;

Figura 2 una representación esquemática para la explicación de la modulación de la luz con las dos matrices de espejos basculantes 3, 5 del dispositivo de proyección 1 de la figura 1;

Figura 3 una vista en perspectiva de la óptica de reproducción 4 del dispositivo de proyección 1 de la figura 1;

Figura 4 una vista lateral de la óptica de reproducción 4 de la figura 3;

Figura 5 una vista en planta de la óptica de reproducción 4 según la figura 3;

Figuras 6 y 7 representaciones de errores de imagen del dispositivo de proyección de la figura 3-5;

Figuras 8 y 9 representaciones de errores de imagen de un dispositivo de proyección sin elemento de corrección refractivo 18;

Figura 10 una vista en perspectiva de otra forma de realización de la óptica de reproducción 4 del dispositivo de proyección de la figura 1;

Figura 11 una vista lateral de la óptica de reproducción 4 de la figura 10;

Figura 12 una vista en planta de la óptica de reproducción 4 según la figura 10;

Figuras 13 y 14 representaciones de errores de imagen del mismo modo que en las figuras 6 y 7 para el dispositivo de proyección según las figuras 10 a 12;

Figura 15 una vista en perspectiva de otra forma de realización de la óptica de reproducción 4 para el dispositivo de proyección 1 según la figura 1;

Figura 16 una vista lateral de la óptica de reproducción 4 de la figura 15;

Figura 17 una vista en planta de la óptica de reproducción 4 de la figura15;

Figuras 18 y 19 representaciones de errores de imagen del mismo modo que en las figuras 6 y 7 para el dispositivo de proyección según las figuras 15-17;

Figura 20 una vista en perspectiva de otra óptica de reproducción 4 del dispositivo de proyección 1 según la figura 1 que no representa ninguna forma de realización de la presente invención;

Figura 21 una vista lateral de la óptica de reproducción 4 de la figura 20;

Figura 22 una vista en planta de la óptica de reproducción 4 de la figura 20;

Figuras 23 y 24 representaciones de errores de imagen del mismo modo que en las figuras 6 y 7 para el dispositivo de proyección según las figuras 20-22;

Figura 25 una vista en perspectiva de otra óptica de reproducción 4 del dispositivo de proyección 1 de la figura 1 que no representa ninguna forma de realización de la presente invención;

Figura 26 una vista lateral de la óptica de reproducción 4 de la figura 25;

Figura 27 una vista en planta de la óptica de reproducción 4 de la figura 25;

Figuras 28 y 29 representaciones de errores de imagen del mismo modo que en las figuras 6 y 7 para el dispositivo de proyección según las figuras 25-27;

Figura 30 una vista en perspectiva de otra óptica de reproducción 4 del dispositivo de proyección 1 de la figura 1 que no representa ninguna forma de realización de la presente invención;

Figura 31 una vista en planta de la óptica de reproducción 4 de la figura 30;

Figura 32 una vista lateral de la óptica de reproducción 4 de la figura 30, y

Figura 33 una representación de errores de imagen para el dispositivo de proyección según las figuras 30

32.

En la forma de realización mostrada esquemáticamente en la figura 1, el dispositivo de proyección 1 según la invención comprende para la proyección de una imagen una fuente de luz 2, un modulador de iluminación 3, una óptica de reproducción 4, un modulador de imagen 5, una óptica de proyección 6, así como una unidad de control 7.

Los dos moduladores 3, 5 se configuran respectivamente como una matriz de espejos basculantes que presenta n x m espejos basculantes (o microespejos) en columnas y filas, siendo posible mover los espejos basculantes independientemente unos de otros a una primera y a una segunda posición basculante. Ambas matrices de espejos basculantes 3, 5 pueden configurarse iguales y/o presentar el mismo número y la misma disposición de espejos basculantes.

La óptica de reproducción 4 se configura como una óptica de reproducción 1:1 y reproduce cada espejo basculante del modulador de iluminación 3 exactamente sobre un espejo basculante del modulador de imagen 5, de manera que a cada espejo basculante del modulador de iluminación 3 se le asigne exactamente un espejo basculante del modulador de imagen 5. También son posibles otras asignaciones de los espejos basculantes. Así se puede prever, por ejemplo, un desplazamiento en la dirección de la línea, de manera que cada espejo basculante del modulador de imagen 5 sea iluminado por dos espejos basculantes (respectivamente la mitad) del modulador de iluminación 3. La unidad de control 7 controla los dos moduladores 3 y 5 sobre la base de los datos de imagen BD aportados, de manera que el modulador de iluminación 3, al que se le aplica la luz (por ejemplo, luz blanca) de la fuente de luz 2, sea una fuente de luz modulada plana para el modulador de imagen 5 con el que se genera o modula la imagen a proyectar que puede proyectarse a continuación sobre una superficie de proyección 8 por medio de la óptica de proyección 6.

El modulador de iluminación 3 puede controlarse de manera que en el modulador de imagen 5 sólo se reproduzca la luz reflejada por los espejos basculantes del modulador de iluminación que no son píxeles de imagen negros (o que están asignados a los correspondientes espejos basculantes) del modulador de imagen 5. De este modo se puede conseguir que los píxeles de imagen o los espejos basculantes del modulador de imagen 5, que deben representar píxeles de imagen negros, no se expongan a la luz (dado que los espejos basculantes asignados del modulador de iluminación 3 o la luz reflejada por este espejo basculante no se reproduce en el modulador de imagen 5). Esto da lugar ventajosamente a que el nivel de negro (el brillo residual no deseado de un píxel negro en la imagen proyectada real) pueda reducirse considerablemente.

La modulación de la luz mediante las dos matrices de espejos basculantes 3 y 5 se explica más detalladamente en combinación con la representación esquemática de la figura 2.

En la figura 2 sólo se dibuja en sus dos posiciones basculantes posibles respectivamente un único espejo basculante K3, K5 que representa a cada matriz de espejos basculantes 3, 5, representándose ya esquemáticamente una inclinación de las matrices de espejos basculantes 3, 5 de 24° (alrededor del eje x que se desarrolla perpendicularmente al plano de dibujo) relativamente con respecto a la óptica de reproducción 4, como se explica más detalladamente en los ejemplos de realización concretos.

El ángulo de inclinación de los espejos basculantes K3, K5 es de ± 12° relativamente con respecto al respectivo plano DMD 9, 10 (plano de los centros de los espejos basculantes K3 o K5) que está inclinado 24°. Además, en la representación esquemática de la figura 2 se dibuja respectivamente un cubreobjetos 11, 12 como una línea discontinua. Estos cubreobjetos 11, 12 son absolutamente necesarios en caso de matrices de espejos basculantes para que éstas mantengan el vacío en el que se encuentran los espejos basculantes K3, K5. Por consiguiente, los cubreobjetos 11 y 12 deben soportar la diferencia de presión entre la presión normal y el vacío y, por lo tanto, presentan generalmente un grosor de varios milímetros. En el caso de las formas de realización aquí descritas se parte de un grosor de 3 mm, utilizándose BK7 como tipo de vidrio.

Los espejos basculantes K3 y K5 se muestran en la figura 2 en una representación en sección que se elige de manera que el respectivo eje basculante de los dos espejos basculantes K3 y K5 se desarrolle perpendicularmente al plano de dibujo. Además, los dos planos DMD 9, 10 se encuentran en un plano común, lo que no se representa en la figura 2 para una mayor claridad.

El espejo basculante K3 del modulador de iluminación 3 puede estar situado en su primera posición basculante S1 o en su segunda posición basculante S2. Ambas posiciones basculantes están inclinadas 12° con respecto al plano DMD 9. En la figura 2 se muestran ambas posiciones basculantes S1 y S2. Naturalmente, el espejo basculante K3 siempre puede situarse sólo en una de las dos posiciones basculantes S1 y S2 a la vez. Esto se aplica igualmente al espejo basculante K5 del modulador de imagen 5. El espejo basculante K5 puede estar situado bien en su primera posición S3 o bien en su segunda posición S4.

Durante el funcionamiento del proyector 1, el espejo basculante K3 se expone a la luz L1 de la fuente de luz 2, de manera que la luz incida en el espejo basculante k 3 perpendicularmente al plano DMD 9. Si el espejo basculante K3 se encuentra en su segunda posición S2, la luz se refleja en un ángulo de 24° con respecto a la dirección de incidencia de la luz L1 como la así llamada luz apagada L2 en una trampa de rayos no mostrada, dado que el espejo basculante K3 está inclinado 12° relativamente con respecto al plano 9 en sentido contrario a las agujas del reloj. La luz apagada L2 no se usa para la iluminación del modulador de imagen 5.

No obstante, si el espejo basculante K3 está situado en su primera posición S1, la luz se refleja como una así llamada luz encendida L3 en un ángulo de 24° relativamente con respecto a la dirección de incidencia de la luz L1. Como se describe a continuación con más detalle, esta luz encendida L3 se reproduce en el espejo basculante asignado K5 del modulador de imagen 5 por medio de la óptica de reproducción 4. En este caso, la dirección de incidencia de la luz encendida L3 en el espejo basculante K5 se elige de manera que la luz reflejada L4 se desarrolle perpendicularmente al plano DMD 10 si el espejo basculante K5 se encuentra en su primera posición S3. Con esta finalidad, la luz L3 que incide en el espejo basculante K5 presenta un ángulo de 24° con respecto a la perpendicular en el plano DMD 10. Esto da lugar a la reflexión deseada en la primera posición basculante S3 del espejo basculante K5, de manera que la luz L4 pueda proyectarse sobre la superficie de proyección 8 por medio de la óptica de proyección 6.

Si el segundo espejo basculante K5 se encuentra en su segunda posición S4, la luz se refleja como una luz apagada L5 en un ángulo de 48° relativamente con respecto a la perpendicular en el plano DMD 10. Esta luz apagada L5 se dirige a una trampa de rayos (no mostrada) y no se utiliza para la proyección de la imagen en la superficie de proyección 8.

De este modo, por medio de la matriz de espejos basculantes 3 se puede poner a disposición la fuente de luz modulada de forma plana en la que todos los espejos basculantes K3 del modulador de iluminación 3, que se reproducen en un espejo basculante K5 del modulador de imagen 5 que debe representar un píxel no negro, pasan a la primera posición basculante. Mediante el modulador de imagen 5, los espejos basculantes iluminados K5 pueden a continuación pasar a la primera y a la segunda posición basculante de manera que se genere el brillo deseado del píxel correspondiente durante una duración T de una representación de una sola imagen. El brillo puede ajustarse mediante la relación del tiempo durante el cual el espejo basculante K5 está situado en su primera posición y durante el cual el espejo basculante K5 está situado en su segunda posición. El control de los dos moduladores 3, 5 puede llevarse a cabo con datos de control modulados por duración de impulsos y generados por la unidad de control 7 sobre la base de los datos de control BD aportados.

Para una proyección de imágenes de alto contraste es importante que la óptica de reproducción 4 sea eficiente y que presente mínimos errores de imagen como la distorsión o las aberraciones cromáticas. Dado que la luz encendida L3 atraviesa los cubreobjetos 11, 12 respectivamente de forma oblicua, en la reproducción del espejo basculante K3 sobre el espejo basculante K5 se produce una desviación lateral. En caso de una extensión típica de los espejos basculantes K3 y K5 de menos de 15 pm, incluso una desviación lateral relativamente pequeña, que normalmente es de hasta 30 pm y que varía para los diferentes puntos de campo, da lugar a unas propiedades de proyección peores.

Para reducir estas propiedades de proyección más deficientes o para disminuir la desviación lateral de los píxeles de la segunda matriz de espejos basculantes 5 que las provoca, en la forma de realización según las figuras 3 a 5 la óptica de reproducción 4 presenta una unidad óptica monocéntrica 35 con un espejo primario 13 y con un espejo secundario 14, así como un elemento de corrección refractivo 18. La unidad óptica monocéntrica 35, en la que todas las superficies activas (refractivas y/o reflectantes) se disponen concéntricamente alrededor de un centro de curvatura común, se configura aquí como un así llamado sistema Offner y, como todos los sistemas ópticos monocéntricos, presenta en general la propiedad de reproducir en sí misma (de forma invertida) una pequeña zona de volumen alrededor del centro de curvatura común por medio de una reproducción intermedia prácticamente sin errores. Así también es posible utilizar sistemas monocéntricos de este tipo como óptica de relés para campos de objetos e imágenes dispuestos oblicuamente a la trayectoria del haz y paralelamente unos a otros.

Dado que, en el caso de las matrices de espejos basculantes de uso comercial, los ejes basculantes, alrededor de los cuales se inclinan los distintos espejos basculantes, giran con respecto a los cantos exteriores de toda la matriz rectangular (y en concreto normalmente 45°), las matrices de espejos basculantes 3 y 5 se disponen de manera que giren de forma correspondiente, como puede verse especialmente en las figuras 3 y 5, para que los ejes basculantes se desarrollen en la dirección x. Además, tiene lugar la inclinación de los planos DMD antes descrita de 24° alrededor del eje x.

La superficie de espejo 15 del espejo primario 13 es una superficie esférica cóncava y la superficie de espejo 16 del espejo secundario 14 es una superficie esférica convexa, coincidiendo los dos centros de curvatura de las dos superficies de espejo 15 y 16. Aquí, el elemento de corrección 18 previsto para corregir las aberraciones causadas por los cubreobjetos 11 y 12 se configura como una lente 18, disponiéndose el espejo secundario 14 en el lado trasero 17 de la lente 18. El lado delantero 19 de la lente 18 orientado hacia el espejo primario 13 se configura como una superficie de forma libre, cuya curvatura se desarrolla de forma diferente en dos secciones que se desarrollan perpendicularmente una respecto a otra y variando la misma en dependencia de la posición en el lado delantero 19.

La curvatura del lado delantero 19 puede describirse, por ejemplo, mediante un desarrollo polinomial según la siguiente fórmula 1:

( x 2 y 2) /R

z = Z Cijx!y J

1 1 -(1 k) ■^(x ^{2 y 2)} ¡,j

1 R 2

(1)

Aquí, la superficie de forma libre del lado delantero 19 se configura simétrica con respecto al plano yz, de manera que el coeficiente de desarrollo Cy de la anterior fórmula 1 presente un valor distinto de cero si el coeficiente Cy describe una potencia directa de x.

Los coeficientes de desarrollo Cij para el lado delantero 19 de la lente 18 se indican en la siguiente tabla, eligiéndose como denominación XiYj. Si i = 0, Xi no se indica. Lo mismo se aplica a j = 0. En este caso no se indica Yj. Además, para j = 1 sólo se indica Y. Por consiguiente, X2Y, por ejemplo, describe el coeficiente de desarrollo C²¹, Y4 el coeficiente de desarrollo C⁰⁴y X4Y el coeficiente de desarrollo C⁴¹.

La lente de espejo 18 presenta aquí un grosor de 6 mm y el material utilizado es BK7. Además, se supone una apertura numérica de 0,1 para la iluminación de los espejos basculantes K3 y K5 para la presente forma de realización y para todas las formas de realización posteriores.

Debido a los diferentes desarrollos de curvatura del lado delantero refractivo 19 (o superficie de forma libre refractiva) en las dos secciones principales ortogonales, es posible corregir al mismo tiempo de forma muy satisfactoria los errores cromáticos transversales, el astigmatismo axial y el coma axial.

Dado que el espejo secundario 15 se configura como una lente de espejo 18, el lado delantero 19 a tratar es pequeño, por lo que los costes de fabricación y el peso se pueden minimizar. Además tiene lugar el ajuste deseado entre la superficie refractiva (lado delantero 19) y la superficie de espejo 16 del espejo secundario 14.

En las figuras 6 y 7 se muestran representaciones de errores de imagen del dispositivo de proyección 1 según las figuras 3 a 5, representándose respectivamente dos columnas. La columna izquierda se refiere a la sección principal en el plano yz y la columna derecha se refiere a la sección principal perpendicular a la misma en el plano xz, representándose los errores de imagen en mm respectivamente para las longitudes de onda 435, 546 y 656 nm. Entre las correspondientes curvas de error de imagen para las dos secciones principales se indican respectivamente las coordenadas relativas x e y una al lado de otra. Debajo de éstas se muestran los ángulos del haz principal en el espacio de la imagen. Así, en la representación superior de la figura 6, por ejemplo, las coordenadas x e y son 0,78 y 0,00. El ángulo del haz principal es de -0,06° o de 24,0° respectivamente.

A efectos de comparación y del mismo modo que en las figuras 6 y 7, en las figuras 8 y 9 se muestran los errores de imagen de una óptica de reproducción que, aunque se configura como un sistema Offner según las figuras 3 a 5, no contiene ningún elemento de corrección.

Como muestra la comparación de los errores de imagen representados en las figuras 8 y 9 con los errores de imagen de acuerdo con la configuración según la invención del dispositivo de proyección en las figuras 6 y 7, tiene lugar una excelente corrección del error cromático transversal, del astigmatismo y del coma axial en las dos secciones principales. En la solución convencional según las figuras 8 y 9 se produce una desviación lateral de los píxeles en la segunda matriz de espejos basculantes 5 de hasta 30 pm, lo que, en caso de un tamaño normal de espejo basculante de menos de 15 pm, evita una asignación con precisión de píxel de los espejos basculantes K3 y K5 de las dos matrices de espejos basculantes 3, 5. En el caso del dispositivo de proyección 1 según la invención, la desviación lateral de los píxeles en la segunda matriz de espejos basculantes desde la posición real ideal es claramente más pequeña, por lo que se proporcionan unas mejores propiedades de reproducción.

En las figuras 10 a 12 se muestra, al igual que en las figuras 3 a 5, la óptica de reproducción 4 de una segunda forma de realización del dispositivo de proyección 1 según la invención, partiendo de nuevo de un sistema Offner como unidad óptica monocéntrica 35. En el caso de la óptica de reproducción 4 según las figuras 10 a 12, el espejo secundario 14 no se configura, a diferencia de la forma de realización según las figuras 3 a 5, como una lente de espejo y un elemento de corrección, sino que es el espejo primario 13 el que se configura de este modo, por lo que puede describirse como una lente de espejo 20. El lado trasero 21 de la lente de espejo 20 está curvado esféricamente, está metalizado por vaporización de aluminio y forma la superficie de espejo 15. El lado delantero 22 de la lente de espejo 20 orientado hacia el espejo secundario 14 se configura a su vez como una superficie de forma libre según la invención, cuya curvatura se desarrolla de forma diferente en dos secciones que se desarrollan perpendicularmente entre sí y variando la misma según la posición en la superficie. La lente de espejo puede presentar un grosor de 6 mm y como material puede utilizarse, por ejemplo, NFK5. La superficie de forma libre o el lado delantero 22 pueden describirse mediante un desarrollo polinomial según la fórmula 1, indicándose los coeficientes de desarrollo Cy en la siguiente tabla 2 del mismo modo que en la tabla 1.

En esta configuración, todos los errores de imagen cromáticos y monocromáticos pueden corregirse perfectamente al mismo tiempo como se puede ver en las representaciones de los errores de imagen en las figuras 13 y 14. Esto es posible incluso con un orden polinomial bajo de la superficie de forma libre 22 en comparación con la forma de realización según las figuras 3 a 5. La superficie de forma libre 22 se encuentra en el rango intermedio entre el campo cercano y la apertura cercana y, por este motivo, resulta especialmente adecuada para garantizar una excelente corrección de todos los errores de imagen que se producen. La reproducción de la óptica de reproducción 4 está prácticamente limitada por la difracción y presenta distorsiones extremadamente reducidas de los píxeles en ambas direcciones de las coordenadas.

En las figuras 15 a 17 se muestra la óptica de reproducción 4 de otra forma de realización del dispositivo de proyección 1 según la invención. En esta forma de realización, tanto el espejo primario 13, como también el espejo secundario 14 se configuran respectivamente como lentes de espejo 18, 20, conformándose los lados delanteros de las lentes 18, 20 orientados el uno hacia el otro respectivamente como una superficie de forma libre y sometiéndose los lados traseros 17 y 21 de las dos lentes 18 y 20 a una metalización por vaporización de aluminio respectivamente para la formación de un espejo primario esférico 13 y de un espejo secundario esférico 14. Por consiguiente, se ponen a disposición dos elementos de corrección refractivos. Los dos espejos 13 y 14 forman la unidad óptica monocéntrica. Como material de las lentes de espejo 18, 20 se puede utilizar, por ejemplo, NFK5, presentando la lente de espejo 18 un grosor de 3 mm y presentando la lente de espejo 20 un grosor de 6 mm. Con esta configuración se puede lograr una mejora en la corrección de la óptica de reproducción 4 en comparación con la variante según las figuras 10 a 12, como puede verse, por ejemplo, en las representaciones de error de imagen de las figuras 18 y 19.

En las figuras 20 a 22 se muestra otra configuración de la óptica de reproducción 4 que no representa ninguna forma de realización del dispositivo de proyección 1 según la invención. En esta configuración, los dos espejos 13 y 14 forman un sistema Offner (ambos están respectivamente curvados esféricamente y sus centros de curvatura coinciden). En la trayectoria del haz desde el modulador de iluminación 3 hasta el espejo primario 13 se dispone un elemento de corrección refractivo 23 que presenta un lado delantero 24 orientado hacia el modulador de iluminación 3 y un lado trasero 25 opuesto al modulador de iluminación 3. El grosor del elemento de corrección 23 es de 5 mm y como material se utilizó NFK5. Tanto el lado delantero 24, como también el lado trasero 25 se configuran como una superficie de forma libre, cuya curvatura se desarrolla de forma diferente en dos secciones que se desarrollan perpendiculares entre sí y variando la misma según la posición en la superficie.

La superficie de forma libre del lado delantero 24 puede describirse a su vez mediante un desarrollo polinomial según la fórmula 1. Los coeficientes correspondientes se indican en la siguiente tabla 3.

Del mismo modo, el lado trasero 25 puede describirse mediante un desarrollo polinomial según la fórmula 1. Los coeficientes se indican en la siguiente tabla 4.

El origen local de las coordenadas para la descripción de la superficie del lado delantero 24 y del lado trasero 25 se deduce del origen global de las coordenadas (intersección del eje óptico del sistema Offner con las líneas rectas de unión entre los dos moduladores 3, 5) sólo mediante un desplazamiento a lo largo del ejez de 151 mm (lado delantero 24) o de 156 mm (lado trasero 25). Así, el punto de desarrollo para el desarrollo polinomial de las dos superficies de forma libre del lado delantero y del lado trasero 24, 25 está situado fuera del área ópticamente utilizado de las superficies 24, 25 y en el eje óptico de la óptica de relés rotacionalmente simétrica 35 considerada por sí sola (la unidad óptica monocéntrica 35 formada por los dos espejos 13 y 14).

Con un elemento de corrección 23 de este tipo, los errores de frente de onda causados por los cubreobjetos 11, 12 pueden compensarse prácticamente por completo, como se puede ver en las representaciones de error de imagen en las figuras 23 y 24. La reproducción es exacta al píxel o exacta al espejo basculante. En este caso, la distorsión, es decir, la desviación lateral de los píxeles en el modulador de imagen 5 de su posición de imagen ideal, es inferior a 5 |jm para todos los puntos de campo en la dirección x y en la dirección y.

En las figuras 25 a 27 se representa otra modificación no conforme a la invención de la óptica de reproducción 4. En esta modificación se dispone, además del elemento de corrección 23, un elemento de corrección adicional 26 en la trayectoria del haz entre el espejo primario 13 y el modulador de imagen 5. Como se muestra en las representaciones según las figuras 25 a 27, el elemento de corrección adicional 26 puede configurarse como un elemento separado. Sin embargo, también es posible configurar los dos elementos de corrección 23 y 26 como un elemento de corrección continuo. Los dos elementos de corrección 23 y 26 o el elemento de corrección 23 configurado como un único elemento de corrección, es preferiblemente simétrico al plano yz. Esta realización simétrica tiene la ventaja de que el requisito de la precisión de posicionamiento del elemento de corrección 23 o de los elementos de corrección 23 y 26 se reduce en cierta medida, por lo que el ajuste se simplifica. Naturalmente, la configuración como un único elemento de corrección resulta ventajosa, dado que el ajuste de los dos elementos de corrección 23, 26 entre sí no es necesario y el posicionamiento del único elemento de corrección relativamente con respecto a las dos matrices de espejos basculantes presenta menos tolerancias de ajuste críticas.

Con esta configuración de la óptica de reproducción 4 se puede llevar a cabo una corrección de la aberración inducida por los cubreobjetos a un nivel prácticamente limitado por la difracción, como se puede ver en las representaciones de error de imagen en las figuras 28 y 29. También es posible una corrección de la distorsión con precisión de píxel.

En las figuras 30-32 se muestra otra configuración no conforme a la invención de la óptica de reproducción 4 que difiere de la estructura Offner anterior. Es posible imaginar que esta configuración se crea mediante el despliegue de un sistema Offner alrededor del espejo secundario que, en este caso, se suprime. En lugar del espejo secundario hay un elemento de corrección en forma de cuña 27 que, junto con los espejos de forma libre 28 y 29, se encarga de las correcciones de la reproducción. La reproducción real sólo se lleva a cabo a través de los dos espejos de forma libre 28 y 29 que corresponden al espejo primario en un sistema Offner. Los dos espejos planos de desviación 30 y 31 sólo sirven para poder montar los dos moduladores 3, 5 separados en el espacio. De este modo, las curvaturas de los dos espejos de forma libre 28 y 29 son idénticas. Lo mismo se aplica a las dos superficies de forma libre refractivas 32 y 33 del elemento de corrección 27. Para reducir la aberración cromática, el elemento de corrección 27 se diseña como un grupo de masilla acromatizado.

También con esta estructura se pueden lograr excelentes correcciones de aberraciones y una reproducción con precisión de píxel, como puede verse en las representaciones de error de imagen en la figura 33.

Las características de las formas de realización descritas o las formas de realización descritas también pueden combinarse unas con otras.

En la descripción anterior se parte de la base de que el modulador de iluminación 3 está expuesto a luz blanca. Sin embargo, también es posible que la fuente de luz 2 emita una luz de color. Especialmente, la fuente de luz puede emitir de forma secuencial en el tiempo luz de diferentes colores como, por ejemplo, luz roja, verde y azul. En este caso se puede generar, de un modo conocido para el experto en la materia, una imagen multicolor mediante la representación secuencial en el tiempo de imágenes de color parciales rojas, verdes y azules. Sólo es necesario llevar a cabo el cambio de color tan rápidamente que un observador ya no pueda separar las imágenes de color parciales proyectadas sucesivamente en el tiempo, de manera que el observador sólo pueda percibir la superposición y, por consiguiente, la imagen multicolor.

La generación secuencial en el tiempo de la luz de iluminación de diferentes colores puede realizarse del modo habitual, por ejemplo, por medio de una rueda de colores 35 (figura 1) entre la fuente de luz 2 y el modulador de iluminación 3.

Naturalmente, en lugar de un solo modulador de iluminación también es posible prever tres moduladores de iluminación que se solicitan simultáneamente con luz roja, verde y azul. En tal caso, la luz encendida roja, verde y azul de los tres moduladores se superpone y la luz encendida superpuesta se reproduce en color selectivamente en los tres moduladores de imagen 5 mediante la óptica de reproducción 4. Los moduladores de imagen modulan la imagen parcial en color respectiva que a su vez se superpone y a continuación se proyecta sobre la superficie de proyección 8 por medio de la óptica de reproducción 6.

La superposición y la separación de colores puede realizarse mediante capas dicroicas. Esta forma de realización con seis moduladores es, por supuesto, mucho más compleja que las formas de realización descritas hasta ahora. No obstante, con una forma de realización como ésta se puede generar una imagen de color más nítida.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Dispositivo de proyección con

una primera y una segunda matriz de espejos basculantes (3, 5) que presentan respectivamente una pluralidad de espejos basculantes (K3, K5) y un cubreobjetos (11, 12) que cubre los espejos basculantes (K3, K5),

con una óptica de reproducción (4) que presenta una óptica de relés (35) que reproduce los espejos basculantes (K3) de la primera matriz de espejos basculantes (3) en los espejos basculantes (K5) de la segunda matriz de espejos basculantes (5) y que, por consiguiente, reproduce la luz reflejada por los espejos basculantes (K3) de la primera matriz de espejos basculantes (3) en los espejos basculantes (K5) de la segunda matriz de espejos basculantes (5), y con una óptica de proyección (6) que proyecta la luz reflejada por los espejos basculantes (K5) de la segunda matriz de espejos basculantes (5) para generar una imagen,

presentando además la óptica de reproducción (4) un elemento de corrección refractivo (18, 20) que corrige al menos un error de imagen causado por el paso oblicuo de la luz a través de los cubreobjetos (11, 12),

caracterizado por que la óptica de relés (35) presenta un espejo con una superficie de espejo curvada formada por un lado metalizado por vaporización de aluminio del elemento de corrección refractivo (18, 20).

2. Dispositivo de proyección según la reivindicación 1, en el que la óptica de relés (35) se configura como una unidad óptica monocéntrica.

3. Dispositivo de proyección según la reivindicación 1 o 2, en el que la óptica de relés (35) presenta un eje óptico, en el que los centros de los espejos basculantes (K3, K5) de cada matriz de espejos basculantes (3, 5) están situados respectivamente en un plano DMD (9, 10) y en el que las matrices de espejos basculantes (3, 5) se posicionan de manera que los planos DMD (9, 10) formen con el eje óptico respectivamente un ángulo diferente de 90°.

4. Dispositivo de proyección según la reivindicación 3, en el que las dos matrices de espejos basculantes (3, 5) se posicionan de manera que los dos planos DMD (9, 10) coincidan.

5. Dispositivo de proyección según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el elemento de corrección (18, 20) presenta una superficie curvada configurada como una superficie de forma libre, cuya curvatura se desarrolla de forma diferente en dos secciones que se desarrollan perpendiculares la una a la otra y variando la misma en dependencia de la posición en la superficie.

6. Dispositivo de proyección según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el elemento de corrección refractivo (18, 20) se posiciona de manera que sea atravesado exactamente dos veces por la luz reproducida por la primera matriz de espejos basculantes en la segunda matriz de espejos basculantes (3, 5).

7. Dispositivo de proyección según una de las reivindicaciones anteriores, en el que la óptica de relés (35) presenta un espejo primario (13) con una superficie de espejo esférica cóncava y un espejo secundario (14) con una superficie de espejo esférica convexa.

8. Dispositivo de proyección según una de las reivindicaciones anteriores, en el que la óptica de relés (35) se configura como una óptica catadióptrica.

9. Dispositivo de proyección según una de las reivindicaciones anteriores, en el que la óptica de relés (35) se configura simétrica a exactamente un plano de simetría.