多孔径投影显示器和针对所述多孔径投影显示器的单图像生成器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及多孔径投影显示器W及针对所述多孔径投影显示器生成单图像。
【背景技术】
[0002] 目前，不存在令人满意的用于将不同图案映射到不同几何结构或投影距离的技术 方案。一些方案通过改变物结构（objectstructures)(诸如，数字成像仪的形式），或通过 根据映射等式来机械操控映射光学器件，诸如，通过改变焦距或后焦距，来实现运些映射特 性。然而，运种解决方案较为昂贵。
[0003] 上述映射特性的特定情况是在所限定的距离范围内保持固定光图案。运种特性等 同于光学期间中的焦点深度。
[0004] 考虑到几何结构，通过下式，根据图13的投影距离^光瞳扩展D和可接受模糊角 6,得到投影仪的屏幕侧焦点深度值〇巧卿.]\Smith,ModernOpticalEngineering(McGra W-Hi11，2007))。
[0007] 因此，根据（I)和（2)，仅有可能通过缩小光瞳尺寸D，来在给定距离L和可接受模 糊角P的情况下增加焦点深度。缩小光瞳伴随着投影的亮度损耗，运是由于透射的光通量 与平面内的每个物点（objectpoint)的可接受立体角（solidangle)成正比，因此当缩 小光瞳面积D2时，还减少透射的光通量（W.J.Smith,ModernOpticalEngineering(McGr aw-Hi11，2007))。
[0008] 用于获得较大的焦点投影深度的备选方法是通过使用扫描图像架构化Uil化p) 来使用激光照射的MEMS镜。由于镜面积较小，所述结构从本质上具有较大的焦点深度，然 而，为了形成良好的图像印象，所述结构需要相干光源和快速、可移动的机械件（MEMS镜）， 运些元件限制了它们的鲁棒性和潜在应用领域。此外，如果不采取其他技术手段来减弱相 干作用对投影图像的不利影响，则W运种方式生成的投影图像可能受到相干作用的不利影 响，诸如，斑点（speckle)。
[0009] 图14示出了微型投影仪的多孔径布置，即，例如在DE102009024894Al中描述的 阵列投影仪。文中所用的多孔径方法允许将投影系统的系统安装长度与可获得的光通量进 行去禪，从而允许构成紧凑并且明亮的投影系统。关于运种光学方法的在先公开描述了微 投影仪的常规二维布置，每个都包括场镜（fieldlens) 902、物结构/幻灯片903W及投影 光学器件904。通过延伸或平面光源901来背向照射整个装置。投影后的整个图像是由于 对精确投影距离L处的所有单图像进行聚焦叠加而导致的。根据式（3)，通过针对相应投影 0) 透镜904明确限定排列的单独幻灯片903,来执行所述聚焦叠加。
[0011] 运里，P表示单独投影透镜904之间的中屯、孔径距离，P+Ap表示物结构或单图像 903之间的中屯、距离。对于相同尺寸，参考图15,图15示出了S是图像距离（即，单图像 903和各投影光学器件904之间的距离），且F是投影光学器件904的焦距。
[0012] 由于每个单独投影透镜904的孔径较小，单独投影仪的焦点深度非常大（参考式 (2))。运里，单独投影的超焦距离通常远小于距离L。
[0013] 实质上，通过单独投影仪904的焦距/后焦距，W及物结构903相对相应投影透 镜阵列的透镜904的中屯、距离差Ap,来确定通过将所有单图像进行叠加而得到整个图像 的设定距离（参见MarcelSieler,PeterSc虹eiber,PeterDannberg,An化easBl-jilier' 和AndreasTunnermann，"Ultraslimfixedpatternprojectorswithinherent homogenizationofillumination"，Appl.Opt. 51, 64-74(2012))。
[0014] 因此，在式3中，F与焦距相对应，P与投影透镜904之间的距离或中屯、距离相对 应，Ap与幻灯片902和透镜904之间的中屯、距离差相对应，其中S通过结合L和F来描 述根据近轴映射等式而生成的后焦距。根据式3,确定：通过忽略几何象差，通过将单独微 投影仪进行叠加而投影得到的整个图像905的焦点深度与具有与微投影仪阵列的横向延 伸相对应的光瞳尺寸的经典但通道投影的焦点深度相对应（参见MarcelSieler,Peter Schreiber,PeterDannberg,AndreasBraiier和AndreasTunnermann，"Ultraslim fixedpatternprojectorswithinherenthomogenizationofillumination"，Appl. Opt. 51,64-74(2012))。
[0015] 图16示出了例如图13示例所示的传统单通道投影仪的模糊行为（即，在附图标 记906处）W及根据图14和图15的单个投影透镜和阵列投影仪的模糊行为（在908处）。 所有系统都被聚焦在533mm的设定距离处。单独投影通道W及阵列投影仪的模糊行为彼此 相对应，所W它们通常都由曲线908来表示。运意味着通过忽略其他象差和虚化盲区的影 响，相同光瞳尺寸的单通道投影仪和传统阵列投影仪的模糊行为彼此相对应。
[0016] 需要的是具有一种能够支持W更客观的方式在不同投影距离或几何结构上显示 不同图像的系统。
【发明内容】
[0017] 本发明的目标在于提供一种支持上述功能的构思。
[0018] 由待审独立权利要求的主题来实现该目标。
[0019] 本发明的核屯、构思在于发现：当W适合方式（即，通过将针对多孔径投影显示器 的投影通道的临时单图像（意图用于要被投影的至少两个图像中的每个图像）合并为真实 或最终单图像）设计多孔径投影显示器的单图像时，能够静态地或无须任何调整地（无论 是机械调整还是在成像仪处的调整）生成由多孔径投影显示器投影在不同投影距离处的 图像。
[0020] 根据实施例，执行所述构思，使得对于每个投影通道，与在对针对要被投影的图像 计算的各投影通道的临时单图像的非零值部分全部被叠加的位置处相比，最终单图像在如 下位置处关于各投影通道的临时单图像的正叠加（positivesupe巧osition)变得更暗： 针对要被投影的图像计算的各投影通道的临时单图像的部分（其值不等于零）至少部分地 位于该位置处，但并非所有部分都被叠加。为了进行结合，例如，在意图用于要被投影的图 像的临时单图像之间使用逻辑操作，诸如，逻辑与或者逻辑或操作。
[0021] 因此，根据实施例，为了针对具有多个投影通道的多孔径投影显示器生成单图像， 使用表示要被投影在不同投影距离下的至少两个图像的图像数据，并且对于所述至少两个 要被投影的图像中的每个图像，按照多孔径投影显示器的每个投影通道计算临时单图像， 其中合并器实现为针对每个投影通道，将针对要被投影的至少两个图像计算出的各投影通 道的临时单图像合并为针对各投影通道的最终单图像。
[0022] 然而，实施例还提供了一种多孔径投影显示器，其中投影通道的单图像实现为，使 得对投影通道的单图像的映射在至少两个不同投影距离处均被叠加为一个投影图像，其 中，与在当通过投影通道的光学器件背向投影化ack-projected)到投影通道的光学器件 的物平面时投影图像的非零值部分彼此全部叠加的位置相比，单图像在W下位置处关于正 叠加而变得更暗：当通过投影通道的光学器件背向投影到投影通道的光学器件的物平面时 投影图像的非零值部分至少部分地位于该位置处，但并非所有非零值部分都被叠加。
【附图说明】
[0023] 本发明的有利实现方案在于从属权利要求的主题，其中W下将参考附图更详细地 描述本申请的优选实施例，附图中：
[0024] 图1示出了根据使用真实投影的实施例的多孔径投影显示器的示意=维视图；
[0025] 图2示出了根据示例示例性示例的图1的多孔径投影显示器的顶视图，W便示出 单独通道的光学器件和单图像的相对位置；
[0026] 图3示意性地示出了将要被投影的两个图像向通道的光学器件的物平面的背向 投影，W及掩膜（mask)数据或临时单图像的透射区域的与操作，其中向在要被投影的图像 中位于外侧的物结构被分配较短的投影距离；
[0027] 图4a示出了根据示出了最终单图像的图3的与操作得到的物结构的顶视图；
[002引图4b示出了根据图4a的图4a通道12'在投影图像处的投影部分，该投影部分是 由于与最终单图像的投影距离较短而导致的。
[0029] 图4c示出了根据图4a的图4a通道12"在投影图像处的投影部分，该投影部分是 由于与最终单图像的投影距离较短而导致的。
[0030] 图4d示出了根据图4a的图4a通道12'在投影图像处的投影部分，该投影部分是 由于与最终单图像的投影距离较长而导致的。
[0031] 图4e示出了根据图4a的图4a通道12"在投影图像处的投影部分，该投影部分是 由于与最终单图像的投影距离较长而导致的。
[0032] 图5示意性示出了按方形排列的投影透镜阵列W及用于索引【具体实施方式】中使 用的通道的注释；
[0033] 图6示出了图1的多孔径投影显示器和导致焦点深度延伸巧Do巧的示例投影图 像之间的示例位置关系的=维视图，其中，具体地，本文W根据映射比例放大的矩形的形 式，例示出在两个设定距离内的所设光分布；
[0034]图 7 不出了如何经由交叉检查（intersectionexamination)来在pattern Li(I)和patternL2O)的形状中，通过图5的投影通道化4)中的物结构，得到具有区域 patterrimteuecti。。的最终单图像的示意图；
[0035] 图8示出了对传统投影