用于投影自由曲面或倾斜投影表面的显示整体图像的投影显示器和方法技术

描述了一种具有成像系统和多通道光学装置的投影显示器，成像系统被实施为以诸如二维分布等分布式产生成像系统的成像平面的子区的个体图像，并且多通道光学装置被配置为每个通道映射成像系统的一个分配的个体图像或者一个分配的子区，从而使得个体图像的映射至少部分被叠加到投影表面的整体图像，其中，投影表面是非平面的自由曲面，例如弯曲表面和/或相对于成像平面倾斜，并且成像系统被实施为使得子图像中的点的星座根据整体图像中相应公共点距多通道光学装置的距离而不同，每个点通过多通道光学装置在整体图像中的相应公共点中被叠加。或者，成像系统和多通道光学装置被实施为使得每个通道对整体图像的贡献的表现根据整体图像中相应公共点距多通道光学装置的距离而在整体图像上局部地变化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于投影自由曲面或倾斜投影表面的显示整体图像的投影显示器和方法
本专利技术的实施方式涉及用于显示整体图像的投影显示器和方法。
技术介绍
屏幕上动态图像内容的投影或者作为具有数字液晶成像系统的虚拟图像的投影基于根据现有技术的具有映射光学通道或者在投影光学装置前方合并光路的三通道的投影设备，从而实现色彩混合。具体地，US2009323028A1示出了由LED通过色彩序列方式进行照明的皮可(pico)投影仪。此外，US2009237616A1描述了具有在投影光学装置前方合并的三条色彩通道的投影显示器。然而，如果现有领域中已知的系统尺寸降低，以用于实现微型化的皮可投影仪，则投影图像产生发光度损失。由于通过这些系统中存在的成像系统的小表面的透射光通量的限制，所以仅可能以限制性方式实现已知投影系统的微型化。该连接由集光率(etendue)守恒的光学原理测定。光源的集光率或者光抓取如下：E＝4πn2ΑsinΘ从其发光表面A产生，发散的半角Θ和折射率n保持为具有理想光学映射的常数。实际的光学装置增加集光率或者降低系统透射。因此，在投影光学系统内具有用于最小透射光通量的给定亮度的光源必须具有最小的物体表面。由于单通道投影系统内的光学定律(例如，固有的光晕、映射误差)以及映射表面等常见问题，因而从一定程度上还增加了系统的安装长度，从而使得微型化变得更加困难。
技术实现思路
DE102009024894中描述了一种该问题的解决方案。DE102009024894中描述了一种具有光源和规则布置光学通道的投影显示器。由于相对于成像结构略微减小了投影透镜的中心间距，所以相应的成像结构和相应的投影光学装置从阵列中心到阵列外部产生逐渐增加的偏置，因此，在有限的距离内产生真实的各个映射或者图像叠加。由于分割成几条通道，所以可以降低成像结构与投影光学装置之间的距离，即，安装高度，从而在具有其他优点的同时实现微型化。然而，当结合弯曲的或者倾斜的投影表面使用上述系统时会产生若干问题。所述上述描述的系统仅结合平面投影表面的使用来实施。通常，问题是在确保高对比度和锐度映射时，图像的前方投影极大地改变投影距离、或者倾斜、弯曲表面、以及自由形态屏幕几何学。通过根据向普鲁(Scheimpflug)原理使物体和投影光学装置大幅度地倾斜能够获得用于倾斜平面屏幕的清晰成像。然而，该已知的解决方法不适用于弯曲的投影表面。而且，倾斜增加所需的安装空间。如果即使实现了不同倾斜程度的自适应性，这需要用于实现成像结构与投影光学装置之间倾斜的机构，而这与期望的微型化和低生产成本以及坚固构造产生冲突。增加的f数能够通过增加焦点的深度解决该问题，但是由于该问题将转向光源，所以增加的f数也伴随引起其他问题的低光强度，此外还与微型化产生冲突。因此，本专利技术的目的是提供用于显示整体图像的投影显示器和方法，其至少部分克服上述问题，即，当使用自由曲面的投影表面或者倾斜的投影表面时获得改进的投影质量，并具有相同或者相当的小型化以及相同或者类似装置耗费(effort)。通过根据本申请的投影显示器和显示整体图像的方法可实现此目的。本专利技术的实施方式提供具有成像系统和多通道光学装置的投影显示器，该成像系统被实施为在成像系统的成像平面的子区(sub-area)的诸如二维分布等分布(distribution，分布方式)产生个体图像(individualimage，单个图像)，并且多通道光学装置被配置为每个通道映射各个成像系统的一个分配的个体图像或者分配的子区，使得个体图像的映射至少部分地被叠加(superimpose)到投影表面中的整体图像，其中，投影表面是非平面的自由曲面(例如弯曲表面)和/或相对于成像平面倾斜，并且成像系统被实施为使得通过多通道光学装置均被叠加在整体图像中相应公共点的子图像中的点的星座根据整体图像中相应公共点距多通道光学装置的距离而不同。本专利技术的基本构思是，当成像系统被实施为根据整体图像中相应公共点距多通道光学装置(multi-channeloptics)的距离而使得通过多通道光学装置被叠加在整体图像内相应公共点上的子图像中的点的星座不同时，即使当使用投影自由曲面和倾斜的投影表面并具有相当的微型化和相当的装置耗费时，也能够获得更高的投影质量。因此，能够校正投影表面中各点到多通道光学装置或者投影显示器的不同距离。这不用增加安装高度和装置耗费。关于投影显示器被实施用于投影到平行平面投影表面的实施方案仅改变成像系统的实施方案。或者，通过将成像系统和多通道光学装置如下地实施能够实现此目标：各个通道对整体图像的贡献的特征根据整体图像中相应公共点距多通道光学装置的距离而在整体图像上局部地变化，因为通道能够由此被调整至不同的距离并且以合适的方式组合用于叠加。诸如阴影掩模等无源成像系统能够用作成像系统，或者诸如数字成像系统等有源成像系统，在此情况下，通过改变成像平面内的子区和成像平面内产生的个体图像，投影显示器对不同的投影表面动态地自适应是可能的。投影显示器的多通道光学装置的投影光学装置可以相对于成像系统的分配子区具有偏心，因此，叠加在投影表面中的整体图像是实像(real)或者虚像(virtual)。具体地，通过投影光学装置与成像系统的分配子区之间的偏心或者中心压缩或者延伸，能够调整投影表面内整体图像的投影距离。此外，多通道光学装置能够包括与各个通道的投影光学装置协作的下游整体透镜(overalllens)，整体透镜被实施为重新聚焦来自投影光学装置的准直光束。在本专利技术的另外的实施方式中，下游整体透镜能够被实施为具有可变焦距的光学装置，从而能够调整平均投影距离。附图说明下面将参照附图更为详细地描述本专利技术的实施方式，其中，相同或者等价元件以相同的参考标号表示。如下：图1是根据本专利技术的实施方式的投影显示器的示意性框图；图2a至图2d是根据不同实施方式的投影显示器的示意性侧视图；图3是根据另一实施方式的投影显示器的侧视图；图4是根据另一实施方式的投影显示器的侧视图；图5是具有相对于相应投影光学装置的孔径偏心的透镜顶的投影显示器的侧视图；图6是具有光源的光栅组件(gridassembly)的投影显示器的侧视图；图7是具有场透镜的二维组件的投影显示器的侧视图；图8是具有两个分束器以及用于从两侧照明反射成像系统的对向光源的投影显示器的侧视图；图9是具有两个分束器以及插入在照明路径中的半波片的投影显示器的侧视图；图10是具有反射成像系统以及以色彩序列方式同步的RGB光源的投影显示器的侧视图；图11是具有用于产生色彩混合的滤波器组件的投影显示器的侧视图；图12是个体图像的映射被叠加到具有更高分辨率的整体图像的投影显示器的侧视图；图13是用于示出将像素叠加到整体图像的示意性图解；图14是用于示出将二元的黑白子图像叠加到整体图像的示意性图解；图15是用于示出进一步将二元黑白子图像叠加到整体图像上的示意性图解；图16是具有根据一实施方式的投影显示器的40°倾斜投影表面上投影的示意性图解；图17是在根据一实施方式的数字成像系统内处理的示意性图解；以及将图18是利用根据另一实施方式的投影显示器对40°倾斜投影表面投影的示意性图解。具体实施方式在下面基于附图更为详细地讨论本专利技术之前，应注意，在随后示出的实施方式中，附图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种投影显示器（100），包括：成像系统（120），被实施为在所述成像系统（120）的成像平面（129）的子区（124）的分布中产生个体图像；以及多通道光学装置（130），被配置为每一个通道映射每个所述成像系统（120）的一个分配的子区，使得所述个体图像的所述映射被叠加到投影表面中的整体图像；其中，所述成像表面是非平面的自由曲面或者相对于所述成像平面倾斜，并且所述成像系统（100）被实施为使得各自通过所述多通道光学装置（130）在所述整体图像（160）的相应公共点中叠加的所述个体图像中的点的星座根据所述整体图像的相应公共点距所述多通道光学装置（130）的距离而不同。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.05.18 DE 102011076083.01.一种投影显示器(100)，包括：成像系统(120)，被实施为在所述成像系统(120)的成像平面(129)的子区(124)中产生个体图像，所述子区分布在所述成像平面(129)中；以及多通道光学装置(130)，被配置为每一个通道映射所述成像系统(120)的一个分配的子区，使得所述个体图像的所述映射被叠加到投影表面中的整体图像；其中，所述投影表面是非平面的自由曲面或者相对于所述成像平面倾斜，并且所述成像系统(120)被实施为使得通过所述多通道光学装置(130)在所述整体图像(160)的相应公共点中叠加的所述个体图像中的点的星座根据所述整体图像的相应公共点距所述多通道光学装置(130)的距离而不同，其中，所述多通道光学装置包括在平行于所述成像平面的投影光学装置平面中的投影光学装置的二维组件，其中，所述投影光学装置的二维组件被配置为使得所述投影光学装置的二维组件的每个投影光学装置沿着相应光轴朝向所述投影表面映射被分配至相应投影光学装置的所述成像系统的相应个体图像，使得所述个体图像的所述映射被叠加在所述投影表面中以获得所述整体图像。2.根据权利要求1所述的投影显示器，其中，所述投影光学装置(134)包括相对于所述分配的子区(124)的偏心(135)，其中，所述投影光学装置(134)的中心间距(pPL)小于所述分配的子区(124)的中心间距(pOBJ)，使得在所述投影表面中叠加的所述整体图像(162)是实像。3.根据权利要求1所述的投影显示器，其中，所述投影光学装置(134)包括相对于所述分配的子区(124)的偏心(135)，其中，所述投影光学装置(134)的中心间距(pPL)大于或者等于所述分配的子区(124)的中心间距(pOBJ)，使得在所述投影表面中叠加的所述整体图像(202)是虚像。4.根据权利要求1所述的投影显示器，其中，所述投影光学装置(134)相对于所述分配的子区(124)位于中央并且具有准直效果。5.根据权利要求2所述的投影显示器，其中，所述多通道光学装置(130)进一步包括整体透镜(310，312)，所述整体透镜(310，312)相对于所述投影光学装置的二维组件(132)处于下游并且与所述投影光学装置(134)的二维组件(132)协作，所述多通道光学装置(130)被实施为在所述整体透镜(310，312)的焦平面中重新聚焦来自所述投影光学装置(134)的准直光束(315)，其中，所述投影光学装置(134)相对于所述分配的子区(124)位于中央并且具有准直效果，或者所述多通道光学装置(130)被实施为通过所述投影光学装置(134)与所述子区(124)之间的偏心和下游的所述整体透镜进行的聚焦而在有效焦平面中聚焦来自所述投影光学装置(134)的发散/会聚光束。6.根据权利要求5所述的投影显示器，其中，所述整体透镜(310，312)被实施为具有可变焦距的光学装置，以便调整所述投影显示器的投影距离。7.根据权利要求6所述的投影显示器，其中，具有可变焦距的所述光学装置是缩放物镜或者液态透镜。8.根据权利要求1所述的投影显示器，其中，所述投影光学装置的二维组件的每个投影光学装置(414)包括相对于相应投影光学装置的孔径偏心的透镜顶(415)，其中，所述透镜顶(415)的中心间距大于或小于所述分配的子区(124)的中心间距，使得所述投影光学装置的二维组件实现子区的个体图像的投影沿光轴发散或会聚延伸。9.根据权利要求1所述的投影显示器，其中，所述子区与相应投影光学装置之间的距离对应于相应投影光学装置的焦距。10.根据权利要求1所述的投影显示器，其中，所述成像系统进一步实施为使得所述星座还根据从所述多通道光学装置(130)来看相应的公共点所在的立体角区域而不同，从而补偿所述多通道光学装置(130)的映射误差。11.根据权利要求10所述的投影显示器，其中，所述成像系统进一步被实施为使得所述星座还根据从所述多通道光学装置来看相应公共点所在的立体角区域而不同，从而能够对每个通道单独地补偿所述多通道光学装置(130)的映射误差。12.根据权利要求1所述的投影显示器，其中，所述成像系统被实施为使得根据所述整体图像中相应公共点与所述多通道光学装置(130)之间的距离的所述星座之间的差异主要反映在所述星座之间的中心延伸上，从而个体图像中的点的第一星座相对于第二星座在横向上更长地延伸，所述个体图像中的点的第一星座通过多通道光学装置在所述整体图像中的相应公共点中叠加，所述整体图像中的所述相应公共点到所述多通道光学装置(130)的距离比所述个体图像中第二星座的点被所述多通道光学装置(130)叠加的整体图像中的相应公共点的距离短。13.根据权利要求1所述的投影显示器，其中，所述成像系统(120)被实施为，为了使所述整体图像的照明度均匀化，改变所述成像平面(129)中的所述星座的点的发光度的总和，所述成像平面中的所述星座的点取决于所述整体图像中的相应公共点与所述多通道光学装置(130)的距离，相应星座的点通过所述多通道光学装置被叠加至所述整体图像中的相应公共点，即，进行所述点的发光度改变和/或将相应点贡献给所述相应星座的子区(124)的数目的改变。14.根据权利要求1所述的投影显示器，其中，所述成像系统被实施为从表示所述整体图像的像素阵列数据产生所述个体图像，即，通过使所述像素阵列数据预失真，从而使得在所述投影表面内的所述整体图像的失真由于使所述投影表面相对于所述成像平面倾斜而被校正。15.根据权利要求1所述的投影显示器，其中，所述成像系统是反射成像系统或者具有背面照明或反射背景的透射成像系统或者发射成像系统。16.根据权利要求1所述的投影显示器，其中，所述成像系统是被实施为通过透射比的横向改变来显示所述个体图像的透射成像系统，其中，所述投影显示器包括光源和场透镜或场透镜阵列，并且所述场透镜被布置在距所述个体图像的实现所述多通道光学装置的科勒照明的距离上。17.根据权利要求16所述的投影显示器，还包括用于取消远心照明的另一场透镜。18.根据权利要求1所述的投影显示器，其中，以精密构造的掩模形式无源地实施所述成像系统的至少一部分。19.根据权利要求1所述的投影显示器，其中，所述成像系统和所述多通道光学装置被实施为使得来自不同子区的同一个体图像以像素级精确方式在所述投影表面中叠加。20.根据权利要求1所述的投影显示器，被实施为接收将被投影的具有第一灰度/色标分辨率的图像，其中，所述成像系统被实施为显示具有小于所述第一灰度/色标分辨率的第二灰度/色标分辨率的所述个体图像，其中，所述投影显示器被实施为根据将被投影的图像的灰度/色标值来控制将被投影的图像的像点处的子区，使得所述整体图像(21，23)中的所述个体图像共计为灰度/彩色图像。21.根据权利要求1所述的投影显示器，其中，所述成像系统(120)和所述投影光学装置的二维组件被实施为使得所述个体...

【专利技术属性】
技术研发人员：马塞尔·西勒，彼得·施雷贝尔，
申请(专利权)人：弗兰霍菲尔运输应用研究公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE