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

摘要

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。

说明书

技术领域

本发明的实施方式涉及用于显示整体图像的投影显示器和方法。

背景技术

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，US 2009 323 028 A1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，US 2009 237 616 A1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。

发明内容

DE 102009024894中描述了一种该问题的解决方案。DE  102009024894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，本发明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）。

通过根据权利要求1或者28所述的投影显示器和根据权利要求27或 者33所述的方法可实现此目的。

本发明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（individual  image，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。

本发明的基本构思是，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-channel optics）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（overall lens），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。

在本发明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发明的实施方式，其中，相同或 者等价元件以相同的参考标号表示。如下：

图1是根据本发明的实施方式的投影显示器的示意性框图；

图2a至图2b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头像显示器的侧视图；

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（grid assembly）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9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发明之前，应注意，在随后示出 的实施方式中，附图中相同或者等价功能的元件设置有相同的参考标 号。因此，对具有相同参考标号的元件的描述可互换和/或适用于不同的 实施方式。

图1示出了根据本发明的实施方式的投影显示器100。投影显示器 100包括成像系统120和多通道光学装置130。成像系统120被实施为以 成像系统120的成像平面129的子区124分布方式产生或者显示个体图 像。多通道光学装置130被配置为每一个通道映射各个成像系统120的一 个分配的子区124，使得个体图像的映射部分地叠加到投影表面150内的 整体图像160。

在图1中，投影显示器100是四通道方式的示例性结构，即，成像系 统120在四个子区124内产生个体图像，并且多通道光学装置130相应地 构造为具有例如每一个通道一个相应投影光学装置134的四通道方式。然 而，该数量仅是示例性数量。子区124和投影光学装置134的二维分布也 仅是示例性分布。还可沿着一条线实现该分布。此外，该分布并不局限 于规则的二维分布。如下面更为详细的讨论，例如，投影光学装置134的 中心间距相对于成像平面129内子区124的中心间距减小。下文将提供细 节。

图1中的投影显示器100被实施为使得投影表面不必是平行于成像平 面129的平面投影表面。如图1中示例性示出的，其中产生整体图像、以 清晰地聚焦方式（即，聚焦深度区）叠加个体图像的投影表面可以是相对 于成像平面129倾斜的自由表面或者投影表面150。

为补偿投影表面150相对于成像平面129的平行平面方向 （plane-parallel orientation）的偏离，成像系统120被实施为根据整体图像 中相应公共点距多通道光学装置130的距离而使得每个均通过多通道光学 装置130叠加在整体图像16中的相应公共点的个体图像中的点的星座不 同。图1示例地示出了整体图像160内的两个这样的公共点，即，一个用 x表示并且另一个用o表示。在多通道光学装置130上对应于这些点的子 区124的个体图像内的点也相应地以x或者o表示。成像平面129内点o 的位置或者点x的位置各自共同形成星座（constellation）。

点o的星座与点x的星座不同，以补偿公共点x沿着投影显示器的光 轴（在图1中，示例为成像平面129的法线方向或者z轴）到投影显示器 100或多通道光学装置130的距离小于公共点o的距离。如下面更为详细 讨论的，由星座中不同距离引起的差异主要在点x的星座的中心延伸相对 于点o的星座具有更大的延伸。然而，星座也可以根据从多通道光学装置 130来看的例如相对于光轴（此处，示例为z）、相应公共点o或者x所 在的立体角区域（solid angle area）而不同，以补偿多通道光学装置130 或者各个投影光学装置134的映射误差。特别地，该立体角区域差异可被 实施为使得每一个通道地分别补偿多通道光学装置130的成像误差。在以 下的说明中更为详细地给给出精确相关性。

换言之，将基于所有四个通道的详细图像被示例性地完全或者全等 地（congruently）叠加的特定实施方式再次讨论图1中的实施方式。如上 所述，这并不绝对必要的。不同地叠加个体图像以产生整体图像160也是 可能的。

因此，子区124内的个体图像基本具有相同的内容。他们全都代表整 体图像160的一个版本。有可能的是，利用针对所有个体图像相同的预失 真使子区124内的个体图像或者子区本身相对于例如矩形的整体图像160 失真。根据他们的焦距和到投影表面的距离以及由于投影表面150从实际 图像平面到多通道光学装置130的偏离（例如，偏离可以无穷大）在整体 图像160上产生的空间变化，预失真校正例如由单独用于各个通道的映射 的光路的发散产生或者由单独用于各个通道的映射的放大产生的失真。 所有通道上的预失真可能不一致。为了解决超过一阶像差（梯形）的失真 （三阶），可能有利地是，不同程度地使个体图像或者子区124预失真， 因为存在相应通道的不同偏心。如下面将讨论的，将加入在倾斜投影表 面的阵列的星座变化。

子区124内相对于整体图像160预失真的个体图像确实不同以实现与 整体图像160内公共点对应的子图像124中的点的上述星座，使得尽管投 影表面150沿着投影显示器100的光轴z的深度变化（depth variation）， 也在整个横向延伸维持整体图像160的锐度。

在子区124的个体图像中进一步差异可能通过由上述的每个通道地校 正多通道光学装置130的映射误差引起，然而，这与投影表面距投影显示 器100的距离的横向变化无关。

这样，整体图像160能够被投影到投影表面150上，使得整体图像 160看上去没有失真并且从诸如垂直于投影表面150的特定视角看是锐利 的。

图1中的投影显示器100能够用于不同的目的并且能够用于不同的应 用领域。例如，图1中的投影显示器是一种旨在将预定的整体图像锐利地 投影到相对于投影显示器100具有不变固定位置的预定投影表面150。例 如，投影显示器100可被设置成将表示例如铭文或者另一内容的整体图像 160投影到其外表面形成投影表面150的雕刻上，其中，在这种类型的应 用中，投影显示器100旨在定位并且保持在相对于雕刻的固定位置。在这 种情况下，成像系统120可以是阴影掩模或者例如由与多通道光学装置 130相反的后方进行照明（例如借助于科勒照明（illumination）） 的另一精密构造的掩模。可以在二进制编码的、灰度的、或者甚至彩色 编码的子区124中以模拟或者连续或者像素化形式实现个体图像。掩模 120尤其可以是幻灯片（slide），或者在子区124中是单独的幻灯片。特 别可通过将图像信息映射到透射光栅（transmission scale）实现对图像信 息的编码。下面将更为详细地讨论背面照明的实例。然而，掩模形式的 成像系统120还可进行反射以在子区124内产生静态的个体图像。下面还 将给出反射系统的实例。

可使用诸如数字成像系统120等有源成像系统替代无源或者静态成像 系统120。成像系统可以透射方式或者反射方式操作。然而，也可以是自 身发光的成像系统，诸如，OLED或者LED显示器。在这些情况下，如 下面更为详细的讨论那样，成像系统可以例如在内部实施执行上述处理， 其从表示整体图像160的输入像素阵列数据提供位置和内容，即，为了通 过成像系统120显示个体图像，子区124的个体图像首先被调整到投影表 面150到投影显示器100的特定相对位置，这也使得通过相应地调整或者 重新执行预处理可以进行尤其是对其他投影表面几何学的调整。下面还将 更为详细地进行讨论。

最后，应注意，成像系统120和多通道光学装置130可以彼此固定， 诸如安装在壳体内。特别地，投影显示器100可以安装在诸如移动电话、 PDA、笔记本、或者任何其他便携式计算机等移动设备内。

在对上述投影显示器的实施方式进行整体描述之后，将参照图2a至 图2d就有关如何形成投影装置100的光学或者装置零件来讨论不同的选 项。图2a至图2d中的实施方式并不被视为限制、而是代表有利的实施方 式。

图2a示出了根据图1的投影显示器的一实施方式，其中，成像系统 120通过显示或者编码个体图像中由于透射横向变化的发光度变化或者色 调变化而透射性地操作或者显示子区124中的个体图像。如图2a所示， 为了实现背面照明，即，从成像系统120的与多通道光学装置130相反一 侧的照明，投影装置可包括光源110和场透镜115。优选地，子图像124 与场透镜115之间的距离选择为较小，以实现成像系统120的全部照明。 优选地，额外地或替代地，实现多通道光学装置134的科勒（）照 明度，场透镜115据此将光源110映射（map）到投影光学装置130的光 瞳的开口。

图2b示出了可使用场透镜阵列116替代场透镜，并且额外地或替代 地，替代点形光源110，可将平面光源111定位背面用于照明，即，使得 场透镜阵列116或场透镜115布置在光源111与成像系统120之间。这 里，也能够实现科勒照明。例如，平面光源可以是具有分配的准直光学 装置的LED阵列，以实现也以真正平面方式构造的照明单元。

图2c示出了诸如数字成像系统等自身发光成像系统也可以用作成像 系统120。照明技术可以是基于OLED的、基于LED的、基于TFT的或 者不同地实施的技术。

图2d示出了投影显示器的反射结构，根据该结构，成像系统120是 反射成像系统并且通过布置在多通道光学装置130与成像系统120之间的 分束器140实现前侧照明，成像系统120例如经由聚光光学装置115和光 源110的组合而被横向照明，从而照明成像系统120的子区124。从下列 讨论中，细节将变得更清晰。

成像系统120可以是例如反射LCD成像系统120，与根据图2a和图 2b的实施方式的成像系统传感器一样可以是透射LCD成像系统。

在描述了图1的实施方式的基本实施选项之后，将基于下列附图来讨 论投影显示器的光学组件的可能细节。为了说明光学结构，首先假定投 影表面150是平面并且平行于成像系统的成像平面延伸。然而，这些陈述 也将表明投影显示器的光学结构将满足锐利投影到不同形状或者定位的 投影表面的期望，这是因为由于多通道光学装置结构，无论如何，基本 存在聚焦的光学深度。由于通常非常短的焦距（例如几毫米），所以与常 规单通道组件相比，各个单独投影仪或者阵列132中各个通道的聚焦范围 的深度非常高。根据本发明的实施方式利用这些情况，从而通过适当地 改变相对于投影表面的平行平面方向的个体图像或者子区最后产生投影 到倾斜的或者自由表面形状的投影表面的锐度，如果是数字成像系统， 仅必须进行例如数字图像处理。只有在进行此描述之后才会对下列情况 进行讨论，即，投影表面并不取向为平行平面于成像平面或者不必这 样，并且根据本发明的实施方式的还需要额外的措施对偏离做出反应。

图3示出了根据本发明的实施方式的投影显示器100的侧视图。图1 中示出的投影显示器100包括光源110、成像系统120（此处，给出的例 子是以反射方式实施）、作为多通道光学装置130的投影光学装置134的 二维阵列或者组件132、和分束器140。此处，成像系统120被实施为在 成像系统120的子区124的二维分布122显示个体图像。此外，投影光学 装置134的二维组件132被配置为沿着光轴103映射成像系统120的分配 子区125，从而个体图像的映射被叠加到投影表面150的整体图像160。 最后，一方面，分束器140布置在介于成像系统120与投影光学装置的二 维分组件132之间的光路上，另一方面，分束器140布置在介于光源110 与成像系统120之间的光路上。

特别地，在进一步的实施方式中，分束器140能够具有偏振效应，并 且反射成像系统120可以被实施为以偏振影响形式来显示个体图像。

投影显示器可包括成像系统120（被实施为例如液晶成像系统121） 上成像区的规则二维组件；分束器140，被实施为例如偏振分束器142； 以及投影光学装置134的二维组件132。如图3中所示，来自例如实施为 LED112的光源110的光首先穿过聚光光学装置115，然后，又被引导向 偏振分束器142。在此，在反射成像系统120的方向上以偏振方式最后反 射来自光源110的光，成像系统120是例如LCoS成像系统（LCoS=硅基 液晶）。

例如，根据要被显示的像点的灰度级，数字成像系统旋转在其上反 射的光的偏振方向，并且因此在第二次穿过偏振分束器时控制透射。每 个像素地快速切换电压或者晶体偏振面旋转可显示动态图像内容。

例如，图3中示出的投影光学装置134可以是显微透镜，显微透镜作 为投影物镜在规则的二维组件中实施，每个投影物镜均将成像系统120的 子区125映射到投影表面150或者屏幕上。通过使用这样的投影组件，使 得相对于同一图像尺寸的常规单通道投影仪可极大地减小整体系统的安 装长度。在由于投影光学装置或者透镜的例如几毫米焦距（它们的焦距又 取决于分束器的维度（dimension））使得投影显示器或者投影系统的安装 长度较小的同时，物体表面或横向延伸的倍增提供图像发光度成比例增 加。因此，与微型化的单通道投影仪相比较，获得了超过分束器厚度仅 几毫米的安装长度，并且具有相当的横向延伸和投影距离。

在进一步的实施方式中，通过叠加、放置在一起或者交错组件的各 个通道的映射能够产生投影图像。

在进一步的实施方式中，如图3中示例性示出的，投影光学装置134 具有相对于分配的子区124的偏心135。

通常，偏心可被视为相对于中心光轴101的中心压缩或者延伸，或者 相对于成像系统120的分配子区124的投影光学装置134的横向偏置。将 投影光学装置相对于成像系统上分配的个体图像的偏心对于投影距离是 决定性的。由于子图像大的聚焦深度，投影距离处的聚焦或者锐度仅以 限制性方式取决于个体投影光学装置的屏幕侧焦点。如上文所述，在物 体侧，例如，相对于投影光学装置的短焦距聚焦投影光学装置134可以被 精确地调整，使得成像平面129位于投影光学装置130的焦距内。然而， 这不是必须的。如上文所述，对于虚拟图像或者非常近的投影距离，可 在前方或者后方缩短成像平面129。基于此，屏幕侧聚焦是例如无限的， 但是由于相对较短的焦距，各个通道的聚焦深度区较大。当图像或者投 影表面150并不在平行于成像平面129的平面上延伸时，而是倾斜至成像 平面129之外或者根据自由曲面以另一种方式改变，根据图1以及以下的 描述利用此种情况。

通过相对成像结构略微降低投影光学装置或者投影透镜的中心间距 （间距），导致相应成像结构和相应投影光学装置的偏置135从投影光学 装置134的二维组件132的中心光轴101或者阵列中心（光栅中心）向外 部逐渐增加。外部投影光学装置134或者投影仪的光轴103相对于中心光 轴101产生的轻微倾斜致使将图像平面或者投影表面150内的各个映射叠 加到整体图像160上。此处，图像平面或者投影表面可以是无限的或者在 成像系统的前方或者在成像系统的后方距投影光学装置的有限距离处。 如图1所示，成像系统前方的区域由右方或者投影光学装置134的二维组 件132之后的光路的区域102限定，而成像系统后方的区域由成像系统 120的左侧或者成像系统120的与分束器140相反的一侧的区域104限 定。各个映射能够在例如屏幕上被叠加至整体图像。

此处，不需要用于光路中投影的任何其他宏观光学元件。阵列投影 显示器的投影距离L（即，投影表面150距垂直于它的投影光学装置134 的二维组件132的平均距离L）在非平行平面投影表面150的情况下是平 均投影距离），从投影光学装置的焦距f、投影光学装置的中心间距p_PL以及图像的中心间距p_OBJ产生投影距离L。由投影距离L与投影透镜的焦 距f的比率产生映射的放大倍率M。此处，适用下列关系：

$L=\frac{f·p_{\mathrm{PL}}}{p_{\mathrm{OBJ}}-p_{\mathrm{PL}}},M=\frac{L}{f}=\frac{p_{\mathrm{PL}}}{p_{\mathrm{OBJ}}-p_{\mathrm{PL}}}.$

因此，对象（object）结构与投影光学装置的中心间距的比率或者它 们的差控制投影距离。此处，应注意，如果是非平行平面投影表面150， 例如，子区124的中心间距p_OBJ表示个体图像中所有对应点的平均值，或 者子区124的区域中心的距离平均值，其可以被例如失真，一方面，如上 述参照图1所描述的用于补偿光学失真，另一方面，用于局部锐度的再调 整。下面将详细讨论。

如果投影光学装置的中心间距小于成像结构的中心间距，则在限定 的距离内产生实像。在图1中示出的情况下，投影光学装置134的中心间 距p_PL小于分配子区124的中心间距p_obj。因此，在图1的实施方式中，叠 加在投影表面150中的整体图像162是实像（real）。图1也基于该实例。

图4示出了根据另一实施方式的投影显示器的侧视图。在图4中示出 的实施方式中，多通道光学装置134进一步包括整体透镜310，整体透镜 310处于相对于投影光学装置134的二维组件132的下游并且与投影光学 装置134的二维组件132协作。在此上下文中，下游指整体透镜310布置 在投影光学装置134的二维组件132之后的光路上。具体地，在图4中， 整体透镜310被实施为重新聚焦来自投影光学装置134的准直光束315， 从而使得整体图像302的图像平面或投影表面150位于整体透镜310的焦 平面内，或者从平行平面布置局部偏离的投影表面150处于聚焦深度区 内。图4中示出了这些情形，使得多通道光学装置150具有到整体透镜 310的平均距离f_L，其中，各个映射被叠加到整体图像302。此外，通过 成像系统120可以调整投影光学装置134的二维组件132到成像系统120 的距离d_PL，从而使其大致对应于透镜光学134的焦距。

在图4中，可以看出投影光学装置134居中并且以相对于分配子区 124的准直方式作用。这意味着在本实施方式中，投影光学装置134的中 心间距p_PL等于分配子区124的中心间距p_OBJ。

如图中的示例示出，如果通过调整投影光学装置到成像系统的距离 d_PL来相应地修改结构使得个体图像在无限远处形成，则子图像的间距对 应于投影光学装置的间距，并且如果整体透镜310例如以会聚透镜312形 式布置在投影光学装置或者阵列光学装置的二维组件之后的光路上，则 整体图像302形成在透镜310的焦平面内。当使用会聚透镜时，实像（real  image）被投影到屏幕上。图4中示出的实施方式的一个优点是与图3中 所示的结构相比较，减少了远离轴的投影通道103的渐晕，并且通过使用 可变的会聚透镜或者发散透镜（例如以缩放物镜或者液态透镜形式）可选 择调节不同的平均投影距离。

特别地，图4中示出的下游整体透镜310可被实施为具有可变焦距的 光学装置，使得能够调整投影距离。从图4中可看出，除了投影光学组件 130的纵向延伸以外，投影距离L实质上由整体透镜310的焦距f_L决定。

通过如图5示例性示出的投影阵列的特定实施方案也可获得下游会聚 透镜或发散透镜的光学效果。具体地，图5示出了创新型投影显示器400 的侧视图。在图5中示出的实施方式中，投影光学装置134的二维组件 132被实施为投影阵列410或者二维组件，其中，投影阵列410的各个投 影光学装置414具有相对于相应投影光学装置的孔径（aperture）偏心的透 镜顶（lens vertex）415。

图5中示出的二维组件410的投影光学装置414实质上对应于图3和 图4中示出的二维组件132的投影光学装置134。在放大的表示（圆圈Z） 中，能够更清晰地看出投影光学装置414的各个透镜顶415。例如，透镜 顶415的偏心可以被实施为使得二维组件410的投影光学装置414一起实 现与图4中示出的具有下游整体透镜310的投影光学装置组件130相同的 效果。如图5中的示例示出，此处，透镜顶415的中心间距p_LS小于分配 子区124的中心间距p_OBJ。因此，各个透镜均能够将相应子区125的个体 图像投影到投影表面150上。这里，个体图像的映射被叠加到整体图像 160。

如果相应地使用随着至中心光轴101或者相对于孔径的系统轴的距离 增大透镜顶逐渐偏置的投影透镜，诸如会聚透镜的整体透镜的光学功能 可以转移至投影或者透镜阵列。图5中示出的实施方式的一个优点在于在 保持远离轴的通道的渐晕减少的同时能够节省光学部件。

图6示出了使用阵列光源的选项。图6示出了具有光源的光栅组件 510的创新型投影显示器500。此处，图6中示出的光栅组件510实质上 对应于图3至图5中的光源110。此外，图6示出了聚光光学组件515。 图6中的聚光光学组件515基本对应于图3至图5中的聚光光学装置115。 如图6所示，光栅组件510包括多个光源510-1、510-2、…、510-5，其 中，聚光光学组件515的聚光光学装置被分配给各个光源。具体地，如图 6所示，光源的光栅组件510和聚光光学组件515能够被实施为使得来自 各个光源510-1、510-2、…、510-5的光通过照明路径501被分别导向给 成像系统120的分配子区124。图6中示出的实施方式的一个优点在于通 过叠加多个个体图像，也如同上述组件的情况，通常，不需要采取用于 使照明度均匀化的特别措施。使用诸如准直LED阵列的阵列光源的另一 优点是能够减少整体组件的横向延伸增加。

图7示出了具有场透镜612的二维组件610的投影显示器600的侧视 图。在图7中示出的实施方式中，场透镜612的二维组件610至少布置在 成像系统120与分束器140之间的光路上。此处，二维组件610中的各个 场透镜612被分配给投影光学装置134的二维组件132中的投影光学装置 134。通过使用场透镜612的二维组件610，能够获得二维组件132中各个 投影光学装置134的科勒照明。

特别地，在投影显示器600中，场透镜612的焦距f_FL可在投影光学 装置134的焦距f_PL的1.5倍至2.5倍之间。

换言之，图7中示出的分束器与成像系统之间场透镜或者场透镜阵列 的二维组件的允许投影光学装置的科勒照明，由此能够增加图像发光 度，同时提高杂光抑制。

在进一步的实施方式中，通过使用覆盖透镜之间的区域的场透镜阵 列的平面内的吸收孔径（图7中未示出）能够进一步改善杂光抑制。通常， 即使没有用于杂光抑制的场透镜阵列，在成像系统与偏振分束器之间使 用这样的孔径阵列也是有用的。

在本发明的进一步实施方式中，通过相应的例如准直光源也可从几 个侧面进行照明。图8示出了具有两个分束器730、740和用于反射成像 系统的两侧照明的对向光源710、720的投影显示器700的侧视图。在图8 中，投影显示器700尤其具有布置在成像系统120与投影光学装置的二维 组件132之间的第一光源710和第二光源720以及第一分束器730和第二 分束器740。此处，第一分束器730布置在第一光源710与成像系统120 的子区的子集750之间的光路上，并且第二分束器740布置在第二光源 720与成像系统120的子区的第二子集760之间的光路上。

如图8所示，实质上由第一光源710和分配的第一聚光光学装置715 对成像系统120的第一横向区域750进行照明，而实质上由第二光源720 和分配的第二聚光光学装置725对成像系统120的第二横向区域760进行 照明。此处，第一光源710和第二光源720以及分配的第一聚光光学装置 715和分配的第二聚光光学装置725实质上对应于上述实施方式的光源 110或者聚光光学装置115。与使用单个分束器相反，图8中示出的具有 光源710、720以及偏振分束器730、740的两侧照明可大致使投影仪的安 装长度减半。

在本发明的进一步实施方式中，投影光学装置也可不同，因为针对相 应色谱的失真它们被更多地校正，由此相应投影光学装置映射的子区能够 针对不同色谱的不止一个的其他色谱而被照明。

在本发明的进一步实施方式中，在投影光学装置的二维组件132中， 能够针对散焦和/或像散和/或彗差校正投影光学装置134，散焦和/或像散 和/或彗差随着到成像系统120和投影光学组件的光轴101的距离增加而增 加。

最后，在进一步的实施方式中，成像系统120可被实施为使得子区 124的尺寸随着到成像系统120和投影光学组件130的光轴101的距离增 加而连续地改变，使得投影表面中的个体图像具有相同的尺寸。

通过子区尺寸的这样的连续变化，随着到中心光轴101或者中心通道 的增加距离，如图1的示例性示出，能够在将个体图像投影到投影表面 150时补偿相对于偏心情况下中心通道的增加的物距及由此的外部投影光 学装置103的低放大倍率。

图9示出了具有两个分束器810、820以及位于分束器810与分束器 820之间的照明路径上的半波片830的投影显示器800。除第一分束器810 之外，图9中的投影显示器特别包括第二分束器820，一方面，第二分束 器820布置在反射成像系统120与投影光学装置的二维组件132之间的光 路上，另一方面，第二分束器820布置在光源110与反射成像系统120之 间的光路上，并且半波片830布置在第一分束器810与第二分束器820之 间。因此，当穿过半波片830时，由光源110发射的光的第一分束器810 （偏振分量p，s）透射的偏振分量（例如，p）的偏振方向可被旋转90°。 此处，第一分束器810和第二分束器820被实施为通过旋转了90°的偏振 方向（例如，s）而在成像系统120的方向上反射来自光源110的方向上 的光。图9中通过s，p表示的箭头示出了具有相应偏振分量的示列性照 明路径。

换言之，如图9中的示例示出，如果使用经由照明路径中的半波片 830或者λ/2板串联连接的两个偏振分束器，则能够利用诸如LED等非偏 振光源的两个偏振分量（p，s）。此处，半波片将由第一分束器透射且未 使用的偏振分量（P）旋转90°，使得其在随后的分束器中以正确偏振方向 （s）反射到的分配的一半成像系统。

通过上述具有两个偏振分束器或者偏振分割器以及半波片（λ/2板） 的组件对非偏振光源的完整利用可以补充上述允许安装长度进一步减半 的两侧照明。

参照上述实施方式，在反射成像系统120上的第一分束器730、810 以及第二分束器740、820的外部边缘的投影能够被形成使得其并不穿过 成像系统120的子区124。因此，能够避免在投影时外部边缘在整体图像 中具有乱真效应。

在进一步的实施方式中，如图10中的示例示出，通过RGB光源905 能够实现全色RGB图像的投影。例如，通过具有分配的准直光学915、 925、935和彩色合成仪940的LED910、920、930可以实现全色RGB图 像的投影。此处，图10中本实施方式的RGB光源905实质上对应于前述 实施方式的光源110。特别地，在图10中示出的实施方式中，RGB光源 905和成像系统950以同步、颜色顺序方式操作以获得全色投影。

在图10中，实质上对应于上述实施方式的成像系统120的反射成像 系统950可以被实施为以足够高的帧速率表现成像系统950的子区124的 同一个体图像904。此外，光源905可被实施为每帧地顺序通过不同颜色 分量（例如红色、绿色、蓝色）。经由成像系统950和各个光源910、920、 930的操作的颜色顺序模式，能够实现全色投影，其中，例如数字成像系 统的图像内容对于所有投影通道均相同。

在进一步的实施方式中，光源110、分束器140、投影光学组件130 以及反射成像系统120可以被实施为来自成像系统120的至少两个子区的 反射光包括相同的色谱。

此外，在其他实施方式中，光源110可布置成使得由不同的颜色成分 照射成像系统120的不同子区。参照图8，例如，第一光源710能够发射 具有第一颜色成分的光，其在穿过聚光光学装置715之后被第一分束器 730反射到成像系统120的第一子区750，而第二光源720能够发射具有 第二颜色成分的光，其在穿过聚光光学装置725之后被反射到成像系统 120的第二子区760。因此，可以使用彼此不同的第一颜色成分和第二颜 色成分照射成像系统120的不同子区750、760。

图11示出了具有用于在投影表面150中产生色彩混合的滤色器组件 1020的投影显示器1000的侧视图。在图11中，实质上对应于前述实施方 式成像系统120的成像系统1030被实施为显示个体图像的组1032-1、组 1032-2、组1032-3，各自表示图像内容的颜色成分的灰度级。此处，滤波 器组件1020的相应滤色器1022-1、1022-2、1022-3可被分配给个体图像 的各个组1032-1、1032-2、1032-3。这样，可根据相应颜色成分过滤个体 图像的组1032-1、1032-2、1032-3，使得色彩混合出现在投影表面150内 叠加的整体图像160中。

换言之，图11表示用于产生RGB图像的另一选项。通过使用白色光 源1010进行照明并且将RGB滤色器1022-1、1022-2、1022-3插入到映射 光路中，在多个投影通道的每个中产生基本的彩色图像。即，一个投影 通道对应于成像系统的子区的通过分配的投影光学装置到投影表面上的 映射。将相应的基本彩色图像内容分配给相应投影通道产生RGB投影。 这种类型的色彩生成的一个优点是通过相应基本色彩的多个投影通道的 白平衡选项，所述相应基本色彩被调整至光源和滤色器的光谱特征。

在进一步的实施方式中，基本色彩的分离光源能够被分配给各个投 影通道或者一组投影光学装置。在叠加到屏幕上或虚像（virtual image） 中的整体图像时执行色彩混合。

参照图8，投影系统700中的光源110被实施为例如光源710、720 的形式以经由分束器730、740对具有不同色谱的成像系统120的子区的 不同组750、760进行照明。此处，在投影光学装置的二维组件内，通过 光源710、720映射以不同色谱（例如，红色、蓝色）照明的子区750、760 的投影光学装置755、765彼此不同。

此外，在进一步的实施方式中，成像系统120可被实施为使得能以不 同色谱的第一色谱（例如，红色）进行照明的子区750的尺寸不同于能以 第一色谱之外的第二色谱（例如，蓝色）进行照明的子区760的尺寸。因 此，投影表面中的个体图像尺寸能够被同步。

此处，应注意，除子区的上述直接色彩照明之外的色彩的显示也可 通过图11中示例性示出的滤色器组件实现，从而子区的不同组利用不同 色谱贡献给整体图像。

在进一步实施方式中，可以选择相同焦距用于在所有不同色彩通道 （即，分配给不同色谱的光学通道）的投影光学装置的二维组件内的所有 投影光学装置，从而对于所有不同的色彩通道产生相同的放大倍率。此 外，如果对投影光学装置到成像系统的不同几何距离进行调整，可对于 不同色彩通道补偿由于分束器（例如，第一分束器730或者第二分束器 740）的色散导致的不同光路长度。

然而，在进一步的实施方式中，可能不希望将投影光学装置在不同 安装高度布置于投影光学装置的二维组件内。因此，使投影光学装置保 持距成像系统相同的几何距离是有利的。在这种情况下，可以补偿由于 分束器的色散导致的不同光路长度，因为根据不同色彩通道的不同光路 长度来选择投影光学装置的不同焦距。此处，不同的焦距具有在投影表 面内对于不同色彩通道产生不同放大倍率的效果。然而，通过对不同色 彩通道分配不同尺寸的子区，例如通过软件（即，计算机控制的），相应 放大倍率或者相应映射维度可以被再次调整。

此外，在其他实施方式中，分束器可能不能被实施为立方体形状， 而是实施为板形状，从而可以忽略由于较少的色散导致的不同光路长度 之间的差异。

因此，在本发明的进一步实施方式中，通过调整每个色彩组的基本 色彩的投影光学装置的焦距，可以校正映射的纵向色彩像差。此外，通过 调整每个色彩组的基本色彩子图像的子图像尺寸，可以校正映射的横向 色彩像差。因此，本发明的另一优点是可以校正每个通道的投影光学装 置的色彩像差（例如纵向色彩像差）的形式来校正像差。如果存在用于基 本色彩的不同映射维度，例如，也可通过基本彩色子图像的不同图像尺 寸对整体图像中的产生横向色彩像差进行校正。

在进一步的实施方式中，通过使子图像预失真，可以进行失真的校 正。此外，在其他实施方式中，通过每个通道地调整的投影光学装置的 焦距，可以执行对远离轴的投影通道的散焦进行校正。

在进一步的实施方式中，投影显示器的特征也可在于通过每个通道 地修正远离轴的子图像的尺寸和预失真来校正由于焦距调整产生的中心 通道或者远离轴的通道的不同映射维度。此外，在其他实施方式中，可 以使用每个通道地调整的远离轴的投影光学装置的不同径向和切线焦距 来进行像散和慧差的校正。

类似于消色差，诸如对远离轴的投影通道的较大物距的图像场曲率 的影响或失真的每个通道的单色像差的校正、以及根据投影光学装置的 轴距离的子图像的预失真允许用于改进图像质量的简单解决方案。而在 色彩校正中，主要在三种色彩组之间产生差异，并且由此产生三种不同 的校正后的投影光学装置，通常，单色像差的校正需要根据相应投影通 道相对于阵列中心的位置来调整相应的投影光学装置。此处，例如，在 椭圆形显微透镜中还被分割成径向和子午线焦距、具有在阵列上连续变 化的焦距的透镜阵列用于校正像散和慧差。

用于产生彩色图像的另一选项是使用阵列光源，例如图6中以具有相 应聚光光学组件515的光源510的形式示出，例如，采用不同光色彩的 LED。如图6所示，通过使用场透镜阵列有利地实现将各个光源唯一地分 配给子图像和投影光学装置的组。此处，与上述解决方法相比较，省略 滤色器允许更高的系统透射。

在进一步的实施方式中，反射成像系统120和投影光学装置组件130 可以被实施为使得以像素级精确的方式叠加来自不同子区的相同个体图 像。

此外，成像系统120或者成像系统阵列可以被实施为显示不同的个体 图像。通过分配投影光学装置的映射产生整体图像或者投影图像。

图12示出了投影显示器1100，其中，个体图像的映射被叠加到投影 表面150内具有更高的分辨率或者显示的像素数目的整体图像1130。特 别地，在图12示出的实施方式中，反射成像系统1110和投影光学组件 1120可被实施为使得个体图像的映射被叠加到具有子像素偏置的投影表 面150上。此处，在二维组件1120中，投影光学装置1122具有相对于图 12中示例性示出的分配子区124的偏心。如图12中的示例性示出，从而 产生叠加到投影表面150上的整体图像1130，该整体图像1130具有高于 个体图像的分辨率或者显示的像素数目。

除全色投影之外，不同子图像的使用允许进一步实现变化。特别 地，通过连接子图像，例如根据图12，使得所得整体图像1130放大、所 得整体图像中像素数目增加或者两者的组合。在图11中示例性示出的情 况下，整体图像1130由连接后的投影子图像1132-1、1132-2、1132-3组 成，该连接后的投影子图像各自经由两个投影通道1101映射。

图13示出了用于说明将像素到整体图像19的叠加1200的示意性图 解。图13中示出的实现特别有利于具有低像素填充系数的成像系统。通 常，成像系统的像素16a、16b、16c或者16d由非活性区（inactive area， 无效区）17a、17b、17c或者17d以及活性区（active area，有效区）18a、 18b、18c或者18d组成。在下列描述中，假定控制像素16a为白色、像素 16b为浅灰色、像素16c为暗灰色并且像素16d为黑色。如果形成四组（a， b，c，d）投影通道，每个包括在其子图像内的相同的相应位置处的像素 16a、16b、16c或者16d，以清晰分辨方式投影像素子区或者活性区18a、 18b、18c以及18d，并且包括允许投影到整体图像偏置半个像素间距（子 像素偏置）的投影光学装置的偏心，则在表示四个子图像的叠加的整体图 像19的分配的像素位置处获得像素图案11。因此，所描述的组件允许整 体图像中的像素数量是子图像的4倍。

图14示出了用于说明将二元黑白子图像至整体图像21的叠加1300 的示意性图解。如果成像系统具有高填充系数，整体图像21中具有子像 素偏置的叠加将导致灰度级的数目增加和可显示像素数目的增加的组 合。图14中基于带状结构的实例示出了这些情况。纯粹二元黑白子图像 20a、20b被叠加到灰度级数目增加和像素可显示数目增加的整体图像21。

除增加像素数目之外，没有图像偏置地增加显示的灰度阶的数目也 是可能的。图15示出了用于说明将二元黑白子图像到整体图像23的进一 步创新性叠加1400的示意性图解。图14示例性示出了纯粹的二元黑白子 图像22a、22b，将二元黑白子图像22a、22b叠加到整体图像23已提供三 种灰度级。进一步增加不同二元图像更进一步增加可显示灰度级的数 目。用于增加灰度级数目的该方法还能够用于非纯粹二元的，但是通常 用于具有较少灰度级的子图像。该方法与用于显示全色图像的上述过程 的结合相应地允许增加色彩深度。

因此，参照图14、图15，投影显示器可被实施为接收投影具有第一 灰度/色度灰度分辨率的图像，其中，反射成像系统120被实施为显示具 有小于第一灰度/色标分辨率的第二灰度/色标分辨率的个体图像（即，二 元黑白子图像20a，20b；22a，22b）。特别地，投影显示器可被实施为在 要投影的图像的像素根据要投影的图像的灰度/色标值来控制子图像，从 而使得整体图像21；23中的个体图像总计为与在对应于像素的位置处的 灰度/色标值相对应的灰度/色标。

因为在上面已经根据用于不同实施方式的类似于图2d的反射变形来 描述用于图1中投影显示器的设备实施方式的可能细节，所以应注意，有 关于图3至图15所描述的一些变形明显地还能够用于根据图2a至图2c 的其他一般实施方式。尤其适用于实现彩色整体图像160的不同选项。为 实现彩色整体图像160，例如，成像系统120可以是具有例如根据贝尔模 板（Bayer pattern）布置的不同色彩通道的像素的数字成像系统。尤其适 用于根据图2c的自发光成像系统120。还可以将白色光源110与多通道光 学装置134的通道中的不同滤色器组合，其中，滤波器不仅可位于从光源 110来看的光路中成像系统120的后方，而且还可位于成像系统120的前 方。有关各个投影光学装置的映射校正的考虑事项，例如考虑相应映射通 道至投影显示器的光学主轴的相应轴距，相应地应用于根据图2a至图2c 的实施方案，然而，其中，在根据图2a至图2c的实施方案中可以忽略对 分束器140色散的考虑。上述考虑事项还适用于除多通道光学装置之外还 添加整体透镜的基本选项。因此，多通道光学装置130可包括类似于 310、312、位于投影光学装置的二维组件132下游并且与投影光学装置 134的二维组件130协作的整体透镜，该整体透镜被实施为将来自投影光 学装置134的准直光束315重新聚焦在整体透镜310、312的焦平面上， 其中，投影光学装置130则相对于分配子区124居中并且以准直方式作 用，或者在有效焦平面内聚焦来自投影光学装置134的发散/会聚光束， 所述有效焦平面由于在一方面的投影光学装置134与另一方面的子区124 之间的偏心而产生并且由下游整体透镜聚焦。

有关于场透镜115，应注意，场透镜115可被实施为菲涅尔透镜 （Fresnel lens）的形式来降低安装高度。提及的光源和可能的准直光学装 置可被实施为以多通道方式来降低结构长度，并且由此能够执行每个通 道用R、G或者B照明以在屏幕上产生RGB图像。

在根据一些实施方式对有关于设备结构的细节的这些解释之后，下 面将再次具体地参照根据实施方式采取的措施，以补偿投影表面从成像 平面129的平行平面方向的偏离。在下文中，将以比上述描述更为详细的 方式来考虑这些情况。

从上述描述中变得更加清晰的是，多通道投影原理允许借助于多通 道光学装置130获得各个通道的增加的焦点深度。因此，当投影表面150 具有距投影显示器的横向可变距离时，各个通道基本不没有任何问题。 更确切地，从上述描述中显而易见的是，成像系统120的子区124的组件 对焦点的深度进行调整。通常，投影距离取决于多通道光学装置130的投 影光学装置的中心间距与成像平面129内对应子区124的中心间距的差 异。如上所述，实现了将焦点深度调整为投影表面150的横向可变深度， 因为子区124内的物体结构或者个体图像由于定义的变形而彼此不同，定 义的变形依赖于物体结构或者个体图像到子区124的分布的中心的位置， 即，依赖于它们到具有成像平面129的投影显示器100的光轴的界面的距 离。通过其到相邻投影通道的个体图像中对应点的距离（间距距离），精 确确定的投影距离被分配给物体结构或者个体图像内的各个点，其根据 上述实施方式进行，从而使得投影距离与到通过多通道光学装置130将相 应点映射到其上的投影表面150内的点的投影距离一致。

图16示例地示出了到相对于正常位置绕x轴示例地倾斜40°的平面上 的投影。图16在左侧示出了沿着z轴（这里示例地示出了投影显示器的 光轴）到成像平面12的投影；此处，可以看出投影光学装置134的示列 性规则阵列布置成行和列。如上所述，该组件仅是示例性的。除此之 外，在图16中右侧，成像平面129、多通道光学装置130和投影表面150 的组件示出为截面。在投影表面150，示例性地突出整体图像中的两个 点，其中，一个以圆圈1标记并且另一个以叉2标记。在以下实施方式 中，这些点的分配参数将用相应参考标号来标记作为索引。在图16中的 右侧截面中，示出了在截面平面或者分配给该截面平面的通道中投影平面 150中的点的对应于成像平面129中的哪个点。在左侧的投影映射中， 即，在俯视图中，还示出了对于其他通道的成像平面129内的对应点。此 处，图16中的投影显示器示例性地由以正方形方式布置的11x11投影通 道组成，但是，既不以任何方式限制该组件的类型，也不以任何方式限 制通道的数目。

因此，根据图16中的实例，要投影的图像示例性地由与具有成像平 面129的子区内的不同位置的像点对应的叉2和圆圈1组成。在图16的 示列性情况中，这些是每个投影点1或者2的11x11=121个对应点。它们 一起形成例如通过平面129内参与点到彼此的相互距离定义的星座。

从投影表面150的倾斜角α开始，由于投影光学装置的开口角，产生 最小或者最大投影距离（L₁，L₂），其能够通过下式计算为这些物体点的 两个对应间距距离（p₁，p₂）：

$p_{\mathrm{1,2}}=\frac{F·p_{\mathrm{pL}}}{L_{\mathrm{1,2}}}+p_{\mathrm{pL}}$

在示出的实例中，由于适用投影表面150的方向：适用L₁<L₂和 p₁>p₂。从阵列中心3开始，每个均具有11x11个体图像的阵列被产生用于 两个示例性像点，其物体内容由于11x11通道上的间距距离差异而改变。 在填充整个子区表面的图像中，这与由对应于上述成像规格的每个通道 定义的子区124内的个体图像的变形对应。

关于上述的平面129中的点的星座，这是指子图像中的个点这些空间 星座，均通过多通道光学装置在整体图像中的相应公共点1或者2中叠加， 关于取决于整体图像中相应公共点1或者2到多通道光学装置130的距离 的星座点之间的距离彼此不同。利用连续改变的或者不变的投影表面， 这是指取决于对应投影点在投影表面150中哪里的个体图像124的连续局 部失真，即，延伸和/或压缩，随着从具有平面129的投影显示器的光轴的 界面的距离增加而强度增加。如果投影表面在深度维度上具有不连续 性，可能出现在个体图像中对应于不连续位置的相应位置处的局部失真 导致模糊性，可通过适当措施（例如通过求平均值等）解决该模糊性。

这样，要投影的图像可被映射到任何形状的屏幕表面，同时在放大 的距离范围内保持非常好的映射质量，而无须遭受由过大的f数产生的发 光度损失。这允许利用：

a）到平面屏幕表面的非常平坦的投影角

b）到弯曲屏幕表面的任何角度，或者

c）到自由形式屏幕表面的任何角度

获得投影图像的高对比度和明亮图示。

不会被低估的一个优点是避免投影光学装置内物体平面之间的倾 斜，否则需要满足向甫鲁（Scheimpflug）原理。这可极大地简化系统结 构。

在下文中，基于图17，将描述根据一实施方式的成像系统120中的 上述预处理，其中，成像系统120是数字成像系统。预处理的起始点是将 要以像素阵列数据1200的形式显示的输入图像。像素阵列数据1200表示 将例如作为在列和行中的样值或像素1202的规则阵列显示的图像。样值 1202可以是色彩值、灰度级值、黑白值等。例如，在第一处理步骤1204 中，像素数据1200用于形成用于多通道光学装置130的不同通道的输出 个体图像1206。如上述有关图13、图14以及图15所述，通道分割1204 能够提供根据色彩通道对像素阵列数据1200中的信息进行分割，因此， 例如，每个输出个体图像1206仅均对应于像素阵列数据1200的一个色彩 通道，和/或通道分割1204包括像素阵列数据1200的空间子取样等。输出 个体图像1206则表示用于随后处理步骤的起始点。具体地，在步骤1208 中，各个通道的输出个体图像布置在成像平面内。这意味着将个体图像 1206失真并且放置在成像平面129内，从而使得图像1200的锐利投影通 过多通道光学装置130在投影表面150内产生未失真形式。如图17所示， 步骤1208能够被虚拟地或者实际地划分成三个子步骤。

在第一子步骤1208a，例如，输出个体图像1206首先在成像平面129 内相对于彼此布置，例如，仅通过平移移位（translatory shifting），从而 使得输出个体图像1206相对于如上所述的多通道光学装置130的各个通 道布置，利用也在上文介绍的一方面成像平面129中个体图像1206的中 心间距与另一方面多通道光学装置130的通道距离之间的差，从而对平均 投影距离L进行调整或者根据后者调节平均的单个图像距离。在步骤 1208a之后，例如，如果忽略由于例如多通道光学装置的上述映射误差或 者由于各个通道的不同的远心引起的光学错误，个体图像1206将以平均 投影距离L在例如平行平面区域中被准确地或者锐利地叠加。

在下列步骤1208b，将个体图像1206在成像平面129的子区124内预 失真，其对于所有个体图像1206例如是相同的。当然，也可在步骤1208 之前并且甚至在步骤1204之前执行该处理。例如，在图16的情况中，预 失真1208校正由于相对于平行平面方向的倾斜导致个体图像的梯形失 真。在图17中，以放大方式示出了成像平面129中个体图像1206的预失 真。通常，预失真1208b用于校正由以下事实导致失真：个体图像1206 通过多通道光学装置映射到投影表面150的成像比例（imaging scale）取 决于投影表面150内相应考虑位置到投影显示器的距离并且在整体图像上 相应地改变。

在预失真1208b之后，成像平面129的子区124中的个体图像1206 则在步骤1208c分别使每个通道失真。该步骤还对到偏离于平行平面方向 的投影表面150的焦点深度进行调整。如果在预失真1208b之后一个人查 看对个体图像1206'的投影结果，整体图像，即，根据数据1200的投影图 像在投影表面150内看上去不失真，而仅在例如平均投影距离处是清晰 的。在逐个通道地失真1208c后，已经分别针对各个通道单独地将个体图 像1206″失真，而使得其由于在投影表面150中沿着投影显示器的光轴的 不同深度而实现根据图16所讨论的子区124中彼此对应的点的星座变 化。因此，投影表面150的位置或者其在平均投影距离处从平行平面方向 的偏离（例如图16中的角α）在步骤1208b和步骤1208c中是有影响的参 数，在预失真1208b以同样方式用于所有通道，并且在步骤1208c分别地 用于各个通道。

此外，分别用于各个通道的失真1208c也可每一个通道地实施上述提 及的失真，该失真旨在校正不同通道之间存在的其他偏离，例如由于上文 提及通道的不同外围距离（即子区124至投影显示器的不同距离）导致的 偏离，由于可能的各个投影光学装置误差导致的偏离，以及由于投影显示 器的对不同色彩通道（诸如，红色、绿色以及蓝色）的不同子区分配以及 多通道光学装置130的各个通道的其他可能相同投影光学装置的相关折射 强度导致的可能偏离。

有关步骤1208a。应注意，该步骤可考虑并且解决由于投影表面上局 部改变成像比例导致的整体图像的发光度可能变化明显的环境。因此， 成像系统可以被实施为使得通过改变星座中对应像点的透射或者通过控 制器数目，对叠加图像内的照明度进行调整。换言之，可以改变贡献像 点的数目或者每个星座的贡献通道，例如，使得投影表面的较近区域比 较远区域内的投影点的数目少。优选地，为了使得这些通道对整体图像 的影响的光学缺点最小化，可以忽略远离该轴的通道的贡献。然而，只 有星座点的发光度降低可以适用于位于较近投影平面区域中的点的星 座。远离该轴的通道的发光度降低量大于接近该轴的通道的发光度降低 量。换言之，成像系统120能够以使得照明度均匀化的方式实施：通过点 的发光度变化和/或将相应点贡献给相应星座的子图像124的数目的变 化，取决于相应星座的点通过多通道光学装置所叠加到的整体图像中的 相应公共点到多通道光学装置130的距离，成像平面129内星座的点的发 光度总和在整个图像上变化。点的发光度变化和/或将相应点贡献给相应 星座的子图像124的数目变化可以使得远离该轴的通道的子图像124的点 对整体图像160的贡献较少。

应注意，根据图17的处理还可以被视为关于如何从预定图像产生用 于在子区124内产生个体图像的成像系统的掩模的处理。该处理还适用于 上述提及的照明度水准测量的考虑事项。为了防止由子图像的可能延伸 产生的不同程度延伸像点的叠加并由此避免混乱，特别是在将根据图17 的处理应用到掩模生成的情况下，在步骤1208c可在各个子图像上对每个 通道的物体像点尺寸进行调整。

如从上述描述中变得更为清楚的是，上述实施方式能够用于实现投 影到不同的投影表面150。通常，各个自由曲面（free-form surface）能够 用作投影表面150。投影表面150还可包括不连续的位置。

此外，应注意，投影显示器可以被实施为使得对投影表面150进行调 整，诸如，通过用户输入或者自动输入，从而使得投影表面150（投影显 示器以锐利方式将要投影1200的图像映射其上）接近于屏幕或者墙壁（投 影显示器被定向为将图像投影到其上）的实际形式。

一个调节选项涉及例如投影表面150到投影显示器的平均距离L，其 中，平均投影距离L影响步骤1208a。也可由投影显示器经由相应的距离 传感器（未示出）来检测该距离。此外，可以经由迭代处理检测平均投影 距离L，因为以不同的平均投影距离投影已知测试的图像，其中，于是对 经由投影显示器的摄像头（未示出）投影到实际屏幕上的有关锐度或者对 比度的结果进行估测，从而，作为要使用的调整，选择使得后者质量测量 最大化的一个。

另一调节选项是对倾角α的调节。倾角α可以由用户输入或者可以自 动测定。自动测定可以提供通过上述摄像头测试、检测以及估测的不同 角度调节α，从而使用在整体图像上具有最高平衡对比度的调节。相同过 程可用于环绕轴y的倾角。以不同的倾角迭代投影测试图像可以结合改变 平均投影距离进行。

另一调节选项可以是投影表面150的曲率半径的调节，从而将投影表 面150以这种方式调整为远离投影显示器地弯曲或者在投影显示器方向上 弯曲的投影表面。此处，可以使用类似的过程，即，以不同曲率半径投 影测试图像，并且记录在相应调整处具有前述可选摄像头的摄像头图 像，从而估测出产生最佳投影质量的曲率半径。

显然，还可以用户控制方式进行调节。关于上述用户调节选项，例 如，可以使用投影显示器安装到其中的设备的键区，诸如，移动电话的 键盘或者膝上型电脑等。

因此，成像系统（120）可以被实施为允许彼此独立的下列一个或者 几个用户调节选项或者自动调节选项：

a）改变子图像使得投影表面距多通道光学装置的平均投影距离变化 在投影表面结果的位置上具有相应的平移移位。

b）改变子图像使得产生投影表面相对于成像平面的倾斜变化；

c）改变子图像使得产生投影表面相对于所述成像平面的倾斜变化， 通过同时调整梯形失真校正以补偿由于投影表面相对于成像平面倾斜产 生的投影表面内整体图像的失真；

d）改变子图像使得投影表面相对于成像平面的平行平面方向产生弯 曲变化；并且

e）该变子图像使得投影表面相对于成像平面产生弯曲变化，通过同 时调整失真校正以补偿由于投影表面相对于成像平面的所述平行平面方 向的弯曲产生的局部映射变化而产生的投影表面内整体图像的失真。

显然，例如，通过使用类似于上述讨论的相应确定参数，类似处理 能够用于任何投影表面几何学。例如，以横向移位方式可以实现曲率中 心。例如，线性光栅可以用作测试图像。然而，不同的测试图像还可以 用于不同的调节或者设置参数。

因此，简言之，上述实施方式描述了一种用于图像的前方投影在极 大变化的投影距离上或者倾斜、弯曲表面、自由形态屏幕几何形状等问 题的解决方案，从而使得能够确保高对比度和锐利映射。

因此，上述实施方式的特征在于小的安装空间、高聚焦深度以及高 发光度。特别地，在实施方式中倾斜的光学装置是不必要的。光源的均 匀化使得从光源开始到屏幕或者在投影的图像中可以均等地分布光分 布，由此防止图像的像差而没有额外的光学成分。此处，均匀化还指混 合发光度和色彩值的光源的输入分布，例如角度和空间变量。此外，使 用上述实施方式，高聚焦深度变得可能，甚至具有较小的f数或者非常开 放的孔径。因此，上述实施方式表示一种简单紧凑的、能够将锐利、明 亮图像投影到倾斜或者具有任何形状的屏幕几何形状上的系统。

应再次注意，图17中的步骤1208c改变子区中的个体图像，从而使 得个体图像从阵列中心开始在阵列上变化，从而在几个离散的距离或者 连续的距离范围内产生高对比度、锐利的投影。具体的投影距离被分配 给子区的个体图像内的各个点，从而使得锐利地聚焦投影到倾斜和任意 弯曲的表面上。这通过叠加到子区分布内的屏幕上的点的定义的间距距 离进行。因此，个体图像或者子区产生取决于位置的失真、或者个体图 像或者子区产生子部分的横向移位。

关于成像系统也可以是固定的静态掩模的上述选项，应注意，可以 例如平版印刷地生产静态掩模。此外，应注意，投影显示器的光轴主要 被假定为在成像平面129上垂直固定，但是情况并不一定必须如此。更确 切地，例如，可以一起使用根据图1的几个投影显示器，以再次形成更大 型的投影显示器系统。投影显示器能够将其各个整体图像（例如，附接到 彼此）、或许没有重叠地投影到共同延伸的投影表面，从而在组合时产生 甚至更大的整体图像。在这种情况下，投影显示器的光轴可例如会聚。

在上述实施方式中，不同的投影距离被编码成投影表面150中的个体 图像。根据随后讨论的可替代实施方式，还可以经由诸如用于实现离散 投影距离等透镜或者多通道光学装置的投影光学装置进行该编码。根据 该实施方式，每个通道优选不投影整个图像信息，其是指整体较低的透 射或者亮度，而是只对应于到屏幕或者投影表面150的对应距离。因此， 这是阵列投影仪或者通道的交错，其中，每个子阵列被分配给一定距 离。此处，如果光学装置相对于成像系统位于平行平面内，聚焦光学装 置也可以被调整点，诸如，经由对阵列上各个投影光学装置的焦距调 整。

根据前一段落讨论的实施方式，图1中的投影显示器被实施为偏离以 上的实施方式，例如以下列方式，然而，其中应注意，除上述偏离之外， 有关以上实施方式的上述所所有变形选项也适用于以下实施方式。因 此，根据下面所描述的可替代实施方式，投影显示器还包括被实施为在 成像系统120的成像平面129的子区124的分布内、以及被配置为映射每 个通道的成像系统120的一个分配子区的多通道光学装置130上产生个体 图像，从而使得将个体图像的映射叠加到投影表面内的整体图像。然 而，星座并不需要取决于上述表面150内分配投影像点的投影距离。投影 表面150可以是非平面的自由曲面或者相对于成像平面倾斜，但是作为对 获得理想投影锐度的补偿，成像系统110和多通道光学装置130被实施为 根据整体图像中相应公共点到多通道光学装置130的距离而使得各个通道 对整体图像的贡献实施在整体图像上局部地变化。例如，成像系统110和 多通道光学装置130能够被实施为根据整体图像中相应公共点到多通道光 学装置130的距离而使得多个叠加通道在整体图像上局部地变化。

特别地，成像系统110和多通道光学装置130可以包括用于不同投影 表面距离的不相连组的通道。将基于图18对此进行讨论，图18类似于图 16，但是清晰地示出了相对于上述实施方式的差异。根据该替代实施方 式，并非所有的11x11通道，即，具有分配投影光学装置的子区124负责 整体图像。更确切地，此处，第一组通道，例如，底部6x11通道被实施 为将到整体图像的叠加限制在整体图像的第一部分，第一部分处于到多 通道光学装置130的距离的第一间隔I₂处。此处，5x11通道的上半部， 与第一组通道不相连的第二组通道被实施为将到整体图像的叠加限制在 整体图像的第二部分，第二部分处于到多通道光学装置130的距离，包括 大于第一间隔I₂的所有距离的距离第二间隔I₁处。此处，间隔I₁和I₂示例 性地不重叠，但情况并不一定如此。例如，在仅具有两个不同距离范 围，即，L₁和L₂的不连续自由曲面的情况下，间隔甚至不必接触并且可 以降低至各个距离。因此，此处，子区124内的个体图像覆盖个别的、但 是不长于整体图像的所有部分。顶部子区内的个体图像包括示列性突出 点1和2中的仅点1的对应点，因为其位于间隔I₁内；并且底部子区内的 个体图像包括示列性突出点1和2中的仅点2的对应点，因为其位于间隔 I₂内。

为了将各个通道聚焦在其相应距离间隔内，通道被配置为使得通过 多通道光学装置130的第一（底部）组通道被叠加在整体图像160中相应 部分I₂的相应公共点2的个体图像中的点的星座主要由具有从布置第一组 通道的孔径中心的投影的位置（即，在图18中，底部6x11圆圈的中心） 的星座的延伸的第一比率的中心延伸产生，而通过多通道光学装置（130） 的第二组通道叠加在整体图像中第二部分I₁的相应公共点1的个体图像中 点的星座主要由具有从布置第二组通道的孔径中心的投影的位置（即，在 图18中，底部6x11圆圈的中心）的星座延伸的第二比率的中心延伸产 生，从而延伸的第一比率高于延伸的第二比率。这意味着，与底部通道 的通道投影光学装置中心的星座相比较，对应于点2的点的星座进一步延 伸至大于对应于点1的点相对于顶部通道的通道投影光学装置中心的星座 的星座。这可能以不同的方式发生：通过调整个体图像或者子区124和/ 或通过提供与底部通道的通道投影光学装置中心的间距相比顶部通道的 通道投影光学装置中心的不同间距。

多通道光学装置130可以被实施为使得第一组通道聚焦在距多通道光 学装置130比距第二组通道短的距离处。这样，覆盖聚焦深度区域、甚至 超过各个通道的聚焦的光学深度变得可能。

现在，上述实施方式可以与根据图18的变形结合，从而每组通道在 距离的延伸区域的相应分配间隔内再次锐利。换言之，与物体上投影距 离的编码结合能够用于进一步增加图像质量。如果例如由于较大的焦距 或者f数太小以至于不能覆盖整个距离范围（即聚焦每个通道变得必要） 导致各个通道的聚焦深度不足够时，这会对例如极端的屏幕几何形状是 有利的。因此，成像系统120能够被实施为根据整体图像中相应公共点1 或者2到多通道光学装置130的距离，而使得通过多通道光学装置130的 第一组通道叠加在整体图像160中相应公共点1的个体图像中的点的星座 不同，或者使得通过多通道光学装置130的第二组通道分别叠加在整体图 像160中的相应公共点1的个体图像中的点的星座不同。

此处，应进一步注意，物体124上投影表面的编码并不一定以连续性 方式进行，而也可以离散地实现。因此，还可以在离散步骤改变星座， 从而极大地简化特别是用于相应投影对象的系统。例如，键盘的图像被 视为被投影的内容，更确切地，正好平角的静态键盘投影。此处，对于 各行字母，诸如，F行键，从`到=的行，从A到'的行，从Z到M的行等， 或者计算用于每个键的投影距离，因此，仅传入星座的离散距离。同样 适用于投影的线性图案或者一般适用于可以使离散的（即非连续的）对 象。

通常，关于上述描述，应注意，通常，与投影距离相比较，投影延 伸不重要。这意味着可计算只有关于真理中心的屏幕距离。然而，在极 端情况下，到每个通道屏幕的距离可能发生变化，这又可以每个通道地 校正该距离变化。

用于上述实施方式的可能应用属于个人通信、娱乐电子和家庭数字 可视化领域以及移动领域。另一应用领域是平视显示器形式、用于颜色 状态信息、导航、作为驾驶员辅助系统或者用于娱乐乘客的环境信息的 投影显示器的机动车和航行器领域。度量衡和医疗技术中的应用以及工 业和生产工厂的显示应用也是可能的。使用上述投影显示器作为诸如用 于机动车的照明单元、前车头等、有效的照明也是可能的。

其他应用领域是在倾斜和任意弯曲表面上实现投影和照明系统，以 用于机器视觉、机动车、建筑物、家庭信息娱乐（例如，家庭通信领域- 炊具投影）、以及眼科和常见医疗应用的照明（例如，照明弯曲视网膜）。

尽管在上下文中中已经描述装置的某些方面，然而，显而易见，这 些方面也表示对相应方法的描述，因此，装置的一个块或者一器件还能 可以视为相应的方法步骤或者方法步骤的一特性。同样，在一上下文中 或者作为方法步骤描述的某些方面也表示对相应装置的相应块、或者细 节、或者特性的描述。某些或者所有方法步骤可以由硬件装置执行（或者 使用硬件装置），诸如，微处理器、可编程的计算机或者电子电路。在一 些实施方式中，某些或者几个最重要的方法步骤可以由该装置执行。

根据具体的实施需求，可以硬件或者软件实施本发明的实施方式。 通过使用数字存储介质可以实施，例如，软盘、DVD、蓝光光盘、CD、 ROM、PROM、EPROM、EEPROM或者闪存存储器、硬盘或者任何其他 的磁性或者光学存储器，电子可读控制信号储存在磁性或者光学存储器 上，并且能够与可编程计算机系统合作或者协作，从而执行相应方法。 因此，数字存储介质可以是计算机可读介质。

因此，根据本发明的一些实施方式包括数据载体，数据载体包括能 够与可编程的计算机系统协作以执行本发明中所描述方法中的一种的电 子可读控制信号。

通常，根据本发明的实施方式能够被实施为具有程序代码的计算机 程序产品，其中，在计算机上运行计算机程序产品时，程序代码有效地 执行所述方法中的一种。

例如，该程序代码能够储存在机器可读载体上。

其他实施方式包括用于执行本发明中所描述的方法中的一种的计算 机程序，其中，计算机程序储存在机器可读载体上。

换言之，本发明方法的一实施方式是计算机程序，计算机程序包括 在计算机上运行计算机程序时用于执行本发明中所描述的方法中的一种 的程序代码。

因此，本发明方法的进一步实施方式是数据载体（或者数字存储介质 或者计算机可读介质），用于执行本发明中所描述的方法中的一种的计算 机程序记录在数据载体上。

因此，本发明方法的进一步实施方式是表示用于执行本发明中所描 述的方法中的一种的计算机程序的数据流或者序列信号。数据流或者序 列信号能够被配置为使得经由数据通信连接被传输，例如，经由互联 网。

进一步实施方式包括处理装置，例如，被配置为或者被适配成执行 本发明中所描述的方法中的一种的计算机或者可编程的逻辑设备。

进一步的实施方式包括用于执行本发明中所描述的方法中的一种的 计算机程序安装到其上的计算机。

根据本发明的进一步实施方式包括被实施为将用于执行本发明中所 描述的方法中的至少一种的计算机程序传输给接收器的装置或者系统。 例如，可以电子或者光学方式进行传输。例如，接收器可以是计算机、 移动设备、存储设备或者类似装置。例如，该装置或者系统能够包括用 于将计算机程序传输给接收器的文件服务器。

在一些实施方式中，可编程逻辑设备（例如，场可编程门阵列， FPGA）能够用于执行本发明中所描述的方法中的一些或者所有功能。在 一些实施方式中，场可编程门阵列能够与微处理器协作或者执行本发明 中所描述的方法中的一种。通常，在一些实施方式中，通过任何硬件装 置执行上述方法。硬件装置可以是诸如计算机处理器（CPU）或者该方法 规定的硬件等常见使用的硬件，诸如，ASIC。

上述实施方式仅示出了本发明的原理图解。显然，本发明中所描述 的布置和细节的改造和变形对本领域中其他的技术人员显而易见。因 此，本发明仅受下列权利要求的范围限制，并且不受具体示出的细节以 及对实施方式的描述和讨论限制。