DE102006024356B4

DE102006024356B4 - Holographische Projektionsvorrichtung zur Rekonstruktion von Szenen und Verfahren zur holographischen Rekonstruktion

Info

Publication number: DE102006024356B4
Application number: DE102006024356.0A
Authority: DE
Inventors: Philippe Renaud-Goud
Original assignee: SeeReal Technologies SA
Current assignee: SeeReal Technologies SA
Priority date: 2006-05-19
Filing date: 2006-05-19
Publication date: 2016-09-29
Anticipated expiration: 2026-05-20
Also published as: US8593710B2; TW200809441A; CN101449214B; DE102006024356A1; US20100033784A1; KR20090027751A; KR101417972B1; JP2009537853A; JP5150619B2; CN101449214A; TWI364635B; WO2007135068A1

Abstract

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, gekennzeichnet durch einen anamorphotischen Aufbau, wobei die Vergrößerung in zwei senkrecht zueinander verlaufenden Richtungen unterschiedlich ist, wobei die Lichtmodulationseinrichtung (3) und ein Abtastelement (5, 60) derart miteinander kombiniert sind, dass das von dem Abtastelement (5, 60) kommende Licht nacheinander eindimensionale Anordnungen der Modulationselemente (4) der zweidimensionalen Lichtmodulationseinrichtung (3) abtastet.

Description

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.
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.
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.
Als reversible Aufzeichnungsmedien für CGHs dienen räumliche Lichtmodulatoren, wie beispielsweise LCD (Liquid Crystal Display), LCoS (Liquid Crystal an 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.
Aus der US 5 172 251 A 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.
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.
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.
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.
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.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass ein anamorphotischer Aufbau der holographischen Projektionsvorrichtung vorgesehen ist, wobei die Vergrößerung in zwei senkrecht zueinander verlaufenden Richtungen unterschiedlich ist, wobei 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.
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.
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.
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.
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 A und deren Anordnung in der Projektionsvorrichtung vermeiden lassen.
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.
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.
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.
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.
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.
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 Betrachterfenster entsprechend der neuen Position der Augen nachgeführt werden.
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.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird weiterhin durch ein Verfahren zur holographischen Rekonstruktion von Szenen mit einer anamorphotischen Projektionsvorrichtung 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.
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.
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 Betrachterfenster 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.
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.
Die Figuren zeigen:
1 eine prinzipmäßige Darstellung einer zweidimensionalen Lichtmodulationseinrichtung in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Abtastung;
2a eine prinzipmäßige Darstellung eines erfindungsgemäßen Abtastsystems, die die Ausdehnungsrichtung der eindimensionalen Wellenfronten und die Lichtausbreitungsrichtung zeigt (kohärente Richtung);
2b eine prinzipmäßige Darstellung eines erfindungsgemäßen Abtastsystems, die die Richtung der Abtastung und die Lichtausbreitungsrichtung zeigt (nicht-kohärente Richtung);
3 einen Ausschnitt des erfindungsgemäßen Abtastsystems zur Darstellung einer Beleuchtung der Lichtmodulationseinrichtung mit mehreren Lichtquellen;
4a bis 4c jeweils einen Ausschnitt des erfindungsgemäßen Abtastsystems zur Darstellung der Abtastung der Lichtmodulationseinrichtung durch ein rotierendes Abtastelement;
5 eine Darstellung einer erfindungsgemäßen holographischen Projektionsvorrichtung mit dem Abtastsystem gemäß den 2a und 2b und einem Projektionssystem;
6a bis 6e jeweils einen Ausschnitt des Projektionssystems zur Darstellung einer Überlappung von zwei Lichtkanälen mit wenigstens einem Abbildungsmittel;
7 eine Darstellung der erfindungsgemäßen holographischen Projektionsvorrichtung mit einem Ablenkelement zur Nachführung eines virtuellen Betrachterfensters;
8 eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen holographischen Projektionsvorrichtung mit Trennung in Abtastsystem und Projektionssystem;
9a und 9b prinzipmäßige Darstellungen eines erfindungsgemäßen vereinfachten Abtastsystems in kohärenter und nicht-kohärenter Richtung;
10 eine perspektivische Ansicht der vereinfachten holographischen Projektionsvorrichtung gemäß den 9a und 9b;
11a und 11b prinzipmäßige Darstellungen einer erfindungsgemäßen sehr kompakten holographischen Projektionsvorrichtung in kohärenter und nicht-kohärenter Richtung;
12 eine perspektivische Ansicht der holographischen Projektionsvorrichtung gemäß den 11a und 11b;
13 eine prinzipmäßige Darstellung einer weiteren erfindungsgemäßen holographischen Projektionsvorrichtung für mehrere Betrachter;
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
15 eine perspektivische Ansicht der holographischen Projektionsvorrichtung gemäß den 14a und 14b.
Im nachfolgenden werden der Aufbau der erfindungsgemäßen holographischen Projektionsvorrichtung und die Rekonstruktion einer Szene, vorteilhafterweise einer dreidimensionalen Szene, beschrieben.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Für eine farbige Rekonstruktion der Szene kann ein Strahlteiler, beispielsweise zwischen der Ebene 12 und dem Abbildungsmittel 15 angeordnet sein.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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 Betrachterfenster 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.
Die oben beschriebene holographische Projektionsvorrichtung wurde nur für ein Auge eines Betrachters dargestellt und beschrieben. Es ist aber auch möglich, das Betrachterfenster 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.
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 Betrachterfenster 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.
In nicht-kohärenter Richtung gemäß 11b 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 Betrachterfenster 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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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'.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.

Claims

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, gekennzeichnet durch einen anamorphotischen Aufbau, wobei die Vergrößerung in zwei senkrecht zueinander verlaufenden Richtungen unterschiedlich ist, wobei die Lichtmodulationseinrichtung (3) und ein Abtastelement (5, 60) derart miteinander kombiniert sind, dass das von dem Abtastelement (5, 60) kommende Licht nacheinander eindimensionale Anordnungen der Modulationselemente (4) der zweidimensionalen Lichtmodulationseinrichtung (3) abtastet.
Holographische Projektionsvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Aufweisen wenigstens eines Abtastsystems (AS) und eines Projektionssystems (PS).
Holographische Projektionsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtastsystem (AS), welches wenigstens eine Lichtquelle (2), wenigstens eine Lichtmodulationseinrichtung (3), das Abtastelement (5, 60) und Abbildungselemente (6, 7, 8, 9, 9, 10, 61) aufweist, in Lichtrichtung vor dem Projektionssystem (PS) angeordnet ist.
Holographische Projektionsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Projektionssystem (PS) einen Bildschirm (14) und Abbildungsmittel (15, 22, 23, 29, 30) aufweist.
Holographische Projektionsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das von dem Abtastelement (5, 60) ausgehende Licht unter einem Winkel zu einer optischen Achse (OA) auf die Lichtmodulationseinrichtung (3) trifft, wobei der Abstand des Lichts zur optischen Achse (OA) bei der Abtastung der jeweiligen eindimensionalen Anordnungen der Modulationselemente (4) unterschiedliche Werte aufweist.
Holographische Projektionsvorrichtung nach Anspruch 1, 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtastelement (60) eine Rotationsachse (R) aufweist und derart rotierbar ist, dass ein Versetzen des auftreffenden Lichts nach Durchtritt durch das Abtastelement (60) parallel zu einer optischen Achse (OA) erfolgt.
Holographische Projektionsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwei parallel zueinander liegende Oberflächen (O1, O2) des Abtastelements (60) zur Abtastung der eindimensionalen Anordnung der Modulationselemente (4) der Lichtmodulationseinrichtung (3) im Strahlengang um einen steuerbaren Winkel geneigt angeordnet sind.
Holographische Projektionsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abbildungsmaßstab und eine Größe des Bildschirms (14) so gewählt sind, dass eine periodische Fortsetzung der Beugungsordnungen außerhalb des Bildschirms (14) liegt.
Holographische Projektionsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Positionserfassungssystem (20) zur Bestimmung von Augenpositionen wenigstens eines Betrachters in einer Betrachterebene (18) beim Beobachten der rekonstruierten Szene enthalten ist.
Holographische Projektionsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Nachführung wenigstens eines virtuellen Betrachterfensters (17, 17R, 17L, 31R, 31L, 32R, 32L) in der Betrachterebene (18) entsprechend einer Änderung einer Augenposition des Betrachters wenigstens ein Ablenkelement (21) enthalten ist.
Holographische Projektionsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für eine farbige Rekonstruktion einer Szene wenigstens ein Strahlteilerelement (25) enthalten ist.
Verfahren zur holographischen Rekonstruktion von Szenen mit einer anamorphotischen Projektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem wenigstens eine Lichtquelle wenigstens eine zweidimensionale Lichtmodulationseinrichtung mit Modulationselementen mit hinreichend kohärentem Licht beleuchtet, wobei die Lichtmodulationseinrichtung mit einem Abtastelement (5, 60) derart kombiniert wird, dass jeweils nur eindimensionale Anordnungen der Modulationselemente (4) der zweidimensionalen Lichtmodulationseinrichtung (3) nacheinander abgetastet werden.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eine Fourier-Transformierte (FT) des durch die Lichtmodulationseinrichtung (3) modulierten Lichts der Lichtquelle (2) pro eindimensionale Anordnung der Modulationselemente (4) auf ein als Bildschirm dienendes optisches Element (14) abgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Fourier-Transformierten (FT) der nacheinander abgetasteten eindimensionalen Anordnungen der Modulationselemente (4) auf dem optischen Element (14) an unterschiedlichen Positionen abgebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens das optische Element (14) eine mittels der Lichtmodulationseinrichtung (3) modulierte Wellenfront (WF) in ein virtuelles Betrachterfenster (17, 17R, 17L, 31R, 31L, 32R, 32L) abbildet.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtastelement (60) um eine Rotationsachse (R) rotiert, wodurch das zur Abtastung eingesetzte Licht parallel zu einer optischen Achse (OA) versetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Positionserfassungssystem (20) wenigstens eine Augenposition wenigstens eines Betrachters beim Beobachten der rekonstruierten Szene erfasst.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Ablenkelement (21) ein virtuelles Betrachterfenster (17, 17R, 17L, 31R, 31L, 32R, 32L) für wenigstens ein Betrachterauge des Betrachters nach Änderung einer Augenposition des Betrachters in einer Betrachterebene (18) nachführt.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine farbige Rekonstruktion der Szene simultan in den drei Grundfarben erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine farbige Rekonstruktion der Szene sequentiell in den drei Grundfarben erfolgt.