-
Es wird ein holografischer Projektionsschirm und ein Verfahren zur Herstellung desselben angegeben.
-
Aufgrund der Verfügbarkeit hochauflösender Signalquellen ist in den vergangenen Jahren eine starke Zunahme der Verwendung von hochauflösenden Projektionssystemen zu bemerken. Als Beispiel sei die Verwendung eines Beamers in einem Besprechungsraum genannt.
-
Ein Problem bei der Darstellung von Bildinformationen mit Hilfe von Projektionssystemen besteht darin, dass störendes Umgebungslicht zu einer erheblichen Reduktion des erreichbaren Kontrastes und der Farbsättigung führen. Projektionssysteme umfassen üblicherweise gut streuende, helle Flächen als Projektionsschirme, so dass störendes Umgebungslicht nicht absorbiert wird. Dieses Problem kann teilweise durch eine Erhöhung der Beleuchtungsstärke durch den Projektor reduziert werden, was aber nicht immer wünschenswert ist, da Projektionen mit zu hohen Beleuchtungsstärken nicht angenehm für den Betrachter sind. Daher werden üblicherweise geeignet lichtstarke Projektoren verwendet und der das Projektionssystem umfassende Raum so weit abgedunkelt, dass eine ausreichende Darstellung ermöglicht wird.
-
Aus dem Stand der Technik sind des Weiteren holografische Verfahren bekannt. Hierbei wird die von einem Objekt ausgehende Signalwelle sowohl in ihrer Amplituden- als auch in ihrer Phaseninformation erfasst. Genauer wird die Signalwelle mit einer zu ihr kohärenten Referenzwelle überlagert und das entstehende Interferenzmuster in einer fotoempfindlichen Schicht aufgezeichnet. Mit dem auf diese Weise erzeugten Hologramm kann durch Beleuchtung mit der ursprünglichen Referenzwelle eine Reproduktion der ursprünglichen Signalwelle erfolgen.
-
Sogenannte Amplitudenhologramme haben den Nachteil, dass sie einen beträchtlichen Anteil des einfallenden Lichts absorbieren und somit nur eine geringe Beugungseffizienz aufweisen. Dagegen weisen sogenannte Phasenhologramme eine Brechungsindexmodulation des Materials auf und verfügen über eine deutlich höhere Beugungseffizienz.
-
Des Weiteren spricht man von Volumenhologrammen, wenn die Schichtdicke insbesondere in Bezug auf die in dem Hologramm eingeprägten Interferenzstrukturen groß genug ist. In Volumenhologrammen können durch moderne Techniken mehrere unabhängige Hologramme eingeprägt werden (sogenanntes Multiplexing).
-
Außerdem unterscheidet man Reflektionshologramme von Transmissionshologrammen. Treffen bei der Belichtung Signalwelle und Referenzwelle aus demselben Halbraum, entsteht ein Transmissionshologramm, bei welchem während der Rekonstruktion die Referenzwelle vom Hologramm transmittiert und dabei gebeugt wird. Dagegen kommen bei Reflektionshologrammen während der Belichtung Signalwelle und Referenzwelle aus verschiedenen Halbräumen. Bei der Rekonstruktion wird die Referenzwelle vom Hologramm reflektiert.
-
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, einen Projektionsschirm anzugeben, der eine Darstellung von Bildinformationen mit erhöhtem Kontrast und/oder einer guten Farbwiedergabe ermöglicht. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, einen Projektionsschirm anzugeben, welcher verhindert, dass störendes Umgebungslicht die eigentlich relevanten Bildinformationen überlagert. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, einen Projektionsschirm anzugeben, welcher gezielt Licht in einer Richtung abstrahlt, in welcher ein potentieller Betrachter zu erwarten ist.
-
Diese Aufgaben werden durch einen holografischen Projektionsschirm gemäß Patentanspruch 1, einem Beleuchtungssystem gemäß Patentanspruch 11 sowie durch ein Verfahren zur Herstellung eines holografischen Projektionsschirms gemäß Patentanspruch 13 gelöst.
-
Der holografische Projektionsschirm ist dazu ausgebildet, von einer Beleuchtungseinrichtung (beispielsweise von einer Projektoreinheit) abgestrahltes und entlang einer Einfallsrichtung auf den holografischen Projektionsschirm treffendes Licht aus mindestens einem ersten Wellenlängenbereich in mindestens einen ersten Raumwinkelbereich um eine erste Abstrahlrichtung herum umzulenken, wobei der erste Raumwinkelbereich bevorzugt durch Richtungen definiert ist, welche mit der ersten Abstrahlrichtung jeweils einen Winkel kleiner als 20°, bevorzugt kleiner als 10° bilden. Der von dem ersten Raumwinkelbereich eingeschlossene Raumwinkel beträgt bevorzugt weniger als 0,379 Steradiant, weiter bevorzugt weniger als 0,0955 Steradiant.
-
Dies bedeutet, dass der holografische Projektionsschirm dazu ausgebildet ist, einen ersten Anteil des von der Beleuchtungseinrichtung abgestrahlten und entlang der Einfallsrichtung auf den holografischen Projektionsschirm treffenden Lichts, welcher Wellenlängen aus dem ersten Wellenlängenbereich aufweist, in den ersten Raumwinkelbereich umzulenken.
-
Ein Vorteil der Verwendung des erfindungsgemäßen holografischen Projektionsschirms besteht in der Winkel- und Wellenlängenselektivität bei der holografischen Rekonstruktion. Dies bedeutet, dass ein großer Teil des von der Beleuchtungseinrichtung kommenden Lichtes in mindestens einen gewünschten Bereich umgelenkt wird, in welchem voraussichtlich ein Betrachter zu erwarten ist. Dagegen kann das störende Umgebungslicht das in dem holografischen Projektionsschirm enthaltende Hologramm nicht rekonstruieren, so dass es den holografischen Projektionsschirm fast ungehindert durchdringt und bevorzugt absorbiert werden kann. Der holografische Projektionsschirm übernimmt in der beschriebenen Anordnung somit die Selektion und Umlenkung des Nutzlichtes, während die Absorption des störenden Umgebungslichts beispielsweise durch ein auf der der Beleuchtungseinrichtung abgewandten Seite des holografischen Projektionsschirms angeordnetes Absorptionselement erreicht werden kann. Dadurch können hohe Kontraste und eine gute Farbsättigung auch in einer relativ hellen Umgebung gewährleistet werden.
-
Der erste Wellenlängenbereich ist typischerweise um eine erste Wellenlänge herum zentriert, welche bei einer Belichtung der holografischen Folie während der Herstellung des holografischen Projektionsschirms verwendet wird. Die erste Wellenlänge kann beispielsweise rotem Licht entsprechen.
-
Sowohl eine Halbwertsbreite des ersten Wellenlängenbereichs als auch die Größe des ersten Raumwinkelbereichs sind von der genauen Ausbildung des holografischen Projektionsschirms und insbesondere von dessen Dicke abhängig. Bevorzugt ist der holografische Projektionsschirm als ein Phasenvolumenhologramm ausgebildet. Mit steigender Dicke des Projektionsschirms verringert sich dann in der Regel die Halbwertsbreite des ersten Wellenlängenbereichs sowie die Größe des ersten Raumwinkelbereichs, da zunehmend hohe Anforderungen an die Erfüllung der Bragg-Bedingung gestellt werden.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des holografischen Projektionsschirms ist vorgesehen, dass der erste Wellenlängenbereich eine Halbwertsbreite von weniger als 30 nm aufweist.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des holografischen Projektionsschirms ist vorgesehen, dass die Einfallsrichtung und die Abstrahlrichtung nicht kollinear sind. Da die Einfallsrichtung typischerweise parallel zu einer Flächennormale des holografischen Projektionsschirms verläuft, wird hierdurch erreicht, dass eine Abstrahlung schräg zur Symmetrieachse des Projektionsschirms, zum Beispiel in einen seitlichen Bereich eines das verwendete Projektionssystem umfassenden Raumes hinein, erfolgt.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des holografischen Projektionsschirms ist vorgesehen, dass der holografische Projektionsschirm dazu ausgebildet ist, das auf den holografischen Projektionsschirm treffende Licht aus dem ersten Wellenlängenbereich nicht oder nur geringfügig in einen restlichen Raumwinkelbereich umzulenken, welcher alle Richtungen umfasst, welche nicht in dem ersten Raumwinkelbereich enthalten sind. Dies bedeutet, dass für Licht aus dem ersten Wellenlängenbereich eine Abstrahlung in den restlichen Raumwinkelbereich herabgesetzt oder vollkommen unterdrückt ist.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des holografischen Projektionsschirms ist vorgesehen, dass eine Strahlungsintensität und/oder eine Lichtstärke des in den restlichen Raumwinkelbereich umgelenkten Lichts weniger als 10 %, bevorzugt weniger als 5 % der Strahlungsintensität und/oder der Lichtstärke des in den ersten Raumwinkelbereich umgelenkten Lichts beträgt.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des holografischen Projektionsschirms ist vorgesehen, dass dieser als Transmissionshologramm ausgebildet ist. Dies bedeutet, dass der holografische Projektionsschirm dazu ausgebildet ist, von der Beleuchtungseinrichtung abgestrahltes und entlang der Einfallsrichtung auftreffendes Licht aus dem ersten Wellenlängenbereich in den ersten Raumwinkelbereich hinein zu transmittieren (d.h. zu streuen), also in einen Halbraum hinein, welcher von dem holografischen Projektionsschirm aus gesehen der Beleuchtungseinrichtung abgewandt ist.
-
Bevorzugt bilden die Einfallsrichtung und die erste Abstrahlrichtung, um welche herum der erste Raumwinkelbereich aufgespannt ist, einen Winkel zwischen 40° und 70°.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des holografischen Projektionsschirms ist vorgesehen, dass für Licht aus dem ersten Wellenlängenbereich eine Abstrahlung in den Halbraum, welcher von dem holografischen Projektionsschirm aus gesehen der Beleuchtungseinrichtung abgewandt ist, mit Ausnahme des ersten Raumwinkelbereichs herabgesetzt oder vollkommen unterdrückt ist.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des holografischen Projektionsschirms ist vorgesehen, dass dieser als Reflektionshologramm ausgebildet ist. Dies bedeutet, dass der holografische Projektionsschirm dazu ausgebildet ist, von der Beleuchtungseinrichtung abgestrahltes und entlang der Einfallsrichtung auftreffendes Licht aus dem ersten Wellenlängenbereich in den ersten Raumwinkelbereich hinein zu reflektieren, also in einen Halbraum hinein, welcher von dem holografischen Projektionsschirm aus gesehen der Beleuchtungseinrichtung zugewandt ist.
-
Bevorzugt bilden die Einfallsrichtung und die erste Abstrahlrichtung, um welche herum der erste Raumwinkelbereich aufgespannt ist, einen Winkel zwischen 110° und 140°. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des holografischen Projektionsschirms ist vorgesehen, dass für Licht aus dem ersten Wellenlängenbereich eine Abstrahlung in den Halbraum, welcher von dem holografischen Projektionsschirm aus gesehen der Beleuchtungseinrichtung zugewandt ist, mit Ausnahme des ersten Raumwinkelbereichs herabgesetzt oder vollkommen unterdrückt ist.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des holografischen Projektionsschirms ist vorgesehen, dass der holografische Projektionsschirm dazu ausgebildet ist, das auftreffende Licht aus dem ersten Wellenlängenbereich (mindestens, bevorzugt ausschließlich) in den ersten Raumwinkelbereich um die erste Abstrahlrichtung herum und in einen zweiten Raumwinkelbereich um eine zweite Abstrahlrichtung herum umzulenken, wobei der erste Raumwinkelbereich durch Richtungen definiert ist, welche mit der ersten Abstrahlrichtung jeweils einen Winkel kleiner als 20°, bevorzugt kleiner als 10° bilden und wobei der zweite Raumwinkelbereich durch Richtungen definiert ist, welche mit der zweiten Abstrahlrichtung jeweils einen Winkel kleiner als 20°, bevorzugt kleiner als 10° bilden.
-
Dies bedeutet, dass ein großer Teil des von der Beleuchtungseinrichtung kommenden Lichtes in (mindestens, bevorzugt ausschließlich) zwei gewünschte Bereiche umgelenkt wird, in welchen voraussichtlich jeweils ein Betrachter zu erwarten ist.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des holografischen Projektionsschirms ist vorgesehen, dass die Einfallsrichtung, die erste Abstrahlrichtung und die zweite Abstrahlrichtung in einer Ebene liegen und die erste Abstrahlrichtung mit der Einfallsrichtung den gleichen Winkel bildet wie die zweite Abstrahlrichtung mit der Einfallsrichtung. Hierdurch wird eine symmetrische Abstrahlung zu zwei Bereichen hin erreicht, in welchen jeweils ein Betrachter positioniert sein kann.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des holografischen Projektionsschirms ist vorgesehen, dass der holografische Projektionsschirm dazu ausgebildet ist, das auftreffende Licht zumindest aus dem ersten Wellenlängenbereich, aus einem zweiten Wellenlängenbereich und aus einem dritten Wellenlängenbereich in den ersten Raumwinkelbereich umzulenken.
-
Dies bedeutet, dass der holografische Projektionsschirm dazu ausgebildet ist, einen ersten Anteil des auftreffenden Lichts, welcher Wellenlängen aus dem ersten Wellenlängenbereich aufweist, einen zweiten Anteil des auftreffenden Lichts, welcher Wellenlängen aus dem zweiten Wellenlängenbereich aufweist, und einen dritten Anteil des auftreffenden Lichts, welcher Wellenlängen aus dem dritten Wellenlängenbereich aufweist, in den ersten Raumwinkelbereich umzulenken. Hierdurch ist es möglich, einem Betrachter, welcher in dem ersten Raumwinkelbereich positioniert ist, farbige Bildinformationen zur Verfügung zu stellen.
-
Der erste Wellenlängenbereich ist bevorzugt um eine erste Wellenlänge herum zentriert, welche rotem Licht entspricht. Der zweite Wellenlängenbereich ist bevorzugt um eine zweite Wellenlänge herum zentriert, welche grünem Licht entspricht. Der dritte Wellenlängenbereich ist bevorzugt um eine dritte Wellenlänge herum zentriert, welche blauem Licht entspricht.
-
Der holografische Projektionsschirm kann als Multiplex-Hologramm ausgebildet sein, bei welchem Hologramme für die verschiedenen Wellenlängenbereiche gleichzeitig in einer Schicht eingeprägt sind. Alternativ ist es möglich, mehrere einzelne holografische Einzelschichten hintereinander anzuordnen und beispielsweise aneinander zu befestigen, zum Beispiel aufeinander zu laminieren.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des holografischen Projektionsschirms ist vorgesehen, dass der holografische Projektionsschirm dazu ausgebildet ist, das auftreffende Licht zumindest aus dem ersten Wellenlängenbereich, aus dem zweiten Wellenlängenbereich und aus dem dritten Wellenlängenbereich in den ersten Raumwinkelbereich um die erste Abstrahlrichtung herum und in einen zweiten Raumwinkelbereich um eine zweite Abstrahlrichtung herum umzulenken. Hierdurch ist es möglich, zwei Betrachtern, welche jeweils in verschiedenen Raumwinkelbereichen positioniert sind, (dieselben) farbigen Bildinformationen zur Verfügung zu stellen.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des holografischen Projektionsschirms ist vorgesehen, dass der holografische Projektionsschirm dazu ausgebildet ist, das auftreffende Licht aus dem ersten Wellenlängenbereich (mindestens, bevorzugt ausschließlich) in den ersten Raumwinkelbereich um die erste Abstrahlrichtung herum und Licht aus einem zweiten Wellenlängenbereich in (mindestens, bevorzugt ausschließlich) einen zweiten Raumwinkelbereich um eine zweite Abstrahlrichtung herum umzulenken, wobei der erste Raumwinkelbereich und der zweite Raumwinkelbereich wiederum durch die oben genannten Richtungen definiert sind.
-
Dies bedeutet, dass der holografische Projektionsschirm das auftreffende Licht wellenlängenabhängig in verschiedene Raumwinkelbereiche umlenkt. Hierdurch können in zwei voneinander getrennten Bereichen dort jeweils positionierten Betrachtern verschiedene Bildinformationen zur Verfügung gestellt werden. Beispielsweise kann ein erster Betrachter, welcher in dem ersten Raumwinkelbereich positioniert ist, ein erstes Bild, und ein zweiter Betrachter, welcher in dem zweiten Raumwinkelbereich positioniert ist, ein davon verschiedenes zweites Bild wahrnehmen. In einer denkbaren Anwendung könnten einem Fahrer und einem Beifahrer eines Kraftfahrzeugs verschiedene Bilder oder Warnzeichen angezeigt werden.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des holografischen Projektionsschirms ist vorgesehen, dass der holografische Projektionsschirm dazu ausgebildet ist, das auftreffende Licht aus dem ersten, einem dritten und einem fünften Wellenlängenbereich in (mindestens, bevorzugt ausschließlich) den ersten Raumwinkelbereich um die erste Abstrahlrichtung herum und Licht aus einem zweiten, einem vierten und einem sechsten Wellenlängenbereich in (mindestens, bevorzugt ausschließlich) den zweiten Raumwinkelbereich umzulenken, wobei die zwei Raumwinkelbereiche jeweils den gleichen Beschränkungen unterliegen wie oben beschrieben.
-
Hierdurch können in zwei voneinander getrennten Bereichen dort jeweils positionierten Betrachtern verschiedene farbige Bildinformationen zur Verfügung gestellt werden. Bevorzugt wird hierbei eine Beleuchtungseinrichtung verwendet, welche dazu ausgebildet ist, Licht in den sechs Wellenlängenbereichen abzustrahlen.
-
Der erste Wellenlängenbereich ist bevorzugt um eine erste Wellenlänge herum zentriert, welche rotem Licht entspricht. Der zweite Wellenlängenbereich ist bevorzugt um eine zweite, von der ersten verschiedene Wellenlänge herum zentriert, welche ebenfalls rotem Licht entspricht.
-
Der dritte Wellenlängenbereich ist bevorzugt um eine dritte Wellenlänge herum zentriert, welche grünem Licht entspricht. Der vierte Wellenlängenbereich ist bevorzugt um eine vierte, von der dritten verschiedene Wellenlänge herum zentriert, welche ebenfalls grünem Licht entspricht.
-
Der fünfte Wellenlängenbereich ist bevorzugt um eine fünfte Wellenlänge herum zentriert, welche blauem Licht entspricht. Der sechste Wellenlängenbereich ist bevorzugt um eine sechste, von der fünften verschiedene Wellenlänge herum zentriert, welche ebenfalls blauem Licht entspricht.
-
Bevorzugt beträgt die Differenz zwischen der ersten Wellenlänge und der zweiten Wellenlänge mindestens 30 nm. Bevorzugt beträgt die Differenz zwischen der dritten Wellenlänge und der vierten Wellenlänge ebenfalls mindestens 30 nm. Bevorzugt beträgt die Differenz zwischen der fünften Wellenlänge und der sechsten Wellenlänge ebenfalls mindestens 30 nm.
-
Es wird außerdem ein Beleuchtungssystem (bevorzugt ein Projektionssystem) angegeben, welches eine Beleuchtungseinrichtung (bevorzugt eine Projektoreinheit) und einen holografischen Projektionsschirm, welcher wie oben ausgeführt ausgebildet sein kann, umfasst. Die Beleuchtungseinrichtung ist dazu ausgebildet, Licht aus mindestens einem ersten Wellenlängenbereich entlang einer Einfallsrichtung auf den holografischen Projektionsschirm zu projizieren.
-
Bevorzugt weist der erste Wellenlängenbereich eine Halbwertsbreite von weniger als 30 nm auf. Das gleiche gilt bevorzugt für die im Folgenden genannten weiteren Wellenlängenbereiche.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Beleuchtungssystems ist vorgesehen, dass die Beleuchtungseinrichtung als LED (Leuchtdioden)-Beleuchtungseinrichtung oder als Laser-Beleuchtungseinrichtung ausgebildet ist. Dies bedeutet, dass die Beleuchtungseinrichtung mindestens eine Leuchtdiode oder einen Laser, bevorzugt einen Halbleiterlaser, zur Erzeugung von Licht aus dem ersten Wellenlängenbereich umfasst.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Beleuchtungssystems ist vorgesehen, dass die Beleuchtungseinrichtung dazu ausgebildet ist, Licht aus einem ersten, aus einem zweiten und aus einem dritten Wellenlängenbereich auf den holografischen Projektionsschirm zu projizieren.
-
Der erste Wellenlängenbereich ist bevorzugt um eine erste Wellenlänge herum zentriert, welche rotem Licht entspricht. Der zweite Wellenlängenbereich ist bevorzugt um eine zweite Wellenlänge herum zentriert, welche grünem Licht entspricht. Der dritte Wellenlängenbereich ist bevorzugt um eine dritte Wellenlänge herum zentriert, welche blauem Licht entspricht.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Beleuchtungssystems ist vorgesehen, dass die Beleuchtungseinrichtung dazu ausgebildet ist, Licht aus einem ersten, aus einem zweiten, aus einem dritten, aus einem vierten, aus einem fünften und aus einem sechsten Wellenlängenbereich auf den holografischen Projektionsschirm zu projizieren.
-
Der erste Wellenlängenbereich ist bevorzugt um eine erste Wellenlänge herum zentriert, welche rotem Licht entspricht. Der zweite Wellenlängenbereich ist bevorzugt um eine zweite, von der ersten verschiedene Wellenlänge herum zentriert, welche ebenfalls rotem Licht entspricht.
-
Der dritte Wellenlängenbereich ist bevorzugt um eine dritte Wellenlänge herum zentriert, welche grünem Licht entspricht. Der vierte Wellenlängenbereich ist bevorzugt um eine vierte, von der dritten verschiedene Wellenlänge herum zentriert, welche ebenfalls grünem Licht entspricht.
-
Der fünfte Wellenlängenbereich ist bevorzugt um eine fünfte Wellenlänge herum zentriert, welche blauem Licht entspricht. Der sechste Wellenlängenbereich ist bevorzugt um eine sechste, von der fünften verschiedene Wellenlänge herum zentriert, welche ebenfalls blauem Licht entspricht.
-
Bevorzugt beträgt die Differenz zwischen der ersten Wellenlänge und der zweiten Wellenlänge mindestens 30 nm. Bevorzugt beträgt die Differenz zwischen der dritten Wellenlänge und der vierten Wellenlänge ebenfalls mindestens 30 nm. Bevorzugt beträgt die Differenz zwischen der fünften Wellenlänge und der sechsten Wellenlänge ebenfalls mindestens 30 nm.
-
Bevorzugt umfasst die Beleuchtungseinrichtung eine erste und eine zweite Unterbeleuchtungseinheit, beispielsweise einen ersten und einen zweiten Projektor, wobei die erste Unterbeleuchtungseinheit dazu ausgebildet ist, Licht aus dem ersten, aus dem dritten und aus dem fünften Wellenlängenbereich auf den holografischen Projektionsschirm zu projizieren, und die zweite Unterbeleuchtungseinheit dazu ausgebildet ist, Licht aus dem zweiten, aus dem vierten und aus dem sechsten Wellenlängenbereich auf den holografischen Projektionsschirm zu projizieren.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Beleuchtungssystems ist vorgesehen, dass ein Absorptionselement auf der der Beleuchtungseinrichtung abgewandten Seite des holografischen Projektionsschirms angeordnet ist.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Beleuchtungssystems ist vorgesehen, dass es ferner einen Lichtsensor umfasst. Die von der Beleuchtungseinrichtung in den verschiedenen Wellenlängenbereichen ausgestrahlten Lichtanteile können hierdurch auf Grundlage von durch den Lichtsensor gelieferten Messdaten in ihrer Zusammensetzung angepasst werden, beispielsweise wenn der holografische Projektionsschirm die verschiedenen Lichtanteile unterschiedlich transmittiert oder reflektiert.
-
Der Lichtsensor kann beispielsweise zwei oder drei Farbsensoren zur Messung verschiedener Spektralanteile des auf den Lichtsensor treffenden Lichts umfassen. Jeder Farbsensor kann beispielsweise ein mit einem Farbfilter versehener Helligkeitssensor sein, oder eine Fotodiode, die dazu ausgelegt ist, bevorzugt Licht in einem bestimmten Spektralbereich zu detektieren. Insbesondere kann ein erster Farbsensor bevorzugt Licht in einem roten Spektralbereich detektieren, ein zweiter Farbsensor kann bevorzugt Licht in einem grünen Spektralbereich detektieren, und ein dritter Farbsensor kann bevorzugt Licht in einem blauen Spektralbereich detektieren.
-
Es wird außerdem ein Verfahren zur Herstellung eines holografischen Projektionsschirms angegeben. Das Verfahren umfasst folgende Verfahrensschritte: Bereitstellen einer Schicht aus einem holografischen Material, beispielsweise aus einem fotorefraktivem Material, welches bei einem Belichtungsprozess gegebenenfalls nach geeigneter Entwicklung eine permanente und örtlich variable Verschiebung seines Brechungsindix erfährt; und Belichten der Schicht mit mindestens einer ersten (bevorzugt im Wesentlichen ebenen) Referenzwelle mit einer ersten Wellenlänge entlang einer Referenzrichtung und gleichzeitig mit mindestens einer ersten, zu der Referenzwelle kohärenten und (bevorzugt im Wesentlichen ebenen) Signalwelle mit der ersten Wellenlänge entlang mindestens einer ersten Signalrichtung.
-
Beispielsweise kann der Schirm ein Silberhalogenid oder ein Fotopolymer als holografisches Material enthalten.
-
Die Referenzrichtung stimmt bevorzugt mit der bei einer späteren Verwendung des hergestellten holografischen Projektionsschirms benutzten Einfallsrichtung des Lichts überein. Die erste (und analog eine zweite, dritte, usw.) Signalrichtung stimmt im Allgemeinen mit der bei einer späteren Verwendung des hergestellten holografischen Projektionsschirms umgesetzten ersten (und analog einer zweiten, dritten, usw.) Abstrahlrichtung des umgelenkten Lichts überein.
-
Bei der Herstellung des erfindungsgemäßen holografischen Projektionsschirms ist also bevorzugt vorgesehen, dass die Referenzwelle in dem gleichen Winkel auf den holografischen Projektionsschirm trifft, in welchem bei der späteren Anwendung das Licht beispielsweise des Projektors auftrifft. Die Signalwelle definiert dabei die spätere Abstrahlcharakteristik des holografischen Projektionsschirms. Licht, das bei der Projektion mit der gleichen Wellenlänge, die bei der Aufnahme verwendet wurde, auf den holografischen Projektionsschirm trifft, rekonstruiert die Signalwelle, wobei die bei der Belichtung verwendeten Wellenlängen bevorzugt mit dem Spektrum des Projektors geeignet abgestimmt werden.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Schicht mit der ersten Referenzwelle mit der ersten Wellenlänge und gleichzeitig mit der ersten Signalwelle mit der ersten Wellenlänge entlang der ersten Signalrichtung und mit einer zweiten Signalwelle mit der ersten Wellenlänge entlang einer zweiten Signalrichtung belichtet wird.
-
Die verschiedenen, oben beschriebenen Ausführungsformen des holografischen Projektionsschirms werden dadurch erhalten, dass die beiden zuletzt beschriebenen Belichtungsschritte (d.h. die Verwendung entweder mindestens einer ersten Signalwelle oder die Verwendung einer ersten und einer zweiten Signalwelle der gleichen Wellenlänge) für verschiedene Wellenlängen (insbesondere gleichzeitig oder nacheinander) ausgeführt werden. Insbesondere kann mindestens einer der beiden Belichtungsschritte für zwei, drei oder sechs verschiedene Wellenlängen ausgeführt werden, wodurch die oben beschriebenen Ausführungsformen des holografischen Projektionsschirms ausgebildet werden können.
-
Allen Ausführungsformen des Herstellungsverfahrens ist gemeinsam, dass durch die Verwendung geeigneter Signalwellen die Abstrahlcharakteristik des holografischen Projektionsschirms gezielt festgelegt werden kann. Für alle Ausführungsformen gilt bevorzugt, dass sowohl die Referenzwelle(n) als auch die Signalwelle(n) im Wesentlichen ebene Wellen sind. Außerdem sind die Signalwellen(n) einer bestimmten Wellenlänge zu der Referenzwelle der gleichen Wellenlänge kohärent. Schließlich verlaufen bevorzugt alle Referenzwellen entlang der Referenzrichtung.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Belichtung des Schirms unter Verwendung eines Scanverfahrens erfolgt, wodurch ein skalierbares Belichtungsverfahren bereitgestellt wird, bei welchem die Anforderungen an die Stabilität des zur Belichtung typischerweise verwendeten Lasersystems reduziert sind.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Belichtung des holografischen Projektionsschirms unter Verwendung eines modengekoppelten, diodengepumpten Festkörperlaser ausgeführt wird, welcher beispielsweise mindestens eine von drei Wellenlängen (beispielsweise 446 nm, 532 nm und 628 nm) emittiert. Es kann aber auch beispielsweise ein direkter Diodenlaser verwendet werden.
-
Beispielsweise kann ein aufgeweiteter Laserstrahl verwendet werden, welcher gleichzeitig als Referenz- und als Signalwelle dient. Hierbei wird ein Referenzstrahl durch einen Strahlteiler aufgeteilt und die Teilstrahlen getrennt zur Erzeugung einer Referenzwelle und mindestens einer Signalwelle genutzt. Diese treffen dann gleichzeitig auf den Schirm und interferieren dort miteinander.
-
Es können aber auch Teilflächen des Schirms unabhängig voneinander belichtet werden, bis die Belichtung der Gesamtfläche erreicht ist. Hierdurch wird eine stückweise Belichtung der Gesamtfläche erreicht, wodurch die Anforderungen an die Belichtungsleistung reduziert werden.
-
Bevorzugt werden bei der Belichtung Wellenlängen benutzt, welche denen der später verwendeten Beleuchtungseinrichtung entsprechen. Beispielsweise kann bei der Verwendung eines Projektionslasers dieser auch als Belichtungsquelle verwendet werden. Bei der Verwendung eines LED-Projektors werden bevorzugt Leuchtdioden verwendet, welche in Bezug auf ihre Wellenlänge denen des verwendeten Belichtungslasers entsprechen.
-
Im Weiteren wird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Detail näher erläutert. Es zeigen:
-
1 einen holografischen Projektionsschirm gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in einer schematischen Schnittdarstellung,
-
2 ein Projektionssystem mit einem holografischen Projektionsschirm gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel in einer schematischen Schnittdarstellung,
-
3 ein Belichtungsschema für die Herstellung des in 2 dargestellten holografischen Projektionsschirms,
-
4 ein Projektionssystem mit einem holografischen Projektionsschirm gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel in einer schematischen Schnittdarstellung,
-
5 ein Belichtungsschema für die Herstellung des in 4 dargestellten holografischen Projektionsschirms,
-
6, 7 und 8 Projektionssysteme mit einem holografischen Projektionsschirm gemäß weiteren Ausführungsbeispielen in einer schematischen Schnittdarstellung.
-
In den folgenden Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche oder gleich wirkende Bestandteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein. Die Figuren und die Größenverhältnisse, insbesondere auch die Größenverhältnisse einzelner Teilbereiche und Elemente untereinander, sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht zu betrachten. Vielmehr dienen sie zur Verdeutlichung einzelner Aspekte der Erfindung. Zum besseren Verständnis oder besseren Darstellbarkeit können diese übertrieben groß bzw. dick dargestellt sein. Die Erfindung ist auch nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn diese Merkmale oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Ansprüchen bzw. den Ausführungsbeispielen angegeben ist.
-
1 zeigt einen insgesamt mit 100 bezeichneten holografischen Projektionsschirm gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in einer schematischen Schnittdarstellung.
-
Von einer nicht dargestellten Projektoreinheit abgestrahltes und entlang einer Einfallsrichtung 10 auf den holografischen Projektionsschirm 100 treffendes, in diesem Beispiel rotes Licht wird von dem holografischen Projektionsschirm 100 in einen ersten Raumwinkelbereich 14 um eine erste Abstrahlrichtung 12 herum umgelenkt. Der erste Raumwinkelbereich 14 ist durch Richtungen definiert, welche mit der ersten Abstrahlrichtung 12 jeweils einen Winkel α kleiner als 20°, bevorzugt kleiner als 10° bilden. Der holografische Projektionsschirm 100 ist in diesem Beispiel als Phasenvolumenhologramm sowie als Reflektionshologramm ausgebildet.
-
Eine Abstrahlung des roten Lichts in einen restlichen Raumwinkelbereich 16, welcher alle Richtungen umfasst, welche nicht in dem ersten Raumwinkelbereich 14 enthalten sind, ist dagegen herabgesetzt oder vollkommen unterdrückt.
-
Vorteilhaft wird bei dieser Anordnung ausgenutzt, dass nur Licht umgelenkt wird, das aus einem bestimmten Winkel mit einer passenden Wellenlänge auf den holografischen Projektionsschirm 100 einfällt und insbesondere bei Verwendung von Volumenhologrammen die Bragg-Bedingung erfüllt.
-
Auf diese Weise wird das Licht, aus dem sich das Bild, welches ein Projektor in der Ebene des holografischen Projektionsschirms 100 abbildet, zusammensetzt, durch den holografischen Projektionsschirm 100 in den vorbestimmten Raumwinkelbereich 12 abgestrahlt, in welchem ein Betrachter, der sich in diesem Raumwinkelbereich aufhält, das Bild wahrnehmen kann.
-
In den folgenden schematischen Figuren sind lediglich diskrete Abstrahlrichtungen des von dem holografischen Projektionsschirm 100 umgelenkten Lichts dargestellt. Die Abstrahlung des Lichts erfolgt in den verschiedenen Ausführungsbeispielen jedoch jeweils in einen engen Raumwinkelbereich um eine einzelne Abstrahlrichtung herum, wie dies im allgemeinen Teil beschrieben ist. Auf die Darstellung der Raumwinkelbereiche wurde aus Gründen der Einfachheit verzichtet.
-
2 zeigt ein insgesamt mit 300 bezeichnetes Projektionssystem mit einem holografischen Projektionsschirm 100 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel in einer schematischen Schnittdarstellung.
-
Eine Projektoreinheit 200, beispielsweise ein LED-Projektor, strahlt Licht aus drei verschiedenen Wellenlängenbereichen, zum Beispiel rotes, grünes und blaues Licht (dargestellt durch drei durchgezogene Pfeile) entlang der Einfallsrichtung 10 auf den holografischen Projektionsschirm 100, welcher das rote, grüne und blaue Licht reflektiert und entlang der ersten Abstrahlrichtung 12 und einer zweiten Abstrahlrichtung 18 abstrahlt (dargestellt durch gestrichelte Pfeile), beispielsweise in zwei Bereiche hinein, in denen jeweils ein Betrachter zu erwarten ist. Wiederum ist die Abstrahlung von rotem, grünem und blauem Licht aus den verwendeten Wellenlängenbereichen in dem restlichen Raumwinkelbereich 16, welcher die beiden um die Abstrahlrichtung 12 und 18 zentrierten Raumwinkelbereiche ausschließt, unterdrückt. In dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel können zwei in verschiedenen Bereichen positionierte Betrachter die gleichen farbigen Bildinformationen wahrnehmen.
-
3 zeigt ein Belichtungsschema für die Herstellung des in 2 dargestellten holografischen Projektionsschirms 100.
-
Hierbei wird eine Schicht 20 aus einem holografischen Material mit einer ersten ebenen Referenzwelle, welche eine erste Wellenlänge aufweist, welche rotem Licht entspricht, entlang einer Referenzrichtung 22 und gleichzeitig mit einer ersten ebenen Signalwelle entlang einer ersten Signalrichtung 24 und mit einer zweiten ebenen Signalwelle entlang einer zweiten Signalrichtung 26 belichtet. Die erste Signalwelle und die zweite Signalwelle sind beide zu der Referenzwelle kohärent und weisen insbesondere die gleiche Wellenlänge wie die Referenzwelle auf.
-
Das in 3 dargestellte Belichtungsschema wird danach hintereinander für eine zweite Wellenlänge, welche grünem Licht entspricht, und für eine dritte Wellenlänge, welche blauem Licht entspricht, angewendet. Alternativ kann das Belichtungsschema für die drei Wellenlängen simultan angewendet werden. Außerdem ist es auch möglich, drei verschiedene Einzelschichten 20 mit jeweils einer der drei verschiedenen Wellenlängen gemäß dem dargestellten Belichtungsschema zu belichten und sie danach aufeinander zu fixieren.
-
Die Referenzrichtung 22 stimmt mit der bei einer späteren Verwendung des hergestellten holografischen Projektionsschirms 100 benutzten Einfallsrichtung 10 überein. Die erste Signalrichtung 24 und zweite Signalrichtung 26 stimmen entsprechend mit der ersten Abstrahlrichtung 12 und mit der zweiten Abstrahlrichtung 18 überein. Die Referenzwelle und die beiden Signalwellen treffen in 3 aus verschiedenen Halbräumen auf die Schicht 20, so dass der hierdurch hergestellte holografische Projektionsschirm 100 als Reflektionshologramm ausgebildet ist.
-
4 zeigt ein Projektionssystem mit einem holografischen Projektionsschirm gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel in einer schematischen Schnittdarstellung.
-
Die Projektoreinheit 200 umfasst einen ersten Projektor 202 und einen zweiten Projektor 204. Der erste Projektor 202 strahlt Licht aus einem ersten Tripel verschiedener Wellenlängenbereiche, zum Beispiel rotes, grünes und blaues Licht (dargestellt durch drei durchgezogene Pfeile) entlang der Einfallsrichtung 10 auf den holografischen Projektionsschirm 100. Der zweite Projektor 204 strahlt Licht aus einem zweiten Tripel verschiedener Wellenlängenbereiche, welche sich jeweils mit den Wellenlängenbereichen des ersten Tripels nicht überschneiden, zum Beispiel rotes, grünes und blaues Licht mit in Bezug auf das erste Tripel leicht verschobenen Wellenlängen (dargestellt durch drei gestrichelte Pfeile) ebenfalls entlang der Einfallsrichtung 10 auf den holografischen Projektionsschirm 100.
-
Licht aus dem ersten Tripel von Wellenlängen wird von dem holografischen Projektionsschirm 100 reflektiert und entlang der zweiten Abstrahlrichtung 18 abgestrahlt, während Licht aus dem zweiten Tripel von Wellenlängen reflektiert und entlang der ersten Abstrahlrichtung 12 abgestrahlt wird. Auf diese Weise ist es möglich, in verschiedenen Bereichen positionierten Betrachtern unterschiedliche farbige Bildinformationen bereitzustellen.
-
5 zeigt ein Belichtungsschema für die Herstellung des in 4 dargestellten holografischen Projektionsschirms.
-
Hierbei wird die Schicht 20 aus einem holografischen Material mit der ersten ebenen Referenzwelle, welche eine erste Wellenlänge aufweist, welche rotem Licht entspricht, entlang der Referenzrichtung 22 und gleichzeitig mit der ersten Signalwelle entlang der ersten Signalrichtung 24 belichtet (5a).
-
Danach oder gleichzeitig wird die Schicht 20 mit einer zweiten ebenen Referenzwelle, welche eine zweite, von der ersten verschiedene, beispielsweise um 30 nm verschobene Wellenlänge aufweist, welche ebenfalls rotem Licht entspricht, entlang der Referenzrichtung 22 und gleichzeitig mit einer zweiten Signalwelle, welche ebenfalls die zweite Wellenlänge aufweist, entlang der zweiten Signalrichtung 26 belichtet (5b).
-
Das in 5 dargestellte Belichtungsschema wird danach hintereinander für ein zweites Paar von Wellenlängen, welche grünem Licht entsprechen, und für ein drittes Paar von Wellenlängen, welche blauem Licht entsprechen, angewendet. Es werden also insgesamt sechs Belichtungsprozesse gleichzeitig oder nacheinander angewendet. Außerdem ist es wiederum möglich, sechs verschiedene Einzelschichten 20 mit den sechs verschiedenen Wellenlängen gemäß dem dargestellten Belichtungsschema zu belichten und sie danach aufeinander zu fixieren.
-
6, 7 und 8 zeigen Projektionssysteme mit einem holografischen Projektionsschirm gemäß weiteren Ausführungsbeispielen in einer schematischen Schnittdarstellung.
-
Im Unterschied zu dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel strahlt der holografische Projektionsschirm 100 in dem in 6 dargestellten Projektionssystem 300 das rote, grüne und blaue Licht lediglich entlang der ersten Abstrahlrichtung 12 ab (wiederum dargestellt durch gestrichelte Pfeile). Des Weiteren umfasst die Projektoreinheit 200 einen Lichtsensor 28, welcher wie im allgemeinen Teil beschrieben zu einem Weißabgleich verwendet werden kann.
-
Im Unterschied zu dem in 6 dargestellten Ausführungsbeispiel ist in dem in 7 dargestellten Projektionssystem 300 ein schwarzer Absorptionsschirm 30 auf der der Projektoreinheit 200 abgewandten Seite des holografischen Projektionsschirms 100 angeordnet.
-
Umgebungslicht 32, welches unter einem anderen Winkel auf den holografischen Projektionsschirm 100 trifft als das Licht der Projektoreinheit 200, wird nicht in die erste Abstrahlrichtung 12 umgelenkt, sondern kann von dem hinter dem holografischen Projektionsschirm 100 angeordneten Absorptionsschirm 30 absorbiert werden. Des Weiteren führt die Selektion des Wellenlängenbereichs zu einer zusätzlichen Unterdrückung des störenden Umgebungslichts, welches ein relativ breites Spektrum aufweist. Hierdurch wird außerdem eine Verbesserung der Farbwiedergabe erreicht.
-
Im Unterschied zu dem in 7 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der holografische Projektionsschirm 100 in dem in 8 dargestellten Projektionssystem 300 als Transmissionshologramm ausgebildet. Die Projektoreinheit 200 ist in einem schwarzen Kasten 34 angeordnet, wobei der holografische Projektionsschirm 100 eine Seitenfläche des schwarzen Kastens 34 ausbildet. Auf diese Weise wird ein Rückprojektionssystem bereitgestellt.
-
Die Projektoreinheit 200 strahlt Licht aus drei verschiedenen Wellenlängenbereichen entlang der Einfallsrichtung 10 aus dem Inneren des schwarzen Kastens 34 heraus auf den holografischen Projektionsschirm 100, welcher das Licht transmittiert und entlang der ersten Abstrahlrichtung 12 streut (dargestellt durch gestrichelte Pfeile).
-
Auf den holografischen Projektionsschirm 100 treffendes Umgebungslicht 32 durchdringt diesen und gelangt in den schwarzen Kasten 34, in welchem es absorbiert werden kann.
