DE69314900T2

DE69314900T2 - Stereoskopisches Anzeigeverfahren und Vorrichtung dazu

Info

Publication number: DE69314900T2
Application number: DE69314900T
Authority: DE
Inventors: Hirokazu Aritake; Manabu Ishimoto; Masayuki Kato; Masato Nakashima; Noriko Sato
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1992-08-21
Filing date: 1993-08-04
Publication date: 1998-03-05
Anticipated expiration: 2013-08-05
Also published as: EP0589558A2; EP0589558A3; US5644414A; JP3238755B2; DE69314900D1; US5852504A; EP0589558B1; JPH0667591A; CA2103950A1; US5570208A; US5717509A; CA2103950C

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Erzeugung von Hologrammen zur Verwendung beim Erzeugen von stereoskopischen Anzeigen.
Eine stereoskopische Anzeige ist eine Anzeige, um es zu ermöglichen, Tiefe oder Dicke eines dreidimensionalen Objekts leicht visuell zu erkennen. Eine stereoskopische Anzeige ist nützlich für die Anzeige eines strukturellen Objekts, das durch CAD oder ähnliches gestaltet wurde, und für die Anzeige eines medizinischen Bildes oder ähnlichem. Ein dreidimensionales Bild ist ferner eindrucksvoller als eine zweidimensionale Anzeige, und dies macht stereoskopische Anzeigen wünschenswert für die Unterhaltung in einem Vergnügungspark, einem Kino oder ähnlichem.
Verschiedene Verfahren einer stereoskopischen Anzeige wurden vorgeschlagen. Zum Beispiel kann ein Hologramm verwendet werden. Bei einer holographischen Projektion kann ein Betrachter ein dreidimensionales Bild ohne Verwendung spezieller Brillen sehen. Bei holographischen Verfahren wird ein Objektbild durch Verwendung von Lichtinterferenz aufgezeichnet. Farbhologramme, die einen Eindruck von Tiefe geben, wurden für statische Bilder bereits erzeugt. Als weiteres Beispiel können es computergraphiken (CG) gestatten, daß ein Betrachter einen dreidimensionalen Eindruck erhält. Ein virtuelles Objekt, das eine dreidimensionale Struktur hat, wird durch CAD oder ähnliches gebildet. Wenn das Objekt auf dem Computerbildschirm angezeigt werden soll, wie wenn es aus einer vorgegebenen Richtung betrachtet wird, wird ein zweidimensionales perspektivisches Bild berechnet, das eine geeignete Reflexion oder Schatten aufgrund von Licht berücksichtigt. Jedoch vermittelt das zweidimensionale Bild bei Computergraphiken keinen vollständigen stereoskopischen Eindruck.
Es ist durch Verwendung eines holographischen Stereogrammsystems möglich, ein Bild eines dreidimensionalen Objekts anzuzeigen, das einen stereoskopischen Eindruck erzeugt. Zweidimensionale Bilder eines Objekts, wie es aus verschiedenen Richtungen zu sehen ist, werden von einem Computergraphiksystem erzeugt, und jeweilige Hologramme jener Bilder werden nacheinander als streifenähnliche Regionen eines zusammengesetzten Hologramms aufgezeichnet; von denen jedes eine Mikrobreite in der Horizontalrichtung hat und sich in der Vertikalrichtung vollständig über das zusammengesetzte Hologramm erstreckt.
Computererzeugte zusammengesetzte Hologramme können verwendet werden, um ein Bild eines dreidimensionalen Objekts zu rekonstruieren, wie es in einem Artikel von Toyohiko Yatagai in Applied Optics, Volume 15, Nr. 11, Seiten 2722 bis 2728 (Nov. 1976) beschrieben ist. Bei diesem Verfahren wird eine Sequenz von perspektivischen Projektionen des dreidimensionalen Objekts, das angezeigt werden soll, berechnet und entsprechende Hologramme werden von einem Computer erzeugt und der Reihe nach angeordnet, um ein synthetisiertes Hologramm aufzubauen.
Bei einem derartigen herkömmlichen holographischen Stereogramm kann es jedoch sein, daß die Oberfläche, auf der der Brennpunkt der Betrachteraugen liegt, entsprechend der Parallaxe der Betrachteraugen nicht mit der Bildposition zusammenfällt. Daher ist das Bild mühsam zu sehen und Erschöpfung ist die Folge. Das Betrachten eines derartigen angezeigten Bildes, das eine große Tiefe hat, kann auf die Augen speziell belastend sein.
Ein herkömmliches Hologramm wird auf ein filmähnliches Medium aufgezeichnet und es erfordert Zeit, das Bild zu entwickeln. Eine derartige Verzögerung kann in einem stereoskopischen Anzeigesystem ungünstig sein. Ferner können die Inhalte einer derartigen Anzeige nicht neu geschrieben werden.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Erzeugen eines zusammengesetzten Hologramms zur Verwendung beim Anzeigen eines stereoskopischen Bildes eines dreidimensionalen Gegenstandes geschaffen, der in einem Objektraum liegt, der von einer Hologrammbildungs oberfläche weg verläuft, welches Verfahren enthält:
a) Erhalten von dreidimensionalen Koordinatendaten, die den besagten Gegenstand repräsentieren,
b) Definieren einer Serie von verschiedenen Raumzonen in dem besagten Objektraum, welche Zonen jeweilige unterschiedliche Aostandsbereiche von der Hologrammbildungsoberfläche überspannen und jeweilige unterschiedliche Bestandteile des besagten Gegenstandes enthalten,
c) Erhalten von individuellen dreidimensionalen Koordinatendatensätzen, die jeweils die besagten verschiedenen Be standteile repräsentieren, von den besagten dreidimensionalen Koordinatendaten,
d) Definieren einer individuellen Projektionsebene für jede der besagten Zonen,
e) Einsetzen der individuellen, dreidimensionalen Koordinatendatensätze, um für jeden in einer Reihenfolge einer Multiplizität von vorgegebenen verschiedenen Betrachtungspunkten (Pi), die über die besagte Hologrammbildungsoberfläche angeordnet sind, individuelle Tiefenbilddatensätze zu verarbeiten, die jeweilige zweidimensionale perspektivische Bilder der besagten unterschiedlichen Bestandteile repräsentieren, jedes, wie es von dem betroffenen Betrachtungspunkt auf die individuelle Projektionsebene projiziert ist, die für die Zone definiert ist, die das betroffene Bestandteil enthält, und
f) Einsetzen der besagten Tiefenbilddatensätze in einen Prozeß, ein zusammengesetztes Hologramm zu bilden, das aus einer Multiplizität von verschiedenen Bereichssegmenten besteht, die jeweilige physikalische Reproduktionen von individuellen Segmenthologrammen enthalten, von denen jedes ein zweidimensionales Bild repräsentiert, das eine Kombination von allen den besagten perspektivischen Bildern ist, die zu einem individuellen der besagten verschiedenen Betrachtungspunkte (Pi) gehören, welche Reproduktionen ähnlich ihren jeweiligen entsprechenden Betrachtungspunkten angeordnet sind, so daß das zusammengesetzte Hologramm mit einem Reproduktionslichtstrahl bestrahlt werden kann, um das gewünschte stereoskopische Bild zu erzeugen.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Erzeugen eines zusammengesetzten Hologramms zur Verwendung beim Anzeigen eines stereoskopischen Bildes eines dreidimensionalen Gegenstandes geschaffen, der in einem Objektraum liegt, der von einer Hologrammbildungsoberfläche weg verläuft, welche Vorrichtung enthält:
a) Datenerzeugungseinrichtungen zum Bereitstellen von dreidimensionalen Koordinatendaten, die den besagten Gegen stand repräsentieren,
b) Zonendefiniereinrichtungen zum Definieren einer Serie von verschiedenen Raumzonen in dem besagten Objektraum, welche Zonen jeweilige unterschiedliche Abstandsbereiche von der Hologrammbildungsoberfläche überspannen und jeweilige unterschiedliche Bestandteile des besagten Gegenstandes enthalten,
c) Datenaufteileinrichtungen zum Erhalten von individuellen dreidimensionalen Koordinatendatensätzen, die jeweils die besagten verschiedenen Bestandteile repräsentieren, von den besagten dreidimensionalen Koordinatendaten,
d) Projektionsebenen-Definitionseinrichtungen, die be treibbar sind, um für jede der besagten Zonen eine individuelle Projektionsebene zu definieren,
e) Bildverarbeitungseinrichtungen zum Einsetzen der besagten individuellen, dreidimensionalen Koordinatendatensätze, um für jeden in einer Reihenfolge einer Multiplizität von vorgegebenen verschiedenen Betrachtungspunkten (Pi), die über die besagte Hologrammbildungsoberfläche angeordnet sind, individuelle Tiefenbilddatensätze zu verarbeiten, die jeweilige zweidimensionale perspektivische Bilder der besagten unterschiedlichen Bestandteile repräsentieren, jedes, wie es von dem betroffenen Betrachtungspunkt auf die individuelle Projektionsebene projiziert ist, die für die Zone definiert ist, die das betroffene Bestandteil enthält, und
f) Hologrammbildungseinrichtungen zum Einsetzen der besagten Tiefenbilddatensätze, um ein zusammengesetztes Hologramm zu bilden, das aus einer Multiplizität von verschiedenen Bereichssegmenten besteht, die jeweilige physikalische Reproduktionen von individuellen Segmenthologrammen enthalten, von denen jedes ein zweidimensionales Bild repräsentiert, das eine Kombination von allen den besagten perspektivischen Bildern ist, die zu einem individuellen der verschiedenen besagten Betrachtungspunkte (Pi) gehören, welche Reproduktionen ähnlich ihren jeweiligen entsprechenden Betrachtungspunkten angeordnet sind, so daß das zusammengesetzte Hologramm mit einem Reproduktionslichtstrahl bestrahlt werden kann, um das gewünschte stereoskopische Bild zu erzeugen.
Eine Ausführung der vorliegenden Erfindung kann verwendet werden, um ein holographisches Bild anzuzeigen, zum Beispiel ein Bewegtbild, das über lange Perioden mit geringer Ermüdung betrachtet werden kann, welches Bild in einer Echtzeit-Weise neu geschrieben wird.
Dreidimensionale Koordinatendaten zur Verwendung in einer Ausführung der Erfindung können zum Beispiel aus Eingabedaten zweidimensionaler Bilder gebildet werden, die durch Photographieren eines Objektes mit einer CCD-Kamera oder ähnlichem erhalten wurden.
Ausführungen der Erfindung können für eine Hologrammbildung durch Mehrfachbestrahlung eines Aufzeichnungsmediums mit einer Mehrzahl von zweidimensionalen Bildern sorgen.
Bei einer Ausführung der Erfindung werden dreidimensionale Informationen, die dargestellt werden sollen, in der Tiefenrichtung aufgeteilt, eine Mehrzahl von dreidimensionalen Zonen oder Regionen werden eingestellt, Zonendaten, die für die dreidimensionalen Informationen des Objektes, das angezeigt werden soll, indikativ sind, werden für jede Zone gebildet, und eine Mehrzahl von Tiefenbild-Datenstzen, die die zweidimensionalen Bilddaten enthalten, werden für jede Zone gebildet. Die Zonen in der Tiefenrichtung können so eingestellt werden, daß eine Zone getrennt für jedes Objekt, das dargestellt werden soll, eingestellt ist, oder so, daß ein Objekt in eine Mehrzahl von Teilen unterteilt ist, wobei jeder Teil einer anderen Zone zugewiesen ist. Eine Projektionsebene, die parallel zur Hologrammbildungsoberfläche ist, ist in jedem Bereich eingestellt, und Projektionsdaten eines Objekts oder von Objekten, wie es/sie von der Hologrammbildungsoberfläche zu sehen ist/sind, die auf die zweidimensionale Ebene projiziert werden, werden als zweidimensionale Tiefenbilddaten erzeugt. Für jeder einer Multiplizität von Segmenthologrammbereichen, die als Minimaleinheiten gebildet sind, die durch Unterteilen der Hologrammbildungsoberfläche in kleine Bereichssegmente erhalten wurden, wird die Phase auf der Basis von zweidimensionalen Pixeln berechnet, aus denen das Tiefenbild aufgebaut ist, um eine Phasenverteilung zu bilden, die ein Segmenthologramm auf der Hologrammbildungsoberfläche bildet. Die Phasenverteilungen, die für jede der Mehrzahl von Tiefenbildern erhalten werden, werden zu jedem Segmenthologramm an derselben Position hinzugefügt, wodurch eine Phasenverteilung auf der Hologrammbildungsoberfläche eines synthetisierten Tiefenbildes erhalten wird.
Gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung wird die räumliche Phasenverteilung eines Hologramms von einer Mehrzahl von zweidimensionalen Tiefenbildern berechnet und die erhaltene Phasenverteilung wird dargestellt, d.h. in physikalischer Form reproduziert, durch Mittel zum räumlichen Modulieren der Amplitude oder Phase des Reproduktionslichts. Eine neu schreibbare stereoskopische Anzeige kann durch optische Wellenfrontkonversion eines Reproduktionslichtstrahls ausgeführt werden. Eine Mehrzahl von Tiefenbildern kann in einer Multiplexweise auf einem Aufzeichnungsmedium durch Lichtinterferenzbestrahlung aufgezeichnet werden, um jedes der Segmenthologramme zu bilden. Die erhaltenen Segmenthologramme werden angeordnet und aufgezeichnet auf einer Hologramm-Trockenplatte, um das zusammengesetzte Hologramm zu bilden. Herkömmliche holographische Anzeigetechniken können dann angewandt werden, um das holographische Bild von dem Aufzeichnungsmedium zu reproduzieren. Die Tatsache, daß jedes Segmenthologramm auf einer Mehrzahl von zweidimensionalen Tiefenbildern basiert, die jeweils zu entsprechenden Tiefen des Objektraums gehören, dient zum Verringern des Unterschiedes zwischen den Abständen, in denen ein Betrachter ein Bild als sich befindend wahrnimmt, auf der Basis der Augenparallaxe einerseits und auf der Basis des Augenfokus (d.h. Akkommodation) andererseits. Eine Ermüdung vom Betrachten der holographischen Anzeige kann somit verringert werden und gleichzeitig ist eine natürlichere dreidimensionale Wiedergabe erzielbar.
Somit kann es eine Ausführung der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu herkömmlichen holographischen Stereogrammen ermöglichen, eine natürlichere stereoskopische Anzeige zu realisieren. Ein CAD-System kann verwendet werden, um Hologramme von virtuellen Objekten elektronisch zu bilden, so daß stereoskopische Bilder in einer kurzen Zeit neu geschrieben und angezeigt werden können. Ferner können auch farbige stereoskopische Anzeigen leicht erhalten werden.
Fur ein besseres Verständnis der Erfindung, und um zu zeigen, wie dieselbe zur Wirkung gebracht werden kann, wird nun exemplarisch auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen, worin:
Fig. 1 ein Flußdiagramm ist, das eine Verarbeitungsprozedur gemäß einer ersten Ausführung der Erfindung zeigt, die zum Erzeugen einer stereoskopischen Anzeige verwendet wird,
Fig. 2 ein Blockdiagramm ist, das die Konstruktion einer Vorrichtung zum Ausführen der in der Fig. 1 gezeigten Prozedur ist,
Fig. 3 ein Diagramm ist, das ein Darstellungsformat von dreidimensionalen Strukturdaten in einem CAD-System illustriert,
Fig. 4 ein Diagramm ist, das ein anderes Darstellungsformat von dreidimensionalen Strukturdaten in einem CAD- System illustriert,
Fig. 5 ein Flußdiagramm ist, das Einzelheiten eines Tiefenbild-Bildungsschrittes von Fig. 1 zeigt,
Fig. 6 ein perspektivisches Diagramm ist, das eine Unterteilung eines Objektraums in einer Tiefenrichtung zeigt, wobei eine Mehrzahl von Objekten in dem betreffenden Raum angeordnet ist,
Fig. 7 diagrammartig eine Seitenansicht der Anordnung von Fig. 6 zeigt,
Fig. 8 ein perspektivisches Diagramm ist, das eine Unterteilung eines Objektraums in der Tiefenrichtung zeigt, durch welchen ein einzelnes Objekt verläuft,
Fig. 9 eine Seitenansicht entsprechend Fig. 8 zeigt,
Fig. 10 ein Diagramm ist, das in einer Seitenansicht ein allgemeines Beispiel einer tiefenmäßigen Unterteilung eines Objektraums in verschiedene räumliche Zonen und die Positionen von Projektionsebenen, die jeweils in jenen Zonen definiert sind, zeigt,
Fig. 11 ein perspektivisches Diagramm ist, das eine Bildung von zweidimensionalen Projektionsdaten für getrennte Objekte illustriert, die in verschiedenen Tiefen angeordnet sind,
Fig. 12 ein perspektivisches Diagramm ist, das eine Bildung von zweidimensionalen Projektionsdaten für ein einzelnes Objekt illustriert, das in der Tiefenrichtung durch eine Mehrzahl von verschiedenen Tiefenzonen verläuft,
Fig. 13 ein Diagramm ist, das zweidimensionale Projektionsdaten illustriert, die gemäß Fig. 11 gebildet wurden,
Fig. 14 ein Diagramm ist, das zweidimensionale Projektionsdaten illustriert, die gemäß Fig. 12 gebildet wurden,
Fig. 15A und 15B Diagramme sind, die zeigen, wie die Positionen von zwei Objekten auf die Projektionsdaten bezogen sind, wenn zweidimensionale Projektionsdaten gebildet wurden,
Fig. 16A und 16B Diagramme entsprechend jeweils den Fig. 15A und 15B sind, wenn die Objekte darin neu angeordnet wurden,
Fig. 17 ein Diagramm ist, das Prinzipien des Berechnens einer Phasenverteilung für ein Fresnel-Typ-Hologramm illustriert,
Fig. 18 ein Diagramm ist, das eine Bildung eines Bildtyp-Hologramms illustriert,
Fig. 19 ein Diagramm ist, das illustriert, wie ein Berechnungsbereich für eine Phasenverteilung bei der Bildung eines Bildtyp-Hologramms begrenzt ist,
Fig. 20 ein Diagramm ist, das die optischen Beziehungen zwischen einer Tiefenbild-Anzeigeoberfläche und einer Hologrammbildungsoberfläche zeigt, die verwendet werden, wenn eine Phasenverteilung zum Anzeigen eines vergrößerten dreidimensionalen Bildes berechnet wird,
Fig. 21 ein Diagramm ist, das eine Bedingung illustriert, bei der ein Bild vergrößert ist, um von der doppelten Größe von jenem in der Fig. 20 zu sein,
Fig. 22 ein Diagramm ist, das die optischen Beziehungen zwischen einer Tiefenbild-Anzeigeoberfläche und einer Hologrammbildungsoberfläche zeigt, wenn eine Anzeigeposition eines dreidimensionalen Bildes bewegt wird,
Fig. 23 ein Diagramm ist, das Änderungen in den Phasenverteilungs-Berechnungspunkten auf einer Hologrammbildungsoberfläche zeigt, wenn sich eine Bildanzeigeposition bewegt,
Fig. 24 ein Diagramm ist, das eine perspektivische Ansicht einer stereoskopischen Anzeigevorrichtung zeigt,
Fig. 25 ein Schnittdiagramm ist, das interne Merkmale der Vorrichtung von Fig. 24 zeigt,
Fig. 26 ein Schnittdiagramm ist, das die Struktur einer Flüssigkristallanzeige des Transmissionstyps illustriert, die als eine räumliche Lichtmodulationsvorrichtung verwendet werden kann,
Fig. 27 ein Diagramm ist, das eine Phasenmodulation von Reproduktionslicht durch drei Flüssigkristallzellen von Fig. 26 illustriert,
Fig. 28 ein schematisches Diagramm einer anderen stereoskopischen Anzeigevorrichtung ist, die eine räumliche Lichtmodulationsvorrichtung des Reflexions typs verwendet,
Fig. 29 ein genaueres Diagramm der räumlichen Reflexionstyp-Lichtmodulationsvorrichtung von Fig. 28 ist,
Fig. 30 ein schematisches Diagramm einer stereoskopischen Anzeigevorrichtung ist, die eine räumliche Lichtmodulationsvorrichtung des optisch schreibenden Typs verwendet,
Fig. 31 ein Schnittdiagramm ist, das strukturelle Einzelheiten der räumlichen Lichtmodulationsvorrichtung des optisch schreibenden Typs von Fig. 30 zeigt,
Fig. 32 ein perspektivisches Diagramm einer stereoskopischen Anzeigevorrichtung ist, die ein Vergrößerungssystem verwendet,
Fig. 33 ein perspektivisches Diagramm einer stereoskopischen Anzeigevorrichtung ist, die eine räumliche Lichtmodulationsvorrichtung verwendet und ein refraktives Hologramm zum Verhindern einer Transmission von Licht nullter Ordnung hat,
Fig. 34 ein schematisches Schnittdiagramm ist, das interne Merkmale der Vorrichtung von Fig. 30 zeigt,
Fig. 35 ein schematisches Diagramm einer stereoskopischen Anzeigevorrichtung zum Bereitstellen einer farbigen stereoskopischen Anzeige unter Verwendung von zwei Farbkomponenten (R und G) ist,
Fig. 36 ein schematisches Diagramm einer stereoskopischen Anzeigevorrichtung zum Bereitstellen einer farbigen stereoskopischen Anzeige unter Verwendung von drei Farbkomponenten (R, G und B) ist,
Fig. 37 ein Zeitablaufdiagramm ist, das eine Zeitteilungssynthese und -anzeige der Farbkomponenten in der Vorrichtung von Fig. 36 betrifft,
Fig. 38 ein Zeitablaufdiagramm ist, das eine Positionsaufteilungs- und Simultansynthese und -anzeige der Farbkomponenten der Vorrichtung von Fig. 36 betrifft,
Fig. 39 ein Flußdiagramm ist, das Schritte eines Hobgrammbildungsverfahrens zeigt,
Fig. 40 ein Flußdiagramm ist, das Einzelheiten eines Belichtungsschrittes in Fig. 39 zeigt,
Fig. 41 ein perspektivisches Diagramm einer Belichtungsvorrichtung ist, die zum Ausführen des Belichtungsschrittes von Fig. 40 verwendet wird,
Fig. 42A bis 42C Mehrfachbelichtung von zweidimensionalen Bildern in einer Mehrzahl von räumlichen Zonen für eine Segmenthologrammregion einer Hologramm-Trockenplatte illustrieren,
Fig. 43 ein Flußdiagramm ist, das Schritte eines Verfahrens des Bereitstellens einer stereoskopischen Anzeige zeigt, bei der dreidimensionale Bilddaten von zweidimensionalen Projektionsdaten gebildet werden, die durch Photographieren eines Objektes erhalten wurden,
Fig. 44 ein schematisches Diagramm einer Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens von Fig. 43 ist,
Fig. 45 ein perspektivisches Diagramm ist, das Anordnungen zum Photographieren von Objekten illustriert,
Fig. 46 ein Flußdiagramm ist, das Einzelheiten eines Eingabeschrittes eines zweidimensionalen Bildes von Fig. 43 zeigt,
Fig. 47 ein Flußdiagramm ist, das Einzelheiten eines Datenbildungsschrittes von dreidimensionalen Daten von Fig. 43 zeigt, und
Fig. 48 ein Flußdiagramm einer Verarbeitungsprozedur zum Bilden eines Hologramms durch Erzeugen dreidimensionaler Bilddaten von zweidimensionalen Projektionsdaten ist, die durch Photographieren eines Objektes erhalten wurden.
Die Fig. 1 illustriert ein stereoskopisches Anzeigeverfahren, bei dem:
Im Schritt S1 dreidimensionale Koordinatendaten, die Bildinformationen bilden, die einen Gegenstand repräsentieren, der aus einem Objekt oder Objekten besteht, das/die angezeigt werden soll(en), aus dreidimensionalen Bilddaten durch ein CAD-System oder von zweidimensionalen Daten gebildet werden, die durch Photographieren der Objekte mit einer CCD-Kamera oder ähnlichem erhalten wurden.
Im Schritt S2 eine Mehrzahl von Tiefenbildern durch Gewinnen zweidimensionalen Informationen von den dreidimensionalen Bildinformationen gebildet wird. Zum Erzeugen der Tiefenbilder wird der Raum, der die Objekte enthält, die angezeigt werden sollen, wie er von einer Hologrammbildungsober fläche aus zu sehen ist, in der Tiefenrichtung in eine Mehrzahl von verschiedenen räumlichen Zonen unterteilt. Tiefenbilddaten, wie sie auf eine Projektionsebene projiziert werden, die in jeder Zone eingestellt ist, wobei jede derartige Ebene parallel zu der Hologrammbildungsoberfläche ist, werden dann gebildet.
Im Schritt S3 eine Phasenverteilung auf der Hologrammbildungsoberfläche von der Mehrzahl von Tiefenbildern berechnet wird.
Im Schritt S4 die berechnete Phasenverteilung physikalisch wiedergegeben wird, so daß sie auf der Hologrammbildungsoberfläche ausgedrückt ist. Eine Bestrahlung jener Oberfläche mit Reproduktionslicht verursacht dann, daß ein dreidimensionales Bild als eine Folge optischer Wellenfrontkonversion gemäß der ausgedrückten Phasenverteilung angezeigt wird.
Die Fig. 2 zeigt die Konstruktion einer Vorrichtung zum Ausführen des stereoskopischen Anzeigeverfahrens, das in der Fig. 1 illustriert ist. Eine Bildungssektion 10 für dreidimensionale Bildinformationen ist zum Beispiel durch ein CAD- System 12 realisiert. Dreidimensionale Bilddaten, die Objekte repräsentieren, die angezeigt werden sollen, werden durch die Bildungssektion 10 für dreidimensionale Bildinformationen gebildet und an eine Tiefenbild-Bildungssektion 14 gegeben, die daraus eine Mehrzahl von zweidimensionalen Bildern gewinnt, die an verschiedenen Positionen in der Tiefenrichtung angeordnet sind. Die von der Tiefenbild-Bildungssektion 14 gebildeten Bilder werden an eine Phasenverteilungs-Berechnungssektion 15 gegeben, die eine entsprechende Phasenverteilung auf der Hologrammbildungsoberfläche berechnet. Die Tiefenbild-Bildungssektion 14 und die Phasenverteilungs- Berechnungssektion 15 sind durch einen Computer 16 realisiert. Die Ergebnisse der Berechnung, die durch die Phasenverteilungs-Berechnungssektion 15 ausgeführt wird, werden an eine Phasenverteilungs-Anzeigesektion 18 gegeben. Ein dreidimensionales Bild wird durch eine Optikwellenfront-Konvertiersektion 20 angezeigt. Die Phasenverteilungs-Anzeigesektion 18 und die Optikwellenfront-Konvertiersektion 20 bilden eine Hologrammanzeigevorrichtung 22. Alternativ werden eine Mehrzahl von zweidimensionalen Bilddatensätzen, die durch die Tiefenbild-Bildungssektion 14 für jeweilige verschiedene Positionen in der Tiefenrichtung gebildet wurden, an eine Hologrammbelichtungsvorrichtung 24 gegeben und als eine Basis zum Aufzeichnen von Hologrammen auf einer Hologramm- Trockenplatte, die als ein Aufzeichnungsmedium dient, durch Mehrfachbelichtung verwendet. Ein Hologramm kann somit als eine feste Aufzeichnung gebildet werden.
Jeder Verarbeitungsschritt in der Fig. 1 wird nun genauer beschrieben.
Die Bildung von dreidimensionalen Bildinformationen wird nun beschrieben.
Ein Darstellungsformat von dreidimensionalen Bilddaten in computergraphiken kann bei der Bildung von dreidimensionalen Bildinformationen eines Objekts verwendet werden, das stereoskopisch angezeigt werden soll. Zum Beispiel kann ein Objekt 26, das eine dreidimensionale Struktur hat, in einen Satz von Ebenen separiert werden, wie in der Fig. 3 gezeigt ist. Listen von Konturen oder Eckpunkten der Ebenen werden verknüpft, wodurch dreidimensionale Bilddaten gebildet werden.
Alternativ kann, wie in der Fig. 4 gezeigt ist, das Objekt 26 durch einen Satz von Basisformen 30-1, 30-2 und 30-3 ausgedrückt werden. Das Objekt 26 wird durch Verwendung logischer Arithmetikoperationsdarstellungen 32 dargestellt, die die Kombination der Basisformen 30-1 bis 30-3 definieren. Derartige Darstellungsformate der dreidimensionalen Bilddaten, die in den Fig. 3 und 4 gezeigt sind, werden auf dem Gebiet der computergraphiken weit verbreitet verwendet. Zum Beispiel können im vorliegenden Fall die dreidimensionalen Bilddaten von CAD-Daten durch Verwendung eines CAD- Systems, das in der Fig. 2 gezeigt ist, erzeugt werden.
Die Fig. 5 zeigt genauer den Schritt des Bildens von Tiefenbildern der Fig. 1.
Im Schritt S1 von Fig. 5 werden die dreidimensionalen Bilddaten in Sätze entsprechend einer Mehrzahl von verschiedenen räumlichen Zonen (Regionen) in der Tiefenrichtung unterteilt.
Im Schritt S2 von Fig. 5 werden dreidimensionale Bilddaten für jede Zone (Region) gebildet.
Im Schritt S3 von Fig. 5 werden zweidimensionale Tiefenbilddaten für jede Zone gebildet.
Die Tiefenunterteilung der dreidimensionalen Bilddaten wird nun erklärt.
Die Fig. 6 zeigt die tiefenmäßige Unterteilung eines Objektraums, in dem drei Objekte 36, 38 und 40 angeordnet sind, die in der Tiefenrichtung voneinander beabstandet sind, wobei jedes dieser Objekte eine dreidimensionale Struktur hat, die angezeigt werden soll.
Eine Hologrammbildungsoberfläche 34 wird an einer willkürlichen Position relativ zu den Objekten 36, 38 und 40 eingestellt. Räumliche Zonen 42, 44 und 46 werden eingestellt, die jeweilige unterschiedliche Abstandsbereiche von der Oberfläche 34 überspannen und jeweils die Objekte 36, 38 und 40 enthalten. Diese Zonen sind in der Tiefenrichtung aufeinanderfolgend angeordnet, die senkrecht zur Hologrammbildungsoberfläche 34 ist. Eine Seitenrichtung der Hologrammbildungsoberfläche 34 wird in dem Objektraum als eine X-Achse, eine vertikale Richtung als eine Y-Achse und die Tiefenrichtung als eine Z-Achse verwendet. Ein zweidimensionales Koordinatensystem von unabhängigen zweidimensionalen Koordinaten Xh und Yh ist für die Hologrammbildungsoberfläche 34 eingestellt.
Die Fig. 7 zeigt eine Seitenaufrißansicht von Fig. 6. Das Objekt 36 gehört zur Zone 42, die am nächsten zur Hologrammbildungsoberfläche 34 liegt. Das Objekt 38 gehört zur benachbarten Zone 44. Das Objekt 40 gehört zu der Zone 46, die am weitesten von der Hologrammbildungsoberfläche 34 entfemt liegt. Die Fig. 6 und 7 zeigen einen Fall, in dem es möglich ist, separate Objekte in jeweilige separate, nicht überlappende Tiefenzonen zu verteilen. In vielen Fällen werden Objekte jedoch in der Tiefenrichtung überlappen.
Die Fig. 8 zeigt zonale Unterteilungen für ein einzelnes Objekt 70, das in der Tiefenrichtung verläuft. In diesem Fall sind die Zonen 42, 44 und 46 so gewählt, daß sie das Objekt 70 in der Tiefenrichtung in drei Teile unterteilen.
Die Fig. 9 zeigt eine Seitenansicht der zonalen Teilungen von Fig. 8.
Wenn die zonalen Teilungen ausgeführt werden können, wie in den Fig. 6 bis 9 gezeigt ist, wird jeder dreidimensionale Bilddatensatz als ein zonaler Datensatz erzeugt, der den Inhalt einer Zone darstellt. Das heißt, das in den Fig. 6 und 7 nach Abschluß der zonalen Teilung unabhängige dreidimensionale Bilddaten für jedes Objekt 36, 38 und 40 erhalten werden. In den Fig. 8 und 9 werden nach Abschluß der Teilung dreidimensionale Bilddatensätze erhalten, die entsprechend für drei Objektteile indikativ sind, die durch die geteilten zylindrischen Abschnitte 70-1, 70-2 und 70-3 gebildet sind.
Die Fig. 10 zeigt die allgemeine Tiefenteilung der dreidimensionalen Bilddaten. In diesem Beispiel sind Objekte 90, 92, 94, 96 und 98 in der Tiefenrichtung in Relation zur Hologrammbildungsoberfläche 34 äufgereiht. Individuelle Tiefenzonen 80, 82 und 84 sind entsprechend für die Objekte 90, 92 und 94 eingestellt. Eine einzelne Hintergrundzone 86, die von der Hologrammbildungsoberfläche 34 am weitesten entfernt ist, verläuft in die Unendlichkeit, so daß sie die Objekte 96 und 98 enthält, die in Abständen beabstandet sind, die größer oder gleich einer vorgegebenen Distanz von der Hologrammbildungsoberfläche 34 sind.
Die Bildung der zweidimensionalen Tiefenbilder wird nun beschrieben.
Wenn dreidimensionale Bilddaten entsprechend der Tiefenteilung gebildet wurden, werden für jede Zone zweidimen sionale Projektionsdaten gebildet. In der Fig. 7 sind Projektionsebenen 48, 50 und 52 gezeigt, die zur entsprechenden Verwendung beim Bilden der zweidimensionalen Projektionsdatensätze für die drei Zonen eingestellt sind. Eine Mehrzahl von zweidimensionalen Bilddatensätzen, die perspektivische Bilder der Objekte 36, 38 und 40 repräsentieren, wie sie von einer Mehrzahl von verschiedenen Betrachtungspunkten auf der Hologrammbildungsoberfläche 34 zu sehen sind, werden auf ihre entsprechenden Projektionsebenen 48, 50 und 52 projiziert gebildet, wobei die Abstände von den Ebenen 48, 50 und 52 zur Hologrammbildungsoberfläche 34 vorher als Z&sub1;, Z&sub2; bzw. Z&sub3; erhalten wurden.
In dem Fall der Fig. 9 werden Projektionsebenen 72, 74 und 76 in einer ähnlichen Weise eingestellt, wobei diese Ebenen parallel zur Hologrammbildungsoberfläche 34 liegen und durch die geometrischen Gravitationszentren der jeweiligen zylindrischen Objektabschnitte 70-1, 70-2 und 70-3 in den Zonen 42, 44 und 46 hindurchgehen. Die Abstände Z&sub1;, Z&sub2; und Z&sub3; in der Tiefenrichtung sind vorberechnet.
In der in der Fig. 10 gezeigten zonalen Teilung sind Projektionsebenen 100, 102 und 104 in einer ähnlichen Weise bezüglich den Zonen 80, 82 und 84 an den Positionen der relevanten Gravitationszentren eingestellt, die als in Abständen Z&sub1;, Z&sub2; bzw. Z&sub3; befindlich berechnet wurden. Eine Projektionsebene 106 ist für die Hintergrundzone 86 in einem Abstand Z&sub4; in der Tiefenrichtung von der Hologrammbildungsoberfläche eingestellt. Die zweidimensionalen Projektionsdaten von allen den Objekten in der Hintergrundzone 86 (in diesem Fall die Objekte 96 und 98) werden in Relation zu ihren Bildern als auf die Ebene 106 projiziert gebildet.
Die Fig. 11 zeigt die Prinzipien des Bildens der zweidimensionalen Tiefenbilder für die Anordnung der Fig. 6. Zuerst wird die Hologrammbildungsoberfläche 34 in einer matrixähnlichen Weise in kleine Bereichssegmente geteilt, wo durch Segmenthologrammbereiche 108 als Minimaleinheiten eines zusammengesetzten Hologramms gebildet werden, das realisiert werden soll. Die Größe jedes der Segmenthologrammbereiche 108 ist auf ungefähr 1 mm oder weniger in jeder der Vertikal- und Horizontalrichtungen eingestellt. Zum Zwecke der Einfachheit sind die Segmenthologrammbereiche größer gezeigt, als sie in der Praxis sein würden. Zweidimensionale Pixelinformationen werden als zweidimensionale Bilddaten, die auf die Ebenen 48, 50 und 52 bezogen sind, für jeden der Segmenthologrammbereiche 108 gebildet, die wiederum als ein Punkt verwendet werden, von welchem die Objekte 36, 38 und 40 in den jeweiligen Zonen zu betrachten sind.
Zum Beispiel werden die dreidimensionalen Pixeldaten, die das Objekt 36 repräsentieren, in Ebenenpixeldaten konvertiert, die jenes Objekt auf die Ebene 48 projiziert als von dem Betrachtungspunkt des zentralen Segmenthologrammbereichs 108 der Hologrammbildungsoberfläche 34 sichtbar repräsentieren.
Die Verarbeitung von solchen zweidimensionalen Bildern auf verschiedenen Tiefen wird in einer ähnlichen Weise für den Fall ausgeführt, in dem ein einzelnes Objekt 70, wie es in der Fig. 8 gezeigt ist, auf eine Mehrzahl von Zonen aufgeteilt ist (siehe Fig. 12).
Die Fig. 13 zeigt zweidimensionale Bilddaten 36-1, 38-1 und 40-1, die jeweils zu den Ebenen 48, 50 und 52 gehören und durch Einsetzen des zentralen Segmenthologrammbereichs 108 in der Fig. 11 als ein Betrachtungspunkt erhalten wurden. Durch überlagern jener Daten kann ein synthetisierter vollständiger zweidimensionaler Tiefenbilddatensatz 54 erhalten werden.
Die Fig. 14 zeigt die zweidimensionalen Bilddatensätze 70-1, 70-2 und 70-3 entsprechend jeweils den Ebenen 72, 74 und 76 der Fig. 12, wenn der Betrachtungspunkt auf das Zentralsegmenthologramm 108 eingestellt ist. Auch in diesem Fall kann durch Überlagern dieser drei zweidimensionalen Bilddatensätze ein synthetisiertes vollständiges zweidimensionales Tiefenbild 78, in diesem Fall zweidimensionale Bilddaten 70-1 eines kontinuierlichen zylindrischen Körpers, erhalten werden.
Das Verfahren, durch das zweidimensionale Bilder eines Objektes, das aus einer Mehrzahl von verschiedenen Richtungen betrachtet wird, auf der Basis der dreidimensionalen Daten gebildet werden, wie oben angegeben wurde, kann durch Verwendung der dreidimensionalen Anzeigetechnik in herkömmlichen Computergraphiken realisiert werden. In diesem Fall ist eine Verarbeitung von verdeckten Linien oder verdeckten Bereichen ebenfalls enthalten, so daß die Seitenfläche, die sichtbar ist, entsprechend der Beobachtungsrichtung verändert wird.
Zum Beispiel wird, wie in der Fig. 15A gezeigt ist, wenn das Objekt 70 vor einem Objekt 68 liegt, ein 'Verdekkungsbereich'-Prozeß ausgeführt, wodurch der Teil der Ebene des Objekts 68, der durch das Objekt 70 verdeckt wird, nicht angezeigt wird, wobei das resultierende Bild so ist, wie es in der Fig. 15B gezeigt ist. Ähnlich führt, wie in der Fig. 16A gezeigt ist, wenn das Objekt 70 hinter dem Objekt 68 liegt, der 'Verdekkungsbereich' dazu, daß das Objekt 70 insgesamt nicht angezeigt wird, da es von dem Objekt 68 vollständig verborgen wird, wie schematisch in der Fig. 16B angegeben ist.
Hinsichtlich Schatten erscheinen, wenn ein zweidimensionales Tiefenbild gebildet wird, da zweidimensionale Bilddaten durch radiale Projektion von einem Ursprung erzeugt werden, der durch den Segmenthologrammbereich 108 gebildet ist, der als ein Betrachtungspunkt ausgewählt wurde, verschiedene Bilder, die jeweils für drei verschiedene Zonen erzeugt wurden, beim Beobachten kontinuierlich, selbst wenn ein einzelnes Objekt zur Anzeige in verschiedenen Abständen unter drei Zonen aufgeteilt ist, wie in den Fig. 11 und 12 gezeigt ist.
Wenn die Größe in jeder der Vertikal- und Horizontalrichtungen des Segmenthologrammbereichs 108 1 mm oder weni ger ist, wird eine Kontinuität erhalten, selbst wenn zweidimensionale Bilddaten durch Verschieben eines Betrachtungspunktes um ein Inkrement eines einzelnen Segmenthologrammbereichs 108 gebildet werden, und selbst wenn die zweidimensionalen Bilder, die in verschiedenen Abständen in der Tiefenrichtung angezeigt werden, gegenseitig überlagert sind. Die Richtungsänderung der Beobachtung eines Objekts, wenn es von einem der Segmenthologrammbereiche betrachtet wird, verglichen mit der Richtung, wenn es von einem benachbarten Segmenthologrammbereich 108 betrachtet wird, kann in einem Bereich von ungefähr 0,3 Grad bis 1 Grad sein. Daher können, statt dem Betrachtungspunkt von einem zum nächsten einer Mehrzahl von Segmenthologrammbereichen 108, die in regulären Intervallen über der Hologrammbildungsoberfläche 34 definiert sind, aufeinanderfolgende Betrachtungspunkte durch Ändem der Betrachtungsrichtung in jedem Fall um einen vorgegebenen Winkel innerhalb eines Bereichs von ungefähr 0,3 bis 1 Grad in sowohl der horizontalen, als auch der vertikalen Richtung eingestellt werden durch Verwendung des Zentrums der Hologrammbildungsoberfläche 34 als einen Startpunkt, und zweidimensionale Bilddaten für jede Zone können für jede auf diese Weise bestimmte Betrachtungspunktposition berechnet werden.
Eine Berechnung der Phasenverteilung wird nun beschrieben, wobei die Basisprinzipien einer Hologrammbildung zuerst erklärt werden.
Ein einzelner Laserstrahl wird in zwei Strahlen geteilt, von denen einer als ein Referenzlichtstrahl dient und der andere zum Bestrahlen eines Objektes verwendet wird. Etwas von dem Licht des letzteren Strahls wird durch das Objekt zurückgestreut, um einen Objektlichtfluß zu schaffen. Ein Hologramm kann dann durch Kombinieren des Referenzlichtstrahls mit dem Objektlichtfluß, so daß zwischen ihnen Interferenz auftritt, an einer Hologrammbildungsoberfläche erzeugt werden. Wenn eine Wellenfront des Referenzlichtstrahls durch R exp(jφr) repräsentiert ist, und eine Wellenfront des Objektlichtflusses durch O exp(jφo) repräsentiert ist, ist die Belichtungsintensität IH des resultierenden Hologramms
IH = R² + O² + 2 cos(φo - φr) (1)
Beim Entwickeln des aufgezeichneten Hologramms tragen Änderungen in den Amplituden und Phasen, die proportional zur Belichtungsintensität IH von Gleichung (1) sind, zum Hologramm bei. Zum elektrischen Bilden eines Hologramms kann eine räumliche Lichtmodulationsvorrichtung, wie eine Flüssigkristallvorrichtung oder ähnliches, die die Amplitude und Phase von darauf einfallenden Licht ändern kann, verwendet werden. Ein Bild des Objektes kann durch Bestrahlen des Hologramms mit einer Wellenfront, die äquivalent zu jener des Referenzlichtstrahls ist, zum Betrachten reproduziert werden. In der Bestrahlungsintensität IH der Gleichung (1) trägt nur der dritte Term der rechten Seite zur Reproduktion des Objektlichtes bei. Behält man dies im Kopf, ist das Licht T, das durch das Hologramm transmittiert wird, durch die folgende Gleichung gegeben:
T = IH R exp(jφr)
α 2 cos(φo - φr) exp(φr)
= O exp(jφr) + O exp {-jφo - 2φr)} (2)
Der erste Term auf der rechten Seite von Gleichung (2) gibt an, daß die Wellenfront von dem Objekt reproduziert wurde. Der zweite Term auf der rechten Seite gibt eine konjugierte Welle des Objektlichts an. Anhand der obigen Beschreibung ist es verständlich, daß es ausreichend ist, nur den dritten Term der rechten Seite der Gleichung (1) bei der Berechnung der Phasenverteilung eines Hologramms zu berechnen.
Die Fig. 17 zeigt die Prinzipien der Bildung eines Fresnel-Typ-Hologramms. Wenn der Referenzlichtstrahl eine ebene Welle ist, ist seine Intensität vom Ort unabhängig, so daß die Lichtintensität R ignoriert werden kann. Ferner kann man für eine ebene Welle, die senkrecht auf die Hologrammoberfläche einfällt, die Phase als überall φr = 0 behandeln. Wenn die Luminanz (Streugrad) an einen bestimmten Probenpunkt 111 mit Koordinaten (Xi, Yi, Zi) auf einem Objekt 110 auf Ii eingestellt ist, ist die Bestrahlungsintensität Ih des Hologrammsegments 108, das die Minimaleinheit auf der Hologrammbildungsoberfläche 34 ist,
IH = {(Ii / ri) cos(k ri)} (3)
worin k die Wellenzahl des Laserstrahls ist, und
ri = {(Xi - Xhi)² + (Yi - Yhi)² + Zi²} (4)
Für ein Fresnel-Typ-Hologramm, wie es in der Fig. 17 gezeigt ist, ist es erforderlich, die Berechnungen der Gleichungen (3) und (4) für die gesamte Region der Hologrammbildungsoberfläche 34 auszuführen, da das Licht, das von dem Objekt 110 abgestrahlt wird, das gesamte Hologramm erreicht.
Andererseits wird bei einem Bildtyp-Hologramm, wie es in der Fig. 18 gezeigt ist, das Bild des Objekts 110 als ein reales Bild 114 an der Position der Hologrammbildungsoberfläche 34 durch eine Bilderzeugungslinse 112 gebildet. Daher erreicht, wie in der Fig. 19 gezeigt ist, zum Beispiel Licht von einem Probenpunkt 115 des realen Bildes 114 nur den Teil 117 der Hologrammbildungsoberfläche 34, welcher Teil durch eine virtuelle Öffnung 116 bestimmt ist. Die Region, über welche die Gleichungen (3) und (4) berechnet werden müssen, ist somit begrenzt.
Zum Beispiel wird bezüglich des zentralen Segmenthologrammbereichs 108 der Hologrammbildungsoberfläche, die in der Fig. 11 gezeigt ist, jedes zweidimensionale Pixel jedes der zweidimensionalen Tiefenbilddatensätze, die jeweils von den Objekten 36, 38 und 40 in den drei definierten Zonen erhalten werden, als ein Probenpunkt herangezogen, und die Gleichungen (3) und (4) werden berechnet. Bestrahlungsintensitäten (IHi)&sub1;, (IHi)&sub2; und (IHi)&sub3; für das Hologramm werden für die jeweiligen Zonen erhalten. Die Phasenverteilung eines Segmenthologramms 108 wird dann als die Summe dieser Bestrahlungsintensitäten, die für die verschiedenen Zonen erhalten wurden, berechnet. Dies ist durch die folgende allgemeine Gleichung bezüglich Zonennummern 1 bis n dargestellt.
IHi = (IHi)&sub1; + (IHi)&sub2; + . . . . + (IHi)n (5)
Die Größe eines dreidimensionalen Bildes, das angezeigt wird, kann durch das folgende Verfahren eingestellt werden.
Die Fig. 20 zeigt die Hologrammbildungsoberfläche 34 und eine zweidimensionale Tiefenbild-Anzeigeoberfläche (Projektionsoberfläche) 118, die durch einen vorgegebenen Abstand getrennt sind. Ein Bild 120 ist auf die Bildanzeigeoberfläche 118 projiziert gezeigt. Das Bild 120 ist als ein Aufwärtspfeil gezeigt. Eine Mittellinie 122 ist in der Z- Achsenrichtung verlaufend gezeigt und geht durch einen Ursprungspunkt O auf der Bildanzeigeoberfläche 118 und einem Punkt Po auf der Hologrammbildungsoberfläche 34. Der Punkt Po entspricht einem Segmenthologramm. Ein Punkt Pi entsprechend einem anderen Segmenthologramm ist über dem Punkt Po gezeigt. Die Phasenverteilung am Punkt Po wird von allen den Probenpunkten des Bildes 120 auf der Basis der Gleichungen (3) und (4) erhalten. Ähnlich kann die Phasenverteilung am Punkt Pi von allen den Probenpunkten des Bildes 120 erhalten werden. Das Bild 120 erscheint unterschiedlich, wenn es von Po gesehen wird, im Vergleich zu Pi, wobei der Unterschied nur an der Parallaxe liegt. Wenn die zweidimensionalen Bilder der Tiefenbild-Anzeigeoberfläche 118 für jeden der verschiedenen Punkte Po und Pi auf der Hologrammbildungsoberfläche 34 verarbeitet wurden, wird der Punkt Pi über dem Ursprung O relativ zu Po nur durch den Winkel θi angezeigt. Wenn das Bild 120 vergrößert (oder verkleinert) werden soll, wird es auf der Tiefenbild-Anzeigeoberfläche 118 um den Ursprung O als ein Zentrum vergrößert (oder verkleinert) und die Phasen an den Punkten Po und Pi werden auf der Basis des Ergebnisses der Vergrößerung (oder Verkleinerung) berechnet.
Die Fig. 21 zeigt eine Situation, in der das Bild 120 von Fig. 20 um einen Faktor Zwei vergrößert ist, um ein Bild 120-1 zu erhalten. In diesem Fall ist ebenfalls der Winkel zwischen den Linien vom Ursprung O zu den Punkten Po und Pi jeweils θi, der unverändert ist. Keine Kontradiktion tritt in der Kontinuität der Parallaxe zwischen dem Bild, das vom Punkt Po zu sehen ist, und dem Bild auf, das vom Punkt Pi zu sehen ist. Es ist wünschenswert, daß der Ursprung O des Bildes 120 auf einen scharfen Kantenteil auf dem Objekt einge stellt ist, so daß er immer an derselben Position zu sehen ist, selbst wenn die Betrachtungspunktposition auf der Hobgrammbildungsoberfläche 34 geändert wird.
Eine Einstellung des Abstandes von der Hologrammbildungsoberfläche, auf der ein dreidimensionales Bild angezeigt werden soll, kann durch das folgende Verfahren erreicht werden.
Die Fig. 22 stellt eine Änderung im Abstand einer Tiefenbild-Anzeigeoberfläche (Projektionsebene), die zum Anzeigen eines Bildes 120-1 verwendet wird, von der Hologrammbildungsoberfläche 34 dar. Zuerst wird angenommen, daß das Bild 120-1 auf der Tiefenbild-Anzeigeoberfläche 118-1, die in einem Abstand L in der Tiefenrichtung von der Hologrammbildungsoberfläche 34 liegt, für die verschiedenen Punkte Po und Pi auf der Hologrammbildungsoberfläche 34 verarbeitet wird. In diesem Fall ist die Winkelversetzung des Punktes Pi vom Punkt Po um das Zentrum des Bildes 120-1 gerade ein Winkel θi. Wenn sich die Tiefenbild-Anzeigeoberfläche von der Position 118-1 zu einer weiter entfernten Position 118-2 über eine tiefenmäßige Distanz von ΔL bewegt, wird der Be rechnungspunkt Pi für die Phasenverteilung in Pi' geändert, um den Winkel θi auf demselben Wert zu halten. Die lineare Verschiebung Δd dieses Berechnungspunktes in der Phasenverteilungsberechnung ist in diesem Fall
Δd = (ΔL/L)d
Die Fig. 23 zeigt Änderungen für Berechnungspunkte P&sub1; bis P&sub4;, die um den zentralen Phasenverteilungsberechnungspunkt (Segmenthologramm) Po herum verteilt sind. Ein Fall, in dem die Bildanzeigeoberfläche von der Hologrammbildungsoberfläche 34 wegbewegt wird, ist auf der rechten Seite von Fig. 23 gezeigt, während die linke Seite einen Fall zeigt, in dem die Bildanzeigeoberfläche näher hin bewegt wird. Wenn die Bildanzeigeoberfläche näher hin bewegt wird, nähern sich die peripheren Berechnungspunkte P&sub1; bis P&sub4; dichter aneinander. Wenn die Bildanzeigeoberfläche weiter wegbewegt wird, werden die peripheren Berechnungspunkte P&sub1; bis P&sub4; radial auswärts verschoben und die Abstände zwischen den Berechnungspunkten nehmen zu. Ein zweidimensionales Tiefenbild, wie es von einer Position zwischen den benachbarten Berechnungspunkten zu sehen ist, kann durch Bildinterpolation erhalten werden. Die Phasenverteilung, die den Interpolationsberechnungspunkt betrifft, wird von dem Interpolationsbild berechnet, wodurch die Kontinuität des rekonstruierten dreidimensionalen Bildes in dem Fall erhalten bleibt, in dem die Anzeigeoberfläche weiter weg von der Hologrammbildungsoberfläche bewegt wurde.
Die Fig. 24 zeigt eine Hologrammanzeigevorrichtung zum Darstellen der berechneten Phasenverteilung in physikalischer Form als ein zusammengesetztes Hologramm und zum Darstellen eines dreidimensionalen Bildes durch Bestrahlen des zusammengesetzten Hologramms mit einem Reproduktionslichtstrahl. Eine räumliche Lichtmodulationsvorrichtung 130 zum elektrischen Bilden des zusammengesetzten Hologramms ist an der Vorderseite eines Vorrichtungshauptkörpers 128 vorgesehen. Eine Haube 132 ist ebenfalls vorgesehen, um das Licht nullter Ordnung abzuschirmen, das durch die Vorrichtung 130 transmittiert wird.
Die Fig. 25 zeigt eine interne Struktur der Vorrichtung der Fig. 24. Eine Laserlichtquelle 134, die als eine Punktlichtquelle fungiert, ein Sammelspiegel 136 und eine Steuerung 138 sind im Hauptkörper der Vorrichtung angeordnet. Die Steuerung 138 gibt die berechnete Phasenverteilung zur räumlichen Lichtmodulationsvorrichtung 130. Eine sphärische Welle, die als eine Punktlichtquelle von der Laserlichtquelle 134 ausgeht, wird in einen parallelen Reproduktionslichtstrahl konvertiert (d.h. gesammelt) durch Reflexion an dem Sammelspiegel 136 und wird auf die räumliche Lichtmodulationsvorrichtung 130 gerichtet, wodurch verursacht wird, daß ein dreidimensionales Bild 135 rekonstruiert wird. Der Teil des gesammelten Lichtstrahls, der direkt durch die räumliche Lichtmodulationsvorrichtung 130 als eine Komponente nullter Ordnung hindurchgeht, wird durch die Haube 132 blockiert.
Bei einer bevorzugten Ausführung ist die Laserlichtquelle 134 ein kleiner Halbleiterlaser mit einer spektralen Bandbreite von wenigen Nanometern oder weniger, die zum Rekonstruieren eines klaren dreidimensionalen Bildes geeignet ist. Jegliche Wellenlänge im sichtbaren Bereich kann verwendet werden. Es ist jedoch notwendig, die Wellenlänge der Lichtquelle zu beachten, die zur Rekonstruktion verwendet wird, wenn die Hologrammphasenverteilung berechnet wird. Zum Beispiel ist es möglich, einen Halbleiterlaser zu verwenden, der einen roten Lichtstrahl emittiert, dessen Wellenlänge im Bereich von 600 nm ist, oder einen, der einen grünen Lichtstrahl emittiert, dessen Wellenlänge im Bereich von 500 nm ist, oder einen, der einen blauen Lichtstrahl emittiert, dessen Wellenlänge im Bereich von 400 nm ist.
Im Fall eines Fresnel-Typ-Hologramms, wobei das Objekt 110 von der Hologrammbildungsoberfläche 34 weg positioniert ist, wie in der Fig. 17 gezeigt ist, wird das Hologramm (Phasenverteilung) mit zunehmendem Abstand empfindlicher für die Farbverteilung über die spektrale Bandbreite des Reproduktionslichtes. In einem solchen Fall ist es wünschenswert, einen Halbleiterlaser zu verwenden, der eine schmale Ausgangsbandbreite hat.
Andererseits ist in dem Fall eines Bildtyp-Hologramms, wobei das Bild 114 nahe der Hologrammbildungsoberfläche 34 liegt, wie in der Fig. 18 gezeigt ist, das Hologramm relativ unempfindlich für die Farbverteilung über die spektrale Bandbreite des Reproduktionslichtes. Daher kann ein klares Reproduktionsbild erhalten werden, selbst wenn die spektrale Bandbreite der Quelle relativ breit ist. In diesem Fall ist es möglich, eine Halogenlampe oder ähnliches, deren spektrale Bandbreite ungefähr 10 nm ist, anstelle einer Laserquelle zu verwenden.
Obwohl von der Laserlichtquelle 134 in der Fig. 25 direkt eine sphärische Welle emittiert wird, ist es auch möglich, die Vorrichtung in einer solchen Weise zu konstruie ren, daß ein Laserstrahl durch eine Objektivlinse und ein Nadelloch hindurchgeführt wird, oder so, daß ein Laserstrahl durch eine optische Faser transmittiert wird, um Licht bereitzustellen, das von einem Ausgangsende der Faser dispergiert
Die Fig. 26 zeigt eine räumliche Lichtmodulationsvorrichtung 130 zur Verwendung bei einer Ausführung der vorliegenden Erfindung, in welcher eine Flüssigkristallanzeige des transrnittierenden Typs verwendet wird. Eine Eingangsoberfläche ist durch eine Seite eines Glassubstrates 340 geschaffen, auf dessen anderen Seite eine gleichmäßige transparente Elektrode 344 angeordnet ist. Verzweigte transparente Elektroden 346-1 bis 346-n bilden Anzeigesegmente und sind auf einer inneren Seite eines Glassubstrates 342 auf einer Ausgabeseite der Vorrichtung angeordnet. Flüssigkristall-Orientierungsfilme 352 und 354 sind einwärts der transparenten Elektroden 344 und 346-1 bis 346-n, jedoch davon jeweils durch isolierende Schichten 348 und 350 getrennt, vorgesehen. Eine Flüssigkristallschicht 316 ist zwischen den Orientierungsfilmen 352 und 354 angeordnet, so daß die Vorrichtung eine Flüssigkristallanzeigetafel bildet. Zum Steuern der Flüssigkristallanzeige wird eine Spannung entsprechend der geeigneten berechneten Phaseninformation an jede Flüssigkristallzelle in einer Weise angelegt, die durch Signale bestimmt ist, die an die Elektroden 346-1 bis 346-n angelegt sind. Der Brechungsindex der Flüssigkristallzelle für die Transmissionsrichtung eines Reproduktionslichtstrahls 362 wird somit lokal gemäß der angelegten Steuerspannung moduliert.
Die Fig. 27 zeigt Einzelheiten der Phasenmodulation bezüglich dreien der Pixel der Flüssigkristallanzeige als ein Beispiel. Reproduktionslichtstrahlen 362-1 bis 362-3 derselben Phase, zum Beispiel ebene Wellen, treten von der linken Seite in Pixel 366-1 bis 366-3 ein. Diese Pixel werden gemäß jeweiligen verschiedenen Phasenzuständen (so daß sie verschiedene Brechungsindizes haben) gesteuert, so daß relative Phasenabweichungen zwischen den ausgehenden Lichtstrahlen 364-1 bis 364-3 als eine Folge ihrer verschiedenen optischen Weglängen in den jeweiligen Flüssigkristallpixeln 366-1 bis 366-3 existieren.
Idealerweise ist es wünschenswert, daß jegliche Phase in einem Bereich von 0 bis 2π dargestellt werden kann, welcher Bereich einer optischen Distanz einer vollen Wellenlänge entspricht. Jedoch kann, selbst wenn die Phase durch Mehrwertpegel dargestellt wird, die gewünschte Phasenverteilung ungefähr innerhalb eines praktischen Bereiches dargestellt werden. Die Dicke d der Flüssigkristallschicht ist so ausgewählt, um Bedingungen zu erfüllen, so daß das Produkt Δn x d und der maximalen Brechungsindexänderung An, die durch die angelegte Spannung induziert werden kann, gleich einer Wellenlänge λ des Reproduktionslichtes ist. Um die Phasenverteilung genau darzustellen, und um ein klar reproduziertes dreidimensionales Bild zu erhalten, ist es erforderlich, die Flüssigkristallzellengröße auf den Bereich einer Wellenlänge zu begrenzen, indem eine Flüssigkristallanzeige mit einer hohen Auflösung verwendet wird.
Die Fig. 28 zeigt eine andere stereoskopische Anzeigevorrichtung zur Verwendung bei einer Ausführung der Erfindung, bei der eine räumliche Reflexionstyp-Lichtmodulationsvorrichtung 130 verwendet wird. Die Vorrichtung 130 ist in einem Hauptkörper 128 der Vorrichtung vorgesehen und stellt ein Hologramm elektronisch dar (d.h. bildet eine physikalische Reproduktion davon), das die Phasenverteilung hat, die durch die Steuerung 138 berechnet wurde. Ein Reproduktionslichtstrahl von der Laserlichtquelle 134 wird von einem Spiegel 140 reflektiert, und wird ferner von einem Halbspiegel 142 reflektiert, um in die räumliche Reflexionstyp- Lichtmodulationsvorrichtung 130 einzutreten. Moduliertes Licht von der Modulationsvorrichtung 130 geht durch den Halbspiegel 142 hindurch, wodurch sie ein dreidimensionales Bild anzeigt.
Wie in der Fig. 29 gezeigt ist, tritt das Reproduktionslicht in der Reflexionstyp-Modulationsvorrichtung 130 zuerst in eine Reflexionstyp-Flüssigkristallanzeige 144 auf einer Seite der Vorrichtung ein, wird von einer reflektierenden Oberfläche 146 an der entgegengesetzten Seite reflektiert, geht durch die Anzeige 144 nochmals hindurch und wird dann von der Vorrichtung emittiert. Da das Reproduktionslicht zweimal durch die Flüssigkristallanzeige in einer der artigen Reflexionstyp-Modulationsvorrichtung (im Vergleich zu nur einmal in einer Transmissionstyp-Flüssigkristall- Modulationsvorrichtung) hindurchgeht, kann die Dicke der Flüssigkristallschicht, die zum Erhalten einer gegebenen Phasenänderung erforderlich ist, um die Hälfte reduziert werden. Es ist zu beachten, daß bei dieser Ausführung ein Flüssigkristall des homogenen Orientationstyps verwendet wird, so daß seine Polarisation beibehalten wird.
Die Fig. 30 zeigt eine andere Ausführung einer stereoskopischen Anzeigevorrichtung. Bei dieser Ausführung werden die Informationen der berechneten Phasenverteilung optisch geschrieben und reproduziert. Eine räumliche Lichtmodulationsvorrichtung 148, in welcher Phasenverteilungsinformationen optisch durch einen Laserstrahl von einer Lichtabtastsektion 145 geschrieben wird, ist in dem Hauptkörper 128 der Vorrichtung vorgesehen. Wenn Phasenverteilungsinformationen in die räumliche Lichtmodulationsvorrichtung 148 durch den Laserstrahl von der Lichtabtastsektion 145 geschrieben werden, steuert die Steuerung 138 die Modulationsvorrichtung 148, so daß sie dieselben Bedingungen wie in der Reflexionstyp-Vorrichtung 130 bereitstellt, die in der Fig. 29 gezeigt ist. Somit wird der Laserstrahl von der Laserlichtquelle 134 von dem Spiegel 140 und dem Halbspiegel 142 reflektiert und fällt auf die linke Seite der räumlichen Lichtmodulationsvorrichtung 148 als ein Reproduktionslichtstrahl ein. Das Bild wird dann durch eine Projektion durch den Halbspiegel 142 zum Betrachter angezeigt.
Die Fig. 31 zeigt einen internen Aufbau der optisch beschreibbaren räumlichen Lichtmodulationsvorrichtung 148 von Fig. 30. Eine transparente Elektrode 154, eine photoleitfähige Schicht 156 und eine Lichtabschirmschicht 158 sind auf einer Seite eines Glassubstrates 150 angeordnet, dessen andere Seite einen Schreiblichtstrahl 170 empfängt. Ein dielektrischer Spiegel 160 ist einwärts der Lichtabschirmschicht 158 vorgesehen. Ein Glassubstrat 152 ist auf der Seite der Vorrichtung vorgesehen, die jener des Substrats 150 entgegengesetzt ist, um einen Reproduktionslichtstrahl 172 zu empfangen und wieder zu emittieren. Eine transparente Elektrode 155 ist auf dem Substrat 150 vorgesehen. Eine Flüssigkristallschicht 165 ist zwischen isolierenden Filmen 164 und 162 angeordnet, die jeweils auf der transparenten Elektrode 155 und dem dielektrischen Spiegel 160 vorgesehen sind.
Während des Betriebs der räumlichen Lichtmodulationsvorrichtung 148 von Fig. 31 fällt, wenn der schreibende Laserstrahl 170 zuerst auf die photoleitfähige Schicht 156 einfällt, der Widerstandswert jener Schicht dort, wo die Lichtintensität groß ist. Da sich der Widerstandswert der photoleitfähigen Schicht 156 ändert, während die Steuerspannung konstant gehalten wird, ändert sich die Spannung, die über den entsprechenden Teil der Flüssigkristalltafel 165 durch den dielektrischen Spiegel 160 angelegt ist, lokal um einen Wert entsprechend der Widerstandswertänderung. Wenn sich die Spannung, die über einen Teil des Flüssigkristalls angelegt ist, ändert, wie oben angegeben wurde, ändert sich der Brechungsindex lokal. Wenn der einfallende Reproduktionslichtstrahl 172 durch den dielektrischen Spiegel 160 reflektiert und zurückgegeben wird, wird das Reproduktionslicht ein Modulationslichtstrahl 174, der die Phasenmodulations informationen trägt.
Die Fig. 32 zeigt eine andere stereoskopische Anzeigevorrichtung zur Verwendung bei einer Ausführung der Erfindung. Bei dieser Ausführung tritt ein Reproduktionslichtstrahl 180 in die räumliche Lichtrnodulationsvorrichtung 130 ein, die eine Transmissionstyp-Flüssigkristallanzeige oder ähnliches verwendet, um die berechnete Phasenverteilung darzustellen, und wird dadurch moduliert. Der modulierte Lichtstrahl von der räumlichen Lichtmodulationsvorrichtung 130 wird durch ein optisches Projektionssystem 176 vergrößert, und wird auf einen Hologrammschirm 178 projiziert, wodurch es ermöglicht wird, daß ein dreidimensionales Bild über das visuelle Feld 182 entsprechend einem sichtbaren Winkelbereich θ zu betrachten ist.
Die Fig. 33 zeigt eine andere Ausführung einer stereoskopischen Anzeigevorrichtung. Bei dieser Vorrichtung kann auf eine Haube zum Verhindern der angezeigten Lichtkomponente nullter Ordnung verzichtet werden. Ein Brechungskörper zum Unterdrücken der Emission des Lichtes nullter Ordnung ist mit der räumlichen Lichtmodulationsvorrichtung 184 in dem Vorrichtungshauptkörper 128 integriert.
Wie in der Fig. 34 gezeigt ist, wird in der stereoskopischen Anzeigevorrichtung von Fig. 33 eine sphärische Welle von der Laserlichtquelle 134 von dem Sammelspiegel 136 reflektiert und auf die räumliche Lichtmodulationsvorrichtung 184, die in dem Brechungskörper integriert ist, unter einem Einfallswinkel gleich dem oder größer als der kritische(n) Winkel für den Brechungskörper reflektiert. Das Licht nullter Ordnung wird daher intern total reflektiert, wodurch Licht nullter Ordnung daran gehindert wird, emittiert zu werden. Eine Haube zum Abblocken des Lichtes nullter Ordnung ist daher nicht erforderlich.
Um Farbbilder anzuzeigen, ist es ausreichend, daß die Bildung der dreidimensionalen Bildinformationen im Schritt S1 von Fig. 1, die Bildung des Tiefenbildes im Schritt S2 und die Berechnung der Phasenverteilung im Schritt S3 für jede spektrale Komponente, zum Beispiel für R-, G- und B- Komponenten, ausgeführt werden.
Die Fig. 35 zeigt eine Ausführung einer stereoskopischen Farbanzeigevorrichtung zum Erzeugen einer zweifarbigen Anzeige, welche Vorrichtung zwei der stereoskopischen Anzeigevorrichtungen enthält, die oben beschrieben wurden. Eine räumliche Lichtmodulationsvorrichtung 200 wird gemäß der Phasenverteilung, die bezüglich zum Beispiel der R-Komponente berechnet wurde, durch eine Steuerung 226 gesteuert. Eine räumliche Lichtmodulationsvorrichtung 202 wird gemäß der Phasenverteilung, die bezüglich zum Beispiel der G-Komponente berechnet wurde, gesteuert. Jeweilige Reproduktionslichtstrahlen von Laserlichtquellen 206 und 208 bestrahlen die räumlichen Lichtmodulationsvorrichtungen 200 und 202 entsprechend durch Verschlüsse 212 und 214 und Sammellinsen 216 und 218, wodurch ein dreidimensionales R-Komponentenbild 228 und ein dreidimensionales G-Komponentenbild 230 angezeigt werden. Das G-Komponentenbild 230 wird von einem Halbspiegel 220 reflektiert und ist von den Augen 224 des Betrachters zu sehen. Gleichzeitig geht das R-Komponentenbild 228 durch den Halbspiegel 220 hindurch und tritt in die Augen 224 ein. Folglich kann der Betrachter ein synthetisches dreidimensionales Farbbild sehen, in welchem das G-Komponentenbild 230 auf dem R-Komponentenbild 228 überlagert ist.
Die Fig. 36 zeigt eine andere stereoskopische Farbanzeigevorrichtung zur Verwendung bei einer Ausführung der Erfindung. bei dieser Ausführung wird die Phasenverteilung für jede der R-, G- und B-Komponenten berechnet, um es zu ermöglichen, daß ein synthetisiertes Farbbild angezeigt wird. Drei stereoskopische Anzeigevorrichtungen werden verwendet. Somit sind zusätzlich zu den zwei Anzeigevorrichtungen, die bei der Ausführung von Fig. 35 verwendet werden, eine Laserlichtquelle 210, ein Verschluß 215 und eine Sammellinse 219 vorgesehen, um als ein Anzeigesystem für die B-Komponente zu wirken. Eine zusätzliche räumliche Lichtmodulationsvorrichtung 204, die gemäß der Phasenverteilung, die bezüglich der B-Komponente berechnet wurde, gesteuert wird, ist ebenfalls vorgesehen. Ferner ist ein Halbspiegel 222 zum Kombinieren des B-Komponentenbildes von der räumlichen Lichtmodulationsvorrichtung 204 mit den R- und G-Komponentenbildern hinzuge fügt. Ein synthetisiertes dreidimensionales Farbbild, das aus den R-, G- und B-Komponenten gebildet ist, die durch Pfeile gezeigt sind, kann somit von den Augen 224 des Betrachters betrachtet werden.
Die Fig. 37 zeigt ein Zeitablaufdiagramm von Steuersignalen ER, EG und EB für ein zeitlich aufgeteiltes Anzeigen der RGB-Komponenten durch Öffnen oder Schließen der Verschlüsse 212, 214 und 215, was durch die Steuerung 226 gesteuert wird, die in der Fig. 36 dargestellt ist. Die Steuersignale ER, EG und EB werden erzeugt, so daß sie in Intervallen T von 1/30 Sekunden wiederholt werden und so Zeitverzögerungen von T/3 haben. Im Fall der Ausführung von Fig. 35 mit nur den Komponenten R und G kann die Zeitabweichung zwischen den zwei Signalen ER und EG auf T/2 eingestellt werden.
Die Fig. 38 zeigt ein Zeitablaufdiagramm eines anderen Steuerverfahrens, das zur Verwendung bei den Ausführungen der Fig. 35 und 36 geeignet ist. In diesem Fall sind die Verschlüsse gleichzeitig in Intervallen von T = 1/30 Sekunden geöffnet, und dreidimensionale Bilder von zwei oder drei Farbkomponenten werden gleichzeitig an den geeigneten Positionen angezeigt, wodurch das geforderte Farbbild synthetisiert wird.
Ein Verfahren zum Bilden eines Hologramms durch Belichtung wird nun durch Bezugnahme auf die Fig. 39 bis 42 beschrieben.
Die Fig. 39 zeigt ein Verfahren zum Herstellen eines Hologramms auf einer Hologramm-Trockenplatte oder ähnlichem. Bei diesem Verfahren sind die Schritte S1 und S2 grundsätzlich dieselben wie jene des Verfahrens von Fig. 1, aber nachfolgende Schritte unterscheiden sich davon.
Anstelle einer Berechnung der Phasenverteilung, wie im Schritt S3 des Verfahrens von Fig. 1 werden im Schritt S3 des gegenwärtigen Verfahrens die zweidimensionalen Bilddaten der perspektivischen Projektionen jedes Objektes, das in einer gegebenen Zone vorhanden ist, wie sie von jeweiligen verschiedenen Betrachtungspunkten entsprechend jeweiligen Segmenthologrammbereichen gesehen werden und auf die Projektionsebene, die für die betroffene Zone definiert ist, projiziert werden, direkt verwendet, um ein Interferenzmuster zu erzeugen, mit dem eine Hologramm-Trockenplatte oder ähnliches belichtet wird. Die zweidimensionalen Bilddaten jeder perspektivischen Projektion werden wiederum auf eine Flüssigkristallanzeige oder ähnliches geladen. Eine Bestrahlung wird durch Interferenz zwischen zwei Lichtstrahlen ausgeführt, von denen einer durch Bestrahlung der Flüssigkristallanzeige mit einem Bestrahlungslichtstrahl erzeugt wird und der zweite ein Referenzlichtstrahl ist, der zum Interferieren mit dem Bestrahlungslichtstrahl nachfolgend auf die Modulation des letzteren durch die zweidimensionalen Bilddaten angeordnet ist, die die perspektivische Projektion bilden, die dann auf der Flüssigkristallanzeige geladen wird.
Nach Abschluß der Bestrahlung wird ein Entwicklungsprgzeß im Schritt S4 ausgeführt.
Eine Trockenplatte einer, Hologramm-Trockenplatte, die aus diesem Prozeß resultiert, kann in eine Anzeigevorrichtung eingesetzt und mit einem Reproduktionslichtstrahl bestrahlt werden, so daß der Strahl moduliert wird, wodurch eine Wellenfront erzeugt wird, die durch die Phasenverteilung bestimmt ist, die auf dem Hologramm aufgezeichnet ist und zum Anzeigen des entsprechenden stereoskopischen Bildes dient (Schritt S5).
Die Fig. 40 zeigt genauer den Bestrahlungsprozeß, der im Schritt S3 von Fig. 39 gezeigt ist, welcher Schritt zum Beispiel unter Verwendung einer Bestrahlungsvorrichtung ausgeführt werden kann, wie sie in der Fig. 41 gezeigt ist. Die Bestrahlungsvorrichtung, die in der Fig. 41 gezeigt ist, wird zuerst beschrieben, bevor eine vollständige Erklärung des Bestrahlungsprozesses angegeben wird, der in der Fig. 40 dargestellt ist.
Die Fig. 41 zeigt eine Bestrahlungsvorrichtung, die eine Bildformungslinse 238, eine Flüssigkristallanzeige 232 und eine Hologramm-Trockenplatte 234 enthält. Die Flüssigkristallanzeige 232 wird von einem Haltearm 242 gehalten und kann in den Z- und X-Richtungen durch eine Z-Bühne 246 bzw. eine X-Bühne 248 bewegt werden, die auf einer Basisplatte 234 montiert sind. Die Hologramm-Trockenplatte 234 wird von einem Arm 250 gehalten und kann in den X- und Y-Richtungen durch eine weitere X-Bühne 252 und eine Y-Bühne 254 bewegt werden, wie in der Fig. 41 gezeigt ist. Eine Bildformungslinse 238 ist vorgesehen, um den Bestrahlungslichtstrahl 256 zu konvergieren, so daß er, nachdem er durch die Flüssigkristallanzeige 232 hindurchgegangen ist, auf eine einer Multiplizität von Mikrosegment-Hologrammregionen 236 auf der Hologramm-Trockenplatte 234 fokussiert ist.
Der Bestrahlungsprozeß gemäß dem Flußdiagramm der Fig. 40 wird nun unter Bezugnahme auf die Vorrichtung von Fig. 41 beschrieben.
Im Schritt S1 wird eine der Segmenthologrammregionen 236, die in einer Matrixform über der Hologramm-Trockenplatte 234 angeordnet sind, zur Bestrahlung durch ihr Ausrichten mit der optischen Achse 240 der Bilderzeugungslinse 238 ausgewählt.
Im Schritt S2 wird der Abstand in der Z-Richtung zwischen der Flüssigkristallanzeige 232 und der Hologramm- Trockenplatte 234 auf einen Abstand Z1 entsprechend der Position der Projektionsebene der Zone eingestellt, die zuerst verarbeitet werden soll.
Im Schritt S3 wird das zweidimensionale perspektivische Bild, das der ausgewählten Zone und der ausgewählten Segmenthologrammregion entspricht, welches Bild in holographischer Form auf der ausgewählten Mikrosegment-Hologrammregion 236 aufgezeichnet werden soll, auf der Flüssigkristallanzeige 232 geladen und angezeigt. Das Bestrahlungslicht 256, das sich durch die Bildformungslinse 238 ausgebreitet hat und dadurch konvergiert wurde, um einen Lichtstrahl 257 zu bilden, geht durch die Flüssigkristallanzeige 232 hindurch, auf der das geeignete zweidirnensionale Bild geladen ist, und wird dadurch moduliert. Der somit modulierte Strahl 257 kon vergiert dann auf die ausgewählte Segmenthologrammregion 236, wo er mit einem kohärenten Referenzlichtstrahl 258 interferiert, der die Hologramm-Trockenplatte durch einen Strahlaufweiter 255 divergent bestrahlt.
Somit wird im Schritt S4 die ausgewählte Segmenthologrammregion 236 bestrahlt, um ein Hologramm zu erzeugen, das durch die Interferenz zwischen dem Bestrahlungslicht 256, welches durch die geeignet geladene Flüssigkristallanzeige 232 hindurchgegangen ist, und dem Referenzlicht 258 gebildet wird.
Im Schritt S5 wird eine überprüfung durchgeführt, um einzustellen, ob es weitere Zonen gibt, für welche entsprechende Tiefenbilder für den gegenwärtig ausgewählten Segmen thologrammbereich 236 verarbeitet werden sollen. Wenn es welche gibt, geht der Prozeß zum Schritt S2 zurück, wobei der Abstand zwischen der Flüssigkristallanzeige 232 und der Hologramm-Trockenplatte 234 auf einen Wert Zn entsprechend der Position der Projektionsebene der nächsten Zone einge stellt wird, die verarbeitet werden soll. Wenn es keine gibt, ist die Bestrahlung der gegenwärtig ausgewählten Segmenthologrammregion 236 abgeschlossen und es folgt Schritt S6. Zum Beispiel werden, wenn es drei Zonen in der Tiefenrichtung gibt, wie in den Fig. 42A, 42B und 42C gezeigt ist, die Bilder entsprechend den Zonen aufeinanderfolgend mit jeweiligen Abständen Z&sub1;, Z&sub2; und Z&sub3; zwischen der Flüssigkristallanzeige 232 und der Hologramm-Trockenplatte 234 angezeigt, wodurch drei aufeinanderfolgende Interferenzbestrahlungen ausgeführt werden, die an der ausgewählten Hologrammregion 236 gegenseitig überlagert sind.
Im Schritt S6 wird eingestellt, ob alle erforderlichen Segmenthologrammregionen 236 bestrahlt wurden. Wenn JA, ist der Prozeß abgeschlossen. Wenn NEIN, geht der Prozeß zum Schritt S1 zurück, und eine weitere der Segmenthologrammregionen wird zur Bestrahlung durch ihr Ausrichten mit der op tischen Achse 240 der Bilderzeugungslinse 238 ausgewählt. Die nachfolgenden Schritte S2, S3, ... werden wiederholt, bis die Bestrahlungen aller erforderlichen Regionen abgeschlossen sind.
Ein Verfahren zum Bilden der dreidimensionalen Bilddaten von Photographierobjekten unter Verwendung einer Kamera wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 43 bis 47 beschrieben.
Die Fig. 43 zeigt die Schritte dieses Verfahrens.
Im Schritt S1 werden zweidimensionale Bilddaten, die durch Photographieren eines Objektes mit einer CCD-Kamera oder ähnlichem erhalten wurden, eingegeben.
Im Schritt S2 werden diese zweidimensionalen Bilddaten zum Bilden der erforderlichen dreidimensionalen Bilddaten verwendet.
Die nachfolgenden Schritte S3 bis S6 entsprechen jeweils den Schritten S2 bis S5 des Verfahrens von Fig. 2, das oben beschrieben wurde.
Die Fig. 44 veranschaulicht den Schritt S1 von Fig. 43. Eine CCD-Kamera 260, die zum Beispiel von einem Televisionssystem gesteuert wird, ist an einer Position entsprechend jener der Hologrammbildungsoberfläche 34 installiert. Die CCD-Kamera 260 hat eine Bildformungslinse 262 und eine Bilderzeugungsoberfläche 264. Die CCD-Kamera kann in die Ebene der Hologrammbildungsoberfläche 34 durch eine XY-Bühne 266 bewegt werden. Objekte 36, 38 und 40, die in verschiedenen Abständen von der Hologrammbildungsoberfläche 34 positioniert sind, werden von der CCD-Kamera 260 photographiert, und die somit erhaltenen zweidimensionalen Bilder werden einem Computer 16 zugeführt.
Die Fig. 45 veranschaulicht ferner, wie die zweidimensionalen Bilder erhalten werden. Die Objekte 36, 38 und 40, von denen jedes eine dreidimensionale Struktur hat, werden von einer Reihe von Position Pij (i = 1, 2 .... n; j = 1, 2, .... n) photographiert, wobei diese Positionen einer Mehrzahl von Photographierpunkten entsprechen, die auf der Hologrammbildungsoberfläche 34 eingestellt sind. Die resultierenden Bilder enthalten die Bildinformationen, die in den Prozeß eingegeben werden. Zum Erhalten von Photographien von jedem der Photographierpunkte Pij kann an jeder Photographierpunktposition eine separate CCD-Kamera 260 installiert sein, oder eine einzige CCD-Kamera 260 kann verwendet werden, die nacheinander zu jeder solchen Position bewegt wird. Für jede Photographie wird die Mitte der Bilderzeugungslinse 262 mit dem relevanten Photographierpunkt Pij (Bildeingabeposition) ausgerichtet. Die optische Achse der Bildformungslinse 262 ist so eingestellt, daß sie an jedem der Photographierpunkte Pij in derselben Richtung verläuft. Alternativ kann die optische Achse der Bildformungslinse 262 eingestellt sein, um für alle Photographierpositionen auf einem vorgewählten Objektpunkt zu verbleiben. Das Intervall zwischen benachbarten Photographierpunkten Pij ist so eingestellt, daß eine sich kontinuierlich ändernde Ansicht der Oberfläche des abgebildeten Objektes gesehen wird, wenn das rekonstruierte Bild von einem Betrachter von einer Abfolge von verschiedenen Betrachtungspunkten betrachtet wird, wobei diese Bedingung von der herkömmlichen holographischen Stereogrammerzeugung vertraut ist. Es ist ausreichend, ein derartiges Intervall einzustellen, um eine Winkelseparation von ungefähr 0,3 bis 1 Grad zwischen aufeinanderfolgenden Be trachtungspunkten zu schaffen. Um einen natürlichen stereoskopischen Eindruck bereitzustellen, wenn das Hologramm von einer Abfolge von verschiedenen Betrachtungspunkten betrachtet werden soll, sind wenigstens einige Hundert von Photographierpunkten Pij in der Horizontalrichtung und wenigstens einige Zehn von solchen Punkten in der Vertikalrichtung erforderlich.
In dem Fall, in dem es schwierig ist, die Kamera oder Kameras anzuordnen an oder zu bewegen zu allen gewünschten Photographierpunkten, werden zweidimensionale Bilder von nur einigen der Photographierpunkte photographiert, wobei Zwischenpunkte übersprungen werden. Fehlende zweidimensionale Bilder, die den übersprungenen Punkten entsprechen, werden dann durch Interpolationsberechnungen erzeugt, die auf der Basis von dreidimensionalen Bilddaten ausgeführt werden, die von den zweidimensionalen Bilddatensätzen berechnet wurden, die direkt von den Photographien erhalten wurden.
Die Fig. 46 zeigt Einzelheiten des Eingabeprozesses zweidimensionaler Bilder, der in der Fig. 45 gezeigt ist.
Im Schritt S1 werden die zweidimensionalen Bilddaten durch Photographieren benachbarter zweidimensionaler Bilder erhalten.
Im Schritt S2 wird das Aufnahmekameraintervall geholt. Die Prozesse in den Schritten S1 und S2 werden wiederholt.
Die Fig. 47 zeigt Einzelheiten des Schrittes S2 von Fig. 43 - einen Prozeß des Bildens dreidimensionaler Bilddaten von extrahierten zweidimensionalen Bilddaten. Um in diesern Fall dreidimensionale Bilddaten zu bilden, werden jeweilige entsprechende Punkte von den zweidimensionalen Bilddaten durch Auswählen passender Muster der Bilddaten, die für zwei Punkte erhalten wurden, detektiert. Tiefeninformationen werden durch Verwendung des Prinzips der Triangulation für die entsprechenden Punkte berechnet, wodurch die erforderlichen dreidimensionalen Daten (X, Y, Z) der entsprechenden Punkte erzeugt werden. Der Schritt S3 der Fig. 47 stellt sicher, daß der Prozeß im Schritt S2 bezüglich aller der entsprechenden Punkte ausgeführt wird. Bei der Detektion der entsprechenden Punkte im Schritt S1 von Fig. 47 kann zusätzlich zu einem Verfahren, das zur Betrachtung mit zwei Augen äquivalent ist, unter Verwendung der zweidimensionalen Bilder, die durch Photographieren von zwei Punkten erhalten wurden, die Genauigkeit durch Verwendung eines Verfahrens, das zur Betrachtung durch drei Augen äquivalent ist, unter Verwendung der zweidimensionalen Bilder, die durch Photogra phieren von drei Punkten erhalten wurden, weiter verbessert werden. Andererseits kann es als ein Verfahren des direkten Erhaltens von Tiefeninformationen ohne Detektieren entsprechender Punkte zum Beispiel ausreichend sein, Abstände durch einen Bereichsfinder unter Verwendung eines Laserstrahls zu messen. Die Prozesse, nachdem die dreidimensionalen Bilddaten aus den zweidimensionalen Bildinformationen, die von der Kamera photographiert wurden, gebildet wurden, sind im wesentlichen dieselben wie jene bei der Ausführung von Fig. 1 unter Verwendung der dreidimensionalen Daten des CAD- Systems.
Die Fig. 48 zeigt ein Hologrammbildungs- und Bildrekonstruktionsverfahren ähnlich jenem von Fig. 39, wobei jedoch die dreidimensionale Bilddatenerzeugung gemäß dem Schritt S2 von Fig. 43 ausgeführt wird, wie gerade beschrieben wurde.

Claims

1. Verfahren zum Erzeugen eines zusammengesetzten Hologramms zur Verwendung beim Anzeigen eines stereoskopischen Bildes eines dreidimensionalen Gegenstandes (36, 38, 40), der in einem Objektraum liegt, der von einer Hologrammbildungsoberfläche (34) weg verläuft, welches Verfahren enthält:

a) Erhalten von dreidimensionalen Koordinatendaten, die den besagten Gegenstand repräsentieren,

b) Definieren einer Serie von verschiedenen Raumzonen (42, 44, 46) in dem besagten Objektraum, welche Zonen jeweilige unterschiedliche Abstandsbereiche von der Hologrammbildungsoberfläche überspannen und jeweilige unterschiedliche Bestandteile des besagten Gegenstandes (36, 38, 40) enthalten,

c) Erhalten von individuellen dreidimensionalen Koordinatendatensätzen, die jeweils die besagten verschiedenen Bestandteile repräsentieren, von den besagten dreidimensionalen Koordinatendaten,

d) Definieren einer individuellen Projektionsebene (48, 50, 52) für jede der besagten Zonen (42, 44, 46),

e) Einsetzen der individuellen, dreidimensionalen Koordinatendatensätze, um für jeden in einer Reihenfolge einer Multiplizität von vorgegebenen verschiedenen Betrachtungspunkten (Pi), die über die besagte Hologrammbildungsoberfläche (34) angeordnet sind, individuelle Tiefenbilddatensätze zu verarbeiten, die jeweilige zweidimensionale perspektivische Bilder der besagten unterschiedlichen Bestandteile repräsentieren, jedes, wie es von dem betroffenen Betrachtungspunkt auf die individuelle Projektionsebene projiziert ist, die für die Zone definiert ist, die das betroffene Bestandteil enthält, und

f) Einsetzen der besagten Tiefenbilddatensätze in einen Prozeß, ein zusammengesetztes Hologramm zu bilden, das aus einer Multiplizität von verschiedenen Bereichssegmenten besteht, die jeweilige physikalische Reproduktionen von individuellen Segmenthologrammen enthalten, von denen jedes ein zweidimensionales Bild repräsentiert, das eine Kombination von allen den besagten perspektivischen Bildern ist, die zu einem individuellen der besagten verschiedenen Betrachtungspunkte (Pi) gehören, welche Reproduktionen ähnlich ihren jeweiligen entsprechenden Betrachtungspunkten angeordnet sind, so daß das zusammengesetzte Hologramm mit einem Reproduktionslichtstrahl bestrahlt werden kann, um das gewünschte stereoskopische Bild zu erzeugen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei wenigstens zwei der besagten verschiedenen Bestandteile (70-1, 70-2) jeweils verschiedene Teile eines einzigen Objektes (70) sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei wenigstens eines der besagten verschiedenen Bestandteile eine Mehrzahl von separaten Objekten (96, 98) enthält.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Raumzonen so definiert sind, daß sie jeweilige separate Objekte enthalten, die zusammen den Gegenstand bilden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, wobei die eine der Raumzonen, die die weiteste von der Hologrammbildungsoberfläche ist, eine Hintergrundzone (86) ist, die sich ins Unendliche erstreckt.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Projektionsebene (48, 50, 52) für jede Zone (42, 44, 46) so definiert ist, daß sie das Gravitationszentrum des Bestandteils (36, 38, 40) enthält, das in der betroffenen Zone liegt.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die besagten individuellen Segmenthologramme Phasenhologramme sind.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das zusammengesetzte Hologramm auf Lichtmodulationseinrichtungen zum räumlichen Modulieren der Amplitude eines derartigen Reproduktionslichtstrahls gemäß der Phasenverteilung jedes individuellen Segmenthologramms gebildet wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die besagten dreidimensionalen Koordinatendaten, die den Gegenstand repräsentieren, aus zweidimensionalen Bildinformationen berechnet werden, die durch Photographieren des Gegenstandes erhalten wurden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die besagten dreidimensionalen Koordinatendaten, die den besagten Gegenstand repräsentieren, durch Photographieren des Gegenstandes von einer Multiplizität von verschiedenen Photographierpositionen (Pij) erhalten wurden, die über die besagte Hologrammbildungsoberfläche (34) angeordnet sind.

11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei zweidimensionale Bildinformationen betreffend den Gegenstand, wie er von einem Ort zwischen zwei der Photographierpositionen zu sehen ist, durch Interpolationsverarbeitung der zweidimensionalen Bildinformationen erhalten wird, die durch Photographieren des Gegenstandes von den zwei Photographierpositionen erhalten wurden.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei das Photographieren von einer Kameravorrichtung (260) ausgeführt wird, die nacheinander zu jeder der verschiedenen Photographierpositionen bewegt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 10 oder 111 wobei das Photographieren durch einzelne Kameravorrichtungen ausgeführt wird, die jeweils an den verschiedenen Photographierpositionen angeordnet sind.

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei das Photographieren an jeder der verschiedenen Photographierpositionen in derselben Richtung ausgeführt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei das Photographieren des Bestandteils des besagten Gegenstandes in jeder der besagten Zonen an jeder der verschiedenen Photographierpositionen in einer Richtung hin zu einem vorgegebenen Punkt in dem besagten Objektraum ausgeführt wird, der für jede der verschiedenen Photographierpositionen derselbe ist.

16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verarbeitung der Tiefenbilddatensätze eine effektive Vergrößerung der besagten perspektivischen Bilder einschließt.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Verarbeitung der Tiefenbilddatensätze eine effektive Verkleinerung der Größe der besagten perspektivischen Bilder einschließt.

18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zusammengesetzte Hologramm durch Verarbeiten der Charakteristika der individuellen Segmenthologramme und dann deren physikalische Reproduktion auf der Hologrammbildungsoberfläche (34) gebildet wird.

19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zusammengesetzte Hologramm auf einer optischen Modulationsvorrichtung (130) gebildet wird, so daß der Reproduktionslichtstrahl transmittiert werden kann, wodurch das gewünschte Bild erzeugt wird.

20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei die besagte optische Modulationsvorrichtung (130) eine Flüssigkristallschicht (360) enthält, die durch Anlegen von Steuerspannungen an Elektroden (346-1 bis 346-n) gesteuert wird, die benachbart der Flüssigkristallschicht angeordnet sind, um lokale Änderungen im Brechungsindex des Flüssigkristalls zu verursachen.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei das zusammengesetzte Hologramm auf einer optischen Modulationsvorrichtung gebildet wird, so daß der Reproduktionslichtstrahl davon reflektiert werden kann, um das gewünschte Bild zu erzeugen.

22. Verfahren nach Anspruch 21, wobei die besagte optische Modulationsvorrichtung (148) eine Flüssigkristallschicht (165) enthält, die durch lokale Änderungen im Widerstand einer photoleitfähigen Schicht (156) gesteuert wird, die benachbart der Flüssigkristallschicht (165) angeordnet ist, welche lokalen Änderungen durch eine Steuerung eines weiteren Lichtstrahls (170) erzeugt werden, der auf die photoleitfähige Schicht (156) einfällt.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei das zusammengesetzte Hologramm durch fixiertes Aufnehmen der individuellen Segmenthologramme nacheinander auf jeweils verschiedene Bereiche (236) eines Hologrammaufzeichnungsmediums (234) gebildet wird, welche verschiedenen Bereiche ähnlich den jeweiligen Betrachtungspunkten angeordnet sind.

24. Verfahren nach Anspruch 23, wobei jedes der besagten individuellen Segmenthologramme aufgezeichnet wird, indem der entsprechende Bereich (236) des Aufzeichnungsmediums (234) aufeinanderfolgend verschiedenen Hologrammkomponenten ausgesetzt wird, die jeweils den perspektivischen Bildern entsprechen, die für den Betrachtungspunkt verarbeitet wurden, der dem betreffenden individuellen Hologramm entspricht.

25. Verfahren nach Anspruch 24, wobei jede der besagten Hologrammkomponenten erzeugt wird durch:

Positionieren einer Bildanzeigetafel (232) parallel zum Hologrammaufzeichnungsmedium (234) und in einem Abstand davon, der gleich dem Abstand von der Hologrammbildungsoberfläche der individuellen Projektionsebene ist, die dem betreffenden perspektivischen Bild entspricht,

Veranlassen der Anzeigetafel (232), das betreffende perspektivische Bild anzuzeigen,

Richten eines Bestrahlungslichtstrahls (257) durch die Anzeigetafel (232), so daß er durch das angezeigte Bild moduliert wird, auf den einen der verschiedenen Bereiche (236), auf dem das betreffende individuelle Hologramm aufgezeichnet werden soll, und

Richten eines Referenzlichtstrahls (258) auf den einen Bereich (236), so daß er dort mit dem modulierten Bestrah lungslichtstrahl interferiert.

26. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jede der individuellen Projektionsebenen (48, 50, 52) parallel zu der besagten Hologrammbildungsoberfläche ist.

27. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jede individuelle Projektionsebene (48, 50, 52) so definiert ist, daß sie innerhalb der Raumzone ist, für die jene Ebene definiert ist.

28. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gefolgt durch einen Schritt des Bestrahlens des zusammengesetzten Hologramms mit einem Reproduktionslichtstrahl, um das gewünschte stereoskopische Bild (135) zu erzeugen.

29. Verfahren zum Erzeugen eines stereoskopischen Farbbildes, welches Verfahren enthält das Erzeugen, mittels eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 27, eines individuellen zusammengesetzten Hologramms (200, 202, 204) für jede Farbkomponente (R, G, B), aus welcher das stereoskopische Farbbild erzeugt werden soll, Bestrahlen jedes derartigen zusammengesetzten Hologramms mit einem Reproduktionslichtstrahls der Farbkomponente, für welche das Hologramm erzeugt wurde, und Kombinieren resultierender Lichtstrahlen, die von den individuellen zusammengesetzten Hologrammen (200, 202, 204) ausgehen, um das gewünschte stereoskopische Farbbild zu bilden.

30. Vorrichtung zum Erzeugen eines zusammengesetzten Hologramms zur Verwendung beim Anzeigen eines stereoskopischen Bildes eines dreidimensionalen Gegenstandes (36, 38, 40), der in einem Objektraum liegt, der von einer Hologrammbildungsoberfläche (34) weg verläuft, welche Vorrichtung enthält:

a) Datenerzeugungseinrichtungen zum Bereitstellen von dreidimensionalen Koordinatendaten, die den besagten Gegenstand repräsentieren,

b) Zonendefiniereinrichtungen zum Definieren einer Sene von verschiedenen Raumzonen (42, 44, 46) in dem besagten Objektraum, welche Zonen jeweilige unterschiedliche Abstandsbereiche von der Hologrammbildungsoberfläche überspannen und jeweilige unterschiedliche Bestandteile (36, 38, 40) des besagten Gegenstandes enthalten,

c) Datenaufteileinrichtungen zum Erhalten von individuellen dreidimensionalen Koordinatendatensätzen, die jeweils die besagten verschiedenen Bestandteile repräsentieren, von den besagten dreidimensionalen Koordinatendaten,

d) Projektionsebenen-Definitionseinrichtungen, die betreibbar sind, um für jede der besagten Zonen (42, 44, 46) eine individuelle Projektionsebene (48, 50, 52) zu definieren,

e) Bildverarbeitungseinrichtungen zum Einsetzen der besagten individuellen, dreidimensionalen Koordinatendatensätze, um für jeden in einer Reihenfolge einer Multiplizität von vorgegebenen verschiedenen Betrachtungspunkten (Pi), die über die besagte Hologrammbildungsoberfläche (34) angeordnet sind, individuelle Tiefenbilddatensätze zu verarbeiten, die jeweilige zweidimensionale perspektivische Bilder der besagten unterschiedlichen Bestandteile repräsentieren, jedes, wie es von dem betroffenen Betrachtungspunkt auf die individuelle Projektionsebene projiziert ist, die für die Zone definiert ist, die das betroffene Bestandteil enthält, und

f) Hologrammbildungseinrichtungen zum Einsetzen der besagten Tiefenbilddatensätze, um ein zusammengesetztes Hologramm zu bilden, das aus einer Multiplizität von verschiedenen Bereichssegmenten besteht, die jeweilige physikalische Reproduktionen von individuellen Segmenthologrammen enthalten, von denen jedes ein zweidimensionales Bild repräsentiert, das eine Kombination von allen den besagten perspektivischen Bildern ist, die zu einem individuellen der verschiedenen besagten Betrachtungspunkte (Pi) gehören, welche Reproduktionen ähnlich ihren jeweiligen entsprechenden Betrachtungspunkten angeordnet sind, so daß das zusammengesetzte Hologramm mit einem Reproduktionslichtstrahl bestrahlt werden kann, um das gewünschte stereoskopische Bild zu erzeugen.

31. Vorrichtung nach Anspruch 30, wobei die Datenerzeugungseinrichtungen ausgelegt sind, um die dreidimensionalen Koordinatendaten von zweidimensionalen Bildinformationen zu berechnen, die durch Photographieren des betreffenden Gegenstandes erhalten wurden.

32. Vorrichtung nach Anspruch 30 oder 31, wobei die besagten Hologrammbildungseinrichtungen ausgelegt sind, um das zusammengesetzte Hologramm durch Verarbeiten der Charakteristika der individuellen Segmenthologramme und dann deren physikalische Reproduktion auf der Hologrammbildungsoberfläche (34) zu bilden.

33. Vorrichtung nach Anspruch 30, 31 oder 32, wobei die besagten Hologrammbildungseinrichtungen eine optische Modulationsvorrichtung (130) enthalten, auf welcher das zusammengesetzte Hologramm gebildet wird, wenn die Vorrichtung in Gebrauch ist, so daß der besagte Reproduktionslichtstrahl durch jene Vorrichtung transmittiert werden kann, um das gewünschte Bild zu erzeugen.

34. Vorrichtung nach Anspruch 33, wobei die optische Modulationsvorrichtung (130) eine Flüssigkristallschicht (360) und Einrichtungen zum Steuern der Vorrichtung durch Anlegen von Steuerspannungen an Elektroden (346-1 bis 346-n) enthält, die benachbart der Flüssigkristallschicht angeordnet sind, um lokale Änderungen im Brechungsindex des Flüssigkristalls zu verursachen.

35. Vorrichtung nach Anspruch 30, 31 oder 32, wobei die besagten Hologrammbildungseinrichtungen eine optische Modulationsvorrichtung enthalten, auf welcher das besagte zusammengesetzte Hologramm gebildet wird, wenn die Vorrichtung in Gebrauch ist, so daß der Reproduktionslichtstrahl von der Vorrichtung reflektiert werden kann, um das gewünschte Bild zu erzeugen.

36. Vorrichtung nach Anspruch 35, wobei die besagte optische Modulationsvorrichtung (148) eine Flüssigkristallschicht (165) und Einrichtungen zum Steuern der Vorrichtung über lokale Änderungen im Widerstand einer photoleitfähigen Schicht (156) enthält, die benachbart der Flüssigkristallschicht (165) angeordnet ist, indem ein weiterer Lichtstrahl (170) auf die photoleitfähige Schicht (156) gerichtet wird.

37. Vorrichtung nach Anspruch 30 oder 31, wobei die Hologrammbildungseinrichtungen ausgelegt sind, um jedes der individuellen Segmenthologramme nacheinander aufzuzeichnen, indem ein entsprechender individueller Bereich (236) eines Hologrammaufzeichnungsmediums (234) verschiedenen Hologrammkomponenten ausgesetzt wird, die jeweils den besagten perspektivischen Bildern entsprechen, die für den Betrachtungspunkt verarbeitet wurden, der dem betreffenden individuellen Segmenthologramm entspricht.

38. Vorrichtung nach Anspruch 37, wobei die Hologrammbildungseinrichtungen eine Bildanzeigetafel und erste und zweite Lichtquellen enthalten und betreibbar sind, um jede der Hologrammkomponenten zu erzeugen durch:

Veranlassen der Anzeigetafel (232), die in einem Abstand von dem Hologrammaufzeichnungsmedium (234) angeordnet ist, der gleich dem Abstand von der Hologrammbildungsoberfläche der individuellen Projektionsebene ist, die dem betreffenden perspektivischen Bild entspricht, zum Anzeigen des betreffenden perspektivischen Bildes,

Richten eines Bestrahlungslichtstrahls (257) von der ersten Lichtquelle durch die Anzeigetafel (232), so daß er durch das angezeigte Bild moduliert wird, auf denjenigen der entsprechenden individuellen Bereiche (236), auf welchen das betreffende individuelle Segmenthologramm aufgezeichnet werden soll, und

Richten eines Referenzlichtstrahls (258) von der zweiten Lichtquelle auf den besagten einen individuellen Bereich (236), so daß er dort mit dem modulierten Bestrahlungslichtstrahl interferiert.