ES3060436T3

ES3060436T3 - Improved optical system for image projectors

Info

Publication number: ES3060436T3
Application number: ES19207073T
Authority: ES
Inventors: Martin J Richards; Duane Scott Dewald; Nathan Shawn Wainwright; Barret Lippey
Original assignee: Dolby Laboratories Licensing Corp
Current assignee: Dolby Laboratories Licensing Corp
Priority date: 2015-10-11
Filing date: 2016-10-11
Publication date: 2026-03-26
Anticipated expiration: 2036-10-11
Also published as: US20210080737A1; US10281730B2; US20190219830A1; US10845607B2; EP3360319B1; US11307428B2; EP3360319A1; PL3360319T3; WO2017066207A1; US10545351B2; EP3641306B1; US20200159032A1; EP3641306C0; EP3641306A1; US20180292663A1

Abstract

Se describe un sistema de proyección que comprende una fuente de luz láser, una lente colimadora, una lente de ojo de mosca, una varilla integradora y un primer modulador. La luz de la fuente de luz láser/fibra ilumina un colimador para colimarla sustancialmente y luego se transmite a través de una lente de ojo de mosca. Esta lente proporciona la distribución angular/espacial de luz deseada para su posterior procesamiento en un primer modulador del sistema de proyección. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN

[0002] Sistema óptico mejorado para proyectores de imágenes

[0003] Referencia cruzada a la solicitud relacionada

[0004] Esta solicitud es una solicitud divisional europea de la solicitud de patente Euro-PCT EP 16784714.4, presentada el 11 de octubre de 2016.

[0005] Campo técnico

[0006] La presente invención se refiere a sistemas de proyector y, particularmente, a conductos de luz mejorados para sistemas de proyección de imágenes basados en láser.

[0007] Antecedentes

[0008] Los sistemas de proyectores ahora se están diseñando con mejoras en el rango dinámico. Muchos de estos tipos de mejoras se encuentran en el área de los sistemas de proyección láser. Algunos de dichos sistemas de proyección láser también pueden comprender sistemas de visualización de proyector duales y multimoduladores. Dicho sistema de proyector se conoce, por ejemplo, del documento US 2010/171927 A1.

[0009] Puede ser deseable mejorar el rendimiento de estos sistemas de proyección de imágenes mejorados.

[0010] Sumario

[0011] Se describe un sistema de proyector que comprende una fuente de luz láser, una lente colimadora, un elemento de homogeneización óptico (por ejemplo, una lente de ojo de mosca o que comprende una lente de ojo de mosca), una varilla de integración y un primer modulador. La fuente de luz láser puede comprender una o más fuentes de fibra láser individuales. La luz de la fuente/fibra de luz láser ilumina un colimador para colimar sustancialmente la luz y luego se transmite a través del elemento de homogeneización óptico (por ejemplo, la lente de ojo de mosca). El elemento de homogeneización óptico (por ejemplo, la lente de ojo de mosca) proporciona una distribución de luz angular/espacial deseada para procesamiento adicional a un primer modulador del sistema de proyector. La varilla de integración está dispuesta directamente adyacente al elemento de homogeneización a lo largo de una trayectoria de luz a través del sistema de proyector. Dicho de otro modo, la luz del elemento de homogeneización pasa directamente a la varilla integradora, sin pasar a través de otros elementos ópticos.

[0012] En una realización, que no está cubierta por las reivindicaciones, un sistema de proyección, que comprende: una fuente de luz láser, proporcionando la fuente luz para procesamiento adicional por el sistema; una lente de colimación, colimando sustancialmente la lente de colimación la luz de la fuente de luz láser; una lente de ojo de mosca, que recibe luz sustancialmente colimada y proporciona una distribución angular de luz deseada; una varilla de integración, que recibe la luz de la lente de ojo de mosca y transmite la luz aguas abajo; y un primer modulador, que recibe la luz de la varilla de integración y realiza modulación adicional a la luz para que el sistema proyecte una imagen. La lente de ojo de mosca puede comprender una pluralidad de elementos ópticos (por ejemplo, lentillas). Además, la lente de ojo de mosca puede establecerse a una distancia óptica de la varilla de integración de modo que los elementos ópticos de la lente de ojo de mosca produzcan un patrón de superposición en la entrada de la varilla de integración.

[0013] En otra realización, que no está cubierta por las reivindicaciones, un método para proporcionar una distribución deseada de luz en un sistema de proyector comprende una fibra de luz láser para iluminación de entrada, que comprende: transmitir la luz desde la fibra de luz láser a un colimador; transmitir la luz del colimador a un elemento de homogeneización óptico (por ejemplo, una lente de ojo de mosca); y transmitir la luz del elemento de homogeneización óptico (por ejemplo, la lente de ojo de mosca) a una varilla de integración. Otras características y ventajas del presente sistema se presentan a continuación en la Descripción Detallada cuando se leen en relación con los dibujos presentados dentro de esta solicitud.

[0014] Breve descripción de las figuras

[0015] Las realizaciones a modo de ejemplo se ilustran en las figuras de referencia de los dibujos. Se pretende que las realizaciones y figuras dadas a conocer en el presente documento se consideren ilustrativas en lugar de restrictivas.

[0016] La figura 1 representa una realización esquemática de un sistema de visualización de proyector de imágenes que puede ser adecuado para la varilla de integración mejorada de la presente solicitud.

[0017] La figura 2 representa una realización de un módulo de conducto de luz, que no está cubierta por las reivindicaciones, que es suficiente para los fines de la presente solicitud.

[0018] La figura 3 representa otra realización de un módulo de conducto de luz, que no está cubierta por las reivindicaciones, que puede ser suficiente para los fines de la presente solicitud.

[0019] La figura 4 representa una sección transversal de iluminación proporcionada por un conjunto de fibras de luz láser que puede aplicarse a la entrada de un integrador.

[0020] La figura 5 representa una sección transversal de iluminación proporcionada por la luz de un conjunto de fibras de luz láser en la salida de un integrador.

[0021] La figura 6 representa una sección transversal de iluminación proporcionada por la luz de un conjunto de fibras de luz láser después de un difusor.

[0022] La figura 7 representa la distribución angular de la luz en la luz de la salida de un integrador, tal como se representa en la figura 5.

[0023] Las figuras 8 y 9 representan la luz en la salida del integrador de la luz de una fibra de luz láser y la luz posiblemente proporcionada a un primer modulador en un sistema de proyector.

[0024] La figura 10 representa una realización de un sistema óptico de extremo frontal para una fibra de luz láser, fabricado según los principios de la presente solicitud.

[0025] La figura 11 representa una realización de una disposición de lente de ojo de mosca, realizada según los principios de la presente solicitud.

[0026] La figura 12 representa una realización de una lente de ojo de mosca, adecuada para varias realizaciones descritas en el presente documento.

[0027] La figura 13 representa la posible iluminación en sección transversal proporcionada después de que la luz se transmite a través de una realización de lente de ojo de mosca de la presente solicitud.

[0028] La figura 14 representa la posible iluminación en sección transversal proporcionada sin que la luz se transmita a través de una lente de ojo de mosca.

[0029] La figura 15 representa la imagen de una iluminación de punto único en el plano focal intermedio distal de la varilla de integración sin el uso de una lente de ojo de mosca en la trayectoria de la luz.

[0030] La figura 16 representa la imagen de una iluminación de punto único en el plano focal intermedio distal de la varilla de integración y que emplea una lente de ojo de mosca en la trayectoria de la luz.

[0031] Las figuras 17A y 17B son vistas laterales y de extremo, respectivamente, de un haz de varillas transparentes que actúan como un elemento de homogeneización óptico en un sistema de proyector, que no está cubierto por las reivindicaciones.

[0032] Descripción detallada

[0033] Tal como se utiliza en el presente documento, los términos "componente", "sistema", "interfaz" y similares pretenden referirse a una entidad relacionada con el ordenador, ya sea hardware, software (por ejemplo, en ejecución) y/o firmware. Por ejemplo, un componente puede ser un proceso que se ejecuta en un procesador, un procesador, un objeto, un ejecutable, un programa y/o un ordenador. A modo de ilustración, tanto una aplicación que se ejecuta en un servidor como el servidor pueden ser un componente. Uno o más componentes pueden residir dentro de un proceso y un componente puede localizarse en un ordenador y/o distribuirse entre dos o más ordenadores. Un componente también puede estar destinado a hacer referencia a una entidad relacionada con las comunicaciones, ya sea hardware, software (por ejemplo, en ejecución) y/o firmware y puede comprender además suficiente hardware cableado o inalámbrico para afectar a las comunicaciones.

[0034] En la totalidad de la siguiente descripción, se exponen detalles específicos con el fin de proporcionar una comprensión más exhaustiva a los expertos en la técnica. Sin embargo, es posible que no se hayan mostrado o descrito en detalle elementos conocidos para evitar enmascarar innecesariamente la divulgación. Por consiguiente, la descripción y los dibujos deben considerarse en un sentido ilustrativo en lugar de restrictivo.

[0035] Introducción

[0036] En el campo de los proyectores y otros sistemas de visualización, es deseable mejorar tanto el rendimiento de la representación de imágenes como la eficiencia del sistema. Varias realizaciones de la presente solicitud describen sistemas, métodos y técnicas para afectar a estas mejoras mediante el empleo de modelado de campo de luz para sistemas de visualización de modulación dual o múltiple. En una realización, se desarrollan modelos de fuentes de luz y se utilizan con un efecto ventajoso. Las imágenes de cámara de las imágenes mostradas de las imágenes de entrada conocidas pueden evaluarse para mejorar los modelos de luz. En algunas realizaciones, un proceso iterativo puede acumular mejoras. En algunas realizaciones, estas técnicas pueden usarse en imágenes en movimiento para realizar ajustes en vivo para mejorar el rendimiento de reproducción de imágenes.

[0037] Los sistemas de proyección y visualización de modulación dual se han descrito en patentes y solicitudes de patente de propiedad común, que incluyen:

[0038] (1) Patente de Estados Unidos Número 8,125,702 de Ward et al., emitida el 28 de febrero de 2012 y titulada "SERIAL MODULATION DISPLAY HAVING BINARY LIGHT MODULATION STAGE";

[0039] (2) Solicitud de patente de Estados Unidos 20130148037 de Whitehead et al., publicada el 13 de junio de 2013 y titulada "PROJECTION DISPLAYS";

[0040] (3) Solicitud de patente de Estados Unidos 20110227900 de Wallener, publicada el 22 de septiembre de 2011 y titulada "CUSTOM PSFs USING CLUSTERED LIGHT SOURCES";

[0041] (4) Solicitud de patente de Estados Unidos 20130106923 de Shields et al., publicada el 2 de mayo de 2013 y titulada "SYSTEMS AND METHODS FOR ACCURATELY REPRESENTING HIGH CONTRAST IMAGERY ON HIGH DYNAMIC RANGE DISPLAY SYSTEMS";

[0042] (5) Solicitud de patente de Estados Unidos 20120038693 de Kang et al., publicada el 16 de febrero de 2012 y titulada "HIGH DYNAMIC RANGE PROJECTION SYSTEM";

[0043] (6) Solicitud de patente de Estados Unidos 20110279749 de Erinjippurath et al., publicada el 17 de noviembre de 2011 y titulada "HIGH DYNAMIC RANGE DISPLAYS USING FILTERLESS LCD(S) FOR INCREASING CONTRAST AND RESOLUTION" y

[0044] (7) Solicitud de patente de Estados Unidos 20120133689 de Kwong, publicada el 31 de mayo de 2012 y titulada "REFLECTORS WITH SPATIALLY VARYING REFLECTANCE/ABSORPTION GRADIENTS FOR COLOR AND LUMINANCE COMPENSATION".

[0045] Una arquitectura física a modo de ejemplo

[0046] La figura 1 muestra una posible realización de un sistema de visualización de proyector de imágenes adecuado. En esta realización, el sistema de visualización de proyector está construido como un sistema de visualización de proyector 100 de modulador dual/múltiple que puede ser suficiente para los fines de la presente solicitud. El sistema de proyector 100 emplea una fuente de luz 102 que suministra al sistema de proyector una iluminación deseada de manera que una imagen proyectada final será suficientemente brillante para los espectadores previstos de la imagen proyectada. La fuente de luz 102 puede comprender cualquier fuente de luz adecuada posible, que incluye, pero no se limita a: Lámpara de xenón, láser(es), fuente de luz coherente, fuentes de luz parcialmente coherentes. Como la fuente de luz es un importante consumo de potencia y/o energía para todo el sistema de proyector, puede ser deseable utilizar y/o reutilizar ventajosamente la luz, para conservar la potencia y/o energía durante el curso de su funcionamiento.

[0047] La luz 104 puede iluminar un primer modulador 106 que puede, a su vez, iluminar un segundo modulador 110, a través de un conjunto de componentes ópticos 108 opcionales. La luz del segundo modulador 110 puede ser proyectada por una lente de proyección 112 (u otros componentes ópticos adecuados) para formar una imagen final proyectada sobre una pantalla 114. Los moduladores primero y segundo pueden controlarse mediante un controlador 116, que puede recibir datos de imagen y/o vídeo de entrada. El controlador 116 puede realizar ciertos algoritmos de procesamiento de imágenes, algoritmos de mapeo de gama u otro procesamiento adecuado de este tipo sobre los datos de imagen/vídeo de entrada y las señales de control/datos de salida a los moduladores primero y segundo con el fin de lograr una imagen 114 proyectada final deseada. Además, en algunos sistemas de proyector, puede ser posible, dependiendo de la fuente de luz, modular la fuente de luz 102 (línea de control no mostrada) con el fin de lograr un control adicional de la calidad de imagen de la imagen proyectada final.

[0048] El módulo de reciclaje de luz 103 se representa en la figura 1 como una caja de puntos que puede colocarse en la trayectoria de luz desde la fuente de luz 102 hasta el primer modulador 106, tal como se comentará a continuación. Si bien el presente análisis se proporcionará en el contexto de esta colocación, se apreciará que el reciclaje de luz puede insertarse en el sistema de proyector en varios puntos en el sistema de proyector. Por ejemplo, el reciclaje de luz puede colocarse entre los moduladores primero y segundo. Además, el reciclaje de luz puede colocarse en más de un punto en la trayectoria óptica del sistema de visualización. Si bien tales realizaciones pueden ser más costosas debido a un aumento en el número de componentes que aumentan, pueden equilibrarse con el ahorro de costes de energía como resultado de múltiples puntos de reciclaje de luz.

[0049] Si bien la realización de la figura 1 se presenta en el contexto de un sistema de proyección de modulación múltiple dual, debe apreciarse que las técnicas y métodos de la presente solicitud encontrarán aplicación en sistemas de visualización de modulación única, u otros sistemas de visualización de modulación múltiples duales. Por ejemplo, un sistema de visualización de modulación dual que comprende una retroiluminación, un primer modulador (por ejemplo, LCD o similar) y un segundo modulador (por ejemplo, LCD o similar) puede emplear componentes ópticos de desenfoque adecuados y métodos y técnicas de procesamiento de imágenes para afectar el rendimiento y las eficiencias analizadas en el presente documento en el contexto de los sistemas de proyección.

[0051] También debe apreciarse que, aunque la figura 1 representa un sistema de visualización de modulador dual o de dos etapas, los métodos y técnicas de la presente solicitud también pueden encontrar aplicación en un sistema de visualización con solo un modulador o un sistema de visualización con tres o más sistemas de visualización de modulador (múltiples moduladores). El alcance de la presente solicitud abarca estas diversas realizaciones alternativas.

[0053] La figura 2 representa una realización de un subsistema y/o módulo de conducto de luz 200, que no está cubierta por las reivindicaciones, como puede usarse en una realización, tal como la figura 1. Tal como se comentó anteriormente, este subsistema/módulo de conducto de luz puede colocarse en el sistema de proyector principalmente entre la fuente de luz 102 y un primer modulador 221. La luz procedente de la fuente de luz 102 puede introducirse en la trayectoria óptica a través de una varilla/tubo/caja de integración 202. En una realización, la varilla/tubo/ caja de integración 202 puede comprender una superficie sustancialmente reflectante en su interior, de modo que la luz que incide en su superficie puede reflejarse (por ejemplo, posiblemente varias veces) hasta que la luz sale de su extremo derecho 203. Una vez que la luz sale de la varilla/tubo/caja de integración, la luz puede colocarse en una trayectoria óptica que está definida por un conjunto de elementos ópticos, por ejemplo, la lente 204, 214 y 216 y un conjunto de filtros y/o polarizadores 206, 208, 210 y 212. Esta realización también puede construirse para realizar un reciclaje de luz, si se desea para el diseño de este sistema de proyector.

[0055] El primer modulador 221 puede comprender varios prismas 218a, 218b y un reflector 220. El reflector 220 puede comprender un conjunto DMD de reflectores, o un conjunto MEMS, o cualquier otro conjunto adecuado de reflectores posible que pueda reflejar luz en al menos dos o más trayectorias. Una trayectoria de este tipo se representa en la figura 2. Como puede observarse, los reflectores 220 dirigen la luz sobre la interfaz de los prismas 218a y 218b, de manera que la luz se refleja de ese modo en el conjunto de lente 222 y posteriormente al segundo modulador 229 (por ejemplo, que comprende el conjunto de lente 224, los prismas 226 y 230 y el reflector 228). Esta luz puede emplearse para formar la imagen finalmente proyectada para ser vista por una audiencia.

[0057] Sin embargo, en cierto momento durante la representación de la imagen proyectada final, puede no ser necesaria toda la potencia/energía de la fuente de luz 102. Si no es posible modular la potencia de la fuente de luz 102 (o si es difícil o si hay una oportunidad adicional para conservar la luz), entonces puede desearse reciclar la luz de la fuente de luz 102. En este caso, y tal como puede observarse en la figura 2, puede ser posible alinear el reflector 220 desde su posición actual tal como se muestra (es decir, donde la luz se dirige para recorrer la trayectoria hasta el segundo modulador, hasta la posición en su lugar donde la luz se reflejaría sustancialmente de vuelta a la varilla/tubo/caja de integración 202, a lo largo de sustancialmente la misma trayectoria tal como se describe como que se desplaza desde la dirección de derecha a izquierda.

[0059] En otra realización, una tercera trayectoria (opcional) (no mostrada) permite que los reflectores dirijan la luz desde la fuente de luz a un "volcado" de luz, es decir, una parte del sistema de proyector donde se absorbe la luz. En este caso, la luz se desperdicia como calor para disiparse del sistema de proyector. Por lo tanto, el sistema de proyector puede tener múltiples grados de libertad cuando se trata de dirigir la luz como se desee.

[0061] La figura 3 es otra realización más de un módulo de conducto de luz 300, que no está cubierto por las reivindicaciones, que puede servir para transmitir luz desde al menos una fuente y puertos de luz coloreada láser y/o parcialmente coherentes (por ejemplo, a través del lanzamiento de fibra 302, colimador 304, difusor 306). La luz de dicha fuente puede transmitirse a través de un primer subsistema óptico/relé difusor 308 para acondicionar la luz a introducir en la varilla de integración 312, que puede comprender el extremo proximal reflectante 310 (por ejemplo, espejo de reciclaje), tal como en la figura 3. Un segundo subsistema óptico/relé de reciclaje 314 puede acondicionar adicionalmente la luz según se desee antes de la entrada en un primer modulador 316. Al igual que con la figura 2 anterior, esta primera pata del módulo 300 puede afectar un modo de reciclaje de luz, como se analizó.

[0063] Después de la primera modulación, la luz puede transmitirse a través de un tercer subsistema óptico/relé PSF 318 antes de la entrada en un segundo modulador 320, que modula la luz para su transmisión a través de un subsistema óptico de proyector 322 para proyectar una imagen final para su visualización. Continuando con la referencia a la figura 3, se muestra un sistema óptico de relé 318 que se coloca entre un primer modulador 316 (por ejemplo, un premodulador) y un segundo modulador 320 (por ejemplo, un modulador primario/prisma de nueve piezas). Dicho sistema óptico de retransmisión puede ser deseable tanto para reducir la cantidad de artefactos en el procesamiento de imágenes como para aumentar el contraste de la imagen proyectada.

[0064] Tal como se analiza en el presente documento en el contexto de una realización, puede ser deseable que el primer modulador/premodulador produzca una imagen borrosa y/o desenfocada basándose en valores de datos de imagen, tal como la imagen de semitono mencionada en el presente documento. En muchas realizaciones, puede ser deseable tener un sistema óptico de relé que tienda a producir una imagen uniformemente borrosa/desenfocada del premodulador al modulador primario. Además, puede ser deseable tener una forma de punto desenfocado deseada para esta realización.

[0065] En muchas realizaciones, el sistema óptico de relé puede comprender lentes u otros elementos ópticos que mueven eficazmente el plano focal, corrigen cualquier coma y ajustan la propagación (por ejemplo, creando desenfoque/borrosidad y añadiendo aberración esférica a alguna cantidad deseada).

[0066] Realización de lanzamiento de fuente láser mejorada

[0067] En algunas realizaciones, cuando se lanza una fuente de luz láser de fibra única en un sistema con una varilla de integración, es deseable reducir la densidad de energía del punto láser en la cara de entrada, así como aumentar la diversidad de ángulos. La pluralidad de ángulos permite una mejor mezcla y una mayor uniformidad en el extremo de salida del integrador.

[0068] Además, en muchas realizaciones, puede ser deseable tener una iluminación sustancialmente sin estructura y/o uniforme en un plano imaginario en un punto deseado en la trayectoria de luz a través del proyector de imágenes. Por ejemplo, una realización sería tener esta iluminación deseada en un plano entre el primer modulador y el segundo modulador en un sistema de proyección de modulador dual. En tal caso, una iluminación de este tipo puede proporcionar una buena función de dispersión de puntos gaussianos (PSF) en este plano.

[0069] En muchas realizaciones, el sistema de proyección puede emplear una pequeña cantidad de fuentes de luz láser de fibra única. Puede ser suficiente que haya una buena distribución espacial y/o angular de la iluminación para el número discreto de fuentes de luz láser.

[0070] El uso de una multiplicidad de fibras y lente de ojo de mosca, en una realización, que no está cubierta por las reivindicaciones, por ejemplo, está dispuesta para producir un patrón repetitivo pero superpuesto de las múltiples fibras en la entrada de la varilla de integración. Tal como puede lograrse en esta y otras realizaciones descritas en el presente documento, el patrón de superposición en la entrada de la varilla de integración es un patrón de superposición desenfocado. Además, el sistema forma una cámara estenopeica con un rango focal infinito (o sustancialmente infinito), por lo que las imágenes aguas arriba deben ser lo más amplias y uniformes posible. Esta es la razón por la que puede ser deseable tener una imagen espacialmente diversa en la entrada a la varilla de integración.

[0071] En muchos sistemas de proyección, la uniformidad espacial en el modulador de luz espacial es un criterio importante, y los diseños ópticos de iluminación del proyector reflejan ese hecho; sin embargo, normalmente se hace muy poco esfuerzo para tener una buena diversidad angular. En determinadas arquitecturas de modulación dual, se forman imágenes del premodulador (premod) en el modulador primario, y es deseable que esta imagen sea borrosa (por ejemplo, como una versión de baja resolución de la imagen proyectada). Esto puede lograrse mediante desenfoque. Cuando se usa la lente de relé de modulación premod a primaria para lograr este desenfoque, se desea que la función de dispersión de puntos de la óptica tenga una estructura lisa. Con el fin de lograr esto, la iluminación de premod debe tener una buena uniformidad angular así como espacial. Muchas realizaciones de la presente solicitud proporcionan un sistema de iluminación con una distribución angular diversa (y lisa) así como una distribución espacial uniforme.

[0072] Además de mejorar la distribución angular de la luz láser (y particularmente, de una sola fuente de láser), puede desearse que ninguna estructura (o muy mínima) de la fuente de luz se traduzca en artefactos notables en la imagen proyectada.

[0073] En la situación que implica múltiples entradas de luz de fibra, la figura 4 representa el caso en el que múltiples entradas de láser 404 se introducen en un integrador (por ejemplo, una varilla de integración o similar). Tal como puede observarse, las entradas de luz de fibra discreta 404 son altamente visibles a través del área de sección transversal 402. No es deseable emplear esta estructura visible cuando se ilumina cualquier modulador aguas abajo. La figura 5 representa un área de sección transversal algo ideal de iluminación 502 que podría estar presente después del uso de un difusor. La figura 6 representa el área transversal 602 de iluminación que puede estar presente después del difusor. Dicho difusor puede usarse como un elemento óptico de extremo frontal antes de una varilla de integración, o posiblemente, entre dos o más varillas de integración empleadas en el sistema de proyector. La figura 7 muestra una supuesta distribución angular de iluminación que puede ocurrir después de la difusión de la luz después del difusor y la(s) varilla(s) de integración.

[0074] En comparación, la situación puede ser menos deseable en el caso en el que la iluminación proviene principalmente de una (o un número pequeño) de fibra(s) láser. La figura 8 representa la iluminación en sección transversal que se puede ver después de que la iluminación de una sola fibra se coloca en un integrador e ilumina un difusor (por ejemplo, posiblemente antes de entrar en otra etapa de integrador). Tal como puede observarse, hay una estructura visible 802 en esta área de sección transversal, y esto puede no ser una iluminación deseable para una etapa moduladora. La figura 9 representa el área de iluminación en sección transversal de esta luz después de una posible etapa difusora, de nuevo, alguna estructura puede ser visible con iluminación fuerte en la parte central 902, y patrones de iluminación más débiles en la esquina del área en sección transversal (por ejemplo, como se representa en 904).

[0076] La figura 10 representa una posible realización, que está cubierta por las reivindicaciones, de un lanzamiento de fibra de extremo frontal 1000 que puede mejorar la iluminación en sección transversal para procesamiento adicional por uno o más moduladores. Se puede ver que una única fuente de fibra láser 1002 ilumina un conjunto de elementos ópticos 1004 (colimador) que proporciona colimación sustancial a la fuente de luz. La luz sustancialmente colimada ilumina posteriormente un elemento de homogeneización óptico (por ejemplo, una disposición de lente de ojo de mosca) 1006. La disposición de lente de ojo de mosca puede disponerse directamente después del conjunto de elementos ópticos 1004 (colimador) que proporciona colimación sustancial a la fuente de luz. Tal como se analizará adicionalmente en el presente documento, la disposición de lente de ojo de mosca tendería a proporcionar una distribución angular de iluminación adecuada, en combinación con potencia óptica suficiente para enfocar sustancialmente la luz sobre una varilla de integración 1008. La disposición de lente de ojo de mosca se dispone directamente antes de la varilla de integración 108, es decir, se dispone directamente adyacente a la varilla de integración 108 a lo largo de la trayectoria de luz a través del lanzamiento de fibra de extremo frontal 1000. A partir de entonces, la luz de la varilla de integración 1008 puede iluminar el elemento óptico aguas abajo 1010 que puede proporcionar potencia óptica adicional que puede ser de iluminación en sección transversal deseable (como se representa en el plano imaginario 1012). Esta iluminación ilumina posteriormente un modulador (por ejemplo, primer modulador) 1014, tal como se analiza en el presente documento.

[0078] La figura 11 proporciona una vista más cercana de la disposición de lente de ojo de mosca 1006. La disposición 1006 comprende uno o más componentes ópticos (por ejemplo, tal como se muestra). La lente de ojo de mosca 1006a recibe luz de una disposición de colimador 1004 y una lente adicional 1006b proporciona potencia óptica para enfocar la luz en el puerto de la varilla de integración 1008. La combinación de la lente de ojo de mosca 1006a y la lente de enfoque 1006b tiende a crear un punto de forma rectangular en la entrada de integrador 1008, siendo la relación de aspecto del punto similar a la relación de aspecto de las facetas de 1006a, siempre que todas las facetas sean del mismo tamaño y forma. Debe apreciarse que la luz de la lente de ojo de mosca tiende a estar desprovista de estructura (por ejemplo, de la fuente de luz láser) y tiende a ser de una iluminación más uniforme que si la lente de ojo de mosca no estuviera presente en la trayectoria de la luz. La lente de ojo de mosca 1006a puede disponerse directamente después de la disposición de colimador 1004 (a lo largo de la trayectoria de luz), es decir, se pueden obtener imágenes directamente de la disposición de colimador 1004 con respecto a la lente de ojo de mosca 1006a. La lente de enfoque 1006b puede disponerse directamente después de la lente de ojo de mosca 1006a (a lo largo de la trayectoria de luz), es decir, se pueden obtener imágenes directamente de la lente de ojo de mosca 1006a con respecto a la lente de enfoque 1006b. La entrada de integrador 1008 está dispuesta directamente después de la lente de enfoque 1006b (a lo largo de la trayectoria de luz), es decir, se pueden obtener imágenes directamente de la lente de enfoque 1006b con respecto a la entrada de integrador 1008. Dicho de otro modo, no se disponen elementos ópticos adicionales entre la disposición de colimador 1004 y la lente de ojo de mosca 1006a, no se disponen elementos ópticos adicionales entre la lente de ojo de mosca 1006a y la lente de enfoque 1006b, y no se disponen elementos ópticos adicionales entre la lente de enfoque 1006b y la entrada de integrador 1008.

[0080] La figura 12 es una realización de una lente de ojo de mosca 1006a adecuada para los fines de la presente solicitud. Tal como puede observarse, se proporciona un conjunto de lentillas (por ejemplo, lentillas rectangulares) 1202 para proporcionar una distribución angular adecuada de la luz, por ejemplo, para la entrada en la varilla de integración. La figura 13 representa el área en sección transversal imaginaria 1012 para representar la iluminación después de que la luz se transmite a través de la disposición de lente de ojo de mosca y la varilla de integración 1008. En el plano 1012, se muestra una imagen del extremo de entrada del integrador 1008, mientras que el plano 1014 muestra la imagen del extremo de salida del integrador 1008. Resulta deseable que la distribución de luz en el plano 1012 sea lo más lisa posible.

[0082] Por el contrario, la figura 14 representa la iluminación en sección transversal imaginaria cuando no se emplea una lente de ojo de mosca. Tal como puede observarse, una iluminación en sección transversal imaginaria aparentemente discreta (sin lente FE de ojo de mosca) muestra el efecto de tener solo un pequeño punto iluminado en la entrada del integrador 1008.

[0084] En otras vistas, la figura 15 representa la imagen de una iluminación de punto único en el plano focal intermedio distal de la varilla de integración sin el uso de una lente de ojo de mosca en la trayectoria de la luz. En particular, la figura 15 representa la imagen en un plano focal intermedio con un sistema de proyector que comprende un difusor de ángulo relativamente pequeño, por ejemplo, difusor gaussiano de medio máximo de ancho completo (FWHM) de 5 grados entre varillas integradoras, y una iluminación de punto único en la entrada a las varillas integradoras.

[0085] La figura 16 representa la imagen de una iluminación de punto único en el plano focal intermedio distal de la varilla de integración y que emplea una lente de ojo de mosca en la trayectoria de la luz. Puede observarse que el uso de la lente de ojo de mosca proporciona una mejor iluminación uniforme y con mucha menos estructura. En particular, la figura 16 representa la imagen en un plano focal intermedio con un sistema de proyector que comprende un difusor de ángulo relativamente pequeño, por ejemplo, gaussiano medio máximo de ancho completo (FWHM) de 5 grados entre varillas de integración, y usando una iluminación de ojo de mosca para llenar la entrada de las varillas de integración. En otras realizaciones, el ángulo pequeño del difusor puede variar entre 2-10 grados. En una realización que tiene dos varillas de integración, un difusor está entre dos varillas de integración. Por ejemplo, en la figura 11, la varilla de integración 1008 puede construirse de dos o más varillas de integración. El difusor está entre dos varillas de integración. En muchos de los dibujos de la solicitud, solo se muestra una varilla de integración. En la figura 11, hay un elemento marcado como varilla de integración 1008. Este elemento puede considerarse una pieza separada delante de la varilla de integración (también mostrada en la figura 10). Puede hacerse que este sea el difusor (con un nuevo número) y llamarlo de manera apropiada en la memoria descriptiva. En el caso de modulación dual, cuando se enciende un solo píxel del premodulador, puede considerarse como una cámara estenopeica con una distancia focal infinita. Las imágenes aguas arriba pueden formarse en planos intermedios entre el premodulador y el modulador primario. Una sola imagen de fibra o múltiples imágenes de fibra en la entrada a la varilla de integración producen una estructura en la óptica PSF entre el premodulador y el modulador primario. Con el fin de evitar artefactos o estructura en la óptica PSF, la imagen aguas arriba debe ser lo más amplia y uniforme posible en la entrada a la varilla de integración.

[0086] Se utiliza un elemento de homogeneización óptica para difundir la luz que entra en la varilla de integración de modo que no haya ningún punto en el sistema en el que una imagen tenga estructura. El elemento de homogeneización óptico está formado por un conjunto de lentillas tal como una lente de ojo de mosca y una lente adicional, o, como una realización alternativa, que no está cubierta por las reivindicaciones, (como se muestra en las figuras 17A y B), un haz 1702 de varillas transparentes 1704 fusionadas entre sí. En el caso de un haz de varillas fusionadas, las interfaces pueden tener un índice de refracción más bajo, de modo que la luz se guía internamente para permanecer dentro de cada haz. En el caso de múltiples fibras ópticas, el haz de varillas fusionadas puede tener una separación similar a la separación de las fibras ópticas, de modo que la luz de cada fibra se extiende para llenar cada varilla.

[0087] Realizaciones alternativas

[0088] Para realizaciones alternativas, que no están cubiertas por las reivindicaciones, se puede emplear una sola lente de ojo de mosca con o sin un elemento óptico/lente adicional en una sola disposición. Puede ser suficiente que una lente de ojo de mosca proporcione la cantidad deseada de distribución angular de iluminación para la modulación aguas abajo. En otra realización, la lente de ojo de mosca puede hacer posible emplear una longitud de varilla de integración más pequeña de la que podría ser necesaria sin la lente de ojo de mosca. Para una realización, cuando un único haz se enfoca en un integrador de varilla (por ejemplo, sin difusor) como en 1008, la luz hace múltiples reflejos mientras pasa a través de la varilla. Debido a la simetría del haz láser único y la simetría bilateral de la varilla de integración 1008 (en una realización, rectangular o de alguna otra forma adecuada), el número de reflexiones realizadas (y, por lo tanto, la longitud) para lograr una salida sustancialmente uniforme en la salida de la varilla puede ser grande. El aumento de la diversidad de rayos de luz que inciden sobre la varilla de integración, tanto espacial como angularmente, reduce en gran medida el número de reflexiones dentro de la varilla para lograr la uniformidad. La combinación de 1006a y 1006b proporciona tal diversidad.

[0089] En otras realizaciones que comprenden más de un modulador, puede ser deseable emplear una lente de ojo de mosca que elimine sustancialmente cualquier estructura en un área en sección transversal intermedia en varios puntos, por ejemplo, entre la lente de ojo de mosca y la varilla de integración, entre la varilla de integración y el primer modulador, entre el primer modulador y el segundo modulador y/o entre cualquier etapa sucesiva del modulador.

[0090] Ahora se ha dado una descripción detallada de una o más realizaciones de la invención, leída junto con las figuras adjuntas, que ilustran los principios de la invención. Debe apreciarse que la invención se describe en relación con tales realizaciones, pero la invención no se limita a ninguna realización. El alcance de la invención solo está limitado por las reivindicaciones y la invención abarca numerosas alternativas, modificaciones y equivalentes. Se han expuesto numerosos detalles específicos en esta descripción con el fin de proporcionar una comprensión exhaustiva de la invención. Estos detalles se proporcionan con fines de ejemplo y la invención puede ponerse en práctica según las reivindicaciones sin algunos o todos estos detalles específicos. A efectos de claridad, el material técnico que se conoce en los campos técnicos relacionados con la invención no se ha descrito en detalle para que la invención no se enmascare innecesariamente.

Claims

1. REIVINDICACIONES

1. Sistema de proyección (1000), que comprende:

una fuente de luz láser (1002) configurada para emitir luz;

un colimador óptico (1004) configurado para colimar la luz emitida desde la fuente de luz (1002); un elemento de homogeneización óptico (1006) configurado para recibir la luz colimada y proporcionar una distribución angular aumentada de luz que incide sobre una varilla de integración (1008), en el que el elemento de homogeneización óptico comprende una lente de ojo de mosca (1006a) y una lente adicional (1006b), la lente de ojo de mosca recibe la luz colimada y la lente adicional proporciona la distribución angular de luz para procesamiento adicional a un primer modulador (1014);

la varilla de integración (1008), en la que el elemento de homogeneización óptico (1006) se dispone directamente adyacente a la varilla de integración (1008) a lo largo de una trayectoria de luz a través del sistema de proyección, en la que el elemento de homogeneización óptico (1006) se configura para enfocar la luz con la distribución angular sobre la varilla de integración (1008) y la varilla de integración (1008) se configura para recibir la luz enfocada desde el elemento de homogeneización óptico (1006) en una entrada de la varilla de integración (1008) y transmitir la luz; y

el primer modulador (1014) configurado para recibir la luz transmitida desde la varilla de integración y realizar una modulación a la luz para proyectar una imagen.

2. Sistema de proyección según la reivindicación 1, en el que el elemento de homogeneización óptico está configurado de modo que la luz recibida por la varilla de integración tiene una iluminación sustancialmente uniforme.

3. Sistema de proyección según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el elemento de homogeneización óptico está configurado de modo que la luz recibida por la varilla de integración carece sustancialmente de estructura desde la fuente de luz.

4. Sistema de proyección según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende, además:

un segundo modulador configurado para recibir la luz del primer modulador y realizar una modulación adicional a la luz para que el sistema de proyección proyecte la imagen.

5. Sistema de proyección según la reivindicación 4, en el que

el elemento de homogeneización óptico se configura de modo que la luz recibida por el segundo modulador esté sustancialmente desprovista de estructura desde la fuente de luz y/o

el elemento de homogeneización óptico está configurado de manera que la luz recibida por el segundo modulador tiene una iluminación sustancialmente uniforme.

6. Sistema de proyección según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la luz transmitida a través de la lente adicional crea sustancialmente un punto de forma rectangular y, preferiblemente, en el que el punto de forma rectangular coincide sustancialmente con una faceta de la varilla de integración.

7. Sistema de proyección de modulación dual que comprende:

un primer sistema de iluminación en color según cualquiera de las reivindicaciones 1-6, y

sistemas de iluminación en color segundo y tercero, cada uno configurado de manera similar al primer sistema de iluminación en color.

8. Método para proporcionar una distribución deseada de luz en un sistema de proyección,

que comprende:

colimar una luz emitida desde una fuente de luz láser;

aumentar la distribución angular de la luz que incide en una varilla de integración mediante un elemento de homogeneización óptico, en el que el elemento de homogeneización óptico comprende una lente de ojo de mosca y una lente adicional, la lente de ojo de mosca recibe la luz colimada y la lente adicional proporciona la distribución angular de luz para su procesamiento adicional a un primer modulador (1014);

disponer el elemento de homogeneización óptico (1006) directamente adyacente a la varilla de integración (1008) a lo largo de una trayectoria de luz a través del sistema de proyección;

enfocar la luz con la distribución angular sobre la varilla de integración;

recibir la luz enfocada desde el elemento de homogeneización óptico en una entrada de la varilla de integración;

transmitir la luz a través de la varilla de integración al primer modulador; y realizar una modulación a la luz para proyectar una imagen.