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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum transmissiven Auslesen von
mit Schreiblicht in einem optischen Medium erzeugten Hologrammen,
insbesondere von in einer optisch adressierbaren räumlichen
Lichtmodulationseinrichtung erzeugten Hologrammen, mit einer Beleuchtungseinrichtung
zum Aussenden von Licht, um insbesondere einem Betrachter hochauflösende,
insbesondere dreidimensionale Szenen darzustellen. Des Weiteren
betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum transmissiven Auslesen
von Hologrammen.
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Die
Holographie ermöglicht die Aufnahme und spätere
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 computer-generiertes Hologramm
(CGH) sein.
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Als
reversible Aufzeichnungsmedien für CGHs dienen Lichtmodulatoren,
wie beispielsweise LCD (Liquid Crystal Display), LCoS (Liquid Crystal
an Silicon), EASLM (Electrically Addressed Spatial Light Modulator),
OASLM (Optically Addressed Spatial Light Modulator), welche die
Phase und/oder die Amplitude von einfallendem Licht modulieren.
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In
Wiedergabeeinrichtungen bzw. Displays werden sehr oft elektrisch
adressierbare räumliche Lichtmodulatoren (EASLM) eingesetzt.
Ein EASLM kann dabei definiert werden als ein räumlicher
Lichtmodulator, der aus diskreten Elementen aufgebaut ist, die mit
einer elektrischen Schaltung verbunden sind und ebenfalls über
diese angesteuert werden. Jedoch weisen EASLMs zum Einsatz in holographischen Wiedergabeeinrichtungen
zur dreidimensionalen Darstellung erhebliche Nachteile auf, wie
beispielsweise die begrenzte Anzahl von Modulationselementen, auch
Pixel genannt; der geringe Füllfaktor und die daraus resultierende
relativ niedrige Auflösung.
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Damit
jedoch dem Betrachter eine große dreidimensionale Szene
dargeboten bzw. ein großer Betrachterbereich ermöglicht
werden kann, muss der EASLM eine große Anzahl von Modulationselementen
bzw. Pixeln aufweisen, die sehr nah aneinander angeordnet sind,
damit ein hoher Füllfaktor erreicht werden kann. Dies ist
allerdings in der Praxis nur mit hohem Aufwand erreichbar und mit überdurchschnittlich
hohen Kosten verbunden, so dass keine gute Wirtschaftlichkeit erzielbar
ist.
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Daher
wurde schon versucht, hierfür optisch adressierbare räumliche
Lichtmodulatoren (OASLM) einzusetzen. Ein OASLM ist ein Lichtmodulator,
mittels dem eine optisch steuerbare Änderung der Amplituden-
und/oder Phasentransparenz erzeugt werden kann. Dieser besitzt gegenüber
einem EASLM, insbesondere bei Anwendung in einer Wiedergabeeinrichtung,
erhebliche Vorteile. Der Hauptvorteil liegt in seinem analogen Verhalten
bzw. darin, dass er nicht pixeliert ist. Das bedeutet, dass keine
diskreten Pixel und daher kein Füllfaktor und kein Abtastintervall
vorhanden sind. Somit ist die Auflösung eines OASLMs wesentlich
höher als die eines EASLMs.
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Neuartige
OASLM-Technologien, beispielsweise farbdotierte OASLMs, erwarten
eine Auflösung von 300 lp/mm bis 1500 lp/mm und höher.
Mit einer derartig hohen Auflösung können holographisch hoch-qualitative
Rekonstruktionen bei im Vergleich zum bisherigen Stand der Technik
großen Betrachterbereichen erzeugt werden. Um jedoch einen
derartigen OASLM für die Darstellung von dreidimensionalen
zu rekonstruierenden Szenen zu verwenden, muss der OASLM mit einem
Hologramm mit entsprechend hoher Auflösung beschrieben
werden. Dazu ist bekannt, dass auf einem EASLM holographische Bilddaten
angezeigt werden, die über eine Mikrolinsenanordnung sequentiell
auf verschiedene Bereiche bzw. Segmente des OASLMs fokussiert werden und
somit dort ein Hologramm eingeschrieben wird (Active Tiling). Jedoch
wird durch Abbildung eines Hologramms auf den OASLM keine hohe Auflösung erreicht.
Um eine hohe Auflösung zu erzielen, ist es daher notwendig,
dass der OASLM Bereiche bzw. Segmente aufweist, die beispielsweise
nicht größer als 3 μm sind. Das Aufzeichnen
des Hologramms liefert außerdem mit Abtastsystemen bzw.
Ablenksystemen, wie Spiegel oder Prismen, bei entsprechender Segmentgröße
des OASLMs keine hochwertigen Resultate, so dass diese Lösungen
ebenfalls nachteilig sind. Außerdem sind die meisten bisher
existierenden Systeme nur für die gegenwärtige
OASLM-Technologie, die eine Auflösung von 30 lp/mm bis
100 lp/mm hervorbringt, einsetzbar.
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Ist
ein Einschreiben bzw. Aufzeichnen eines Hologramms in einem optischen
Medium erfolgt, muss zur holographischen Rekonstruktion das Hologramm
ausgelesen werden.
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Es
ist bekannt, dass die im OASLM aufgezeichneten holographischen Informationen
auf unterschiedliche Weise ausgelesen werden können. Das Ausleselicht
trifft auf den OASLM, so dass der Inhalt des OASLMs ausgelesen wird
und z. B. über eine Fourieroptik einem Betrachter dargestellt
wird. Erfolgt das Auslesen des OASLMs in Reflexion, trifft das Licht
auf der der Einschreiboberfläche gegenüberliegenden
Fläche des OASLMs auf. Der OASLM weist hierfür
eine Absorptionsschicht in Verbindung mit einem Spiegel auf, die
das auftreffende Licht am Durchlaufen durch den OASLM hindern. Wiedergabeeinrichtungen,
bei denen der OASLM in Reflexion ausgelesen wird, sind beispielsweise
aus der
US 6,753,990
B1 oder der
US
2005/0286117 A1 bekannt. Bei Auslesen des OASLMs in Reflexion
zur Darstellung einer dreidimensionalen Szene, Bildes oder Objektes
ist die dafür vorgesehene Wiedergabeeinrichtung in ihrer
Größe allerdings sehr ausgedehnt, wodurch diese
nur bedingt beispielsweise für holographische Projektionseinrichtungen
im Telekommunikationsbereich, Unterhaltungsbereich oder auch der
Medizintechnik geeignet ist.
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Wird
der OASLM in Transmission ausgelesen, wird das Licht von derselben
Seite auf den OASLM gerichtet wie das Licht, das zum Aufzeichnen bzw.
Einschreiben des Hologramms dient. Es besteht beim Auslesen des
OASLMs in Transmission aber das Problem, dass zum Aufzeichnen bzw.
Einschreiben eines Hologramms dienende Elemente das Auslesen des
Hologramms beeinträchtigen, d. h. das Ausleselicht in seinen
Eigenschaften derart beeinflussen, dass ein fehlerfreies Auslesen
des Hologramms aus dem OASLM nicht erreicht werden kann.
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Eine
Möglichkeit des Auslesens des Hologramms aus dem OASLM
in Transmission ist aus der
WO 2007/132230 A1 bekannt, die ein holographisches
Display mit einem OASLM beschreibt. Das Display ist dabei so aufgebaut,
dass das Licht, welches zum Aufzeichnen bzw. Einschreiben von holographischen
Informationen in den OASLM genutzt wird, unter einem Winkel auf
den OASLM auftrifft. Hierbei wird Licht einer die Grundfarbe Blau
aussendenden Lichtquelle verwendet. Zum Auslesen des OASLMs wird
Licht einer Rot aussendenden Lichtquelle benutzt, wobei diese Lichtquelle
derart angeordnet wird, dass das rote Licht mit nahezu dem gleichen
Einfallswinkel auftrifft wie das blaue Licht. Die beiden Lichtquellen
befinden sich aber an verschiedenen Orten in der Wiedergabeeinrichtung.
Auf diese Weise beeinflussen zwar zum Einschreiben des Hologramms
dienende optische Elemente nicht oder nahezu nicht das Ausleselicht,
jedoch ist eine kompakt aufgebaute Wiedergabeeinrichtung nicht möglich.
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Daher
ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und
ein Verfahren zum transmissiven Auslesen von Hologrammen aus einem
optischen Medium, insbesondere aus einer optisch adressierbaren
räumlichen Lichtmodulationseinrichtung, zu schaffen, mit
der zum Einschreiben eines Hologramms dienende optische Elemente
das Ausleselicht in seinen Eigenschaften nicht negativ beeinflussen
und eine kompakte Vorrichtung erzielt werden kann.
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Die
Aufgabe wird hinsichtlich der Vorrichtung mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 und hinsichtlich des Verfahrens mit den Merkmalen des
Anspruchs 19 gelöst.
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Erfindungsgemäß wird
die Aufgabe hinsichtlich der Vorrichtung dadurch gelöst,
dass ein optisches System zum Richten des Lichts von der Beleuchtungseinrichtung
auf das optische Medium im Strahlengang des Schreiblichts angeordnet
ist.
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Um
den Anforderungen des heutigen Marktes insbesondere auf dem Gebiet
der holographischen dreidimensionalen Darstellungen gerecht zu werden,
ist es notwendig, speziell in raumbegrenzten Einrichtungen, wie
z. B. im Telekommunikationsbereich, Vorrichtungen, in denen ein
hochauflösendes optisches Medium, insbesondere eine optisch
adressierbare räumliche Lichtmodulationseinrichtung (OASLM),
vorgesehen ist, in ihrer Ausdehnung kompakt auszugestalten. Diese
Anforderung wird mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
abgedeckt. Denn die erfindungsgemäße Vorrichtung
zum Auslesen von Hologrammen aus dem optischen Medium weist ein
optisches System auf, das es ermöglicht, das optische Medium
in Transmission auszulesen, wodurch Lichtquellen und eventuelle
optische Elemente zum Auslesen eines Hologramms bei einem reflektiv
ausgebildeten optischen Medium im Bereich des Rekonstruktionsraums
bzw. auf der der einschreibenden Seite gegenüberliegenden
Seite des optischen Mediums entfallen, so dass ein kompakter Aufbau
der Vorrichtung und damit ein kompakter Aufbau der gesamten Wiedergabeeinrichtung
erzielt werden kann.
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Das
optische System ist dabei im Schreibstrahlengang bzw. im Strahlengang
des Schreiblichts derart zum optischen Medium angeordnet, dass zum Aufzeichnen
bzw. Einschreiben des Hologramms bzw. der holographischen Informationen
in das optische Medium verwendete optische Elemente das Ausleselicht
nicht negativ in seinen Eigenschaften beeinflussen, so dass das
Hologramm vollständig und mit hoher Genauigkeit aus dem
optischen Medium ausgelesen werden kann. Es ist auch selbstverständlich,
dass das zum Auslesen des Hologramms vorgesehene optische System
das Schreiblicht zum Aufzeichnen des Hologramms bzw. der holographischen
Informationen nicht negativ in seinem Verlauf beeinträchtigt,
so dass das Hologramm mit hoher Auflösung in die vorzugsweise
optisch adressierbare räumliche Lichtmodulationseinrichtung
als optisches Medium vorteilhafterweise in entsprechenden Bereichen
bzw. Segmenten eingeschrieben werden kann.
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Das
optische System ist bei gleichzeitigem Aufzeichnen eines Hologramms
auf das optische Medium lichtdurchlässig ausgestaltet.
Für den Fall, dass ein optisches Medium mit einem fest
eingeschriebenen Hologramm auszulesen ist, könnte das optische
System jedoch auch nur teilweise lichtdurchlässig oder
sogar lichtundurchlässig sein.
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Mit
der erfindungsgemäßen Vorrichtung können
insbesondere heutige auf dem Markt vorhandene bzw. angebotene OASLMs
aber auch in naher Zukunft folgende OASLMs, wie beispielsweise farbdotierte
OASLMs, ausgelesen werden.
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Besonders
vorteilhaft kann sein, wenn die Beleuchtungseinrichtung zum Aussenden
eines Ausleselichts mit einer zum Schreiblicht unterschiedlichen
Wellenlänge und/oder Polarisationszustand vorgesehen ist,
so dass sich das Schreiblicht und das Leselicht nicht gegenseitig
beeinflussen.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann dabei vorgesehen
sein, dass das optische System Mikrolinsen aufweist, wobei die Mikrolinsen
Gesichtsfelder aufweisen, die den Bereichen des optischen Mediums
entsprechen, in denen holographische Informationen eingeschrieben
sind. Eine Mikrolinse im Sinne der Erfindung ist eine Linse, deren
Durchmesser hauptsächlich im Millimeter-Bereich liegt,
insbesondere ≤ 1 mm ist. Die Mikrolinsen dienen dabei insbesondere
zur Lichtstrahlführung, so dass das gesamte optische Medium
gleichmäßig und vollständig beleuchtet
werden kann. Denn nur dadurch kann die holographische Information
vollständig und präzise ausgelesen werden.
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Weiterhin
vorteilhaft kann sein, wenn die Beleuchtungseinrichtung eine Lichtquellenanordnung aufweist,
die in Lichtrichtung vor den Mikrolinsen angeordnet ist. Die Anzahl
der Lichtquellen entspricht dabei der Anzahl von Mikrolinsen, so
dass jeder Mikrolinse eine Lichtquelle zugeordnet ist. Von besonderem
Vorteil ist es, wenn die Lichtquellen in der objektseitigen Brennebene
der Mikrolinsen angeordnet sind. Denn dadurch wird erreicht, dass
die Mikrolinsen als Kollimator dienen und so kollimiertes Licht
auf das optische Medium auftrifft. Auf diese Weise wird das optische
Medium gleichmäßig vollflächig beleuchtet.
Eine ausgedehnte Vorrichtung, beispielsweise wenn das optische Medium
auf der der hologrammeinschreibenden Seite gegenüberliegenden Seite
zum Auslesen beleuchtet wird, kann durch eine derartig ausgebildete
Vorrichtung besonders vermieden werden.
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Besonders
vorteilhaft kann dabei sein, wenn die Lichtquellen des Leselichts
wenigstens teilweise transmissiv ausgebildet sind. Das bedeutet,
dass die Lichtquellen teilweise transparent, vollständig
transparent oder auch wenigstens das Substrat der Lichtquellen teilweise
oder vollständig transparent ist. Mittels einer derartigen
Ausbildung der Lichtquellen ist es möglich, ein gleichzeitiges
Aufzeichnen und Auslesen von Hologrammen in/aus dem optischen Medium
zu erreichen, wodurch z. B. eine Echtzeitdarstellung von vorteilhafterweise
bewegten dreidimensionalen Szenen realisiert werden kann. So können
die Lichtquellen bereits beim Aufzeichnen des Hologramms auf das
optische Medium im Strahlengang angeordnet sein, ohne einen Einfluss
auf das auf die Mikrolinsen auftreffende Licht zu nehmen. Als Lichtquellen
können dabei organische Leuchtdioden (OLED) eingesetzt
werden, da diese ein transparentes Substrat aufweisen bzw. für
definierte Wellenlängen des Lichts transparent sind, wobei
selbstverständlich auch andere Lichtquellen verwendet werden
können, vorausgesetzt sie sind wenigstens annähernd
transparent.
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Eine
weitere Möglichkeit des Auslesens des Hologramms von der
gleichen Seite, wie es eingeschrieben wird, kann darin bestehen,
dass die Mikrolinsen als polarisationsabhängige Mikrolinsen
ausgebildet sind und eine derartige Doppelbrechung aufweisen, dass
Licht einer ersten Polarisationskomponente in seiner Wellenfront
beeinflussbar und Licht einer zweiten Polarisationskomponente in
seiner Wellenfront nicht beeinflussbar ist. Mit einer derartig ausgestalteten
erfindungsgemäßen Vorrichtung kann ohne zusätzliche
Elemente zum Auslesen des Hologramms das Hologramm auf das optische
Medium aufgezeichnet und gleichzeitig auch wieder ausgelesen werden.
Das bedeutet, dass orthogonal polarisiertes Licht zum Aufzeichnen
und Auslesen des Hologramms verwendet wird. Allerdings müssen
sich die verwendeten Wellenlängen unterscheiden, was die
Verwendung von beispielsweise zwei Lichtquellen und/oder zwei Beleuchtungseinrichtungen
bedingt. Die zum Auslesen des Hologramms eingesetzte(n) Lichtquelle(n)
kann(können) beispielsweise in der Beleuchtungseinrichtung
vorgesehen sein, die zum Aufzeichnen des Hologramms verwendet wird. Auch
auf diese Weise kann das optische Medium zum Auslesen des Hologramms
beleuchtet werden, wodurch diese Vorrichtung speziell in stark raumbegrenzten
Einrichtungen Anwendung finden kann.
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Eine
dritte Möglichkeit des Auslesens eines Hologramms aus dem
optischen Medium kann vorteilhaft darin gesehen werden, dass das
optische System wenigstens ein Ausleselicht ablenkendes Element,
insbesondere ein Strahlteilerelement, zum Führen des Ausleselichts
von der Beleuchtungseinrichtung auf das optische Medium aufweist,
so dass das Licht über das ablenkende Element, z. B ein Strahlteilerelement,
in Richtung optisches Medium zum Beleuchten dieses gelenkt wird.
Auf diese Weise wird ebenfalls eine Schräganordnung der
Beleuchtungseinrichtung zu dem optischen Medium, wie z. B. aus der
WO 2007/132230 A1 bekannt,
vermieden, wodurch die Beleuchtungseinrichtung zum Auslesen platzsparend
angeordnet werden kann.
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Eine
alternative Möglichkeit dazu kann darin bestehen, dass
mehrere vor einzelnen Bereichen des optischen Mediums angeordnete
Strahlteilerelemente so angeordnet sind, dass nicht abgelenktes Lichts
des vorherigen Strahlteilerelements auf das nächste Strahlteilerelement
auftrifft. Jeweils ein Strahlteilerelement der Anordnung von Strahlteilerelementen
ist somit wenigstens einem Bereich bzw. Segment des optischen Mediums
zugeordnet. Um dabei Lichtverluste zu minimieren bzw. zu vermeiden,
können die Strahlteilerelemente als polarisationsempfindliche
Strahlteilerelemente ausgeführt sein.
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Bei
dieser Möglichkeit des Führen des Lichts auf das
optische Medium ist es vorteilhaft, wenn die Strahlteilerelemente
mit einem derartig unterschiedlichen Teilungsverhältnis
ausgebildet sind, dass das auf die einzelnen Bereiche des optischen
Mediums auftreffende Licht die gleiche Intensität aufweist.
Dadurch kann sichergestellt werden, dass auf allen Bereichen bzw.
Segmenten des optischen Mediums die gleiche Lichtintensität
vorliegt und die Bereiche gleichmäßig beleuchtet
werden, so dass beim Auslesen des Hologramms keine Information verloren geht.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann ferner vorgesehen
sein, dass die Beleuchtungseinrichtung eine Lichtquelle in Verbindung mit
einem Shutter aufweist, mit welchem die Beleuchtung auf dem optischen
Medium steuerbar ist. Dadurch kann durch Aufschalten des insbesondere
ferroelektrischen Shutters die Beleuchtung des optischen Mediums,
insbesondere der Bereiche bzw. Segmente des optischen Mediums, entsprechend der
geforderten Information bezüglich des Hologramms gesteuert
werden, so dass je nach eingeschriebener Information die dafür
erforderlichen Bereiche des optischen Mediums, insbesondere des OASLMs,
beleuchtet werden.
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Alternativ
kann anstatt einer Lichtquelle in Verbindung mit einem Shutter auch
vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Beleuchtungseinrichtung eine Vielzahl
von Lichtquellen aufweist, wobei das optische Medium je nach Ansteuerung
von einzelnen Lichtquellen belichtbar ist. Sind mehrere Lichtquellen in
der Beleuchtungseinrichtung vorgesehen, so können die einzelnen
Bereiche bzw. Segmente des optischen Mediums durch Schalten der
Lichtquellen entsprechend der geforderten Information beleuchtet werden.
Ein Shutter ist somit nicht mehr notwendig, da die Lichtquellen
diese Funktion übernehmen.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird weiterhin durch ein Verfahren zum transmissiven
Auslesen von mit Schreiblicht in einem optischen Medium erzeugten
Hologrammen, insbesondere von in einer optisch adressierbaren räumlichen
Lichtmodulationseinrichtung erzeugten Hologrammen, wobei Ausleselicht von
einer Beleuchtungseinrichtung auf das optische Medium geführt
wird, gelöst, wobei das Ausleselicht über ein
im Strahlengang des Schreiblichts angeordnetes optisches System
auf das optische Medium gesandt wird, wobei der Auslesestrahlengang
dem Schreibstrahlengang wenigstens teilweise überlagert wird.
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Auf
diese Weise wird aus dem optischen Medium, bevorzugt eine optisch
adressierbare räumliche Lichtmodulationseinrichtung (OASLM),
ein Hologramm in Transmission ausgelesen, wobei das optische System
das auftreffende Licht in seinen Eigenschaften so beeinflusst, dass
ein Auslesen ohne Verlust an Informationen erfolgen kann. Das Einschreiben
und Auslesen des Hologramms erfolgt dabei vorteilhafterweise in
Echtzeit. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens
und insbesondere durch das wenigstens teilweise Überlagern
des Auslesestrahlengangs mit dem Schreibstrahlengang lassen sich
somit Hologramme einfach und schnell auch in raumbegrenzten Einrichtungen
in Transmission aus hochauflösenden optischen Medien mit
vorteilhafterweise einer potentiellen Informationsdichte von 300–1500 lp/mm
und höher auslesen.
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Zur
Aufzeichnung eines Hologramms auf das optische Medium wird vorteilhaft
nicht-kohärentes Licht und zum Auslesen des Hologramms
hinreichend kohärentes Licht bzw. in ausreichend großen Bereichen
kohärentes Licht eingesetzt. Dabei ist es wichtig, dass
sich die Wellenlängen unterscheiden.
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Weitere
Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen.
Im nachfolgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren näher
beschriebenen Ausführungsbeispiele prinzipmäßig
erläutert.
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Die
Figuren zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Auslesen von
Hologrammen aus einem optischen Medium, in Seitenansicht;
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2 eine
schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Verbindung
mit dem Einschreiben eines Hologramms in das optische Medium, in
Seitenansicht;
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3 eine
schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Verbindung
mit dem Einschreiben eines Hologramms in das optische Medium, in
Seitenansicht; und
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4 eine
schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Verbindung
mit dem Einschreiben eines Hologramms in das optische Medium, in
Seitenansicht.
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Nachfolgend
werden der Aufbau und die Funktionsweise einer Vorrichtung zum Auslesen
eines Hologramms aus einem optischen Medium beschrieben. Dazu wird
als optisches Medium von einer optisch adressierbaren räumlichen
Lichtmodulationseinrichtung, nachfolgend als OASLM bezeichnet, ausgegangen, aus
der in Transmission ein Hologramm ausgelesen wird. Der OASLM kann
dabei ein bereits aus dem Stand der Technik bekannter OASLM sein,
beinhaltend auch ein farbdotierter OASLM, der für ein Auslesen
des Hologramms in Transmission geeignet ist. Derartige OASLMs weisen
in der Regel unter anderem eine photosensitive Schicht und wellenlängenselektive
Schichten auf. Zusätzliche Schichten, wie beispielsweise
Glasschichten, können ebenfalls vorhanden sein. Der Aufbau
eines solchen OASLMs ist allgemein bekannt und soll hier nicht weiter
aufgeführt werden. Selbstverständlich können
auch andere hochauflösende reversible optische Medien anstelle
des OASLMs eingesetzt werden.
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In 1 ist
eine erste Ausführungsform des prinzipiellen Aufbaus einer
Vorrichtung 1 dargestellt, wobei die Vorrichtung 1 sehr
vereinfacht in Seitenansicht gezeigt ist. Zum Auslesen eines Hologramms aus
dem OASLM 2 in Transmission weist die Vorrichtung 1 eine
Beleuchtungseinrichtung 3 auf, die in 1 eine
Lichtquelle 4 vorsieht, die hinreichend kohärentes
Licht aussendet. Als Lichtquelle kann beispielsweise ein Laser oder
auch eine Leuchtdiode verwendet werden. Zur Aufweitung und Kollimation des
von der Lichtquelle 4 ausgesandten Lichts ist ein optisches
Element 5 in Lichtrichtung nach der Lichtquelle 4 vorgesehen.
Dieses optische Element 5 kann dabei in die Beleuchtungseinrichtung 3 integriert
sein, was jedoch nicht Bedingung ist. Das hinreichend kollimierte
Licht bzw. die hinreichend kollimierten Lichtstrahlen werden dann
zum Auslesen eines im OASLM 2 gespeicherten Hologramms über ein
optisches System 6 auf den OASLM 2 geführt. Das
optische System 6 weist ein Ausleselicht ablenkendes Element 7,
in diesem Ausführungsbeispiel ein Strahlteilerelement,
auf. Das Strahlteilerelement 7 erstreckt sich dabei über
die gesamte Ausdehnung des OASLMs 2. Eine derartige Ausführung
der Vorrichtung 1 kann beispielsweise verwendet werden, wenn
das Hologramm zeitlich unabhängig von dem Einschreiben
aus dem OASLM 2 ausgelesen wird. Dies kann z. B. sein,
wenn eine statische vorteilhafterweise dreidimensionale Szene dargestellt
werden soll oder ein fest mit einem Hologramm erworbenes optisches
Medium ausgelesen werden soll. Hier kann dann nach dem Einschreiben
des Hologramms in den OASLM 2 das Strahlteilerelement 7 in
den Schreibstrahlengang eingeschwenkt bzw. eingebracht werden.
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Es
ist jedoch selbstverständlich auch möglich, dass
das Strahlteilerelement 7 bereits beim Einschreiben bzw.
Aufzeichnen des Hologramms im Schreibstrahlengang angeordnet ist.
Auf diese Weise sind zusätzliche Einrichtungen zum Einschwenken des
Strahlteilerelements 7 nicht notwendig, wodurch der Gesamtaufbau
der Vorrichtung kompakter wird. Das Strahlteilerelement 7 ist
dabei so ausgeführt, dass es das zum Einschreiben verwendete
Licht in seinen Eigenschaften nicht beeinflusst. Dadurch ist ein
Einschreiben und Auslesen eines Hologramms in bzw. aus dem OASLM 2 in
Echtzeit möglich. Somit können bevorzugt bewegte
dreidimensionale Szenen holographisch erzeugt und einem oder mehreren
Betrachtern dargestellt werden.
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Die
holographische Rekonstruktion einer Szene kann mittels einer Feldlinse 8,
hier als Fourierlinse ausgebildet, erfolgen, die in Lichtrichtung
nach dem OASLM 2 angeordnet ist. Das Ausleselicht wird bei
dem Rekonstruktionsvorgang auf den OASLM 2 geführt,
so dass das Licht durch das Hologramm moduliert und somit das Hologramm
ausgelesen wird. Das Licht trifft dann nach seiner Modulation auf
die Fourierlinse 8, die in ihrer bildseitigen Brennebene die
Fouriertransformierte erzeugt. Es ist auch möglich, die
Eigenschaften der Fourierlinse 8 in den OASLM 2 zu
kodieren, wenn dieser eine dafür entsprechend hohe Auflösung
aufweist. In diesem Fall ist das Vorsehen einer Fourierlinse in
Lichtrichtung nach dem OASLM 2 nicht notwendig.
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Eine
alternative Ausführungsform zeigt die Vorrichtung 100 zum
Auslesen eines Hologramms aus dem OASLM 2 der 2,
wobei die 2 auch das Einschreiben des
Hologramms in den OASLM 2 darstellt, wobei die Gesamtvorrichtung
mit dem Bezugszeichen 200 versehen ist. Dabei weisen gleiche Teile
aus 1 auch die gleichen Bezugszeichen auf. Im nachfolgenden
wird zuerst Bezug auf das direkte Einschreiben des Hologramms in
den OASLM 2 genommen.
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Zum
Einschreiben eines Hologramms wird eine Beleuchtungseinrichtung 9 vorgesehen,
die wenigstens eine Lichtquelle 10 aufweist. In Lichtrichtung ist
nach der Lichtquelle 10 wenigstens ein optisches Element 11 angeordnet,
das zur Kollimation des von der Lichtquelle 10 ausgesandten
Lichts dient. Dieses optische Element 11 kann dabei in
die Beleuchtungseinrichtung 9 integriert sein, was jedoch
nicht Bedingung ist. Das kollimierte Licht wird dann auf eine vorteilhaft
zweidimensional ausgeführte Bildquelle 12 gerichtet,
wobei die Bildquelle 12 selbstverständlich auch
eindimensional ausgebildet sein kann. Die Bildquelle 12 weist
hier mehrere Modulationselemente 13 in Form von Mikrospiegeln
auf, die zur Modulation des auftreffenden Lichts mittels einer Steuereinrichtung 14 angesteuert
werden. Je nach gefordertem auf den OASLM 2 aufzuzeichnenden
bzw. einzuschreibenden Hologramm können die Modulationselemente 13 der
Bildquelle 12 entsprechend gekippt und/oder axial verschoben
werden. Neben einer Anordnung von Mikrospiegeln als Bildquelle 12 kann auch
eine Anordnung von variablen Prismen, deren Prismenwinkel steuerbar
ist, oder ein deformierbarer Membranspiegel vorgesehen sein.
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Das
von der Lichtquelle 10 ausgesandte Licht wird dabei über
eine Anordnung von mehreren Strahlteilerelementen 15 im
Strahlengang auf die Modulationselemente 13 der Bildquelle 12 geführt,
so dass jeweils ein Strahlteilerelement wenigstens einem Modulationselement 13 zugeordnet
ist. Das heißt, jedem Modulationselement 13 der
Bildquelle 12 ist ein Strahlteilerelement zugeordnet oder
nur jeder eindimensionalen Anordnung von Modulationselementen 13 der
Bildquelle 12. Aus letzterem folgt, dass das Strahlteilerelement
nicht beispielsweise als Strahlteilerwürfel ausgebildet
ist, sondern als Strahlteilerstab. Die einzelnen Strahlteilerstäbe
bzw. Strahlteilerwürfel können dabei horizontal übereinander
und/oder vertikal nebeneinander angeordnet sein, je nach Anordnung
der Beleuchtungseinrichtung 9. Auf diese Weise erstreckt
sich dann ein Strahlteilerstab über eine ganze Spalte oder
Zeile von Modulationselementen 13. Auch kleinere Strahlteilerstäbe,
die sich nur jeweils über eine bestimmte Anzahl von Modulationselementen 13 erstrecken,
sind denkbar. Damit alle Modulationselemente 13 der Bildquelle 12 gleichmäßig
mit Licht gleicher Intensität und somit ohne Lichtverlust
beleuchtet werden, muss beachtet werden, dass die Strahlteilerelemente
ein dafür vorgesehenes entsprechend unterschiedliches Teilungsverhältnis
aufweisen. Sind die Strahlteilerelemente als Strahlteilerstäbe
ausgebildet und horizontal übereinander angeordnet, so
ist es ausreichend, wenn eine Lichtquelle 10 zum Beleuchten
der Modulationselemente 13 vorgesehen ist. Sind die Strahlteilerelemente
jedoch als Strahlteilerwürfel oder als vertikal nebeneinander
angeordnete Strahlteilerstäbe ausgebildet, so ist vorgesehen, dass
jede Spalte oder Zeile, je nach Anordnung der Beleuchtungseinrichtung 9 dazu,
von einer Lichtquelle 10 beleuchtet wird. Somit sind bei
Beleuchtung einer zweidimensional ausgeführten Bildquelle 12 eine Vielzahl
von Lichtquellen 10 vorzusehen.
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Anstatt
einer Anordnung von mehreren Strahlteilerelementen 15 kann
das Licht auch über ein sich über die gesamte
Bildquelle 12 erstreckendes Strahlteilerelement auf die
Modulationselemente 13 gelenkt bzw. geführt werden,
wodurch die gesamte Vorrichtung 200 kompakter ausgestaltet
werden kann.
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Das
Licht der Lichtquelle(n) 10 wird mittels des(r) optischen
Elements(e) 11 hinreichend kollimiert und trifft dann auf
die dem(n) optischen Element(en) 11 zugewandte Zeile von
mehreren Strahlteilerelementen bzw. Strahlteilerwürfeln
oder auf einen Strahlteilerstab der Anordnung 15, die das Licht
auf die Bildquelle 12 führen.
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Nach
der Modulation des Lichts wird dieses in Richtung einer Anordnung
von Mikrolinsen bzw. Mikroobjektiven 32 reflektiert, wobei
das Licht kollimiert auf die einzelnen Mikrolinsen 32 auftrifft.
Vorteilhaft entspricht die Anzahl der Mikrolinsen 32 der Anzahl
der Modulationselemente 13 der Bildquelle 12.
Die Mikrolinsen 32 sind dabei in einem Abstand zu dem OASLM 2 angeordnet,
so dass die bildseitigen Brennpunkte der einzelnen Mikrolinsen 32 auf dem
OASLM 2 liegen. Auf diese Weise kann das von jedem Modulationselement 13 modulierte
und reflektierte Licht mittels der entsprechenden Mikrolinse 32 auf
den OASLM 2 fokussiert werden, wodurch die holographische
Information bzw. das Hologramm direkt eingeschrieben werden kann.
Da jede Mikrolinse bzw. Mikroobjektiv 32 ein gewisses Gesichtsfeld
aufweist, kann über das Verkippen des entsprechenden Modulationselements 13 der
Einschreibbereich der holographischen Information in den OASLM 2 durch das
Gesichtsfeld definiert werden. Das bedeutet, jede Mikrolinse 32 kann
den je nach Kippung des Modulationselements 13 auftreffenden
Lichtstrahl nur in einem durch das Gesichtsfeld vordefinierten Bereich bzw.
Segment auf den OASLM 2 fokussieren. Dieses Prinzip wird
als Winkel-zu-Linear-Umsetzung bezeichnet. Beispielsweise wird ein
erster Lichtstrahl mit einem bestimmten Winkel reflektiert und dann durch
eine Mikrolinse 16a (hier wäre es die Mikrolinse 32)
unterhalb der optischen Achse der Mikrolinse 16a in der
Brennebene fokussiert, wie anhand der 3 ersichtlich
ist. Ein zweiter Lichtstrahl wird in eine andere Richtung reflektiert,
so dass eine Mikrolinse 16b diesen oberhalb der optischen
Achse in die Brennebene fokussiert. Ein dritter parallel zur optischen
Achse auf eine Mikrolinse 16c auftreffender Lichtstrahl
wird dabei durch diese auf die optische Achse in ihren Brennpunkt
fokussiert. Somit bewegt sich der Brennpunkt in einem vorbestimmten
Bereich auf dem OASLM 2 beim Einschreiben der holographischen
Information hin und her. Dies wiederum erbringt den Vorteil, dass
bei Einsatz von Mikrolinsen 32 (bzw. 16 gemäß 3)
mit größerem Gesichtsfeld die Anzahl der erforderlichen
Modulationselemente 13 der Bildquelle 12 geringer
sein kann als bei Mikrolinsen 32 (bzw. 16) mit
kleinem Gesichtsfeld. Denn mit einer Mikrolinse 32 mit
einem größeren Gesichtsfeld ist auch somit ein
größerer Bereich auf dem OASLM 2 abdeckbar.
Je höher die Auflösung der verwendeten Optik zum
Einschreiben des Hologramms sein muss, desto kleiner ist auch ihr
Gesichtsfeld. Es kann jedoch immer vorteilhaft eine niedrigauflösende Bildquelle 12 zum
Aufzeichnen eines hochauflösenden Hologramms in den OASLM 2 verwendet
werden.
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Zum
Einschreiben des Hologramms in den OASLM 2 sendet die dargestellte
Lichtquelle 10 Licht aus, das nach der Modulation an der
Bildquelle 12 auf die Mikrolinsen 32 trifft, wobei
der Schreibstrahlengang in 2 nicht
dargestellt und nur in 3 angedeutet ist. Damit Licht,
wenn gefordert, nur auf gewünschte Mikrolinsen 32 trifft,
kann ein Shutter 17, beispielsweise ein ferroelektrischer
Shutter, vorteilhaft in Lichtrichtung vor den Mikrolinsen 32 angeordnet
sein, hier zwischen den Strahlteilerelementen und den Mikrolinsen 32.
Der Shutter 17 wird je nach geforderter holographischer
Information aufgeschaltet. Mit einem Einstellungsmuster der Modulationselemente 13 wird
nur ein kleiner Bereich im OASLM 2 beschrieben. Damit ein
vollständiges Hologramm erzeugt werden kann, müssen
die Modulationselemente 13 mehrfach angesteuert werden,
so dass der OASLM 2 vollständig mit holographischer
Information beschrieben werden kann. Ist nur der dem Gesichtsfeld
einer Mikrolinse 32 entsprechende Bereich vollständig beschrieben,
so kann dieser Bereich z. B. ein Subhologramm sein. Es kann selbstverständlich auch
möglich sein, dass in einem dem Gesichtsfeld einer Mikrolinse 32 entsprechenden
Bereich ein vollständiges Hologramm eingeschrieben ist.
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Das
Auslesen erfolgt in 2 ebenfalls von der gleichen
Seite des OALSMs 2 aus wie das Einschreiben bzw. Aufzeichnen
des Hologramms. Das Problem bei dieser Vorrichtung 200 liegt
darin, dass es nahezu unmöglich ist, den OASLM 2 mit
kollimierten Licht vollflächig mittels der Beleuchtungseinrichtung 9 zu
beleuchten, da dieses Licht zwar kollimiert ist, aber die Mikrolinsen 32 passieren
muss. Die Mikrolinsen 32 würden demnach dieses
Licht fokussieren, so dass der OASLM 2 nicht flächig
beleuchtet wird. Auch auf die Mikrolinsen 32 konvergierende Lichtstrahlen
würden beim Auftreffen nur einen kleinen Öffnungsdurchmesser
definieren, so dass der auf dem OASLM 2 beleuchtete Bereich
ebenfalls klein ist. Um derartige Nachteile zu umgehen, ist zum Auslesen
des Hologramms die Vorrichtung 100 vorgesehen, die in diesem
Ausführungsbeispiel den OASLM 2, das optische
System 6 und die Feldlinse 8 aufweist. Das optische
System 6 ist zwischen den Mikrolinsen 32 und dem
OASLM 2 angeordnet und weist mehrere Strahlteilerelemente 18 auf,
die eine Anordnung bilden. Jedem Bereich bzw. Segment auf dem OASLM 2,
der über das Gesichtsfeld einer Mikrolinse 32 definiert
wird, ist dabei ein Strahlteilerelement 18 zugeordnet,
damit diese Bereiche bzw. Segmente des OASLMs 2 auch vollflächig
zum Auslesen des Hologramms beleuchtet werden können. Das
bedeutet auch hier wieder, dass die einzelnen Strahlteilerelemente 18 horizontal übereinander
und vertikal nebeneinander angeordnet sind, gemäß dem
gesagten zu der Anordnung von Strahlteilerelementen 15 zur
Beleuchtung der Bildquelle 12. Jede Spalte oder Zeile der
Anordnung von Strahlteilerelementen 18 wird von der Beleuchtungseinrichtung 3 beleuchtet. Das
bedeutet, dass jede Zeile oder Spalte der Strahlteilerelemente 18 von
einer Lichtquelle 4, die vorteilhaft als Laser oder Leuchtdiode
ausgebildet sein kann und hinreichend kohärentes Licht
aussendet, beleuchtet wird, so dass nicht abgelenktes Licht des
vorherigen Strahlteilerelements 18 auf das nächste
Strahlteilerelement 18 auftrifft. Dieser Lichtquelle 4 ist
auch hier ein optisches Element 5 zur Aufweitung bzw. Kollimation
des Lichts zugeordnet. Damit nahezu keine Lichtverluste beim Hindurchtreten von
Licht durch die einzelnen Strahlteilerelemente 18 auftreten,
sollten auch hier die einzelnen Strahlteilerelemente 18 ein
entsprechend unterschiedliches Teilungsverhältnis aufweisen.
Das Teilungsverhältnis erhöht sich, je größer
der Abstand des Strahlteilerelements 18 von der Lichtquelle 10 ist.
Hier wird beim Aufzeichnen bzw. Einschreiben und beim Auslesen des
Hologramms Licht unterschiedlicher Wellenlängen verwendet.
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Da
außerdem das optische System 6 und daher die Strahlteilerelemente 18 bereits
beim Aufzeichnen des Hologramms im Schreibstrahlengang der Vorrichtung 200 angeordnet
sind, dürfen diese beim Aufzeichnen das von den Mikrolinsen 32 auf den
OASLM 2 fokussierte Licht nicht negativ beeinflussen. Daher
kann das optische System 6 auch vorteilhaft polarisationsempfindliche
Strahlteilerelemente aufweisen, die anstatt der Strahlteilerelemente 18 zwischen
den Mikrolinsen 32 und dem OASLM 2 angeordnet
sind. Ein derartiges Strahlteilerelement weist allgemein ausgedrückt
zwei Prismen auf, die für horizontal und vertikal polarisiertes
Licht unterschiedliche Brechungsindizes aufweisen. Das bedeutet,
dass Licht der einen Polarisationsrichtung durchgelassen und Licht
der anderen Polarisationsrichtung gebrochen wird. Auf diese Weise
kann erreicht werden, dass das von den Modulationselementen 13 der
Bildquelle 12 reflektierte Licht in seiner Richtung durch
die Strahlteilerelemente nicht beeinflusst wird und das von der
Lichtquelle 4 über das optische Element 5 auf
die polarisierenden Strahlteilerelemente geführte Licht
zu dem OASLM 2 hin reflektiert wird. Beispielsweise kann
ein Prisma einen höheren Brechungsindex für die
horizontale Polarisationsrichtung aufweisen, so dass dieser Lichtstrahl totale
interne Reflexion erfährt und das Strahlteilerelement auf
einem anderen Weg verlässt als der vertikal polarisierte
Lichtstrahl. Zusätzlich können die Wellenlängen
zum Einschreiben und zum Auslesen unterschiedlich sein. Wie aus 2 ersichtlich
ist, überlagert der Auslesestrahlengang den Schreibstrahlengang
teilweise und zwar in Bereichen nach den Mikrolinsen 32.
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Eine
alternative Möglichkeit des Auslesens des Hologramms in
Transmission zeigt die Vorrichtung 201 der 3,
wobei diese Vorrichtung 201 die Vorrichtung 101 zum
Auslesen des Hologramms beinhaltet und gleichzeitig das Einschreiben
des Hologramms in den OASLM 2 darstellt. Dabei weisen auch
hier wieder aus 1 oder 2 bekannte
Teile die gleichen Bezugszeichen auf. Zuerst wird nur kurz auf das
Einschreiben des Hologramms eingegangen. Die Beleuchtungseinrichtung 9 weist
hier nur eine Lichtquelle 10 auf, die vorteilhaft als Leuchtdiode
ausgebildet sein kann. Dieser Lichtquelle 10 ist auch hier
wieder ein optisches Element 11 zur Aufweitung bzw. Kollimation
des Lichts zugeordnet. Damit auch nur, wenn gefordert, auf bestimmte
Modulationselemente 13 der Bildquelle 12 Licht
auftrifft, ist in Lichtrichtung nach dem optischen Element 11 der Shutter 17 angeordnet,
der je nach zu aktivierenden Modulationselement 13 aufgeschaltet
wird. Mit anderen Worten, wenn Licht nicht auf alle Modulationselemente 13 treffen
soll, wird der Shutter 17 so gesteuert und geschaltet,
dass nur einige Shutteröffnungen Licht durchlassen, so
dass Licht auch nur auf einige Modulationselemente 13 und
Mikrolinsen 16 trifft. Je nachdem wie das auf dem OASLM 2 aufzuzeichnende
bzw. einzuschreibende Hologramm definiert ist, wird der Shutter 17 gesteuert,
so dass nur auf einige oder auf alle Modulationselemente 13 Licht
gerichtet wird und mit diesem dann die entsprechende holographische
Information in den OASLM 2 direkt eingeschrieben wird.
Anstatt einer Anordnung von Strahlteilerelementen 15 gemäß 2 zum
Richten des Lichts auf die Bildquelle 12 ist hier nur ein Strahlteilerelement 19 dargestellt,
wobei selbstverständlich auch die Anordnung von mehreren Strahlteilerelementen 15 einsetzbar
ist. Das Prinzip des direkten Aufzeichnens eines Hologramms auf den
OASLM 2 erfolgt hier wie bereits unter 2 beschrieben.
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Das
Auslesen des Hologramms aus dem OASLM 2 erfolgt auch hier
in Transmission. Anstatt mehrerer Strahlteilerelemente 18 gemäß 2 weist das
optische System 106 eine Anordnung von Mikrolinsen 16 auf,
wobei die Mikrolinsen 16 gemäß den Mikrolinsen 32 nach 2 ausgebildet
sein können. Die Beleuchtungseinrichtung 3 ist
im Schreibstrahlengang angeordnet und weist eine Lichtquellenanordnung 20 auf,
die in Lichtrichtung vor den Mikrolinsen 16 angeordnet
ist. Die Lichtquellen 20 sind dabei als organische Leuchtdioden
(OLED) ausgebildet, wobei selbstverständlich auch andere
Lichtquellen möglich sind. Ein direktes Platzieren der
Anordnung von organischen Leuchtdioden 20 in der Ebene
des OASLMs 2 erzielt wegen der räumlichen Inkohärenz derartiger
Lichtquellen nicht die erforderliche Wirkung. Besonders vorteilhaft
ist es, wenn die Anordnung von organischen Leuchtdioden 20 in
der objektseitigen Brennebene der Mikrolinsen 16 angeordnet wird,
wie in 3 dargestellt. Auf diese Weise kann der OASLM 2 mit
hinreichend kollimierten Licht beleuchtet und das Hologramm vollständig
ausgelesen werden. Zum Auslesen des Hologramms sind organische Leuchtdioden
mit einem entsprechend hohen Kohärenzgrad zu wählen,
so dass im Bereich der Subhologramme bzw. auf die Segmente des OASLMs 2 genügend
hinreichend kohärentes Licht zum Auslesen auftrifft. Zum
Einschreiben und Auslesen des Hologramms wird Licht unterschiedlicher
Wellenlängen verwendet.
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Da
die Anordnung von organischen Leuchtdioden 20 bereits beim
Aufzeichnen des Hologramms auf den OASLM 2 im Strahlengang
der Vorrichtung 201 angeordnet ist, ist zu beachten, dass
die organischen Leuchtdioden 20 wenigstens teilweise transmissiv
ausgebildet sind bzw. das Substrat der Lichtquelle wenigstens teilweise
transparent ist, damit beim Aufzeichnen des Hologramms das von den Modulationselementen 13 der
Bildquelle 12 reflektierte Licht nicht vignettiert bzw.
negativ beeinflusst wird, so dass ein optimales Aufzeichnen des
Hologramms gewährleistet wird. Die organischen Leuchtdioden 20 sind
selbstleuchtend und zeichnen sich durch einen geringen Strombedarf
aus. Außerdem sind sie extrem flach, wodurch die Vorrichtung 201 bzw.
die Vorrichtung 101 nicht unnötig in ihrer Größe ausgedehnt
wird. Durch die ferner sehr kurzen Reaktionszeiten bzw. Ansprechzeiten
im ms-Bereich dienen sie folglich als optimale Lichtquelle zum Beleuchten
des OASLMs 2. Selbstverständlich können
neben organischen Leuchtdioden auch andere Lichtquellen eingesetzt
werden, vorausgesetzt, sie sind wenigstens teilweise transmissiv
ausgebildet.
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Zum
Auslesen des Hologramms aus den Bereichen des OASLMs 2,
die zum Aufzeichnen bzw. Einschreiben definiert werden, werden die
organischen Leuchtdioden 20 der Beleuchtungseinrichtung 3 aufgeschaltet,
so dass Ausleselicht auf jede einzelne Mikrolinse 16, 16a, 16b, 16c usw.
auftrifft. Die einzelnen Mikrolinsen 16 des optischen Systems 106 wandeln
dabei das auftreffende Licht in kollimiertes Licht um, welches auf
den OASLM 2 als optisches Medium trifft, wie aus 3 ersichtlich.
Der Auslesestrahlengang wird somit auch hier dem Schreibstrahlengang
teilweise überlagert. Da zum Einschreiben und zum Auslesen Licht
unterschiedlicher Wellenlängen verwendet wird, beeinflusst
das Auslesen das Aufzeichnen bzw. Einschreiben des Hologramms nicht,
so dass beim Einschreiben des Hologramms die Mikrolinsen 16 das
auftreffende Licht auf die durch das Gesichtsfeld der Mikrolinsen 16 definierten Bereiche
des OASLMs 2 fokussieren. Auf diese Weise sind die Mikrolinsen 16 des
optischen Systems 106 gleichzeitig zum Aufzeichnen des
Hologramms in und zum Auslesen des Hologramms aus dem OASLM 2 als
optisches Medium vorgesehen. Die Rekonstruktion des Hologramms erfolgt
auch hier mittels der als Fourierlinse ausgebildeten Feldlinse 8.
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Das
Auslesen eines Hologramms aus dem OASLM 2 kann neben den
bereits oben beschriebenen Möglichkeiten auch mittels der
in 4 dargestellten Vorrichtung 102 erfolgen.
Der Grundaufbau der Gesamtvorrichtung 202 entspricht dabei
dem der 3. Anstatt der einfach ausgebildeten
Mikrolinsen 16 gemäß 3 weist
das optische System 206 hier jedoch Mikrolinsen auf, die
als polarisationsabhängige bzw. polarisationsempfindliche
Mikrolinsen 21 ausgebildet sind. Die einzelnen polarisationsabhängigen
Mikrolinsen 21 weisen dabei eine derartige Doppelbrechung
auf, dass allgemein gesehen Licht einer ersten Polarisationskomponente
in eine erste Richtung und Licht einer zweiten Polarisationskomponente
in eine sich von der ersten Richtung unterscheidende zweite Richtung
gelenkt wird bzw. in dem vorliegenden Fall das Licht einer ersten
Polarisationskomponente in seiner Wellenfront beeinflusst und Licht
einer zweiten Polarisationskomponente in seiner Wellenfront nicht
beeinflusst wird. Es werden dabei wenigstens zwei Lichtquellen eingesetzt,
die Licht unterschiedlicher Wellenlängen aussenden und
zwei Polarisationsrichtungen aufweisen. Das bedeutet, es wird orthogonal
polarisiertes Licht zum Aufzeichnen und Auslesen des Hologramms
verwendet. Jede einzelne polarisationsabhängige Mikrolinse 21 ist
dazu annähernd wie folgt aufgebaut. Ein nicht dargestelltes
Substrat wird mit einem isotropen Material 217 versehen,
auf dem eine mikrostrukturierte Grenzfläche 218 ausgebildet
ist. Ein doppelbrechendes Material 219 mit einer festgelegten
doppelbrechenden optischen Achsenrichtung ist auf der mikrostrukturierten Grenzfläche 218 aufgebracht.
Ein weiteres nicht dargestelltes Substrat ist an dem doppelbrechenden Material 219 angebracht,
um dieses einzuschließen. Selbstverständlich sind
Abwandlungen der Ausführung einer derartigen Mikrolinse 21 möglich.
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Außerdem
weist das optische System 206 in Lichtrichtung vor den
polarisationsabhängigen Mikrolinsen 21 einen schaltbaren
Polarisator 22 auf, der zwischen einem ersten Polarisationszustand,
der Licht der ersten Polarisationskomponente durchlässt, und
einem zweiten Polarisationszustand, der Licht der zweiten Polarisationskomponente
durchlässt, schalten kann. Derartige Polarisatoren 22 sind
allgemein bekannt und sollen deshalb nicht weiter beschrieben werden.
Die polarisationsabhängigen Mikrolinsen 21 des
optischen Systems 206 dienen auch hier gleichzeitig zum
Aufzeichnen und zum Auslesen des Hologramms. Zum Aufzeichnen des
Hologramms auf den OASLM 2 wird der Polarisator 22 in einen
ersten Polarisationszustand geschaltet, so dass die mikrostrukturierte
Grenzfläche 218 als Linse agiert und somit das
von den Modulationselementen 13 der Bildquelle 12 reflektierte
Licht in einen Bereich auf dem OASLM 2 fokussiert. Zum
Auslesen des Hologramms aus dem OASLM 2 wird dann der Polarisator 22 in
einen zweiten Polarisationszustand geschaltet, wodurch die mikrostrukturierte
Grenzfläche 218 im wesentlichen keine optische
Wirkung aufweist, so dass die polarisationsabhängige Mikrolinse 21 als einfache
transparente Planplatte wirkt. Das so zum Auslesen auf die polarisationsabhängige
Mikrolinse 21 auftreffende Licht wird daraufhin in seiner
Lichtrichtung nicht beeinflusst und bleibt daher hinreichend kollimiert.
Das bedeutet, dass die polarisationsabhängigen Mikrolinsen 21 mittels
einer nicht dargestellten Steuereinrichtung derart angesteuert werden,
dass diese zum Aufzeichnen des Hologramms als Fokussieroptik und
zum Auslesen des Hologramms als Planplatte agieren. Das kollimierte Licht
fällt dann flächig auf die durch die Gesichtsfelder
der polarisationsabhängigen Mikrolinsen 21 definierten
Bereiche bzw. auf die durch die Gesichtsfelder definierten Segmente
des OASLMs 2. Der Auslesestrahlengang überlagert
hier den Schreibstrahlengang nicht nur teilweise, wie in den 2 und 3, sondern
ganz. Mittels der Feldlinse 8 erfolgt danach die Rekonstruktion
des Hologramms bzw. der holographischen Information.
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Ferner
wird noch einmal darauf hingewiesen, dass das optische Medium, hier
der OASLM 2, einzelne Bereiche bzw. Segmente aufweisen
kann, in denen die holographische Informationen eingeschrieben sind
und aus denen diese auch wieder ausgelesen werden können.
Das optische Medium als Hologrammspeicher kann dabei aus mehreren einzelnen
Medien aufgebaut sein. Das bedeutet im Falle eines OASLMs 2 als
optisches Medium, dass dieser aus mehreren kleinen OASLMs zusammengesetzt
sein kann und dadurch einen großen OASLM 2 bildet.
Der OASLM 2 der 1 bis 4 kann daher auch
ein aus mehreren OASLMs zusammengesetzter OASLM sein.
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Auch
ist es möglich, anstelle des Einsatzes von Primärlichtquellen
sekundäre Lichtquellen einzusetzen. Das bedeutet, dass
auch Abbildungen der Lichtquellen zum Beleuchten des optischen Mediums 2 und/oder
der Bildquelle 12 verwendet werden können.
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Zu
beachten ist bei allen in den 2 bis 4 dargestellten
Ausführungsformen jedoch, dass zum Aufzeichnen und zum
Auslesen des Hologramms Licht unterschiedlicher Wellenlängen und/oder
Polarisationszustände verwendet wird, damit sich das Licht
beim Aufzeichnen und Auslesen nicht untereinander beeinflussen kann
und dadurch die Information zerstört wird. Da dies Voraussetzung ist,
ist es möglich, das Hologramm derart in Transmission auszulesen,
dass das zum Auslesen eingesetzte optische System 6, 106, 206 im
Schreibstrahlengang angeordnet sein kann, so dass sich die beiden
Strahlengänge, Schreibstrahlengang und Auslesestrahlengang,
wenigstens teilweise überlagern können, ohne dass
zum Einschreiben in den OASLM 2 vorgesehene Informationen
verloren gehen oder verändert werden.
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Für
alle in den 2 bis 4 dargestellten Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Vorrichtung gilt, dass zum
direkten Aufzeichnen eines Hologramms auf den OASLM 2 nicht-kohärentes
Licht und zum Auslesen des Hologramms kohärentes bzw. hinreichend
kohärentes Licht eingesetzt bzw. verwendet wird. Das Aufzeichnen
wie auch das Auslesen des Hologramms erfolgen dabei vorteilhaft
in Echtzeit. Die Beleuchtung der Modulationselemente 13 der
Bildquelle 12 kann selbstverständlich auch ohne
den Einsatz des Strahlteilerelements 19 oder mehrerer Strahlteilerelemente 15 erfolgen,
wobei dann die Anordnung der Lichtquelle oder Lichtquellen 10 der
Beleuchtungseinrichtung 9 bzw. die Beleuchtungseinrichtung 9 an
sich entsprechend vorgenommen werden muss, beispielsweise in einem
Winkel zur Bildquelle 12.
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Soll
ein farbiges Auslesen des Hologramms aus dem OASLM 2 erforderlich
sein, so können beispielsweise drei Lichtquellen entsprechend
den Grundfarben Rot, Grün und Blau anstatt einer monochromatischen
Lichtquelle 4, 20 in den Vorrichtungen 1, 100, 101 und 102 vorgesehen
werden. Sind mehrere monochromatische Lichtquellen 4 in
den Vorrichtungen 1, 100, 101 und 102 vorgesehen,
so müssen diese entsprechend durch mehrere Lichtquellen der
Grundfarben ersetzt werden. Das farbige Auslesen des Hologramms
kann daraufhin simultan oder sequentiell erfolgen.
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Es
ist jedoch selbstverständlich, dass weitere Ausführungsformen
der Vorrichtung, wobei die 1 bis 4 nur
bevorzugte Ausführungsformen darstellen, möglich
sind, wobei auch Kombinationen der Ausführungsformen untereinander
denkbar sind. Abwandlungen der gezeigten Ausführungsformen sind
daher möglich, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Durch
das Auslesen (und auch Aufzeichnen) des Hologramms in Echtzeit kann
die Vorrichtung 1, 100, 101 und 102 (wie
auch die Vorrichtungen 200, 201 und 202)
besonders vorteilhaft in holographischen Wiedergabeeinrichtungen
zur Rekonstruktion von vorteilhafterweise dreidimensionalen Szenen eingesetzt
werden. Wird das Hologramm mit einer hohen Auflösung in
den OASLM 2 eingeschrieben, wie beispielsweise gemäß der 2 bis 4,
ist es möglich, hochqualitative Rekonstruktionen zu erzeugen.
Zudem können diese Rekonstruktionen dann durch ein großes
Betrachterfenster vorteilhafterweise dreidimensional beobachtet
werden. Der Betrachter kann somit mit beiden Augen die Rekonstruktionen beobachten.
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Mögliche
Einsatzgebiete der Vorrichtung 1, 100, 101, 102 (wie
auch der Vorrichtungen 200, 201, 202)
können Displays für eine zwei- und/oder dreidimensionale
Darstellung für den Privat- und Arbeitsbereich, wie beispielsweise
für Computer, Fernsehen, elektronische Spiele, Automobilindustrie
zur Anzeige von Informationen oder der Unterhaltung, Medizintechnik,
hier insbesondere für die minimal-invasive Chirurgie oder
die räumliche Darstellung tomographisch gewonnener Daten
oder auch für die Militärtechnik beispielsweise
zur Darstellung von Geländeprofilen sein. Selbstverständlich
kann die vorliegende Vorrichtung 1, 100, 101, 102 (wie
auch die Vorrichtungen 200, 201, 202)
auch in anderen, hier nicht genannten Bereichen eingesetzt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 6753990
B1 [0009]
- - US 2005/0286117 A1 [0009]
- - WO 2007/132230 A1 [0011, 0024]