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Die
Erfindung betrifft eine holographische Projektionsvorrichtung zur
Rekonstruktion von Szenen mit wenigstens einer Lichtquelle mit hinreichend kohärentem Licht
zum Erzeugen einer Wellenfront und wenigstens einer Modulationselemente
aufweisenden Lichtmodulationseinrichtung, welche zweidimensional
ausgeführt
ist. Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zur holographischen
Rekonstruktion von Szenen.
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Seit
langem ist bekannt, Techniken der Holographie zu verwenden, um eine
reale dreidimensionale Szene eines Objekts zu erzeugen, die alle
Tiefeninformationen enthält,
die durch das menschliche Gehirn bei seiner Bildverarbeitung verwendet
werden. Die Holographie ist eine Technik zur Aufnahme und späteren Wiederherstellung
der Amplituden- und Phasenverteilungen einer Wellenfront. Dabei
wird auf einem Aufzeichnungsträger,
z.B. einer photographischen Platte ein Interferenzmuster von kohärentem Licht,
das von einem Objekt reflektiert wurde, und Licht, das direkt von
einer Lichtquelle kommt, aufgenommen. Wird das Interferenzmuster,
auch als Hologramm bezeichnet, mit kohärentem Licht beleuchtet, entsteht
eine dreidimensionale Szene im Raum. Zur Erzeugung des Hologramms
durch bekannte Verfahren bzw. Techniken wird üblicherweise ein reales dreidimensionales
Objekt verwendet, wobei das Hologramm dann als echtes Hologramm
bezeichnet wird. Das Hologramm kann aber auch ein mittels Rechner
erzeugtes computergeneriertes Hologramm (CGH) sein.
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In
der Regel erfolgt die Betrachtung der rekonstruierten Szene direkt,
indem der Betrachter z.B. auf das computergenerierte Hologramm schaut,
das aus regulär
angeordneten Pixeln besteht, die entsprechend der Hologrammwerte
kodiert sind. Die Rekonstruktion des CGH ist wegen der diskreten
Aufzeichnung beugungsbedingt nur innerhalb eines Periodizitätsintervalls
des Beugungsspektrums möglich, das
durch die Auflösung
des CGH-tragenden Mediums gegeben ist. In den aneinandergrenzenden
Periodizitätsintervallen
wird die Rekonstruktion, meist mit Störungen, wiederholt.
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Als
reversible Aufzeichnungsmedien für CGHs
dienen räumliche
Lichtmodulatoren, wie beispielsweise LCD (Liquid Crystal Display),
LCoS (Liquid Crystal on Silicon), OASLM (Optically Addressed Spatial
Light Modulator) usw., welche die Phase und die Amplitude des einfallenden
Lichts modulieren. Ebenso sind MEMS-basierte Lichtmodulatoren zur
Modulation der Phase und/oder Amplitude des Lichts bekannt. Zur
Rekonstruktion einer zwei- oder dreidimensionalen Szene dienen oft
auch optische Elemente, welche das CGH in die gewünschte Ebene
transformieren.
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Aus
der
US 5,172,251 ist
beispielsweise eine Projektionseinrichtung mit einem eindimensionalen Lichtmodulator
zur Darstellung einer rekonstruierten dreidimensionalen Szene bekannt.
Der Lichtmodulator ist ein akusto-optischer Modulator und wird von Modulationssignalen
eines Datenverarbeitungssystems gesteuert, wodurch ein eindimensionales
Hologramm kodiert wird. Die Rekonstruktion wird mittels einzelner
optischer Elemente verkleinert, um den Betrachterwinkel in horizontaler
Richtung zu vergrößern. Ein
horizontaler Scanner fügt
kontinuierlich Teilhologramme der Szene aneinander und gleicht die
Bewegung der Teilhologramme entlang des Modulators aus. Der horizontale
Scanner ist mit der Geschwindigkeit der akustischen Welle synchronisiert, so
dass die abgetasteten Bereiche des Ausgangsbildes aus dem Modulator
in der rekonstruierten Szene feststehend erscheinen. Weiterhin ist
ein vertikaler Scanner vorgesehen, um in vertikaler Richtung die horizontalen
eindimensionalen Hologramme zu positionieren.
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Nachteilig
bei dieser Projektionseinrichtung ist jedoch aufgrund des Einsatzes
eines akusto-optischen Modulators (AOM) die Notwendigkeit von zusätzlichen
Elementen wie der horizontale Scanner zum Ausgleich der Signalbewegung.
Dadurch entsteht eine sehr aufwendige Konstruktion. Außerdem muss
der Modulator eine hohe Geschwindigkeit aufweisen. Ein weiterer
Nachteil wäre
die geringe Apertur des AOM, die eine Aneinanderreihung von Teilhologrammen
erfordert.
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In
der
EP 1 467 263 A1 ist
ebenfalls eine holographische Wiedergabeeinrichtung zur Rekonstruktion
einer dreidimensionalen Szene offenbart. Die Wiedergabeeinrichtung
weist einen reflektiven Lichtmodulator, einen Strahlteiler zur Projektion
eines Hologramms, eine Lichtquelle, eine Blende, eine Feldlinse
und eine Kollimatorlinse auf. Das Hologramm wird aus dreidimensionalen
Objektdaten mittels eines Rechners erzeugt und danach auf dem Lichtmodulator
dargestellt. Danach wird der Lichtmodulator mit Licht der Lichtquelle über den
Strahlteiler zur Rekonstruktion einer dreidimensionalen Szene beleuchtet.
Die rekonstruierte Szene entsteht dabei im Bereich der Feldlinse.
Eine farbige Rekonstruktion der Szene ist ebenfalls erwähnt, wobei
die farbigen Lichtquellen nahe zueinander angeordnet werden. Diese Lichtquellen
senden gleichzeitig Licht unterschiedlicher Wellenlänge aus.
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Die
Nachteile der oben angegebenen holographischen Einrichtung sind
dabei folgende. Die rekonstruierte Szene wird in ihrer Größe durch
die Feldlinse begrenzt. Des Weiteren besitzt der Betrachter der
rekonstruierten Szene eine eingeschränkte Bewegungsfreiheit, eine
spezielle Nachführung
eines Betrachterfensters für
ein Auge des Betrachters wird ebenfalls nicht offenbart. Auch kommt
es zur periodischen Wiederholung der Beugungsordnungen in der Fourier-Ebene.
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Deshalb
liegt die Aufgabe der vorliegenden Erfindung nun darin, eine Vorrichtung
und ein Verfahren zur holographischen Rekonstruktion von Szenen zu
schaffen, womit die erwähnten
Nachteile des Standes der Technik beseitigt und zwei- und/oder dreidimensionale
Szenen mit kürzerer
Berechnungszeit und in einem großen Betrachterbereich im Vergleich
zu konventionellen holographischen Einrichtungen, auch bei Bewegung
eines oder mehrerer Betrachter, dargestellt werden können.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe dadurch gelöst,
dass die Lichtmodulationseinrichtung und ein Abtastelement derart
miteinander kombiniert sind, dass das von dem Abtastelement kommende
Licht jeweils nur eine eindimensionale Anordnung der Modulationselemente
der zweidimensionalen Lichtmodulationseinrichtung abtastet.
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Die
erfindungsgemäße holographische
Projektionsvorrichtung weist wenigstens eine Lichtquelle zum Aussenden
von kohärentem
Licht und wenigstens eine Lichtmodulationseinrichtung auf. Die Lichtmodulationseinrichtung
enthält
Modulationselemente, so genannte Pixel, in denen die zu rekonstruierende
Szene kodiert ist. Außerdem
ist die Lichtmodulationseinrichtung zweidimensional ausgeführt. Ein
in der holographischen Projektionsvorrichtung enthaltenes Abtastelement
ist mit der Lichtmodulationseinrichtung so kombiniert, dass das Abtastelement
mittels des kohärenten
Lichts jeweils nur eine eindimensionale Anordnung der Modulationselemente,
das heißt
entweder nur jeweils eine Zeile oder eine Spalte der Lichtmodulationseinrichtung,
abtastet. Es wird somit nicht die gesamte zweidimensionale Lichtmodulationseinrichtung
auf einmal abgetastet, sondern nur jeweils eine eindimensionale
Anordnung der Modulationselemente. Die Abtastung der jeweiligen
eindimensionalen Anordnungen erfolgt dabei nacheinander. Das eingesetzte
Abtastelement kann beispielsweise ein Resonanzscanner, ein MEMS
(Micro Electro Mechanical Systems), ein Piezospiegel, ein Galvanoscanner
oder auch ein ähnliches
Element sein.
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Auf
diese Weise wird eine holographische Projektionsvorrichtung geschaffen,
mittels welcher eine zwei- und/oder dreidimensionale Szene einfach und
schnell in einem großen
Rekonstruktionsbereich rekonstruiert werden kann. Die Berechnungszeit
des Hologramms wird dadurch wesentlich verkürzt, da anstatt einer aufwendigen
zweidimensionalen schnellen Fourier-Transformation (FFT) eine eindimensionale
schnelle Fourier-Transformation durchgeführt wird. Vorteilhafterweise
können
in der erfindungsgemäßen Projektionsvorrichtung
konventionelle zweidimensionale Lichtmodulationseinrichtungen eingesetzt
werden. Sehr schnelle zweidimensionale Lichtmodulationseinrichtungen
sind somit nicht mehr notwendig. Alle Modulationselemente der zweidimensionalen
Lichtmodulationseinrichtung werden nach geforderter Wellenfront
angesteuert, so dass jede eindimensionale Anordnung, Zeile oder
Spalte, mittels des hinreichend kohärenten Lichts durch das Abtastelement
abgetastet wird. Auf diese Weise kann eine schnellere Abtastung
der Lichtmodulationseinrichtung erfolgen, ohne die Lichtmodulationseinrichtung
selbst schneller anzusteuern. Bei der erfindungsgemäßen Projektionsvorrichtung
kann die eindimensionale Anordnung, Zeile oder Spalte, während der
Abtastung einer anderen eindimensionalen Anordnung der zweidimensionalen
Lichtmodulationseinrichtung neu angesteuert werden, während bei einer
eindimensional ausgeführten
Lichtmodulationseinrichtung nach jedem Abtasten die Modulationselemente
neu angesteuert werden müssen.
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Es
ist auch möglich,
weniger konventionelle zweidimensionale Lichtmodulationseinrichtungen einzusetzen,
wie z.B. eine auf Mikrospiegelelementen basierte Lichtmodulationseinrichtung,
bei welcher beispielsweise die Mikrospiegelelemente axial verschiebbar
und um eine Achse kippbar sind. Bei einer derartigen Lichtmodulationseinrichtung
besteht der Vorteil dann darin, dass die Vergrößerung eines Betrachterfensters
in einer Richtung durch die Bauart der Lichtmodulationseinrichtung
geschaffen wird und die Vergrößerung des
Betrachterfensters in einer anderen Richtung durch den speziellen
Aufbau der erfindungsgemäßen Projektionsvorrichtung.
Derartige Lichtmodulationseinrichtungen können beispielsweise MEMS, Membranspiegelsysteme,
OASLM oder auch AOM (Acousto Optic Modulator) sein.
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Außerdem ist
die eingesetzte Lichtmodulationseinrichtung vorteilhafterweise eine
ausgedehnte räumliche
Lichtmodulationseinrichtung und kein begrenzter Modulator, wie z.B.
ein akusto-optischer Modulator, wodurch sich zusätzliche Elemente wie ein horizontaler
Scanner aus der
US 5,172,251 und
deren Anordnung in der Projektionsvorrichtung vermeiden lassen.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen
sein, dass die holographische Projektionsvorrichtung wenigstens
ein Abtastsystem und ein Projektionssystem aufweist, wobei das Abtastsystem,
welches wenigstens eine Lichtquelle, wenigstens eine Lichtmodulationseinrichtung, das
Abtastelement und Abbildungselemente aufweist, in Lichtrichtung
vor dem Projektionssystem angeordnet ist.
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Durch
die Aufteilung der erfindungsgemäßen holographischen
Projektionsvorrichtung in zwei unabhängige Systeme, nämlich einem
Abtastsystem und einem Projektionssystem, ist es möglich, das
gegenwärtig
benutzte Projektionssystem oder auch das Abtastsystem gegen ein
anderes gewünschtes
oder erforderliches System einfach, schnell und unkompliziert auszutauschen.
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Von
Vorteil ist weiterhin, wenn die holographische Projektionsvorrichtung
in ihrer Eigenschaft anamorphotisch ist, wobei die Vergrößerung in
zwei zueinander senkrechten und zu der Ausbreitungsrichtung des
Lichts senkrechten Richtungen unterschiedlich ist. Dies ist wichtig,
damit die durch die Modulationselemente modulierte Wellenfront sich
bei zeilenweiser Abtastung beispielsweise in einem virtuellen Betrachterfenster,
in welchem sich wenigstens ein Auge eines Betrachters befindet,
immer an der gleichen Position in einer Betrachterebene ausbreitet bzw.
abgebildet wird. Dadurch erfolgt keine Vignettierung des Lichts.
Das gleiche gilt für
eine spaltenweise Abtastung der Lichtmodulationseinrichtung. Von
Vorteil ist dabei außerdem,
dass eine Vergrößerung des Betrachterfensters
in der Richtung der Abtastung, im folgenden auch nicht-kohärente Richtung
genannt, ermöglicht
wird, selbst wenn eine so große
Vergrößerung in
der anderen Richtung, auch kohärente
Richtung genannt, durch die Abtasttheorie begrenzt ist.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein,
dass ein Abbildungsmaßstab
und eine Größe des Bildschirms
so gewählt sind,
dass eine periodische Fortsetzung der Beugungsordnungen der Fourier-Transformierten
außerhalb
des Bildschirms liegt. Der Vorteil besteht dann darin, dass die
periodische Fortsetzung der Beugungsordnungen nach außerhalb
des Bildschirms verlagert und so auf dem Bildschirm nur eine Periode dargestellt
wird. Dies bedeutet, dass ein Betrachter der rekonstruierten Szene
die periodische Wiederholung der Rekonstruktion in den Beugungsordnungen nicht
wahrnimmt. Dadurch wird die Wiedergabequalität gegenüber bisher bekannten Einrichtungen
deutlich erhöht.
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Um
ein virtuelles Betrachterfenster in einem großen Bereich für einen
Betrachter bzw. mehrere Betrachter verfügbar zu machen, kann ein Positionserfassungssystem
zur Bestimmung von Augenpositionen wenigstens eines Betrachters
in einer Betrachterebene beim Beobachten der rekonstruierten Szene
enthalten sein.
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Das
Positionserfassungssystem erfasst und verfolgt Änderungen der Augenposition
des Betrachters wie auch mehrerer Betrachter beim Beobachten der
rekonstruierten Szene, wobei die zu rekonstruierende Szene derart
kodiert wird, dass diese in Abhängigkeit
von der Änderung
der Augenposition der Betrachter in horizontaler, vertikaler und/oder
axialer Richtung sichtbar wird. Dies ist insbesondere vorteilhaft,
um bei Änderung
der Augenposition die Lage und/oder den Inhalt der rekonstruierten
Szene entsprechend zu aktualisieren. Daraufhin kann das virtuelle
Betrachtertenster entsprechend der neuen Position der Augen nachgeführt werden.
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Zur
Nachführung
eines virtuellen Betrachterfensters in der Betrachterebene entsprechend
einer Änderung
einer Augenposition des Betrachters kann vorteilhafterweise wenigstens
ein Ablenkelement enthalten sein. Derartige Ablenkelemente können mechanische,
elektrische, magnetische oder optische Elemente, wie beispielsweise
Galvanometerspiegel, MEMS, akusto-optische Elemente, sein.
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Die
erfindungsgemäße Aufgabe
wird weiterhin durch ein Verfahren zur holographischen Rekonstruktion
von Szenen gelöst,
wobei die Lichtmodulationseinrichtung mit einem Abtastelement kombiniert wird,
wobei das von dem Abtastelement kommende Licht jeweils nur eine
eindimensionale Anordnung der Modulationselemente der zweidimensionalen Lichtmodulationseinrichtung
nacheinander abtastet.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird zur holographischen Rekonstruktion von zweidimensionalen und/oder
dreidimensionalen Szenen Licht einer Beleuchtungseinrichtung, welche
hinreichend kohärentes
Licht aussendet, auf ein Abtastelement geleitet. Das Abtastelement
tastet danach mittels des kohärenten
Lichts eine eindimensionale Anordnung der Modulationselemente einer
zweidimensionalen Lichtmodulationseinrichtung ab. Durch eine Abtastung
von jeweils nur einer Zeile oder Spalte der zweidimensionalen Lichtmodulationseinrichtung
ist es möglich,
einen hohen Zeit- und Berechnungsaufwand zu vermeiden, da nur eine
eindimensionale Fourier-Transformation
berechnet und kodiert werden muss.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen
sein, dass jeweils eine Fourier-Transformierte des durch die Lichtmodulationseinrichtung
modulierten Lichts der Lichtquelle pro eindimensionale Anordnung
der Modulationselemente auf ein als Bildschirm dienendes optisches
Element abgebildet wird, wobei wenigstens dieses optische Element
eine mittels der Lichtmodulationseinrichtung modulierte Wellenfront
in ein virtuelles Betrachtertenster abbildet. Es ist jedoch auch
möglich, dass
die einzelnen Fourier-Transformierten nicht auf den Bildschirm,
sondern in das virtuelle Betrachterfenster abgebildet werden. Dementsprechend
werden die modulierten Wellenfronten auf den Bildschirm abgebildet.
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Weitere
Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen. Im nachfolgenden
wird die Erfindung anhand der in den Figuren näher beschriebenen Ausführungsbeispiele prinzipmäßig erläutert. Dabei
wird das Prinzip der Erfindung anhand einer holographischen Rekonstruktion
mit monochromatischem Licht beschrieben. Der Gegenstand der Erfindung
ist jedoch auch für
farbige holographische Rekonstruktionen anwendbar, worauf in den
jeweiligen Ausführungsbeispielen
noch näher
eingegangen wird.
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Die
Figuren zeigen:
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1 eine
prinzipmäßige Darstellung
einer zweidimensionalen Lichtmodulationseinrichtung in Verbindung
mit der erfindungsgemäßen Abtastung;
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2a eine
prinzipmäßige Darstellung
eines erfindungsgemäßen Abtastsystems,
die die Ausdehnungsrichtung der eindimensionalen Wellenfronten und
die Lichtausbreitungsrichtung zeigt (kohärente Richtung);
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2b eine
prinzipmäßige Darstellung
eines erfindungsgemäßen Abtastsystems,
die die Richtung der Abtastung und die Lichtausbreitungsrichtung
zeigt (nicht-kohärente
Richtung);
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3 einen
Ausschnitt des erfindungsgemäßen Abtastsystems
zur Darstellung einer Beleuchtung der Lichtmodulationseinrichtung
mit mehreren Lichtquellen;
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4a bis 4c jeweils
einen Ausschnitt des erfindungsgemäßen Abtastsystems zur Darstellung
der Abtastung der Lichtmodulationseinrichtung durch ein rotierendes
Abtastelement;
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5 eine
Darstellung einer erfindungsgemäßen holographischen
Projektionsvorrichtung mit dem Abtastsystem gemäß den 2a und 2b und
einem Projektionssystem;
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6a bis 6e jeweils einen Ausschnitt des Projektionssystems
zur Darstellung einer Überlappung
von zwei Lichtkanälen
mit wenigstens einem Abbildungsmittel;
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7 eine
Darstellung der erfindungsgemäßen holographischen
Projektionsvorrichtung mit einem Ablenkelement zur Nachführung eines
virtuellen Betrachterfensters;
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8 eine
perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen holographischen Projektionsvorrichtung
mit Trennung in Abtastsystem und Projektionssystem;
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9a und 9b prinzipmäßige Darstellungen
eines erfindungsgemäßen vereinfachten
Abtastsystems in kohärenter
und nicht-kohärenter
Richtung;
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10 eine
perspektivische Ansicht der vereinfachten holographischen Projektionsvorrichtung gemäß den 9a und 9b;
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11a und 11b prinzipmäßige Darstellungen
einer erfindungsgemäßen sehr
kompakten holographischen Projektionsvorrichtung in kohärenter und
nicht-kohärenter
Richtung;
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12 eine
perspektivische Ansicht der holographischen Projektionsvorrichtung
gemäß den 11a und 11b;
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13 eine
prinzipmäßige Darstellung
einer weiteren erfindungsgemäßen holographischen
Projektionsvorrichtung für
mehrere Betrachter;
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14a und 14b prinzipmäßige Darstellungen
einer zweiten Möglichkeit
der Wirkungsweise der erfindungsgemäßen holographischen Projektionsvorrichtung,
wobei nur das Abtastsystem in kohärenter und nicht-kohärenter Richtung
dargestellt ist; und
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15 eine
perspektivische Ansicht der holographischen Projektionsvorrichtung
gemäß den 14a und 14b.
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Im
nachfolgenden werden der Aufbau der erfindungsgemäßen holographischen
Projektionsvorrichtung und die Rekonstruktion einer Szene, vorteilhafterweise
einer dreidimensionalen Szene, beschrieben.
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In 1 ist
zunächst
eine Beleuchtungseinrichtung 1 mit einer Lichtquelle 2 zur
Beleuchtung einer Lichtmodulationseinrichtung 3 dargestellt.
Die Beleuchtungseinrichtung 1 und die Lichtmodulationseinrichtung 3 sind
in der holographischen Projektionsvorrichtung an bestimmten Positionen
angeordnet, welche jedoch erst in 5 aufgezeigt
werden. Die Lichtquelle 2 sendet dabei hinreichend kohärentes Licht
aus. Unter hinreichend kohärentem
Licht wird hier Licht verstanden, welches interferenzfähig für die holographische
Darstellung einer dreidimensionalen Szene ist. Als Lichtquelle 2 der
Beleuchtungseinrichtung 1 können Laserdioden, DPSS-Laser
(Diode Pumped Solid-State-Laser) oder auch andere Laser eingesetzt
werden. Auch andere Lichtquellen, beispielsweise LED (Light Emitting
Diode) mit hinreichender Kohärenz
können
eingesetzt werden. Jedoch sollten derartige Lichtquellen gefiltert
werden, um einen erforderlichen Kohärenzgrad zu erreichen.
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Gemäß dieser
Figur wird detailliert eine Abtastung der Lichtmodulationseinrichtung 3 beschrieben,
wobei die Abtastung mittels eines hier nicht dargestellten Abtastelements
durchgeführt
wird. Das Abtastelement ist in den 2a und 2b näher dargestellt.
Dabei kann die Lichtmodulationseinrichtung 3 eine konventionelle
Lichtmodulationseinrichtung sein, wie z.B. ein LCD, LCoS, OASLM,
auf MEMS-basierte
Lichtmodulationseinrichtungen oder ähnlich modulierende Einrichtungen.
Außerdem kann
die Lichtmodulationseinrichtung 3 reflektiv oder transmissiv
ausgeführt
sein. Die abzutastende Lichtmodulationseinrichtung 3 ist,
wie erkennbar, zweidimensional ausgeführt und weist Modulationselemente 4 auf.
Die Modulationselemente 4 können Pixel oder auch Pixeln
entsprechende Spiegelelemente sein. Die Abtastung erfolgt jedoch
nicht zweidimensional, sondern eindimensional, d.h. dass nur jeweils eine
Zeile, wie hier angedeutet, oder eine Spalte mittels des Abtastelements
abgetastet wird. Jede eindimensionale Anordnung der Modulationselemente 4 moduliert
bzw. formt eine auftreffende Wellenfront W um, wobei die modulierte
bzw. geformte Wellenfront jedoch nur einen Teil einer zu rekonstruierenden
Szene oder zu rekonstruierenden zweidimensionalen Wellenfront darstellt.
Die Vorgehensweise zur Abtastung der Lichtmodulationseinrichtung 3 kann
wie folgt erklärt
werden. Die Lichtquelle 2 sendet in einem hinreichend schmalen
Bereich Licht aus, d.h. beispielsweise mittels einer Linienlichtquelle,
welches auf das Abtastelement geleitet wird. Das Abtastelement,
welches ein Resonanz-Scanner, ein Piezo-Scanner, ein Galvanometer-Scanner
oder auch ein anderes ähnliches
Element sein kann, bewegt sich derart, dass die von ihm ausgehende,
vorteilhafterweise ebene, Wellenfront W auf die gewünschte abzutastende
eindimensionale Anordnung der Modulationselemente 4 geleitet
wird, wie hier unter Position A dargestellt. Durch die weitere Bewegung
des Abtastelements werden die eindimensionalen Anordnungen der Modulationselemente 4 in
Richtung der angegebenen Pfeile nacheinander bis zu einer Position
n mittels des Lichts abgetastet. Es ist selbstverständlich auch möglich, dass
die Abtastung umgekehrt, ausgehend von der Position n zur Position
A, durchgeführt
wird. Ebenso ist es möglich,
dass eine beliebige eindimensionale Anordnung der Modulationselemente 4 abgetastet
wird und/oder eine beliebige Reihenfolge der danach abzutastenden
Anordnungen vorgenommen werden kann. Somit ist erkennbar, dass das
Abtastelement mit der Lichtmodulationseinrichtung 3 kombiniert
ist, um eine gewünschte
Anordnung der Modulationselemente 4 zur Abtastung mittels
des Lichts zu erreichen. Die Abtastung beispielsweise einer zeilenweisen
Anordnung, wie hier dargestellt, kann von oben nach unten und wieder
nach oben, von oben nach unten und von dort ab wieder von oben nach unten,
oder auch beliebig erfolgen.
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Vor
einer erstmaligen Abtastung der Lichtmodulationseinrichtung 3 mittels
des Abtastelements werden die Modulationselemente 4 angesteuert
und in die geforderte Modulationsposition gebracht. Danach kann
die Abtastung der einzelnen eindimensionalen Anordnungen der Modulationselemente 4 wie oben
beschrieben erfolgen. Eine erneute Ansteuerung der Modulationselemente 4 kann
nach vollständiger
Abtastung aller eindimensionalen Anordnungen der Lichtmodulationseinrichtung 3 erfolgen.
Somit ist erst nach Abtastung aller eindimensionalen Anordnungen
eine erneute Ansteuerung der Modulationselemente 4 erforderlich,
wodurch die Ansteuerzeit der Modulationselemente 4 verringert
wird. Es ist aber ebenso möglich,
sofort nach Abtastung der jeweiligen eindimensionalen Anordnung
diese anzusteuern. Somit ist auch bei dieser Möglichkeit eine Zeitersparnis
zu erreichen. Dies ist beispielsweise besonders vorteilhaft bei
Verwendung einer auf μ-Spiegel-basierten
Lichtmodulationseinrichtung 3, bei der die Modulationselemente 4 als
Spiegelelemente ausgeführt
sind, welche entweder nur axial verschiebbar oder beides axial verschiebbar
und um eine Achse kippbar sind.
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In
den 2a und 2b ist
jeweils nur ein Teilsystem der holographischen Projektionsvorrichtung
dargestellt, wobei der Strahlengang ein nichtgefalteter Strahlengang
ist. Auch die nachfolgenden Ausführungsbeispiele
zeigen jeweils nichtgefaltete Strahlengänge. Dieses Teilsystem wird
als Abtastsystem AS bezeichnet und weist die Beleuchtungseinrichtung 1 mit
der Lichtquelle 2, das Abtastelement 5, die Lichtmodulationseinrichtung 3 und
Abbildungselemente 6, 7, 8, 9, 9' und 10 auf.
Das Abbildungselement 7 weist Linsenelemente 7a und 7b, das
Abbildungselement 8 Linsenelemente 8a und 8b und
das Abbildungselement 10 Linsenelemente 10a, 10b und 10c auf.
Die Abbildungselemente 6, 7, 8, 9, 9' und 10 können Linsen,
insbesondere zylindrische Linsen, sphärische Linsen, korrigierte
zylindrische oder sphärische
Linsen, diffraktive optische Elemente (DOE), Fresnel-Linsen und auch Spiegel
oder Anordnungen derartiger optischer Elemente sein. Ebenso können die
Abbildungselemente 6, 7, 8, 9, 9' und 10 auch
off-axis angeordnet werden, wodurch eine Reduzierung von Aberrationen,
wie beispielsweise der Bildfeldkrümmung, besser erzielt werden
kann. Die holographische Projektionsvorrichtung ist anamorphotisch,
d.h. dass die Abbildungssysteme und somit auch die Vergrößerungen
in zwei senkrecht zueinander verlaufenden Richtungen der Projektionsvorrichtung
unterschiedlich sind. Aus diesem Grunde zeigt die 2a das
Abtastsystem AS in Ausdehnungsrichtung der eindimensionalen Wellenfronten und
in Lichtausbreitungsrichtung. Diese Darstellung wird nachfolgend
als kohärente
Richtung bezeichnet. Die 2b zeigt
das Abtastsystem AS in Richtung der Abtastung und der Lichtausbreitungsrichtung. Diese
Darstellung wird nachfolgend als nicht-kohärente Richtung bezeichnet.
Die Abbildungselemente, die keine Wirkung in einer Richtung, z.B.
bei zylindrischen Abbildungsmitteln, haben, sind nicht mit dargestellt.
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Im
Folgenden wird die Wirkungsweise des Abtastsystems AS in kohärenter Richtung
beschrieben, wie in 2a dargestellt. Dabei ist es
von Vorteil, wenn als Abbildungselemente diffraktive optische Elemente
eingesetzt werden, da deren Aufbau und Wirkungsweise für eine Aberrationskorrektur
geeigneter sind. Die Lichtquelle 2 der Beleuchtungseinrichtung 1 sendet
hinreichend kohärentes
Licht in Form einer ebenen Welle W aus, welche auf das Abbildungselement 6 zur
Aufweitung trifft. Danach durchtritt die Welle W das Linsenelement 7a des
Abbildungselements 7, welches beispielsweise eine zylindrische
Linse ist, und wird auf das Abtastelement 5 fokussiert.
Das Abtastelement 5 wird dann mittels des Linsenelements 8a des
Abbildungselements 8 auf einer Ebene 11 abgebildet,
so dass die auf dem Abtastelement 5 fokussierte Welle W
gleichzeitig auf dieser Ebene 11 fokussiert wird. Dabei
ist es möglich, in
der Ebene 11 ein Umlenkelement, beispielsweise ein Spiegel,
anzuordnen. Das Umlenkelement ist dahingehend bei Einsatz einer
reflektierenden Lichtmodulationseinrichtung 3 von Vorteil,
damit sich der Hinweg und der Rückweg
des Lichts nicht überlagern. Außerdem kann
auch bei Einsatz einer transmissiven Lichtmodulationseinrichtung 3 ein
derartiges Umlenkelement aus Gründen
der Kompaktheit vorgesehen werden. Nach der Ebene 11 fällt die
Welle mittels des Abbildungselements 9 als kollimierte
bzw. ebene Welle auf die Lichtmodulationseinrichtung 3.
Die Lichtmodulationseinrichtung 3 ist in diesem Ausführungsbeispiel
wie auch in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen reflektiv
ausgestaltet, wodurch eine Welle W mit einer vorteilhaft ebenen
Wellenfront zu einer modulierten Welle mit einer Wellenfront WF reflektiert
wird. Die somit durch die Lichtmodulationseinrichtung 3 modulierte
Wellenfront WF wird dann mittels des Abbildungselements 9' und des Linsenelements 10a in
eine Ebene 12 abgebildet. Bei einer reflektiven Lichtmodulationseinrichtung 3 wird das
Abbildungselement 9 als Abbildungselement 9' benutzt. Die
beiden Abbildungselemente 9 und 9' sind dann ein einzelnes Abbildungselement.
Das Abbildungselement 10 besteht aus drei zylindrischen Linsenelementen.
In kohärenter
Richtung wirkt jedoch nur eines der drei Linsenelemente, die anderen Linsenelemente
besitzen in dieser Richtung keine Abbildungswirkung.
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Gleichzeitig
entsteht bei der Abbildung der Wellenfront WF eine Fourier-Transformierte FT
auf der Ebene 11'.
Bei einer reflektierenden Lichtmodulationseinrichtung 3 sind
die Ebenen 11 und 11' ein und dieselbe Ebene.
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Es
ist möglich
in die Ebene 11' ein
Umlenkelement anzuordnen, welches als Spiegel ausgebildet sein kann,
damit der Hinweg und der Rückweg
des Lichts sich nicht überlagern.
Außerdem
kann auch dieses Umlenkelement aus Kompaktheitsgründen bei
einer transmissiven Lichtmodulationseinrichtung 3 vorgesehen
werden. Die Fourier-Transformierte FT fällt mittels des Linsenelements 10a als
kollimiertes Bündel
auf die Ebene 12. Die Abbildung der Wellenfront WF auf
die Ebene 11' ist
vorteilhafterweise bei reflektierender Lichtmodulationseinrichtung 3 zur
Reduzierung von Aberrationen vorgesehen. Diese Abbildung ist jedoch
bei einer transmissiven Lichtmodulationseinrichtung 3 nicht
notwendig. Es ist zu beachten, da das Ausführungsbeispiel wie auch die
nachfolgenden Ausführungsbeispiele
nur schematisch dargestellt sind, dass die Abbildungselemente 9 und 9' ein und dasselbe
Abbildungselement darstellen, da die Lichtmodulationseinrichtung 3 reflektiv
ausgeführt
ist und somit die modulierte Wellenfont WF zurück zu der Ebene 11' (=11)
reflektiert wird. Die Ebene 11' entspricht somit der Ebene 11.
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In
nicht-kohärenter
Richtung gemäß 2b ist
es vorteilhaft, wenn Fresnel-Linsen oder auch diffraktive optische
Elemente als Abbildungsmittel 6, 7, 8 und 10 eingesetzt
werden. Die Wirkungsweise des Abtastsystems AS in nicht-kohärenter Richtung
ist dabei wie folgt, wobei hier die nacheinander erfolgende Abtastung
von zwei räumlich
versetzten Anordnungen von Modulationselementen 4 auf der
Lichtmodulationseinrichtung 3 gleichzeitig dargestellt
ist. Die Strahlen der Lichtquelle 2 werden über das
Abbildungselement 6 aufgeweitet und über das Linsenelement 7b in
eine Ebene 13 in Lichtrichtung vor dem Abtastelement 5 fokussiert
und fallen mit einer bestimmten Ausdehnung in nicht-kohärenter Richtung auf
das Abtastelement 5. Das Abtastelement 5 lenkt dabei
die Strahlen entsprechend der abzutastenden Anordnung der Modulationselemente 4 der
Lichtmodulationseinrichtung 3 ab. Von dieser Ebene 13 aus werden
dann die Strahlen über
das Abtastelement 5, das Linsenelement 8b und
die Ebene 11 auf die Lichtmodulationseinrichtung 3 abgebildet,
gemäß der Beschreibung
zu 1. Dies bedeutet, dass das von dem Abtastelement 5 ausgehende
Licht bzw. die ausgehenden Strahlen parallel oder unter einem Winkel zu
einer optischen Achse OA des Abtastsystems AS auf die Lichtmodulationseinrichtung 3 treffen,
wobei der Abstand der Strahlen zur optischen Achse OA bei der Abtastung
der jeweiligen eindimensionalen Anordnungen der Modulationselemente 4 auf
der Lichtmodulationseinrichtung 3 unterschiedliche Werte aufweist.
Das Abbildungselement 9 (=9') trägt nicht zur Abbildung bei,
da dieses in nicht-kohärenter
Richtung keine optische Wirkung aufweist. Aus diesem Grunde wurde
das Abbildungselement 9 (=9') in 2b nicht
mit dargestellt. Die von der Lichtmodulationseinrichtung 3 modulierten
Strahlen werden durch die Linsenelemente 10b und 10c in
ein Parallelbündel
umgewandelt, das die Ebene 12 immer in einem gleichen Bereich
unter verschiedenen Winkeln (in Abhängigkeit von der ausgewählten Zeile
oder Spalte) durchdringt. Die Lichtmodulationseinrichtung 3 ist
in der objektseitigen Brennebene des Abbildungsmittels 10 angeordnet,
wobei die Ebene 12 in der bildseitigen Brennebene des Abbildungsmittels 10 liegt.
Damit wird das Abtastelement 5 auf die Ebene 12 abgebildet.
Das ausgesandte Licht der Lichtquelle 2 wird selbstverständlich auch
in nicht-kohärenter
Richtung über
die Ebene 11 zu der Lichtmodulationseinrichtung 3 und
danach über
die Ebene 11' zu
der Ebene 12 geleitet. Dies bedeutet, dass die Strahlen
in Hin- oder Rückweg
zur Lichtmodulationseinrichtung 3 umgelenkt werden, wenn
wenigstens ein Umlenkelement in der Ebene 11 (=11') angeordnet
ist. Bei einer transmissiven Lichtmodulationseinrichtung 3 kann
ebenfalls wenigstens ein Umlenkelement in der Ebene 11 und/oder
Ebene 11' vorgesehen
werden. Weiterhin ist es möglich,
das Abbildungselement 7 so anzuordnen, um die erste Abbildung
der Strahlen in nicht-kohärenter Richtung
auf der Ebene 12 virtuell zu erzeugen. Das heißt, dass die
Ebene 12 in Lichtrichtung vor dem Linsenelement 7b des
Abbildungselements 7 vorgesehen sein kann, vorteilhaft
dass die Strahlen kollimiert auf das Abtastelement 5 fallen.
Ebenso können
die Abbildungselemente 6 und 7 oder eines dieser
beiden, welche zwischen der Lichtquelle 2 und dem Abtastelement 5 vorgesehen
sind, entfallen, wenn die Lichtquelle 2 derart ausgeführt ist,
dass ausgesandte Strahlen bereits die geforderten Eigenschaften,
beispielsweise bezüglich Öffnung usw.,
aufweisen.
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In 3 ist
ein Ausschnitt des Abtastsystems AS gemäß den 2a und 2b zur
Beschreibung eines Beleuchtungsverfahrens für die Lichtmodulationseinrichtung 3 dargestellt.
Die Beleuchtungseinrichtung 1 kann beispielsweise auch mehrere
Lichtquellen 2 aufweisen. In diesem Ausführungsbeispiel
sind zwei Lichtquellen 2 in Verbindung mit zwei Abbildungselementen 6 dargestellt,
wobei die Lichtquellen 2 und die Abbildungselemente 6 in einem
lateralen Abstand zur optischen Achse angeordnet sind. Das Licht
der Lichtquellen 2 fällt
zur Aufweitung auf die zwei Abbildungselemente 6 und wird über das
Linsenelement 7b des Abbildungsmittels 7 in eine
Ebene 13 abgebildet. Diese Abbildungen der Lichtquellen
sind virtuell. Das somit auftreffende Licht auf das Abtastelement 5 wird
von diesem abgelenkt und fällt
auf die Lichtmodulationseinrichtung 3. Beispielsweise beleuchtet
bei einer Beleuchtungseinrichtung 1 mit zwei Lichtquellen
die erste Lichtquelle 2 dann bei Abtastung im Zeilenmodus
einen oberen Bereich und die zweite Lichtquelle 2 beleuchtet gleichzeitig
einen unteren Bereich der Lichtmodulationseinrichtung 3 mittels
desselben Abtastelements. Das bedeutet, dass jede Lichtquelle 2 nur
einen Teil der Lichtmodulationseinrichtung 3 abtastet.
Bei bestimmten Amplituden AMP der Ablenkung des Abtastelements 5 können die
Abtastungen der Lichtquellen 2 komplementär sein.
Somit tastet jede Lichtquelle 2 nur einen Bereich der Lichtmodulationseinrichtung 3 ab,
welchen die andere Lichtquelle 2 nicht abtastet. Ist eine
Abtastung im Spaltenmodus vorgesehen, dann ist dementsprechend eine
vertikale Ausrichtung der Lichtquellen 2 notwendig. Bei
der Verwendung von mehreren Lichtquellen 2 ist es wichtig,
dass die Lichtquellen 2 nicht kohärent zueinander sind, damit keine
ungewünschten
Interferenzen entstehen. Diese Möglichkeit
der Beleuchtung kann beispielsweise bei Einsatz eines langsamen
Abtastelements oder auch zur Erreichung größerer Helligkeit vorgesehen werden.
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Das
Abtastelement
5 kann selbstverständlich auch ein Abtastprisma
sein. In den
4a,
4b und
4c ist
ein derartiges alternatives Abtastelement
60 in Seitenansicht
zur Abtastung einer zeilenweisen Anordnung der Modulationselemente
4 dargestellt.
Mit dem Bezugszeichen
3 wird wiederum die Lichtmodulationseinrichtung
dargestellt, wobei das Abtastelement
60 in Lichtrichtung
vor der Lichtmodulationseinrichtung
3 angeordnet ist. Das
Abtastelement
60 ist vorteilhafterweise als Quadrat oder Rechteck
ausgebildet und weist eine Rotationsachse R auf. Die Rotationsachse
R rotiert derart, dass ein Versetzen des auftreffenden Lichts, hier
durch die Lichtstrahlen
50,
51 und
52 dargestellt,
nach Durchtritt durch das Abtastelement
60 parallel zu
der optischen Achse OA des Abtastsystems AS erfolgt. Treffen die
Lichtstrahlen
50,
51 und
52 senkrecht
auf eine Oberfläche
O1 des Abtastelements
60, so werden diese ohne Brechung
hindurch gelassen. Zur Abtastung der eindimensionalen Anordnungen
der Modulationselemente
4 der Lichtmodulationseinrichtung
3 ist
es deshalb wichtig, dass zwei parallel zueinander liegende Oberflächen, beispielsweise
O1 und O2, des Abtastelements
60 im Strahlengang um einen Winkel
geneigt angeordnet sind. Selbstverständlich ist es im Verlauf der
Abtastung nicht immer notwendig, dass das Abtastelement
60 gekippt
wird. Die
4a,
4b und
4c zeigen
das Abtastelement
60 in unterschiedlichen Rotationszuständen. Der
Lichtstrahl
52 beispielsweise tastet nach Abtastung der
letzten Zeile bzw. Anordnung der Modulationselemente
4 der
Lichtmodulationseinrichtung
3 (
4a) durch
Rotation des Abtastelements
60 die erste Zeile der Lichtmodulationseinrichtung
3 ab (
4b).
Danach erfolgt die Abtastung der zweiten Zeile (
4c)
und der folgenden Zeilen durch Rotation des Abtastelements
60.
Ein derartiges Element ist beispielsweise aus der
US 5,532,763 bekannt, wobei das Element
jedoch nur zur farbigen Darstellung dient.
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Die
Abbildungselemente 6, 7 und eventuell 8,
welche zwischen der Beleuchtungseinrichtung 1 und dem Abtastelement 60 angeordnet
sind, verändern
die Lichtstrahlen 50, 51 und 52 derart,
dass sie auf die Lichtmodulationseinrichtung 3 fokussiert
werden. Das Abtastelement 60 muss vor der Ebene 11 angeordnet
werden. Bei einer transmissiv ausgeführten Lichtmodulationseinrichtung 3 kann
das Abtastelement 60 entweder vor oder nach der Ebene 11 oder auch
in der Ebene 11 angeordnet sein.
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In 5 ist
die holographische Projektionsvorrichtung als Gesamtheit dargestellt.
Die holographische Projektionsvorrichtung weist, wie bereits erwähnt, das
Abtastsystem AS, hier nur schematisch dargestellt, und ein Projektionssystem
PS auf. Das Abtastsystem AS ist in Lichtrichtung vor dem Projektionssystem
PS angeordnet und weist die Beleuchtungseinrichtung 1,
wenigstens eine Lichtmodulationseinrichtung 3, das Abtastelement 5 oder 60 und Abbildungselemente,
in den 2a und 2b die Abbildungselement 6, 7, 8, 9 (=9') und 10,
auf. Das Projektionssystem PS weist ein als Bildschirm dienendes
optisches Element 14 und wenigstens ein Abbildungsmittel 15 auf.
Das optische Element 14 kann beispielsweise ein Spiegel,
eine Linse oder ein diffraktives optisches Element sein und wird
im Folgenden als Bildschirm bezeichnet. Der Bildschirm 14 ist
in der bildseitigen Brennebene des Abbildungsmittels 15 angeordnet.
Das Abbildungsmittel 15 kann als Linse, DOE, Linsenanordnung
oder ähnliches
optisches Element, insbesondere eine Anordnung aus sphärischen
und zylindrischen Linsen, ausgeführt sein,
damit vorteilhafterweise in kohärenter
und nicht-kohärenter
Richtung unterschiedliche Vergrößerungen
vorliegen.
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In
kohärenter
Richtung wird die modulierte Wellenfront WF, welche auf der Ebene 12 abgebildet wird,
dann im Projektionssystem PS über
das Abbildungsmittel 15 in eine Ebene 16, in welcher
in diesem Ausführungsbeispiel
ein virtuelles Bild der Wellenfront WF entsteht, abgebildet. Dieses
Bild der Wellenfront WF wird danach über den Bildschirm 14 in
ein virtuelles Betrachterfenster 17, welches physisch nicht
vorhanden ist, in einer Betrachterebene 18 abgebildet.
Die auf der Ebene 11' in
dem Abtastsystem AS entstehende Fourier-Transformierte FT der modulierten
Wellenfront WF wird dabei gleichzeitig über das Abbildungselement 10 und
das Abbildungsmittel 15 auf den Bildschirm 14 abgebildet.
In nicht-kohärenter
Richtung werden die Strahlen, welche kollimiert auf die Ebene 12 fallen, über das
Abbildungsmittel 15 auf den Bildschirm 14 abgebildet. Ebenso
wird das Abtastelement 5, welches in die Ebene 12 abgebildet
wird, über
das Abbildungsmittel 15 und den Bildschirm 14 in
das virtuelle Betrachterfenster 17 abgebildet. Das bedeutet,
dass das Betrachterfenster 17 in einer Bildebene eines
Systems, welches aus dem Abbildungselement 10, dem Abbildungsmittel 15 und
dem Bildschirm 14 in nicht-kohärenter
Richtung aufgebaut ist, angeordnet ist.
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Von
Vorteil ist, wenn der Bildschirm 14 in der bildseitigen
Brennebene des Abbildungsmittels 15 angeordnet ist, da
dadurch die periodische Fortsetzung der Beugungsordnungen nach außerhalb
des Bildschirms 14 verlagert und so auf dem Bildschirm 14 nur
eine Periode des Beugungsspektrums dargestellt wird. Dies bedeutet,
dass ein Betrachter die periodische Wiederholung der Rekonstruktion
in den Beugungsordnungen nicht wahrnimmt. Weiterhin vorteilhaft
ist, wenn das von der Lichtquelle 2 ausgesandte Licht flächenhaft
auf die Ebene 12 trifft, wodurch das Betrachterfenster 17 bzw.
ein Rekonstruktionsbereich 19 in nicht-kohärenter Richtung
vergrößert werden
kann. Das bedeutet, je breiter die auftreffende Wellenfront in nicht-kohärenter Richtung
auf der Ebene 12 ist, desto größer wird das Betrachterfenster 17.
Deshalb ist es von Vorteil, wenn die Brennweite des Linsenelements 10b des
Abbildungselements 10 größer als die Brennweite des
Linsenelements 8b des Abbildungselements 8 ist,
um die Größe des Betrachterfensters 17 zu
vergrößern.
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Die
jeweiligen modulierten Wellenfronten WF werden im Betrachterfenster 17 nacheinander überlagert,
wobei die Fourier-Transformierten FT der nacheinander abgetasteten
eindimensionalen Anordnungen der Modulationselemente 4 auf
dem Bildschirm 14 an unterschiedlichen Positionen abgebildet
werden. Die Wellenfronten WF werden im Betrachterfenster 17 somit
sequentiell abgebildet. Ein Betrachter in der Betrachterebene 18,
welcher durch das virtuelle Betrachterfenster 17 blickt,
kann dann eine rekonstruierte, vorteilhafterweise dreidimensionale,
Szene, welche in Blickrichtung vor, auf oder hinter dem Bildschirm 14 entsteht,
in dem Rekonstruktionsbereich 19, welcher sich kegelstumpfförmig zwischen
dem Betrachterfenster 17 und dem Bildschirm 14 aufspannt,
beobachten.
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Das
Betrachterfenster 17 weist in diesem Ausführungsbeispiel
eine Größe auf,
welche wenigstens dem Augenabstand eines Betrachters entspricht.
Somit ist eine zweite derartige Lichtmodulationseinrichtung 3 für ein zweites
Auge des Betrachters und eine entsprechende Veränderung der gesamten Projektionsvorrichtung
nicht notwendig. Selbstverständlich
kann das Betrachterfenster 17 auch kleiner ausgeführt sein,
wobei dann aber für
das zweite Auge des Betrachters wenigstens ein zweites Abtastsystem
AS vorgesehen werden muss. Ist dies der Fall, dann können die
Abtastsysteme AS parallel nebeneinander oder auch in einem Winkel
zueinander angeordnet sein. Sind die Abtastsysteme AS parallel zueinander
angeordnet, dann ist nur ein Abbildungsmittel 15 für beide
Abtastsysteme AS notwendig. Sind dagegen die Abtastsysteme AS in
einem Winkel zueinander angeordnet, dann sind zwei Abbildungsmittel 15 jeweils
für die
beiden Strahlengänge von
zwei Lichtkanälen
erforderlich.
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Streuende
Elemente, wie beispielsweise Streufolien oder ähnliche Elemente, können zusätzlich zur
Vergrößerung des
Betrachterfensters 17 in nicht-kohärenter Richtung in einer Ebene,
welche auf den Bildschirm 14 abgebildet wird, angeordnet
sein.
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Für eine farbige
Rekonstruktion der Szene kann ein Strahlteiler, beispielsweise zwischen
der Ebene 12 und dem Abbildungsmittel 15 angeordnet sein.
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In 6a ist
vergrößert ein
Ausschnitt des Projektionssystems PS zur Darstellung einer gleichzeitigen
Abbildung von zwei Lichtkanälen
für ein
Augenpaar eines Betrachters in der Draufsicht gezeigt. Die beiden
Lichtkanäle
sind dabei parallel nebeneinander angeordnet, wobei die modulierten
Wellenfronten der beiden Lichtkanäle mittels eines einzigen Abbildungsmittels 61 für beide
Lichtkanäle
in einer Ebene 62, welche die Brennebene des Abbildungsmittels 61 ist, überlagert
werden. Dies bedeutet, dass die modulierten Wellenfronten in Lichtrichtung
vor dem Abbildungsmittel 61 nach unendlich abgebildet werden.
In der Ebene 62 kann beispielsweise der Bildschirm 14 angeordnet
sein oder diese Ebene 62 muss auf den Bildschirm 14 abgebildet
werden.
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Bei
einer Anwendung dieser Einrichtung in der Projektionsvorrichtung
gemäß 5 sind
die beiden vorgesehenen Abtastsysteme AS mit ihrem jeweiligen Lichtkanal
dabei parallel nebeneinander angeordnet. Das Abbildungsmittel 61 entspricht
dann dem Abbildungsmittel 15, wobei der Bildschirm 14 auf
der Brennebene 62 des Abbildungsmittels 61 angeordnet
ist.
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In 6b ist
ebenfalls ein Ausschnitt des Projektionssystems PS zur Darstellung
einer gleichzeitigen Abbildung von zwei Lichtkanälen gezeigt. Jedoch sind hier
die Lichtkanäle
nicht parallel, sondern in einem Winkel zueinander angeordnet. Deshalb
ist jeweils in den beiden Lichtkanälen ein Abbildungsmittel 61 vorgesehen,
welches die Wellenfronten auf die Ebene 62 lenkt.
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In 6c ist
ein weiterer Ausschnitt des Projektionssystems PS dargestellt. Die
beiden Lichtkanäle
für ein
Augenpaar sind wie in 6a parallel zueinander angeordnet.
Die beiden Abbildungsmittel 61 weisen in diesem Ausführungsbeispiel
zwei optische Elemente, eine Linse und ein Prisma, auf. Es ist hier selbstverständlich auch
möglich,
die zwei optischen Elemente miteinander zu kombinieren.
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Weitere
Möglichkeiten
zur Strahlführung
in dem Projektionssystem PS entsprechend den Möglichkeiten gemäß den 6b oder 6c sind
in den 6d und 6e dargestellt.
Die 6d zeigt die beiden Lichtkanäle für ein Augenpaar, wobei die Wellenfront
eines ersten Lichtkanals mittels des Abbildungsmittels 61 direkt
modifiziert und die Wellenfront eines zweiten Lichtkanals über ein
Umlenkelement 63, beispielsweise einen Spiegel, gelenkt
wird. Diese Möglichkeit
ist besonders vorteilhaft, wenn die mechanische Halterung für das Abbildungsmittel 61 zu
groß und
zu kompliziert für
nebeneinander angeordnete Abbildungsmittel 61 ist. Weiterhin
ist es gemäß 6e vorteilhaft,
anstatt eines Spiegels als Umlenkelement 63 ein Strahlteilerelement
einzusetzen. Ein derartiges Umlenkelement ist einfacher zu integrieren.
Auch hier sind zwei Abbildungsmittel 61 vorgesehen, welche
jeweils in Strahlrichtung vor dem Strahlteilerelement 63 angeordnet
sind. Durch den Einsatz eines Strahlteilerelements 63 ist
eine hinreichende Überlappung
der beiden Lichtkanäle
auf dem Bildschirm 14 ebenso erreichbar.
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In 7 ist
die holographische Projektionsvorrichtung prinzipmäßig dargestellt,
wobei das Projektionssystem PS ein Positionserfassungssystem 20 zur
Bestimmung und Verfolgung von Augenpositionen wenigstens eines Betrachters
in der Betrachterebene 18 beim Beobachten einer rekonstruierten Szene
aufweist. Das Abtastsystem AS ist auch hier nur schematisch angedeutet.
Das Positionserfassungssystem 20 kann beispielsweise eine
Kamera sein und ist mit einem Ablenkelement 21 gekoppelt, welches
zur Nachführung
des virtuellen Betrachterfensters 17 in der Betrachterebene 18 entsprechend einer Änderung
einer Augenposition des Betrachters vorgesehen ist. Das Ablenkelement 21 ist
dabei zwischen zwei Abbildungsmitteln 22 und 23 angeordnet. Die
Abbildungsmittel 22 und 23 bilden ein afokales System,
wobei das Ablenkelement 21 in dem bildseitigen Brennpunkt
des Abbildungsmittels 22 und im objektseitigen Brennpunkt
des Abbildungsmittels 23 angeordnet ist. Das Ablenkelement 21 ist
individuell ansteuerbar und vorteilhaft als Spiegelelement ausgeführt. Zum
Nachführen
des Betrachterfensters 17 wird ein sehr präzise arbeitendes
Ablenkelement benötigt.
Aus diesem Grunde kann das Ablenkelement 21 beispielsweise
ein Galvanometer-Scanner
sein. Selbstverständlich
ist es auch möglich,
andere Ablenkelemente, wie z.B. MEMS-Anordnungen, Polygonscanner
oder eine akusto-optische Anordnung, zu verwenden. Ebenso kann das
Ablenkelement 21 in wenigstens eine der Richtungen horizontal
oder vertikal ablenken. Das heißt,
dass das Ablenkelement 21 bei eindimensionaler Abtastung
der Lichtmodulationseinrichtung 3 entweder nur horizontal oder
nur vertikal das Betrachterfenster 17 nachführt. Die
Erzeugung der Wellenfront, welche die Information zur Rekonstruktion
einer dreidimensionalen Szene enthält, erfolgt innerhalb des Abtastsystems
AS wie unter 2a und 2b beschrieben.
Deshalb wird in diesem Ausführungsbeispiel
nur die Rekonstruktion innerhalb des Projektionssystems PS beschrieben.
Das afokale System, gebildet aus den Abbildungsmitteln 22 und 23,
bildet die Ebene 12 über das
Ablenkelement 21 in eine Ebene 24 ab. Diese Ebene 24 wird
danach in die Ebene 16 abgebildet, um in das Betrachterfenster 17 der
Betrachterebene 18 abgebildet zu werden. Gleichzeitig wird
das Ablenkelement 21 über
die Abbildungsmittel 23 und 15 auf den Bildschirm 14 abgebildet.
Das Ablenkelement 21 ist in der Brennebene des Abbildungsmittels 22 angeordnet.
In kohärenter
Richtung wird die modulierte Wellenfront WF innerhalb des Abtastsystems AS
in die Ebene 12 abgebildet und wird dann in das virtuelle
Betrachterfenster 17 auf wenigstens ein Auge des Betrachters
abgebildet. Die Fourier-Transformierte FT der modulierten Wellenfront
wird gleichzeitig aus der Ebene 12 ins Unendliche abgebildet. Danach
wird die Fourier-Transformierte FT über das Abbildungsmittel 22 auf
das Ablenkelement 21 abgebildet. In nicht-kohärenter Richtung
ist innerhalb des Abtastsystems AS das Abtastelement 5 in
die Ebene 12 abgebildet, wobei die Strahlen nach dem Abbildungselement 10 ins
Unendliche abgebildet bzw. kollimiert werden. Das Abtastelement 5 wird
dann in das Betrachterfenster 17 abgebildet. Gleichzeitig
werden die Strahlen auf dem Ablenkelement 21 fokussiert und
mittels der Abbildungsmittel 23 und 15 auf den Bildschirm 14 abgebildet.
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Die
Abbildungsmittel 23 und 15 können auch miteinander kombiniert
werden, um eine Einzellinse oder auch eine Linsenanordnung zu bilden.
Die oben beschriebene holographische Projektionsvorrichtung wurde
nur für
ein Auge eines Betrachters dargestellt und beschrieben, wobei die
Projektionsvorrichtung auch für
ein Augenpaar des Betrachters vorgesehen werden kann, wenn des Betrachterfenster 17 groß genug
ausgebildet wird. Für
ein Augenpaar des Betrachters ist es aber auch möglich, eine zweite Lichtmodulationseinrichtung 3 für ein zweites
Auge des Betrachters vorzusehen, wobei entsprechende Veränderungen
der Projektionsvorrichtung vorzunehmen sind. Bei Anwendung der Einrichtungen
gemäß den 6a bis 6e in
der dargestellten Projektionsvorrichtung gemäß 7 entspricht
das Abbildungsmittel 61 dem Abbildungsmittel 22 und
die Ebene 62 der Ebene, in der das Ablenkelement 21 angeordnet
ist. Dabei sieht eine erste Möglichkeit
der Ausgestaltung der holographischen Projektionsvorrichtung die
Anordnung der beiden Abtastsysteme AS in einem Winkel zueinander
vor. Deshalb sind dann in dem Projektionssystem PS zwei Abbildungsmittel 22, eines
für jeweils
ein Abtastsystem AS, vor dem Ablenkelement 21 angeordnet.
Die Abbildungsmittel 23 und 15 und der Bildschirm 14 werden
gemeinsam genutzt. Eine zweite Möglichkeit
ist die Anordnung der beiden Abtastsysteme AS parallel zueinander,
wobei die Abbildungsmittel 22, 23 und 15 und
der Bildschirm 14 gemeinsam genutzt werden können. Selbstverständlich ist
dies nicht Voraussetzung. Diese Ausgestaltung der Projektionsvorrichtung
ist jedoch nachteilig, da sich die Aberrationen im Gegensatz zu
der ersten Möglichkeit
erhöhen.
Befindet sich der Betrachter nun in der Betrachterebene 18 und blickt
durch das Betrachterfenster 17, so kann er die rekonstruierte
dreidimensionale Szene in dem Rekonstruktionsbereich 19 beobachten,
wobei die rekonstruierte dreidimensionale Szene in Lichtrichtung vor,
auf oder hinter dem Bildschirm 14 entsteht.
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Eine
farbige Rekonstruktion der dreidimensionalen Szene ist mit der holographischen
Projektionsvorrichtung, wie bereits kurz erwähnt, ebenfalls möglich. Dafür ist wenigstens
ein Strahlteilerelement 25, insbesondere ein Prismenblock,
in Strahlrichtung vor dem Ablenkelement 21 vorgesehen.
Das Strahlteilerelement 25 kann auch an einer anderen Position
in der Projektionsvorrichtung angeordnet sein. Die farbige Rekonstruktion
der Szene erfolgt dabei simultan in den drei Grundfarben RGB. Wenn zwei
vollkommen getrennte Lichtkanäle
vorgesehen sind, dann können
auch zwei Strahlteilerelemente 25, jeweils ein Strahlteilerelement 25 pro
Lichtkanal, in dem Projektionssystem PS angeordnet werden. Das Strahlteilerelement 25,
welches hier vorteilhaft als X-Prisma mit dichroitischen Schichten
ausgeführt ist,
splittet rotes, grünes
und blaues Licht in drei separate Wellenfronten auf bzw. fügt diese
zu einer gemeinsamen modulierten Wellenfront zusammen. Die farbige
Rekonstruktion der Szene erfolgt mit jeweils drei Abtastsystemen
AS pro Lichtkanal, welche jeweils eine monochromatische Lichtquelle 2 aufweisen.
Dabei können
die optischen Elemente der Abtastsysteme AS vorteilhafterweise nur
für die
jeweilige monochromatische Farbe optimiert sein.
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Es
ist selbstverständlich
auch möglich,
ein anderes optisches Element zur farbigen Rekonstruktion einzusetzen,
wie beispielsweise das bereits oben erwähnte Abtastelement, welches
in diesem Fall als Abtastprisma ausgeführt ist und für eine farbige
Rekonstruktion eingesetzt wird. Dieses kann auch hier vorteilhafterweise
als Quadrat oder Rechteck ausgebildet sein. Dieses Abtastprisma
zur farbigen Rekonstruktion ist ebenso ausgeführt und wirkt wie bereits oben
beschrieben. Für
eine farbige Rekonstruktion werden die Lichtstrahlen 50, 51 und 52 von
drei verschiedenen Lichtquellen 2 der Beleuchtungseinrichtung 1 oder
von einer einzigen Lichtquelle 2 mit hinreichender Kohärenz für jede Grundfarbe erzeugt.
Die einzelnen monochromatischen Wellen werden dann mittels eines
dichroitischen Strahlteilersystems verteilt. Die Abbildungselemente 6 und 7 können entweder
für die
drei Grundfarben gleichzeitig genutzt werden oder verdreifacht werden,
damit jeder Kanal für
die entsprechende Grundfarbe seine eigenen Abbildungsmittel 6 und 7 aufweist.
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Es
ist selbstverständlich
auch eine sequentielle farbige Rekonstruktion der Szene möglich. Für eine derartige
Rekonstruktion wird eine, vorteilhafterweise farbige, Lichtquelle 2 mit
hinreichender Kohärenz
und ein Schaltsystem benötigt,
um die einzelnen monochromatischen Grundfarben RGB nacheinander
anzuschalten. Somit können
die farbigen Rekonstruktionen nacheinander erzeugt werden. Es ist
natürlich
auch möglich
für eine
monochromatische oder sequentielle farbige Rekonstruktion von Szenen
ein Abtastprisma vorzusehen, wobei nur einer der Lichtstrahlen 50, 51 oder 52 benutzt
werden muss.
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In 8 ist
die holographische Projektionsvorrichtung gemäß 7 in ihrer
Gesamtheit perspektivisch dargestellt. Die Projektionsvorrichtung weist
dabei, wie bereits oben erwähnt,
ein Abtastsystem AS und ein Projektionssystem PS auf. Die Projektionsvorrichtung
ist dabei in vier Teile A, B, C und D zur Erklärung der kohärenten und
der nicht-kohärenten
Richtung entsprechend dem dargestellten Koordinatensystem unterteilt.
In dem Teil A stellt die kohärente
Richtung die x-Koordinate
und die nicht-kohärente
Richtung die y-Koordinate dar. Die z-Koordinate stellt die Lichtausbreitungsrichtung
dar. In dem Teil B stellt die kohärente Richtung ebenfalls die x-Koordinate
und die nicht-kohärente
Richtung die z-Koordinate dar. Die Lichtausbreitungsrichtung wird durch
die y-Koordinate dargestellt. In dem Teil C stellt die kohärente Richtung
die y-Koordinate und die nicht-kohärente Richtung die z-Koordinate
dar. Die Ausbreitung des Lichts geschieht entlang der x-Koordinate.
Und in dem Teil D stellt die kohärente
Richtung die x-Koordinate und die nicht-kohärente
Richtung die z-Koordinate dar. Die y-Koordinate stellt die Lichtausbreitungsrichtung
dar. Wie in dieser perspektivischen Ansicht der Projektionsvorrichtung
deutlich zu erkennen ist, ist die Projektionsvorrichtung anamorphotisch.
Die Abbildungselemente 7, 8, 9 (=9') und 10 enthalten
wenigstens ein anamorphotisches, vorteilhafterweise ein zylindrisches,
Element, wobei die Abbildungselemente 7, 8 und 10 in
diesem Ausführungsbeispiel
jeweils zwei Linsenelemente aufweisen oder ein einzelnes Linsenelement,
welches in kohärenter
und nicht-kohärenter
Richtung nicht dieselben Hauptebenen und Brennweiten aufweist. Auch
das Abbildungselement 9 (=9') besitzt seine optische Abbildungswirkung
jeweils nur in kohärenter Richtung.
Das virtuelle Betrachterfenster 17 kann beispielsweise
hinter dem Bildschirm 14 oder auch bei reflektierender
Ausführung
des Bildschirms 14 seitlich bzw. vor diesem vorgesehen
sein. Deshalb ist das Betrachterfenster 17 hier nicht mit
dargestellt.
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In
den 9a und 9b ist
das Abtastsystem AS in vereinfachter Form dargestellt. 9a zeigt
den Strahlenverlauf in kohärenter
Richtung und 9b den Strahlenverlauf in nicht-kohärenter Richtung.
Das Abtastsystem AS weist in diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls die
Beleuchtungseinrichtung 1 mit der Lichtquelle 2,
das Abtastelement 5, die Lichtmodulationseinrichtung 3 und
Abbildungselemente 6, 7, 8, 9 (=9') und 10 auf.
Die Linsenelemente 7b und 10c der Abbildungselemente 7 und 10 entfallen
bei diesem Aufbau. Das Abbildungselement 6 besitzt bei
dieser Ausführung
der holographischen Projektionsvorrichtung ebenfalls nur in einer
Richtung seine Abbildungswirkung. Die Abbildungselemente 6, 7, 8, 9 (=9') und 10 können wie
bereits oben unter 2a und 2b beschrieben
ausgeführt
sein. Die Wirkungsweise des Abtastsystems AS in kohärenter Richtung
ist annähernd
wie unter 2a beschrieben. Die modulierte
Wellenfront WF wird über
die Abbildungselemente 9' (= 9)
und 10 in die Ebene 12 abgebildet, wobei ihre
Fourier-Transformierte
FT auf der Ebene 11' entsteht.
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In
nicht-kohärenter
Richtung weisen die Abbildungselemente 6 und 7 keine
optische Wirkung auf, wodurch die von der Lichtquelle 2 ausgesandten Strahlen
direkt auf das Abtastelement 5 treffen. Die Lichtquelle 2 ist
in diesem Ausführungsbeispiel
in nicht-kohärenter Richtung
derart ausgestaltet, dass die ausgesandten Strahlen bereits eine
hinreichend schmale Ausdehnung aufweisen, wodurch die Abbildungselemente 6 und 7 in
dieser Richtung keine optische Abbildungswirkung besitzen müssen. Die Wirkungsweise
des Abtastsystems AS ist dabei wie folgt, wobei hier die nacheinander
erfolgende Abtastung von drei linearen Anordnungen von Modulationselementen 4 auf
der Lichtmodulationseinrichtung 3 gleichzeitig mittels
unterschiedlich gezeichneter Strahlen dargestellt ist. Die Strahlen,
welche die Lichtquelle 2 aussendet, werden auf das Abtastelement 5 geleitet.
Danach treffen die Strahlen über
das Linsenelement 8b und die Ebene 11 an verschiedenen
Stellen mit parallelem Strahlengang die Lichtmodulationseinrichtung 3,
da das Abtastelement 5 in der Brennebene des Linsenelements 8b des
Abbildungselements 8 angeordnet ist. Das Abbildungselement 9 (=9') trägt hier
nicht zur Abbildung bei, da dieses in nicht-kohärenter
Richtung keine optische Wirkung aufweist. Aus diesem Grunde wurde
das Abbildungselement 9 (=10) auch in 9b nicht
mit dargestellt. Danach durchdringen die von der Lichtmodulationseinrichtung 3 modulierten
Strahlen mittels des Linsenelements 10b die Ebene 12 immer
in einem gleichen Bereich unter verschiedenen Winkeln. Die Ebene 12 ist
dabei in der Brennebene des Linsenelements 10b angeordnet.
Das Abtastelement 5 wird dann über die Linsenelemente 8b und 10b auf
die Ebene 12 abgebildet.
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In 10 ist
die gesamte vereinfachte holographische Projektionsvorrichtung in
Perspektive dargestellt, wobei hier ebenfalls das Abtastsystem AS
und das Projektionssystem PS mittels Klammern offenbart sind. Das
gezeigte Koordinatensystem zeigt wieder die kohärente und die nicht-kohärente Richtung
entsprechend der 8. Die Erzeugung der Wellenfront,
die die Information zur Rekonstruktion einer dreidimensionalen Szene
enthält,
erfolgt innerhalb des Abtastsystems AS wie jeweils unter 9a und 9b beschrieben.
Deshalb wird nur das Abbildungssystem des Projektionssystems PS für die kohärente und
die nicht-kohärente Richtung beschrieben.
In kohärenter
Richtung wird die modulierte Wellenfront WF innerhalb des Abtastsystems AS
in die Ebene 12 abgebildet. Die Wellenfront WF wird dann über die
Abbildungsmittel 22 und 23 in die Ebene 24 vor
dem Abbildungsmittel 15 abgebildet. Von dieser Ebene 24 aus
wird die Wellenfront WF mittels des Abbildungsmittels 15 und
des Bildschirms 14 in das virtuelle Betrachtertenster 17 auf
wenigstens ein Auge des Betrachters abgebildet. Gleichzeitig wird
die Fourier-Transformierte FT mit Hilfe des Abbildungsmittels 22 auf
das Ablenkelement 21 und von dort aus über die Abbildungsmittel 23 und 15 auf den
Bildschirm 14 abgebildet. In nicht-kohärenter Richtung ist innerhalb
des Abtastsystems AS das Abtastelement 5 auf der Ebene 12 abgebildet,
wobei das Abtastelement 5 nach dem Abbildungselement 10 ins
Unendliche abgebildet wird. Die Abbildungsmittel 22 und 23 bilden
danach das Abtastelement 5 in die Ebene 24 vor
dem Abbildungsmittel 15 ab. Von der Ebene 24 aus
wird das Abtastelement 5 über das Abbildungsmittel 15 und
den Bildschirm 14 in das Betrachterfenster 17 abgebildet.
Gleichzeitig werden die Strahlen in nicht-kohärenter Richtung auf das Ablenkelement 21 und
mittels der Abbildungsmittel 23 und 15 auf den
Bildschirm 14 abgebildet.
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Die
oben beschriebene holographische Projektionsvorrichtung wurde nur
für ein
Auge eines Betrachters dargestellt und beschrieben. Es ist aber auch
möglich,
das Betrachtertenster hinreichend groß für beide Augen des Betrachters
vorzusehen. Für
ein Augenpaar des Betrachters ist es auch möglich, eine zweite Lichtmodulationseinrichtung 3 vorzusehen.
Die Ausgestaltung einer derartigen Anordnung mit zwei Abtastsystemen
AS kann hier ebenso, wie bereits oben beschrieben, erfolgen. Befindet
sich der Betrachter nun in der Betrachterebene 18, hier nicht
dargestellt, und blickt durch das Betrachterfenster 17,
so kann er die rekonstruierte dreidimensionale Szene im Rekonstruktionsbereich 19 beobachten, wobei
die rekonstruierte dreidimensionale Szene in Lichtrichtung vor,
auf oder hinter dem Bildschirm 14 entsteht. Zur Bestimmung
und Nachführung
des Betrachterfensters 17 ist auch hier das Positionserfassungssystem 20 vorgesehen.
Des Weiteren ist hier nun eindeutig zu erkennen, dass die holographische Projektionsvorrichtung
sich durch Wegfall des Linsenelements 10c in der Ebene 12 und
durch Vereinfachung der Abbildungsmittel 6 und 7 in
nicht-kohärenter
Richtung vereinfacht. Ebenso ist eine leichtere Justage der optischen
Elemente möglich.
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In
den 11a und 11b ist
die holographische Projektionsvorrichtung prinzipmäßig in nochmals
vereinfachter bzw. sehr kompakter Form dargestellt, wobei die 11a die Projektionsvorrichtung in kohärenter Richtung
und in Draufsicht und die 11b in
nicht-kohärenter
Richtung und in Seitenansicht zeigt. Das Abtastsystem AS ist in
diesem Ausführungsbeispiel
sehr vereinfacht. Das Abbildungsmittel 15 weist drei Linsenelemente 15a, 15b und 15c auf,
wobei das Linsenelement 15a nur in kohärenter Richtung und die Linsenelemente 15b und 15c nur
in nicht-kohärenter
Richtung wirken. Das Abtastsystem AS weist in diesem Ausführungsbeispiel die
Beleuchtungseinrichtung 1 mit der Lichtquelle 2, das
Abtastelement 5, die Lichtmodulationseinrichtung 3 und
die Abbildungselemente 6, 7 und 8 auf. Das
Projektionssystem PS weist nur noch das Ablenkelement 21,
das Abbildungsmittel 15 und den Bildschirm 14 auf.
Bei einer transmissiven Ausführung
der Lichtmodulationseinrichtung 3 ist das Abbildungselement 9 eine
Kombination der Abbildungselemente 8 (8a, 8b)
und 9, wobei das Abbildungselement 9' eine Kombination
der Abbildungselemente 9' und 10 sowie
des Abbildungsmittels 22 ist. Bei einer wie hier dargestellten
reflektiven Lichtmodulationseinrichtung 3 entspricht das
Abbildungselement 9 dem Abbildungselement 9'. Das Abbildungsmittel 15 ist
eine Kombination der Abbildungsmittel 23 und 15 miteinander.
Dieses hier neu ausgeführte
Abbildungselement 9 (=9') und auch Abbildungsmittel 15 weisen
Abbildungseigenschaften (bezüglich
Hauptebenen, Brennweiten usw.) auf, welche in kohärenter und
nicht-kohärenter
Richtung vorliegen müssen. Auch
hier können
die jeweiligen optischen Elemente wie zuvor unter 2a und 2b beschrieben
ausgeführt
sein. Die Wirkungsweise der holographischen Projektionsvorrichtung
in kohärenter
Richtung ist annähernd
wie unter 2a beschrieben. Die Lichtquelle 2 der
Beleuchtungseinrichtung 1 sendet hinreichend kohärentes Licht
in Form einer Welle W, vorteilhaft mit einer ebenen Wellenfront,
aus, welche auf das Abbildungselement 6 zur Aufweitung
trifft. Danach durchtritt die Welle W das Abbildungselement 7 und
trifft auf das Abtastelement 5. Das Abtastelement 5 lenkt
die Welle W entsprechend der abzutastenden Anordnung der Modulationselemente 4 der
Lichtmodulationseinrichtung 3 ab und dient hier vorteilhafterweise
gleichzeitig zur Faltung des Strahlengangs. Das Abtastelement 5 ist
in der objektseitigen Brennebene des Abbildungselements 9 angeordnet.
Die Welle W fällt
dann mittels des Abbildungselements 9 kollimiert auf die
Lichtmodulationseinrichtung 3. Die durch die Lichtmodulationseinrichtung 3 modulierte
Wellenfront WF wird dann mittels des Abbildungselements 9', des Linsenelements 15a und
des Bildschirms 14 in das Betrachterfenster 17 der
Betrachterebene 18 abgebildet. Nach der Modulation der
Welle W entsteht durch das Abbildungselement 9' ihre Fourier-Transformierte
FT in der bildseitigen Brennebene des Abbildungselements 9' auf dem Ablenkelement 21,
welches ebenfalls vorteilhafterweise zur Faltung des Strahlengangs
eingesetzt wird. Diese Fourier-Transformierte FT wird dann mittels
des Linsenelements 15a auf den Bildschirm 14 abgebildet.
Die Linsenelemente 15b und 15c besitzen in dieser
Richtung keine Abbildungswirkung, weshalb sie nicht dargestellt
sind. In dieser Figur ist in der Betrachterebene 18 ein
Betrachter vorgesehen, welcher mit beiden Augen durch das Betrachtertenster 17 blickt.
Die gestrichelte Ausbreitung der Wellenfront WF soll dabei die Welle
darstellen, welche vorliegt, wenn der Betrachter sich in der Betrachterebene 18 an
eine andere Position begeben hat. Diese andere Position des Betrachters
in der Betrachterebene 18 ist gestrichelt dargestellt.
Das Ablenkelement 21 führt
demnach das Betrachterfenster 17 den Augen des Betrachters
nach Änderung
seiner Position nach.
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In
nicht-kohärenter
Richtung gemäß 11 b erfolgt die Wirkungsweise wie nachfolgend
beschrieben, wobei hier die Abtastung von zwei linearen Anordnungen
von Modulationselementen 4 auf der Lichtmodulationseinrichtung 3 dargestellt
ist. Die Abtastung erfolgt jedoch nacheinander. Die Strahlen, welche
die Lichtquelle 2 aussendet, werden wieder mittels des
Abbildungselements 6 aufgeweitet und fallen durch das Abbildungselement 7 als
Parallelbündel
auf das Abtastelement 5. Von dem Abtastelement 5 aus
werden dann die Strahlen über
das Abbildungselement 9 auf die Lichtmodulationseinrichtung 3,
die in der bildseitigen Brennebene des Abbildungselements 9 angeordnet
ist, fokussiert, um dort eine eindimensionale Anordnung von Modulationselementen 4 abzutasten,
wodurch die Strahlen moduliert werden. Danach fallen die von der
Lichtmodulationseinrichtung 3 modulierten Strahlen mittels
des Abbildungselements 9' kollimiert
auf das Ablenkelement 21, da die Lichtmodulationseinrichtung 3 reflektiv
ausgeführt
ist. Die kollimierten Strahlen werden dann in eine Ebene M, welche
in einem bildseitigen Brennpunkt des Linsenelements 15b liegt,
fokussiert. Vorteilhaft liegt das Linsenelement 15a in
der Ebene M, wo die Ausdehnung der Strahlen in nicht-kohärenter Richtung
schmal ist. Diese Strahlen werden danach mittels des Linsenelements 15c auf
den Bildschirm 14 abgebildet. Gleichzeitig wird das Abtastelement 5 mittels
des Abbildungselements 9 (=9') und über die Lichtmodulationseinrichtung 3 auf
das Ablenkelement 21 abgebildet und danach über das
Abbildungsmittel 15 und dem Bildschirm 14 in das
Betrachtertenster 17 abgebildet. In einem Sonderfall der hier
gezeigten Projektionsvorrichtung kann das auf dem Ablenkelement 21 abgebildete
Abtastelement 5 durch das Linsenelement 15b in
seine Brennebene, in welcher hier das Linsenelement 15c angeordnet ist,
und danach über
den Bildschirm 14 in das Betrachterfenster 17 abgebildet
werden. Dabei ist es nicht notwendig, dass das Linsenelement 15c im
Abbildungspunkt des Abtastelements 5 steht. Jedoch ist dies
vorteilhaft, da die Ausdehnung der Strahlen in dieser Ebene begrenzt
ist.
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Ebenso
kann das Abbildungselement 6, welches zwischen der Lichtquelle 2 und
dem Abbildungselement 7 vorgesehen ist, oder auch beide
Abbildungselemente 6 und 7 entfallen, wenn die
Lichtquelle 2 derart ausgeführt ist, dass die ausgesandten Strahlen
bereits die geforderten Eigenschaften, beispielsweise bezüglich Öffnung usw.,
aufweisen. Um eine farbige rekonstruierte Szene zu erhalten, kann ein
Strahlteilerelement zwischen der reflektiven Lichtmodulationseinrichtung 3 und
dem Abbildungselement 9 (=9') angeordnet sein, wobei für eine simultane
farbige Rekonstruktion drei Lichtmodulationseinrichtungen 3 vorgesehen
sind. Für
eine sequentielle farbige Rekonstruktion muss nur ein Abtastsystem
AS vorgesehen werden, da die Lichtquelle 2 nacheinander
die geforderte monochromatische Wellenfront jeweils in den drei
Grundfarben aussendet.
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In 12 ist
die gemäß den 11a und 11b dargestellte
holographische Projektionsvorrichtung perspektivisch dargestellt.
Die Projektionsvorrichtung ist hier in drei Teile A, B und C zur
Erklärung
der kohärenten
und der nicht-kohärenten
Richtung mittels des dargestellten Koordinatensystems unterteilt.
In dem Teil A stellt die kohärente
Richtung die x-Koordinate und die nicht-kohärente Richtung die y-Koordinate dar, wobei
die Lichtausbreitungsrichtung durch die z-Koordinate gezeigt ist.
In dem Teil B stellt die kohärente
Richtung ebenfalls die x-Koordinate und die nicht-kohärente Richtung
die z-Koordinate dar, wobei die y-Koordinate die Ausbreitungsrichtung
des Lichts darstellt. Und in dem Teil C stellt die kohärente Richtung
die y-Koordinate und die nicht-kohärente Richtung die z-Koordinate
dar, wobei die x-Koordinate die Lichtausbreitungsrichtung darstellt.
Das Abbildungsmittel 15 ist hier aus den drei Linsenelementen 15a, 15b und 15c aufgebaut. Da
sich die Anzahl der Abbildungselemente so wie der Abbildungsmittel
wesentlich in Bezug auf 8 verringert hat, sind erheblich
weniger Aberrationsquellen vorhanden und somit können die Aberrationen leichter
reduziert bzw. beseitigt werden. Zur farbigen Rekonstruktion von
Szenen ist es auch in diesem Ausführungsbeispiel möglich, ein
Strahlteilerelement 25 in der Projektionsvorrichtung vorzusehen. Das
Strahlteilerelement 25 kann beispielsweise zwischen dem
Abbildungselement 9 (=9') und dem Ablenkelement 21 oder
auch zwischen der Lichtmodulationseinrichtung 3 und dem
Abbildungselement 9 (=9') zur Nachführung des Betrachterfensters 17 angeordnet
sein. Selbstverständlich
ist auch eine andere Position in der Projektionsvorrichtung möglich. Diese
sehr kompakte Ausführung
der Projektionsvorrichtung eignet sich daher sehr gut für Einrichtungen, welche
in ihrer Größe klein
bzw. minimal ausgeführt werden
müssen.
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In
der 13 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der holographischen
Projektionsvorrichtung in der Draufsicht dargestellt, wobei bei
Abtastung von Zeilen der Lichtmodulationseinrichtung 3 die
Draufsicht die kohärente
Richtung und bei Abtastung von Spalten der Lichtmodulationseinrichtung 3 die
Draufsicht die nicht-kohärente Richtung
darstellt. In diesem Ausführungsbeispiel
ist die Projektionsvorrichtung für
mehrere Betrachter in der Betrachterebene 18 vorgesehen,
wobei zwei Lichtmodulationseinrichtungen 3 bzw. zwei Abtastsysteme
AS in der Projektionsvorrichtung enthalten sind.
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In
der holographischen Projektionsvorrichtung ist ein Strahlteilerelement 26,
welches neben dem Strahlteilerelement 25, das zur Aufteilung
des Lichts in seine Spektralkomponenten oder zur Zusammenführung auf
eine Ebene 27 vorgesehen ist, zur Vervielfältigung
jeweils einer aus den Lichtmodulationseinrichtungen 3 austretenden
Wellenfront WFR und WFL enthalten. Die Ebene 27 ist die
Abbildung der Ebene 12 durch das afokale System aus den
Abbildungsmitteln 29 und 30. Dann kann gleichzeitig
in vorteilhafter Weise die Ebene 12 in der objektseitigen
Brennebene des Abbildungsmittels 29 und die Ebene 27 in
der bildseitigen Brennebene des Abbildungsmittels 29 vorgesehen
sein. Die Ebene 27 ist zugleich die objektseitige Brennebene
des Abbildungsmittels 22. Das Strahlteilerelement 26 ist
somit in der Ebene 27 angeordnet und kann beispielsweise als
Gitter, Prisma oder diffraktives optisches Element (DOE), insbesondere
als konfigurierbares DOE, ausgeführt
sein. Es ist auch möglich
anstelle des Strahlteilerelements 26 für jede Lichtmodulationseinrichtung 3 mehrere
Lichtquellen 2 in Abhängigkeit von
der Anzahl der Betrachter in der Betrachterebene 18 vorzusehen.
Die Abbildungselemente 6 und 7 müssen dann so angeordnet werden,
dass das Licht der Lichtquellen 2 jeweils unter verschiedenen
Einfallswinkeln auf die Lichtmodulationseinrichtung 3 trifft.
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Die 13 stellt
dabei die Draufsicht dar. In diesem Ausführungsbeispiel ist die holographische Projektionsvorrichtung
für mehrere
Betrachter vorgesehen, wobei selbstverständlich die Anzahl der Betrachter
nicht begrenzt ist. Zur Rekonstruktion der Szene für hier drei
dargestellte Betrachter sind zwei Abtastsysteme AS mit jeweils einer
Lichtmodulationseinrichtung 3 vorgesehen, wobei eine Lichtmodulationseinrichtung 3 für jeweils
das rechte Auge der Betrachter und die andere Lichtmodulationseinrichtung 3 für jeweils
das linke Auge der Betrachter vorgesehen sind. Die beiden Lichtmodulationseinrichtungen 3 werden
jeweils von der Beleuchtungseinrichtung 1 mit der Lichtquelle 2,
wie unter 1 beschrieben, beleuchtet. Deren
Licht wird dabei derart moduliert, dass die Wellen W an äquidistanten
Orten in der Lichtmodulationseinrichtung 3 zu jeweils einer gewünschten
Wellenfront WFR und WFL kodiert werden. Die Wirkungsweise der Abtastsysteme
AS entspricht beispielsweise der wie unter den 2a und 2b beschrieben.
Diese Wellenfronten WFR und WFL werden dann über die Abbildungsmittel 29 und 30 auf
das Strahlteilerelement 26 in der Ebene 27 abgebildet.
Gleichzeitig wird eine Brennebene 28 des Abbildungsmittels 29 über das
Abbildungsmittel 30 und das Abbildungsmittel 22 auf
drei Ablenkelemente 21 abgebildet. Jedem Betrachter ist
somit ein Ablenkelement 21 zugeordnet. Die Ebene 27 wird
dabei gleichzeitig mittels der Abbildungsmittel 22, 23 und 15 dreimal
bzw. einmal pro Abbildungsmittel 23 in eine gemeinsame
Brennebene 16 der Abbildungsmittel 23 und 15 abgebildet,
wobei diese danach über den
Bildschirm 14 dreimal in die Betrachterebene 18 in
die Betrachterfenster 17R, 17L, 31R, 31L, 32R und 32L auf
die Augen der drei Betrachter abgebildet wird. Parallel dazu werden
die Bilder der Ebene 28 auf den Ablenkelementen 21 über die
Abbildungsmittel 23 und 15 auf den Bildschirm 14 überlappend
abgebildet.
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In
der kohärenten
Richtung sind die Fourier-Transformierten FT der beiden modulierten
Wellenfronten WFR und WFL über
das Abbildungselement 10 und das Abbildungsmittel 29 auf
der Ebene 28 abgebildet. Danach, nach Vervielfachung der
Fourier-Transformierten FT durch das Strahlteilerelement 26 in
der Ebene 27 und Umlenkung auf eine andere Bildebene der
Ebene 28 durch das Ablenkelement 21, überlagern
sich die vervielfachten Fourier-Transformierten FT auf dem Bildschirm 14.
Gleichzeitig werden dann die modulierten Wellenfronten WFR und WFL,
die auf die Ebene 12 abgebildet werden, in die Ebene 27 abgebildet.
Die Wellenfront WFR wird dann nach Vervielfachung gleichzeitig über das
Abbildungsmittel 22, die drei Abbildungsmittel 23 und das
Abbildungsmittel 15 zuerst auf die Ebene 16 und danach
auf die Betrachterebene 18 als virtuelle Betrachterfenster 17R, 31R und 32R auf
die rechten Augen der drei Betrachter abgebildet. Die Wellenfront WFL
wird entsprechend der Wellenfront WFR als virtuelle Betrachterfenster 17L, 31L und 32L für die linken
Augen der drei Betrachter abgebildet.
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In
nicht-kohärenter
Richtung werden die Abtastelemente 5 jedes Abtastsystems
AS auf die Ebene 12 abgebildet. Dann werden die durch das Strahlteilerelement 26 vervielfachten
Abtastelemente 5 auf die Betrachterfenster 17R, 17L, 31R, 31L, 32R und 32L der
Augen der drei Betrachter abgebildet. Gleichzeitig werden die Strahlen
auf die Ebene 28 fokussiert. Die Ebene 28 wird
wiederum auf den Bildschirm 14 abgebildet.
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Jedem
Betrachter ist nur ein Ablenkelement 21 zugeordnet. Die
Anzahl der Ablenkelemente 21 entspricht somit der Anzahl
der Betrachter. Dies bedeutet, dass pro Betrachter nur ein Ablenkelement 21 für beide
Augen, hier beispielsweise Betrachterfenster 17R und 17L,
verwendet wird. Bei Bewegung der Betrachter in der Betrachterebene 18 detektiert
auch hier das Positionserfassungssystem 20 die Änderung der
Positionen der Augen und steuert die Ablenkelemente 21 derart,
dass die Betrachterfenster 17R, 17L, 31R, 31L, 32R und 32L in
Richtung der neuen Position der Augen der Betrachter nachgeführt werden.
Eine farbige Rekonstruktion der dreidimensionalen Szene kann entsprechend
den oben beschriebenen Beispielen mittels des Strahlteilerelementes 25 erfolgen.
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In
den 14a und 14b ist
im Vergleich zu den 2a und 2b eine
zweite Möglichkeit für ein Abtastsystem
AS in kohärenter
und nicht-kohärenter
Richtung dargestellt, wobei die 14a das Abtastsystem
AS in kohärenter
und die 14b in nicht-kohärenter Richtung
zeigt. Die Projektionsvorrichtung wirkt in diesem Ausführungsbeispiel
jedoch derart, dass die modulierte Wellenfront WF nicht in das Betrachterfenster 17,
wie in den oben erwähnten und
beschriebenen Ausführungsbeispielen,
sondern auf den Bildschirm 14 abgebildet wird. Dementsprechend
wird die Fourier-Transformierte FT nicht auf den Bildschirm 14,
sondern in das Betrachterfenster 17 abgebildet. Das Abtastsystem
AS weist auch hier die Beleuchtungseinrichtung 1 mit der
Lichtquelle 2, das Abtastelement 5, die Lichtmodulationseinrichtung 3 und
Abbildungselemente 6, 7 (7a, 7b), 8 und 9 (=9') auf. Die Abbildungselemente 6, 7, 8 und 9 (=9') können Linsen,
insbesondere diffraktive optische Elemente (DOE) und Fresnel-Linsen,
Linsenanordnungen oder auch Spiegel sein. Diese Abbildungselemente 6, 7, 8 und 9 (=9') können ebenfalls sphärisch oder
zylindrisch sein oder off-axis angeordnet werden, wodurch eine Reduzierung
von Aberrationen erzielt werden kann oder um die holographische
Projektionsvorrichtung kompakter auszugestalten. Die Lichtmodulationseinrichtung 3 ist
in den 14a und 14b reflektiv
ausgeführt
(ebenfalls nichtgefaltete Darstellung), kann aber auch transmissiv
ausgeführt
sein.
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In
kohärenter
Richtung ist es von Vorteil, wenn als Abbildungselemente diffraktive
optische Elemente eingesetzt werden, da deren Aufbau und Wirkungsweise
für eine
Aberrationskorrektur geeigneter sind. Im Folgenden wird die Wirkungsweise
des Abtastsystems AS in kohärenter
Richtung beschrieben. Die Lichtquelle 2 der Beleuchtungseinrichtung 1 sendet
hinreichend kohärentes
Licht in Form einer Welle W aus, welche auf das Abbildungsmittel 6 zur Aufweitung
trifft. Danach durchtritt die Welle W das Abbildungsmittel 7 und
wird auf das Abtastelement 5 fokussiert. Diese Welle W
wird dann mittels des Abbildungselements 8 auf die Ebene 11,
welche in der bildseitigen Brennebene des Abbildungselements 8 vorliegt,
fokussiert. Nach einer vorteilhaften Umlenkung der Welle W mittels
eines Umlenkelements, welches ein Spiegel sein kann und auf der
Ebene 11 angeordnet ist, fällt diese mittels des Abbildungselements 9 als
vorteilhafterweise ebene Wellenfront auf die Lichtmodulationseinrichtung 3.
Die durch die Lichtmodulationseinrichtung 3 modulierte
Wellenfront WF wird dann mittels des Abbildungselementes 9' (=9)
auf eine Ebene 11',
welche in dem bildseitigen Brennpunkt des Abbildungselements 9' (=9)
vorliegt, abgebildet. Da die Lichtmodulationseinrichtung 3 in diesem
Ausführungsbeispiel
reflektiv ausgeführt
ist, entspricht die Ebene 11' gleich
der Ebene 11. Gleichzeitig entsteht dann eine Fourier-Transformierte
FT auf der Ebene 11'.
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Es
ist auch hier zu beachten, dass die Abbildungselemente 9 und 9' ein und dasselbe
Abbildungselement darstellen, da die Lichtmodulationseinrichtung 3 reflektiv
ausgeführt
ist und somit die modulierte Wellenfont WF zurück zu der Ebene 11 (=11') reflektiert
wird. Außerdem
muss ein vorteilhaftes Umlenkelement in der Ebene 11 (=11') nicht notwendigerweise
vorgesehen sein, wodurch es möglich
ist, dass die Abbildungselemente 8 und 9 durch ein
einziges Abbildungselement ersetzt werden können. Ist dies der Fall, so
würde das
Abtastelement 5 in der objektseitigen Brennebene der Abbildungselemente 8 und 9 liegen.
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In
nicht-kohärenter
Richtung gemäß 14b kann es auch hier vorteilhaft sein, wenn Fresnel-Linsen
oder auch diffraktive optische Elemente als Abbildungsmittel 6, 7, 8 und 9 (=9') eingesetzt
werden. Die Wirkungsweise des Abtastsystems AS in nicht-kohärenter Richtung
ist dabei wie folgt, wobei hier jedoch die nacheinander erfolgende
Abtastung von zwei Anordnungen von Modulationselementen 4 auf
der Lichtmodulationseinrichtung 3 gleichzeitig dargestellt
ist. Die Strahlen, welche die Lichtquelle 2 aussendet,
werden mittels des Abbildungselements 6 aufgeweitet und über das
Abbildungselement 7 in eine Ebene P in Strahlrichtung nach
dem Abtastelement 5 fokussiert. Dabei lenkt das Abtastelement 5 die
Strahlen entsprechend der abzutastenden Anordnung der Modulationselemente 4 der
Lichtmodulationseinrichtung 3 ab. Von dieser Ebene P aus
werden dann die Strahlen über
die Abbildungselemente 8 und 9 sowie der Ebene 11 auf
die Lichtmodulationseinrichtung 3 fokussiert, gemäß der Beschreibung
zu 1. Dies bedeutet, dass das von dem Abtastelement 5 ausgehende
Licht bzw. die ausgehenden Strahlen parallel oder unter einem Winkel zu
der optischen Achse OA des Abtastsystems AS auf die Lichtmodulationseinrichtung 3 treffen,
wobei der Abstand der Strahlen zur optischen Achse OA bei der Abtastung
der jeweiligen eindimensionalen Anordnungen der Modulationselemente 4 auf
der Lichtmodulationseinrichtung 3 unterschiedliche Werte aufweist.
Zwischen den Abbildungselementen 8 und 9 liegt
dabei ein paralleler Strahlengang vor. Das Abbildungselement 9 (=9') trägt zur Fokussierung
bei. Danach werden die von der Lichtmodulationseinrichtung 3 modulierten
Strahlen mittels des Abbildungselements 9' (=9) nach unendlich abgebildet
und fallen auf die Ebene 11'.
Das Abtastelement 5 wird gleichzeitig mittels des Abbildungselements 8 auf
die Ebene 11 und danach mittels des Abbildungselements 9' (=9)
wieder auf die Ebene 11' abgebildet.
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Es
ist auch möglich,
das Abbildungselement 7 so anzuordnen, um die erste Abbildung
der Strahlen in nicht-kohärenter
Richtung virtuell zu erzeugen. Ebenso können die Abbildungselemente 6 und 7 oder
eines dieser beiden, welche zwischen der Lichtquelle 2 und
dem Abtastelement 5 vorgesehen sind, entfallen, wenn die
Lichtquelle 2 derart ausgeführt ist, dass ausgesandte Strahlen
bereits die geforderten Eigenschaften beispielsweise bezüglich Öffnung usw.
aufweisen. Das Abtastelement 5 kann selbstverständlich auch
ein Abtastprisma sein, wie zu den 4a bis 4c ausgeführt.
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In
einer hier nicht dargestellten kompakten Ausführung des Abtastsystems AS
gemäß den 14a und 14b wäre ein Wegfall
des Abbildungselements 9 (=9') denkbar, wobei dann das Abtastelement 5 als
Umlenkelement dient, damit sich der Hinweg und der Rückweg des
Lichts nicht überlappen.
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15 zeigt
die holographische Projektionsvorrichtung in perspektivischer Ansicht
gemäß den 14a und 14b.
Die Projektionsvorrichtung ist dabei wie in 8 in ein
Abtastsystem AS und ein Projektionssystem PS unterteilt. Zur Klärung der
kohärenten
und der nicht-kohärenten
Richtung kann dabei das in diesem Ausführungsbeispiel dargestellte
Koordinatensystem dienen, wie bereits unter 8 beschrieben.
Das Abbildungselement 8 ist hier im Vergleich zu 8 nur
als einzelnes Linsenelement ausgeführt. Das Abbildungselement 10 wird
zur Rekonstruktion einer Szene nicht benötigt. Auch diese Projektionsvorrichtung,
wie bereits in den 14a und 14b erkennbar,
ist anamorphotisch. Bei dem Abbildungselement 7 wirkt je
nach Richtung, entweder kohärente
oder nicht-kohärente Richtung,
immer nur ein Linsenelement, wobei das andere keine optische Wirkung
aufweist. Das virtuelle Betrachterfenster 17 kann auch
hier beispielsweise hinter dem Bildschirm 14 oder auch
bei reflektierender Ausführung des
Bildschirms 14 seitlich bzw. vor diesem vorgesehen sein.
Deswegen wurde das Betrachterfenster 17 nicht dargestellt.
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Die
holographische Projektionsvorrichtung, insbesondere das Projektionssystem
PS, weist auch in diesem Ausführungsbeispiel
das Positionserfassungssystem 20 zur Bestimmung und Verfolgung
von Augenpositionen wenigstens eines Betrachters in der Betrachterebene 18 beim
Beobachten einer rekonstruierten Szene auf. Das Positionserfassungssystem 20 kann,
wie bereits erwähnt,
beispielsweise eine Kamera sein und ist mit dem Ablenkelement 21 gekoppelt,
welches zur Nachführung des
virtuellen Betrachterfensters 17 in der Betrachterebene 18 entsprechend
einer Änderung
einer Augenposition des Betrachters vorgesehen ist. Das Ablenkelement 21 ist
dabei zwischen den Abbildungsmitteln 22 und 23 angeordnet.
Die Abbildungsmittel 22 und 23 bilden ein afokales
System, wobei das Ablenkelement 21 in dem bildseitigen
Brennpunkt des Abbildungsmittels 22 und im objektseitigen
Brennpunkt des Abbildungsmittels 23 angeordnet ist. Das
Ablenkelement 21 ist individuell ansteuerbar und kann vorteilhaft
als Spiegelelement, wie unter 7 beschrieben,
ausgeführt sein.
Das Ablenkelement 21 lenkt dabei die Strahlen in wenigstens
eine der Richtungen horizontal oder vertikal ab. Das heißt, dass
das Ablenkelement 21 bei eindimensionaler Abtastung der
Lichtmodulationseinrichtung 3 entweder nur horizontal oder
nur vertikal das Betrachterfenster 17 nachführt. Die
Erzeugung der Wellenfront, welche die Information zur Rekonstruktion
vorteilhafterweise einer dreidimensionalen Szene enthält, erfolgt
innerhalb des Abtastsystems AS wie unter 14a und 14b beschrieben. Deshalb wird nachfolgend nur
das Abbildungssystem innerhalb des Projektionssystems PS für die kohärente und
die nicht-kohärente
Richtung beschrieben. In kohärenter
Richtung wird die modulierte Wellenfront WF ins unendliche und danach über das
Abbildungselement 9' und über das
Abbildungsmittel 22 auf das Ablenkelement 21 abgebildet. Folgend
wird die Wellenfront WF über
die Abbildungsmittel 23 und 15 auf den Bildschirm 14 abgebildet.
Auf der Ebene 11' entsteht
gleichzeitig die Fourier-Transformierte
FT. Diese Fourier-Transformierte FT wird in die Ebene 24 vor
dem Abbildungsmittel 15 abgebildet. Von dieser Ebene 24 aus
wird danach die Fourier-Transformierte
FT mittels des Abbildungsmittels 15 und des Bildschirms 14 in
das virtuelle Betrachterfenster 17 (nicht dargestellt)
abgebildet. In nicht-kohärenter
Richtung wird innerhalb des Abtastsystems AS das Abtastelement 5 in
die Ebene 11' abgebildet,
wobei die Strahlen als Parallelbündel
vorliegen. Die Abbildungsmittel 22 und 23 bilden
danach das Abtastelement 5 in die Ebene 24 vor
dem Abbildungsmittel 15 ab. Von der Ebene 24 aus
wird das Abtastelement 5 über das Abbildungsmittel 15 und dem
Bildschirm 14 in das virtuelle Betrachterfenster 17 abgebildet.
Gleichzeitig werden die Strahlen auf das Ablenkelement 21 und
mittels der Abbildungsmittel 23 und 15 auf den
Bildschirm 14 abgebildet.
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Die
somit rekonstruierte Szene kann dann innerhalb des hier nicht dargestellten
Rekonstruktionsbereichs 19, welcher zwischen dem Betrachterfenster 17 und
dem Abbildungsmittel 15 aufgespannt wird, beobachtet werden.
Das virtuelle Betrachterfenster 17 kann die Größe des Augenabstandes
eines Betrachters, größer oder
auch kleiner aufweisen. Ist das Betrachterfenster 17 kleiner
ausgestaltet, so werden zwei Lichtmodulationssysteme 3 für die beiden
Augen zur Beobachtung der Szene benötigt.
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Zur
farbigen Rekonstruktion von Szenen ist es auch in diesem Ausführungsbeispiel
möglich,
das Strahlteilerelement 25, beispielsweise zwischen der Ebene 11' und dem Abbildungsmittel 22 vor
dem Ablenkelement 21 an einer geeigneten Position, in der Projektionsvorrichtung
vorzusehen. Selbstverständlich
ist auch eine andere Position in der Projektionsvorrichtung möglich, wie
in diesem Ausführungsbeispiel
dargestellt. Das Strahlteilerelement 25 ist hier zwischen
den drei Lichtmodulationseinrichtungen 3 für die drei
Grundfarben und dem Abbildungselement 9' (=9) angeordnet. Dieses
Ausführungsbeispiel
zeigt somit eine simultane farbige Rekonstruktion einer dreidimensionalen
Szene. Es ist selbstverständlich auch
möglich
die farbige dreidimensionale Szene sequentiell mit beispielsweise
nur einer Lichtmodulationseinrichtung 3 holographisch zu
rekonstruieren.
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Mögliche Einsatzgebiete
der holographischen Projektionsvorrichtung können Displays für eine zwei-
und/oder dreidimensionale Darstellung für den Privat- und Arbeitsbereich
sein, wie beispielsweise für
Computer, Mobiltelefone, Fernsehen, elektronische Spiele, Automobilindustrie
zur Anzeige von Informationen oder der Unterhaltung, Medizintechnik oder
auch für
die Militärtechnik
beispielsweise zur Darstellung von Geländeprofilen. Selbstverständlich kann
die vorliegende Projektionsvorrichtung auch in anderen, hier nicht
genannten Bereichen eingesetzt werden.