DE112005001817T5

DE112005001817T5 - Optische Systeme und Verfahren

Info

Publication number: DE112005001817T5
Application number: DE112005001817T
Authority: DE
Inventors: Scott Corvallis Lerner
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 2004-07-29
Filing date: 2005-07-14
Publication date: 2007-06-14
Also published as: US20060023176A1; JP2008508554A; WO2006019812A1; US7073909B2; GB2431731A; TW200606564A; GB0703254D0

Abstract

Ein Verfahren zum Betreiben eines Projektors, das folgende Schritte umfasst:
Empfangen von Licht (220₁) an einem Modulator (110) des Projektors;
Reflektieren des Lichts (220₁) von dem Modulator (110), wodurch erstes reflektiertes Licht (222₂) erzeugt wird;
Zurückleiten des ersten reflektierten Lichts (222₂) zu dem Modulator (110); und
Zurückreflektieren des ersten reflektierten Lichts (222₂) von dem Modulator, wodurch zweites reflektiertes Licht (224₁) erzeugt wird.

Description

Hintergrund
Digitale Projektoren umfassen häufig Mikroanzeigen, die Arrays von Pixeln enthalten (z. B. 1.280 × 1.024, usw.). Jedes Pixel umfasst normalerweise eine MEMS-Vorrichtung (MEMS-; MEMS = micro-electromechanical system = mikroelektromechanisches System), wie z. B. einen Mikrospiegel, eine Flüssigkristall-Auf-Silizium-(LcoS; LcoS = liquid crystal on silicon) Vorrichtung, einen interferenzbasierten Modulator, usw. Eine Mikroanzeige wird mit einer Lichtquelle und Projektionslinse des digitalen Projektors verwendet. Die Mikroanzeige empfängt Licht von der Lichtquelle. Wenn die Pixel der Mikroanzeige EIN sind, richten die Pixel das Licht zu der Projektionslinse. Die Projektionslinse bildet die Mikroanzeige ab und vergrößert dieselbe. Wenn die Pixel AUS sind, richten sie das Licht von der Lichtquelle weg von der Projektionslinse. Ein Teil des Lichts kann jedoch nach wie vor auf die Projektionslinse gerichtet sein, wenn die Pixel AUS sind, z. B. aufgrund von Reflektionen von dem Gehäuse der Mikroanzeige, usw. Dies verschlechtert das „Schwarz/Weiß-Kontrastverhältnis", das häufig als das Verhältnis des Lichts definiert ist, das durch die Projektionslinse abgebildet wird, wenn alle Pixel in der Mikroanzeige EIN sind, zu dem Licht, das durch die Projektionslinse abgebildet wird, wenn alle Pixel AUS sind und ist eine Messung der Schwärze des Schwarzzustands des Projektors.
Zusammenfassung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schafft ein Verfahren zum Betreiben eines Projektors, das das Empfangen von Licht an einem Modulator des Projektors, das Reflektieren des Lichts von dem Modulator, das Zurückleiten des reflektierten Lichts zu dem Modulator, und das Zurückreflektieren des reflektierten Lichts von dem Modulator umfasst.
Beschreibung der Zeichnungen
1 stellt einen Abschnitt eines Projektors gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dar.
2A bis 2D stellen einen Abschnitt eines Projektors beim Betrieb gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung dar.
Detaillierte Beschreibung
In der folgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Ausführungsbeispiele wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil derselben bilden, und in denen darstellend spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt sind, in denen die Erfindung praktiziert werden kann. Diese Ausführungsbeispiele sind ausreichend detailliert beschrieben, um es Fachleuten auf diesem Gebiet zu ermöglichen, die Erfindung zu praktizieren, und es ist klar, dass andere Ausführungsbeispiele verwendet werden können, und dass Änderungen des Prozesses, elektrische oder mechanische Änderungen durchgeführt werden können, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die folgende detaillierte Beschreibung ist daher nicht in einem beschränkenden Sinne zu sehen und der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ist nur durch die angehängten Ansprüche und Äquivalente derselben definiert.
1 stellt einen Abschnitt eines Projektors dar, z. B. für die Verwendung in einem Vorder- oder Rückprojektionssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Projektor umfasst einen Lichtmodulator 110. Für ein Ausführungsbeispiel ist der Lichtmodulator 110 ein mehrfarbiger Modulator, z. B. Rot, Blau und Grün. Für ein weiteres Ausführungsbeispiel ist der Lichtmodulator 110 einfarbig, wie z. B. Rot, und ein anderer Modulator 120, der durch gestrichelte Linien gezeigt ist, ist ein zweifarbiger Modulator, wie z. B. Blau und Grün. Die Modulatoren 110 und 120 können pixelierte MEMS-Vorrichtungen umfassen, wie z. B. Mikrospiegel oder interferenzbasierte Modulatoren, LCD-Vorrichtungen, usw. Ein optisches System 130 ist enthalten zum Empfangen von Licht von einer Lichtquelle 135 und Liefern des Lichts an den Modulator 110 oder die Modulatoren 110 und 120. Das optische System 130 liefert auch moduliertes Licht von dem Modulator 110 oder den Modulatoren 110 und 120 zu einem Auslass 140 des Projektors.
Das optische System 130 umfasst einen Polarisator (oder polarisierenden Strahlteiler) 150, wie z. B. einen polarisierenden Strahl teilenden Würfel oder eine solche Platte. Der Polarisator 150 ist zwischen dem Modulator 110 und einer Linse 155 angeordnet. Der Polarisator 150 ist auch zwischen einem Spiegel 160 und einer Linse 155 angeordnet. Die Linse 155 ist zwischen dem Polarisator 150 und einem Spiegel 165 angeordnet. Der Polarisator 150 lässt Licht durch, das eine Polarisation aufweist, und reflektiert Licht mit einer anderen Polarisation. Für Ausführungsbeispiele mit Modulatoren 110 und 120 ist ein dichroitischer Strahlteiler 170, wie z. B. ein dichroitischer Strahlteilungswürfel oder eine solche Platte zwischen dem Polarisator 150 und dem Modulator 120 und zwischen dem Modulator 110 und der Linse 155 angeordnet. Der dichroitische Strahlteiler 170 trennt Licht gemäß seiner Farbe, z. B. kann der dichroitische Strahlteiler 170 rotes Licht zu dem Modulator 110 durchlassen und blaues und grünes Licht zu dem Modulator 120 reflektieren.
Eine Viertel-Wellenlänge-Platte 175 ist zwischen dem Polarisator 150 und dem Modulator 110 angeordnet. Für ein Ausführungsbeispiel stößt die Viertel-Wellenlänge-Platte 175 gegen den Modulator 110 an. Für ein weiteres Ausführungsbeispiel ist eine Fläche 176 der Viertel-Wellenlänge-Platte 175 im Wesentlichen koplanar mit dem Spiegel 160. Für ein weiteres Ausführungsbeispiel ist eine Viertel-Wellenlänge-Platte 180 zwischen dem Modulator 120 und dem dichroitischen Strahlteiler 170 angeordnet.
Für ein Ausführungsbeispiel kann das optische System 130 als ein transparenter Festkörper gebildet sein, wie z. B. Glas, so dass die verschiedenen Komponenten oder optischen Systeme einstückig mit dem Festkörper sind. Das heißt, das Material des transparenten Festkörpers verbindet die Elemente physikalisch. Für ein weiteres Ausführungsbeispiel sind die Komponenten des optischen Systems physikalisch getrennt, d. h. sie sind nicht physikalisch verbunden. Beispielsweise können Gas gefüllte Zwischenräume, z. B. Luft oder Vakuumräume, die Komponenten des optischen Systems 130 trennen.
2A–2D stellen das optische System 130 beim Betrieb dar, gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das optische System 130 empfängt linear (oder eben) polarisiertes Licht bei einer ersten Polarisierung von der Lichtquelle 135. Das Licht dringt entlang einem Beleuchtungsweg 205 in das optische System 130 ein, wie es in 2A gezeigt ist. Für ein Ausführungsbeispiel ist der Beleuchtungsweg 205 in einem Winkel 210 bezüglich einer Achse 215 enthalten, die im Wesentlichen parallel zu der Fläche 176 der Viertel-Wellenlänge-Platte 175 ist (2A).
Wie es in 2A gezeigt ist, werden die ankommenden Lichtstrahlen, die durch einen Strahl 220₁ dargestellt sind, von dem Polarisator 150 zu der Linse 155 reflektiert. Der tiefgestellte Index „1" von „220" wird verwendet, um die erste Polarisation zu bezeichnen. Der Strahl 220₁ wird auf das Verlassen der Linse 155 hin gebrochen und wird im Wesentlichen durch den Spiegel 165 zu der Linse 155 reflek tiert. Der Strahl 220₁ wird auf das Verlassen der Linse 155 hin gebrochen und dringt in die Viertel-Wellenlänge-Platte 175 ein. Es ist anzumerken, dass sich die Polarisation des Strahls 220₁ ändert, d. h. kreisförmig polarisiert wird, wenn dieselbe durch die Viertel-Wellenlänge-Platte 175 verläuft. Der tiefergestellte Index „1" wird jedoch zu Erörterungszwecken beibehalten.
Wenn der Modulator 110 ein ist, reflektiert derselbe im Wesentlichen das gesamte Licht des Strahls 220₁ zurück durch die Viertel-Wellenlänge-Platte 175. Das Leiten des Strahls 220₁ durch die Viertel-Wellenlänge-Platte 175, das Zurückreflektieren desselben durch die Viertel-Wellenlänge-Platte 175 unter Verwendung des Modulators 110 dreht die Polarisation des Strahls 220 auf das Verlassen der Viertel-Wellenlänge-Platte 175 hin zu einer zweiten linearen (oder ebenen) Polarisation, die orthogonal zu der ersten Polarisation ist. Genauer gesagt, das kreisförmig polarisierte Licht ändert sich zu linear (oder eben) polarisiertem Licht bei der zweiten Polarisation, wenn dasselbe zurück durch die Viertel-Wellenlänge-Platte 175 verläuft. Der austretende Strahl wird als Strahl 222₂ bezeichnet, wobei der tiefergestellte Index „2" die zweite Polarisation bezeichnet, wie es in 2A gezeigt ist.
Wenn der Modulator 110 aus ist, absorbiert und/oder überträgt er den Großteil des Lichts von dem Strahl 220₁ und/oder reflektiert das Licht von dem Strahl 220₁ weg von dem optischen System 130. Der verbleibende Bruchteil wird von dem Modulator 110 zurück in das optische System 130 reflektiert. Dieses reflektierte Licht verläuft zurück durch die Viertel-Wellenlänge-Platte 175, so dass die Polarisation des Strahls 220₁ gedreht wird zu der zweiten Polarisation, auf das Verlassen der Viertel-Wellenlänge-Platte 175 hin, wie es eben beschrieben wurde, als Strahl 222₂ . Daher enthält der Strahl 222₂ im Wesentlichen das gesamte Licht, das der Strahl 220₁ enthält, wenn der Modu lator 110 ein ist und einen Bruchteil des Lichts, das der Strahl 220₁ enthält, wenn der Modulator 110 aus ist.
Es ist anzumerken, dass für Ausführungsbeispiele, die Modulatoren 110 und 120 und den dichroitischen Strahlteiler 170 umfassen, der dichroitische Strahlteiler 170 eine oder mehrere Farbkomponenten des Strahls 220₁ reflektiert, die dem Modulator 120 entsprechen, zu dem Modulator 120, und ein oder mehrere Farbkomponenten des Strahls 220₁ , die dem Modulator 110 entsprechen, zu dem Modulator 110 leitet.
Wie es in 2A gezeigt ist, dringt der Strahl 222₂ in die Linse 155 ein. 2B zeigt den Strahl 222₂ , der durch die Linse 155 verläuft und auf das Verlassen der Linse 155 hin auf den Spiegel 165 gebrochen wird. Der Spiegel 165 reflektiert den Strahl 222₂ zurück zu der Linse 155. Der Strahl 222₂ wird auf das Eindringen in die Linse 155 hin gebrochen und verläuft nachfolgend durch dieselbe zu dem Polarisator 150. Der Polarisator 150 leitet den Strahl 222₂ durch denselben und auf den Spiegel 160. Der Spiegel 160 reflektiert den Strahl 222₂ zu der Linse 155.
2C zeigt den Strahl 222₂ , der durch die Linse 155 verläuft und auf das Verlassen der Linse 155 hin auf den Spiegel 165 gebrochen wird. Der Spiegel 165 reflektiert den Strahl 222₂ zurück zu der Linse 155. Der Strahl 222₂ wird auf das Eindringen der Linse 155 hin gebrochen und verläuft nachfolgend durch dieselbe zu der Viertel-Wellenlänge-Platte 175. Der Strahl 222₂ verläuft durch die Viertel-Wellenlänge-Platte 175 und reflektiert von dem Modulator 110 zurück durch die Viertel-Wellenlänge-Platte 175. Wie es oben beschrieben ist, dreht dies die Polarisation des Strahls 222₂ orthogonal zurück zu der ersten Polarisation, so dass ein Strahl 224₁ die Viertel-Wellenlänge-Platte 175 verlässt und in die Linse 155 eintritt.
Es ist anzumerken, dass der Strahl 224₁ aus den oben beschriebenen Gründen im Wesentlichen das gesamte Licht enthält, das der Strahl 222₂ enthält, wenn der Modulator 110 ein ist und einen Bruchteil des Lichts, das der Strahl 222₂ enthält, wenn der Modulator 110 aus ist. Dies bedeutet, dass, wenn der Modulator 110 aus ist, der Strahl 224₁ schwärzer ist als der Strahl 222₂ , und somit der Kontrast verbessert ist im Vergleich zum Leiten des Lichts in den Modulator 110 nur einmal, während der Modulator 110 in dem Aus-Zustand ist. Darüber hinaus, wenn der Modulator 110 aus ist, und da der Strahl 222₂ einen Bruchteil des Lichts des Strahls 220₁ enthält, wenn der Strahl 220₁ in die Viertel-Wellenlängen-Platte 175 in 2A eindringt, enthält der Strahl 224₁ einen Bruchteil eines Bruchteils, z. B. etwa ein Viertel des Bruchteils des Lichts des Strahls 220₁ .
2D zeigt den Strahl 224₁ , der durch die Linse 155 verläuft und auf das Austreten aus der Linse 155 hin auf den Spiegel 165 gebrochen wird. Der Spiegel 165 reflektiert den Strahl 224₁ zurück zu der Linse 155. Der Strahl 224₁ wird auf das Eintreten in die Linse 155 hin gebrochen und verläuft nachfolgend durch dieselbe zu dem Polarisator 150. Der Polarisator 150 reflektiert den Strahl 224₁ zu einem Projektionsweg 230 und zu dem Auslass 140 des Projektors, wie es in 2D gezeigt ist. Für ein Ausführungsbeispiel ist der Projektionsweg 230 in einem Winkel 240 bezüglich der Achse 215 enthalten. Das Vergleichen des Projektionswegs 230 von 2D mit dem Beleuchtungsweg 205 von 2A zeigt, dass der Winkel 210, der den Beleuchtungsweg 205 enthält und der Winkel 240, der den Projektionsweg 230 enthält, auf gegenüberliegenden Seiten der Achse 215 liegen. Dies trennt den Beleuchtungsweg 205 von dem Projektionsweg 230.
Es ist anzumerken, dass es der Polarisator 150 aufgrund des Polarisationszustands des Lichts an dem Polarisator 150 Licht nicht erlaubt, das optische System 130 zu verlassen, bis es zwei Mal in den Modulator 110 verläuft. Wenn der Modulator 110 aus ist, reduziert dies das Licht, das das System 130 verlässt, und erzeugt dadurch schwärzere Schwarztöne und einen höheren Kontrast.
Schlussfolgerung
Obwohl hierin spezifische Ausführungsbeispiele dargestellt und beschrieben wurden, ist beabsichtigt, dass diese Erfindung nur durch die folgenden Ansprüche und Äquivalente derselben begrenzt ist.
Zusammenfassung
Verfahren und Vorrichtungen sind vorgesehen. Licht wird an einem Modulator (110) eines Projektors empfangen. Das Licht wird von dem Modulator (110) reflektiert, zu dem Modulator (110) zurückgeleitet und von dem Modulator (110) zurückreflektiert.

Claims

Ein Verfahren zum Betreiben eines Projektors, das folgende Schritte umfasst: Empfangen von Licht (220₁ ) an einem Modulator (110) des Projektors; Reflektieren des Lichts (220₁ ) von dem Modulator (110), wodurch erstes reflektiertes Licht (222₂ ) erzeugt wird; Zurückleiten des ersten reflektierten Lichts (222₂ ) zu dem Modulator (110); und Zurückreflektieren des ersten reflektierten Lichts (222₂ ) von dem Modulator, wodurch zweites reflektiertes Licht (224₁ ) erzeugt wird.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem das Zurückleiten des ersten reflektierten Lichts (222₂ ) zu dem Modulator (110) das Ändern einer Polarisation des ersten reflektierten Lichts (222₂ ) umfasst, wobei es das Ändern der Polarisation ermöglicht, dass das erste reflektierte Licht (222₂ ) zu dem Modulator (110) zurückgeleitet wird.
Das Verfahren gemäß Anspruch 2, bei dem das Zurückleiten des ersten reflektierten Lichts (222₂ ) zu dem Modulator (110) ferner das Reflektieren des ersten reflektierten Lichts (222₂ ) bei der geänderten Polarisation zu dem Modulator (110) umfasst.
Das Verfahren gemäß Anspruch 3, bei dem das Zurückleiten des ersten reflektierten Lichts (222₂ ) zu dem Mo dulator (110) ferner nach dem Reflektieren des ersten reflektierten Lichts (222₂ ) bei der geänderten Polarisation das Brechen des ersten reflektierten Lichts (222₂ ) bei der geänderten Polarisation umfasst.
Das Verfahren gemäß Anspruch 4, bei dem das Zurückleiten des ersten reflektierten Lichts (222₂ ) zu dem Modulator (110) ferner das Reflektieren des gebrochenen ersten reflektierten Lichts (222₂ ) bei der geänderten Polarisation zu dem Modulator (110) umfasst.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, das ferner folgende Schritte umfasst: Richten des Lichts (220₁ ) entlang einem Beleuchtungsweg (205) des Projektors zu einem Polarisator (150) des Projektors vor dem Empfangen dieses Lichts (220₁ ) an dem Modulator (110); Reflektieren des Lichts (220₁ ) von dem Polarisator (150) vor dem Empfangen des Lichts (220₁ ) an dem Modulator (110); und Leiten des zweiten reflektierten Lichts (224₁ ) zurückreflektiert von dem Modulator durch den Polarisator (150) und entlang einem Projektionsweg (230) des Projektors.
Das Verfahren gemäß Anspruch 6, bei dem der Beleuchtungsweg (205) in einem ersten Winkel (210) relativ zu einer Achse (215) enthalten ist, die im Wesentlichen parallel zu einer Fläche des Modulators (110) ist, und der Projektionsweg (230) in einem zweiten Winkel (240) relativ zu der Achse (215) enthalten ist, wobei der erste (210) und der zweite (240) Winkel auf gegenüberliegenden Seiten der Achse (215) liegen.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, das ferner das Leiten des Lichts (220₁ ) durch eine Viertel-Wellenlänge-Platte (175) vor dem Empfangen des Lichts (220₁ ) an dem Modulator (110), und das Leiten des ersten reflektierten Lichts (222₂ ) durch die Viertel-Wellenlänge-Platte (175) umfasst, vor dem Zurückleiten des ersten reflektierten Lichts (222₂ ) zu dem Modulator (110).
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, das ferner folgende Schritte umfasst: Entfernen von zumindest einer Farbkomponente von dem Licht (220₁ ), bevor das Licht (220₁ ) an dem Modulator (110) empfangen wird; und Senden der zumindest einen Farbkomponente an einen anderen Modulator (120) des Projektors.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem das erste reflektierte Licht (222₂ ) einen Bruchteil des Lichts (220₁ ) enthält, das an dem Modulator (110) empfangen wird, und das zweite reflektierte Licht (224₁ ) einen Bruchteil des ersten reflektierten Lichts (222₂ ) enthält.
Ein optisches System, das angepasst ist, um Licht zu und von einem Modulator (110) zu richten, wobei das optische System folgende Merkmale umfasst: einen Polarisator (150) zum Leiten von Licht (222₂ ) mit einer ersten Polarisation, das einmal durch den Modulator (110) reflektiert wurde, zurück zu dem Modulator (110), und zum Reflektieren von Licht (224₁ ) mit einer zweiten Polarisation, das zweimal durch den Modulator (110) reflektiert wurde, zu einem Ausgang des optischen Systems; und eine Viertel-Wellenlänge-Platte (175), die zwischen dem Modulator (110) und dem Polarisator (150) angeordnet ist, zum Ändern der Polarisation des Lichts von der ersten zu der zweiten Polarisation.
Das optische System gemäß Anspruch 11 umfasst ferner einen Spiegel (160) zum Reflektieren des Lichts mit der ersten Polarisation zurück zu dem Modulator, nachdem dasselbe durch den Polarisator (150) verläuft.
Das optische System gemäß Anspruch 11, bei dem der Polarisator (150) zwischen einem ersten Spiegel (160) und einer Linse (155) angeordnet ist, und die Linse (155) zwischen dem Polarisator (150) und einem zweiten Spiegel (165) angeordnet ist.
Das optische System gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13, das ferner einen dichroitischen Strahlteiler (170) umfasst, der so angeordnet ist, dass die Viertel-Wellenlänge-Platte (175) zwischen dem Modulator (110) und dem dichroitischen Strahlteiler (170) angeordnet ist, wobei der dichroitische Strahlteiler (170) dem Weiterleiten von zumindest einer Farbkomponente von Licht zu dem Modulator (110) dient, und zum Reflektieren der zumindest einen anderen Farbkomponente des Lichts zu einem anderen Modulator (120).