多光束照射系统和照射方法 【技术领域】
本发明涉及多光束照射系统和照射方法。背景技术 传统上， 照明系统主要被用于使用白光的通用照射， 例如使用白炽灯或荧光灯照 明的天花板照明系统， 以及用于使用白光的任务照明， 例如白炽灯或卤素灯聚光灯。最近， 提供颜色光的照明系统已经被引入专业以及消费市场， 并且这些照明系统正愈加受到市场 关注， 特别是用于装饰目的， 以及通过使用特定颜色用于例如形成特定气氛， 而且也出于功 能上的原因。特别是， 固态光源尤其是发光二极管 （LED） 在亮度、 流明效率和可负担性方面 的最近进展已经使得 LED 愈加适合于， 在比如颜色可变化的灯、 聚光灯、 LCD 背光、 建筑照 明、 舞台照明等的宽范围应用中制作专业以及消费照明系统。
遥控的颜色可变化的 LED 灯投放在市场上， 允许用户根据他的愿望改变由 LED 灯 发射的光束的颜色和强度。通过改变对一个或多个对象的照射的颜色和强度， 用户可以因 此形成各种气氛， 该对象例如为房间、 壁、 或者比如房间中区域的部分， 例如起居区域， 或者 比如房间中的特定对象， 例如商店中展出的产品。这种照射也可称为环境照明。
发明内容
现有技术的许多照射系统的缺点可以诸如是， 已知的颜色可变化的灯， 比如颜色 可变化的 LED 灯， 只能生成具有固定和预定光束形状的光束， 并且因此在例如壁的表面上 生成固定和预定尺寸的受照射区域 （其也可称为 " 照射图像 "） 。 因此， 这种灯不为用户提供 改变照射图像的形状的功能。现有技术设备的另一缺点可以是， 光束的方向被固定并且只 能通过改变灯本身的取向而可以改变。会希望更容易调节光束方向的方式。此外， 用户会 发现不期望的是， 已知的灯在同一时间只能提供一个照射图像作为单个颜色光斑， 即当希 望并排的两个不同颜色时， 用户需要使用两个灯， 每个灯被调节到单独的颜色以提供两个 颜色。
期望在照射中更为灵活， 特别是当照射对象或房间时。还会期望提供一种多功能 照射系统， 其允许定义和 / 或改变照射图像的方向和 / 或形状和 / 或模式。还会期望提供 一种成本有效的系统。还会期望提供一种诸如可以附连到壁的薄的系统。
因此， 本发明的目的是提供一种可替换的照明系统， 该照明系统优选地另外至少 部分地避免一个或多个上述缺点， 并且该照明系统可以另外优选地满足一个或多个上述期 望。
为了实现这一点， 本发明在第一方面提供一种用于提供照射图像的多光束照射系 统 （此处也称为 " 系统 "） ， 该多光束照射系统包含 ： 具有可选的准直光学元件的多个光源， 其布置成生成多个光束 ； 面板， 其布置在具有可选的准直光学元件的光源的下游， 该面板包含在面板平面中的 多个面板节段 ； 其中多个面板节段的每个面板节段布置成含有多个节段模式的相应节段模式； 以及其中具有可选的准直光学元件的多个光源布置成照射多个面板节段 ； 成像透镜阵列， 其布置在面板的下游， 该成像透镜阵列包含在成像透镜平面中的多个 成像透镜， 该成像透镜平面平行于该面板平面布置在距该面板平面第一距离处 ； 其中多个 成像透镜的每个成像透镜布置成将多个节段模式的相应节段模式成像到多个投影图像的 相应投影图像中， 以及其中多个投影图像在距该成像透镜平面预定图像距离处交叠用以形 成该照射图像。
术语 " 投影图像 " 可以尤其是指节段模式成像在投影表面上的可见效果。短语 " 将节段模式成像到投影图像中 " 可以因此是指节段模式光学转移到投影表面。投影图像可 以是相应节段模式的比较锐利图像， 或者是相应节段模式的比较模糊图像。该多个投影图 像可另外称为照射图像。该照射图像可以因此一起含有所有的投影图像。
根据本发明的多光束照射系统可以因此提供灵活照射系统， 从而允许以许多自由 度定义投影图像， 并且因此定义该照射图像。特别是， 它可以允许制作尤其由光束 （的颜色） 和节段模式定义的不同形状和不同颜色的照射图像， 因而对借助该照射图像照射的对象提 供形状和 / 或颜色的光效果。不同部分的照射图像可以分别具有它们自己的颜色。取决于 所使用面板的类型和特性， 这些光效果可以是静态的， 也可以是动态的， 即随时间变化。 另外优点可以是， 多光束照射系统可以不像例如具有相似光输出水平的 LCD 视 频投影仪系统那么昂贵， 其可以用作该多光束照射系统的可替换方案以用于投影一投影 图像。然而， 通常将不要求具有分辨率如 LCD 视频投影仪的分辨率这么大的系统， 因为环 境照明可以仅仅需要低分辨率并且有些模糊的投影图像。另外比如， 例如美国专利申请 US2005/0122487 中描述的基于 LED 的投影仪的 LCD 视频投影仪通常具有富足的分辨率， 从 而对这种 LCD 视频投影仪中的投影透镜的光学性能强加高的要求 ； 结果， 这种投影透镜通 常是多透镜元件的昂贵光学布置， 以得到高分辨率以及将 LCD 面板严格聚焦地成像在投影 表面上。再者， 使用相应成像透镜来成像每个面板节段可允许使用具有比较小焦距的成像 透镜 （例如与下述情形相比， 其中单个成像透镜布置成成像整个面板， 由于扩展量守恒， 这 将需要具有大得多焦距、 尺寸大得多的单个成像透镜） ， 这允许小厚度的多光束照射系统。
多光束照射系统可以因此能够生成可调节形状、 尺寸、 方向、 颜色和 / 或甚至模式 的环境光束。与传统 LCD 视频投影仪相比， 在多光束照射系统中可以牺牲分辨率 （然而其 对于用于投影环境照明模式不是关键的） 以获得例如流明输出、 平坦度和 / 或容易构造 （成 本） 。因此， 多个投影图像在预定图像距离处交叠。基于透镜阵列的这种多光束投影系统可 以具有的附加优点为也可以投影彩色图像， 而不使用附加贵重部件， 比如在例如多面板 LCD 视频投影仪中使用的彩色 LCD 面板、 色轮和 / 或重组立方体 （cube） 。
术语 " 面板 " 诸如可以是指在使用时表现出或者能够表现出一个或多个模式的设 备。这些模式可以彼此相邻布置。面板诸如可以是 LCD 面板或 GOBO 的布置等。面板可以 是反射或透射的。面板和模式的另外实例将在下面给出。模式可以例如对应于几何 （规则 或不规则） 模式、 图片或照片等。" 面板节段 " 可以指面板的节段， 即面板的连续部分。" 节 段模式 " 是指至少在使用时在面板节段上表现的模式， 并且在此处经常表示为 " 模式 "。
术语 " 上游 " 和 " 下游 " 是指项目或特征相对于来自光生成装置 （此处为光源， 比 如 LED） 的光传播的布置， 其中相对于来自光生成装置的光束中的第一位置， 更靠近光生成 装置的光束中的第二位置是 " 上游 "， 以及更远离光生成装置的光束中的第三位置为 " 下游
"。 术语 " 平面中的项目 " 特别表示所提及项目在平面中彼此挨着布置 （该平面优选 地是平坦的， 但是可替换地可以是弯曲的） ， 特别是所提及项目并排布置， 或者彼此之间直 接邻接， 或者相邻项目之间具有一定间距。
术语 " 照射多个面板节段 " 是指照射多个面板节段的每个面板节段的至少部分。 也就是说， 单独的面板节段可以基本上完全或者仅仅部分地被照射。
术语 " 平行 " 表示所提及项目具有基本上恒定的所提及项目之间的间距。
术语 " 相应 " 和 " 分别 " 用于表示第一项目和第二项目主要是一对一关系。 例如， " 多个成像透镜的每个成像透镜布置成将多个节段模式的相应节段模式成像到多个投影图 像的相应投影图像中 " 应在这样的含义中理解 ： 每一个成像透镜布置成主要将一个特定节 段模式成像到一个特定投影图像中， 而另一个成像透镜布置成主要将一个其它特定节段模 式成像到一个其它特定投影图像中。
将理解， 尽管多光束照射系统布置为使得投影图像在预定距离交叠， 投影图像被 投影在例如投影表面上的实际距离可以不同于此预定距离。 通常， 该预定距离可以在 2-15m 的范围内， 但是用户当然可以将照射系统布置在距比如壁或天花板的待照射对象任何期望 距离处。 此外将理解， 预定距离不需要是单个特定预定距离， 而可替换地可以对应于预定距 离范围。该预定范围优选地对应于用户期望使用的实际投影距离的范围。因此， 术语 " 预 定 " 可以诸如包含这样的实施例， 其中在制作期间设置一距离， 但是也可以涉及这样的实 施例， 其中系统可由用户调节以提供在预定范围内投影图像的交叠。
多个节段以及相应的多个成像透镜优选地为至少 4 个， 更优选地至少 6 个， 甚至更 优选地至少 8 个， 再优选地至少 12 个， 另外优选地至少 20 个， 甚至更优选地至少 30 个， 以 及另外更优选地至少 100 个。这种多个可允许性能和成本之间的良好折中， 特别是就照射 图像的亮度、 面板成本、 面板节段分辨率和 / 或设计与构造的容易性而言。
成像透镜优选地为薄透镜， 比如菲涅尔透镜， 其布置成将多个面板节段成像到相 应多个投影图像中。与例如传统 LCD 视频投影仪相比， 其中成像透镜由多个不同透镜构成， 所述多个不同透镜布置成提供 LCD 视频投影仪中 LCD 面板的高质量 （高分辨率、 低畸变） 图 像， 这会是有利的， 因为更加成本有效， 同时提供足够的成像质量用于环境照射目的。
可指出， 照射图像基本上由面板节段上的节段模式定义。照射图像的分辨率和 / 或模式可以因此主要由节段模式定义， 并且特别是， 不需要由光源的空间布置和 / 或数目 定义。
在下文中描述特定实施例。本领域技术人员将清楚， 各实施例可以组合。
在一个实施例中， 第一距离是可调节的。调节面板 （平面） 和成像透镜阵列 （平面） 之间的距离可以有利地允许调节例如投影距离和 / 或投影图像的锐度。
在一个实施例中， 多光束照射系统可以还包含 ： 照射透镜阵列， 其布置在具有可选 的准直光学元件的光源的下游以及面板的上游， 该照射透镜阵列包含在照射透镜平面中的 多个照射透镜， 该照射透镜平面平行于该面板平面布置在距该面板平面第二距离处 ； 其中 该照射透镜阵列布置成根据该光束形成多个照射光束， 其中每个照射光束布置成照射多个 面板节段的相应面板节段。
该照射透镜阵列可以减小相邻面板节段之间的 " 串扰 "， 因为该阵列可以避免来
自给定面板节段的光到达相邻成像透镜并且导致卫星图像。再者， 照射透镜可以提供面板 节段的严格定义的位置的照射。
在一个实施例中， 第二距离是可调节的。调节面板 （平面） 和照射透镜阵列 （平面） 之间的距离可具有改变面板节段被照射的份额的尺寸的效果， 并且因此可以有利地允许特 别是调节投影图像的有效尺寸以及因此调节照射图像的有效尺寸。
在一个实施例中， 光源为发光二极管 （LED） 光源。使用 LED 光源会是有利的， 因为 LED 光源可以提供紧凑和 / 或明亮和 / 或高效光源。此外， 与传统光源相比， 具有优选地单 独准直器的多个 LED（其为比较小的光源） 可以有利地允许薄的系统。另外， 使用 LED 会是 有利的， 因为 LED 可以发射比传统光源少的红外辐射， 因而防止加热例如面板、 照射透镜阵 列和 / 或成像透镜阵列。然而可替换实施例可以使用不同光源， 例如一个或多个小尺寸的 传统 UHP 灯， 其具有 （多个） 反射器作为 （多个） 准直器。
在一个实施例中， 多个照射透镜大于多个光源， 并且多个照射透镜和多个光源布 置成将单个光源的光束分布在多于一个照射透镜上。 这可以例如有利地允许使用由单个光 源发射的光， 利用相应照射光束照射多个面板节段， 这会是经济的。此外， 由于投影图像交 叠， 这可以改进照射图像的照射均匀性。 如果光束与照射透镜对准， 光束中的伪影对于多个 投影图像可以相同并且累积在照射图像中。通过将光束的不同部分投影在彼此之上， 在一 定程度上可以平均出 （average out） 可能的光束伪影。 在可替换实施例中， 多个照射透镜小于多个光源， 并且多个照射透镜和多个光源 布置成将多个光源的光束分布在一个照射透镜上。这可以有利地改进均匀性。此外， 与使 用较少的较大光源相比， 使用较多的 （larger plurality of） 小光源可以导致更薄的系统。
在一个实施例中， 多光束照射系统布置成允许相对于并且平行于照射透镜偏移节 段模式。术语 " 偏移 " 是指通过平移将节段模式定位在面板平面中另一位置。多光束照射 系统可以例如具有控制器用于在面板上偏移节段模式， 或者在面板平面中偏移面板本身。 这可以有利地允许改变投影光束的有效方向以及投影图像的位置。
在多光束照射系统的一个实施例中 ： 成像透镜和照射透镜具有基本上相等的焦距， 并且 第一距离和第二距离之和是在成像透镜的焦距的 1.0 到 2.0 倍之间。
优选地， 第一距离和第二距离之和是在成像透镜的焦距的 1.0 到 1.5 倍之间。在 一个实施例中， 第一距离基本上等于焦距， 并且第二距离为焦距的 0.0 至 1.0 倍， 优选地 0.0 至 0.5 倍。这些条件可以提供投影图像的质量、 相邻投影图像之间的交叠和 / 或多光束照 射系统的系统效率之间的合理平衡。当也调节第二距离， 并且可选地也调节第一距离和 / 或节段模式时， 可以获得变焦效果。
在一个实施例中， 面板包含可电气操作的显示面板。可电气操作的显示面板优选 地为 LCD 面板， 甚至更优选地为灰阶 LCD 面板。可电气操作的显示面板布置成为面板节段 提供节段模式。节段模式优选地为动态的节段模式。术语 " 动态的 " 是指节段模式的随时 间变化行为 ： 动态的节段模式可以因此被认为是多个不同节段模式的序列， 所述序列依次 被提供在面板上。 通过在不同静态节段模式之间改变或者通过使用随时间改变的一个或多 个动态的节段模式， 使用可电气操作的显示面板可以因此允许投影图像容易地从一个颜色 和 / 或模式改变到另一颜色和 / 或模式。
在另一实施例中， 电气操作的面板布置成使节段模式相对于相应面板节段位移。 这可以允许以方便方式相对于并且平行于照射透镜偏移节段模式。特别地， 这可以通过改 变显示的节段模式在电气操作的面板上的位置来实现， 并且不要求面板或面板节段的机械 运动。 这可以允许控制投影图像的有效方向， 例如从而改进所有节段的投影模式的交叠。 该 位移可包含基本上连续位移， 即节段模式在关联面板节段上的运动。这可以允许例如在投 影表面上方便地提供运动模式。
在可替换实施例中， 面板包含静态设备， 优选地选自由下述组成的群组 ： 滑块 （slide） 和穿孔 GOBO 板。静态设备包含节段模式。这可以允许实现非常成本有效的系统， 因为它不涉及电气生成节段模式。 静态设备可以优选地可从多光束照射系统移除以及插入 该多光束照射系统， 从而容易地改变投影图像。 因而， 优选地， 与不同投影图像 （例如不同形 状和 / 或不同颜色的节段模式） 关联的多个静态设备可以被提供， 从而允许用户通过从多个 静态设备选择一个静态设备并且将选择的设备插入多光束照射系统中而在不同投影图像 之间选择。
在一个实施例中， 多光束照射系统布置成通过添加具有可选的准直光学元件的至 少附加光源到具有可选的准直光学元件的多个光源而是可扩展的。 这可以有利地允许提高 系统的性能， 特别是亮度或流明输出。 在另一实施例中， 多光束照射系统布置成通过另外添 加至少面板节段和关联成像透镜， 以及优选地也添加关联照射透镜而是可扩展的。 在一个实施例中， 多个光源包含至少两个类型的光源， 其布置成在不同波长生成 光束。不同波长也可以称为不同颜色。优选地， 每个面板节段被源于一个类型的光源的光 照射， 至少两个不同面板节段分别被不同颜色照射。 这可以例如允许使用黑白面板， 其中得 到的照射图像的颜色是通过重叠多个单色投影图像而获得， 每个单色投影图像根据由关联 光源生成的光的颜色而贡献颜色。 由于在面板上不存在否则是吸收性的滤色器的原因引起 的例如能量效率的原因， 和 / 或由于成本原因， 使用这种黑白面板会是有利的。此外， 由于 投影图像可以比较模糊， 由于投影图像的不理想交叠引起的小的颜色误差可能不太明显， 或者足够小， 并且因此对于多光束照射系统的用户是可接受的。
在多光束照射系统的一个实施例中 ： 多个成像透镜布置在 NxM 矩阵布置中， 相邻成像透镜之间具有成像透镜节距， 多个面板节段布置在相应 NxM 矩阵布置中， 相邻面板节段之间具有节段节距， 节段节距大于成像透镜节距。
这可以有利地移除或至少减小多个投影图像之间的重叠误差。
在另一实施例中， 面板布置成调适节段节距。这允许也在投影距离改变时移除或 至少减小重叠误差。
在一个实施例中， 成像透镜阵列布置成提供全局透镜动作。术语 " 全局透镜动作 " 涉及投影光束， 其由多个成像透镜形成， 相对于彼此略微会聚， 并且基本上指向全局焦点。 结果， 多个投影图像之间的重叠误差可以至少部分地减小。 特别是， 当全局焦点定位在投影 表面时， 重叠误差可以是最小的。
在一个实施例中， 至少两个或更多个节段模式基本上相同。 在另一实施例中， 所有 节段模式基本上相同。通过重叠多个基本上相同的中等亮度投影图像， 系统可以因此提供 高亮度照射图像。
在一个实施例中， 多个面板节段的至少两个面板节段布置成被单个光束照射， 即 被由单个光源生成的一个光束照射。这可以有利地平均出单个光束中的亮度和 / 或颜色差 异， 因为当在形成照射图像中交叠时， 与至少两个面板节段关联的投影图像可以平均出这 些差异。
在一个实施例中， 所有面板节段被提供作为单个面板的部分。 在另一实施例中， 所 有面板节段被提供作为单个面板的部分的矩阵布置。 单个面板可以例如是可购得的具有大 的像素数的 LCD 面板， 并且面板节段可以对应于相邻、 优选地不交叠的具有中等像素数的 LCD 面板部分。这可以促进例如多个节段模式的位移的提供和操纵。单个面板可以例如是 面板对角线长至少 5 英寸或者近似 12.5cm， 优选地至少 12 英寸或者近似 30cm 的 LCD 面板， 或者是甚至更大尺寸的面板。 单个面板可以例如是分辨率至少为 640x480 像素的 LCD 面板。
在一个实施例中， 所有投影图像被成像到相对于成像透镜的基本上相同预定方向 中。特别是， 系统可以布置成提供所有投影图像从而在大程度上交叠， 特别是交叠超过 90% （在预定距离） 。 术语 " 交叠超过 90%" 是指每个投影图像演示与多个投影图像的每个其它投 影图像的交叠， 覆盖每个投影图像的尺寸的至少 90% 的区域。结果， 照射图像的亮度可以高 效地建立。另外， 使用由多个颜色光的相应光束照射的单色节段模式形成的单一颜色投影 图像， 彩色照射图像可以因此有利地被建立。 在实例中， 多个光源包含一个或多个红光 LED、 一个或多个绿光 LED、 一个或多个蓝光 LED 和透射黑白 LCD 面板， 该面板的第一面板节段被 红光 LED 生成的红光照射， 第二面板节段被绿光 LED 生成的绿光照射， 并且第三面板节段被 蓝光 LED 生成的蓝光照射。第一面板节段被成像到第一、 红光投影图像中， 第二面板节段被 成像到第二、 绿光投影图像中， 并且第三面板节段被成像到第三、 蓝光投影图像中。 红光、 绿 光和蓝光投影图像交叠， 并且因此构成全彩色照射图像。也可以应用其它颜色组合。 在一个实施例中， 多光束照射系统具有厚度、 宽度和高度， 其中厚度小于多光束照 射系统的宽度和高度， 并且优选地小于宽度和高度的 50%。厚度在生成的光的下游方向定 义。宽度和高度垂直于生成的光的下游方向定义。厚度可以在在大程度上由具有准直光学 元件的光源的尺度、 第一距离和第二距离确定。第一距离可以在大程度上由成像透镜的焦 距确定。宽度和高度可以在大程度上由面板的尺度确定。与例如 LCD 视频投影仪相比， 多 光束对准系统可以有利地具有比较小厚度 ： 与其中单个成像透镜被用于成像整个面板的系 统相比， 使用在成像透镜平面中并排布置的多个成像透镜用于成像在面板平面中并排布置 的多个相应面板节段可以特别地允许更薄的系统。在另一实施例中， 厚度小于 8cm， 优选地 小于 5cm， 而宽度和高度均大于 10cm， 优选地大于 20cm。
在一个实施例中， 多光束照射系统还包含系统控制器， 其布置成控制 ： 用于控制投影图像的颜色和 / 或亮度的由光源生成的光束的颜色和 / 或亮度 ； 和/或 用于控制例如投影图像的形状和位置的在面板节段上提供的节段模式 ； 和/或 用于调节投影图像的锐度和 / 或用于定义预定投影距离的第一距离 ； 和/或 用于调节投影图像的尺寸的第二距离 ； 和/或 用于调节投影图像的交叠的节段模式之间的节距、 照射透镜之间的节距和 / 或成像透 镜之间的节距 ； 和/或 用于定义和 / 或改变投影图像的方向的面板的横向平移和 / 或节段模式在面板上相对 于成像透镜和 / 或相对于照射透镜的横向平移。
这可以促进用户容易使用多光束照射系统， 特别是当它被用作灵活且挥发性照射 系统时。这可以进一步改进投影图像的质量。例如可以取决于一天的时间或者取决于人的 存在而改变颜色。 颜色和 / 或亮度可以由控制器依赖于例如下述来控制 ： 传感器信号、 某一 天和 / 或这天的时间、 或者用户的输入。用户的输入可以例如从用户操作的遥控单元提供， 遥控单元布置成依赖于用户对遥控单元的输入而提供控制信号到控制器。 用户的输入可以 被提供作为来自预定多个预定设置的选择， 或者作为自由可编程的设置， 其中例如从由用 户提供用于例如光源和 / 或节段模式的多个设置来编译该用户的输入。
在另一实施例中， 多光束照射系统还包含摄像机， 其中 ： 摄像机布置成捕获使用多光束照射系统照射或预期照射的对象的摄像机图像， 并且布 置成通过分析摄像机图像确定图像探测结果 ； 以及 系统控制器布置成依赖于图像探测结果定义投影图像。
确定图像探测结果可以例如包含辨识对象的存在和 / 或位置和 / 或尺度， 该对象 比如为壁上的图画。 定义投影图像于是可以例如对应于在面板上定义节段模式并且将投影 光束导向对象， 例如用于照射对象和 / 或投影照射模式在对象周围。 当对象的位置和 / 或多 光束照射系统的位置改变时， 投影图像位置和 / 或尺寸于是可以自动地调节， 而不需要用 户干预。可替换地， 系统控制器可以布置成 ： 提供多个照射建议给用户， 每个照射建议对应 于具体照射图像 ； 接受用户根据照射建议作出的选择 ； 以及依赖于该选择定义投影图像。
根据又一方面， 本发明提供根据任何一个上述实施例的多光束照射系统用于投影 低分辨率模式作为环境照明的用途， 优选地通过投影多个投影图像到投影表面上。
该用途提供了定义和 / 或改变 （多个） 环境照明条件的方便方式。环境照明可以涉 及房间的气氛， 或者涉及房间中的特定对象。
根据又一方面， 本发明提供一种提供多个投影图像到对象的照射方法， 该方法包 含： 使用具有可选的准直光学元件的多个光源生成多个光束 ； 在面板的相应面板节段上提供多个节段模式， 该面板节段布置在面板平面中 ； 使用多个光束照射多个面板节段 ； 以及 使用成像透镜阵列将多个节段模式成像到相应多个投影图像中， 该成像透镜阵列包含 在成像透镜平面中的相应多个成像透镜， 该成像透镜阵列布置在面板的下游并且平行于面 板布置在距面板平面第一距离处， 其中多个投影图像在距成像透镜平面预定图像距离处交 叠用于形成该照射图像 ； 以及 提供该照射图像到对象。
该目的可以有利地利用多个投影图像实现。多个投影图像可以因此形成照射图 像， 该照射图像可以含有由来自多个含有面板的节段模式的投影图像构成的照射模式。当 例如对象为比如房间的壁或天花板的投影表面时， 或者当例如对象为比如在商店中展出的 产品的物件时， 具有该照射模式的照射图像可以例如投影在对象上。例如当对象为壁上的 图片时， 照射模式可以例如被提供在对象周围， 该照射模式可以对应于图片周围的彩色光 晕投影。
在该方法的一个实施例中， 使用多个光束照射多个面板节段包含 ： 使用在照射透镜平面包含多个照射透镜的照射透镜阵列， 根据该光束形成相应多个照射光束， 其中照射透镜阵列布置在具有可选的准直光学元件的光源的下游， 布置在面板的 上游， 并且平行于面板平面布置在距该面板平面第二距离处 ； 以及 使用该多个照射光束照射多个面板节段， 其中每个照射光束照射多个面板节段的相应 面板节段。
如上所述， 这可以有利地减小相邻节段之间的串扰。 再者， 照射光束可以有利地定 义面板节段的哪个部分被有效地图像， 因为受照射部分被有效地图像， 而未受照射的黑暗 部分有效地不被图像。
在该方法的一个实施例中， 至少两个或更多个节段模式基本上相同。在另一实施 例中， 所有节段模式基本上相同。 通过重叠多个基本上相同的中等亮度的投影图像， 该方法 可以因此提供高亮度照射图像。
根据另一方面， 本发明提供一种使用根据任何一个上述实施例的多光束照射系统 的照射方法。该方法可以提供定义和 / 或改变照射中的投影图像的方便方式。
根据又一方面， 本发明提供一种用于与根据任何一个上述实施例的多光束照射系 统一起使用的面板， 该面板包含多个面板节段布置成， 至少在多光束照射系统使用期间， 含 有在相应面板节段上的多个节段模式。在一个实施例中， 多个面板节段为至少 4 个， 优选地 至少 6 个， 更优选地至少 8 个， 甚至更优选地至少 12 个， 另外优选地至少 20 个， 再优选地至 少 30 个， 甚至更优选地至少 100 个。 在一个实施例中， 该面板为面板直径为至少 7 英寸 （或 17.8cm） ， 优选地至少 15 英 寸 （或 38cm） 的面板。
在一个实施例中， 该面板包含电气操作的显示面板， 优选地 LCD 面板， 甚至更优选 地灰阶 LCD 面板， 其优选地布置成为面板节段提供动态的节段模式。
在另一实施例中， 电气操作的面板布置成相对于关联的面板节段位移该节段模 式。
在可替换实施例中， 该面板包含静态设备， 优选地选自由下述组成的群组 ： 滑块和 穿孔 GOBO 板。
根据本发明的面板和面板实施例的优点将通过上述描述而清楚。
在此文档通篇中， 术语 " 蓝光 " 或 " 蓝光发射 " 特别是指波长在约 410-490nm 的 范围内的光。术语 " 绿光 " 特别是指是指波长在约 500-570nm 的范围内的光。术语 " 红光 " 特别是指是指波长在约 590-680nm 的范围内的光。术语 " 黄光 " 特别是指是指波长在约 560-590nm 的范围内的光。术语 " 光 " 在此处特别是指可见光， 即波长选自约 380-780nm 的 范围的光。
除非另外指出， 并且在适用且技术上可行时， 短语 " 选自由多个元件组成的群组 " 也可以涉及两个或更多个列举的元件的组合。
比如 " 之下 "、 " 之上 "、 " 顶部 " 和 " 底部 " 的术语是指在下述情况下将获得的项 目的位置或布置 ： 多光束照射系统基本上平坦布置在基本上水平表面上， 照明系统底面基 本上平行于基本水平表面并且背对天花板面向房间。然而， 这不排除在其它布置中使用多 光束照射系统， 比如倚着壁， 或者在其它例如竖直布置中使用多光束照射系统。
附图说明现在仅仅通过实例方式， 参考示意性附图描述本发明的实施例， 附图中相应附图 标记表示相应部分， 并且附图中 ： 图 1 示意性描述根据本发明的多光束照射系统的示例性实施例 ； 图 2 示意性示出根据一个实施例的面板节段在面板上的布置 ； 图 3 示意性示出由图 2 的布置得到的照射图像 ； 图 4 示意性示出根据本发明的多光束照射系统的示例性实施例及其尺度 ； 图 5a- 图 5c 示意性示出用于在根据本发明的多光束照射系统中使用的面板的示例性 实施例 ； 图 6 示意性示出根据本发明一个实施例， 可以如何改变投影光束的方向 ； 图 7a 和图 7b 说明根据本发明多个实施例的调节 ； 图 8 示出根据本发明的多光束照射系统的实施例 ； 图 9 示出用于在根据本发明的多光束照射系统中使用的成像透镜阵列 40 ； 以及 图 10、 图 11a 和图 11b 示出根据本发明多个实施例的用途。 具体实施方式 图 1 示意性描述根据本发明的多光束照射系统 1 的示例性实施例。多光束照射系 统 1 布置在距投影表面 60 投影距离 Lp 处。投影距离 Lp 也可称为 " 图像距离 "。多光束 照射系统 1 含有具有准直光学元件 12 的光源 11 的阵列 10。更具体地， 图 1 所示实施例含 有具有准直光学元件 12 的 LED 光源 11 的 LED 阵列 10。可替换实施例可以使用可替换类 型的光源， 比如例如白炽灯、 放电灯或激光器。然而， 在下面描述中， 我们将涉及 LED 光源和 LED 光束， 从而不使描述晦涩模糊。准直光学元件 12 包含准直器透镜和 / 或镜。准直光学 元件 12 在可替换实施例中可以缺失， 并且因而将另外称为可选的准直光学元件 12。 在操作 期间， LED 阵列 10 生成多个 LED 光束 13， 其具有基本上相同的张开角， 所述光束被引导照射 面板 30 的面板节段 32 的至少部分。面板节段 32 布置在平面 35 中， 该平面 35 另外称为面 板平面 35。在所示实例中， 面板节段 32 分隔节距 P。面板 30 示为透射面板， 但是在可替换 实施例中， 面板 30 可以是反射面板并且关联附加光学元件可以被提供用于适当地将光引 导到和离开反射面板。
如图 1 所示的多光束照射系统 1 还具有位于 LED 阵列 10（在照射透镜阵列 20 的 上游） 和面板 30（在照射透镜阵列 20 的下游） 之间的照射透镜 22 的照射透镜阵列 20。照 射透镜 22 布置在平面 25 中， 该平面 25 另外称为照射透镜平面 25。照射透镜阵列 20 优选 地使用准直光学元件 12 利用基本上平行的 LED 光束 13 来照射。照射透镜 22 布置成将 LED 光束成形为用于照射多个节段 32 的多个照射光束 23， 因此定义被有效地图像到投影表面 60 上的多个节段 32 的部分。在可替换实施例中， 照射透镜阵列 20 缺失， 并且多个节段 32 的照射直接由多个 LED 光束 13 提供， 该多个 LED 光束 13 是由具有准直光学元件 12 的 LED 光源 11 的生成。
多光束照射系统 1 还具有成像透镜 42 的成像透镜阵列 40。成像透镜 42 布置在 平面 45 中， 该平面 45 另外称为成像透镜平面 45。成像透镜 42 布置成将多个面板节段 32 的相应面板节段 32 成像到相应投影光束 50 中， 用于形成面板节段 32 上的节段模式 34 在 投影表面 60 上的投影图像 52， 如图 1 中中间成像透镜 42 和中间面板节段 32 所示。术语 "
多光束照射系统 " 因而涉及使用多个成像透镜 42 形成的多个投影光束 50， 该多个成像透镜 42 通过成像多个节段模式 34， 而在该预定图像距离 Lp 处形成多个交叠的投影图像 52， 并且 因此构成构成照射图像 53。投影图像 52 的尺寸在图 1 中用 S 表示。注意， 图 1 中表示的 S 对应于， 当面板 30 置为非常靠近照射透镜阵列 30 使得整个面板节段 32 被成像时， 投影图 像 52 的尺寸。将理解， 当面板 30 置于距照射透镜阵列 20 距离 d2 时， 面板节段 32 可以仅 仅部分地受照射 ： 投影图像 52 的有效尺寸 （对应于受照射部分的投影） 于是将借助 S 表示。 将理解， 尽管多光束照射系统 1 被布置从而使投影图像 52 在预定距离 Lp （其根据投影透镜 阵列平面 45 计算） 交叠， 投影光束 50 被投影到投影表面 60 上用于形成投影图像 52 的实际 距离可以不同于此预定距离 Lp。另外在此文本中， 利用附图标记 Lp 来引用实际距离， 并且 仅在有关场合中具体引用该预定距离和 / 或该实际距离。此外将理解， 预定距离 Lp 不需要 是一个特定预定距离， 而可以可替换地对应于预定距离范围。预定范围优选地对应于用户 期望使用的实际投影距离的范围。
各种实施例是可能的 ： 每个 LED 11 可以与单个照射透镜 22 关联， 但是实际情况不 一定如此。还有可能将来自给定 LED 11 的光分布在多个照射透镜 22 上， 或者借助一个照 射透镜 22 收集来自多个 LED 11 的光。另外， 会是有利的是争取照射透镜阵列 20 的均匀照 射， 但是这不是必须条件。 投影图像 52 在投影表面 60 被投影在彼此之上， 因而形成来自所有投影图像 52 的 照射图像 53， 或者来自至少部分的多个投影图像 52 的照射图像 53。因此， 多个颜色的照射 图像可以通过使用被不同颜色光照射的， 面板 30 的面板节段 32 上的不同节段模式 34 而形 成。照射图像可以因此含有照射模式， 该照射模式由面板节段 32 上的相应节段模式 34 的 多个图像构成， 所述多个图像为相应投影图像 52 的部分。
在图 1 中， 成像阵列 40 和面板 30 之间的距离用距离 d1 表示， 照射阵列 20 和面板 30 之间的距离用距离 d2 表示， 并且照射阵列 20 和成像阵列 40 之间的距离用距离 Ls 表示， 距离 Ls 对应于 Ls=d1+d2。
具有可选的准直光学元件 12 的多个 LED 光源 11 可以在平面 15 中并排布置， 该平 面 15 也可称为光源平面 15。多个 LED 光源 11 可以例如布置在第一网格布置中， 比如 LED 光源的方形或矩形 IxJ 矩阵或者六角形 IxJ 矩阵。
多个照射透镜 22 可并排布置在第二平面 25 中， 该第二平面 25 也可称为照射透镜 平面， 例如布置成第二网格布置， 比如照射透镜的 KxL 矩阵。K 和 L 可以分别等于 I 和 J， KxL 矩阵相对于 IxJ 矩阵对准 ： 每个照射透镜 42 于是与一个 LED 光源 11 关联。K 和 / 或 L 可以分别大于 I 和 / 或 J， KxL 矩阵相对于 IxJ 矩阵对准 ： 一个 LED 光源 11 的光于是可以分 布在多个照射透镜 22 上。
多个面板节段 32 并排布置在第三平面 35 中， 该第三平面 35 可以称为面板平面， 例如布置在第三网格布置中， 比如方形、 矩形或六角形网格， 例如面板节段 32 的 NxM 矩阵。 多个面板节段 32 可以例如对应于单个面板的不同部分。N 优选地至少为 2 并且 M 优选地至 少为 2。多个面板节段 （对应于此矩阵布置中 NxM 的乘积） 优选地至少为 4 个， 更优选地至少 6 个， 甚至更优选地至少 8 个， 再优选地至少 12 个， 甚至更优选地至少 30 个， 并且再优选地 至少 100 个。多个面板节段优选地为单个面板 （例如单个 LCD 面板） 的部分。单个面板可以 例如为面板对角线长度为至少 5 英寸或者近似 12.5cm， 优选地至少 12 英寸或者近似 30cm
的面板。N 和 M 优选地等于 K 和 L。
多个成像透镜 42 并排布置在第四平面 45 中， 该第四平面 45 可以称为成像透镜平 面， 例如布置在第四网格布置中， 比如与面板节段 32 的 NxM 矩阵对准的成像透镜 42 的 NxM 矩阵， 使得每个成像透镜布置成投影相应面板节段 32 的投影图像 52。
第一平面、 第二平面、 第三平面和第四平面可以都彼此平行。I、 K 和 N 可以相等并 且 J、 L 和 M 可以相等。多光束照射系统 1 于是形成基本上多个微型投影仪， 每个投影仪包 含一个具有可选的准直光学元件 12 的 LED 11、 优选地一个照射透镜 22、 一个面板节段 32 和一个成像透镜 42 以用于形成多个 （至少部分地交叠） 投影图像 52。在一个实施例中， 这 种多光束照射系统 1 可布置成容纳另一微型投影仪， 该投影仪包含具有可选的准直光学元 件 12 的 LED 11、 优选地一个照射透镜 22、 一个面板节段 32 和一个成像透镜 42。这使得有 可能容易扩展多光束照射系统 1， 特别是用于增大多光束照射系统 1 的流明输出的总量。
图 2 示出根据一个实施例的面板 30 上面板节段 34 的布置。在图 2 的布置中， 面 板 30 分为多个六个面板节段 32。多个六个面板节段 32 被提供在 N=3 列且 M=2 行、 列节距 Px 且行节距 Py 的矩形 NxM 矩阵布置中。节段模式 34 示意性绘制在每个该六个面板节段 32 上。节段模式 34 单独地表示为 34-1， 34-2， ...， 34-6。圆 14 表示照射光束 （13 或 23） 在与面板 30 相交时的横截面。所有节段模式 34 可以相同， 导致六个重叠的基本上相同的 投影图像构成的照射图像， 并且因而与利用单个 LED 的投影仪将得到的投影图像相比， 具 有比较高亮度。节段模式 34 可替换地可以不同， 特别是当至少两个不同面板节段 32 用不 同颜色的照射光束照射时， 导致六个重叠的不同颜色的投影图像构成的照射图像， 因而形 成全彩色照射图像。
图 3 示出由图 2 的布置得到的六个投影图像 52 构成的照射图像 53。六个投影图 像 52 单独地表示为 52-1， 52-2， ...， 52-6， 分别对应于与节段模式 34-1， 34-2， ...， 34-6 关 联的投影图像。当成像透镜 42 之间的水平和竖直节距分布与面板节段 32 的列节距 Px 和 行节距 Py 相同， 并且节段模式 34 分别相对于相应面板节段 32 同样定位时， 六个投影图像 52 将交叠， 偏移 Ox 对应于列节距 Px 并且 Oy 对应于行节距 Py。在远场， 这些偏移与投影图 像的尺寸 S 会是足够小的， 并且这种偏移的存在会是可接受的。
通过控制单独投影光束， 例如通过在相应面板节段 32 上偏移单独的节段模式 34， 或者例如通过相对于面板 30 偏移成像透镜阵列 40， 则交叠可以改进， 即偏移可以减小。
通过为包含成像透镜 42 的成像透镜阵列 40 提供全局透镜动作， 即通过布置成像 透镜 42 使得相应投影光束 50 会聚到全局焦点位置， 偏移可以例如静态地校正。
通过在比面板节段 32 之间节距略微小的节距使用成像透镜 42， 偏移可以例如静 态地校正。
当面板 30 为可电气操作的面板， 比如 LCD 面板时， 通过在面板 30 上略微平移单独 的节段模式 34， 可以例如电气校正该偏移。d 表示成像透镜 42 之间的节距， 并且 Lp/d1 对 应于当成像透镜 42 聚焦在面板 30 上时的图像放大因子， 则节段模式 34 之间的节距可以选 择为约 d+(d1/Lp)*d， 从而基本上消除偏移。可替换地， d 表示成像透镜 42 之间的节距， 并 且 Lp/Ls 对应于当成像透镜 42 可替换地聚焦在照射透镜 22 上时的图像放大因子， 则节段 模式 34 之间的节距可以选择为约 d+(Ls/Lp)*d， 从而基本上消除偏移。 节段模式 34 之间的 节距因而应例如比成像透镜 42 之间的节距大几个百分比。优点在于， 在面板 30 中通过改变面板 30 上节段模式 34 之间的节距， 而不是改变例如成像透镜阵列 40 的成像透镜 42 的 节距或全局透镜动作， 则可以电气应对可变化的投影距离 Lp。
图 4 示意性示出根据本发明的多光束照射系统 1 的示例性实施例。
LED 阵列 10、 照射透镜阵列 20、 面板 30 和成像透镜阵列 40 布置在在具有宽度 Ws、 深度 Ds 和高度 Hs 的体积中的基本上平行平面 （15， 25， 35， 45 ； 见图 1） 中。在使用期间， 投 影光束 50 优选地相对于成像透镜阵列 40 的平面的法线在小于 45°的角度， 典型地相对于 成像透镜阵列 40 的平面 45 的法线在基本上 0°的标称角度， 或者相对于法线在角度 φ （见 图 6） 离开多光束照射系统 1。深度 Ds 小于宽度 Ws 并且小于高度 Hs。
在第一实例中， 多光束照射系统 1 布置成， 使用具有准直器光学元件 12 的 LED 11， 在距离 Lp=2m 投影直径大约 S=50cm 的照射图像， 该 LED 发射张开角为 α=arctan（S/2L） =7°的 LED 光束。可以使用 8x8 的 LED 矩阵布置中的 16 个 LED 11（具有 1mmx1mm LED 管 芯尺寸） 和 7°准直器 12， 照射 10x10cm LCD 面板。宽度 Ws 和高度 Hs 对应于 LCD 面板的尺 寸并且因此均为 10cm。利用这样照射透镜 22 和成像透镜 42 ： 节距为 1cm， 每个透镜焦距为 4cm， 定位在彼此相距一距离 Ls， 焦距相等， 则可以投影像素节距为 0.2mm 的， 约 50x50 像素 的 10x10 节段模式 34。光学系统的总深度 Ds 为 LED 11 和准直器 12 的深度 （约为 3cm） 和 距离 Ls（为 4cm） 之和， 即总深度 Ds 约为 7cm。 （7cm 的） 深度 Ds 因而小于宽度 Ws 和高度 Hs（分别为 10cm） 。
在第二实例中， 多光束照射系统 1 包含可购得的 LCD 面板， 其面板直径为 7 英寸 （或者近似 17.8cm） ， 长宽比为 4 ： 3 以及分辨率为 640x480 黑白像素。面板 30 因而具有 14.2cm 的宽度 Ws 和 10.6cm 的高度 Hs。照射透镜 22 以及成像透镜 42 具有 2.0cm 的直径， 4.0cm 的焦距并且布置在 7x5 矩形阵列中。多光束照射系统 1 还具有 150 个厚度为 1cm 的 具有准直器光学元件 12 的 LED 11 （50 个红光 LED、 50 个绿光 LED 和 50 个蓝光 LED） ， 该 LED 发射张开角为 α=14°的 LED 光束。可指出， 由于 150 个 LED 为可以紧凑堆积的小光源， 因 此可以使用厚度小于第一实例的更小的准直器光学元件 12。 面板 30 和成像透镜阵列 40 之 间的第一距离 d1 为 4.08cm， 以用于将面板节段 32 上的节段模式 34 成像在 2.0m 的预定图 像距离 Lp。 面板 30 和照射透镜阵列 20 之间的第二距离 d2 为 0.0cm， 即照射透镜阵列 20 定 位为直接接触面板 30， 使得面板节段 34 基本上完全被照射光束 23 照射。总深度 Ds 因而约 为 5cm， 这近似为宽度 Ws 的 35% 并且近似为高度 Hs 的 47%。第二实例的多光束照射系统 2 将约 90x90 像素的 7x5 节段模式 34 以 0.22mm 像素节距投影在面板 30 上， 得到在 2.0m 的 预定图像距离处 11mm 节距的由 90x90 图像像素构成的照射图像。
图 5a- 图 5c 示意性示出用于在根据本发明的多光束照射系统 1 中使用的面板 30 的不同示例性实施例。
图 5a 示出面板 30， 该面板包含电气可控制的面板 300， 比如 LCD 面板。从控制器 302 操作面板 30， 该控制器电连接到面板 300 用于在面板 300 上显示图像。图像可以对应 于相应多个面板节段 32 上的多个节段模式 34。控制器 302 布置成通过输入端 304 接收控 制命令和 / 或定义图像的数据。控制器 302 可选地经由接口 305 连接到存储器 306， 该接 口允许检索定义一个或多个预定义图像的预存储数据。 控制器还可被配备以将通过输入端 304 接收的数据存储在存储器 306 中， 从而在后续使用期间能够检索一个或多个预加载的 图像。输入端 304 可以连接到摄像机 （未示出） ， 其布置成捕获摄像机图像并且确定通过分析摄像机图像而图像探测结果。 图像探测结果可以经由输入端 304 被提供到控制器 302， 该 控制器可以例如依赖于图像探测结果而检索预加载的图像其中之一。
图 5b 示出包含半透明滑块 310 的面板 30， 该滑块在相应多个面板节段 32 上承载 多个节段模式 34， 该节段模式在此实例中由几何形状 314 定义。半透明滑块 310 可以可拆 卸和插入多光束照射系统 1。用户可以例如具有多个半透明滑块 310， 每个滑块具有不同节 段模式 34， 从而允许用户在多个照射图像之间改变。 另外， 半透明滑块 310 也可以布置或可 布置成恒定环路的形式， 类似于输送带。
图 5c 示出包含 GOBO 板 320 的面板 30， 该 GOBO 板在相应多个面板节段 32 上承载 多个节段模式 34。节段模式 34 由 GOBO 板 320 中的孔 324 定义。GOBO 板 320 可以可拆卸 和插入多光束照射系统 1。用户可以例如具有多个 GOBO 板 320， 每个板具有不同节段模式 34， 从而允许用户在具有不同照射模式的多个照射图像之间改变。可选地， GOBO 板 320 可 以是反射的， 以用于在反射系统中使用。
图 6 示意性示出根据本发明一个实施例如何可以改变投影光束 50 的方向。
图 6 中实线对应于如图 1 所示的布置和情形， 成像透镜阵列 40 在相对于面板 30 的第一位置具有成像透镜 42， 并且提供投影光束 50 和投影图像 52。投影光束 50 垂直于成 像透镜平面 45， 即相对于成像透镜平面 45 的法线在 0°角离开多光束照射系统。成像透镜 阵列 40 也示于虚线 43， 对应于位移了距离 Δ 的成像透镜阵列 40。虚线示出的投影光束 51 和投影图像 55 对应于利用位移了距离 Δ 的成像透镜阵列 40 进行投影 ： 投影光束 51 相对 于成像透镜平面的法线在角度 φ， 并且投影图像 55 相对于投影图像 52 偏移了距离 Δp。 通过在平行于面板 30 的平面中并且相对于面板 30 上的节段模式 34 位移成像透 镜阵列 40， 由此可以改变投影光束 50、 51 的方向以及投影图像 52、 55 在投影表面 60 上的相 应位置。
将理解， 可替换地或附加地， 节段模式 34 可以在面板 30 上相对于成像透镜阵列 40 位移， 以用于改变投影光束的方向。
图 7a 和图 7b 说明， 在一个实施例中， 距离 d1 和 / 或 d2 可以被改变。图 7a 和图 7b 示出 LED 光束 13， 其入射在照射透镜阵列 20 上， 由此形成相应照射光束 23 用于照射面板 30 上的面板节段的一部分 （图 7a 中 33a 和图 7b 中 33b） 。使用成像透镜阵列 40 的成像透 镜 42， 受照射部分 33a、 33b 于是被成像到投影光束 5 中。在示例性实施例中， 距离 d1、 d2、 Ls 和 Lp（见图 1） 被选择为， 使用成像透镜阵列 40 将照射透镜阵列 20 成像到投影表面 60 上。面板 30 因此不被锐利地成像到投影表面 60 中 ： 这具有的优点为， 节段模式 34 的投影 图像 52 以略微模糊方式 （其将另外称为 " 聚焦程度 " 或称为 " 锐度 "） 被投影， 这提供了投 影图像 52 与其周围之间的平滑过渡。
例如通过改变面板 30 和成像透镜阵列 40 之间的第一距离 d1 （例如改变为如图 7b 所示 d1'） ， 可以调节聚焦程度。在一个实施例中， 当第一距离 d2 改变时， 照射透镜阵列 20 和成像透镜阵列 40 之间的距离 Ls 维持恒定。对于远场成像， 第一距离 d1 对应于成像透镜 42 的焦距。
类似地， 改变面板 30 和照射透镜阵列 20 之间的第二距离 d2（例如改变到如图 7b 中的 d2'） 可以用于改变被相应照射光束 23 照射的节段 32 的部分的尺寸， 并且因而改变投 影图像 52 的有效尺寸。在另一实施例中， 照射透镜阵列 20 和成像透镜阵列 40 之间的距离
Ls 可以维持恒定。如果面板 30 靠近照射透镜阵列 20， 面板 30 的比较大区域被照射， 如图 7a 中借助 33a 所示。在这种情况下， 投影图像 52 的有效尺寸由成像透镜 42 的放大因子确 定。通过偏移面板 30 和成像透镜阵列 40 离开照射透镜阵列 20， 可以减小有效尺寸 ： 面板 30 上的照射光束 23 于是照射面板 30 上越来越小的区域， 如图 7b 中借助 33b 所示， 直至距 离等于照射透镜 20 的焦距。 在这种情况下， 成像透镜 42 将点源图像， 即具有小投影图像 52 的窄投影光束 50， 投影在投影表面 60 上。 在这种限制情形中， 通过准直器 10 的准直角度可 以确定有效尺寸， 其准直角度定义照射该照射透镜阵列 20 的 LED 光束 13 的张开角。
因而， 通过改变面板 30 和成像透镜阵列 40 之间的第一距离 d1， 可以改变聚焦程 度， 而通过改变面板 30 和照射透镜阵列 20 之间的第二距离 d2， 可以改变投影图像 52 的有 效尺寸。
在优选实施例中， 照射透镜 22 和成像透镜 42 具有相等焦距并且第一距离 d1 和第 二距离 d2 之和在成像透镜 42 的焦距的 1.0 至 2.0 倍之间。
在一个实施例中， 系统 1 还包含控制器， 其布置成控制 d1 和 Lp 的一个或多个， 优 选地控制这二者。在一个实施例中， 系统 1 还包含控制器， 其布置成控制 d1 和 d2 的一个或 多个， 优选地控制这二者。在再一实施例中， 系统 1 还包含控制器， 其布置成控制 d1、 d2 和 Lp 的一个或多个， 优选地控制所有这三个参数。 图 8 示出根据本发明的多光束照射系统 1 的实施例。
图 8 所示的多光束照射系统 1 与图 1 所示不同在于， 具有可选的准直器 12 的 LED 11 的数目、 LED 光束 13 的数目、 照射透镜 22 的数目、 照射光束 23 的数目、 面板节段 32 的数 目、 成像透镜 42 的数目以及投影光束 50 的数目相同。特别是， 每个具有可选的准直光学元 件 12 的 LED 11 与一个照射透镜 22、 一个面板节段 32、 一个成像透镜 42 和一个投影光束 50 关联。多光束照射系统 1 可以因此被认为由用于形成多个 （至少部分地交叠） 投影光束 50 的多个微型投影仪构成， 其中每个微型投影仪包含一个具有可选的准直光学元件 12 的 LED 11、 一个照射透镜 22、 一个面板节段 32 和用于形成一个投影光束 50 的一个成像透镜 42。
在一个实施例中， 这种多光束照射系统 1 可布置成容纳另一微型投影仪， 其包含 另一具有可选的准直光学元件 12 的 LED 11、 另一照射透镜 22、 另一面板节段 32 和另一成 像透镜 42。这允许容易扩展多光束照射系统 1， 特别是用于增大多光束照射系统 1 的流明 输出的总量。
图 9 示出用于在根据本发明的多光束照射系统 1 中使用的成像透镜阵列 40。
成像透镜阵列 40 包含在一平面中布置在矩形 NxM 矩阵中的多个成像透镜 42， 该平 面可以称为成像透镜平面， 图像透镜列节距为 dx 且图像透镜行节距为 dy。 在可替换实施例 中， 多个成像透镜 42 在成像透镜平面中布置在六角形 NxM 矩阵中 （正如面板平面中的面板 节段以及照射透镜平面中的照射透镜） 。使用六角形矩阵而不是矩形矩阵可以有利地允许 更紧密地堆叠透镜和节段， 并且因此允许改进的区域效率。对应于此矩阵布置中 NxM 的乘 积的多个成像透镜 42 优选地为至少 4， 更优选地至少 6， 甚至更优选地至少 8， 再优选地至少 12， 甚至更优选地至少 30， 并且再优选地至少 100。在图 9 所示实例中， N 等于 2 并且 M 等 于 3， 即 NxM=6。成像透镜 42 可以是球形透镜。在一个实施例中， dx 和 dy 基本上相同并且 恒定。在可替换实施例中， dx 和 dy 在成像透镜阵列 40 上变化， dx 和 dy 朝向成像透镜阵列 40 边缘减小， 以用于提供全局透镜动作。
成像透镜 42 优选地为薄透镜。成像透镜 42 可以是薄凸透镜。成像透镜可以是菲 涅尔类型透镜。多个成像透镜 42 可以被提供作为多个分立透镜， 并排布置在定义成像透镜 在成像透镜平面中的位置的支架中。多个成像透镜 42 可以被提供作为应用到透明承载基 板的多个凸透镜结构， 例如通过在透明承载基板复制并排的透镜结构， 从而有效地定义成 像透镜平面。透明承载基板可以例如是玻璃板或塑料板， 比如聚碳酸酯或 PMMA 板。
图 10 示出根据本发明一个实施例的用途。图 10 示出图画 2， 其悬挂在房间的壁 上。使用多光束照射系统 1， 彩色框架 53 被投影成为图画周围的照射图像。彩色框架 53 的 颜色可以依赖于例如图画中示出的图像来选择 ； 特别是， 颜色可以选择为图画中的主导颜 色， 或者在另一实施例中， 选择为图画中的主导颜色的互补颜色， 以用于增强观看者 4 体验 的视觉体验。多光束照射系统 1 可包含传感器， 或者与外部传感器协作， 以用于探测例如是 否存在观看者， 并且取决于观看者是否存在而激活或去激活照射图像的投影。多光束照射 系统 1 可以因此吸引进入房间的观看者的注意。当例如多个图画位于房间中时， 依次连续 地激活和去激活每个图画周围的照射图像的投影可以从一幅图画到下一幅图画引导观看 者。将理解， 该用途可以同样应用于其它项目， 比如其它图像， 例如照片， 或者三维对象， 比 如博物馆中的雕塑， 或商店中展出的物品。
图 11a 和图 11b 示出根据本发明一个实施例的另一用途。图 11a 示出在客厅中坐 在座椅上的第一人 4。第一人 4 已经选择特定环境照明条件， 其包含使用多光束照射系统 1 作为照射图像 53 投影在壁上的特定彩色模式。该特定彩色模式可以是静态模式， 或者是动 态模式， 其例如在颜色、 亮度和 / 或形状方面随时间缓慢改变。图 11b 示出由于外部输入引 起的环境照明条件的改变， 在此实例中， 该外部输入为由加入第一人 4 坐在座椅上的第二 人 5 提供的触发器。环境照明条件可以例如改变到另一静态模式， 或者改变到用于照射图 像 53 的另一动态模式。触发器可以例如由座椅中的压力传感器提供， 其探测第二人 5 坐在 座椅上。该触发器可以例如通过第一人按压遥控器上按钮来提供， 该遥控器发送信号到多 光束照射系统 1。
在图中， 为了清楚起见而没有绘制相关性低的特征， 比如电缆等。
如此使用的比如 " 基本上平坦 " 或 " 基本上含有 " 等中的术语 " 基本上 " 将为本 领域技术人员所理解。在多个实施例中， 形容词 " 基本上 " 可以被移除。在适用时， 术语 " 基本上 " 也可以包含具有 " 完全地 "， " 完整地 "， " 全部地 " 等的实施例。在适用时， 术语 " 基本上 " 也可以指 90% 或更高， 比如 95% 或更高， 特别是 99% 或更高， 包括 100%。术语 " 包含 " 也包括其中术语 " 包含 " 意思是 " 由 .. 组成 " 的实施例。
此外， 说明书和权利要求中的术语第一、 第二、 第三等被用于区分相似元件并且不 一定用于描述先后顺序或时间顺序。将理解， 如此使用的术语在适当情况下可以互换并且 此处描述的本发明实施例能够按此处描述或说明顺序以外的顺序操作。
除了其它之外， 在操作期间描述了此处使用的设备。 本领域技术人员将清楚， 本发 明不限于操作方法或者操作中的设备。
应指出， 上述实施例说明而非限制本发明， 并且本领域技术人员将能够设计许多 可替换实施例而不背离所附权利要求的范围。在权利要求中， 置于括号之间的任何附图标 记不应解读为限制权利要求。动词 " 包含 " 及其变型的使用不排除权利要求中陈述的元件 或步骤之外的元件或步骤的存在。术语 " 和 / 或 " 包含一个或多个关联列出项目的任何和全部组合。元件前的冠词 " 一 " 或 " 一个 " 不排除存在多个这种元件。元件前的冠词 " 该 " 不排除存在多个这种元件。 本发明可以借助包含若干不同元件的硬件， 并且借助合适编程 的计算机来实施。在列举若干装置的设备权利要求中， 若干这些装置可以由一个且相同的 硬件项目实施。 在互不相同的从属权利要求中陈述某些措施的纯粹事实不表示不能有利地 使用这些措施的组合。