技术领域
[0001] 本发明涉及一种具有至少一个光源以及规则地布置的光学通道的投影显示器。具体地,本发明涉及基于反射像素化空间光调制器(数字微镜器件,DMD)的数字投影系统。
相关背景技术
[0002] 已知利用具有一个成像通道或三个成像光学通道的投影显示器或者说利用幻灯机或者说通过激光扫描仪实现将静态和动态的图像内容投影到屏幕上,该一个成像通道或三个成像光学通道用于混色。用作例如移动式图像生成系统所需的微型化在这种情况下常常导致投影图像的亮度损失。
[0003] 因此,本发明的可设想的应用领域在于通信电子设备和娱乐电子设备、数据可视化、光谱仪、3D打印机的领域以及汽车工业领域,特别是用于内部照明和汽车的外部照明,例如大灯。
[0004] 由US2006/0285078 A1已知按颜色顺序点亮LED的微型投影仪,但由于可传输的光通量受到小表面限制,该微型投影仪的微型化仅能够受限地实现。这种关系由集光率守恒(Etendueerhaltung)的光学基本定律所决定。真实的光学器件增加了集光率或降低了系统透射率。因此,对于进行投影的光学系统内部的最小可传输的光通量而言,所需的物镜面积也需要最小。在单通道的投影系统中,由于光学规律(自然渐晕、成像误差),系统构造长度也随着待成像的面积的增加以相同的程度增长,这使微型化变得困难。通过所介绍的阵列投影仪的新式手段,克服了投影亮度和系统构造长度之间的关联性。
[0005] 将投影系统极致微型化的一种备选方案是扫描式激光投影仪。在此,如US20080265148中所描述的,图像内容是通过功率调制的激光束在图像面上进行扫描来生成的。通过这种手段可达到的亮度主要受可用的单模激光器的低功率或者说受其受限的可调制性限制。另一个主要缺点是投影图像中的对可达到的分辨率造成限制的散斑结构(Speckle‑Strukturen)。
[0006] DE 102009024894 A1涉及一种投影显示器,其具有至少一个光源以及规则地布置的光学通道。光学通道包含至少一个场透镜,该场透镜分别分配有一个待成像的物体结构以及至少一个投影透镜。投影透镜到所分配的物体结构的距离相当于投影透镜的焦距,而待成像的物体结构到所分配的场透镜的距离被选择成,使得能够实现所分配的投影透镜的柯勒照明 于是,各个投影叠加成整体图像。
[0007] 从DE 102010030138 A1中已知一种投影显示器(100),其具有至少一个光源(110);至少一个反射式成像器(120),该成像器构造用于在成像器的子区域(124)的二维分布(122)中显示单图像;投影光学器件布置结构(130),其具有投影光学器件(134)的二维布置结构(132),该投影光学装置被配置用于,将至少一个成像器(120)的被分配的子区域(125)分别成像到图像平面(150)上,使得单图像的成像在图像平面(150)中叠加成整体图像(160);以及至少一个分束器(140),该分束器一方面布置在至少一个反射的成像器(120)和投影光学器件(134)的二维布置结构(132)之间的光束路径中并且另一方面布置在至少一个光源(110)和至少一个反射的成像器(120)之间的光束路径中。
[0008] 在DE 102011076083 A1中描述了另一种具有成像器的投影显示器,该成像器被配置用于在成像器的成像平面的子区域的诸如二维分布的分布中创建单图像,投影显示器还具有多通道光学器件,其被配置用于,使每个通道分别将被分配的单图像或成像器的被分配的子区域成像,并且具体地成像成,使得单图像的成像在投影面中至少部分地叠加成整体图像,其中投影面是非平面的自由形式的表面,例如弯曲的面,和/或相对于成像平面倾斜,并且成像器被配置成,使得将子图像中的分别通过多通道光学器件在整体图像中的相应的公共点中相叠加的点的情况根据整体图像中的相应的公共点距多通道光学器件有多远而进行区分。替代地,成像器和多通道光学器件被构造成,使得将每个通道对整体图像的贡献的表现形式根据整体图像中的相应的共同的点距多通道光学器件有多远而在整体图像上局部地发生变化。
[0009] 根据DE 102013208625 A1的解决方案可行的是,通过适当地设计多孔径投影显示器的单图像,即通过将用于多孔径投影显示器的投影通道(投影通道被设置用于将要投影的至少两个图像中的每一个)的临时的单图像以投影通道的方式组合成实际的或者说最终的单图像,来利用多孔径投影显示器在不同的投影距离上生成要投影的图像,并且具体地,静态地或在无需任何械调整或图像生成器的情况下生成。
[0010] 根据当前的现有技术,数字投影系统使用空间光调制器(spatial light modulator,SLM),空间光调制器能够调制射到其上的光,生成图像式的信息并且随后通过光学装置将这些信息成像或直接像激光扫描系统中那样引导到屏幕上。
[0011] 每个光学投影系统的特征在于其能够发射的光通量。单通道投影系统FEKP的光通量在此直接与其投影物镜的焦距的平方成比例(在径面积 A,光源的亮度B,系统透射率T,投影光学器件的光圈值F和投影光学器件的近轴焦距fEKP给定的情况下):
[0012]
[0013] 根据DE 102009024894 A1的示范的多通道投影系统通过使用投影通道的二维的布置绕开了这种相关性。多通道投影仪FMKP的这种系统的光通量根据下式得出:
[0014]
[0015] 其中,N为阵列中所有通道的数量,fMKP为阵列的单独通道的近轴焦距。如果此时将单通道投影仪与具有相同光通量的多通道投影仪进行比较,则对于焦距的关系,得出:
[0016]
[0017] 因此,具有例如100或者说10*10个投影通道的多通道投影仪仅需要单通道投影仪的焦距的十分之一,便能够传输相同的光通量。这实现了巨大的结构空间节省潜力,因为投影仪的结构长度直接与其焦距相关联。
具体实施方式
[0026] 下面应当借助于实施例并且借助于图1至19更详细地阐述根据本发明的解决方案。
[0027] 在此,图1在y轴剖视图中示例性地示出了根据本发明的投影显示器,投影显示器在屏幕3上产生实的整体图像。
[0028] 由光源1发射的光射到组合件2上,组合件由光学通道K构成,光学通道以位于x‑y平面中的二维的i×j矩阵件的形式构造,其中i∈{1,2,3,4,5,6}并且j∈{1,2,3},矩阵件由作为其矩阵元素Ki,j的单独光学通道构成,单独光学通道彼此间具有在x方向上的中心间距pOi和在y方向上的中心间距pOj,
[0029] 矩阵元素Ki,j分别通过以下限定:
[0030]
[0031] 单独光学通道具有能通过反射逐像素地确定光传播方向的空间光调制器Di,j,其法向量从光入射矢量和发生反射之后的光出射矢量平行于y轴延伸,空间光调制器被布置为5个行jmax个列,并且单独光学通道具有被布置为6个行jmax个列的光学元件Oi,j,其中各个单独光学通道Ki,j被设计成,使得在光射入组合件2时,第i行和第j列的单独光学通道Ki,j的空间光调制器Di,j被一个子集的光学元件(Oi,j)的照明,光学元件(Oi,j)被实施成彼此相同的并且通过根据
[0032]
[0033] 或者
[0034] b(i,j)={{Oi,j,O(i+1),j},{Oi,j,O(i+2),j},{Oi,j,O(i+1),j,O(i+2),j},{O(i+1),j},[0035] {O(i+1),j,O(i+2),j},{O(i+2),j}}
[0036] 的照明分配函数b(i,j)限定,其中i的计数方式使第(i+1)个通道行始终位于第i个通道行与光源之间。随着行下标i的增加,通道行到光源1的距离减小,使得在发生反射后在第i行和第j列的空间光调制器Di,j上,由第i行和第j列的根据
[0037] p(i,j)={Oi,j}
[0038] 的投影分配函数p(i,j)限定的光学元件(Oi,j)对空间光调制器Di,j的集合中每一个空间光调制器进行光学成像并且将组合件2的所有的单投影图像叠加成屏幕3上的一个或更多个虚的或实的整体图像。具有相同的i下标的单独通道在下文中被称为行,并且具有相同的j下标的通道在下文中被称为列。i和j的计数方式在正的x方向和y方向上从下标1开始以递增的方式进行。
[0039] 因此,第i行第j列的通道的面发光器被其自身和其位于光源的方向上的相邻通道行的根据上述子集描述b(i,j)所允许的组合照明,并且在空间光调制器上发生反射之后被分配在相同通道中的光学元件成像或者说投影。
[0040] 在示例性的布置中,光学元件O6,j不具有投影功能,而是仅用于对阵列的空间光调制器D5,j的最后一行进行照明。相应地,通道K6,j是特殊情况并且,与所有其它通道相比,不具有作为照明通道和投影通道的双重功能,因此仅仅是照明通道。
[0041] 在空间光调制器的反射像素的“平”状态中,镜面被定向在平行于x‑y平面的平面中。为了使单个空间光调制器Di,j的所有像素处于开状态(on state),这些像素围绕由像素的平面中心点和系统的y单位向量形成的轴线旋转角度αDMD,确切地说通过旋转使得进行反射的像素面的法向量现在朝着光源的方向倾斜,该法向量在“平”状态中指向z轴的方向。
[0042] 在所示的示例性布置中,所有光学元件Oi,j实施成彼此相同的。在x方向上相邻的通道用Oi,j和O(i+1),j表示。
[0043] 在此,第(i+1)j个光学元件O(i+1)j实施成,使得从光源1到达该光学元件的光束照明第i,j个空间光调制器Di,j并且与相邻通道的光学元件Oi+1,j以相同方式实施的光学元件Oi,j在屏幕上将空间光调制器Di,j成像为实的单图像,并且所有单独通道Ki,j的全部单个成像体在屏幕3上在距离L1处完全叠加成整体图像。
[0044] 对于大的投影距离,光学元件Oi,j在z方向上到其对应的空间光调制器Di,j的距离根据几何光学的成像方程近似地与单个投影通道的光学元件的近轴焦距fMKP相当。示出了主射束,即对于成像分别有效的光束。在此,该系统实施成,使得仅有与第i个通道Ki,j相对应的第(i+1)相邻通道Ki+1,j的光束到达空间光调制器Di,j(也就是说,在第i通道行中的空间光调制器),从而使得反射的光可以将与具有行下标i的该空间光调制器相对应的光学元件Oi,j有效地作为投影物镜穿过并且由该投影物镜聚焦地成像到屏幕上。为了使第i个光学元件具有最佳的远心照明,射在空间光调制器Di,j的中点的光束的主光线(来自第(i+1)个光学元件)的入射角优选应当相当于倾斜镜的最大偏转角αdmd的两倍。(图14)
[0045] 所有单独通道Ki,j的单个投影的光轴由于相邻的光学元件pOi和pOj与相邻的空间光调制器pdi和pdj之间的限定的中心间距差而彼此具有会聚性,该会聚性确保所有单个成像在屏幕3上在距离L1处完全地叠加成整体图像。
[0046] 满足:
[0047]
[0048] 图2示出了图1中的布置,并且示出了打在整体图像在x方向上最下面的像点上的完整光束,而不是主光线。
[0049] 图3示出了图1中的布置,并且示出了打在整体图像在x方向上的中点上的完整光束,而不是主光线。
[0050] 图4示出了图1中的布置,并且示出了打在整体图像在x方向上最上面的像点上的完整光束,而不是主光线。
[0051] 图5示出了图1中的布置,并且空间光调制器的所有单个像素并非处于开状态(如在图1‑4中所示),单个镜的法向量此时沿着z轴定向。在DMD中,这通常被称为“平”状态(flat state)。该布置在该像素状态中确保,到达反射的空间光调制器的光束不被成像到屏幕3上而是落在射束阱12中。
[0052] 图6示出了图1中的布置,在此,代替在开状态中的倾斜镜的先前的定向(图1‑4),单镜面此时围绕由像素面中心点和系统的y单位向量限定的轴线从光源顺时针地旋转角度2αDMD。这代表面发光器的单个像素的关状态(off‑state)。到达关状态像素的所有光束与在“平”状态(参见图5)下的偏转相比又更多地向下偏转,并且不对成像到屏幕上作出贡献。为了使散射光最小化,将光束偏转到射束阱12中。
[0053] 图7示出根据图1的根据本发明的布置,该布置具有五个彼此没有会聚性的单个投影。这些单独通道投影首先借助于位于上游的双凸总透镜4(聚光透镜)被成像在屏幕3上并且通过完全叠加而合一,双凸总透镜4具有固定的正焦距F大(FMakro)并且位于距整体图像距离F大处。
[0054] 图8示出了根据图1的根据本发明的布置,布置具有单投影图像,这些单投影图像以不具有会聚性的方式、也就是说彼此平行地离开组合件2。这些单投影图像到达焦距能可变调节的总透镜5上。该总透镜根据其设定的焦距(在图中示出负的焦距)将单个投影的光轴定向成,使得单投影图像朝屏幕3的方向既可以彼此会聚地、彼此平行地而且还可以彼此发散地定向。这种可调节的焦距实现了可变的图像合成,以便可以如此在具有最大照度和最小图像数量、‑和最小图像尺寸的不同的整体图像以及具有最大像点数量和最小照度和最大图像尺寸的整体图像之间动态地切换。
[0055] 图9示出了通过将单个空间光调制器Di,j合并为大面积的组合空间光调制器6的形式而实施的根据本发明的布置。单个光学元件以透镜阵列7的形式被实施为整体式构件,透镜阵列在每个单独通道处分别由两个光学面构成。面向空间光调制器6的光学面是自由变形表面,并且面向屏幕的面在此是非球面的表面。示出了针对三个不同的像点的既在照明光路13中也在投影光路14中(在DMD上反射之后)的有效的光束。对第i个空间光调制器进行照明的光在此完全来自于在y方向上直接相邻的具有行下标i+1的相邻通道。
[0056] 图10示出了本发明的具体实施方式。在此涉及由5行和j列的空间光调制器Di,j构成的布置,其配备有在投影方向上定位在前面的盖板8。布置成6行j列的单独通道的光学元件Oi,j分别由两个透镜构成,透镜分别具有两个光学面。在此,组合透镜9由两个双面的整体式透镜阵列形成,其中第一透镜阵列9a包含由光学元件Oi,j构成的第一透镜的二维布置,并且第二透镜阵列9b包含由光学元件Oi,j构成的第二透镜的二维布置。空间光调制器Di,j的照明既通过光学元件O(i+1)j也通过光学元件O(i+2)j实现。空间光调制器Di,j的投影通过用于每个通道行的光学元件Oi,j实现,其中i∈{1,…,5}。示出了来自通道行的用于投影的主光路,其中i∈{1,3,5}。
[0057] 图11示出了根据本发明的布置,其中这些单独通道的照明光路13和投影光路14的分离在这里借助于整体式棱镜10来实现。来自照明的光源1的光束由于其在棱镜10的侧面上的缓斜的入射角而被全反射(TIR棱镜),并且随后在倾斜入射的情况下到达组合件2。由于光束在空间光调制器Di,j上的反射偏转和角度变化,通过相应的光学元件Oi,j被成像为单投影图像的每个光束可以朝屏幕3的方向透射穿过棱镜10并且穿过第二棱镜11,第二棱镜补偿棱镜10的折射角度偏转。这与图1中的布置相比能够实现更紧凑的结构形式,因为即使光路在空间上还没有彼此分离,这些光路也能够通过全反射,也就是说根据角度而被供应至不同的方向并且因此在最小的结构空间内在空间上被分离。所有的单投影图像完全叠加成屏幕3上的整体图像。
[0058] 图12示出本发明,其中,与图11相比,照明的光线束折射地穿过棱镜10并且在没有全反射的情况下到达组合件2。由于在空间光调制器Di,j上的反射的角偏转以及随后通过光学元件Oi,j实现的成像,光束在投影光路中在棱镜10的边界面上全反射并且由此朝屏幕的方向偏转。如也在图11中那样,利用全反射作为角滤波器能够实现,相比于图1中的布置进一步减小整个系统的结构尺寸。
[0059] 图13示出了处于两种不同状态下的本发明。状态1对应于将实的整体图像投影在距组合件2投影距离L1处,并且状态2(虚线)示出将实的整体图像投影在第二投影距离L2处,其中L1
[0060] 图14借助于由3个通道构成的组合件示例性示出本发明,三个通道由K1,j=(D1,j、O1,j)和K2,j=(D2,j、O2,j)和K3,j=(O3,j)组成。在此,主光线在空间光调制器上的入射角为2αDMD,以便在倾角为αDMD情况下实现光学元件的远心照明。
[0061] 图15示出了图1中的根据本发明的布置,该布置通过照明光路内的反射器15被完善。这用于进一步使布置微型化。
[0062] 图16示出了本发明的具体实施方式。该实施方式涉及由5行3列空间光调制器Di,j构成的布置。布置成6行3列的单独通道的光学元件Oi,j分别由两个透镜构成,这两个透镜分别具有两个光学面。在此,组合透镜16由两个双面的整体式透镜阵列形成,其中第一透镜阵列16a包含由光学元件Oi,j构成的第一透镜的二维布置,并且第二透镜阵列16b包含由光学元件Oi,j构成的第二透镜的二维布置。
[0063] 在此,与图10不同,通过光学元件Oi,j以及O(i+1)j,也就是说通过直接相邻的光学元件和自身通道的光学元件的一个子集,来实现单个的空间光调制器Di,j的照明。在该布置中没有盖板8。空间光调制器Di,j的投影通过用于每个通道行的光学元件Oi,j实现,其中i∈{1,2,3,4,5}。示出了来自通道行(i∈{1,3,5})的用于投影的主光路。
[0064] 图16a示出了来自图16的布置的光源1的位置空间分布和角度空间分布。光源具有在x方向上具有较大延展的矩形形状并且具有在x方向和y方向上具有大约±5°的发散角的正方形的角度分布。
[0065] 图16b示出了在光学元件Oi,j的面向屏幕的入射面的平面中拍摄的位置空间分布和角度空间分布。光源的光以近似‑24°的主光线角度(这相当于DMDαDMD的镜倾斜角的双倍)射到光学元件Oi,j上,其中i∈{2,3,4,5,6}并且j∈{1,2,3}。
[0066] 图16c示出了在空间光调制器Di,j的平面中拍摄的位置空间分布和角度空间分布。5×3的被照明的光学元件中的每一个光学元件由光源的角度分布逐通道地产生DMD上的该分布的图像。用于图像中心点的光束的主光线角在x方向上为+24°。在开状态中的倾斜镜通过与Di,j相对应的光学元件将该主光线角朝着屏幕方向偏转成0°,也就是说在z方向上。平坦状态中的倾斜镜将主光线角偏转成x‑24°,而关状态中的像素将主光线偏转成‑48°。
[0067] 图16d以三维视图示出图16中的布置。示出了来自光源1的三个主光线的光线走向,这三个主光线用于对空间光调制器D3j(其中j∈{1,2,3})的中心点进行成像。示例性地绘出了以下光线走向:
[0068] O41照明D31,并且从O31朝向屏幕方向投影。
[0069] O42照明D32,并且从O32朝向屏幕方向投影。
[0070] O43照明D33,并且从O33朝向屏幕方向投影。
[0071] 图17以根据本发明的解决方案的特别的设计方案示出了两个根据本发明的投影显示器PDa和PDb的组合,投影显示器PDa由光源1a和组合件2a构成,并且投影显示器PDb由光源1b和组合件2b构成。光源1a被设计为,使得仅照明每个空间光调制器Dai,j的在x定向上分别距光源更远的半部(针对空间光调制器Da1,j示例性地示出,其具有下部的图像半部18a1,j)。投影显示器PDb相当于在被移动到空间光调制器Dai,j的中心点的y‑z平面上被映射的投影显示器PDa。所有空间光调制器的所有像素首先被构造在“平”状态中。投影显示器PDa的所有的空间光调制器被投影显示器PDb一起使用,如同行Oai,j的光学元件那样(其中∈{1,
2,3,4,5})。因此,对于光学元件的标识,满足:Oa1,j≡Ob5,j并且Oa2,j≡Ob4,j并且Oa3,j≡Ob3,j并且Oa4,j≡Ob2,j并且Oa5,j≡Ob1,j,并且对于空间光调制器,满足:Da1,j≡Db5,j并且Da2,j≡Db4,j并且Da3,j≡Db3,j并且Da4,j≡Db2,j并且Da5,j≡Db1,j。如果此时使所有空间光调制器的通道特定的上部的图像半部17ai,j(示例性地以用于通道(Ka1,j)的17a1,j示出)的图像内容颠倒,则这些图像内容在投影显示器PDb上作用成或者说在光源1b照射到2b上时,使得好像空间光调制器的上部的半部的像素未被颠倒并且相应地通过光学元件Oai,j(其中i∈{1,…,5})朝屏幕
3的方向被成像。因此,所有通道的组合件可以通过所有光学元件和两个光源的共同作用在倾斜镜状态被正确调制的情况下投影出被照射的面和未被照射的面正确分布的整体图像。
两个相互组合的投影显示器PDa和PDb的布置的优点是对每一个通道的光学元件的技术要求更低,因为光学元件此时照明每个相邻通道的明显更小的平面区域或者说甚至必须能够在通道内部成像。为了避免投影图像中的错误光,有利的是,确保源自1a和1b的照明区域之间在空间光调制器上的照明区域的尽可能清晰的分离和干净的连接。
[0072] 图17a以z视角示出了图17中的布置,该布置由光源1a照明。示出了所有5×3个空间光调制器,其中,这些空间光调制器分别仅在其下半部中被1a照明。对于光源1a作为处于开状态的像素发挥作用的面元件用阴影示出,作为关状态像素起作用的面元件用黑色示出。
[0073] 图17b以z视角示出了图17中的布置,该布置由光源1b照明。示出了所有5×3个空间光调制器,其中,这些空间光调制器分别仅在其上半部中被1b照明。对于光源1b作为处于开状态的像素发挥作用的面元件用阴影示出,作为关状态像素起作用的面元件用黑色示出。
[0074] 图像17c示出了屏幕3上的通过PDa实现的所有下部的图像半部18ai,j的所有成像和通过PDb实现的所有上部的图像半部17ai,j的所有成像的拼合的投影图像,该投影图像由被明亮地照明的方形的中心中的黑色的“F”构成。
[0075] 图像18示出了在屏幕3上的两个单投影图像的示例性叠加,其中,这些单投影图像在x方向和y方向上分别相互移动P/2,其中,P是组合件2的空间光调制器Di,j的投影像素的中心间距。这能够实现,既在x方向上并且还在y方向上使可显示的可调制的图像像素数量翻倍,即,使可显示的总像素变成四倍。从在x定向和y定向上通常为数百个像素的单个的投影图像的所有投影像素的总量中分别示出2x2个投影像素。这种半像素叠加的形式可以通过将单个投影仪的一个子集适当地在空间上适当地偏移来生成。这例如可以通过将所有光学元件的子集相对于所有光学元件的第二子集进行偏心来产生。这种通常称为透镜偏移(在x定向和y定向上在图像侧上扩展半个像素尺寸)的效应,既可以通过使光学元件的一个子集发生偏心实现,也可以通过使一个子集的空间光调制器相对于由具有彼此相同的中心间距的光学元件构成的规则地布置的阵列发生偏心实现。与通常使用高频机械机构来时序地实现这种半像素叠加的传统的单通道投影系统不同,这样实施的多通道投影系统可以在没有可移动部件(固态)的情况下提高可显示的图像信息(超分辨率)。
[0076] 图19示出三个单投影图像在屏幕3上的示例性叠加,其中,这些单投影图像在x方向和y方向上分别相互移动P/3,其中,P是组合件2的空间光调制器Di,j的投影像素的中心间距。这能够实现,既在x方向上并且在y方向上将可显示的可调制的图像像素数量变成三倍,即,使可显示的总像素(超分辨率)变成九倍。与图18不同,为此需要通道Ki,j的三个子集,通道的光轴要么通过1/3像素移位要么通过2/3像素移位在角空间中相对于光学通道的第一子集被偏转。偏转例如可以通过将所有光学元件的子集相对于彼此具有一致的中心间距的空间光调制器的整体发生偏心来实现,或者通过将空间光调制器的子集相对于彼此具有相同的中心间距的光学元件的整体发生偏心来实现。
[0077] 在根据本发明的解决方案的特别的设计方案中,在光学上有效的元件的近轴焦距优选为0.5mm‑30mm。
[0078] 在根据本发明的解决方案中,以下优点是应被承认的,由于多个设置有因通道而异的空间上的照明分布的空间光调制器在屏幕3上的叠加,不仅实现图像信息在屏幕上的叠加,还伴随着Di,j上的所有因通道而异的空间上的照明分布在屏幕3上的叠加。光分布的这种由布置所决定的固有的混合相对于传统的单通道投影系统而言确保了光分布在整个图像上有更好的均匀性。
[0079] 因此,要求整体图像的照明有类似均匀性的传统的单通道投影系统总是需要更高的耗费,例如由于在照明光路内部的构造中有更大数量的光学元件所引起。由于与具有相同光通量(与通道数量N有关)的传统的投影系统相对比成像所需的光学元件需要的焦距近似地明显减小到 通过在使用所描述的反射的空间光调制器的情况下利用所提出的多通道投影原理获得显著的结构空间节约潜力。
[0080] 通过每个通道的光学元件的双重功能,即其既用于照明功能又用于投影功能的使用,相对于传统的投影系统得到巨大的部件节省潜力。这一点由于从中取得的较低的复杂性和减小的公差链而能够引起功率明显更强大、明显更不易受干扰并且成本明显更低的投影系统。
[0081] 将在DE 102011076083 A1中描述的方法应用于所提出的根据本发明的解决方案能够实现将高对比度的、强光的投影图像投影到例如强烈倾斜的屏幕面或自由变形的表面上。除了多通道布置之外,这一效果的基础是充分利用每个单独通道的超焦距这是通过与常见的投影距离(10cm…10m)相比相对较小的光学孔径尺
寸(0.5mm…10mm)实现。
[0082] 应用在DE 102013208625 A1中描述的用于物体结构生成的算法可以确保,相对于光通量相同的单通道投影系统扩展景深。在特殊情况下,在DE 102013208625A1中公开的计算规则也可以用于在三维投影光场内部生成多于一个的投影图像,而不需要重新调整形成在空间光调制器Di,j上的物体信息。
[0083] 在使用具有例如可通过8位脉冲宽度调制控制的像素亮度深度(灰度值的数量)的空间光调制器Di,j的情况下,在通道数量为i·j=N个通道的情况下在整体图像3中得到的图像像素的可显示的位深度(可显示的灰度等级的数量)为256×N。这相当于基于多通道叠加投影原理而提高可显示的灰度值或者说图像深度。
[0084] 在图9和图16中示出的示例性的实施方案能够实现将光学元件用作用于封装面发光器的整体式构件并且代替在传统投影仪中必要的盖板。
[0085] 在根据本发明的解决方案的另一种特别的设计方案中提出,在组合件2内部给具有相同列下标j的投影通道Ki,j的一个子集分配具有相同透射光谱(例如红、绿或蓝)的通道特定的滤色器,并且相对应的空间光调制器Di,j将相应的颜色分量作为处于开状态的像素来呈现,并且由此通过将所有以原色着色的通道Ki,j叠加来在屏幕3上产生全彩的整个图像。
[0086] 将在DE 102012205165 B4和DE 2013206604 A1中所描述的布置与在此所公开的根据本发明的布置组合来使用能够实现虚的图像内容的投影,例如以靠近眼睛的数据眼镜的形式或者以用于将信息反射到机动车乘客的视野中的布置结构的形式。商业上可用的DMD空间光调制器的宽高比通常为16:9,由于由此将空间光调制器的面积以最优方式充分利用与可供使用的光源(大功率LED、激光二极管)的常见位置分布相结合,使用具有其规格同样与16:9或1:1相当的孔径的光学元件有利于实现高效的投影系统。
[0087] 将根据权利要求1中所提及的布置结构的系统效率进一步提高的可能方案是,将射到空间光调制器的处于关状态的倾斜镜像素并且在空间光调制器上发生反射之后又在未成像的情况下离开光学元件的组合件(在不能够到达屏幕的情况下)的光第二次或多次借助于另外的光学构件重新馈入到照明光路中,使得光能够多次经过光路并且因此尽可能在另一次经过时射到开状态的像素上并且能够朝着屏幕的方向被成像。