DE69315793T2

DE69315793T2 - Stereoskopisches Anzeigeverfahren und Vorrichtung dazu

Info

Publication number: DE69315793T2
Application number: DE69315793T
Authority: DE
Inventors: Hirokazu Aritake; Manabu Ishimoto; Masayuki Kato; Noriko Sato
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1992-09-30
Filing date: 1993-09-27
Publication date: 1998-04-09
Anticipated expiration: 2013-09-28
Also published as: EP0590913B1; JP3059590B2; JPH06110372A; CA2105446C; US5561537A; EP0590913A1; CA2105446A1; DE69315793D1

Description

Diese Erfindung betrifft die Darstellung (Anzeige) stereoskopischer Bilder von sich bewegenden dreidimensionalen Objekten mittels von Computern erzeugter Hologramme.
Eine herkömmliche stereoskopische Darstellungsmethode ist vom Doppelaugen-Typ, beispielsweise unter Verwendung von speziellen Brillen. Mit dieser Methode erhält man einen stereoskopischen Eindruck entweder durch Vergenz beider Augen oder durch Parallaxe beider Augen, indem man durch das rechte und das linke Auge jeweils unterschiedliche Bilder sehen läßt.
Es gibt auch eine Lentikular-Methode vom Vielaugen- Typ, die eine Erweiterung von Verfahren des Doppelaugen- Typs ist. Das Prinzip hinter der stereoskopischen Betrachtung bei der Lentikular-Methode ist ähnlich dem des Doppelaugen-Typs.
Gemäß derartigen herkömmlichen stereoskopischen Darstellungsmethoden wird dann, wenn ein Beobachter seinen Kopf nach rechts oder links bewegt, keine Änderung bei einem betrachteten dreidimensionalen Bild wahrgenommen (das heißt, keine kinetische Parallaxe). Das betrachtete Bild erscheint deshalb unnatürlich.
Dieses Problem wird bei einem holografischen Stereogramm reduziert. Bei einem holografischen Stereogramm kann ein zweidimensionales Videobild, welches eine horizontale Parallaxenkomponente einschließt, als eine Aufeinanderfolge von länglichen, schlitzförmigen Segmenthologrammen aufgezeichnet werden, deren Längsachsen vertikal angeordnet sind, wobei die Segmenthologramme in der horizontalen Richtung längsseits aneinander angeordnet sind. Mit einer solchen Anordnung erhält man ein natürlicheres stereoskopisches Gefühl, wenn der Beobachter seinen Kopf nach rechts und links bewegt. Holografische Stereogramme, welche eine Parallaxenkomponente in der vertikalen Richtung einschließen, sind auch bekannt.
Ein herkömmliches holografisches Stereogramm mit horizontaler Parallaxe wird jetzt beschrieben. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, werden die Objekte 332 und 334 fotografiert, während die Position einer Kamera durch die Positionen 330-1 bis 330-n verändert wird. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, bestrahlt ein Laserstrahl 342 einen Film 336, den man durch die fotografische Operation der Fig. 1 gewinnt. Das durch den Film 336 hindurchgeschickte Licht wird durch eine Linse 338 auf eine Diffusionsplatte 340 projiziert, so daß ein Objektlichtstrahl 344 eine Hologramm-Trockenplatte 352 bestrahlt. Ein Schlitz 350 in einer Schlitzplatte 348 ist in Entsprechung zu der betrachteten fotografischen Position vor der Hologramm-Trockenplatte 352 angeordnet. Ein Interferenzstreifen (Phasenverteilung) wird durch Interferenz mit einem Referenz-Lichtstrahl 354 erzeugt und auf der Platte 352 aufgezeichnet.
Fig. 3 illustriert eine bekannte Methode zum Formen eines Bildhologramms. Ein Laserstrahl stellt ein Reproduktionslicht zur Verfügung, welches die in Fig. 2 gebildete Hologramm-Trockenplatte 352 so bestrahlt, daß es in einer virtuellen Reproduktionslichtquelle 355 konvergiert. Der Laserstrahl unterliegt an der Hologramm-Trockenplatte 352 einer Wellenfront-Konvertierung in ein Äquivalent des Objektlichtstrahles 344. Eine zweite Hologramm-Trockenplatte ist in der Position vorgesehen, in welcher das Bild durch den Objektlichtstrahl 344 dargestellt wird. Ein Strahl von Referenzlicht 362 bestrahlt die zweite Trockenplatte. Eine Belichtung der zweiten Trockenplatte dient auf diese Weise dazu, ein Bildhologramm 360 zu bilden. Wie in Fig. 4 gezeigt ist, wird dadurch, daß man einen Strahl von Reproduktionslicht 364 auf das Bildhologramm 360 richtet, eine Wellenfront erzeugt, welche es ermöglicht, daß man ein dreidimensionales Bild wahrnimmt, wenn dieses von einer Sichtregion 366 aus betrachtet wird.
Wenn ein sich bewegendes Bild (d.h. ein Bild, welches sich mit der Zeit ändert) durch ein solches herkömmliches holografisches Stereogramm stereoskopisch dargestellt werden soll, erhält man die auf der in Fig. 2 gezeigten Hologramm-Trockenplatte 352 aufgezeichnete Phasenverteilung durch Berechnung, und ein Darstellungsgerät, wie etwa eine Flüssigkristall-Einrichtung oder dergleichen wird so gesteuert, daß sie die berechnete Phasenverteilung physikalisch reproduziert. Die reproduzierte Phasenverteilung bildet ein Hologramm auf dem Darstellungsgerät, so daß der Strahl des Reproduktionslichtes in die Wellenfront des Bildes konvertiert wird, entsprechend der Phasenverteilung, die zu dieser Zeit auf das Darstellungsgerät geladen ist.
Wenn allerdings ein sich bewegendes dreidimensionales Bild auf diese Weise dargestellt wird, wird der Betrachter ermüdet. Das liegt daran, weil die Position des darzustellenden Bildes sich mit der Zeit ändert, während in dem holografischen Stereogramm die Position, bei der ein zweidimensionales Bild ausgebildet wird (nachstehend als die Position des "virtuellen Bildschirmes" oder der "Projektionsebene" bezeichnet), für die Zwecke von aufeinanderfolgenden Phasenverteilungsberechnungen fest bleibt. Wenn demnach die Position eines dreidimensionalen Objektes in dem Bild sich ändert, bleibt die Position des virtuellen Bildschirmes, bei der das zweidimensionale Bild erzeugt wird, statisch. Auf der einen Seite ändert sich der Vergenzwinkel der Augen des Betrachters in Entsprechung zu der zeitlich variierenden Position eines Objektes in dem Bild. Auf der anderen Seite ist das Bild fest an der Position des virtuellen Bildschirmes. Da der Brennpunkt für einen Betrachter auf die Position des virtuellen Bildschirmes eingestellt ist, ist der Betrachter empfindlich gegen eine Widersprüchlichkeit zwischen dem Brennpunkt und dem Vergenzwinkel. Das verursacht eine Störung bei der ökologischen Rückmeldung und ermüdet den Betrachter.
Darüber hinaus ist es bekannt, daß es eine Tendenz gibt, nach der der zulässige Bereich von Distanzen zwischen dem Bildschirm und einem dreidimensionalen Bild eingeengt wird, wenn das dreidimensionale Bild in der Nähe des Bildschirmes angeordnet ist (Masuda, "3-dimensional Display", ausgegeben durch Sangyo Tosho Co., Ltd., Seiten 42 bis 44, 25. Mai 1990). Infolgedessen wird der Ermüdungspegel des Betrachters weiter erhöht, wenn er ein sich bewegendes Bild betrachtet, in welchem ein Objekt, das bei einer dem Betrachter relativ nahen virtuellen Bildschirmposition dargestellt wird, von dieser Position relativ entfernt ist.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen von computererzeugten Hologrammen zur Verwendung bei der Darstellung eines stereoskopischen Bildes eines dreidimensionalen Objektes vorgesehen, welches sich so bewegt, daß seine Entfernung von einer Hologrammbildungsoberfläche variiert, wobei das Verfahren der Reihe nach für jeden einer Aufeinanderfolge von verschiedenen Augenblicken in der Zeit umfaßt:
Berechnen einer dreidimensionalen Koordinatendarstellung des Objektes, wie es in dem betrachteten Augenblick positioniert ist;
Definieren einer Projektionsebene an einer Stelle, die mit der Objektposition in einer solchen Weise variiert, daß die Entfernung zwischen dem Objekt und der Projektionsebene kleiner als ein voreingestellter Begrenzungswert bleibt;
Berechnen einer Serie von zweidimensionalen perspektivischen Bildern des Objektes, wie diese jeweils von einer Anordnung verschiedener Betrachtungspunkte aus betrachtet werden, wobei ein jedes solches Bild das Objekt so wiedergibt, wie es gesehen würde, wenn es auf die für den betrachteten Augenblick definierte Projektionsebene projiziert würde;
Berechnen eines Satzes von Phasenhologrammen, der jeweils, auf der genannten Hologrammbildungsoberfläche, repräsentativ für die perspektivischen Bilder der für den betrachteten Augenblick berechneten Serie ist; und
Erzeugen eines zusammengesetzten Hologramms, welches jeweilige physikalische Reproduktionen der Phasenhologramme des für den betrachteten Augenblick berechneten Satzes beinhaltet, wobei die Reproduktionen ähnlich ihren jeweiligen entsprechenden unterschiedlichen Betrachtungspunkten so angeordnet sind, daß das zusammengesetzte Hologramm mit einem Lichtstrahl bestrahlt werden kann, um das gewünschte stereoskopische Bild des Objektes, wie es in dem betrachteten Augenblick positioniert ist, zu erzeugen.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen von computererzeugten Hologrammen für die Verwendung bei der Darstellung eines stereoskopischen Bildes einer Vielzahl von dreidimensionalen Objekten vorgesehen, welche sich so bewegen, daß ihre jeweiligen Entfernungen von einer Hologrammbildungsoberfläche variieren, wobei das Verfahren der Reihe nach für jeden einer Aufeinanderfolge von unterschiedlichen Augenblicken um-
Berechnen jeweiliger dreidimensionaler Koordinatenwiedergaben dieser Objekte, wie sie in dem betrachteten Augenblick positioniert sind;
Definieren einer Projektionsebene individuell für jedes Objekt an einer Stelle, die mit der Objektposition in einer solchen Weise variiert, daß die Entfernung zwischen dem betrachteten Objekt und seiner individuellen Projektionsebene kleiner als ein voreingestellter Begrenzungswert bleibt;
Berechnen einer Serie von zusammengesetzten zweidimensionalen perspektivischen Bildern der genannten Objekte, wie sie jeweils von einer Anordnung verschiedener Betrachtungspunkte aus betrachtet werden, wobei ein jedes solches Bild jedes der Objekte so wiedergibt, wie es gesehen würde, wenn es auf die Projektionsebene projiziert würde, welche individuell dafür mit Bezug auf den betrachteten Augenblick definiert worden ist;
Berechnen eines Satzes von Phasenhologrammen, der jeweils, auf der genannten Hologrammbildungsoberfläche, repräsentativ für die zusammengesetzten perspektivischen Bilder der Serie ist, die für den betrachteten Augenblick berechnet wurde; und
Erzeugen eines zusammengesetzten Hologramms, welches jeweilige physikalische Reproduktionen der Phasenhologramme des für den betrachteten Augenblick berechneten Satzes beinhaltet, wobei die Reproduktionen ähnlich ihren jeweiligen entsprechenden unterschiedlichen Betrachtungspunkten so angeordnet sind, daß das zusammengesetzte Hologramm mit einem Lichtstrahl bestrahlt werden kann, um das gewünschte stereoskopische Bild des Objektes, wie es in dem betrachteten Augenblick positioniert ist, zu erzeugen.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Gerät zum Herstellen von computergenerierten Hologrammen für die Verwendung bei der Darstellung eines stereoskopischen Bildes eines dreidimensionalen Objektes vorgesehen, welches sich so bewegt, daß seine Entfernung von einer Hologrammbildungsoberfläche variiert, wobei das Gerät umfaßt:
Koordinatenberechnungsmittel zum Berechnen, für der Reihe nach jeden einer Aufeinanderfolge von verschiedenen Augenblicken in der Zeit, einer dreidimensionalen Koordinatenwiedergabe des Objektes, wie es in dem betrachteten Augenblick positioniert ist;
eine Projektionsebene definierende Mittel zum Definieren, für der Reihe nach jeden der genannten verschiedenen Augenblicke, einer Projektionsebene an einer Stelle, welche mit der Objektposition in einer solchen Weise variiert, daß die Entfernung zwischen dem Objekt und der Projektionsebene kleiner als ein voreingestellter Begrenzungswert bleibt;
Bildberechnungsmittel zum Berechnen, für der Reihen nach jeden der genannten verschiedenen Augenblicke, einer Serie von zweidimensionalen perspektivischen Bildern des Objektes, wie es jeweils von einer Anordnung vorgewählter unterschiedlicher Betrachtungspunkte aus betrachtet wird, wobei ein jedes solches Bild das Objekt wiedergibt, wie es gesehen würde, wenn es auf die für den betrachteten Augenblick definierte Projektionsebene projiziert würde;
Hologrammberechnungsmittel zum Berechnen, für der Reihe nach jeden der genannten verschiedenen Augenblicke, eines Satzes von Phasenhologrammen, der jeweils auf der genannten Hologrammbildungsoberfläche repräsentativ für die perspektivischen Bilder der für den betrachteten Augenblick berechneten Serie ist; und
Hologrammbildungsmittel zum Erzeugen, für der Reihe nach jeden der genannten verschiedenen Augenblicke, eines zusammengesetzten Hologramms, welches jeweilige physikalische Reproduktionen der Phasenhologramme des für den betrachteten Augenblick berechneten Satzes beinhaltet, wobei die Reproduktionen ähnlich ihren jeweiligen entsprechenden unterschiedlichen Betrachtungspunkten so angeordnet sind, daß das zusammengesetzte Hologramm mit einem Lichtstrahl bestrahlt werden kann, um das gewünschte stereoskopische Bild des Objektes zu generieren, wie es in dem betrachteten Augenblick positioniert ist.
Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Gerät zum Herstellen von computergenerierten Hologrammen für die Verwendung bei der Darstellung eines stereoskopischen Bildes einer Vielzahl von dreidimensionalen Objekten vorgesehen, welche sich so bewegen, daß ihre jeweiligen Abstände von einer Hologrammbildungsoberfläche variieren, wobei das Gerät umfaßt:
Koordinatenberechnungsmittel zum Berechnen, für der Reihe nach jeden einer Aufeinanderfolge von verschiedenen Augenblicken in der Zeit, von jeweiligen dreidimensionalen Koordinatenwiedergaben der Objekte, wie sie in dem betrachteten Augenblick positioniert sind;
eine Projektionsebene definierende Mittel, um individuell für jedes Objekt, wie es in der Reihe nach jedem der genannten verschiedenen Augenblicke positioniert ist, eine Projektionsebene an einer Stelle zu definieren, die mit der Objektposition in einer solchen Weise variiert, daß die Entfernung zwischen dem betrachteten Objekt und seiner individuellen Projektionsebene kleiner als ein voreingestellter Begrenzungswert bleibt;
Bildberechnungsmittel, um für der Reihe nach jeden der genannten verschiedenen Augenblicke eine Serie von zusammengesetzten zweidimensionalen perspektivischen Bildern der genannten Objekte zu berechnen, wie sie jeweils von einer Anordnung vorgewählter verschiedener Betrachtungspunkte aus betrachtet werden, wobei ein jedes solches Bild jedes der genannten Objekte repräsentiert, wie sie gesehen würden, wenn sie auf die individuell dafür mit Bezug auf den betrachteten Augenblick definierte Projektionsebene projiziert würden;
Hologrammberechnungsmittel, um für der Reihe nach jeden der genannten verschiedenen Augenblicke einen Satz von Phasenhologrammen zu berechnen, welcher jeweils auf der genannten Hologrammbildungsoberfläche repräsentativ für die zusammengesetzten perspektivischen Bilder der Serie ist, welche für die betrachteten Augenblicke berechnet wurde; und
Hologrammbildungsmittel, um für der Reihe nach jeden der genannten verschiedenen Augenblicke ein zusammengesetztes Hologramm zu erzeugen, welches jeweilige physikalische Reproduktionen der Phasenhologramme des für den betrachteten Augenblick berechneten Satzes beinhaltet, wobei die Reproduktionen ähnlich ihren jeweiligen entsprechenden verschiedenen Betrachungspunkten so arrangiert sind, daß das zusammengesetzte Hologramm mit einem Lichtstrahl bestrahlt werden kann, um das erwünschte stereoskopische Bild des Objektes, wie es in dem betrachteten Augenblick positioniert ist, zu generieren.
Die Projektionsebene (virtuelle Bildschirmebene) kann so angeordnet sein, daß sie den Schwerpunkt der berechneten dreidimensionalen Koordinatenwiedergaben des Objektes, welches dargestellt wird, enthält. Wenn eine Vielzahl von Objekten (Zielen) existiert, kann die virtuelle Bildschirmposition, welche sich mit der Zeit ändert, getrennt für jedes Objekt eingestellt werden, oder es kann alternativ dazu eine einzelne virtuelle Bildschirmposition, welche sich mit der Zeit ändert, für eine Vielzahl von getrennten Körpern eingestellt werden, die als ein zusammengesetztes Zielobjekt behandelt werden.
Bei der Verwendung einer Ausgestaltung der Erfindung wird die Position eines sich bewegenden Objektes detektiert, und die Position einer zugeordneten virtuellen Bildschirmebene (Projektionsebene) wird so justiert, daß die Entfernung zwischen dieser und dem sich bewegenden Objekt innerhalb einer zulässigen Grenze bleibt, so daß eine Ermüdung eines Betrachters reduziert wird.
Für ein besseres Verständnis der Erfindung und um zu zeigen, wie dieselbe zur Wirkung gebracht werden kann, wird jetzt beispielhaft auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, in denen zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Abbildung, welche Positionen zeigt, bei denen ein Ziel fotografiert wird, um ein holografisches Stereogramm zu bilden;
Fig. 2 eine perspektivische Abbildung, welche die Bildung eines Hologramms durch Verwendung von Fotografien illustriert, die man entsprechend der Fig. 1 gewinnt;
Fig. 3 eine perspektivische Abbildung, welche die Bildung eines Bildhologramms mittels eines Hologramms illustriert, welches entsprechend der Fig. 2 gebildet wurde;
Fig. 4 eine perspektivische Abbildung, welche illustriert, wie eine stereoskopische Darstellung von dem Bildhologramm der Fig. 3 hergestellt werden kann;
Fig. 5 ein Blockdiagramm, welches eine Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung illustriert;
Fig. 6 ein Flußdiagramm, welches eine Ausgestaltung der Erfindung illustriert;
Fig. 7 ein Flußdiagramm, welches Einzelheiten des Schrittes S3 der Fig. 6 zeigt;
Fig. 8 bildlich eine Draufsicht einer herkömmlichen Beziehung zwischen einer virtuellen Bildschirmposition und der Position eines sich bewegenden Objektes;
Fig. 9 eine bildliche Draufsicht einer möglichen Beziehung zwischen einer virtuellen Bildschirmposition und der Position eines sich bewegenden Objektes bei Verwendung einer Ausgestaltung der Erfindung;
Fig. 10 ein Diagramm, welches eine Variation einer zulässigen Grenze für die Positionierung einer Projektionsebene (virtueller Bildschirm) als Funktion der Entfernung von einem Betrachtungspunkt zu der Objektposition zeigt;
Fig. 11 eine Abbildung, welche illustriert, wie eine virtuelle Bildschirmposition eingestellt werden kann, wenn eine Vielzahl von Objekten als ein einzelnes Ziel behandelt wird;
Fig. 12 eine Abbildung, welche illustriert, wie eine individuelle virtuelle Bildschirmposition für jedes einzelne einer Vielzahl von Objekten eingestellt werden kann;
Fig. 13 eine perspektivische Abbildung, welche eine zonale Teilung einer Vielzahl von Objekten illustriert;
Fig. 14 eine Draufsicht, welche der Fig. 13 entspricht und die Einstellung eines individuellen virtuellen Bildschirmes (Projektionsebene) für jede der Zonen der Fig. 13 illustriert;
Fig. 15 eine perspektivische Abbildung, welche die Bildung von zweidimensionalen Projektionsdaten für jede der in Fig. 14 gezeigten Zonen illustriert;
Fig. 16 eine perspektivische Abbildung, welche eine zonale Teilung eines einzelnen länglichen Objektes illustriert;
Fig. 17 eine bildliche Draufsicht, die der Fig. 16 entspricht und die Einstellung eines individuellen virtuellen Bildschirmes für jede der Zonen der Fig. 16 illustriert;
Fig. 18 eine perspektivische Abbildung, welche die Bildung von zweidimensionalen Projektionsdaten für jede der Zonen illustriert, die in Fig. 17 gezeigt sind;
Fig. 19 eine perspektivische Abbildung, welche einen geneigten virtuellen Bildschirm zeigt, welcher für ein längliches Objekt eingestellt ist;
Fig. 20 eine perspektivische Abbildung, welche die Bildung von zweidimensionalen Projektionsdaten für in Fig. 19 gezeigte Objekte illustriert;
Fig. 21 eine perspektivische Abbildung, welche Prinzipien der Berechnung einer Phasenverteilung für ein Hologramm vom Fresnel-Typ illustriert;
Fig. 22 eine Schemazeichnung, welche Prinzipien der Bildung eines Hologramms vom Bildtyp illustriert;
Fig. 23 eine Schemazeichnung, welche eine Beschränkung des Berechnungsbereiches der Phasenverteilung für ein Hologramm vom Bildtyp illustriert;
Fig. 24 eine perspektivische Abbildung, welche Einzelheiten der Berechnung der Phasenverteilung eines Hologramms mit einer Parallaxe sowohl in der horizontalen als auch in der vertikalen Richtung illustriert;
Fig. 25 eine perspektivische Abbildung, welche Einzelheiten der Berechnung der Phasenverteilung eines Bildhologramms illustriert;
Fig. 26 eine Seitenansicht, welche der Fig. 25 entspricht und eine Berechnungseinzelheit bezüglich des Bildhologramms der Fig. 25 illustriert;
Fig. 27 eine perspektivische Abbildung, welche Einzelheiten der Berechnung der Phasenverteilung eines Hologramms mit einer Parallaxe in der horizontalen Richtung illustriert;
Fig. 28 eine perspektivische Abbildung, welche Einzelheiten der Berechnung der Phasenverteilung eines Hologramms illustriert, bei welchem die optische Betrachtungsachse horizontal bleibt, während die Position des Betrachungspunktes sich ändert;
Fig. 29 eine perspektivische Abbildung, welche Einzelheiten der Berechnung der Phasenverteilung eines Hologramms illustriert, bei welchem die optische Betrachtungsachse auf einen Punkt eines Objektes fixiert bleibt, während die Position des Betrachungspunktes sich ändert;
Fig. 30 eine perspektivische Abbildung, welche zeigt, wie ein zweidimensionales Bild für die Zwecke der Berech nung der Phasenverteilung eines Hologramms geteilt werden kann;
Fig. 31 eine schematische Abbildung einer stereoskopischen Darstellungeinrichtung für die Verwendung beim Reproduzieren eines dreidimensionalen Bildes von einem Bildhologramm, welches auf der Basis von geteilten zweidimensionalen Bildern berechnet wurde;
Fig. 32 eine perspektivische Abbildung für die Verwendung beim Erläutern, wie eine Reduzierung bei dem Berechnungsumfang erreicht werden kann, wenn man eine Phasenverteilung berechnet;
Fig. 33 eine Seitenansichts-Abbildung zur Verwendung bei der Erläuterung eines anderen Weges zum Reduzieren des Berechnungsumfanges, der erforderlich ist, um eine Phasenverteilung zu berechnen;
Fig. 34 eine perspektivische Abbildung, welche ein stereoskopisches Darstellungsgerät zeigt;
Fig. 35 eine schematische Abbildung, welche eine Schnittansicht des Gerätes der Fig. 34 zeigt;
Fig. 36 eine schematische Abbildung, welche einen Schnitt durch eine Flüssigkristall-Darstellungstafeleinrichtung vom Transmissionstyp zeigt, welche als ein Raumlicht-Modulationsgerät verwendet wird;
Fig. 37 eine Abbildung, welche eine Phasenmodulation von Reproduktionslicht mit Bezug auf drei Flüssigkristallzellen der in Fig. 36 gezeigten Einrichtung illustriert;
Fig. 38 eine schematische Schnittabbildung eines anderen stereoskopischen Darstellungsgerätes, welches ein Raumlicht-Modulationsgerät vom Reflexionstyp verwendet;
Fig. 39 eine Schnittabbildung, welche den Betrieb des in Fig. 38 gezeigten Raumlicht-Modulationsgerätes vom Reflexionstyp illustriert;
Fig. 40 eine schematische Schnittabbildung eines ste reoskopischen Darstellungsgerätes, welches ein Raumlicht- Modulationsgerät vom optisch schreibenden Typ zeigt;
Fig. 41 eine schematische Abbildung, welche einen Schnitt durch das Raumlicht-Modulationsgerät der Fig. 40 vom optisch schreibenden Typ zeigt;
Fig. 42 eine schematische, perspektivische Abbildung eines stereoskopischen Darstellungsgerätes, welches einen vergrößernden Bildschirm verwendet;
Fig. 43 eine schematische, perspektivische Abbildung eines stereoskopischen Darstellungsgerätes, welches ein Raumlicht-Modulationsgerät verwendet, mit welchem ein refraktiver Körper zum Verhindern der Transmission vom Licht Null-ter Ordnung integriert ist;
Fig. 44 eine schematische Abbildung, welche einen Schnitt durch das Gerät der Fig. 40 zeigt;
Fig. 45 eine schematische Abbildung eines stereoskopischen Darstellungsgerätes, um eine stereoskopische Farbdarstellung unter Verwendung von zwei Farbkomponenten zur Verfügung zu stellen;
Fig. 46 eine schematische Abbildung eines stereoskopischen Darstellungsgerätes, um eine stereoskopische Farbdarstellung unter Verwendung von drei Farbkomponenten zur Verfügung zu stellen;
Fig. 47 ein Zeittaktdiagramm, welches sich auf die Zeitteilungssynthese und -darstellung der Farbkomponenten in dem Gerät der Fig. 46 bezieht; und
Fig. 48 ein Zeittaktdiagramm, welches sich auf Positionsteilung und gleichzeitig auf Synthese und Darstellung der Farbkomponenten in dem Gerät der Fig. 46 bezieht.
Fig. 5 zeigt ein stereoskopisches Darstellungsgerät, bei welchem der Reihe nach für jeden einer Aufeinanderfolge von verschiedenen Augenblicken in der Zeit eine eine dreidimensionale Information bildende Sektion 10 eine dreidimensionale Koordinatenwiedergabe eines stereoskopisch darzustellenden Zieles bildet, unter Verwendung eines CAD-Systems oder dergleichen. Eine Sektion 12 zum Einstellen eines virtuellen Bildschirmes stellt eine Projektionsebenen position für den betrachteten Augenblick ein. Informationen, die sich auf die optimale Einstellung der Projektionsebenenposition beziehen, sind in einer Tabelle 14 gespeichert. Eine Sektion 16 zum Bilden eines zweidimensionalen Bildes berechnet eine Serie von zweidimensionalen perspektivischen Bildern, wie sie von einer Anordnung vorbestimmter unterschiedlicher Betrachtungspunkte aus auf die Ebene projiziert werden, die durch die Sektion 12 zum Einstellen des virtuellen Bildschirmes eingestellt worden ist. Eine Sektion 18 zur Hologrammphasenberechnung berechnet die Phasenverteilungen eines Satzes von Hologrammen, die jeweils repräsentativ für die zweidimensionalen Bilder der Serie sind, welche von der Sektion 16 zum Bilden von zweidimensionalen Bildern berechnet wurde, und sie berechnet auch ein zusammengesetztes Hologramm, welches die Hologramme dieses Satzes beinhaltet. Eine Hologrammdarstellungssektion stellt die Phasenverteilung dar (reproduziert diese in physikalischer Form), welche dieses zusammengesetzte Hologramm bildet, und erzeugt davon durch Wellenfront-Konvertierung die gewünschte Darstellung eines dreidimensionalen Bildes.
Das Flußdiagramm der Fig. 6 zeigt eine Verarbeitungsprozedur, die in einer Ausgestaltung der Erfindung verwen det wird. Zuerst wird im Schritt S1 ein Check ausgeführt, um zu sehen, ob eine vorgegebene Verarbeitungszeit gekommen. ist oder nicht. Wenn JA, dann folgt der Schritt S2, und es werden dreidimensionale Koordinatendaten gebildet, welche eine darzustellende Objektstruktur oder dergleichen repräsentieren. Im Schritt S3 werden von den dreidimensionalen Bildinformationen zweidimensionale Bilder berechnet.
Die Bildung der zweidimensionalen Bilder in diesem Schritt wird mehr im einzelnen in dem Flußdiagramm der Fig. 7 gezeigt. In dem Prozeß des Berechnens der zweidimensionalen Bilder, wie er in Fig. 7 gezeigt ist, werden zuerst im Unterschritt S1 die dreidimensionalen Bildinformationen in Regionen unterteilt, und zwar eine für jedes Objekt oder jede Objektgruppe. Im Unterschritt S2 werden dreidimensionale Bilddaten für jede dieser Regionen gebildet. Im Unterschritt S3 wird eine Projektionsebene (virtueller Bildschirm) mit Bezug auf die dreidimensionalen Bilddaten jeder Region definiert. Im Unterschritt S4 wird ein dreidimensionales Bild tatsächlich auf jede Projektionsebene projiziert, um so zweidimensionale Bilder zu bilden. Die Einzelheiten der Einstellung der Projektionsebene in dem Prozeß zur Bildung der zweidimensionalen Bilder werden mehr im einzelnen unten erläutert.
Es wird nochmals Bezug auf die Fig. 6 genommen; nachdem die zweidimensionalen Bilder im Schritt S3 gebildet worden sind, wird im Schritt S4 eine zusammengesetzte Phasenverteilung berechnet. Diese Phasenverteilung kann auf der Basis einer Vielzahl von zweidimensionalen Bildern berechnet werden, die eine Parallaxe sowohl in der horizontalen als auch in der vertikalen Richtung haben. Alternativ dazu kann die Phasenverteilung auf der Basis einer Vielzahl von zweidimensionalen Bildern berechnet werden, welche eine Parallaxe nur in der horizontalen Richtung haben. Ferner kann das zweidimensionale Bild in Regionen geteilt und die Phasenverteilung für jede dieser Regionen berechnet werden. Diese Operationen werden mehr im einzelnen unten beschrieben.
Nach Vollendung der Berechnung der Phasenverteilung im Schritt S4 wird eine Flüssigkristalleinrichtung oder dergleichen so betrieben, daß im Schritt S5 die berechnete Phasenverteilung auf die Anzeigeeinrichtung geladen wird.
Im Schritt S6 wird ein Reproduktionslichtstrahl auf die Flüssigkristalleinrichtung gerichtet, auf welche die Phasenverteilung geladen worden ist, um so die optische Wellenfront zum Darstellen des gewünschten Bildes zu generieren.
Im Schritt S7 wird die Zeit t um ein vorgegebenes Zeiteinheiten-Inkrement erhöht.
Im Schritt S8 wird ein Check ausgeführt, um zu sehen, ob der Prozeß gestoppt werden soll oder nicht.
Wenn NEIN, wird die Verarbeitungsroutine zum Schritt 51 zurückgeführt, und die Verarbeitungszeit wird wieder diskriminiert.
Die Berechnung der Phasenverteilung für den nächsten Verarbeitungsaugenblick und die Darstellung des zugeordneten Bildes werden dann ausgeführt. Eine annehmbare glatte stereoskopische Darstellung eines sich bewegenden Bildes ist erreichbar, indem man den zeitabhängigen Prozeß in Fig. 6 in Intervallen von 1/30 Sekunden ausführt. Die Erfindung ist nicht auf die Darstellung eines sich bewegenden Bildes bei jedem einer Aufeinanderfolge von regelmäßig beabstandeten Zeitaugenblicken beschränkt, sondern kann auch auf verschiedene Fälle angewendet werden, bei denen die Darstellungsposition des dreidimensionalen Bildes sich mit dem Ablauf der Zeit ändert.
Die Einstellung einer Projektionsebene (virtueller Bildschirm) wird jetzt beschrieben, und zwar zuerst anhand einer herkömmlichen Prozedur. Fig. 8 zeigt die Beziehung zwischen einer Objektposition und einer Projektionsebenenposition für ein herkömmliches holografisches Stereogramm. Der Betrachtungspunkt eines Beobachters 28 ist rechts von einem holografischen Stereogramm 26 angeordnet. In dieser herkömmlichen Prozedur wird die Position der Projektionsebene 32 festgehalten. Die Bewegung eines Objektes von einer Position 30-1, die relativ entfernt vom Betrachter ist, zu einer Position 30-2, die relativ nahe bei dem Betrachter ist, während eines Zeitintervalls von der Zeit t = t&sub1; bis zur Zeit t = t&sub2; wird jetzt betrachtet. Der Vergenzwinkel der Augen des Betrachters 28 ist relativ klein für die entfernte Objektposition 30-1 und relativ groß für die nahe Objektposition 30-2. Allerdings ist die Position der Projektionsebene 32, auf die die Augen des Betrachters fokussiert sind, fest. Deshalb bewirkt für die Objektposition 30-2, die die von der Projektionsphase 32 weiter entfernte ist, eine ökologische Rückmeldungsoperation die Ermüdung für den Betrachter, welcher versucht, den Vergenzwinkel der Augen auf die Objektposition 30-2 einzustellen, während er zur gleichen Zeit versucht, den Brennpunkt der Augen auf die Projektionsebenenposition 32 einzustellen.
Deshalb unterliegt ein Betrachter mit dieser herkömmlichen Prozedur dann, wenn die Entfernung von der festen Projektionsebene 32 zur Objektposition sich um einen relativ großen Betrag ändert, d.h. von L&sub1; nach L&sub2;, wenn sich das Objekt von der Position 30-1 nach 30-2 bewegt, einer beträchtlichen Ermüdung.
Im Gegensatz dazu kann die Verwendung einer Ausgestaltung der Erfindung dazu dienen, die Ermüdung eines Betrachters durch Bewegung der Projektionsebene (virtueller Bildschirm) dann, wenn sich das Objekt bewegt, zu reduzieren, wie unten mit Bezug auf die Fig. 9 erläutert wird, welche bildlich darstellt, wie der virtuelle Bildschirm von der Position 32-1 nach 32-2 bewegt wird, wenn sich das Objekt von der Objektposition 30-1 nach 30-2 bewegt. Wenn das Objekt zu der Zeit t t&sub1; in einer Position 30-1 ist, wird der virtuelle Bildschirm in eine Position 32-1 bei einer Entfernung L&sub1; von dem Objekt eingestellt, wobei diese Entfernung so ausgewählt wird, daß der Betrachter keine wesentliche Ermüdung spürt, auch wenn eine Brennpunktjustierung in Entsprechung zum Vergenzwinkel durchgeführt wird. Wenn sich das Objekt dann in eine Position 30-2 bewegt, wobei es sich dort zu der Zeit t = t&sub2; befindet, wird die virtuelle Bildschirmposition geändert, wobei sie in eine Position 32-2 bei einer Entfernung L&sub2; von dem Objekt eingestellt wird; diese Entfernung ist so ausgewählt, daß der Betrachter im wesentlichen frei von Ermüdung bleibt, auch wenn eine Brennpunktjustierung in Übereinstimmung mit dem Vergenzwinkel, welcher der neuen Objektposition 30-2 zugeordnet ist, ausgeführt wird.
Es gibt funktionelle Beschränkungen, welche die Entfernungen L&sub1; und L&sub2;, jeweils von den virtuellen Bildschirmpositionen 32-1 bzw. 32-2 zu den Objektpositionen 30-1 bzw. 30-2, mit den Entfernungen Z&sub1; und Z&sub2; von dem Betrachtungspunkt des Betrachters 28 zu diesen jeweiligen Objektpositionen verbinden. Wenn die Entfernung Z vom Betrachtungspunkt des Betrachters 28 zu der Objektposition klein ist, ist im allgemeinen die zulässige Entfernung L von dem virtuellen Bildschirm zu der Objektposition auch klein. Wenn die Objektposition vom Betrachter 28 weit entfernt ist, ist andererseits eine größere Entfernung zwischen dem virtuellen Bildschirm und dem Objekt akzeptabel.
Fig. 10 ist ein Diagramm mit charakteristischen Daten, die denen entsprechen, welche in der in Fig. 5 gezeigten Tabelle 14 gespeichert sind. Diese Daten werden verwendet, um Voreinstellungs-Begrenzungswerte zum Steuern der Einstellung der virtuellen Bildschirmposition zur Verfügung zu stellen. Die Abszissenachse des Diagramms stellt die Entfernung Z von einem vorgewählten Betrachtungspunkt des Betrachters zu der Objektposition dar. Die Ordinatenachse stellt die Entfernung L zwischen dem virtuellen Bildschirm und dem Objekt dar. Das Diagramm zeigt eine zulässige Grenze L&sub0; des Wertes von L dar, d.h. die Entfernung von dem Objekt zu dem virtuellen Bildschirm.
Wie Fig. 10 angibt, ist dann, wenn die Entfernung Z zwischen dem Betrachtungspunkt und dem Objekt klein ist, die zulässige Grenze L&sub0; klein, so daß es erforderlich ist, daß der virtuelle Bildschirm nahe zu dem Objekt angeordnet wird. Für größere Werte der Entfernung Z von dem Betrachtungspunkt zu dem Objekt ist die zulässige Grenze L&sub0; größer. Mit einem großen Z-Wert gibt es demnach einen größeren Bereich zulässiger virtueller Bildschirmpositionen für eine gegebene Objektposition. Die virtuelle Bildschirmposition muß demnach, mit Bezug auf den Z-Wert, so eingestellt werden, daß der L-Wert kleiner als L&sub0; ist, wie er durch das Diagramm der Fig. 10 gegeben ist.
Fig. 11 zeigt eine Einstellmethode für den virtuellen Bildschirm für einen Fall, in welchem dreidimensionale Körper 300, 302 und 304, die dargestellt werden sollen, vor einer Hologrammbildungsoberfläche 34 vorhanden sind und voneinander in der Tiefenrichtung getrennt sind, so daß sie in verschiedenen Entfernungen von der Hologrammbildungsoberfläche angeordnet sind. In dieser Ausgestaltung sind die getrennten Körper 300, 302 und 304 zusammengruppiert und werden als ein einzelnes zusammengesetztes Objekt behandelt. Der virtuelle Bildschirm 32 wird dann beispielsweise so positioniert, daß er durch den Schwerpunkt dieses zusammengesetzten Objektes hindurch verläuft. Der virtuelle Bildschirm 32 ist so, wie er eingestellt ist, eine Ebene, die parallel zur Hologrammbildungsoberfläche 34 verläuft.
Fig. 12 zeigt eine andere Einstellmethode für den virtuellen Bildschirm. In dieser Ausgestaltung werden individuelle virtuelle Bildschirme 32-1, 32-2 und 32-3 für die jeweiligen Zielkörper 300, 302 und 304 in einer in der Tiefenrichtung senkrecht zur Hologrammbildungsoberfläche 34 beabstandeten Weise eingestellt. In diesem Fall sind die virtuellen Bildschirme (Projektionsebenen) 32-1 bis 32-3 jeweils so positioniert, daß sie die geometrischen Schwerpunkte der Körper 300, 302 und 304 enthalten, und ferner so, daß sie parallel zur der Hologrammbildungsoberfläche 34 sind.
Fig. 13 zeigt ein anderes Einstellverfahren für virtuelle Bildschirme. In dieser Ausgestaltung ist der Darstellungszielraum in eine Vielzahl von Zonen unterteilt, und es ist für jede dieser Zonen ein virtueller Bildschirm eingestellt. In dem gezeigten Beispiel sind die Ziele 36, 38 und über die Tiefenrichtung in dem Darstellungsraum der Hologrammbildungsoberfläche 34 verteilt. Zuerst werden die Zonen 42, 44 und 46 eingestellt, wobei jede Zone eines der Ziele 36, 38 und 40 enthält. Die Koordinaten XYZ werden in dem Zielraum eingestellt, und zweidimensionale Koordinaten Xh und Yh werden für die Hologrammbildungsoberfläche 34 eingestellt. Darauffolgend werden, wie in Fig. 14 gezeigt ist, individuelle virtuelle Bildschirme 32-1, 32-2 und 32-3 jeweils für die Zonen 42, 44 bzw. 46 eingestellt. Die virtuellen Bildschirme 32-1 bis 32-3 sind jeweils in Entfernungen Z&sub1;, Z&sub2; bzw. Z&sub3; in der Tiefenrichtung von der Hologrammbildungsoberfläche 34 aus eingestellt. Die Entfernungen Z&sub1;, Z&sub2; und Z&sub3; in der Tiefenrichtung können als Parameter des zweidimensionalen Bildes verwendet werden, wenn man die Phasenverteilung an der Hologrammbildungsoberfläche 34 berechnet.
Fig. 15 illustriert die Bildung von zweidimensionalen Projektionsdaten für die virtuellen Bildschirme 32-1 bis 32-3, die jeweils für die in Fig. 14 gezeigten Zonen eingestellt wurden. Die Hologrammbildungsoberfläche 34 ist in einer matrixartigen Weise in eine Vielzahl von kleinen Flächensegmenten aufgeteilt, deren jedes zur Unterbringung eines Mikro-Hologrammsegmentes 108 bestimmt ist. Jedes Hologrammsegment 108 entspricht einer individuellen Region auf einer Darstellungseinrichtung, beispielsweise einer Flüssigkristalleinrichtung, die dazu verwendet wird, die berechnete Phasenverteilung darzustellen.
Die Bildung von zweidimensionalen Projektionsdaten, die zum Berechnen der Phasenverteilung des zentralen Hologrammsegmentes 108 in Fig. 15 verwendet werden, wird jetzt beispielhaft beschrieben. Der Prozeß der Konvertierung der dreidimensionalen Bilddaten in die gewünschten zweidimensionalen Projektionsdaten in diesem Falle läuft durch tatsächliches Projizieren zweidimensionaler Bilder der Ziele 36, 38 und 40 radial, d.h. vom zentralen Hologrammsegment 108 aus, auf die jeweiligen virtuellen Bildschirme 32-1, 32-2 und 32-3 ab.
Fig. 16 zeigt einen Fall, in welchem ein einzelner Körper in Abschnitte aufgeteilt wird, wobei ein individueller virtueller Bildschirm für jeden dieser Abschnitte dieses einzelnen Körpers eingerichtet wird. Es gibt einen zylindrischen Körper 70 als ein in dem Darstellungsraum der Hologrammbildungsoberfläche 34 darzustellendes Ziel. Drei Zonen 42, 44 und 46 sind in der Tiefenrichtung definiert und enthalten jeweilige Abschnitte 70-1, 70-2 und 70-3 des zylindrischen Körpers 70, wie in Fig. 17 gezeigt ist. Für eine Zoneneinteilung, wie sie in Fig. 17 gezeigt ist, werden die virtuellen Bildschirmebenen 32-1, 32-2 und 32-3 jeweils für die Zonen 42, 44 und 46 definiert. In diesem Fall sind die virtuellen Bildschirme 32-1, 32-2 und 32-3 so eingerichtet, daß sie durch die jeweiligen Schwerpunkte der zylindrischen Abschnitte 70-1, 70-2 und 70-3 hindurch verlaufen.
Fig. 18 zeigt die Bildung von zweidimensionalen Projektionsdaten für den Fall, in welchem jeweilige Abschnitte eines einzelnen Zieles, das sich wie in Fig. 17 gezeigt, in der Tiefenrichtung erstreckt, auf eine Vielzahl von virtuellen Bildschirmen projiziert werden. Die Bildung von zweidimensionalen Projektionsdaten, welche bei der Berechnung der Phasenverteilung in dem zentralen Hologrammsegment 108 der Hologrammbildungsoberfläche 34 verwendet werden, wird beispielhaft beschrieben. Die zweidimensionalen Projektionsdaten der zylindrischen Abschnitte 70-1, 70-2 und 70-3 repräsentieren perspektivische Bilder von den Abschnitten, wie sie, jeweils auf die virtuellen Bildschirme 32-1, 32-2 und 32-3 projiziert, von dem Betrachtungspunkt des zentralen Hologrammsegmentes 108 aus gesehen würden.
Fig. 19 zeigt eine andere Einrichtungsmethode für virtuelle Bildschirme. In dieser Ausgestältung ist zusätzlich zu einem kugelförmigen Ziel 36 und einem Kreiskonusziel 38 ein zylindrischer Körper 70 vorhanden, welcher sich längsweise in der Tiefenrichtung erstreckt. Virtuelle Bildschirme 32-1 und 32-2 sind für die Ziele 36 und 38 eingerichtet. Diese Bildschirme verlaufen durch die jeweiligen Schwerpunkte dieser Ziele hindurch und sind parallel zur Hologrammbildungsoberfläche 34. Die virtuelle Bildschirmebene 32-3 ist für den zylindrischen Körper eingerichtet, wobei dieser Bildschirm so geneigt ist, daß er die zentrale Längsachse des zylindrischen Körpers 70 enthält. Im allgemeinen kann eine virtuelle Bildschirmebene in jeder beliebigen Orientierung eingerichtet werden, die für die Form des Zieles angemessen ist.
Fig. 20 illustriert die Bildung von zweidimensionalen Projektionsdaten, basierend auf der Einrichtung der virtuellen Bildschirme in Fig. 19. Zweidimensionale Projektionsdaten für den zylindrischen Körper 70 beispielsweise, radial von dem zentralen Hologrammsegment 108 aus projiziert gesehen, werden berechnet und bei der Berechnung einer darauf bezogenen Phasenverteilung im zentralen Hologrammsegment 108 der Hologrammbildungsoberfläche 34 verwendet.
Die Berechnung der Phasenverteilung wird jetzt beschrieben, wobei die Grundprinzipien der Hologrammbildung zuerst erläutert werden.
Ein Hologramm wird gebildet, wenn ein Laserstrahl in zwei Strahlen aufgeteilt wird, von denen einer als Bezugslichtstrahl dient und der andere dazu verwendet wird, ein Objekt zu bestrahlen und von diesem Objekt zurügkgestreut wird, um einen Objektlichtstrom zur Verfügung zu stellen. Ein Hologramm kann dann hergestellt werden, indem man den Bezugslichtstrahl mit dem Objektlichtstrom so kombiniert, daß Interferenz zwischen diesen an einer Hologrammbildungsoberfläche auftritt. Wenn eine Wellenfront des Bezugslichtstrahles durch R exp(jφr) repräsentiert wird und eine Wellenfront des Objektlichtstromes durch O exp(jφo) repräsentiert wird, dann ist die Belichtungsintensität IH eines sich daraus ergebenden Hologramms gleich
IH = R² + O² + 2 R O cos(φo - φr) (1)
Bei der Entwicklung des Hologramms tragen Änderungen bei den Amplituden und Phasen, die proportional zur Belichtungsintensität IH der Gleichung (1) sind, zu dem Hologramm bei. Um das Hologramm elektrisch zu bilden, kann eine Raumlicht-Modulationseinrichtung, wie etwa eine Flüssigkristalleinrichtung oder dergleichen, die die Amplitude und Phase des darauffallenden Lichtes ändern kann, verwendet werden. Ein Bild des Objektes für die Betrachtung kann reproduziert werden, indem man das Hologramm mit einer Wellenfront bestrahlt, die äquivalent zu der des Referenzlichtstrahles ist. Bei der Belichtungsintensität IH der Gleichung (1) trägt nur der dritte Term der rechten Seite zu der Reproduktion des Objektlichtes bei. Deshalb ist, wenn man nur diesen dritten Term betrachtet, das von dem Hologramm übertragene Licht T durch die folgende Gleichung gegeben:
Der erste Tem auf der rechten Seite der Gleichung (2) gibt an, daß die Wellenfront von dem Objekt reproduziert wurde. Der zweite Term auf der rechten Seite bezeichnet eine konjugierte Welle des Objektlichtes. Aus der obenstehenden Beschreibung wird 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.
Fig. 21 illustriert die Prinzipien der Bildung eines Hologramms vom Fresnel-Typ. Wenn der Bezugslichtstrahl durch eine ebene Welle gebildet wird, dann ist seine Intensität unabhängig von der örtlichen Anordnung, so daß die Lichtintensität R vernachlässigt werden kann, und man kann die Phase so ansehen, als ob sie φr = 0 sei. Wenn die Helligkeit (Streuungsgrad) an einem bestimmten Probepunkt 111 die Koordinaten (Xi, Yi, Zi) an einem Objekt 110 auf Ii eingestellt wird, dann ist die Belichtungsintensität IH des Hologrammsegmentes 108, welches die minimale Flächeneinteilung der Hologrammbildungsoberfläche 34 ist, gleich:
wobei k die Wellenanzahl des Laserstrahls ist, und
r&sub1; = {(Xi - Xhi)² + (Yi - Yhi)² + Zi²} (4)
Für ein Hologramm vom Fresnel-Typ, wie in Fig. 21 gezeigt, ist es erforderlich, die Berechnungen der Gleichungen (3) und (4) für den gesamten Bereich der Hologrammbildungsoberfläche 34 auszuführen, weil das von dem Objekt 110 ausgestrahlte Licht das gesamte Hologramm erreicht.
Andererseits wird für ein Hologramm vom Bildtyp, wie es in Fig. 22 gezeigt ist, das Bild des Objektes. 110 als ein reales Bild 114 in der Position der Hologrammbildungsoberfläche 34 durch eine Bilderzeugungslinse 112 gebildet. Deshalb erreicht beispielsweise, wie in Fig. 23 gezeigt ist, Licht von einem Probenpunkt 118 des realen Bildes 114 nur den Abschnitt 120 der Hologrammbildungsoberfläche 34, welcher durch eine virtuelle Öffnung 116 bestimmt wird. Die Region, für die die Gleichungen (3) und (4) berechnet werden müssen, ist demnach begrenzt.
Die Berechnung der Phasenverteilung eines Hologramms mit einer Parallaxe in der horizontalen und der vertikalen Richtung wird jetzt beschrieben.
Fig. 24 illustriert eine Stufe der Phasenberechnung eines Hologramms mit Parallaxen sowohl in der horizontalen als auch in der vertikalen Richtung auf der Basis des zweidimensionalen Bildes, welches für die relevante Position des virtuellen Bildschirmes berechnet wurde. Die Hologrammbildungsoberfläche 34 ist in (n+1) x (m+1) Hologrammsegmente 108 in einer Matrixform geteilt, wobei es n+1 Segmente in der horizontalen Richtung und m+1 Segmente in der vertikalen Richtung gibt. Das Segment in der linken oberen Ecke der Hologrammbildungsoberfläche 34 ist mit S&sub0;&sub0; bezeichnet, und das Segment in der rechten unteren Ecke ist mit Smn bezeichnet. Ein zweidimensionales Bild 308, für das das Segment S&sub0;&sub0; der zugeordnete Betrachtungspunkt ist, ist in der virtuellen Bildschirmposition eingerichtet, die in Fig. 24 gezeigt ist. Das zweidimensionale Bild 308, welches dem Hologrammsegment S&sub0;&sub0; entspricht, ist durch G&sub0;&sub0; zum Ausdruck gebracht. Vor der Phasenberechnung für die Hologrammbildungsoberfläche 34 werden zweidimensionale Bilder G&sub0;&sub0; bis Gmn, die jeweils allen Hologrammsegmenten. S&sub0;&sub0; bis Smn entsprechen, berechnet. Bei der Phasenberechnung des Hologrammsegmentes S&sub0;&sub0; ist es ausreichend, die Phasenberechnungen der Gleichungen (3) und (4) mit Bezug auf die Helligkeitsdaten von allen Pixeln des korrespondierenden zweidimensionalen Bildes G&sub0;&sub0; auszuführen.
In einer Art und Weise ähnlich wie oben beschrieben, ist es mit Bezug auf die anderen verbleibenden Hologrammsegmente S&sub0;&sub1; bis Smn ausreichend, ähnliche Phasenberechnungen mit Bezug auf die korrespondierenden zweidimensionalen Bilder G&sub0;&sub1; bis Gmn auszuführen, die durch jeweilige Projektion von den als Betrachtungspunkte dienenden Hologrammsegmenten S&sub0;&sub1; bis Smn gebildet werden.
Die Phasenberechnung eines Bildhologramms wird jetzt beschrieben.
Fig. 25 illustriert Einzelheiten der Phasenberechnung des Bildhologramms, basierend auf dem zweidimensionalen Bild, welches auf dem virtuellen Bildschirm gebildet wurde, der eingerichtet worden ist. Ein virtuelles holografisches Stereogramm 318 entspricht der in Fig. 24 gezeigten Hologrammbildungsoberfläche 34 und hat eine virtuelle Öffnung 315, die dem Hologrammsegment 108 entspricht. Das virtuelle holografische Stereogramm 318 ist demnach aus Matrixelementen in einem Bereich von einem virtuellen Öffnungssegment S&sub0;&sub0; in der linken oberen Ecke bis zu einem virtuellen Öffnungssegment Smn in der rechten unteren Ecke aufgebaut. Ein zweidimensionales Bild 308 ist in der virtuellen Bildschimposition eingerichtet, die für das virtuelle holografische Stereogramm 318 eingerichtet wurde. Wie für die Hologrammbildungsoberfläche 34 in Fig. 24 sind die zweidimensionalen Bilder G&sub0;&sub0; bis Gmn, von denen eines das zweidimensionale Bild 308 ist, in Entsprechung zu den virtuellen Öffnungssegmenten S&sub0;&sub0; bis Smn vorbereitet worden. Eine Bild-Hologrammbildungsoberfläche 314 ist in einer Position in der Nähe des zweidimensionalen Bildes 308 angeordnet und dient als ein Ziel für die Phasenberechnung.
Die Berechnung der Phasenverteilung für die Bild-Hologrammbildungsoberfläche 314 wird über eine Region 323 ausgeführt, wie in Fig. 26 gezeigt ist. Angenommen, daß das zweidimensionale Bild 308, welches der virtuellen Öffnung 315 des virtuellen holografischen Stereogramms 318 entspricht, eingerichtet wurde, dann ist der Lichtstrahl, welcher von dem zweidimensionalen Bild 308 auf die Bild-Hologrammbildungsoberfläche 314 einfällt, durch die virtuelle Öffnung 315 hindurchgetreten. Demnach entspricht auf der Bild-Hologrammbildungsoberfläche 314 die Lichtstrom-Einfallregion 323, welche infolge der virtuellen Öffnung 315 durch das Ausmaß des Lichtstromes bestimmt wird, einem Pixel 325 des zweidimensionalen Bildes 308. Die Phasenverteilung wird dann mit Bezug auf diese Lichtstrom-Einfallregion 323 berechnet.
In einer Weise ähnlich der oben beschriebenen Weise erhält man eine Lichtstrom-Einfallregion infolge der virtuellen Öffnung für jedes Pixel des zweidimensionalen Bildes 308, und die zugeordnete Phasenverteilung wird für die zugeordnete Lichtstrom-Einfallregion berechnet.
Nach Vollendung der Phasenberechnung für die Bild-Hologrammbildungsoberfläche 314 des zweidimensionalen Bildes 308, welches einer virtuellen Öffnung entspricht, wie oben erwähnt wurde, werden ähnliche Phasenberechnungen mit Bezug auf die zweidimensionalen Bilder 308, die allen anderen verbleibenden virtuellen Öffnungen entsprechen, ausgeführt. Eine zusammengesetzte Phasenverteilung bei der Bild-Hologrammbildungsoberfläche 314 wird als die Summe der Phasenverteilungen, die man von allen Phasenberechnungen erhält, abgeleitet.
Fig. 27 illustriert Einzelheiten der Phasenberechnung eines Hologramms mit Parallaxen nur in der horizontalen Richtung. Die Hologrammbildungsoberfläche 34 wird in der horizontalen Richtung in n+1 streifenförmige Regionen A bis An geteilt, die sich längs in der vertikalen Richtung erstrecken. Zweidimensionale Bilder G&sub0; bis Gn wie von jeweiligen horizontal getrennten Positionen auf den individuellen Streifen A&sub0; bis An gesehen, sind vorbereitet worden, um in jedem Fall ein zweidimensionales Bild 308 zu bilden. Um die dem Streifen A&sub0; an der linken Kante der Hologrammbildungsoberfläche 34 entsprechende Phasenverteilung zu berechnen, wird das zu dem Betrachtungspunkt auf dem Streifen A&sub0; passende zweidimensionale Bild G&sub0; als das Bild 308 auf dem virtuellen Bildschirm eingerichtet. Ähnlich der in Fig. 24 gezeigten Hologrammbildungsoberfläche 34 ist der Streifen A&sub0; in der vertikalen Richtung in m+1 Hologrammsegmente 108 geteilt. Die entsprechenden Phasenverteilungen werden unter Verwendung der Gleichungen (3) und (4) für das gleiche zweidimensionale Zielbild G&sub0; jeweils für alle der Hologrammsegmente S&sub0;&sub0; bis Sm0 berechnet. Nachdem die Phasenverteilung für den Streifen A&sub0; berechnet worden ist, werden die den anderen Streifen A&sub1; bis An zugeordneten Zielbilder der Reihe nach eingerichtet und die zugeordneten Phasenberechnungen in einer ähnlichen Weise ausgeführt.
Wenn die Phasenverteilungen für die Streifen A&sub0; bis An berechnet werden, dann sind die jeweiligen Betrachtungspunkt-Positionen auf den Streifen A&sub0; bis An, von welchen Positionen das dreidimensionale Bild auf die virtuelle Bildschirmoberfläche projiziert wird, um die zugeordneten zweidimensionalen Bilder zu bilden, horizontal voneinander getrennt, oder die Betrachtungspunkt-Position wird geändert, während die Augen auf einen Punkt des Objektes gerichtet gehalten werden, so daß die jeweiligen entsprechenden zweidimensionalen Bilder 308 in unterschiedlichen Positionen dargestellt werden.
Fig. 28 illustriert Einzelheiten der Berechnung einer Phasenverteilung für einen Fall, bei welchem die Richtung der ein Ziel betrachtenden Augen in der horizontalen Richtung bewegt wurde und die Betrachtungspunkt-Position geändert wurde. Das zweidimensionale Bild 308 mit einem Bildgehalt Gi entsprechend dem Streifen Ai, welcher in der Nähe des Zentrums angeordnet ist, wird durch einen durch eine durchgehende Linie dargestellten Rahmen gezeigt. Mit Bezug auf den Streifen Ai-1, welcher unmittelbar links von dem Streifen Ai angeordnet ist, wird dann, wenn die Größe eines zweidimensionalen Bildes 308 auf die gleiche Größe eingestellt ist, ein zweidimensionales Bild Gi-1 abgeleitet, welches mit gestrichelten Linien (um ein Bild nach links versetzt) abgeleitet. Mit Bezug auf den Streifen Ai+1, d.h. um einen Streifen vom Streifen Ai aus nach rechts versetzt, wird ein zweidimensionales Bild Gi+1, welches mit gestrichelten Linien dargestellt ist (um ein Bild nach rechts versetzt) abgeleitet.
Fig. 29 zeigt einen Fall, bei welchem die Augen immer auf einen Punkt auf einem Ziel von unterschiedlichen Betrachtungspositionen aus gerichtet gehalten werden, welche jeweils den Streifen A&sub0; bis An entsprechen, die in der horizontalen Richtung beabstandet sind. Wenn angenommen wird, daß das dem in der Nähe des Zentrums angeordneten Streifen A&sub1; entsprechende zweidimensionale Bild 308 durch Gi ausgedrückt wird, das durch einen Rahmen mit durchgehenden Linien angezeigt ist, dann findet man, daß ein zweidimensionales Bild Gi-1, welches im Uhrzeigersinn um ein Bild verschoben ist, dem Streifen Ai-1 entspricht, welcher von Ai um eine Region nach links versetzt ist. Mit Bezug auf den Streifen Ai+1, welcher von Ai aus um eine Region nach rechts versetzt ist, wird ein zweidimensionales Bild Gi+1, welches im Gegenuhrzeigersinn um ein Bild verschoben ist, abgeleitet. Das heißt, die Ebene des zweidimensionalen Bildes 308 wird als Folge einer horizontalen Änderung der Betrachtungspunkt-Position gedreht. Die Position der Pixeldaten des zweidimensionalen Bildes wird in Entsprechung zu der Bewegung der Ebene des zweidimensionalen Bildes eingerichtet. Die Phasenverteilung des zugeordneten Streifens wird in Entsprechung zu dem sequentiell gedrehten zweidimensionalen Bild berechnet.
Was die Berechnung der Phasenverteilung eines Hologramms mit einer Parallaxe nur in der horizontalen Richtung betrifft, wie in der Fig. 27 gezeigt ist, so wird beim Berechnen der Phasenverteilung des Bildhologramms eine virtuelle Öffnung, vergleichbar mit der virtuellen Öffnung 315 des in den Fig. 25 und 26 gezeigten virtuellen holografischen Stereogramms 318 hier auf einem virtuellen Streifen eingerichtet, den man durch Teilen der Hologrammbildungsoberfläche in der horizontalen Richtung erhält und dessen Längsachse sich in der vertikalen Richtung erstreckt, wie in Fig. 27 gezeigt ist. Es ist ausreichend, daß eine Lichtstrom-Einfallsregion an der Bild-Hologrammbildungsoberfläche mit Bezug auf jedes Pixel des jeder virtuellen Streifenöffnung entsprechenden zweidimensionalen Bildes gewonnen wird, und daß eine Phasenverteilung von dem zugeordneten Pixel für die betrachtete Lichtstrom-Einfallregion berechnet wird.
Die Phasenberechnung eines Hologramms, welche eine Teilung zweidimensionaler Bilder umfaßt, wird jetzt mit Bezug auf die Fig. 30 beschrieben, die Einzelheiten der Berechnung der Phasenverteilung eines Hologramms mit einer Parallaxe nur in der horizontalen Richtung illustriert. Die Hologrammbildungsoberfläche 34 wird horizontal in eine Serie von sich vertikal erstreckenden länglichen Streifen A bis An geteilt, und ein projiziertes zweidimensionales Bild 308 an der virtuellen Bildschirmebene wird vertikal in sich horizontal erstreckende längliche Regionen DG&sub0; bis DGm geteilt. Das gezeigte zweidimensionale Bild 308 ist das zweidimensionale Bild G&sub0;, das man durch Projizieren von demjenigen der horizontal angeordneten Betrachtungspunkte aus erhält, der auf dem Streifen A&sub0; auf der linken Seite der Hologrammbildungsoberfläche 34 liegt. Die Teilungsregionen DG&sub0; bis DGnm des zweidimensionalen Bildes G&sub0; werden als den jeweiligen vertikal angeordneten Hologrammsegmenten S&sub0;&sub0; bis S0m der Hologrammbildungsoberfläche 34 entsprechend ange nommen. In diesem Fall wird für das Hologrammsegment S&sub0;&sub0; eine Phasenverteilung nur von dem Pixel berechnet, das der entsprechenden Teilungsregion DG&sub0; zugeordnet ist. Für die anderen Hologrammsegmente S&sub0;&sub1; bis S0m werden Phasenverteilungen jeweils durch Bezugnahme auf die individuellen entsprechenden Teilungsregionen DG&sub1; bis DGm des zweidimensionalen Bildes G&sub0; berechnet. Durch Teilen des zweidimensionalen Bildes in längliche Regionen, die sich in der horizontalen Richtung erstrecken, wie oben beschrieben worden ist, kann der Berechnungsumfang, der zum Formulieren der Phasenverteilung für eines der Hologrammsegmente Sij (wobei i = 0 bis n, j = 0 bis m gilt) auf der Hologrammbildungsoberfläche 34 benötigt wird, reduziert werden.
Bei der Ausführung der Phasenberechnung für ein Bildhologramm, welches auf dem in Fig. 30 gezeigten geteilten zweidimensionalen Bild basiert, werden die Phasenverteilungen in dem Lichtstrom-Einfallsbereich, welcher der betrachteten virtuellen Öffnung entspricht, für jede Teilungsregion DG&sub0; bis DGm des zweidimensionalen Bildes 308 berechnet. Wenn beispielsweise das obere Hologrammsegment S&sub0;&sub0; des Streifens A&sub0; als virtuelle Öffnung eingerichtet wird, dann gewinnt man einen Lichtstrom-Einfallsbereich, über welchen der Lichtstrahl durch die dem Segment S&sub0;&sub0; entsprechende virtuelle Öffnung tritt und die Bild-Holqgrammbildungsoberfläche erreicht, mit Bezug auf jedes der die Teilungsregion DG&sub0; des zugeordneten zweidimensionalen Bildes 308 bildenden Pixels. Es ist ausreichend, die Phasenverteilung, die sich auf jedes solches Pixel bezieht, mit Bezug auf die entsprechende Lichtstrom-Einfallsregion zu berechnen.
Wenn die Berechnung auf Referenzlicht basiert, welches senkrecht auf das Hologramm einfällt, wobei die Phasenverteilung in dem Bildhologramm nur von horizontal variierenden Komponenten abhängt, ist es mit Bezug auf die Phasenverteilung des Bildhologramms, welches aus den geteilten zweidimensionalen Bildern in Fig. 30 gebildet wird, erforderlich, bei der Reproduktion derselben von einem dreidimensionalen Bild eine optische Vergrößerung des dreidimensionalen Bildes in der vertikalen Richtung vorzusehen.
Wie in Fig. 31 gezeigt ist, kann demnach dann, wenn die Phasenverteilungskomponente nur für die horizontale Richtung auf einer Raumlicht-Modulationseinrichtung 130 erzeugt wird und ein dreidimensionales Bild dargestellt werden soll, eine Lentikularplatte 320, in welcher zylindrische Linsen 322 vertikal angeordnet sind, vor der Raumlicht-Modulationseinrichtung 130 angeordnet werden, um eine Sichtfeld-Vergrößerungsfunktion in der vertikalen Richtung auszuführen. Auf diese Weise kann ein Sichtfeld 324, welches in der vertikalen Richtung durch die Lentikularplatte 320 auseinandergezogen wird und welches auch eine ausreichende Breite in der vertikalen Richtung hat, durch Wellenfront-Konvertierung von Reproduktionslicht an einem Hologramm, dargestellt durch die Raumlicht-Modulationseinrichtung 130 erzeugt werden, welches eine Phasenverteilung hat, die nur für die horizontale Richtung berechnet wurde.
Fig. 32 illustriert ein Verfahren zum Reduzieren der Berechnungsmenge, die bei einer Berechnung der Phasenverteilung für ein Bildhologramm anfällt. Eine Region 326, die das tatsächliche Bild in dem zweidimensionalen Bildfeld 308 enthält, wird als die Quelle der Pixeldaten für die Phasenberechnung verwendet. Die Pixel in der Region außerhalb der tatsächlichen Bildregion 326 werden für die Zwecke der Phasenberechnung aus dem Ziel eliminiert, wodurch die Menge der benötigten Berechnungen reduziert wird.
Fig. 33 illustriert ein Verfahren zum Reduzieren der Berechnungsmenge, die beim Berechnen der Phasenverteilung für die Bildung eines Hologramms mit Parallaxen in der horizontalen und der vertikalen Richtung aufgewendet wird, wie mit Bezug auf die Fig. 24 beschrieben wurde. Zu diesem Zweck wird ein Sichtfeld 324 (Fig. 33) in Beziehung zu einem Hologramm 306 eingerichtet, und ein zentrales Hologrammsegment 305 wird beispielhaft betrachtet. Die Phasenverteilung für das Hologrammsegment 305 wird unter Verwendung nur der Pixel in der Darstellungsregion 328 des zweidimensionalen Bildes 308 berechnet, das durch das Sichtfeld 324 bestimmt ist. Auf diese Weise kann durch Begrenzung der Region des zweidimensionalen Bildes, welches für die Berechnung der Phasenverteilung in Abhängigkeit von dem Sichtfeld verwendet wird, die benötigte Berechnungsmenge erheblich reduziert werden.
Fig. 34 zeigt eine externe Ansicht eines Hologramm- Darstellungsgerätes zum Bilden eines Hologramms durch Darstellen (Produzieren einer physikalischen Reproduktion) einer berechneten Phasenverteilung und für die Darstellung eines dreidimensionalen Bildes durch Bestrahlen des dargestellten Hologramms mit einem Reproduktionslichtstrahl. Eine Raumlicht-Modulationseinrichtung 130 zum elektrischen Ausbilden des Hologramms ist an der Vorderseite eines Geräte-Hauptkörpers 128 vorgesehen. Eine Haube 132 ist vorgesehen, um das Licht Null-ter Ordnung abzuschirmen, welches durch die Raumlicht-Modulationseinrichtung 130 übertragen wird.
Fig. 35 zeigt die interne Struktur des Gerätes der Fig. 34. Eine Laserlichtquelle 134, welche als eine Punktlichtquelle arbeitet, ein Kollimator-Spiegel 136 und eine Steuerung 138 sind im Hauptkörper des Gerätes angeordnet. Die Steuerung 138 gibt die berechnete Phasenverteilung an die Raumlicht-Modulationseinrichtung 130. Ein sphärisch divergierender Strahl von der Punktlichtquelle 134 wird in einen parallelen Lichtstrahl (d.h. kollimatiert) durch den Kollimator-Spiegel 136 vom reflektierenden Typ konvertiert und wird durch diesen auf die Raumlicht-Modulationseinrichtung 130 gerichtet, wodurch ein zu reproduzierendes dreidimensionales Bild 135 bewirkt wird. Der Teil des kollimatierten Lichtstrahles, welcher direkt durch die Raumlicht- Modulationseinrichtung 130 als Komponente Null-ter Ordnung hindurchtritt, wird durch die Haube 132 abgeschirmt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Laserlichtquelle 134 ein kleiner Halbleiterlaser mit einer spektralen Bandbreite von einigen Nanometern oder weniger, welcher dazu dienen kann, ein klares dreidimensionales Bild zu reproduzieren. Jede Wellenlänge im sichtbaren Bereich kann verwendet werden. Es ist jedoch notwendig, die Wellenlänge der Lichtquelle zu betrachten, die für die Reproduktion verwendet wird, wenn man die Hologramm-Phasenverteilung berechnet. Beispielsweise ist es möglich, einen Halbleiterlaser zu verwenden, welcher einen roten Lichtstrahl emittieren kann, dessen Wellenlänge in der Größenordnung von 600 nm liegt, oder einen grünen Lichtstrahl, dessen Wellenlänge in der Größenordnung von 500 nm liegt, oder einen blauen Lichtstrahl, dessen Wellenlänge in der Größenordnung von 400 nm liegt.
Im Falle eines Hologramms vom Fresnel-Typ bei von der Hologrammbildungsoberfläche 34 entfernt angeordnetem Objekt 110, wie in Fig. 21 gezeigt ist, wird dann, wenn die Entfernung zunimmt, das Hologramm (Phasenverteilung) empfindlicher für die Unterschiede in den Farben über die spektrale Bandbreite des Reproduktionslichtes. In diesem Fall ist es deshalb besonders erwünscht, einen Halbleiterlaser zu verwenden, welcher eine enge Bandbreite hat.
Auf der anderen Seite ist im Falle eines Hologramms vom Bildtyp bei in der Nähe der Hologrammbildungsoberfläche 34 angeordnetem Objekt 114, wie in Fig. 22 gezeigt ist, das Hologramm (Phasenverteilung) relativ unempfindlich gegen die Farbvariation über die spektrale Bandbreite des Reproduktionslichtes. Deshalb kann man ein annehmbares klares reproduziertes Bild auch gewinnen, wenn die spektrale Bandbreite der Quelle geringfügig höher als einige Nanometer ist. In diesem Fall ist es beispielsweise möglich, eine Halogenlampe oder dergleichen zu verwenden, deren spektrale Bandbreite etwa 10 nm ist, anstelle einer Laserquelle.
Die sphärische Welle wird direkt von der Laserlichtquelle 134 in Fig. 35 emittiert; es ist aber auch möglich, das Gerät in einer solchen Weise aufzubauen, daß ein Laserstrahl durch eine Objektivlinse und ein Stiftloch hindurchgeleitet wird, oder in einer solchen Weise, daß ein Laserstrahl durch eine optische Faser hindurchgeführt wird, so daß es aus einem Ende derselben austritt.
Fig. 36 zeigt eine Ausgestaltung der Raumlicht-Modulationseinrichtung 130 und umfaßt eine Flüssigkristall-Anzeigetafel vom durchleitenden Typ. Ein Glassübstrat 440 an einer Eingabeseite der Einrichtung trägt eine gleichförmige transparente Elektrode 444. Darstellungssegmente, welche verzweigte transparente Elektroden 446-1 bis 446-n bilden, sind innerhalb eines Glassubstrates 442 an einer Ausgabeseite der Einrichtung angeordnet. Flüssigkristall-Orientierungsfilme 452 und 454 sind jeweils neben den transparenten Elektroden 444 und 446-1 bis 446-n vorgesehen, sind jedich von diesen durch jeweilige Isolierschichten 448 bzw. 450 getrennt. Flüssigkristall 460 ist zwischen den Orientierungsfilmen 452 und 454 angeordnet und bildet so eine Flüssigkristallplatte. Die Flüssigkristall-Darstellungseinrichtung wird so betrieben, daß eine der berechneten Phaseninformation entsprechende Spannung an jede Flüssigkristallzelle in einer Weise angelegt wird, die durch Signale bestimmt wird, die an die Elektroden 446-1 bis 446-n angelegt werden. Der Brechungsindex der Flüssigkristallzelle für die Durchleitungsrichtung eines Reproduktionslichtstrahles 462 wird lokal entsprechend den angelegten Steuerspannungen moduliert.
Fig. 37 zeigt Einzelheiten der Phasenmodulation mit Bezug auf drei der Pixel der Flüssigkristallanzeige als Beispiel. Reproduktionslichtstrahlen 462-1 bis 462-3 der gleichen Phase, beispielsweise Strahlen einer ebenen Welle, treten von der linken Seite in die Pixel 466-1 bis 466-3 ein. Diese Pixel werden so betrieben, daß sie unterschiedliche Phasenzustände haben (d.h. so, daß sie unterschiedliche Brechungsindizes aufweisen), so daß Phasendifferenzen zwischen den ausgehenden Lichtstrahlen 464-1 bis 464-3 als ein Ergebnis ihrer unterschiedlichen optischen Weglängen in den jeweiligen Flüssigkristallpixeln 466-1 bis 466-3 existieren.
Im Idealfall ist es erwünscht, daß jede Phase in einem Bereich von 0 bis 2π ausgedrückt werden kann, d.h. bis zu dem Äquivalent einer optischen Distanz einer vollen Wellenlänge. Allerdings auch wenn die Phase diskret anhand einer Vielwert-Skala ausgedrückt wird, kann die Phasenverteilung annähernd so ausgedrückt werden, daß sie für praktische Zwecke zufriedenstellend ist. Die Dicke d der Flüssigkristallschicht wird so gewählt, daß sie die Bedingung erfüllt, nach der An x d, d.h. das Produkt der Dicke d und der maximalen Brechungsindexänderung An, die durch die angelegte Spannung hervorgerufen werden kann, gleich einer Wellenlänge λ des Reproduktionslichtes ist. Um die Phasenverteilung genau auszudrücken und ein klar reproduziertes dreidimensionales Bild zu gewinnen, ist es erforderlich, in einer Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung mit einer hohen Auflösung eine Flüssigkristall-Zellengröße in der Größenordnung einer Wellenlänge zu verwenden.
Fig. 38 zeigt eine andere Ausgestaltung eines stereoskopischen Darstellungsgerätes, in welchem eine Raumlicht- Modulationseinrichtung 130 vom reflektierenden Typ verwen det wird. Die Einrichtung 130 ist im Hauptkörper 128 des Gerätes angeordnet und stellt elektronisch ein Hologramm mit der von der Steuerung 138 berechneten Phasenverteilung dar. Ein Reproduktionslichtstrahl von der Laserlichtquelle 134 wird durch einen Spiegel 140 reflektiert, und wird wei ter von einem Halbspiegel 142 reflektiert und tritt in die Lichtmodulationseinrichtung 130 vom reflektierenden Typ ein. Das modulierte Licht von der Modulationseinrichtung 130 tritt durch den Halbspiegel 142 hindurch und stellt dadurch ein dreidimensionales Bild dar.
Wie in Fig. 39 gezeigt ist, wird das Reproduktionslicht von einer Seite der Lichtmodulationseinrichtung 130 vom Reflexionstyp eingegeben, tritt durch eine Flüssigkristallschicht 144 in der Einrichtung hindurch, wird durch eine reflektierende Oberfläche 146 an der entgegengesetzten Seite dieser Schicht reflektiert, tritt wieder durch die Schicht 144 hindurch und wird emittiert. Da das Reproduktionslicht in dieser Einrichtung vom Reflexionstyp zweimal durch die Flüssigkristall-Anzeigeschicht 144 hindurchtritt, kann die Dicke der Flüssigkristallschicht, die zur Gewinnung einer vorgegebenen Phasenänderung benötigt wird, auf ein Halb derjenigen reduziert werden, die in der Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung der Fig. 36 vom durchleitenden Typ benötigt wird. In dieser Ausgestaltung wird ein Flüssigkristall vom Typ mit homogener Ausrichtung verwendet, so daß die Polarisation aufrechterhalten wird.
Fig. 40 zeigt eine andere Ausgestaltung eines stereoskopischen Darstellungsgerätes. In dieser Ausgestaltung wird die die berechnete Phasenverteilung definierende Information optisch geschrieben und reproduziert. Eine Raumlicht-Modulationseinrichtung 148, auf welcher eine Phasenverteilungsinformation durch einen Laserstrahl von einer Lichtscan-Sektion 145 optisch geschrieben werden kann, ist in dem Hauptkörper 128 des Gerätes vorgesehen. Das Schreiben der Phasenverteilungsinformation auf die Licht-Modulationseinrichtung 148 durch den Laserstrahl von der Lichtscan-Sektion 145 wird durch die Steuerung 138 so gesteuert, daß die Modulationseinrichtung 148 in den gleichen Zustand versetzt wird, wie die Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung vom Reflexionstyp, die in Fig. 39 gezeigt ist. Mit der Einrichtung 148 in diesem Zustand wird ein Reproduktionslichtstrahl von der Laserlichtquelle 134 durch den Halbspiegel 142 reflektiert, und zwar so, daß er auf die linke Seite der Modulationseinrichtung 148 einfällt, und moduliertes Licht erreicht den Betrachter über den Halbspiegel 142, womit bewirkt wird, daß der Betrachter ein dargestelltes dreidimensionales Bild sieht.
Fig. 41 zeigt eine interne Struktur der optisch beschreibbaren Raumlicht-Modulationseinrichtung 148 der Fig. 40. Eine transparente Elektrode 154, auf der eine lichtleitfähige Schicht 156 vorgesehen ist, die durch eine Lichtabschirmschicht 158 abgedeckt ist, ist auf einem Glassubstrat 150 auf der rechten Seite der Einrichtung vorgesehen, welche einen Schreiblichtstrahl 170 empfängt. Ein dielektrischer Spiegel 160 ist unmittelbar an der Lichtabschirmschicht 158 vorgesehen. Ein Glassubstrat 152 ist an der linken Seite der Einrichtung vorgesehen, um einen Reproduktionslichtstrahl 172 zu empfangen und zu reemittieren. Eine transparente Elektrode 155 ist unmittelbar an dem Substrat 150 vorgesehen. Eine Flüssigkristallschicht 165 ist zwischen der transparenten Elektrode 155 und dem dielektrischen Spiegel 160 angeordnet, die von dieser jeweils durch Orientierungsfilme 164 bzw. 162 getrennt sind.
Im Betrieb der Lichtmodulationseinrichtung 148 der Fig. 41 bewirkt der Schreiblichtstrahl 170, wenn er auf die lichtleitfähige Schicht 156 einfällt, daß deren spezifischer Widerstand örtlich abfällt, wenn die Lichtintensität zunimmt. Die örtliche Änderung des Widerstandes der lichtleitfähigen Schicht 156 bewirkt, während die Treiberspannung konstant bleibt, daß sich die Spannung über den anschließenden Teil der Flüssigkristallschicht 165 und des dielektrischen Spiegels 160 örtlich um einen Betrag ändert, welcher der Änderung beim Widerstand der Schicht 156 entspricht. Wenn die Spannung, die über diesem Teil des Flüssigkristalls abgesenkt ist, sich ändert, wie oben erwähnt wurde, wird bewirkt, daß der Brechungsindex des Flüssigkristalls dadurch sich örtlich ändert. Infolgedessen wird der einfallende Reproduktionslichtstrahl 172 nach der Reflexion durch den dielektrischen Spiegel 160 über das Substrat 152 als ein modulierter Lichtstrahl 154 zurückgeworfen, wobei er die Phasenmodulationsinformation trägt, die durch die örtlichen Änderungen des Brechungsindex in der Schicht 165 dargestellt werden.
Fig. 42 zeigt eine andere Ausgestaltung eines stereoskopischen Darstellungsgerätes. In dieser Ausgestaltung tritt ein Reproduktionslichtstrahl 180 in die Raumlicht-Modulationseinrichtung 130 ein, welche eine Flüssigkristallanzeige vom durchleitenden Typ oder dergleichen verwendet, um die berechnete Phasenverteilung darzustellen, und er wird durch diese moduliert. Der modulierte Lichtstrahl von der Raumlicht-Modulationseinrichtung 130 wird durch ein Projektions-Optiksystem 176 aufgeweitet und wird auf einen Hologrammbildschirm 178 projiziert, womit es ermöglicht wird, daß ein dreidimensionales Bild über ein Sichtfeld 182 mit dem angegebenen Winkelbereich betrachtet werden kann.
Fig. 43 zeigt eine andere Ausgestaltung eines stereoskopischen Darstellungsgerätes. In dieser Ausgestaltung kann man von einer Haube absehen, die verhindert, daß eine Lichtkomponente Null-ter Ordnung dargestellt wird. Ein Refraktionskörper 185 zum Unterdrücken der Emission des Lichtes Null-ter Ordnung ist mit der Raumlicht-Modulationseinrichtung 184 in dem Hauptkörper 128 des Gerätes integriert.
Wie in Fig. 44 gezeigt ist, wird in dem stereoskopischen Darstellungsgerät der Fig. 33 eine sphärische Welle von der Laserlichtquelle 134 über den Refraktionskörper 185 so ausgerichtet und durch einen Kollimator-Spiegel 136 so reflektiert, daß er auf die mit dem Refraktionskörper 185 integrierte Raumlicht-Modulationseinrichtung 184 mit einem Einfallswinkel gerichtet ist, welcher gleich oder größer als der kritische Winkel für den Refraktionskörper ist. Das Licht Null-ter Ordnung wird deshalb intern total reflektiert, womit verhindert wird, daß Licht Null-ter Ordnung emittiert wird. Eine Haube zum Abschirmen von Licht Nullter Ordnung ist deshalb nicht erforderlich.
Um Farbbilder darzustellen, ist es ausreichend, daß die Bildung der dreidimensionalen Bildinformationen im Schritt S2 der Fig. 6, die Bildung des zweidimensionalen Bildes im Schritt S3 und die Berechnung der Phasenverteilung im Schritt S4 für jede Spektralkomponente, beispielsweise für R-, G- und B-Komponenten ausgeführt wird.
Fig. 45 zeigt eine Ausgestaltung eines stereoskopischen Farb-Darstellungsgerätes zum Erzeugen einer Vielfarben-Darstellung, wobei das Gerät zwei der stereoskopischen Darstellungsgeräte, die oben beschrieben wurden, umfaßt. Eine Raumlicht-Modulationseinrichtung 200 wird entsprechend der Phasenverteilung betrieben, die mit Bezug auf beispielsweise die R-Komponente durch eine Steuerung 226 berechnet wurde. Eine Raumlicht-Modulationseinrichtung 202 wird entsprechend der Phasenverteilung betrieben, die mit Bezug auf beispielsweise die G-Komponente berechnet wurde. Entsprechende Reproduktionslichtstrahlen von Laserlichtquellen 206 und 208 bestrahlen die Raumlicht-Modulationseinrichtungen 200 bzw. 202 durch Verschlüsse 212 bzw. 214 sowie Kollimator-Linsen 216 bzw. 218, wodurch ein dreidimensionales R-Komponenten-Bild 228 und ein dreidimensionales G-Komponenten-Bild 230 dargestellt werden. Das G-Komponenten-Bild 230 wird durch einen Halbspiegel 220 reflektiert und von den Augen 224 des Betrachters gesehen. Zur gleichen Zeit wird das R-Komponenten-Bild 228 über den Halbspiegel 220 gesehen. Infolgedessen kann der Betrachter ein zusammengesetztes dreidimensionales Farbbild sehen, welches aus einem G-Komponenten-Bild 230-1 besteht, welches dem R-Komponenten-Bild 228 überlagert ist.
Fig. 46 zeigt ein anderes stereoskopisches Farbdarstellungsgerät zur Verwendung in einer Ausgestaltung der Erfindung. In dieser Ausgestaltung wird die Phasenverteilung für jede der R-, G- und B-Komponenten berechnet, um zu ermöglichen, daß ein zusammengesetztes Farbbild dargestellt wird. In dieser Ausgestaltung sind zusätzlich zu den zwei in der Ausgestaltung der Fig. 45 verwendeten Anzeigegeräten eine Laserlichtquelle 210, ein Verschluß 215 und eine Kollimator-Linse 219 in einem Anzeigesystem für die B-Komponente vorgesehen. Eine zusätzliche Raumlicht-Modulationseinrichtung 204, die entsprechend der mit Bezug auf die B-Komponente berechneten Phasenverteilung betrieben wird, ist auch vorgesehen. Ferner ist ein Halbspiegel 222 hinzugefügt, um das B-Komponenten-Bild von der Raumlicht- Modulationseinrichtung 204 mit den R- und G-Komponenten- Bildern zu kombinieren. Ein zusammengesetztes dreidimensionales Farbbild, welches von den durch die Pfeile dargestellten R-, G- und B-Komponenten gebildet ist, kann so von. den Augen 224 des Betrachters betrachtet werden.
Fig. 47 zeigt ein Zeitdiagramm von Treibersignalen ER, EG und EB, um die RGB-Komponenten durch Öffnen oder Schließen der Verschlüsse 212, 214 und 215 zeitlich aufgeteilt darzustellen, wobei dieses durch die Steuerung 226 gesteuert. wird, die in Fig. 46 illustriert ist. Die Treibersignale ER, EG und EB werden so generiert, daß sie in Intervallen T von 1/30 Sekunden wiederholt werden, sowie so, daß sie relative Zeitverzögerungen von T/3 haben. In dem Fall der Ausgestaltung der Fig. 45 mit lediglich den Komponenten R und G kann die Zeitabweichung zwischen den beiden Signalen ER und EG auf T/2 eingestellt werden.
Fig. 48 zeigt ein Zeitdiagramm einer anderen Treibmethode, die zur Verwendung mit den Ausgestaltungen der Fig. 45 und 46 geeignet ist. In diesem Fall werden die Verschlüsse gleichzeitig in Intervallen von T = 1/30 Sekunden geöffnet, und dreidimensionale Bilder aus zwei oder drei Farbkomponenten werden gleichzeitig in den angemessenen Positionen dargestellt, wodurch die geforderten Farbbilder zusammengesetzt werden.
Ausgestaltungen der Erfindung, wie sie oben beschrieben wurden, können ein bewegtes dreidimensionales Bild (d.h. ein dynamisches Bild) darstellen derart, daß man sieht, wie sich die Objektposition mit dem Zeitablauf ändert, wobei Phasenverteilungen verwendet werden, die unter derartigen Bedingungen berechnet sind, daß die Entfernung zwischen dem Objekt und dem virtuellen Bildschirm (Projektionsebene) immer auf einen Wert innerhalb eines vorgewählten zulässigen Bereiches eingestellt wird, wodurch eine Ermüdung des Betrachters verglichen mit Darstellungsverfahren gemäß dem Stand der Technik reduziert wird.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen computergenerierter Hologramme zur Verwendung bei der Darstellung eines stereoskopischen Bildes von einem dreidimensionalen Objekt, welches sich so bewegt, daß seine Entfernung von einer Hologrammbildungsoberfläche (34) sich ändert, wobei das Verfahren für der Reihe nach jeden einer Aufeinanderfolge von verschiedenen Augenblicken (t&sub1;, t&sub2;, ...) in der Zeit umfaßt:

Berechnen einer dreidimensionalen Koordinatendarstellung des Objektes (30-1, 30-2, ...), wie es in dem betrachteten Augenblick positioniert ist;

Definieren einer Projektionsebene (32-1, 32-2, ...) an einem Ort, welcher sich mit der Objektposition in einer solchen Weise ändert, daß die Entfernung (L&sub1;, L&sub2;, ...) zwischen dem Objekt und der Projektionsebene geringer bleibt als ein voreingestellter Begrenzungswert (L&sub0;);

Berechnen einer Serie von zweidimensionalen perspektivischen Bildern des Objektes, wie es jeweils von einer Anordnung verschiedener Betrachtungspunkte aus gesehen wird, wobei ein jedes solches Bild das Objekt darstellt, wie es auf die Projektionsebene (32) projiziert gesehen würde, die für den betrachteten Augenblick definiert wurde;

Berechnen eines Satzes von Phasenhologrammen, der jeweils an der genannten Hologrammbildungsoberfläche (34) für die perspektivischen Bilder der Serie repräsentativ ist, die für den betrachteten Augenblick berechnet wurden; und

Erzeugen eines zusammengesetzten Hologramms, welches jeweilige physikalische Reproduktionen (108) der Phasenhologramme des Satzes einschließt, welcher für den betrachteten Augenblick berechnet wurde, wobei die Reproduktionen (108) ähnlich ihren jeweiligen entsprechenden unterschiedlichen Betrachtungspunkten so angeordnet sind, daß das zusammengesetzte Hologramm mit einem Lichtstrahl bestrahlt werden kann, um das gewünschte stereoskopische Bild (135) des Objektes zu generieren, wie es in dem betrachteten Augenblick positioniert ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem jede Projektionsebene (32) so definiert ist, daß sie den Schwerpunkt der berechneten dreidimensionalen Koordinatendarstellung des Objektes in dem betrachteten Augenblick enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem das Objekt ein zusammengesetztes Objekt ist, welches eine Vielzahl von getrennten Körpern (300, 302, 304) umfaßt.

4. Verfahren zum Erzeugen computergenerierter Hologramme für die Verwendung bei der Darstellung eines stereoskopischen Bildes von einer Vielzahl dreidimensionaler Objekte (36, 38, 40), die sich so bewegen, daß ihre jeweiligen Entfernungen von einer Hologrammbildungsoberfläche (34) sich ändern, wobei das Verfahren für der Reihe nach jeden von einer Aufeinanderfolge unterschiedlicher Augenblicke (t&sub1;, t&sub2;,...) in der Zeit umfaßt:

Berechnen jeweiliger dreidimensionaler Koordinatendarstellungen dieser Objekte (36, 38, 40), wie sie in dem betrachteten Augenblick positioniert sind;

Definieren einer Projektionsebene (32-1, 32-2, 32-3) individuell für jedes Objekt an einem Ort, welcher sich mit der Objektposition in einer solchen Weise ändert, daß die Entfernung zwischen dem betrachteten Objekt und seiner individuellen Projektionsebene geringer als ein voreingestellter Begrenzungswert (L&sub0;) bleibt;

Berechnen einer Serie von zusammengesetzten zweidimensionalen perspektivischen Bildern dieses Objektes, wie es jeweils von einer Anordnung verschiedener Betrachtungspunkte aus gesehen wird, wobei ein jedes solches Bild jedes der Objekte repräsentiert, wie es auf die Projektionsebene projiziert gesehen würde, die individuell für dieses mit Bezug auf den betrachteten Augenblick definiert wurde;

Berechnen eines Satzes von Phasenhologrammen, der an der Hologrammbildungsoberfläche jeweils repräsentativ für die zusammengesetzten perspektivischen Bilder der Serie ist, welche für den betrachteten Augenblick berechnet wurden; und

Erzeugen eines zusammengesetzten Hologramms, welches jeweilige physikalische Reproduktionen (108) der Phasenhologramme des Satzes einschließt, welcher für den betrachteten Augenblick berechnet wurde, wobei die Reproduktionen (108) ähnlich ihren jeweiligen entsprechenden unterschiedlichen Betrachtungspunkte so angeordnet sind, daß das zusammengesetzte Hologramm mit einem Lichtstrahl bestrahlt werden kann, um das gewünschte stereoskopische Bild der Objekte zu generieren, wie sie in dem betrachteten Augenblick positioniert sind.

5. Verfahren nach Anspruch 4, bei welchem jede Projektionsebene (32-1, 32-2, 32-3) so definiert ist, daß sie den Schwerpunkt der berechneten dreidimensionalen Koordinatendarstellung des Objektes (36, 38, 40) enthält, welches in dem betrachteten Augenblick betrachtet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, bei welchem die Objekte jeweilige unterschiedliche Teile (70-1, 70-2, 70-3) eines einzelnen Körpers (70) sind.

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem der voreingestellte Begrenzungswert (L&sub0;) bei einer ersten Größe eingestellt ist, der Abstand (Z) des betrachteten Objektes von einem vorgewählten Betrachtungspunkt (28) innerhalb eines ersten Wertebereiches liegt, jedoch bei einer zweiten Größe eingestellt wird, die größer als die erste Größe ist, wenn diese Entfernung (Z) innerhalb eines zweiten Bereiches von Werten liegt, die größer als die Werte in dem ersten Bereich sind.

8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem die unterschiedlichen Betrachtungspunkte entlang einer horizontalen Linie verteilt sind, und bei welchem die Phasenhologramme eines jeden solchen Satzes länglich sind derart, daß jedes zusammengesetzte Hologramm dann, wenn es so angeordnet ist, daß die physikalischen Reproduktionen (A&sub0; ... An) vertikal sich erstreckende Längsachsen haben und wenn diese bestrahlt werden, ein Bild ergibt, das einen Eindruck einer Parallaxe in der horizontalen Richtung gibt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, bei welchem in dem Verlauf des Berechnens eines jeden Satzes von Phasenhologrammen jedes der perspektivischen Bilder (G&sub0;, G&sub1;, G&sub2;, ...) der für den betrachteten Augenblick berechneten Serie in der vertikalen Richtung in horizontal sich erstreckende längliche Regionen (DG&sub0; ... DG&sub0;) geteilt wird, und das für dieses perspektivische Bild repräsentative Phasenhologramm längs in eine Reihe von Segmenten (S&sub0;&sub0; ... S0m) geteilt wird, welche Segmente jeweilige Hologramme der horizontal sich erstreckenden länglichen Regionen (DG&sub0; ... DGm) dieses perspektivischen Bildes sind.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 71 bei welchem die unterschiedlichen Betrachtungspunkte zweidimensional über die Hologrammbildungsoberfläche (34) so verteilt sind, daß die Reproduktionen eine Vielzahl von kleinen Komponentenabschnitten (108) des zusammengesetzten Hologrammes bilden, die jeweils den verschiedenen Betrachtungspunkten entsprechen.

11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend den Schritt, jedes der zusammengesetzten Hologramme der Reihe nach mit einem Lichtstrahl so zu bestrahlen, daß ein offensichtlich sich bewegendes stereoskopisches Bild generiert wird.

12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem eine Flüssigkristall-Tafeleinrichtung (130) so gesteuert wird, daß jedes der zusammengesetzten Hologramme der Reihe nach gebildet wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, bei welchem die Flüssigkristall-Tafeleinrichtung (130) zur Bildung der zusammengesetzten Hologramme durch Anlegen von Steuerspannungen an Elektroden (444, 446) gesteuert wird, die neben einer Schicht aus Flüssigkristall (460) in der Einrichtung angeordnet sind, um so Veränderungen beim Brechungsindex des Flüssigkristalls hervorzurufen.

14. Verfahren nach Anspruch 12, bei welchem die Flüssigkristall-Tafeleinrichtung (146) einen dielektrischen Spiegel (160) umfaßt, welcher sich neben einer Schicht von Flüssigkristall (165) in der Einrichtung erstreckt, und wobei eine fotoleitfähige Schicht (156) neben dem dielektrischen Spiegel (160) vorgesehen ist und so gesteuert wird, daß sie die zusammengesetzten Hologramme mittels eines Hilfslichtstrahles (170) bildet, welcher so ausgerichtet wird, daß er auf die lichtleitfähige Schicht (156) einfällt, um so örtliche Änderungen ihres spezifischen Widerstandes hervorzubringen.

15. Gerät zum Erzeugen computergenerierter Hologramme für die Verwendung bei der Darstellung eines stereoskopischen Bildes eines dreidimensionalen Objektes, welches sich so bewegt, daß seine Entfernung von einer Hologrammbildungsoberfläche (34) sich ändert, welches Gerät umfaßt:

Koordinatenberechnungsmittel (10), um für der Reihe nach jeden einer Aufeinanderfolge verschiedener Augenblicke (t&sub1;, t&sub2;, ...) in der Zeit eine dreidimensionale Koordinatendarstellung des Objektes (30-1, 30-2, ...) zu berechnen, wie es in dem betrachteten Augenblick positioniert ist;

Projektionsebenen-Definierungsmittel (12), um für der Reihe nach jeden der verschiedenen Augenblicke eine Projektionsebene (32-1, 32-2, ...) an einem Ort zu definieren, welcher sich mit der Objektposition in einer solchen Weise ändert, daß die Entfernung (L&sub1;, L&sub2;, ...) zwischen dem Objekt und der Projektionsebene kleiner als ein voreinge stellter Begrenzungswert (L&sub0;) bleibt;

Bildberechnungsmittel (16), um für der Reihe nach jeden der verschiedenen Augenblicke eine Serie von zweidimensionalen perspektivischen Bildern des Objektes zu berechnen, wie diese jeweils von einer Anordnung vorgewählter verschiedener Betrachtungspunkte aus gesehen werden, wobei ein jedes solches Bild das Objekt so darstellt, wie es auf die Projektionsebene (32) projiziert gesehen würde, die für den betrachteten Augenblick definiert wurde;

Hologrammberechnungsmittel (18), um für der Reihe nach jeden der verschiedenen Augenblicke einen Satz von Phasenhologrammen zu berechnen, der jeweils an der Hologrammbildungsoberfläche (34) repräsentativ für die perspektivischen Bilder der Serie ist, welche für den betrachteten Augenblick berechnet wurden; und

Hologrammbildungsmittel (20), um für der Reihe nach jeden der verschiedenen Augenblicke ein zusammengesetztes Hologramm zu erzeugen, welches jeweilige physikalische Reproduktionen (10B) der Phasenhologramme des Satzes einschließt, welcher für den betrachteten Augenblick berechnet wurde, wobei die Reproduktionen (108) ähnlich ihren jeweiligen entsprechenden unterschiedlichen Betrachtungspunkten so angeordnet sind, daß das zusammengesetzte Hologramm mit einem Lichtstrahl bestrahlt werden kann, um das gewünschte stereoskopische Bild (135) des Objektes zu generieren, wie es in dem betrachteten Augenblick positioniert ist.

16. Gerät nach Anspruch 15, bei welchem die Projektionsebenen-Definierungsmittel in einer solchen Weise arbeiten, daß jede Projektionsebene (32) so definiert wird, daß sie den Schwerpunkt der berechneten dreidimensionalen Koordinatendarstellung des Objektes in dem betrachteten Augenblick enthält.

17. Gerät zum Erzeugen computergenerierter Hologramme für die Verwendung bei der Darstellung eines stereoskopischen Bildes einer Vielzahl von dreidimensionalen Objekten (36, 38, 40), welche sich so bewegen, daß ihre jeweiligen Abstände von einer Hologrammbildungsoberfläche (34) sich ändern, wobei das Gerät umfaßt:

Koordinatenberechnungsmittel, um für der Reihe nach jeden einer Aufeinanderfolge verschiedener Augenblicke in der Zeit jeweilige dreidimensionale Koordinatendarstellungen der Objekte zu berechnen, wie sie in dem betrachteten Augenblick positioniert sind;

Projektionsebenen-Definierungsmittel, um für jedes Objekt, wie es der Reihe nach in jedem der verschiedenen Augenblicke positioniert ist, individuell eine Projektionsebene (32-1, 32-2, 32-3) an einer Stelle zu definieren, die sich mit der Objektposition in einer solchen Weise ändert, daß die Entfernung zwischen dem betrachteten Objekt und seiner individuellen Projektionsebene kleiner als ein voreingestellter Begrenzungswert (L&sub0;) bleibt;

Bildberechnungsmittel, um der Reihe nach für jeden der verschiedenen Augenblicke eine Serie zusammengesetzter zweidimensionaler perspektivischer Bilder dieses Objektes zu berechnen, wie es jeweils von einer Anordnung voreingestellter verschiedener Betrachtungspunkte aus gesehen wird, wobei ein jedes solches Bild jedes dieser Objekte repräsentiert, wie es auf die Projektionsebene projiziert gesehen würde, die individuell für dieses mit Bezug auf den betrachteten Augenblick definiert wurde;

Hologrammberechnungsmittel, um für der Reihe nach jeden der verschiedenen Augenblicke einen Satz von Phasenhologrammen zu berechnen, der jeweils an der Hologrammbildungsoberfläche (34) repräsentativ für die zusammengesetzten perspektivischen Bilder der Serie ist, die für den betrachteten Augenblick berechnet wurden; und

Hologrammbildungsmittel, um für der Reihe nach jeden der verschiedenen Augenblicke ein zusammengesetztes Hologramm zu erzeugen, welches jeweilige physikalische Reproduktionen (10B) der Phasenhologramme des Satzes einschließt, welcher für den betrachteten Augenblick berechnet wurde, wobei die Reproduktionen ähnlich ihren jeweiligen entsprechenden verschiedenen Betrachtungspunkten so angeordnet sind, daß das zusammengesetzte Hologramm mit einem Lichtstrahl bestrahlt werden kann, um das gewünschte stereoskopische Bild des Objektes zu generieren, wie es in dem betrachteten Augenblick positioniert ist.

18. Gerät nach Anspruch 17, bei welchem die Projektionsebenen-Definierungsmittel in einer solchen Weise arbeiten, daß eine jede Projektionsebene (32) so definiert wird, daß sie den Schwerpunkt der berechneten dreidimensionalen Koordinatendarstellung des in dem betrachteten Augenblick betrachteten Objektes enthält.

19. Gerät nach Anspruch 15, 16, 17 oder 18, bei welchem die Projektionsebenen-Definierungsmittel in einer solchen Weise arbeiten, daß der voreingestellte Begrenzungswert bei einer ersten Größe eingestellt wird, wenn die Entfernung des betrachteten Objektes von einem vorgewählten Betrachtungspunkt (28) aus innerhalb eines ersten Wertebereiches liegt, jedoch bei einer zweiten Größe eingestellt wird, die größer als die erste Größe ist, wenn diese Entfernung innerhalb eines zweiten Bereiches von Werten liegt, die größer als die Werte in dem ersten Bereich sind.

20. Gerät nach einem der Ansprüche 15 bis 19, bei welchem die vorgewählten verschiedenen Betrachtungspunkte entlang einer horizontalen Linie verteilt sindf und bei welchem die Hologrammberechnungsmittel in einer solchen Weise arbeiten, daß die Phasenhologramme eines jeden solchen Satzes länglich sind, so daß jedes zusammengesetzte Hologramm, wenn es so angeordnet ist, daß die physikalischen Reproduktionen (A&sub0; ... An) vertikal sich erstreckende Längsachsen haben und wenn diese bestrahlt werden, ein Bild ergeben, das einen Eindruck einer Parallaxe in der horizontalen Richtung gibt.

21. Gerät nach Anspruch 20, bei welchem die Hologrammberechnungsmittel in einer solchen Weise arbeiten, daß im Verlaufe der Berechnung eines jeden Satzes von Phasenhobgrammen jedes der perspektivischen Bilder (G&sub0;, G&sub1;, G&sub2;, ...) der für den betrachteten Augenblick berechneten Serie in der vertikalen Richtung in horizontal sich erstreckende längliche Regionen (DG&sub0; ... DGm) aufgeteilt wird, und daß das für dieses perspektivische Bild repräsentative Phasenhologramm längs in eine Serie von Segmenten (S&sub0;&sub0; ... S0m) aufgeteilt wird, wobei die Segmente jeweilige Hologramme der horizontal sich erstreckenden länglichen Regionen (DG&sub0; ... DGm) dieses perspektivischen Bildes sind.

22. Gerät nach einem der Ansprüche 15 bis 19, bei welchem die vorgewählten verschiedenen Betrachtungspunkte zweidimensional über die Hologrammbildungsoberfläche (34) so verteilt sind, daß die Reproduktionen eine Vielzahl von kleinen Komponentenabschnitten (108) des zusammengesetzten Hologramms bilden, die jeweils den vorgewählten verschiedenen Betrachtungspunkten entsprechen.

23. Gerät nach einem der Ansprüche 15 bis 22, ferner umfassend Lichtquellenmittel (134, 136) zum Bestrahlen jedes der zusammengesetzten Hologramme der Reihe nach mit einem Lichtstrahl derart, daß ein offensichtlich sich bewegendes stereoskopisches Bild generiert wird.

24. Gerät nach einem der Ansprüche 15 bis 23, bei welchem die Hologrammbildungsmittel eine Flüssigkristall-Tafeleinrichtung (130) umfassen, die so steuerbar ist, daß der Reihe nach jedes der zusammengesetzten Hologramme gebildet wird.

25. Gerät nach Anspruch 24, bei welchem die Flüssigkristall-Tafeleinrichtung (130) so steuerbar ist, daß die zusammengesetzten Hologramme durch Anlegen von Steuerspannungen an Elektroden (444, 446) gebildet werden, die neben einer Schicht von Flüssigkristall (460) in der Einrichtung angeordnet sind, um Änderungen in dem Brechungsindex des Flüssigkristalls hervorzubringen.

26. Gerät nach Anspruch 24, bei welchem die Flüssigkristall-Tafeleinrichtung (148) einen dielektrischen Spiegel (160) umfaßt, welcher sich neben einer Schicht von Flüssigkristall (165) in der Einrichtung erstreckt, sowie eine lichtleitfähige Schicht (156), die neben dem dielektrischen Spiegel (160) vorgesehen ist und die so steuerbar ist, daß die zusammengesetzten Hologramme mittels eines Hilfslichtstrahles (170) gebildet werden, welcher so ausgerichtet wird, daß er auf die lichtleitfähige Schicht (156) einfällt, um örtliche Änderungen in deren spezifischem Widerstand hervorzubringen.

27. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, oder Gerät, wie in einem der Ansprüche 15 bis 26 beansprucht, bei welchem jede der Projektionsebenen (32) so definiert ist, daß sie parallel zu der Hologrammbildungsoberfläche (34) liegt.