[发明专利]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

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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(object structures)(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,Modern Optical Engineering(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(object point)的可接受立体角(solid angle)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,Modern Optical Engineering(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DE 102009024894 A1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(field lens)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Marcel Sieler,Peter Schreiber,Peter Dannberg,Andreas和Andreas Tünnermann，“Ultraslim fixed pattern projectors with inherent homogenization of illumination”，Appl.Opt.51,64-74(2012))。