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制造技术

本发明专利技术涉及一种多孔径投影显示器，借助该显示器可在不同投影距离处生成要投影的图像，具体地，静态地或无须任何机械调整或图像生成器，多孔径投影显示器的单独图像被合适地设计，即多孔径投影显示器的投影通道的初步单独图像(其提供给将要投影的至少两个图像中的每一个)被投影通道合并，以形成实际或最终单图像。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】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
本专利技术涉及多孔径投影显示器以及针对所述多孔径投影显示器生成单图像。
技术介绍
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，来实现这些映射特性。然而，这种解决方案较为昂贵。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。这种特性等同于光学期间中的焦点深度。考虑到几何结构，通过下式，根据图13的投影距离L、光瞳扩展D和可接受模糊角β，得到投影仪的屏幕侧焦点深度(DoF)(W.J.Smith,ModernOpticalEngineering(McGraw-Hill,2007))。因此，根据(1)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β的情况下增加焦点深度。缩小光瞳伴随着投影的亮度损耗，这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(McGraw-Hill,2007))。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(buildup)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)，这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，则以这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)。图14示出了微型投影仪的多孔径布置，即，例如在DE102009024894A1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耦，从而允许构成紧凑并且明亮的投影系统。关于这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903以及投影光学器件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。这里，p表示单独投影透镜904之间的中心孔径距离，p+Δp表示物结构或单图像903之间的中心距离。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。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))。这里，单独投影的超焦距离通常远小于距离L。实质上，通过单独投影仪904的焦距/后焦距，以及物结构903相对相应投影透镜阵列的透镜904的中心距离差Δp，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,PeterSchreiber,PeterDannberg,Andreas和AndreasTünnermann，“Ultraslimfixedpatternprojectorswithinherenthomogenizationofillumination”，Appl.Opt.51,64-74(2012))。因此，在式3中，F与焦距相对应，P与投影透镜904之间的距离或中心距离相对应，Δp与幻灯片902和透镜904之间的中心距离差相对应，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,PeterSchreiber,PeterDannberg,Andreas和AndreasTünnermann，“Ultraslimfixedpatternprojectorswithinherenthomogenizationofillumination”，Appl.Opt.51,64-74(2012))。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)以及根据图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。单独投影通道以及阵列投影仪的模糊行为彼此相对应，所以它们通常都由曲线908来表示。这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。需要的是具有一种能够支持以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。
技术实现思路
本专利技术的目标在于提供一种支持上述功能的构思。由待审独立权利要求的主题来实现该目标。本专利技术的核心构思在于发现：当以适合方式(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。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(positivesuperposition)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。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。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(back-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，单图像在以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。附图说明本专利技术的有利实现方案在于从属权利要求的主题，其中以下将参考附图更详细地描述本申请的优选实施例，附图中：图1示出了根据使用真实投影的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种针对具有多个投影通道的多孔径投影显示器的单图像生成器，包括：输入(82)，实现为接收表示要在不同投影距离处投影的至少两个图像(38,40)的图像数据(84)；单图像计算器(86)，实现为按照多孔径投影显示器的投影通道(12)为要被投影的所述至少两个图像中的每一个计算临时单图像(48,50)；以及合并器(88)，实现为针对每个投影通道，将针对要被投影的所述至少两个图像计算的各投影通道的所述临时单图像合并为针对各投影通道的最终单图像(30)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.05.10 DE 102013208625.31.一种针对具有多个投影通道的多孔径投影显示器的单图像生成器，包括：输入(82)，实现为接收表示要在不同投影距离处投影的至少两个图像(38,40)的图像数据(84)；单图像计算器(86)，实现为按照多孔径投影显示器的投影通道(12)为要被投影的所述至少两个图像中的每一个计算临时单图像(48,50)；以及合并器(88)，实现为针对每个投影通道，将针对要被投影的所述至少两个图像计算的各投影通道的所述临时单图像合并为针对各投影通道的最终单图像(30)，其中，所述合并器(88)实现为执行合并，以使得，与在对针对要被投影的至少两个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，各投影通道的最终单图像(30)在如下位置处关于各投影通道的临时单图像的正叠加变得更暗：针对要被投影的所述至少两个图像计算的各投影通道的临时单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。2.根据权利要求1所述的单图像生成器，其中所述合并器(88)实现为：通过在针对要被投影的所述至少两个图像计算的各投影通道的临时单图像之间使用逻辑操作，来执行合并。3.根据权利要求2所述的单图像生成器，其中所述合并器(88)实现为：使得逻辑操作包括各投影通道的临时单图像的逻辑与链接或逻辑或链接。4.根据权利要求1所述的单图像生成器，其中所述单图像计算器(86)实现为：使得临时单图像是二进制的。5.根据权利要求1所述的单图像生成器，其中所述图像数据(84)以二进制的方式表示要被投影的所述至少两个图像；或所述单图像计算器(86)实现为：执行所述计算，使得对于要被投影的所述至少两个图像中的每一个，临时单图像是二进制的，但以三值或更高值的方式在相应投影距离处被叠加成要被投影的相应图像。6.根据权利要求1所述的单图像生成器，其中所述输入(82)实现为：以一格式接收图像数据，使得最终单图像(30)导致对二进制的投影具有增加的焦点深度，其中根据所述格式,在图像数据中,图像被包括在不同投影距离处,从所述不同投影距离处，通过依赖于相应投影距离的中心延伸,得到要被投影的至少两个图像。7.一种多孔径投影显示器，包括根据前述权利要求之一所述的单图像生成器。8.一种多孔径投影显示器，包括：多个横向相邻的投影通道(12)，每个投影通道都包括一个单图像生成器(14)和光学器件(16)，所述单图像生成器(14)用于生成相应单图像(30)，所述光学器件(16)用于将位于光学器件的物平面(42)内的相应单图像映射到多孔径投影显示器的投影方向(18)，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相应投影图像(38,40)，其中，与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(42)时投影图像(3...

【专利技术属性】
技术研发人员：马塞尔·席勒，彼得·施莱勃，阿尔夫·里德尔，
申请(专利权)人：弗劳恩霍夫应用研究促进协会，
类型：发明
国别省市：德国;DE