ES2844273T3 - Método y dispositivo para exponer una imagen - Google Patents

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ES2844273T3 ES10013296T ES10013296T ES2844273T3 ES 2844273 T3 ES2844273 T3 ES 2844273T3 ES 10013296 T ES10013296 T ES 10013296T ES 10013296 T ES10013296 T ES 10013296T ES 2844273 T3 ES2844273 T3 ES 2844273T3
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light
spatial light
light modulator
modulators
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ES10013296T
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Lorne Whitehead
Greg Ward
Wolfgang Stuerzlinger
Helge Seetzen
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Dolby Laboratories Licensing Corp
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Abstract

Un expositor (10B, 10C) que es un expositor de retroproyección o un expositor de proyección frontal, que comprende: - un proyector (37) que comprende: - una fuente de luz (12), - un primer panel de moduladores espaciales de luz tipo reflexión (16, 16A) ubicado para modular luz de la fuente de luz (12), y - un sistema óptico (17); - una pantalla (23, 34) que incluye un segundo panel de moduladores espaciales de luz (20, 36), el segundo panel de moduladores espaciales de luz (20, 36) es un modulador de luz tipo trasmisión en caso de un expositor de retroproyección y un modulador de luz tipo reflexión en caso de un expositor de proyección frontal, el sistema óptico configurado para representar luz modulada por el primer panel de moduladores espaciales de luz (16, 16A) sobre el segundo panel de moduladores espaciales de luz (20, 36); y - un controlador (39) configurado para recibir datos que definen una imagen, para generar sobre la base de los datos recibidos una primera señal de accionamiento para el primer panel de moduladores espaciales de luz (16, 16A) y una segunda señal de accionamiento para el segundo panel de moduladores espaciales de luz (20, 36) de modo que la luz modulada por los paneles de moduladores espaciales de luz primero y segundo (16, 16A; 20, 36) se aproxima a la imagen definida por los datos de imagen, y para controlar el primer panel de moduladores espaciales de luz (16, 16A) con la primera señal de accionamiento y el segundo panel de moduladores espaciales de luz (20, 36) con la segunda señal de accionamiento; - en donde la fuente de luz (12) se configura para emitir luz en una primera dirección paralela al segundo panel de moduladores espaciales de luz (20, 36); - en donde el primer panel de moduladores espaciales de luz (16, 16A) se configura para redirigir la luz que él modula en una dirección normal a dicha primera dirección.

Description

DESCRIPCIÓN
Método y dispositivo para exponer una imagen
Campo técnico
La invención se refiere a expositores para exponer imágenes digitales.
Antecedentes
El rango dinámico es la relación entre la intensidad de las partes con la luminancia más alta de una escena y las partes con menos luminancia de una escena. Por ejemplo, la imagen proyectada por un sistema de proyección de vídeo puede tener un rango dinámico máximo de 300:1.
El sistema visual humano es capaz de reconocer características en escenas que tienen rangos dinámicos muy altos. Por ejemplo, una persona puede mirar a las sombras de un garaje no iluminado en un día soleado y ver detalles de objetos en las sombras a pesar de que la luminancia en las zonas soleadas adyacentes puede ser miles de veces mayor que la luminancia en las partes sombreadas de la escena. Crear una renderización realista de una escena de este tipo puede requerir un expositor que tenga un rango dinámico superior a 1000:1. El término "alto rango dinámico" significa rangos dinámicos de 800:1 o más.
Los sistemas modernos de imágenes digitales son capaces de capturar y registrar representaciones digitales de escenas en las que se preserva el rango dinámico de la escena. Los sistemas de imágenes por ordenador son capaces de sintetizar imágenes con altos rangos dinámicos. Sin embargo, la tecnología de expositores actual no es capaz de renderizar imágenes de una manera que se reproduzcan exactamente rangos dinámicos altos.
La patente estadounidense n.° 5.978.142 de Blackham et al. describe un sistema para proyectar una imagen en una pantalla. El sistema tiene moduladores de luz primero y segundo que modulan ambos la luz de una fuente de luz. Cada uno de los moduladores de luz modula la luz de la fuente a nivel de píxel. La luz modulada por ambos moduladores de luz se proyecta en la pantalla.
La solicitud PCT n.° PCT/US01/21367 de Gibbon et al. describe un sistema de proyección que incluye un premodulador. El premodulador controla la cantidad de luz incidente en un dispositivo de exposición de espejo deformable. Se puede usar un premodulador separado para oscurecer una zona seleccionada (por ejemplo, un cuadrante).
El documento FR 2.702.299 A1 divulga un sistema de exposición que comprende un primer dispositivo de exposición policromático que emite una imagen a color y un dispositivo de exposición monocromático que emite una imagen monocromática superpuesta en la imagen a color.
Existe la necesidad de métodos y expositores rentables para exponer imágenes digitales que sean capaces de reproducir un amplio intervalo de intensidades de luz en las imágenes expuestas.
Compendio de la invención
La presente invención proporciona un expositor definido en la reivindicación 1 y un método para exponer una imagen definido en la reivindicación 6. Realizaciones preferidas se definen en las reivindicaciones dependientes.
A continuación, se describen aspectos adicionales de la invención y características de las realizaciones específicas de los métodos y dispositivos para exponer imágenes digitales descritas en la presente memoria.
Breve descripción de los dibujos
En los dibujos que ilustran realizaciones no limitativas de la invención,
La figura 1 es una ilustración esquemática de un expositor útil para entender la invención;
La figura 1A es una ilustración esquemática de una implementación específica del expositor de la figura 1;
La figura 2 es una ilustración esquemática de un expositor que comprende cuatro moduladores espaciales de luz; La figura 3 es una ilustración esquemática de un expositor de retroproyección según una realización adicional de la invención;
La figura 4 es una ilustración esquemática de un expositor de tipo proyección frontal según una realización adicional de la invención;
La figura 5 es un dibujo que ilustra una posible relación entre píxeles en un modulador espacial de luz de mayor resolución y píxeles en un modulador espacial de luz de menor resolución en un expositor según la invención; La figura 5A ilustra el efecto de proporcionar un modulador de luz que tiene una resolución menor que otro modulador de luz;
La figura 6 es una ilustración esquemática de un expositor de color de tipo proyección frontal que tiene una construcción de proyector alternativa;
Las figuras 6A y 6B son vistas en sección transversal ampliadas de partes de la pantalla de proyección frontal del expositor en color de la figura 6;
La figura 7 es un gráfico que ilustra cómo la luz representada sobre un modulador de luz de mayor resolución a partir de los píxeles de un modulador de luz de menor resolución se puede superponer para producir una variación suave de la intensidad de luz con la posición; y,
La figura 7A es un gráfico que ilustra cómo la variación de la intensidad de luz con la posición para la imagen de un píxel de un modulador de luz se puede representar como la convolución de un perfil cuadrado y una función de dispersión.
Descripción de las realizaciones preferidas
En la descripción siguiente, se exponen detalles específicos a fin de proporcionar una comprensión más completa de la invención. Sin embargo, la invención puede ponerse en práctica sin estos detalles. En otros ejemplos, no se muestran elementos bien conocidos ni se describen en detalle para evitar oscurecer innecesariamente la invención. La memoria descriptiva y los dibujos se considerarán, por consiguiente, en un sentido ilustrativo más que restrictivo.
La presente invención proporciona expositores capaces de renderizar imágenes con altos rangos dinámicos. Los expositores según la invención comprenden dos etapas de modulación de luz. La luz pasa a través de las etapas en serie para proporcionar una imagen que tiene un rango dinámico aumentado.
La figura 1 ilustra esquemáticamente un expositor 10 según una configuración simple para entender la invención. Los tamaños de los elementos y las distancias entre ellos en la figura 1 no son a escala. El expositor 10 comprende una fuente de luz 12. La fuente de luz 12 puede comprender, por ejemplo, una lámpara de proyección como puede ser una lámpara incandescente o una lámpara de arco, un láser u otra fuente de luz adecuada. La fuente de luz 12 puede comprender un sistema óptico que comprende uno o más espejos, lentes u otros elementos ópticos que cooperan para suministrar luz al resto del expositor 10.
En la realización ilustrada, la luz de la fuente de luz 12 se dirige hacia un primer modulador de luz 16. La fuente de luz 12 proporciona preferiblemente una iluminación significativamente uniforme del primer modulador de luz 16. El modulador de luz 16 comprende una distribución de elementos accesibles por dirección individualmente. El modulador de luz 16 puede comprender, por ejemplo, un LCD (pantalla de cristal líquido), que es un ejemplo de un modulador de luz de tipo transmisión o un DMD (dispositivo de espejo deformable), que es un ejemplo de un modulador de luz de tipo reflexión.
La circuitería del controlador de expositor (no se muestra en la figura 1) controla los elementos del modulador de luz 16 según los datos que definen una imagen que se expone.
La luz que ha sido modulada por el primer modulador de luz 16 se representa sobre una pantalla de retroproyección 23 mediante un sistema óptico 17 adecuado. La luz de una zona pequeña del primer modulador de luz 16 es dirigida por el sistema óptico 17 a una zona correspondiente en la pantalla de retroproyección 23. En la configuración ilustrada, el sistema óptico 17 comprende una lente que tiene una longitud focal f. En general, el sistema óptico 17 que representa la luz modulada por el primer modulador de luz 16 sobre la pantalla de retroproyección 23 puede comprender uno o más espejos, lentes u otros elementos ópticos. Dicho sistema óptico tiene la función de representar la luz modulada por el primer modulador de luz sobre un segundo modulador de luz.
En la realización ilustrada, la pantalla de retroproyección 23 comprende un segundo modulador de luz 20 y un colimador 18. Una función principal del colimador 18 es hacer que la luz que pasa a través de la pantalla de retroproyección 23 sea dirigida preferentemente hacia una zona de visualización. El colimador 18 puede comprender una lente de Fresnel, una lente holográfica o, como alternativa, otra disposición de una o más lentes y/u otros elementos ópticos que guiarán la luz en la dirección de una zona de visualización.
En la configuración ilustrada, el colimador 18 hace que la luz se desplace a través de los elementos del segundo modulador de luz 20 en una dirección que generalmente es normal a la pantalla 23. Cuando la luz incidente desde el colimador 18 se desplaza a través del segundo modulador de luz 20 se modula aún más. A continuación, la luz pasa a un difusor 22 que dispersa la luz saliente a través de un intervalo de direcciones de modo que un espectador ubicado en un lado opuesto del difusor 22 del primer modulador de luz 16 puede ver la luz que se origina desde toda la zona de la pantalla 23. En general, el difusor 22 puede dispersar la luz en una extensión angular diferente en los planos horizontal y vertical. El difusor 22 debería seleccionarse de modo que la luz modulada por el segundo modulador de luz 20 sea dispersada a través de un intervalo de ángulos tal que el ángulo de dispersión máximo sea, al menos, igual al ángulo delimitado por la pantalla 23 cuando se ve desde el lugar de visualización deseado.
La pantalla de retroproyección 23 puede diferir en área al primer modulador de luz 16. Por ejemplo, la pantalla de retroproyección 23 puede tener un área mayor que el primer modulador de luz 16. Cuando este es el caso, el sistema óptico 17 amplía el haz de luz modulado por el primer modulador de luz 16 para iluminar una zona más grande correspondiente en la pantalla de retroproyección 23.
El segundo modulador de luz 20 puede ser del mismo tipo que el primer modulador de luz 16 o un tipo diferente. Cuando los moduladores de luz primero y segundo 16 y 20 son ambos de tipos que polarizan la luz, el segundo modulador de luz 20 debe, en la medida de lo posible, orientarse de modo que su plano de polarización coincida con el de la luz incidente sobre él desde el primer modulador de luz 16.
El expositor 10 puede ser un expositor a color. Esto se puede conseguir de varias maneras, incluido:
hacer que uno del primer modulador de luz 16 y el segundo modulador de luz 20 sea un modulador de luz en color;
proporcionar una pluralidad de primeros moduladores de luz 16 diferentes que funcionan en paralelo en diferentes colores; y,
proporcionar un mecanismo para introducir rápidamente diferentes filtros de color en la trayectoria de la luz por delante del segundo modulador de luz 20.
Como ejemplo del primer planteamiento anterior, el segundo modulador de luz 20 puede comprender un panel LCD que tiene una pluralidad de píxeles, que comprenden cada uno varios subpíxeles de color. Por ejemplo, cada píxel puede comprender tres subpíxeles, uno asociado con un filtro rojo, uno asociado con un filtro verde y uno asociado con un filtro azul. Los filtros pueden estar integrados con el panel LCD.
Como se muestra en la figura 1 A, la fuente de luz 12, el primer modulador de luz 16 y el sistema óptico 17 pueden ser partes de un videoproyector digital 37 ubicado para proyectar una imagen definida por una señal 38A desde un controlador 39 sobre el lado posterior de la pantalla de retroproyección 23. Los elementos del segundo modulador de luz 20 están controlados por una señal 38B del controlador 39 para proporcionar una imagen a un espectador que tiene un alto rango dinámico.
Como se muestra en la figura 2, un expositor 10A puede comprender una o más etapas de modulación de luz adicionales 24. Cada etapa de modulación de luz adicional 24 comprende un colimador 25, un modulador de luz 26 y un sistema óptico 27 que enfoca la luz del modulador de luz 26 sobre la siguiente etapa de modulación de luz adicional 24 o sobre el colimador 18. En el dispositivo 10A de la figura 2 hay dos etapas de modulación de luz adicionales 24. Los dispositivos pueden tener una o más etapas de modulación de luz adicionales 24.
La luminancia de cualquier punto en el difusor de salida 22 se puede ajustar controlando la cantidad de luz transmitida por los elementos correspondientes de los moduladores de luz 16, 20 y 26. Este control puede ser proporcionado por un sistema de control adecuado (no se muestra en la figura 2) conectado para accionar cada uno de los moduladores de luz 16, 20 y 26.
Como se ha indicado anteriormente, los moduladores de luz 16, 20 y 26 pueden ser todos del mismo tipo o pueden ser de dos o más tipos diferentes. La figura 3 ilustra un expositor 10B según una realización alternativa de la invención que incluye un primer modulador de luz 16A que comprende un dispositivo de espejo deformable. Un dispositivo de espejo deformable es un dispositivo "binario" en el sentido de que cada píxel puede estar "encendido" o "apagado". Encendiendo y apagando rápidamente un píxel se pueden producir diferentes niveles de brillo evidentes. Dichos dispositivos se describen, por ejemplo, en las patentes estadounidenses n.°s 4.441.791 y 4.954.789 y se usan comúnmente en los videoproyectores digitales. La fuente de luz 12 y el primer modulador de luz 16 (o 16A) pueden ser la fuente de luz y el modulador de un videoproyector digital comercial, por ejemplo.
La figura 4 ilustra un expositor de tipo proyección frontal 10C según la invención. El expositor 10C comprende una pantalla 34. Un proyector 37 proyecta una imagen 38 en la pantalla 34. El proyector 37 comprende una fuente de luz 12 adecuada, un primer modulador de luz 16 y un sistema óptico 17 adecuado para proyectar una imagen definida por el primer modulador de luz 16 sobre la pantalla 34. El proyector 37 puede comprender un proyector de exposición disponible comercialmente. La pantalla 34 incorpora un segundo modulador de luz 36. El segundo modulador de luz 36 comprende varios elementos accesibles por dirección que pueden controlarse individualmente para afectar a la luminancia de una zona correspondiente de la pantalla 34.
El modulador de luz 36 puede tener cualquiera de diversas construcciones. Por ejemplo, el modulador de luz 36 puede comprender una distribución de elementos LCD que tienen cada uno una transmisividad controlable ubicada delante de un soporte reflectante. La luz proyectada por el proyector 37 atraviesa cada elemento LCD y se refleja de vuelta a través del elemento LCD mediante el soporte reflectante. La luminancia en cualquier punto de la pantalla 34 está determinada por la intensidad de la luz recibida en ese punto por el proyector 37 y el grado en que el modulador de luz 36 (por ejemplo, el elemento LCD en ese punto) absorbe la luz que se transmite a través de él.
El modulador de luz 36 también podría comprender una distribución de elementos que tienen propiedades de retroreflexión variable. Los elementos pueden ser prismáticos. Dichos elementos se describen, por ejemplo, en la patente estadounidense n.° 5.959.777 de Whitehead, titulada Passive High Efficiency Variable Reflectivity Image Display Device y la patente estadounidense de Whitehead et al. n.° 6.215.920, titulada Electrophoretic, High Index and Phase Transition Control of Total Internal Reflection in High Efficiency Variable Reflectivity Image Displays.
El modulador de luz 36 también podría comprender una distribución de elementos de exposición electroforéticos como se describe, por ejemplo, en la patente estadounidense de Albert et al.. n.° 6.172.798 titulada Shutter Mode Microencapsulated Electrophoretic Display; la patente estadounidense de Comiskey et al. n.° 6.120.839 titulada Electro-osmotic Displays and Materials for Making the Same; la patente estadounidense de Jacobson n.° 6.120.588 titulada: Electronically Addressable Microencapsulated Ink and Display; la patente estadounidense de Jacobson et al. n.° 6.323.989 titulada Electrophoretic Displays Using Nanoparticles; la patente estadounidense de Albert n.° 6.300.932 titulada Electrophoretic Displays with Luminescent Particles and Materials for Making the Same o la patente estadounidense de Comiskey et al. n.° 6.327.072 titulada Microcell Electrophoretic Displays.
Como se muestra en las figuras 6A y 6B, la pantalla 34 comprende preferiblemente un elemento de lente 40 que funciona para dirigir la luz preferentemente hacia los ojos de los espectadores. En la realización ilustrada, el elemento de lente 40 comprende una lente de Fresnel que tiene un punto focal significativamente coincidente con el vértice del cono de luz que se origina desde el proyector 37. El elemento de lente 40 podría comprender otro tipo de lente como puede ser una lente holográfica. El elemento de lente 40 incorpora centros de dispersión 45 que proporcionan un grado de difusión deseado en la luz reflejada desde la pantalla 34. En la realización ilustrada, el segundo modulador de luz 36 comprende un panel LCD reflectante que tiene un gran número de píxeles 42 que se apoyan en una capa reflectante 43 y montados en un soporte 47A.
Cuando el modulador de luz 36 comprende una distribución de elementos que tienen propiedades de retroreflexión variable, los propios elementos podrían diseñarse para dirigir la luz retrorreflejada preferentemente en la dirección de una zona de visualización delante de la pantalla 34. La capa reflectante 43 puede modelarse para dispersar la luz ya sea para aumentar el efecto de los centros de dispersión 45 o para sustituir los centros de dispersión 45.
Tal como se muestra en la figura 4, un controlador 39 proporciona datos que definen una imagen 38 a cada uno de los primeros moduladores de luz 16 y segundos moduladores de luz 36. El controlador 39 podría comprender, por ejemplo, un ordenador equipado con un adaptador de exposición adecuado. El controlador 39 puede comprender hardware de procesamiento de imágenes para acelerar las etapas de procesamiento de imágenes. La luminancia de cualquier punto en la pantalla 34 está determinada por el efecto combinado de los píxeles en el primer modulador de luz 16 y el segundo modulador de luz 36 que se corresponden con ese punto. Hay una luminancia mínima en los puntos para los que los píxeles correspondientes de los moduladores de luz primero y segundo se establecen en sus estados "más oscuros". Hay una luminancia máxima en los puntos para los que los píxeles correspondientes de los moduladores de luz primero y segundo se establecen en sus estados "más claros". Otros puntos tienen valores de luminancia intermedios. El valor máximo de luminancia podría ser, por ejemplo, del orden de 105 cd/m2. El valor mínimo de luminancia podría ser, por ejemplo, del orden de 10-2 cd/m2.
El coste de un modulador de luz y su circuitería de control asociada tiende a aumentar con el número de elementos accesibles por dirección en el modulador de luz. En algunas realizaciones de la invención, uno de los moduladores de luz tiene una resolución espacial significativamente mayor que la de uno o más de los otros moduladores de luz. Cuando uno o más de los moduladores de luz son dispositivos de menor resolución, el coste de un expositor según dichas realizaciones de la invención puede reducirse. En expositores de color que comprenden dos o más moduladores de luz, uno de los cuales es un modulador de luz en color (una combinación de una pluralidad de moduladores de luz monocromáticos puede constituir un modulador de luz en color como se muestra, por ejemplo, en la figura 6) y uno de los cuales es un modulador de luz de mayor resolución, el modulador de luz de mayor resolución también debería ser el modulador de luz en color. En algunas realizaciones, el modulador de luz de mayor resolución se representa sobre el modulador de luz de menor resolución. En otras realizaciones, el modulador de luz de menor resolución se representa sobre el modulador de luz de mayor resolución.
La figura 5 ilustra una posible configuración de píxeles en un expositor 10 como se muestra en la figura 1. Nueve píxeles 42 de un segundo modulador de luz 20 se corresponden con cada píxel 44 de un primer modulador de luz 16. El número de píxeles 42 del segundo modulador de luz 20 que se corresponde con cada píxel 44 del primer modulador de luz 16 puede variarse por cuestión de elección del diseño. Los píxeles 42 de los moduladores de luz primero y segundo 16 y 20 (o 36) de mayor resolución deberían ser lo suficientemente pequeños para proporcionar la resolución global deseada. En general, hay un compromiso entre el aumento de la resolución y el aumento del coste. En un expositor típico, el modulador de luz de mayor resolución proporcionará una distribución de píxeles que tendrá al menos unos pocos cientos de píxeles en cada dirección y más típicamente más de 1000 píxeles en cada dirección.
El tamaño de los píxeles 44 de los moduladores de luz primero y segundo de menor resolución determina la escala en la que se puede pasar de manera fiable de una intensidad máxima a una intensidad mínima. Considérese, por ejemplo, la figura 5A que representa una situación en la que se desea exponer una imagen de un punto pequeño con luminancia máxima sobre un gran fondo de luminancia mínima. Para obtener la máxima luminancia en un punto 49, los píxeles de cada uno de los moduladores de luz primero y segundo que se corresponden con el punto 49 deben establecer sus valores a la luminosidad máxima. Cuando los píxeles de un modulador de luz tienen una resolución menor que los píxeles del otro modulador de luz, algunos píxeles del modulador de luz de menor resolución se extenderán por la frontera del punto 49. Este es el caso, por ejemplo, en la figura 5A.
En el exterior del punto 49 hay dos regiones. En la región 48 no es posible establecer la luminancia a su valor mínimo porque en esa región el modulador de luz de menor resolución se establece a su valor de luminancia más alta. En la región 47A, ambos moduladores de luz pueden establecer a sus valores de luminancia más baja. Si, por ejemplo, cada uno de los moduladores de luz primero y segundo tiene un intervalo de luminancia de 1 a 100 unidades, entonces la región 49 podría tener una luminancia de 100x100=10.000 unidades, la región 48 tendría una luminancia de 100x1 =100 unidades y la región 47 tendría una luminancia de 1x1=1 unidades.
Como resultado de tener uno de los moduladores de luz de menor resolución que el otro, cada píxel del modulador de luz de menor resolución se corresponde con más de un píxel en el modulador de luz de mayor resolución. No es posible que los puntos correspondientes a un píxel cualquiera del modulador de luz de menor resolución y los diferentes píxeles del modulador de luz de mayor resolución tengan valores de luminancia en los extremos del rango dinámico del dispositivo. La diferencia máxima de luminancia entre dichos puntos está determinada por el rango dinámico proporcionado por el modulador de luz de mayor resolución.
En general, no es un problema que un expositor no sea capaz de hacer que los puntos espaciados muy juntos difieran en luminancia entre sí en todo el rango dinámico del expositor. De cualquier modo, el ojo humano tiene suficiente dispersión intrínseca que es incapaz de apreciar grandes cambios de luminancia que se producen en distancias muy cortas.
En un expositor según la invención que incluye un modulador espacial de luz de menor resolución y un modulador espacial de luz de mayor resolución, el controlador 39 puede determinar un valor para cada píxel del modulador espacial de luz de menor resolución y ajustar las señales que controlan el modulador espacial de luz de mayor resolución para reducir los artefactos que resultan del hecho de que cada píxel del modulador espacial de luz de menor resolución es común a una pluralidad de píxeles del modulador espacial de luz de mayor resolución. Esto se puede hacer de muchas maneras.
Por ejemplo, considere el caso en el que cada píxel del modulador espacial de luz de menor resolución se corresponde con una pluralidad de píxeles del modulador espacial de luz de mayor resolución. Los datos de imagen que especifican una imagen deseada se suministran al controlador. Los datos de imagen indican una luminancia deseada para una zona de imagen que se corresponde con cada uno de los píxeles del modulador espacial de luz de mayor resolución. El controlador puede establecer los píxeles del modulador de luz de menor resolución para proporcionar una aproximación de la imagen deseada. Esto podría conseguirse, por ejemplo, determinando una media o media ponderada de los valores de luminancia deseados en las zonas de imagen correspondientes a cada píxel del modulador de luz de menor resolución.
Posteriormente, el controlador puede establecer los píxeles del modulador de luz de mayor resolución para hacer que la imagen resultante se aproxime a la imagen deseada. Esto podría hacerse, por ejemplo, dividiendo los valores de luminancia deseados por la intensidad de luz incidente conocida desde el modulador de luz de menor resolución en los píxeles correspondientes del modulador de luz de mayor resolución. El procesamiento para generar las señales que accionan los moduladores de luz puede ser realizado sobre la marcha por el controlador 39; puede ser realizado anteriormente por el controlador 39 u otro dispositivo e integrarse en los datos de imagen, o puede realizarse algún procesamiento antes y el controlador 39 puede realizar el procesamiento final para generar las señales de control.
Si los píxeles de baja resolución son demasiado grandes, entonces un espectador puede distinguir un halo alrededor de los elementos brillantes en una imagen. Los píxeles de baja resolución son preferiblemente lo suficientemente pequeños para que el aspecto de manchas brillantes en fondos oscuros o de puntos oscuros en fondos brillantes no se degrade inaceptablemente. Actualmente se considera práctico proporcionar en el intervalo de aproximadamente 8 a aproximadamente 144, más preferiblemente de aproximadamente 9 a 36, píxeles en el modulador de luz de mayor resolución para cada píxel del modulador de luz de menor resolución.
El tamaño de los niveles en los que cada uno de los píxeles 42 y 44 pueden ajustar la luminancia de los puntos en la imagen no son necesariamente iguales. Los píxeles del modulador de luz de menor resolución pueden ajustar la intensidad de la luz en niveles más bastos que los píxeles del modulador de luz de mayor resolución. Por ejemplo, el modulador de luz de menor resolución puede permitir el ajuste de la intensidad de luz para cada píxel en un intervalo de intensidad de 1 a 512 unidades en 8 niveles, mientras que el modulador de luz de mayor resolución puede permitir el ajuste de la intensidad de luz para cada píxel en un intervalo en 512 niveles. Si bien los píxeles 42 y 44 se ilustran como cuadrados en la figura 5, esto no es necesario. Los píxeles 42 y/o 44 podrían ser de otras formas, como rectangulares, triangulares, hexagonales, redondos u ovalados.
Los píxeles del modulador de luz de menor resolución preferiblemente emiten luz que es algo difusa de modo que la intensidad de luz varía razonablemente suave a medida que se atraviesan píxeles del modulador de luz de menor resolución. Este es el caso donde la luz de cada uno de los píxeles del modulador de luz de menor resolución se extiende hacia los píxeles adyacentes, tal como se muestra en la figura 7. Como se muestra en la figura 7A, el perfil de intensidad de un píxel en el modulador de luz de menor resolución a menudo se puede aproximar mediante la función de dispersión gaussiana convolucionada con un perfil rectangular que tiene una anchura di igual a la anchura activa del píxel. La función de dispersión preferiblemente tiene una anchura completa a la mitad como máximo en el intervalo de 0,3xd2 a 3xd2 , donde d2 es el espaciamiento entre píxeles de centro a centro, a fin de producir la intensidad de luz deseada que varía suavemente. Típicamente d1 es casi igual a d2.
En la realización de la figura 5, cada píxel 42 comprende tres subpíxeles 43R, 43G y 43B (para una mayor claridad, la figura 5 omite los subpíxeles de algunos píxeles 42). Los subpíxeles 43R, 43G y 43B son accesibles por dirección de manera independiente. Están asociados respectivamente con los filtros de color rojo, verde y azul que están integrados en el segundo modulador de luz 20. En la técnica se conocen diversas construcciones de paneles de LCD que incluyen varios subpíxeles de color y que son adecuados para su uso en la presente invención.
En expositores de tipo proyección frontal (por ejemplo, el expositor 10C de la figura 4), típicamente es más práctico que el primer modulador de luz 16 comprenda un modulador de luz de alta resolución que proporcione información de color y que el modulador de luz 36 comprenda un modulador de luz monocromático. El modulador de luz 36 preferiblemente tiene elementos accesibles por dirección razonablemente pequeños de modo que las fronteras de sus elementos no forman un patrón de distracción visual. Por ejemplo, el modulador de luz 36 puede tener el mismo número de elementos accesibles por dirección que el proyector 37 (aunque cada uno de dichos elementos típicamente tendrá dimensiones significativamente mayores que el elemento correspondiente en el modulador de luz 16 del proyector 37).
El proyector 37 puede tener cualquier construcción adecuada. Todo lo que se requiere es que el proyector 37 pueda proyectar luz que haya sido modulada espacialmente para proporcionar una imagen en la pantalla 34. La figura 6 ilustra un sistema de exposición 10D según una realización alternativa adicional de la invención. El sistema 10D comprende una pantalla 34 que tiene un modulador de luz integrado 36 como se ha descrito anteriormente en referencia a la figura 4. El sistema 10D comprende un proyector 37A que tiene moduladores de luz separados 16R, 16G y 16B para cada uno de los tres colores. La luz modulada por cada uno de los moduladores de luz 16R, 16G y 16B se filtra mediante un filtro correspondiente de tres colores 47R, 47G y 47B. La luz modulada se proyecta sobre la pantalla 34 mediante sistemas ópticos 17. Una única fuente de luz 12 puede suministrar luz a los tres moduladores de luz 16R, 16G y 16B, o pueden proporcionarse fuentes de luz separadas (no se muestran).
Como será evidente para los expertos en la técnica a la luz de la descripción anterior, son posibles muchas alteraciones y modificaciones en la práctica de la presente invención. Por ejemplo:
• el difusor 22 y el colimador 18 podrían combinarse entre sí;
• el difusor 22 y el colimador 18 podrían invertirse en orden;
• se podrían proporcionar múltiples elementos cooperativos para realizar la difusión y/o colimación de luz;
• el orden en la pantalla 23 del segundo modulador de luz 20, colimador 18 y difusor 22 podría variarse;
la señal 38A que acciona el primer modulador de luz 16 puede comprender los mismos datos que accionan el segundo modulador de luz 20 o puede comprender datos diferentes.
Por consiguiente, el alcance de la invención debe interpretarse según la sustancia definida por las siguientes reivindicaciones.

Claims (10)

REIVINDICACIONES
1. Un expositor (10B, 10C) que es un expositor de retroproyección o un expositor de proyección frontal, que comprende:
- un proyector (37) que comprende:
o una fuente de luz (12),
o un primer panel de moduladores espaciales de luz tipo reflexión (16, 16A) ubicado para modular luz de la fuente de luz (12), y
o un sistema óptico (17);
- una pantalla (23, 34) que incluye un segundo panel de moduladores espaciales de luz (20, 36), el segundo panel de moduladores espaciales de luz (20, 36) es un modulador de luz tipo trasmisión en caso de un expositor de retroproyección y un modulador de luz tipo reflexión en caso de un expositor de proyección frontal, el sistema óptico configurado para representar luz modulada por el primer panel de moduladores espaciales de luz (16, 16A) sobre el segundo panel de moduladores espaciales de luz (20, 36); y
- un controlador (39) configurado para recibir datos que definen una imagen, para generar sobre la base de los datos recibidos una primera señal de accionamiento para el primer panel de moduladores espaciales de luz (16, 16A) y una segunda señal de accionamiento para el segundo panel de moduladores espaciales de luz (20, 36) de modo que la luz modulada por los paneles de moduladores espaciales de luz primero y segundo (16, 16A; 20, 36) se aproxima a la imagen definida por los datos de imagen, y para controlar el primer panel de moduladores espaciales de luz (16, 16A) con la primera señal de accionamiento y el segundo panel de moduladores espaciales de luz (20, 36) con la segunda señal de accionamiento;
- en donde la fuente de luz (12) se configura para emitir luz en una primera dirección paralela al segundo panel de moduladores espaciales de luz (20, 36);
- en donde el primer panel de moduladores espaciales de luz (16, 16A) se configura para redirigir la luz que él modula en una dirección normal a dicha primera dirección.
2. Un expositor (10B, 10C) según la reivindicación 1, en donde el segundo panel de moduladores espaciales de luz (20, 36) comprende un panel LCD a color.
3. Un expositor (10B, 10C) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2 en donde el primer panel de moduladores espaciales de luz (16, 16A) tiene una menor resolución que el segundo panel de moduladores espaciales de luz (20, 36), y en donde el proyector (37) se configura para emitir luz que se difunde de modo que la intensidad de luz varía suavemente conforme se atraviesan elementos controlables del primer panel de moduladores espaciales de luz (16, 16A).
4. Un expositor (10B, 10C) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3 en donde el primer panel de moduladores espaciales de luz (16, 16A) incluye moduladores de luz separados (16R, 16G, 16R) para cada uno de tres colores, en donde luz modulada por cada uno de moduladores de luz (16R, 16G, 16R) es filtrada por uno correspondiente de tres filtros coloreados (47R, 47G, 47B), en donde el sistema óptico (17) incluye tres sistemas ópticos, y en donde el proyector (37) comprende una pluralidad de fuentes de luz separadas.
5. Un expositor (10B, 10C) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 en donde el sistema óptico (17) comprende uno o más espejos.
6. Un método para exponer una imagen definida por datos de imagen por medio de un expositor de retroproyección o un expositor de proyección frontal, el método comprende:
hacer funcionar una fuente de luz (12) de un proyector (37) para que emita luz en una primera dirección paralela a un segundo panel de moduladores espaciales de luz (20, 36), el proyector comprende un primer panel de moduladores espaciales de luz tipo reflexión (16, 16A) ubicado para modular luz de la fuente de luz (12);
redirigir, en el primer panel de moduladores espaciales de luz tipo reflexión (16, 16A), la luz que el proyector (37) modula en una dirección normal a dicha primera dirección;
representar dicha luz sobre el segundo panel de moduladores espaciales de luz (20, 36) mediante un sistema óptico (17), en donde el segundo panel de moduladores espaciales de luz se incluye en una pantalla y es un modulador de luz tipo trasmisión en caso de un expositor de retroproyección y un modulador de luz tipo reflexión en caso de un expositor de proyección frontal;
generar por medio de un controlador sobre la base de los datos de imagen una primera señal de accionamiento para el primer panel de moduladores espaciales de luz (16, 16A) y una segunda señal de accionamiento para el segundo panel de moduladores espaciales de luz (20, 36) de modo que la luz modulada por los paneles de moduladores espaciales de luz primero y segundo (16, 16A; 20, 36) se aproxime a imagen definida por los datos de imagen; y
controlar el primer panel de moduladores espaciales de luz (16, 16A) con la primera señal de accionamiento y el segundo panel de moduladores espaciales de luz (20, 36) con la segunda señal de accionamiento, por medio del controlador.
7. Un método según la reivindicación 6 en donde el primer panel de moduladores espaciales de luz (16, 16A) tiene una menor resolución que el segundo panel de moduladores espaciales de luz (20, 36), que comprende configurar el proyector (37) de manera que emita luz difusa de manera que la luz representada sobre el segundo panel de moduladores espaciales de luz (20, 36) varíe suavemente a través del segundo panel de moduladores espaciales de luz (20, 32).
8. Un método según la reivindicación 6 o 7 en donde el segundo panel de moduladores espaciales de luz (20, 36) tiene una resolución más alta que el primer panel de moduladores espaciales de luz (16, 16A) y en donde generar la segunda señal de accionamiento para el segundo panel de moduladores espaciales de luz (20, 36) comprende dividir valores de luminancia deseados por los valores de intensidades determinados de la luz que ilumina el segundo panel de moduladores espaciales de luz (20, 36) en los elementos del segundo panel de moduladores espaciales de luz (20, 36).
9. Un método según la reivindicación 6 en donde el primer panel de moduladores espaciales de luz (16, 16A) del proyector (37) y el segundo panel de moduladores espaciales de luz (20, 36) tienen diferentes resoluciones espaciales.
10. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 9 en donde el proyector (37) se configura para proyectar luz coloreada y el método comprende establecer colores de la luz coloreada sobre la base de los datos de imagen por medio de moduladores de luz separados para cada uno de los tres colores, tres filtros de color correspondientes y tres sistemas ópticos.
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