ES2351206T3

ES2351206T3 - Dispositivo de visualización de alta relación de contraste dinámico.

Info

Publication number: ES2351206T3
Application number: ES02701139T
Authority: ES
Inventors: Helge Seetzen; Greg Ward; Wolfgang Stuerzlinger; Lorne Whitehead
Original assignee: Dolby Laboratories Licensing Corp
Current assignee: Dolby Laboratories Licensing Corp
Priority date: 2001-02-27
Filing date: 2002-02-27
Publication date: 2011-02-01
Anticipated expiration: 2022-02-27
Also published as: ES2871000T3; US6891672B2; US20120188296A1; JP6010099B2; US8419194B2; US20090085929A1; US8684533B2; ATE479129T1; JP2009282548A; EP2312379B1; EP2267520B1; DK1390806T3; JP6232405B2; ES2689739T3; US7801426B2; US7413309B2; US7942531B2; EP2309314A8; US20130148037A1; HK1069212A1

Abstract

Un visualizador que comprende: un primer medio (12, 16) que comprende una fuente de luz (12) y la pluralidad de elementos controlables (44) para proporcionar luz espacialmente modulada en una primera resolución espacial; un sistema óptico (17, 27); un segundo medio que comprende una pluralidad de elementos controlables (42) para adicionalmente modular espacialmente la luz (20, 26, 34); y un controlador para la aplicación de las señales de control (38A, 38B) a los elementos controlables del primer medio (12, 16) y del segundo medio (20, 26, 34); caracterizado porque: el sistema óptico (17, 27) proyecta cada elemento controlable (44) en uno del primero y el segundo medio (16) sobre una pluralidad de elementos controlables (42) en el otro del primer y segundo medio (20, 26, 34); y el controlador se configura para proporcionar una primera señal de control (38A) para controlar los elementos controlables (44) del primer medio para proporcionar una aproximación a la imagen deseada y para proporcionar una segunda señal de control (38B) para controlar los elementos controlables (42) del segundo medio para corregir la aproximación a la imagen deseada.

Description

La invención se refiere a visualizadores para la visualización de imágenes digitales.

La relación de contraste dinámico es la relación de intensidad de las partes de luminancia más alta de una escena y las partes de luminancia más baja de una escena. Por ejemplo, la imagen proyectada por un sistema de proyección de vídeo puede tener una relación de contraste dinámico máxima de 300:1.

El sistema visual humano es capaz de reconocer características en escenas que tengan una elevada relación de contraste dinámico. Por ejemplo, una persona puede ver en las sombras de un garaje sin iluminar en un día con luz solar brillante y ver detalles de los objetos en las sombras aunque la luminancia en las áreas adyacentes con luz solar pueda ser miles de veces mayor que la luminancia en las partes en sombra de la escena. Crear una representación realista de tal escena puede requerir un visualizador que tenga una relación de contraste dinámico por encima de 1000:1. La expresión “alta relación de contraste dinámico” significa relaciones de contraste dinámico de 800:1 o mayores.

Los sistemas modernos de representación de imágenes digitales son capaces de capturar y registrar representaciones digitales de escenas en las que se mantiene la relación de contraste dinámico de la escena. Los sistemas de representación de imágenes por ordenador son capaces de sintetizar imágenes que tengan altas relaciones de contraste dinámico. Sin embargo, la tecnología de visualizadores actual no es capaz de representar imágenes de una forma que reproduzca fielmente las relaciones de contraste dinámico elevadas.

Blackham y col., Patente de Estados Unidos Nº 5.978.142, desvela un sistema para la proyección de una imagen sobre una pantalla. El sistema tiene un primer y un segundo modulador de luz en que ambos modulan la luz de una fuente de luz. Cada uno de los moduladores de luz modula la luz desde la fuente en el nivel de píxel. La luz modulada por ambos moduladores de luz se proyecta sobre la pantalla.

Gibbon y col., solicitud de PCT Nº PCT/US01/21367 desvela un sistema de proyección que incluye un modulador previo. El modulador previo controla la cantidad de luz incidente en un dispositivo de visualización de espejo deformable. Se puede usar un modulador previo separado para oscurecer un área seleccionada (por ejemplo un cuadrante).

Existe una necesidad de visualizadores efectivos en coste capaces de reproducir un contraste amplio de intensidades de luz en las imágenes visualizadas.

La presente invención proporciona visualizadores para la visualización de imágenes y procedimientos para la visualización de imágenes. Un aspecto de la invención proporciona un visualizador que comprende: una fuente de luz; un primer modulador de luz espacial colocado para modular la luz desde la fuente de luz; una pantalla de visualización que comprende un segundo modulador de luz espacial y, un sistema óptico configurado para proyectar la luz modulada por el primer modulador de luz espacial sobre la primera cara de la pantalla de visualización.

Más específicamente, un aspecto de la invención proporciona un visualizador como se define en la reivindicación 1 adjunta a la presente.

Las características preferidas del visualizador de la invención se indican en las reivindicaciones dependientes 2-40 adjuntas a la presente.

Se desvela también en el presente documento un visualizador que comprende: una fuente de luz; un primer modulador de luz espacial colocado para modular la luz desde la fuente de luz, comprendiendo el primer modulador de luz espacial una matriz de píxeles controlables; y un segundo modulador de luz espacial colocado para modular la luz modulada por el primer modulador de luz espacial comprendiendo el segundo modulador de luz espacial una matriz de píxeles controlables; en el que cada píxel de uno de entre el primer y segundo modulador de luz espacial corresponde a una pluralidad de píxeles del otro de entre el primer y el segundo modulador de luz.

Se desvela también en el presente documento un visualizador que comprende: un primer medio de modulación espacial para proporcionar luz modulada espacialmente en una primera resolución espacial; una pantalla de visualización que comprende un segundo medio de modulación espacial para adicionalmente modular espacialmente la luz en una segunda resolución diferente de la primera resolución; y un medio para controlar el primer y segundo medio de modulación espacial para visualizar una imagen definida por los datos de imagen.

Aún un aspecto de la invención proporciona un procedimiento para la visualización de una imagen como se define en la reivindicación 41 adjunta a la presente.

Las características preferidas del procedimiento de acuerdo con este aspecto de la invención se indican en las reivindicaciones dependientes 42-51 adjuntas a la presente.

Se desvela en el presente documento también un procedimiento para la visualización de una imagen que tenga una alta relación de contraste dinámico. El procedimiento comprende: la generación de luz, la modulación espacialmente de la luz de acuerdo con los datos de imagen en una primera etapa de modulación de luz; y la proyección de la luz modulada espacialmente sobre una pantalla que comprende un modulador de luz.

Los aspectos adicionales de la invención y las características de las realizaciones específicas de la invención se describen a continuación. Breve descripción de los dibujos

En los dibujos que ilustran las realizaciones no limitadoras de la invención,

la Figura 1 es una ilustración esquemática de un visualizador de acuerdo con una realización de la invención;

la Figura 1A es una ilustración esquemática de una implementación específica del visualizador de la Figura 1;

la Figura 2 es una ilustración esquemática de un visualizador de acuerdo con una realización alternativa de la invención que comprende cuatro moduladores de luz espaciales;

la Figura 3 es una ilustración esquemática de un visualizador del tipo de retroproyección de acuerdo con una realización adicional de la invención;

la Figura 4 es una ilustración esquemática de un visualizador del tipo de proyección frontal de acuerdo con aún una realización adicional de la invención;

la Figura 5 es un dibujo que ilustra una posible relación entre los píxeles en un modulador de luz espacial de más alta resolución y los píxeles en un modulador de luz espacial de más baja resolución en un visualizador de acuerdo con la invención;

la Figura 5A ilustra un efecto al proporcionar un modulador de luz que tenga una resolución más baja que otro modulador de luz;

la Figura 6 es una ilustración esquemática de un visualizador en color del tipo de proyector frontal que tenga una construcción de proyector alternativa;

las Figuras 6A y 6B son vistas en sección transversal extendida de partes de la pantalla de proyección frontal del visualizador de color de la Figura 6;

la Figura 7 es una ilustración gráfica de cómo la luz proyectada sobre un modulador de luz de más alta resolución a partir de píxeles de un modulador de luz de más baja resolución pueden solaparse para producir una suave variación en la intensidad de luz con la posición; y

la Figura 7A es una ilustración gráfica de cómo la variación en 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 en una función de distribución. Descripción

A lo largo de la siguiente descripción, se establecen los detalles específicos para proporcionar una comprensión más completa de la invención. Sin embargo, la invención se puede poner en práctica sin estas particularidades. En otros casos, no se han mostrado o descrito en detalle los elementos bien conocidos para evitar ofuscar innecesariamente la invención. En consecuencia, la especificación y los dibujos se han de considerar en un sentido ilustrativo y no restrictivo.

La presente invención proporciona visualizadores capaces de representar imágenes con altas relaciones de contraste dinámico. Los visualizadores de acuerdo con la invención comprenden dos etapas de modulación de luz. La luz pasa en serie a través de las etapas para proporcionar una imagen que tenga una relación de contraste dinámico incrementada.

La Figura 1 ilustra esquemáticamente un visualizador 10 de acuerdo con una realización simple de la invención. Los tamaños de los elementos y las distancias entre ellos en la Figura 1 no están a escala. El visualizador 10 comprende una fuente de luz 12. La fuente de luz 12 puede, por ejemplo, estar compuesta de una lámpara de proyección tal como una lámpara incandescente o una lámpara de arco, un láser u otra fuente de luz adecuada. La fuente de luz se puede componer de un sistema óptico que comprende uno o más espejos, lentes u otros elementos ópticos que cooperan para suministrar luz al resto del visualizador 10.

En la realización ilustrada, la luz de la fuente de luz 12 se dirige hacia el primer modulador de luz 16. La fuente de luz 12 proporciona preferentemente una iluminación sustancialmente uniforme del primer modulador de luz 16. El modulador de luz 16 comprende una matriz de elementos que se pueden direccionar individualmente. El modulador de luz 16 puede comprender, por ejemplo, una LCD (visualizador de cristal líquido), que es un ejemplo de un modulador de luz del tipo de transmisión o un DMD (dispositivo de espejo deformable), que es un ejemplo de un modulador del tipo de reflexión. Los circuitos controladores del visualizador (no mostrados en la Figura 1) controlan los elementos del modulador de luz 16 de acuerdo con los datos que definan una imagen que se esté visualizando.

La luz que se ha modulado mediante el primer modulador de luz 16 se proyecta sobre una pantalla de retro-proyección 23 mediante un sistema óptico adecuado 17. La luz desde una pequeña área del primer modulador de luz 16 se dirige mediante el sistema óptico 17 a un área correspondiente sobre la pantalla de retro-proyección 23. En la realización ilustrada, el sistema óptico 17 comprende una lente que tiene una longitud focal f. En general, el sistema óptico 17 que proyecta la luz modulada por el primer modulador de luz 16 sobre la pantalla de retro-proyección 23 puede comprender uno o más espejos, lentes u otros elementos ópticos. Tal sistema óptico tiene la función de proyectar la luz modulada por el primer modulador de luz sobre un segundo modulador de luz.

En la realización ilustrada, la pantalla de retro-proyección 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 retro-proyección 23 se dirija preferentemente hacia un área de visión. El colimador 18 puede comprender una lente Fresnel, una lente holográfica o, en la alternativa, otra disposición de una o más lentes y/u otros elementos ópticos que guían la luz en la dirección de un área de visión.

En la realización ilustrada, el colimador 18 hace que la luz pase a través de los elementos de un segundo modulador de luz 20 en una dirección que es generalmente normal a la pantalla 23. Cuando la luz incidente del colimador 18 pasa a través del segundo modulador de luz 20 se modula adicionalmente. La luz pasa entonces a un difusor 22 que dispersa la luz saliente a través de un intervalo de direcciones de modo que un espectador situado en un lado opuesto al difusor 22 del primer modulador de luz 16 pueda ver la luz que se origina desde todo el área 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 se debería seleccionar de modo que la luz modulada por el segundo modulador de luz 20 se disperse a través de un intervalo de ángulos de modo que el ángulo de dispersión máximo sea al menos igual al ángulo subtendido por la pantalla 23 cuando se observa desde una posición de visualización deseada.

La pantalla de retro-proyección 23 puede diferir en área respecto al primer modulador de luz 16. Por ejemplo, la pantalla de retro-proyección 23 puede ser de mayor área que el primer modulador de luz 16. Si es este el caso, el sistema óptico 17 expande el haz de luz modulada por el primer modulador de luz 16 para iluminar un área correspondientemente más grande sobre la pantalla de retro-proyección 23.

El segundo modulador de luz 20 puede ser del mismo tipo que el primer modulador de luz 16 o de un tipo diferente. En el caso en que el primer y el segundo moduladores de luz 16 y 20 sean ambos de tipos que polaricen la luz, el segundo modulador de luz 20 debería, hasta el punto en que sea práctico, orientarse de modo que su plano de polarización se ajuste al de la luz incidente sobre él procedente del primer modulador de luz 16.

El visualizador 10 puede ser un visualizador en color. Esto puede conseguirse de varias formas que incluyen:

•: realizar uno de entre el primer modulador de luz 16 y el segundo modulador de luz 20 como un modulador de luz en color;

•: proporcionar una pluralidad de diferentes primeros moduladores de luz 16 que funcionen 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 procedimiento anterior, el segundo modulador 20 puede comprender un panel LCD que tenga una pluralidad de píxeles comprendiendo cada uno un número de subpíxeles coloreados. 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 ser parte integral del panel LCD.

Como se muestra en la Figura 1A, la fuente de luz 12, el primer modulador de luz 16 y el sistema óptico 17 pueden ser todos ellos parte de un proyector de video digital 37 colocado para proyectar una imagen definida por una señal 38A desde un controlador 39 sobre la parte posterior de una pantalla de retro-proyección 23. Los elementos del segundo modulador de luz 20 se controlan mediante una señal 38B desde un controlador 39 para proporcionar una imagen que tenga una alta relación de contraste dinámico a un observador.

Como se muestra en la Figura 2, un visualizador 10A de acuerdo con la invención puede comprender una o más etapas de modulación de luz 24. Cada etapa de modulación de luz 24 adicional comprende un colimador 25, un modulador de luz 26 y un sistema óptico 17 que enfoca la luz del modulador de luz 26 sobre o bien la siguiente etapa de modulación de luz 24 adicional o bien sobre el colimador 18. En el dispositivo 10A de la Figura 2 hay dos etapas de modulación de luz 24 adicionales. Los dispositivos de acuerdo con la presente realización de la invención pueden tener una o más etapas de modulación de luz 24 adicionales.

La luminancia de cualquier punto sobre el difusor de salida 22 se puede ajustar mediante el control de la cantidad de luz que pasa por los elementos correspondientes de los moduladores de luz 16, 20 y 26. Este control se puede proporcionar mediante un sistema de control adecuado (no mostrado en la Figura 2) conectado para controlar 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 visualizador 10B de acuerdo con 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 tanto “abierto” como “cerrado”. Se pueden producir los diferentes niveles de brillo aparente mediante la rápida conmutación de un píxel de abierto a cerrado. Tales dispositivos se describen, por ejemplo, en las Patentes de Estados Unidos Números 4.441.791 y 4.954.789 y se usan comúnmente en proyectores de video digitales. La fuente de luz 12 y el primer modulador de luz 16 (o 16A) pueden ser, por ejemplo, la fuente de luz y modulador de un proyector de video digital comercial.

La Figura 4 ilustra un visualizador del tipo de proyección frontal 10C de acuerdo con la invención. El visualizador 10C comprende una pantalla 34. Un proyector 37 proyecta una imagen 38 sobre la pantalla 34. El proyector 37 comprende una fuente de luz adecuada 12, un primer modulador de luz 16 y un sistema óptico 17 adecuado para la proyección de una imagen definida por el primer modulador de luz 16 sobre la pantalla 34. El proyector 37 puede comprender un proyector de visualización disponible comercialmente. La pantalla 34 incorpora un segundo modulador de luz 36. El segundo modulador de luz 36 comprende un número de elementos que se pueden direccionar y controlar individualmente para afectar a la luminancia de un área correspondiente de la pantalla 34.

El modulador de luz 36 puede tener cualquiera de entre varias construcciones. Por ejemplo, el modulador de luz 36 puede comprender una matriz de elementos LCD que tenga cada uno una transmisividad controlable, localizados en la parte frontal de un soporte reflector. La luz proyectada por el proyector 37 pasa a través de cada elemento LCD y se refleja hacia atrás a través del elemento LCD mediante el soporte reflector. La luminancia de cualquier punto sobre la pantalla 34 se determina por la intensidad de la luz recibida en ese punto por el proyector 37 y el grado en el que el modulador de luz 36 (por ejemplo el elemento LCD en ese punto) absorbe la luz que se está transmitiendo a través de él.

El modulador de luz 36 podría comprender también una matriz de elementos que tengan propiedades de retroreflexión variables. Los elementos pueden ser prismáticos. Tales elementos se describen, por ejemplo en Whitehead, Patente de Estados Unidos Nº 5.959.777 titulada Passive High Efficiency Variable Reflectivity Image Display Device y, Whitehead y col., Patente de Estados Unidos Nº 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 podría comprender también una matriz de elementos de visualización por electroforesis como se describe, por ejemplo, en Albert y col., Patente de Estados Unidos Nº 6.172.798 titulada Shutter Mode Microencapsulated Electrophoretic Display; Comiskey y col., Patente de Estados Unidos Nº 6.120.839 titulada Electro-osmotic Displays and Materials for Making the Same; Jacobson, Patente de Estados Unidos Nº 6.120.588 titulada: Electronically Addressable Microencapsulated Ink and Display; Jacobson y col., Patente de Estados Unidos Nº 6.323.989 titulada Electrophoretic Displays Using Nanoparticles; Albert, Patente de Estados Unidos Nº 6.300.932 titulada Electrophoretic Displays with Luminescent Particles and Materials for Making the Same o, Comiskey y col., Patente de Estados Unidos Nº

6.327.072 titulada Microcell Electrophoretic Displays.

Como se muestra en las Figuras 6A y 6B, la pantalla 34 comprende preferentemente un elemento de lente 40 que funciona para dirigir la luz preferentemente hacia los ojos de los observadores. En la realización ilustrada, el elemento de lente 40 comprende una lente Fresnel que tiene un punto focal sustancialmente coincidente con el vértice del cono de luz que se origina desde el proyector 37. El elemento de lente 40 podría comprender otra clase de lentes tales como lentes holográficas. El elemento de lente 40 incorpora unos centros de dispersión 45 que proporcionan un grado deseado de difusión de la luz reflejada de la pantalla 34. En la realización ilustrada, el segundo modulador de luz 36 comprende un panel LCD reflector que tiene un gran número de píxeles 42 soportados por una capa reflectora 43 y montados sobre un soporte 47.

En el caso en que el modulador de luz 36 comprenda una matriz de elementos que tengan propiedades de reflexión variables, los elementos en sí mismos se podrían diseñar para dirigir la luz retro reflejada preferencialmente en una dirección de un área de visión enfrente de la pantalla 34. La capa reflectora 43 puede estar tramada para dispersar la luz para o bien aumentar el efecto de los centros de dispersión 41 o bien sustituir a los centros de dispersión 45.

Como se muestra en la Figura 4, un controlador 39 proporciona los datos que definen la imagen 38 a cada uno del primer modulador de luz 16 y el segundo modulador de luz 36. Un controlador 39 podría comprender, por ejemplo, un ordenador equipado con un adaptador de visualizador adecuado. El controlador 39 puede comprender hardware de procesamiento de imágenes para acelerar las etapas del procesamiento de la imagen. La luminancia de cualquier punto en la pantalla 34 se determina por el efecto combinado entre los píxeles en el primer modulador de luz 16 y el segundo modulador de luz 36 que corresponden a ese punto. Hay una luminancia mínima en los puntos para los que los píxeles correspondientes del primer y segundo moduladores de luz están ajustados a sus estados “más oscuros”. Hay una luminancia máxima en los puntos en los que los píxeles correspondientes del primer y segundo moduladores de luz están fijados en sus estados “más brillantes”. Otros puntos tienen valores de luminancia intermedios. El valor de luminancia máximo podría ser, por ejemplo, del orden de 105 cd/m2, el valor de luminancia mínimo podría ser, por ejemplo del orden de 10-2 cd/m2.

El coste de un modulador de luz y su circuito de control asociado tiende a aumentar con el número de elementos que se pueden direccionar 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 resolución más baja el coste de un visualizador de acuerdo con tales realizaciones de la invención se puede reducir. En los visualizadores en 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 monocromos 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 resolución más alta, el modulador de luz de más alta resolución debería ser también el modulador de luz en color. En algunas realizaciones el modulador de luz de más alta resolución se proyecta sobre el modulador de luz de resolución más baja. En otras realizaciones el modulador de luz de resolución más baja se proyecta sobre el modulador de luz de resolución más alta.

La Figura 6 ilustra una configuración posible de píxeles en un visualizador 10 como se muestra en la Figura 1. Nueve píxeles 42 de un segundo modulador de luz 20 corresponden a cada píxel 44 de un primer modulador de luz 16. El número de píxeles 42 de un segundo modulador de luz 20 que corresponden a cada píxel 44 del primer modulador de luz 16 se pueden variar como una faceta de elección en el diseño. Los píxeles 42 de la resolución más alta de entre el primer y el segundo modulador desde luz 16 y 20 (o 36) debería ser suficientemente pequeño como para proporcionar la resolución global deseada. En general hay un compromiso entre aumentar la resolución y el aumento de costes. En un visualizador típico el modulador de luz de resolución más alta proporcionará una matriz de píxeles que tienen al menos unos pocos centenares de píxeles en cada dirección y más típicamente por encima de 1000 píxeles en cada dirección.

El tamaño de los píxeles 44 del de más baja resolución de entre el primer y segundo moduladores de luz determina la escala sobre la que se puede fiablemente ir desde la máxima intensidad a la mínima intensidad. Considérese, por ejemplo, la Figura 5A que representa una situación en la que se desea visualizar una imagen de un pequeño punto de máxima luminancia sobre un gran fondo de mínima luminancia. Para obtener la máxima luminancia en un punto 49, aquellos píxeles de cada uno del primer y segundo moduladores de luz que corresponden al punto 49 se deben ajustar en sus máximos valores de luminancia. En los casos en que los píxeles de un modulador de luz sean de más baja resolución que los píxeles del otro modulador de luz entonces algunos píxeles del modulador de luz de más baja resolución sobrepasarán los límites 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 ajustar la luminancia a su valor mínimo porque en esa región el modulador de luz de más baja resolución está ajustado a su valor de luminancia más elevado. En la región 47 ambos moduladores de luz se pueden ajustar a sus valores de luminancia más bajos. Si, por ejemplo cada uno del primer y el segundo moduladores de luz tiene un intervalo de luminancia de 1 a 100 unidades, entonces la región 49 podría tener una luminancia de 100×100=100.000 unidades, la región 48 tendría una luminancia de 100×1=100 unidades y la región 47 tendría una luminancia de 1×1=1 unidades.

Como resultado de tener uno de los moduladores de luz con resolución más baja que el otro, cada píxel del modulador de luz de más baja resolución corresponde a más de un píxel en el modulador de luz de más alta resolución. No es posible que puntos que correspondan a un píxel cualquiera del modulador de luz de más baja resolución y a diferentes píxeles del modulador de luz de más alta resolución tengan valores de luminancia en los extremos de la relación de contraste dinámico del dispositivo. La máxima diferencia en luminancia entre tales puntos se determina por la relación de contraste dinámico proporcionada por el modulador de luz de más alta resolución.

No es generalmente un problema que un visualizador no sea capaz de hacer que puntos muy cercanos en el espacio difieran en luminancia entre sí en la relación de contraste dinámico completa del visualizador. El ojo humano tiene suficiente dispersión intrínseca como para ser incapaz de apreciar grandes cambios en luminancia que tengan lugar en distancias muy cortas en cualquier caso.

En un visualizador de acuerdo con la invención que incluya tanto un modulador de luz

espacial de resolución más baja como un modulador de luz espacial de resolución más alta, el controlador 39 puede determinar un valor para cada píxel del modulador de luz espacial de resolución más baja y ajustar las señales que controlan el modulador de luz espacial de resolución más alta para reducir las artificiosidades que son el resultado del hecho de que cada píxel del modulador de luz espacial de resolución más baja es común a una pluralidad de píxeles del modulador de luz espacial de resolución más alta. Esto se puede realizar en una cualquiera de un amplio número de formas.

Por ejemplo, considérese el caso en el que cada píxel del modulador de luz espacial de resolución más baja corresponda a una pluralidad de píxeles del modulador de luz espacial de resolución más alta. Se suministran al controlador los datos de imagen que especifican una imagen deseada. Los datos de imagen indican una luminancia deseada para un área de imagen que corresponde a cada uno de los píxeles del modulador espacial de resolución más alta. El controlador puede ajustar los píxeles del modulador de luz de resolución más baja para proporcionar una aproximación a la imagen deseada. Esto se podría llevar a cabo, por ejemplo, mediante la determinación de una media o media ponderada de los valores de luminancia deseados para las áreas de imagen que corresponden a cada píxel del modulador de luz de resolución más baja.

El modulador puede entonces ajustar los píxeles del modulador de luz de resolución más alta para hacer que la imagen resultante se aproxime a la imagen deseada. Esto se podría realizar, por ejemplo, mediante la división de los valores de luminancia deseados por la intensidad de luz conocida incidente desde el modulador de luz de resolución más baja en los píxeles correspondientes del modulador de luz de resolución más alta. El procesamiento para generar las señales para controlar los moduladores de luz se puede realizar sobre la marcha por el controlador 39, se puede realizar previamente por el controlador 39 o por algún otro dispositivo e integrarlos en los datos de imagen o se puede realizar algún procesamiento anteriormente 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 observador puede ser capaz de distinguir un halo alrededor de los elementos brillantes en una imagen. Los píxeles de baja resolución son preferentemente suficientemente pequeños de modo que el aspecto de las marcas brillantes sobre fondos oscuros o de los puntos oscuros sobre fondos brillantes no se degrade de modo inaceptable. Se considera actualmente práctico proporcionar un intervalo de aproximadamente 8 a aproximadamente 144, más preferentemente aproximadamente 9 a 36, píxeles en el modulador de luz de más alta resolución por cada píxel en el modulador de luz de más baja resolución.

Los tamaños de las etapas en los que cada uno de los píxeles 42 y 44 pueden ajustar la

luminancia del punto o los puntos en la imagen no son necesariamente iguales. Los píxeles del modulador de luz de más baja resolución pueden ajustar la intensidad de luz en pasos más vastos que los píxeles del modulador de luz de más alta resolución. Por ejemplo, el modulador de luz de más baja resolución puede permitir ajustes de la intensidad de luz para cada píxel en un intervalo de intensidad de 1 a 512 unidades en 8 pasos mientras que el modulador de luz de más alta resolución puede permitir el ajuste de la intensidad de luz para cada píxel en un intervalo similar en 512 pasos. Aunque los píxeles 42 y 44 se ilustran ambos como cuadrados en la Figura 5, esto no es necesario. Los píxeles 42 y/o 44 podrían tener otras formas, tales como rectangular, triangular, hexagonal, redonda u oval.

Los píxeles del modulador de luz de más baja resolución emiten preferentemente luz que de alguna forma está difusa de modo que la intensidad de luz varía de modo razonablemente suave según nos movemos a través de los píxeles del modulador de luz de más baja resolución. Este es el caso en el que la luz desde cada uno de los píxeles del modulador de luz de más baja resolución se extiende hacia los píxeles adyacentes, 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 más baja resolución puede aproximarse a menudo por una función de distribución gaussiana convolucionda con un perfil rectangular que tenga un ancho d1 igual al ancho activo del píxel. La función de distribución preferentemente tiene una anchura completa a la mitad del máximo del intervalo de 0,3×d2a3×d2, en el que d2 es el espaciado entre píxeles de centro a centro, para producir la intensidad de luz variable suavemente deseada. Típicamente d1 es casi igual a d2.

En la realización de la Figura 5, cada píxel 42 comprende tres subpíxeles 43R, 43G y 43B (por claridad la Figura 5 omite los subpíxeles para algunos píxeles 42). Los subpíxeles 43R, 43G y 43B se pueden seleccionar de modo independiente. Están asociados respectivamente con los filtros de color rojo, verde y azul, que se integran en el segundo modulador de luz 20. Varias construcciones de paneles LCD que incluyen un número de subpíxeles coloreados son adecuadas para su uso en la presente invención y son conocidas en la técnica.

Para visualizadores del tipo de proyección frontal (por ejemplo el visualizador 10C de la Figura 4, es más práctico típicamente que el primer modulador de luz 16 comprenda un modulador de luz de alta resolución que proporcione información en color y que el modulador de luz 36 comprenda un modulador de luz monocromo. El modulador de luz 36 preferentemente tiene elementos que se pueden direccionar razonablemente pequeños de modo que los límites de sus elementos no formen un patrón visualmente perturbador. Por ejemplo, el modulador de luz 36 puede tener el mismo número de elementos que se pueden direccionar que el proyector 37 (aunque cada uno de tales elementos tendrá típicamente dimensiones significativamente más grandes 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 sea capaz de proyectar luz que se haya modulado espacialmente para proporcionar una imagen sobre la pantalla 34. La Figura 6 ilustra un sistema de visualización 10D de acuerdo con una realización alternativa adicional de la invención. El sistema 10D comprende una pantalla 34 que tiene un modulador de luz 36 integrado como se ha descrito anteriormente con 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 por el correspondiente de entre tres filtros coloreados 47R, 47G y 47B. La luz modulada se proyecta sobre la pantalla 34 mediante los sistemas ópticos 17. Una única fuente de luz puede suministrar la luz a los tres moduladores 16R, 16G y 16B o se pueden proporcionar fuentes de luz separadas (no mostrado).

Cómo será evidente para los expertos en la materia a la luz de la descripción precedente, son posibles muchas alteraciones y modificaciones en la práctica de la presente invención por ejemplo:

•: el difusor 22 y el colimador 18 se podrían combinar entre sí;

•: se podría invertir el orden del difusor 22 y del colimador 18;

•: se podrían proporcionar múltiples elementos en cooperación para realizar la difusión y/o colimación de la luz;

•: podría variarse el orden en la pantalla 28 del segundo modulador de luz 20, colimador 18 y difusor 22;

•: la señal 38A que controla el primer modulador de luz 16 puede incluir los mismos datos que controlan el segundo modulador de luz 20 o puede incluir datos diferentes.

En consecuencia, el alcance de la invención se ha de interpretar de acuerdo con la sustancia definida en las siguientes reivindicaciones.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un visualizador que comprende:

un primer medio (12, 16) que comprende una fuente de luz (12) y la pluralidad de elementos controlables (44) para proporcionar luz espacialmente modulada en una primera resolución espacial; un sistema óptico (17, 27); un segundo medio que comprende una pluralidad de elementos controlables (42) para adicionalmente modular espacialmente la luz (20, 26, 34); y un controlador para la aplicación de las señales de control (38A, 38B) a los elementos controlables del primer medio (12, 16) y del segundo medio (20, 26, 34);

caracterizado porque:

el sistema óptico (17, 27) proyecta cada elemento controlable (44) en uno del primero y el segundo medio (16) sobre una pluralidad de elementos controlables (42) en el otro del primer y segundo medio (20, 26, 34); y el controlador se configura para proporcionar una primera señal de control (38A) para controlar los elementos controlables (44) del primer medio para proporcionar una aproximación a la imagen deseada y para proporcionar una segunda señal de control (38B) para controlar los elementos controlables (42) del segundo medio para corregir la aproximación a la imagen deseada.
2.

Un visualizador de la reivindicación 1 en el que el primer medio es funcional para proporcionar luz modulada espacialmente en una primera resolución espacial y el segundo medio es funcional para adicionalmente modular espacialmente la luz en una segunda resolución diferente de la primera resolución.
3.

El visualizador de la reivindicación 1 ó 2 en el que el visualizador comprende un visualizador del tipo de retroproyección, el segundo medio para adicionalmente modular espacialmente la luz comprende un modulador de luz espacial del tipo de transmisión y el segundo medio para adicionalmente modular espacialmente la luz se configura para transmitir luz a un observador a través del modulador de luz espacial del tipo de transmisión.
4.

El visualizador de la reivindicación 3 en el que el modulador de luz espacial del tipo de transmisión comprende una matriz de elementos de un visualizador de cristal líquido que tiene cada uno una transmisividad controlable por la segunda señal de control.
5.

El visualizador de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 en el que cada elemento controlable del segundo medio está dispuesto para recibir luz de una pluralidad de los elementos controlables del primer medio.
6.

El visualizador de la reivindicación 1 en el que, para cada elemento controlable del primer medio, el segundo medio tiene más de un elemento controlable correspondiente.
7.

El visualizador de la reivindicación 6 en el que, en los segundos medios, una distribución de la luz modulada por cada uno de la pluralidad de elementos controlables del primer medio comprende una convolución de una distribución rectangular y una función de distribución en el que la función de distribución tiene una anchura completa en su mitad máxima en el intervalo de 0,3xd2 a 3xd2, en el que d2 es el espacio de centro a centro en el segundo medio de distribución de luz modulada por los elementos controlables adyacentes del primer medio.
8.

El visualizador de la reivindicación 6 en el que cada uno de una pluralidad de elementos controlables del primer medio produce una distribución de luz sobre el segundo medio y la distribución de luz sobre el segundo medio surge de los elementos controlables adyacentes del primer medio que se solapan entre sí.
9.

El visualizador de la reivindicación 8 en el que la primera señal de control controla cada elemento controlable del primer medio para contribuir a la luminancia que es una media, o media ponderada, de una pluralidad de valores de luminancia deseados para las áreas de imagen que corresponden al elemento controlable del primer medio.
10.

El visualizador de la reivindicación 9 en el que la segunda señal de control controla los elementos controlables del segundo medio para modular la luz incidente sobre ellos en una cantidad que se basa en los valores de luminancia deseados divididos por una intensidad conocida de luz incidente desde el primer medio sobre los elementos controlables del segundo medio.
11.

El visualizador de la reivindicación 1 ó 2 en el que los elementos controlables del primer medio tienen un número N de niveles discretos de brillo seleccionables, los elementos controlables del segundo medio tienen un número M de niveles discretos de brillo seleccionables y N > M.
12.

El visualizador de la reivindicación 1 ó 2 en el que los elementos controlables del primer medio tienen un número N de niveles discretos de brillo seleccionables, los elementos controlables del segundo medio tienen un número M de niveles discretos de brillo seleccionables y N < M.
13.

El visualizador de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12 en el que, para cada elemento controlable de uno de entre el primer y segundo medio, el otro del primer y segundo medio tiene más de ocho elementos controlables correspondientes.
14.

El visualizador de la reivindicación 13 en el que el otro del primer y segundo medio tiene en el intervalo de entre ocho y ciento cuarenta y cuatro elementos controlables correspondientes.
15.

El visualizador de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11 en el que, para cada elemento controlable de uno de entre el primer y segundo medio, el otro del primer y segundo medio tiene más de un elemento controlable correspondiente.
16.

El visualizador de la reivindicación 15 en el que el otro del primer y segundo medio comprende un modulador de luz espacial en color y en el que cada elemento controlable del otro del primer y segundo medio comprende una pluralidad de subpíxeles de color.
17.

El visualizador de la reivindicación 2 en el que el primer medio es de resolución más alta que el segundo medio.
18.

El visualizador de la reivindicación 1 en el que el primer medio comprende una fuente de luz y un modulador de luz espacial de un proyector digital y el proyector digital comprende ópticas de proyección de imagen que proyectan los elementos controlables del primer medio sobre los elementos controlables del segundo medio.
19.

El visualizador de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 18 que comprende una o más etapas de modulación de luz adicionales entre el primer medio y el segundo medio.
20.

El visualizador de la reivindicación 19 en el que una o más etapas de modulación de luz adicionales comprenden cada una un colimador y un modulador de luz espacial sobre el que se proyecta la luz modulada por un modulador de luz espacial previo.
21.

El visualizador de la reivindicación 20 en el que una o más etapas de modulación de luz adicionales comprenden cada una un difusor.
22.

El visualizador de la reivindicación 1 en el que una relación de una luminancia de los puntos sobre una imagen visualizada proyectada por el visualizador para la que los elementos controlables correspondientes de cada uno del primer y segundo medio se ajustan ambos para proporcionar una máxima iluminación y una iluminación de los puntos de la imagen visualizada para la que los elementos controlables correspondientes de cada uno del primer y segundo medio se ajustan ambos para proporcionar una mínima iluminación excede de 1000:1.
23.

El visualizador de la reivindicación 1 en el que una relación de una luminancia de los puntos sobre una imagen visualizada proyectada por el visualizador para la que los elementos controlables correspondientes de cada uno del primer y segundo medio se ajustan ambos para proporcionar una máxima iluminación y una iluminación de los puntos en la imagen visualizada para la que los elementos controlables correspondientes de cada uno del primer y segundo medio se ajustan ambos para proporcionar una mínima iluminación excede de 1500:1.
24.

El visualizador de la reivindicación 1 en el que el visualizador comprende un visualizador del tipo de proyección frontal.
25.

El visualizador de la reivindicación 24 en el que el segundo medio comprende una matriz de elementos de transmisividad variable localizados en el frontal de un reflector.
26.

El visualizador de la reivindicación 25 en el que el reflector tiene una superficie endurecida y el reflector tanto dispersa como refleja la luz incidente sobre él a través del elemento de transmisividad variable.
27.

El visualizador de la reivindicación 26 en el que el elemento de transmisividad variable comprende un elemento de un visualizador de cristal líquido.
28.

El visualizador de la reivindicación 24 en el que el segundo medio comprende un modulador de luz espacial del tipo de transmisión.
29.

El visualizador de la reivindicación 28 en el que el modulador de luz espacial del tipo de transmisión comprende una matriz de elementos de un visualizador de cristal líquido de

transmisividad variable.
30.

El visualizador de la reivindicación 24 en el que el segundo medio comprende una matriz de elementos de visualización de retro reflexión.
31.

El visualizador de la reivindicación 24 en el que el segundo medio comprende una matriz de elementos de visualización electroforéticos.
32.

El visualizador de la reivindicación 1 en el que el primer medio comprende un modulador de luz espacial en color.
33.

El visualizador de la reivindicación 32 en el que el segundo medio comprende un modulador de luz espacial monocromo.
34.

El visualizador de la reivindicación 1 en el que el primer medio comprende un dispositivo de espejo reformable.
35.

El visualizador de la reivindicación 1 que comprende un colimador situado para colimar la luz modulada por el primer medio antes de que la luz se module adicionalmente por el segundo medio.
36.

El visualizador de la reivindicación 35 en el que el colimador comprende al menos uno de entre: una lente Fresnel y una lente holográfica.
37.

El visualizador de la reivindicación 36 en el que el colimador comprende un gran número de centros de dispersión distribuidos en él para la difusión de la luz incidente sobre él.
38.

El visualizador de la reivindicación 24 en el que el segundo medio comprende al menos uno de entre un modulador de luz espacial del tipo de transmisión, una matriz de elementos de visualizador de cristal líquido de transmisividad variable; una matriz de elementos de visualización retro reflectores; y una matriz de elementos de visualización electroforéticos.
39.

El visualizador de la reivindicación 1 en el que un área de una imagen visualizada correspondiente a cada elemento controlable de uno de entre el primer y segundo medio es suficientemente pequeña para que la dispersión intrínseca en un ojo humano impida a un

observador percibir diferencias en luminancias entre los puntos dentro del área en la que una relación de luminancias de tales puntos es mayor que la relación de contraste dinámico del otro del primer y segundo medio.
40.

El visualizador de la reivindicación 1 en el que el primer medio comprende una pluralidad de fuentes de luz.
41.

Un procedimiento para la visualización de una imagen, comprendiendo el procedimiento

las etapas de: el control de los primeros elementos controlables (44) para proporcionar luz modulada espacialmente en un primera resolución espacial; y la proyección de la luz sobre los segundos elementos controlables (42);

caracterizado por que:

la proyección de la luz comprende la proyección de cada elemento controlable (44) de uno de entre los primeros elementos controlables (44) y los segundos elementos controlables (42) sobre una pluralidad de elementos controlables (42) en el otro de entre los primeros elementos controlables (44) y los segundos elementos controlables (42) y proporcionar una aproximación a una imagen deseada especificada por los datos de imagen en los segundos elementos controlables (42); y el procedimiento comprende el control de los segundos elementos controlables (42) para corregir la aproximación a la imagen deseada.
42.

Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 41 en el que la imagen deseada es una imagen en color y la proyección de la luz comprende la proyección por separado de la luz de una pluralidad de colores.
43.

Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 41 en el que los segundos elementos controlables (42) tienen una segunda resolución espacial diferente de la primera resolución espacial.
44.

Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 41 en el que el control de los segundos elementos controlables comprende la división de los valores de luminancia especificados mediante los datos de imagen por los valores correspondientes de las intensidades de la aproximación a la imagen deseada y el ajuste de los segundos elementos controlables basándose en un resultado de la división.
45.

Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 41 en el que el control de los primeros elementos controlables comprende la determinación de una media o medias ponderadas de los valores de luminancia especificados por los datos de imagen.
46.

Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 41 en el que los primeros elementos controlables tienen una resolución espacial más baja que la de los segundos elementos controlables.
47.

Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 41 en el que la luz de los primeros elementos controlables se caracteriza por una función de distribución gaussiana que tiene una amplitud completa en su mitad máxima en el intervalo de 0,3xd2 a 3xd2, en el que d2 es un espacio de centro a centro de los primeros elementos controlables.
48.

Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 41 en el que el control de los primeros elementos controlables comprende, para cada primer elemento controlable el ajuste de un valor para la intensidad de luz que corresponde a uno de un primer número de pasos y en el que el ajuste de los segundos elementos controlables comprende, para cada segundo elemento controlable, el ajuste de un valor correspondiente a uno de un segundo número de pasos, en el que el segundo número de pasos es mayor que el primer número de pasos.
49.

Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 41 en el que los segundos elementos controlables tienen propiedades de transmisión de la luz controlables y el control de los segundos elementos controlables comprende el ajuste de las propiedades de transmisión de luz de los segundos elementos controlables.
50.

Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 41 en el que los segundos elementos controlables tienen propiedades de retro-reflexión controlables y el control de los segundos elementos controlables comprende el ajuste de las propiedades de retro-reflexión de los segundos elementos controlables.
51.

Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 41 en el que la proyección de la luz sobre los segundos elementos controlables comprende la proyección de una imagen ampliada.