CN107636531A - 图像生成设备和用于制造成像元件阵列的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种图像生成设备(100)，其具有至少一个光源(1)、场透镜阵列(2)、成像元件阵列(3)和投影透镜阵列(4)。所述成像元件阵列(3)通过第一图样阵列与第二图样阵列的叠加而构成，该第二图样阵列构造为与第一图样阵列结构相同的并且是相对第一图样阵列旋转的。另外，还提出一种用于制造成像元件阵列(3)的方法。

Description

图像生成设备和用于制造成像元件阵列的方法

技术领域

在此提出一种具有成像元件阵列的图像生成设备。另外，还提出一种用于制造成像元件阵列的方法。

背景技术

微光学的阵列投影器与传统的单通道投影器相比，基于其构造结构而能够实现光损失小的清晰图形。正如例如在文献DE 10 2009 024894A1中所说明的那样，该阵列投影器具有一些规则布置的投影用单通道，它们的投影在屏幕上集合为全图。超平的阵列投影显示器呈给一种革新的光学方案，用以实现平的且同时明亮的投影系统。

在图1中示意性地示出了基本原理。光源1照亮场透镜阵列2，成像结构的阵列3位于紧邻该场透镜阵列的附近。待投影的物体位于投影透镜阵列4的相应透镜的焦距内。对应的场透镜－与投影透镜至物体的距离相比－非常靠近地位于这个物体处，以确保投影透镜的柯勒照明。投影透镜阵列将所有单帧图像的叠加描绘到一个屏幕5上。

此项技术的一种发展设计能够实现在不同的投影距离中产生投影图像。例如在文献DE 10 2013 208 625 A1中介绍了一种这样的系统。图像生成静态地进行，也就是说，不仅从成像方面而且从机械方面都不需要转换(Umstellung，换位调整)。为此必须适当地设计描画多通道投影显示器的单帧图像。这一点通过对多孔显示器的各投影通道的单帧图像的布尔逻辑运算予以实施。通过光源，将关于成像元件的信息按投影通道方式(Projektionskanalweise)组合成在至少两个不同投影距离L1和L2中的最终的单帧图像。在图2中示意性地示出了该原理。

为了将图像投影到不同平面中，而选择对单帧图像的特别生成。针对每个应该产生的投影首先要计算成像元件的单帧图像，在示出的实例中是两个投影5和6的成像元件。在图3中示出了往光学器件的物平面中的反向投影。其中一个图像的反向投影通过画有阴影线的“F”示出(附图标记7)。第二图像的反向投影通过相反的阴影线8示出。在此，外侧的面描绘了较短投影距离中的图像。在图3中能够清楚地看出两阴影部分的叠加10并且由此还有两反向投影的叠加。

在此情况中涉及的是逻辑“与关系”。各个阴影线描画是涉及一种在光学系统中并不使用的图解表示。在图4中示出了带有透射面11的掩膜阵列(Maskenarray)。在此情况中，将各面相叠加所在的区域描述为透射面，因为这些面在应用中传递光线。可以清楚地看出，只有掩膜阵列上的面是透射的，在图3中这些面是借助“与关系”构建而成的。通过成像元件传递的光的叠加产生了在不同投影平面内的图像。这种设计方式也可能有多个不同的图像。于是，在短的投影路程上可显示一种与在长的投影路程上的图像(例如字母“B”)不同的图像(例如字母“A”)。在此，使用同样的光学系统以及对成像元件的同类型的逻辑运算。

由现有技术已知的多通道投影显示器的缺点是，目前在制造过程期间对从投影透镜阵列到成像元件阵列的侧向调节有很高的要求。此外，由现有技术已知的多通道投影显示器在应用中具有高的敏感度，特别是相对于振动、冲击等等。

发明内容

本发明至少若干个实施方式的目的是，提出一种图像生成设备，该图像生成设备具有相对于在成像元件阵列与投影透镜阵列之间的定向调校缺陷而言提高的容差。另一目的是提出一种用于制造成像元件阵列的方法。

上述目的通过按照独立权利要求的主题方案得以实现。此外，由从属权利要求、后续说明以及由附图给出了一些有利的实施方式和扩展方案。

这里所说明的图像生成设备至少具有一个光源、一个场透镜阵列、一个成像元件阵列以及一个投影透镜阵列。在此，场透镜阵列包括多个场透镜，成像元件阵列包括多个成像元件，而投影透镜阵列包括多个投影透镜。

优选每个场透镜配置有一个成像元件，并且优选每个成像元件配置有一个投影透镜。所述图像生成设备例如可以构造为微光学的阵列投影器或者构造为多通道投影显示器或多孔投影显示器。成像元件优选分别具有一种投影图样。所述成像元件或者说投影图样例如可以由透射面构成。因此成像元件例如是可背后照明的阴影掩膜。另外，成像元件例如也可以是自发光元件，诸如OLED(有机发光二极管)或显示器。

优选地，成像元件阵列通过第一图样阵列与第二图样阵列的叠加而构成，其中第二图样阵列是相对第一图样阵列旋转的。通过所述叠加而构成的阵列的各个成像元件可以构造为分别不同的。

所述第一图样阵列和第二图样阵列优选分别是成像元件的图样阵列，也就是说，第一图样阵列和第二图样阵列优选分别具有大量的成像元件，这些成像元件例如可以构造为投影图样或透射面。优选地，第一图样阵列和第二图样阵列构造为结构相同的。例如，第一图样阵列和第二图样阵列可以在其成像元件方面构造为一致(相同)的，诸如涉及成像元件的数量、布置、形状和尺寸。此外还优选将相应图样阵列内部的各个成像元件或者说投影图样分别构造为一致的。

在这里所说明的图像生成设备中，有益地降低/缓解了相对于从投影透镜阵列到成像元件阵列的偏转的和/或偏移的位置而言在几何方面的构件要求。

所述图样阵列不必是真实的或者说实体的成像元件阵列，确切地说，为了构成所述成像元件阵列而模拟将至少两个图样阵列叠加就足以获得这里所说明的图像生成设备的成像元件阵列的各成像元件。由此，所述图样阵列可以是假想的图样阵列。优选地，用于进行叠加的图样阵列分别设置在相同平面内。

所述成像元件阵列的成像元件特别是可以通过第一图样阵列的成像元件与第二图样阵列的成像元件的叠加而构成。所述叠加例如可以通过逻辑与关系构成。例如，通过第一图样阵列的成像元件和第二图样阵列的成像元件或者说相应投影图样或透射面的交叠(Schnittmenge)来构成逻辑与关系。

根据另一实施方式，第二图样阵列是相对第一图样阵列关于一条旋转轴线旋转的，该旋转轴线构造为垂直于第一图样阵列，特别是该旋转轴线可以与下述的平面垂直地设置，第一图样阵列的成像元件设置在该平面内。例如，所述旋转轴线可以穿过第一图样阵列延伸。作为备选方案，所述旋转轴线也可以在第一图样阵列之外延伸，也就是说，在该旋转轴线与第一图样阵列之间没有交点。

根据另一实施方式，第二图样阵列相对第一图样阵列旋转预定的转角，其中该转角为0.005°至2.0°，优选为0.005°至1.0°。根据一种特别优选的实施方式，所述转角为0.1°至0.5°。

根据另一实施方式，第二图样阵列附加地是相对第一图样阵列偏移的。特别是，所述第二图样阵列的各个成像元件或者说投影图样可以分别相对所述第一图样阵列的相应成像元件或者说投影图样偏移相同的距离或者说平移路程。与此不同，图3中不同的第二反向投影8则是相对不同的第一反向投影7分别偏移不同大小的平移路程。

根据另一实施方式，成像元件阵列通过三个图样阵列的叠加而构成。特别是，成像元件阵列可以通过第一、第二和第三图样阵列的叠加而构成，其中所述三个图样阵列分别构造为结构相同的。这三个图样阵列例如可以分别具有多个成像元件并且就所述成像元件而言构造为相同的，特别是在成像元件的数量、尺寸、形状和布置方面。这里所说明的图像生成设备的成像元件阵列的成像元件可以通过所述三个图样阵列的成像元件的叠加而构成。所述叠加例如可以通过逻辑与关系构成。例如，通过第一图样阵列的成像元件的、第二图样阵列的成像元件的和第三图样阵列的成像元件的或者说相应投影图样或透射面的交叠来构成逻辑与关系。在此情况下，图样阵列不必是真实的或者说实体的成像元件阵列，确切地说，可以模拟对图样阵列的叠加，以构成这里所说明的图像生成设备的成像元件阵列。

根据另一实施方式，第二图样阵列相对第一图样阵列旋转0.005°至1.0°的转角，而第三图样阵列相对第一图样阵列旋转-0.005°至-1.0°的转角。特别优选的是，第二与第一图样阵列之间的转角和第三与第一图样阵列之间的转角按照绝对值是大小相同的。

此外还提出了一种成像元件阵列。该成像元件阵列可以具有结合所述图像生成设备的成像元件阵列述及的那些实施方式的一个或多个特征。特别是，成像元件阵列通过第一图样阵列与第二图样阵列的叠加而构成，其中第二图样阵列是相对第一图样阵列旋转的并且第一与第二图样阵列构造为结构相同的。

此外还提出了一种用于制造成像元件阵列的方法。由此可制造的或制造成的成像元件阵列可以具有前述实施方式的一个或多个特征。

在该方法中，成像元件阵列通过第一图样阵列与第二图样阵列的叠加而构成，该第二图样阵列是相对第一图样阵列旋转的。优选地，第一图样阵列与第二图样阵列构造为结构相同的。各图样阵列可以分别具有大量的成像元件并且就成像元件而言构造为一致的。

根据另一实施方式，通过第二图样阵列的成像元件与第一图样阵列的成像元件的叠加而构成这里所说明的图像生成设备的成像元件阵列的各成像元件。优选地，所述叠加通过逻辑与关系构成。例如，通过图样阵列的成像元件的或者说投影图样的或透射面的交叠来构成所述逻辑与关系。

例如，可以借助模拟来实现第一图样阵列和第二图样阵列或者说图样阵列的成像元件的叠加。因此，图样阵列和其成像元件不必作为实体的图样阵列存在，确切地说，可以借助模拟来构成这里所说明的图像生成设备的成像元件阵列。

根据另一实施方式，第二图样阵列相对第一图样阵列旋转预定的转角，该转角为0.005°至1.0°。附加地，第二图样阵列也可以相对第一图样阵列偏移预定的平移路程。

根据另一实施方式，将三个分别彼此相对旋转的图样阵列叠加以构成成像元件阵列。例如，可以通过三个图样阵列的成像元件的叠加而构成成像元件阵列的成像元件。

附图说明

由下文结合图1至图5C描述的实施方式中可获得这里所说明的图像生成设备的以及用于制造成像元件阵列的方法的其他优点和有益实施方式。图中示出：

图1和2为按照现有技术的图像生成设备的示意图；

图3和4为图2所示图像生成设备的成像元件上的反向投影的叠加的示意图；

图5A至7B为按照不同实施例用于构成成像元件阵列的叠加的图样阵列的示意图。

在实施例和附图中，相同的或者起到相同作用的组成部分可设有相同的附图标记。所示元件和它们之间的尺寸关系原则上不应看作是严格按照比例的。具体而言，各个元件为了更好地图示和/或为了更好地理解是在尺寸上以夸大厚度或者大小来表示的。

具体实施方式

图5A至5C按照一种实施例示出了用于构成这里所说明的图像生成设备100的一个成像元件阵列3的方法的示意图。图像生成设备100就基本结构来说例如可以构造为如同在图1中所示的多孔投影显示器那样，并且优选具有至少一个光源1、一个场透镜阵列2、一个成像元件阵列3以及一个投影透镜阵列4。

为了构成成像元件阵列3，在此使第一图样阵列与第二图样阵列和第三图样阵列叠加，所述第二和第三图样阵列分别与第一图样阵列构造为结构相同的并且是相对第一图样阵列旋转的。第一图样阵列具有大量的成像元件11。第二图样阵列具有大量的成像元件12，而第三图样阵列具有大量的成像元件13。第一、第二和第三图样阵列特别是在成像元件11、12、13的数量、布置、尺寸和形状方面构造为相同的。在图5A中示出了3个图样阵列的成像元件11、12、13，其中可以清楚地看出：第二图样阵列和第三图样阵列是分别相对第一图样阵列旋转的。在结合图5A至5C所示的实施例中，图样阵列的各个成像元件分别构成字母“F”。所述图样阵列不必是真实的阵列，确切地说，这些图样阵列可以是假想的图样阵列。

第一图样阵列与第二图样阵列之间的转角优选为0.005°至1.0°。第三图样阵列与第一图样阵列之间的转角优选为-0.005°至-1.0°。特别优选地，第二与第一图样阵列之间的转角和第三与第一图样阵列之间的转角按照绝对值是大小相同的。

在图5B中作为涂黑面示出了叠加9，该叠加借助与关系形成三个图样阵列的成像元件11、12、13的联合关系。这里所说明的图像生成设备的成像元件阵列的成像元件由此通过第一、第二和第三图样阵列的成像元件11、12、13的叠加而构成。

图5C示出了由图5B得到的叠加9。该叠加9构成这里所说明的图像生成设备100的成像元件的形状或者说成像元件的透射面10的形状。在此，可以清楚地看出：基于彼此相对旋转的图样阵列的与关系，位置更靠外的成像元件与各个图样阵列的原始成像元件相比发生的变化强于位于内部的成像元件(与各个图样阵列的原始成像元件相比发生的变化)。图样阵列的各个成像元件11、12、13分别构造为一致的，而这里所说明的图像生成设备的成像元件阵列的各个成像元件(它们由图样阵列的叠加9所构成)则彼此不同。

通过在图5C中所示的掩膜阵列能够实现：在投影透镜阵列与成像元件阵列之间进行调节的情况下，尽管投影透镜相对成像元件有略微偏转，仍然投射出一种清晰的图像，并且由此实现了相对失调(Misalignment，不对准)而言的提高的容差。

图6A和6B按照另一实施例示出了用于构成这里所说明的图像生成设备100的一个成像元件阵列3的方法的示意图。

为了构成成像元件阵列3，在此将第一图样阵列与第二图样阵列叠加，该第二图样阵列构造为与第一图样阵列结构相同的并且是相对第一图样阵列关于旋转轴线15旋转的。第一图样阵列具有大量的成像元件11，而第二图样阵列具有大量的成像元件12。第一和第二图样阵列在成像元件11、12的数量、布置、尺寸和形状方面构造为相同的。

旋转轴线15构造为垂直于第一图样阵列，特别是垂直于下述的平面，第一图样阵列的成像元件11设置在该平面内。此外，旋转轴线15穿过第一图样阵列延伸，而且特别是穿过第一图样阵列的中点或者说中心。

在根据图6A和6B所示出的实施例中，第二图样阵列相对第一图样阵列旋转了一个转角，该转角为2.0°。

第一和第二图样阵列的叠加配有附图标记“9”，该叠加借助与关系形成这两个图样阵列的成像元件11、12的联合关系。成像元件阵列3的在图6B中示出的成像元件或者说成像元件透射面10于是通过第一和第二图样阵列的成像元件11、12的叠加9构成。

在图7A和7B中按照另一实施例示出了这里所说明的用于构成成像元件阵列3的方法的示意图。

与结合图6A和6B所示的实施例不同，旋转轴线15(第二图样阵列是相对第一图样阵列关于该旋转轴线旋转的)通过第一图样阵列之外的一个区域延伸，也就是说，在旋转轴线15与第一图样阵列之间没有交点。

在所示实施例中描述的各特征还可以按照其他实施方式彼此组合。备选地或附加地，在图中示出的实施例可以具有另外的按照说明书总述的那些实施方式的特征。

附图标记列表

1 光源

2 场透镜阵列

3 成像元件阵列

4 投影透镜阵列

5 投影屏

6 另一投影屏

7 第一反向投影

8 第二反向投影

9 叠加

10 透射面

11 第一图样阵列的成像元件

12 第二图样阵列的成像元件

13 第三图样阵列的成像元件

14 旋转

15 旋转轴线

100 图像生成设备

Claims (15)

1.图像生成设备(100)，其具有：

-至少一个光源(1)，

-场透镜阵列(2)，

-成像元件阵列(3)，和

-投影透镜阵列(4)，

其特征在于：所述成像元件阵列(3)通过第一图样阵列与第二图样阵列的叠加而构成，所述第二图样阵列与所述第一图样阵列构造为结构相同的并且是相对所述第一图样阵列旋转的。

2.如权利要求1所述的图像生成设备，其特征在于：所述叠加通过逻辑与关系构成。

3.如权利要求1或2之任一项所述的图像生成设备，其特征在于：所述第二图样阵列是相对所述第一图样阵列关于旋转轴线(15)旋转的，该旋转轴线构造为垂直于所述第一图样阵列，特别是垂直于第一图样阵列的各成像元件所在的平面。

4.如权利要求3所述的图像生成设备，其特征在于：所述旋转轴线(15)穿过所述第一图样阵列延伸。

5.如权利要求3所述的图像生成设备，其特征在于：所述旋转轴线(15)在所述第一图样阵列之外延伸。

6.如前述权利要求之任一项所述的图像生成设备，其特征在于：所述第一图样阵列与所述第二图样阵列之间的转角为0.005°至1.0°。

7.如前述权利要求之任一项所述的图像生成设备，其特征在于：所述第二图样阵列是相对所述第一图样阵列偏移的。

8.如前述权利要求之任一项所述的图像生成设备，其特征在于：所述成像元件阵列(3)通过三个图样阵列亦即第一、第二和第三图样阵列的叠加而构成，这些图样阵列是分别彼此相对旋转的。

9.如权利要求8所述的图像生成设备，其特征在于：所述三个图样阵列构造为结构相同的。

10.如权利要求8或9之任一项所述的图像生成设备，其特征在于：所述第二图样阵列相对第一图样阵列旋转0.005°至1.0°的转角，而第三图样阵列相对第一图样阵列旋转-0.005°至-1.0°的转角。

11.如权利要求8至10之任一项所述的图像生成设备，其特征在于：第二与第一图样阵列之间的转角和第三与第一图样阵列之间的转角按照绝对值是大小相同的。

12.如前述权利要求之任一项所述的成像元件阵列，其特征在于：所述成像元件构造为透射面。

13.用于制造成像元件阵列的方法，其具有下列步骤：

-通过第一图样阵列与相对该第一图样阵列旋转的第二图样阵列的叠加而构成成像元件阵列，其中，第一和第二图样阵列构造为结构相同的。

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于：所述第一图样阵列与所述第二图样阵列之间的转角为0.005°至1.0°。

15.如权利要求13或14之任一项所述的方法，其特征在于：使三个分别彼此相对旋转的图样阵列叠加以构成成像元件阵列。