Nova Patents
EP0629331B1

Spatial light modulator system

Abstract

PCT No. PCT/GB93/00456 Sec. 371 Date Sep. 27, 1994 Sec. 102(e) Date Sep. 27, 1994 PCT Filed Mar. 4, 1993 PCT Pub. No. WO93/18620 PCT Pub. Date Sep. 16, 1993A display apparatus for use in a projection system includes a light source, a beam splitter for splitting light from the source into different color component beams and a deformable mirror device spatial light modulators for each different color beam. The light paths to the beam splitter and modulators are provided within a single prism assembly on which the modulators are mounted.

EP0629331B1, drawing sheet 1
Sheet 1 of 9

Term

Term ended

Expired 4 March 2013, 13.6 years ago.

  1. Priority
  2. Filed
  3. Granted
  4. Expired
  5. Today

24 claims: 24 independent, 0 dependent

  1. 1
    A projection apparatus comprising:means (30a/18b,30b/18a) for splitting light from a light source (16) into different color component beams,a plurality of spatial light modulators (20a, b, c) each comprising an array of tiltable mirror devices (M11-Mmn), each mirror device of each array having a first orientation effective to reflect light incident on the mirror device along an "ON" path for the respective array, and a second orientation effective to reflect light incident on the mirror device along an "OFF" path for the respective array, different from the "ON" path, said "ON" and "OFF" paths not being parallel to the direction of the light incident on the mirror elements of the respective array;means (7, 8, 12) for directing a different one of the different color component beams onto each of said arrays of tiltable mirror devices and for combining light directed along the "ON" path from each of the mirror devices in each of the arrays of mirror devices;a projection lens system;andmeans (19) for directing said combined light towards said projection lens system (10);the apparatus being characterised in that:    the light paths to said splitting means (30a/18b,30b/18a) and modulators (20a, b, c) are provided within a single prism assembly (4) comprising prism portions, on surfaces of which assembly said modulators (20a, b, c) are mounted, said means for splitting, means for combining and means for directing being provided on surfaces of the prism portions. Projektionsgerät mit: einer Einrichtung (30a/18b, 30b/18a) zum Auftrennen von Licht aus einer Lichtquelle (16) in verschiedene Farbkomponentenstrahlen,einer Mehrzahl von räumlichen Lichtmodulatoren (20a, b, c), von denen jeder ein Feld von kippbaren Spiegelvorrichtungen (M11-Mmn) aufweist, die wiederum jeweils in einer ersten Ausrichtung auf die Spiegelvorrichtung einfallendes Licht längs eines "ON"-Pfades des jeweiligen Feldes und in einer zweiten Ausrichtung in die Spiegelvorrichtung einfallendes Licht längs eines vom "ON"-Pfad verschiedenen "OFF"-Pfades des jeweiligen Feldes reflektieren, wobei die "ON"- und "OFF"-Pfade nicht parallel zur Richtung des auf die Spiegelelemente des jeweiligen Feldes einfallenden Lichts sind;einer Einrichtung (7, 8, 12) zum Ausrichten verschiedener der unterschiedlichen Farbkomponentenstrahlen auf jedes der Felder von kippbaren Spiegelvorrichtungen und zur Kombinieren von längs dem "ON"-Pfad von jeder einzelnen Spiegelvorrichtung in jedem der Felder von Spiegelvorrichtungen gerichtetem Licht;einem Projektionslinsensystem;undeiner Einrichtung (19) zum Ausrichten des kombinierten Lichts auf das Projektionslinsensystem (10);dadurch gekennzeichnet, daß:    die Lichtpfade zu der Trenneinrichtung (30a/18b, 30b/18a) und die Modulatoren (20a, b, c) in einer einzigen Prismenanordnung (4) mit Prismenteilen vorgesehen sind, auf deren Flächen die Modulatoren (20a, b, c) angebracht sind, wobei die Trenneinrichtung, die Kombiniereinrichtung und die Ausrichteinrichtung auf Flächen der Prismenteile vorgesehen sind. Un appareil de projection comprenant: - des moyens (30a/18b, 30b/18a) pour diviser la lumière d'une source lumineuse (16) en différents faisceaux de composantes chromatiques ;- une pluralité de modulateurs spatiaux de la lumière (20a, b, c) comprenant chacun une matrice de dispositifs à miroir inclinable (M11-Mmn), chaque dispositif à miroir de chaque matrice présentant une première orientation pour réfléchir la lumière incidente sur le dispositif à miroir selon un chemin "de transmission" pour la matrice respective, et une deuxième orientation effective pour réfléchir la lumière incidente sur le dispositif à miroir selon un chemin "d'arrêt" pour la matrice respective, différent du chemin "de transmission", lesdits chemins "de transmission" et "d'arrêt" n'étant pas parallèles à la direction de la lumière incidente sur les éléments à miroir de la matrice respective ;- des moyens (7, 8, 12) pour diriger un faisceau différent parmi les différents faisceaux à composantes chromatiques pour chacune desdites matrices de dispositif à miroir inclinable et pour combiner la lumière dirigée selon le chemin "de transmission" à partir de chacun des dispositifs à miroir dans chacune des matrices de dispositif à miroir ;- un système à lentilles de projection ;et- des moyens (19) pour diriger ladite lumière combinée vers ledit système à lentilles de projection (10) ;l'appareil étant caractérisé en ce que : - les chemins lumineux vers lesdits moyens de division (30a/18b, 30b/18a) et les modulateurs (20a, b, c) sont prévus à l'intérieur de l'assemblage à prisme unique (4) comprenant des parties de prisme, lesdits modulateurs (20a, b, c) étant montés sur des surfaces dudit assemblage, lesdits moyens de division, de combinaison et de direction de la lumière étant prévus sur des surfaces des parties de prisme.
  2. 2
    An apparatus according to claim 1, in which the surface (3, 15) of the prism assembly (4) which receives light from the light source (16) is convex so as to converge the light beam onto each spatial light modulator (20a, b, c). Gerät nach Anspruch 1, in dem die Fläche (3, 15) der Prismenanordnung (4), die Licht aus der Lichtquelle (16) empfängt, konvex ist, so daß sie den Lichtstrahl auf jeden räumlichen Lichtmodulator (20a, b, c) konvergiert. Un appareil selon la revendication 1, dans lequel la surface (3, 15) de l'assemblage à prisme (4) qui reçoit la lumière à partir de la source lumineuse (16) est convexe afin de faire converger le faisceau lumineux sur chaque modulateur spatial de la lumière (20a, b, c).
  3. 3
    An apparatus according to either of the preceding claims including light absorbing means (11) positioned to absorb light reflected by any of the tiltable mirror devices (M11-Mmn) of the spatial light modulators (20a, b, c) when said tiltable mirror device (M11-Mmn) is in an "off" position. Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche mit einer Lichtabsorptionseinrichtung (11), die zum Absorbieren von von einem der kippbaren Spiegelvorrichtungen (M11-Mmn) der räumlichen Lichtmodulatoren (20a, b, c) reflektierten Licht angeordnet ist, wenn die kippbare Spiegelvorrichtung (M11-Mmn) in einer "OFF"-Position steht. Un appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes comprenant des moyens d'absorption de la lumière (11) positionnés pour absorber de la lumière réfléchie par l'un quelconque des dispositifs à miroir inclinable (M11-Mmn) des modulateurs de la lumière (20a, b, c) lorsque ledit dispositif à miroir inclinable (M11-Mmn) se trouve dans une position "d'arrêt".
  4. 4
    An apparatus according to claim 3, including means (13) for dissipating heat corresponding to the light absorbed by the light absorbing means (11). Gerät nach Anspruch 3, mit einer Einrichtung (13) zum Zerstreuen von mit der Lichtabsorption durch die Lichtabsorptionseinrichtung (11) einhergehender Wärme. Un appareil selon la revendication 3, comprenant des moyens (13) pour dissiper la chaleur correspondant à la lumière absorbée par les moyens d'absorption de la lumière (11).
  5. 5
    An apparatus according to claim 3 or claim 4, in which the light absorbing means comprises a layer (11) mounted on a face of the prism and having a refractive index matched to that of the prism assembly (5). Gerät nach Anspruch 3 oder 4, in dem die Lichtabsorptionseinrichtung eine auf einer Prismenseite angebrachte Schicht (11) und einen auf den der Prismenanordnung (5) angepaßten Brechungsindex aufweist. Un appareil selon la revendication 3 ou 4, dans lequel les moyens d'absorption de la lumière comprennent une couche (11) montée sur une face du prisme et présentant un indice de réfraction qui est adapté à celui de l'assemblage à prisme (5).
  6. 6
    An apparatus according to claim 5, in which the layer (11) comprises a black glass layer. Gerät nach Anspruch 5, in dem die Schicht (11) eine schwarze Glasschicht aufweist. Un appareil selon la revendication 5, dans lequel la couche (11) comprend une couche en verre de couleur noire.
  7. 7
    An apparatus according to any one of the preceding claims including means (3a) for filtering light incident on the prism assembly (5) to reject unwanted spectral components prior to entering the prism assembly (5). Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit einer Einrichtung (3a) zum Filtern von auf die Prismenanordnung (5) einfallendem Licht, um unerwünschte Spektralkomponenten abzuweisen, bevor diese die Prismenanordnung (5) erreichen. Un appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant des moyens pour filtrer la lumière incidente sur l'assemblage à prisme (5) pour rejeter des composantes spectrales non désirées avant l'entrée de l'assemblage à prisme (5).
  8. 8
    An apparatus according to claim 7, in which the filter means (3a) is such as to reject infrared components of the incident light. Gerät nach Anspruch 7, in dem die Filtereinrichtung (3a) so ausgelegt ist, daß sie die Infrarot-Komponenten des einfallenden Lichts abweist. Un appareil selon la revendication 7, dans lequel les moyens de filtrage (3a) sont agencés pour rejeter les composantes infrarouges de la lumière incidente.
  9. 9
    An apparatus according to claim 7 or 8, in which the filter means (3a) is arranged to reject ultraviolet components of the incident light. Gerät nach Anspruch 7 oder 8, in dem die Filtereinrichtung (3a) so ausgelegt ist, daß sie die Ultraviolett-Komponenten des einfallenden Lichts abweist. Un appareil selon la revendication 7 ou 8, dans lequel les moyens de filtrage (3a) sont agencés pour rejeter les composantes ultraviolettes de la lumière incidente.
  10. 10
    An apparatus according to any one of claims 7 to 9, in which the filter means (3a) is arranged on a convex surface (3) so as to divergingly reflect said unwanted components of the incident light. Gerät nach einem der Ansprüche 7 bis 9, in dem die Filtereinrichtung (3a) auf einer konvexen Fläche (3) angeordnet ist, die die unerwünschten Komponenten des einfallenden Lichts voneinander abweichend reflektiert. Un appareil selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, dans lequel les moyens de filtrage (3a) sont agencés sur une surface convexe (3) afin de réfléchir, de façon divergente, lesdites composantes non désirées de la lumière incidente.
  11. 11
    An apparatus according to any one of claims 7 to 10, in which the filter means (3a) is arranged so as not to refocus rejected radiation onto the light source (16). Gerät nach einem der Ansprüche 7 bis 10, in dem die Filtereinrichtung (3a) so ausgelegt ist, daß sie die abgewiesene Strahlung nicht auf die Lichtquelle (16) zurückfokussiert. Un appareil selon l'une quelconque des revendications 7 à 10, dans lequel les moyens de filtrage (3a) sont agencés afin de ne pas refocaliser le rayonnement rejeté sur la source lumineuse (16).
  12. 12
    An apparatus according to any one of claims 7 to 11 wherein said filter means is arranged on a surface (15) of the prism assembly (5). Gerät nach einem der Ansprüche 7 bis 11, wobei die Filtereinrichtung auf einer Fläche (15) der Prismenanordnung (5) angeordnet ist. Un appareil selon l'une quelconque des revendications 7 à 11, dans lequel lesdits moyens de filtrage sont agencés sur une surface (15) de l'assemblage à prisme (5).
  13. 13
    An apparatus according to any one of the preceding claims including means (5,6) positioned in the light path to the spatial light modulators (20a, b, c), for absorbing portions of the light incident on the prism assembly (5) which would not illuminate the spatial light modulators (20a). Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit einer im Lichtpfad zu den räumlichen Lichtmodulatoren (20a, b, c) befindlichen Einrichtung (5, 6) zum Absorbieren von Teilen des auf die Prismenanordnung einfallenden Lichts, das die räumlichen Lichtmodulatoren (20a) nicht beleuchten würde. Un appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant des moyens (5, 6) positionnés dans le chemin lumineux vers les modulateurs spatiaux de la lumière (20a, b, c) pour absorber des parties de la lumière incidente sur l'assemblage à prisme (5) qui n'illuminent pas les modulateurs spatiaux de la lumière (20a).
  14. 14
    An apparatus according to any one of the preceding claims including an optical component (50, 51) comprising a surface (57) defining an array of curved rectangular reflectors, the component being arranged to direct light onto the spatial light modulators (20a, b, c). Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit einer optischen Komponente (50, 51), die eine Fläche (57) aufweist, die ein Feld gekrümmter, rechteckiger Reflektoren definiert, wobei die Komponente so angeordnet ist, daß sie Licht auf die räumlichen Lichtmodulatoren (20a, b, c) richtet. Un appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant un composant optique (50, 51) comprenant une surface (57) qui définit une matrice de réflecteurs rectangulaires incurvés, le composant étant agencé afin de diriger la lumière sur les démodulateurs spatiaux de la lumière (20a, b, c).
  15. 15
    An apparatus according to claim 14, in which the curved reflectors are concave. Gerät nach Anspruch 14, in dem die gekrümmten Reflektoren konkav sind. Un appareil selon la revendication 14, dans lequel les réflecteurs incurvés sont de forme concave.
  16. 16
    An apparatus according to claim 14 or claim 15, in which the array (51) of curved reflectors is provided on a curved surface. Gerät nach Anspruch 14 oder 15, in dem das Feld (51) gekrümmter Reflektoren auf einer gekrümmten Fläche vorgesehen ist. Un appareil selon la revendication 14 ou 15, dans lequel la matrice (51) de réflecteurs incurvés est prévue sur une surface incurvée.
  17. 17
    An apparatus according to any one of claims 14 to 16, further comprising optical means for superimposing the rays from each rectangular reflector of said array (51) of curved reflectors onto the spatial light modulators (20a, b, c). Gerät nach einem der Ansprüche 14 bis 16, das außerdem eine optische Einrichtung zum Überlagern der Strahlen von jedem rechteckigen Reflektor des Felds (51) gekrümmter Reflektoren auf die räumlichen Lichtmodulatoren (20a, b, c) aufweist. Un appareil selon l'une quelconque des revendications 14 à 16, comprenant en outre des moyens optiques pour superposer les rayons originaires de chaque réflecteur rectangulaire de ladite matrice (51) de réflecteurs incurvés, sur les modulateurs spatiaux de la lumière (20a, b, c).
  18. 18
    An apparatus according to claim 17, further comprising an array of lenses, each lens being aligned with a respective rectangular reflector in said array of curved reflectors so as to focus the light beam incident on the array of lenses onto the array of curved reflectors. Gerät nach Anspruch 17, das außerdem ein Feld von Linsen aufweist, wobei jede Linse mit einem entsprechenden rechtekkigen Reflektor in dem Feld gekrümmter Reflektoren ausgerichtet ist, um den auf das Feld von Linsen einfallenden Lichtstrahl auf das Feld gekrümmter Reflektoren zu fokussieren. Un appareil selon la revendication 17, comprenant en outre une matrice de lentilles, chaque lentille étant alignée avec un réflecteur rectangulaire respectif au sein de ladite matrice de réflecteurs incurvés afin de focaliser le faisceau lumineux incident sur la matrice de lentilles sur le matrice de réflecteurs incurvés.
  19. 19
    An apparatus according to any one of claims 1 to 12 including a component (52) for producing a rectangular optical beam comprising an array of rectangular optical lenses or reflectors, each said lens or reflector being combined with a surface of the prism assembly (5), said prism surfaces being progressively tilted, relative to a point on said array of lenses or reflectors, so as to superimpose the rectangular beams from each said lens or reflector into a single uniform rectangular spot at each spatial light modulator (20a, b, c). Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 12, mit einer Komponente (52) zum Erzeugen eines rechteckigen, optischen Strahls mit einem Feld rechteckiger, optischer Linsen oder Reflektoren, wobei jede Linse oder jeder Reflektor mit einer Fläche der Prismenanordnung (5) kombiniert ist, und die Prismenflächen relativ zu einem Punkt auf dem Feld von Linsen oder Reflektoren fortschreitend gekippt werden, um die rechteckigen Strahlen von jeder dieser Linsen, bzw. jedem dieser Reflektoren in einem einzigen, gleichförmigen, rechteckigen Fleck an jedem räumlichen Lichtmodulator (20a, b, c) zu überlagern. Un appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, comprenant un composant (52) pour produire un faisceau optique rectangulaire comprenant une matrice de lentilles ou de réflecteurs optiques rectangulaires, chacune desdites lentilles ou desdits réflecteurs étant combiné(e)s avec une surface de l'assemblage à prisme (5), lesdites surfaces de prisme étant inclinées progressivement par rapport à un point sur ladite matrice de lentilles ou de réflecteurs, afin de superposer les faisceaux rectangulaires originaires de chacune desdites lentilles ou de chacun desdits réflecteurs sur un spot rectangulaire uniforme unique situé sur chaque modulateur spatial de lumière (20a, b, c).
  20. 20
    An apparatus according to any one of the preceding claims including an output lens arrangement (10), in which the light path from the light source (16) via each spatial light modulator (20a, b, c) to the lens (10) is folded by reflectors (5,6) to reduce the physical distance to the output lens arrangement (10). Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit einem Ausgabelinsenanordnung (10), in der der Lichtpfad von der Lichtquelle (16) über die einzelnen räumlichen Lichtmodulatoren (20a, b, c) zu der Linse (10) durch Reflektoren (5, 6) eingefaltet wird, um den räumlichen Abstand zur Ausgabelinsenanordnung (10) zu reduzieren. Un appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant un agencement de lentilles de sortie (10), dans lequel le chemin lumineux à partir de la source lumineuse (16) via chaque modulateur spatial de lumière (20a, b, c) jusqu'à la lentille (10) est plié au moyen de réflecteurs (5, 6) pour diminuer la distance physique jusqu'à l'agencement de lentille de sortie (10).
  21. 21
    An apparatus according to claim 14, in which the optical component (50, 51) is integral with the prism assembly (5). Gerät nach Anspruch 14, in dem die optische Komponente (50, 51) eine Einheit mit der Prismenanordnung (5) bildet. Un appareil selon la revendication 14, dans lequel le composant optique (50, 51) est monobloc avec l'assemblage à prisme (5).
  22. 22
    An apparatus according to any one of the preceding claims including a light source (16). Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, -mit einer Lichtquelle (16). Un appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant une source lumineuse (16).
  23. 23
    An apparatus according to any one of the preceding claims in which said means for directing comprises a reflective means (12b) provided in the optical path for spatially modulated light reflected from one of the spatial light modulators (20a, b, c) in order to equalise the number of reflections undergone by the spatially modulated light from all the spatial light modulators (20a, b, c). Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, in dem die Ausrichteinrichtung eine im optischen Pfad vorgesehene Reflektiereinrichtung (12b) für von einem der räumlichen Lichtmodulatoren (20a, b, c) reflektiertes, räumlich moduliertes Licht aufweist, damit die Anzahl der Reflexionen, die das räumlich modulierte Licht von allen räumlichen Lichtmodulatoren (20a, b, c) durchläuft, gleich wird. Un appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel lesdits moyens de direction comprennent des moyens réflectifs (12b) prévus dans le chemin optique pour la lumière modulée spatialement réfléchie à partir de l'un des modulateurs spatiaux de lumière (20a, b, c), afin d'égaliser le nombre de réflexions subies par la lumière modulée spatialement à partir de tous les modulateurs spatiaux de lumière (20a, b, c).
  24. 24
    A projection system including a projection apparatus according to any one of the preceding claims and a display screen. Projektionssystem mit einem Projektionsgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche und einem Wiedergabeschirm. Un système de projection comprenant un appareil de projection selon l'une quelconque des revendications précédentes, ainsi qu'un écran d'affichage.
Independent claims24