WO2003010570A1 - Projektionssystem - Google Patents

Projektionssystem Download PDF

Info

Publication number
WO2003010570A1
WO2003010570A1 PCT/EP2002/007994 EP0207994W WO03010570A1 WO 2003010570 A1 WO2003010570 A1 WO 2003010570A1 EP 0207994 W EP0207994 W EP 0207994W WO 03010570 A1 WO03010570 A1 WO 03010570A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
holographic
projection
projector
carrier element
grating
Prior art date
Application number
PCT/EP2002/007994
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jörg Gutjahr
Steffen Zozgornik
Original Assignee
Gutjahr Joerg
Steffen Zozgornik
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Gutjahr Joerg, Steffen Zozgornik filed Critical Gutjahr Joerg
Publication of WO2003010570A1 publication Critical patent/WO2003010570A1/de

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/18—Diffraction gratings
    • G02B5/1876—Diffractive Fresnel lenses; Zone plates; Kinoforms
    • G02B5/188—Plurality of such optical elements formed in or on a supporting substrate
    • G02B5/1885—Arranged as a periodic array
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/32—Holograms used as optical elements

Definitions

  • the invention relates to a projection system for displaying images by front projection.
  • projection screens In addition to conventional projection screens which are designed such that light projected onto the screen by a projector is reflected by the screen in the direction of a viewer, projection screens based on holographic methods are also used for projecting images.
  • the image to be displayed is displayed on such projection screens with the aid of one or more holograms provided in the screen.
  • These screens have the advantage that ambient light is not reflected or is reflected only to a small extent, so that images can also be displayed on a holographic projection screen in a bright environment.
  • Such a holographic projection screen is known from DE 198 25 192.
  • the projection screen has a plurality of holographic-optical elements arranged in one plane.
  • the individual holographic-optical elements have at least one lens device and a diffraction grating.
  • the individual holographic-optical elements are illuminated by the back-projection of a projector with the image to be displayed. The projector is thus located in relation to the viewer on the back of the projection screen.
  • the projector is, for example, an RGB projector that generates three different light beams, with each light beam being one Color separation of the image to be displayed is.
  • the three light beams hit the back of the holographic-optical elements at different angles. Due to the diffraction grating provided in the holographic-optical element, the three light beams are diffracted differently.
  • the diffraction grating is designed in such a way that the three light beams striking a holographic-optical element are combined to form a common light exit beam with the same light exit angle. The viewer thus sees a colored picture.
  • the individual holographic-optical elements have a plurality of cylindrical lenses arranged parallel to one another.
  • the cylindrical lenses form a raster cylindrical lens.
  • the raster cylinder lens has the effect that the light beams striking the holographic-optical element are only expanded horizontally monochromatically.
  • DE 198 25 192 describes a projection system in which a conventional projector with a lamp that generates white light is used.
  • a conventional projector with a lamp that generates white light is used.
  • three different holographic-optical elements are provided in the image area, which deflect the individual color components of an image in the direction of the viewer.
  • the three different light beams diffracted by one of the holographic-optical elements each emerge with the same light exit angle in the direction of the viewer.
  • Such holographic projection screens are transparent to light that does not come from the angle of incidence determined by the projector. When the projector is switched off, it is an essentially transparent pane, which at most has a milky appearance due to the holographic-optical elements. With such projection screens, however, it is necessary that the projector, viewed from the viewer, is behind the Projection screen is arranged. Such projection systems therefore require a relatively large amount of space.
  • a projection of images in holographic projection screens is only possible by arranging a mirror behind the projection screen having the holographic-optical elements, which reflects the rays emitted by the projector in the direction of the holographic-optical elements and thus in the direction of the viewer.
  • the provision of a mirror has the disadvantage that the holographic projection screen is no longer transparent.
  • the provision of a non-transparent mirror is not possible in many desired uses of a holographic screen, since it is precisely the transparency of the screen that is required.
  • the object of the invention is to provide a projection system for displaying images by projecting them on with a transparent projection screen.
  • the projection system has a projector for generating the image to be displayed, a projection screen with at least one holographic-optical element arranged in a projection plane and a beam deflection device for deflecting the incident rays generated by a projector in the direction of the projection plane, i. H. in the direction of the at least one holographic-optical element.
  • the beam deflecting device is designed in such a way that only rays incident from the projector at an angle of incidence are reflected in the direction of the projection plane of the projection screen and other light is transmitted.
  • the beam deflection device has a carrier element made of transparent material, for example glass.
  • the carrier element carries a first and a second holographic grating with different orientations.
  • a holographic projection screen can be operated in front projection, the projection screen and the beam deflection device being transparent to ambient light.
  • the projection system according to the invention is particularly advantageous if, due to the spatial conditions, a projector is not behind the projection screen in relation to the viewer, i.e. can be arranged in rear projection.
  • the projection screen and the beam deflection device are always transparent when viewed from the rear. From the back, the projection screen and the beam deflection device are thus transparent even when projecting images.
  • the projection screen can also be arranged together with the beam deflection device, for example, at the level of the head restraints. Images can be displayed on the projection screen for an observer sitting in the rear of the vehicle. Since the projection screen and the beam deflection device are transparent from the rear, ie transparent to the driver, the representation of the images does not impair the driver's view through the rear window.
  • the at least one holographic-optical element of the projection screen is preferably constructed as described in DE 198 25 192.
  • a plurality of holographic-optical elements are preferably provided.
  • the individual holographic-optical elements are preferably essentially rectangular and have an edge length of 10 mm - 30 mm.
  • a suitable film such as a diffusion film, can be provided, which has a similar effect to that of a raster cylinder lens.
  • the first holographic grating is preferably arranged on a front side of the carrier element facing the projector and thus also the viewer.
  • the carrier element is preferably a flat, transparent pane, which is preferably made of glass or a transparent plastic.
  • a further plate made of glass or transparent plastic is preferably provided in front of the carrier element, so that the holographic grating is arranged between the carrier element and the plate.
  • the grille is protected from mechanical damage by the plate. Furthermore, it is avoided that, for example, when using moisture-sensitive films for producing the holographic grids, they are damaged by moisture.
  • the first holographic grating deflects the incident rays, ie the light emitted by the projector, into a total reflection angle.
  • the incident rays run within the carrier element at an angle to a rear side of the carrier element, so that total reflection of the incident radiation occurs on the rear side.
  • the light emitted by the projector can therefore not emerge from the back of the carrier element.
  • the reflectance of the incident radiation ie the amount of incident radiation that is actually reflected, depends on the redirection efficiency of the first holographic grating.
  • the degree of deflection also depends in particular on the wavelength range of the light.
  • the second holographic grating which has a different orientation to the first holographic grating.
  • the second holographic grating is preferably also arranged between the carrier element and the cover plate.
  • the same effect would also be achieved if the second holographic grating is arranged, for example, inside the carrier element.
  • the incident beam reflected from the back of the carrier element is deflected by the second holographic grating in such a way that it is at an angle to the front of the carrier element, so that total reflection no longer takes place. The incident beam thus emerges from the front of the carrier element.
  • the first holographic grating is preferably designed in such a way that all incident rays that extend over the height and / or width of the.
  • Carrier element can have varying angles of incidence, are deflected to rays running parallel within the carrier element. It is thus possible to arrange the projector in the vertical direction below or above the carrier element. In the case of a projector arranged below the carrier element, the angle of incidence increases from the bottom upwards over the height of the carrier element. Here, the angle of incidence is the angle between the incident beam and a solder on the carrier element. It is also possible to arrange the projector laterally offset from the carrier element in the case of a suitably designed first holographic grating.
  • the holographic-optical element or elements of the projection screen preferably also have a diffraction grating, it is possible to use the second to arrange holographic grids within the holographic-optical elements.
  • the diffraction grating provided in the holographic-optical elements can thus be designed such that it replaces the second holographic grating.
  • the holographic gratings are preferably produced by exposing a light-sensitive film. Two beam paths are overlaid during exposure. This creates an inference pattern on the film. A holographic grid is created by developing the film. To produce the first holographic grating, the film is exposed with a first beam bundle, the angle of incidence of which corresponds to the angle of incidence of the incident beam generated by the projector with respect to the carrier element. A second light source generates, for example, parallel light at an angle to the film which corresponds to the total reflection angle required for the total reflection within the carrier element.
  • a lens or lens arrangement can be produced in the corresponding beam path in order to generate rays as incident rays which correspond to the rays emitted by the projector.
  • relatively small holographic grids which generally do not exceed an edge length of 30 cm-50 cm, it is therefore possible to produce the entire grating by means of illumination (one-shot method).
  • the holographic grating is thus generated by superimposing a plane wave and a spherical wave.
  • holographic grids In the case of larger holographic grids in particular, they are divided into individual grating elements which are exposed one after the other. To generate each individual grating element, the angle between the two incident beams can be changed. Furthermore, this also enables continuous exposure of the film, in which the two beam paths are moved relative to the film.
  • the second holographic grating is produced in the same way as the first holographic grating.
  • the two beam bundles used on the one hand have the direction of the beam path within the carrier element and on the other hand the desired direction of the outgoing beam, ie the beam emerging from the carrier element.
  • the second holographic grating is preferably designed in such a way that the outgoing rays emerging from the carrier element after the total reflection are divergent. Since the angle of incidence of the radiation with respect to the holographic-optical elements is fixed due to the design of the second holographic grating, the individual holographic-optical elements must be designed in accordance with these angles of incidence. Since in the embodiment the angle at which the outgoing rays strike the holographic-optical elements vary, the holographic-optical elements must also be designed differently.
  • the holographic-optical elements are also produced by superimposing two parallel beam paths. This is described in particular in DE 198 25 192 with reference to FIG. 7.
  • the orientation of the two holographic grids is preferably opposite. Orientation or orientation direction is to be understood as the direction in which the radiation has progressed when the holographic grating is generated.
  • Two identical grids are preferably produced as the first and second holographic grids.
  • the two holographic gratings are preferably superimposed as follows. First, the two grids are placed on top of one another in an identical orientation, and then one of the two grids is rotated through a longitudinal axis by 180 ° and placed on the other grid again. Corresponding points of the two holographic gratings are symmetrical to one another in the case of rectangular gratings with respect to the central longitudinal axis, ie the axis of symmetry running in the longitudinal direction.
  • the first and / or the second holographic grating are preferably arranged between the carrier element and the cover plate.
  • the carrier element is in particular a glass pane which is thinner than 3 mm, preferably thinner than 2 mm and particularly preferably thinner than 1 mm.
  • a thin glass pane has the advantage that the beam deflection device is light. Since the beams do not travel a long distance within the carrier element in the case of a thin carrier element, a thin carrier element also has the advantage that there is no large offset between the incident beam impinging on the beam deflection device and the outgoing beam emerging from the carrier element. This can produce sharper images.
  • the incident beam coming from the light source is dependent on the color components, i.e. individual wavelength ranges of light, diffracted differently on the first holographic grating. This creates a certain splitting of the light into the individual color components. Due to the distance covered by the individual rays within the carrier element until the second holographic grating is reached, the individual color components of the light are offset in parallel. The provision of the thinnest possible pane as the carrier element therefore has the advantage that the parallel offset is minimized.
  • color shifts are thereby avoided or reduced, which are due to different diffraction of the individual wavelength ranges, i. H. the individual colors of light occur.
  • the at least one holographic-optical element is preferably also arranged between the carrier element and the cover plate.
  • the screen thus preferably forms a unit together with the beam deflection device from the carrier element, the first holographic grating, the second holographic grating, the holographic-optical elements and the cover plate.
  • Fig. 1 is a schematic basic side view of an embodiment of the invention
  • FIG. 2 is a schematic basic side view of a first preferred embodiment of the radiation
  • FIG. 3 shows a schematic side view of a single holographic-optical element
  • FIG. 4 shows a schematic top view of the holographic-optical element shown in FIG. 3,
  • FIG. 5 is a schematic diagram of the production of a holographic-optical element
  • Fig. 6 is a schematic diagram of the diffraction properties of a holographic-optical element in the case of parallel incident light.
  • An image of a projector 10 is imaged on a projection screen 12.
  • the light emitted by the projector 10 is deflected toward a viewer 16 by the projection screen.
  • 1 shows two beams 18, 20 as examples, each of which has all the color information of an image area represented by the color bundle.
  • the projection screen 12 has a carrier element 22 made of transparent material.
  • the carrier element 22 is preferably a thin glass pane, which is in particular thinner than 1 mm.
  • Two holographic grids 24, 26 are arranged on a front side of the carrier element 22 pointing in the direction of the viewer 16.
  • the two holographic gratings 24, 26 are attached to the carrier element, for example, by gluing.
  • the alignment of the two holographic grids 24, 26 takes place in such a way that the first holographic grating 24 has a different orientation than the second holographic grating 26.
  • a film 28 comprising holographic optical elements is fastened between the first holographic grating 24 and the viewer 16.
  • Both the holographic gratings 24, 26 and the film 28 carrying the holographic-optical elements each have an exposed film, a diffraction grating being produced by the exposure. These films are arranged between the carrier element 22 and a cover plate 23
  • the refraction at the cover plate 23 is not taken into account in the following description of the beam profiles.
  • Incident light in the form of beams 18, 20 is diffracted by the first holographic grating 24 in such a way that the beams 30 are generated which run parallel to one another within the carrier element 22.
  • the diffraction properties of the first holographic grating 24 thus vary in the vertical direction, since the rays of the beams 18, 20 strike the first holographic grating 24 at different angles of incidence lr ⁇ 2 , ⁇ 3 , 4 and thus have to be diffracted differently in order to be parallel to one another Generate rays 30.
  • the projector 10 is a point light source that is arranged below the projection screen 12, for example in the center in the horizontal direction, the angles of incidence also vary in the horizontal direction.
  • the first holographic grating 24 thus also has different diffraction properties in the horizontal direction, so that all the rays running within the carrier element 22 that were diffracted by the first holographic grating 24 run parallel to one another.
  • the rays 30 running parallel to one another have an angle with respect to a flat rear side 32 of the carrier element 22, so that total reflection takes place on the rear side in rays 34 extending parallel to one another.
  • the rays 34 are diffracted by the second holographic grating 26, the orientation of which differs from the first holographic grating 24, preferably by 180 °.
  • the diffraction of the individual beams 34 is such that the beams strike the plane carrying the holographic-optical elements at a defined angle (FIG. 1).
  • the film plane 28 carrying the holographic-optical elements is then, as will be described later with reference to FIGS. 3-5, creates an image that is imaged in a plane 14 or 14 ', for example.
  • the individual holographic-optical elements which are arranged in the film plane 28, have a multiplicity of raster lenses (FIGS. 3 and 4), so that the light emitted by the projection screen 12 is scattered. As a result, an image is visible within a certain angular range. This area is shown in FIG. 1 so that an image can be viewed by an observer 16 to 16 '.
  • the projection screen 12 is transparent to light of all wavelength ranges coming from the left in FIG. 1.
  • light coming from the right is only reflected if it is at the corresponding angles ⁇ on the corresponding part of the projection screen. Light hitting at other angles passes through the projection screen.
  • the radiation deflection device 36 has a carrier element 22 and a cover plate 23 made of transparent material, preferably glass, and two holographic grids 24, 26 arranged between the carrier element 22 and the cover plate 23.
  • the rays 40, 42 are broken on the surface of the cover plate 23 into rays 41, 45, which are at an angle to the rays 40 and 42, respectively.
  • the refraction takes place due to the medium transition.
  • the first holographic grating 24 bends incoming rays 40, 42 into parallel rays 30, which are totally reflected in rays 34 on the rear side 32 of the carrier element 22.
  • the beams 34 again run parallel to one another.
  • the second grating 26, through which the rays 34 reflected from the rear side 32 of the carrier element 22 are diffracted, is designed such that all of the rays 44, 46 emerging from the ray deflection device 36 are divergent. After the rays 34 are diffracted by the second grating 26, the rays 44, 46 again run through the cover plate 23. At the boundary between the cover plate 23 and the surrounding air, diffraction takes place again due to the medium transition. Since the second holographic grating 26 has a grating structure that changes in the vertical direction, the exit angles ⁇ 1, ⁇ 2 of the beams 44, 46 change in the vertical direction via the second holographic grating 26. The exit angles also change in the horizontal direction over the width of the second holographic grating 26. The diffraction characteristic of the second holographic grating 26 thus also changes over the width of the beam deflection device 36.
  • the holographic gratings are produced by exposing a film to two coherent light beams arranged at an angle to one another. By the interference of these two light beams creates a grating on the film. This is then fixed by developing the film.
  • the two superimposed beams have on the one hand the direction of the beam path of the light coming from the projector and on the other hand the direction of the beam path 30 within the carrier element.
  • the direction of one of the two beam paths with which the film is exposed must be changed.
  • the second holographic grating 26, 38 is generated accordingly.
  • the individual holographic-optical elements 52 have an edge length of approximately 10 mm-30 mm and are, for example, square. A large number of holographic-optical elements arranged in one plane form the projection plane 28.
  • the holographic-optical elements 52 have a film plane 54 in which the diffraction grating is present, by means of which the rays coming from the second holographic grating 26 are diffracted to different degrees , The diffraction takes place in the direction of the viewer 16, 16 '(FIG. 1).
  • a plurality of cylindrical lenses 56 are provided, which are arranged parallel to one another in one plane, so that a raster cylindrical lens 58 is formed.
  • films or the like which have a corresponding surface can also be used.
  • the image to be projected is imaged in the focal lines of the individual cylindrical lenses 56.
  • Focal lines running parallel to one another are thus visible to the viewer. Due to the small size of the cylindrical lenses 56, which preferably have a diameter of less than 1 mm and the large distance of the diameter of the cylindrical lenses Viewers 16 to the projection screen 12 are no longer able to see separate focal lines for the viewer, so that the viewer sees a closed image.
  • the diffraction grating in the film 54 is produced, as described above with reference to the holographic grating, by two parallel light beams with different angles of incidence (FIG. 5).
  • the parallel light 60 is oriented perpendicular to the film 54.
  • the parallel light 62 is directed onto the film 54 at an angle ⁇ .
  • the angle ⁇ corresponds to the angle between the beam coming from the holographic grating 26 and the projection plane 28.
  • the angle ⁇ of the light 62 used to expose the film 54 thus defines the vertical position of the holographic-optical element 52 in the projection plane 28.
  • FIG. 6 shows a single holographic-optical element 52 which is illuminated from the left in FIG. 6 with white light. This is the beam emitted by the second holographic grating 26 in the direction of the projection plane 28 in which the holographic-optical elements 52 are located.
  • the example shown in FIG. 6 is white light, which is composed of the three beams red, blue and green, the red beam by a dotted line, the blue beam by a dashed line and the green beam by a chain line is shown.
  • the diffraction grating contained in the holographic-optical element 52 diffracts the incoming beams differently depending on their wavelength, so that a red cone of light 64, a blue light cone 66 and a green light cone 68 are generated.
  • the wavelength-dependent diffraction characteristic of the gratings also need not be taken into account when producing the holographic gratings 24, 26, 28. If no consideration is given, there is a slight color splitting of the light coming from the projector 10. With conventional requirements, however, this is not disturbing for the viewer 16.
  • a projector can be used that generates light bundles of different color separations. This is, for example, a standard RGB projector. Such a projector generates light beams of the individual color separations at a horizontal distance from one another. The horizontal distance between the light generation of the individual color bundles is chosen such that the individual color bundles coincide after the diffraction in the first and second holographic gratings 24 and 26 and 28 and the diffraction gratings contained in the holographic-optical elements.
  • a projector can also be provided which electronically separates the individual color separations and outputs them offset from one another. This can be done by appropriate lenses in the projector.
  • the projection system according to the invention can, for example, also be hung directly on a wall.
  • a painting can be arranged behind the projection screen according to the invention, so that the painting is visible when the projector is switched off.
  • a switchable absorber such as a liquid crystal screen, is provided between the projection screen according to the invention and the wall or painting etc .
  • the switchable absorber for example, is activated automatically when the projector is switched on.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)

Abstract

Ein Projektionssystem zum Darstellen von Bildern durch Aufprojektion weist einen Projektor (10) zur Erzeugung des darzustellenden Bildes auf. In einer Projektionsebene (28) eines Orojektionsschirms (12) sind mehrere holografisch-optische Elemente angeordnet, die jeweils ein Beugungsgitter (54) und eine Linseneinrichtung (58) aufweisen. Um eine Aufprojektion zu realisieren, weist das Projektionssystem ferner eine Strahlen-Umlenkeinrichtung (36) zur Umlenkung der von dem Projektor (10) erzeugten Einfallsstrahlen (18, 20) in Richtung der Pro-jektionsebene (28) auf. Die Strahlen-Umlenkeinrichtung (36) weist zur Umlenkung der Strahlen (18, 20) ein Trägerelement (22) aus transparentem Material auf. Das Trägerelement (22) trägt ein erstes und zweites holografisches Gitter (24, 26) mit unterschiedlicher Orientierung, so dass die Strahlen-Umlenkeinrichtung vom Projektor (10) in einem Einfallswinkel (α) auftreffende Einfallsstrahlen (18, 20) in Richtung der Projektionsebene (28) reflektiert und übriges Licht durchlässt.

Description

P ro j e kti o n ssy ste m
Die Erfindung betrifft ein Projektionssystem zum Darstellen von Bildern durch Aufprojektion.
Zur Projektion von Bildern werden neben herkömmlichen Projektionsleinwänden, die derart ausgebildet sind, dass von einem Projektor auf die Leinwand projiziertes Licht von der Leinwand in Richtung eines Betrachters reflektiert wird, auch auf holografischen Verfahren basierende Projektionsschirme eingesetzt. Auf derartigen Projektionsschirmen wird das darzustellende Bild mit Hilfe eines oder mehrerer in dem Bildschirm vorgesehener Hologramme dargestellt. Diese Bildschirme haben den Vorteil, dass Fremdlicht nicht oder nur im geringen Maße reflektiert wird, so dass Bilder auf einem holografischen Projektionsschirm auch in heller Umgebung dargestellt werden können.
Ein derartiger holografischer Projektionsschirm ist aus DE 198 25 192 bekannt. Der Projektionsschirm weist mehrere in einer Ebene angeordnete holografisch- optische Elemente auf. Die einzelnen holografisch-optischen Elemente weisen mindestens eine Linseneinrichtung und ein Beugungsgitter auf. Die einzelnen holografisch-optischen Elemente werden durch Rückprojektion von einem Projektor mit dem darzustellenden Bild beleuchtet. Der Projektor befindet sich somit, bezogen auf den Betrachter auf der Rückseite des Projektionsschirms.
Bei dem Projektor handelt es sich beispielsweise um einen RGB-Projektor, der drei unterschiedliche Lichtbündel erzeugt, wobei jedes Lichtbündel ein Farbauszug des darzustellenden Bildes ist. Die drei Lichtbündel treffen in unterschiedlichem Winkel auf die Rückseite der holografisch-optischen Elemente auf. Aufgrund des in dem holografisch-optischen Element vorgesehenen Beugungsgitters werden die drei Lichtbündel unterschiedlich gebeugt. Das Beugungsgitter ist hierbei derart ausgebildet, dass die drei auf ein holografisch- optisches Element auftreffenden Lichtbündel zu einem gemeinsamen Lichtaustrittsbündel mit gleichem Lichtaustrittswinkel zusammengefasst werden. Der Betrachter sieht somit ein farbiges Bild.
Ferner weisen die einzelnen holografisch-optischen Elemente mehrere parallel zueinander angeordnete Zylinderlinsen auf. Die Zylinderlinsen bilden eine Rasterzylinderlinse. Die Rasterzylinderlinse bewirkt, dass die auf das holografisch-optische Element treffenden Lichtbündel nur horizontal monochromatisch aufgeweitet werden.
Ferner ist in DE 198 25 192 ein Projektionssystem beschrieben, bei dem ein herkömmlicher Projektor mit einer weißes Licht erzeugenden Lampe verwendet wird. Um auf dem holografischen Bildschirm ein Bild erzeugen zu können, sind im Bildbereich drei unterschiedlich holografisch-optische Elemente vorgesehen, die die einzelnen Farbbestandteile eines Bildes in Richtung des Betrachters umlenken. In Bezug auf ein drei einzelne holografisch-optische Elemente aufweisendes Element des Projektionsschirms treten die drei unterschiedlichen von jeweils einem der holografisch-optischen Elemente gebeugten Lichtbündel mit dem gleichen Lichtaustrittswinkel in Richtung des Betrachters aus.
Derartige holografische Projektionsschirme sind für Licht, das nicht aus dem von dem Projektor festgelegten Einfallswinkel kommt, durchsichtig. Bei ausgeschaltetem Projektor handelt es sich um eine im Wesentlichen durchsichtige Scheibe, die aufgrund der holografisch-optischen Elemente allenfalls einen milchigen Anschein hat. Es ist bei derartigen Projektionsschirmen jedoch erforderlich, dass der Projektor, vom Betrachter aus gesehen, hinter dem Projektionsschirm angeordnet ist. Derartige Projektionssysteme benötigen daher relativ viel Raum. Eine Aufprojektion von Bildern bei holografischen Projektionsschirmen ist nur möglich, indem hinter dem die holografisch-optischen Elementen aufweisenden Projektionsschirm ein Spiegel angeordnet wird, der die von dem Projektor abgegebenen Strahlen in Richtung der holografisch-optischen Elemente und somit in Richtung des Betrachters reflektiert. Das Vorsehen eines Spiegels weist jedoch den Nachteil auf, dass der holografische Projektionsschirm nicht mehr durchsichtig ist. Das Vorsehen eines nicht durchsichtigen Spiegels ist bei vielen gewünschten Einsatzmöglichkeiten eines holografischen Bildschirms nicht möglich, da gerade die Durchsichtigkeit des Bildschirms gefordert ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Projektionssystem zum Darstellen von Bildern durch Aufprojektion mit einem transparenten Projektionsschirm zu schaffen.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1.
Das erfindungsgemäße Projektionssystem weist einen Projektor zur Erzeugung des darzustellenden Bildes, einen Projektionsschirm mit mindestens einem in einer Projektionsebene angeordneten holografisch-optischen Element und eine Strahlen-Umlenkeinrichtung zur Umlenkung der von einem Projektor erzeugten Einfallsstrahlen in Richtung der Projektionsebene, d. h. in Richtung des mindestens einen holografisch-optischen Elements. Erfindungsgemäß ist die Strahlenumlenkeinrichtung derart ausgebildet, dass nur von dem Projektor in einem Einfallswinkel auftreffende Strahlen in Richtung der Projektionsebene des Projektionsschirms reflektiert werden und übriges Licht hindurchgelassen wird.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die Strahlen- Umlenkeinrichtung ein Trägerelement aus transparentem Material, beispielsweise Glas auf. Das Trägerelement trägt ein erstes und ein zweites holografisches Gitter mit unterschiedlicher Orientierung. Durch das erfindungsgemäße Vorsehen von zwei holografischen Gittern mit unterschiedlicher Orientierung werden von einem Projektor in einem Einfallswinkel auf die Strahlen-Umlenkeinrichtung auftreffende Einfallsstrahlen in Richtung des Projektionsschirms, d. h. in Richtung des mindestens einen holografisch-optischen Elements total reflektiert. Da nur bei einem bestimmten Einfallswinkel bzw. einem engen Winkelbereich Strahlen von der Strahlen-Umlenkeinrichtung reflektiert werden, ist die Strahlen- Umlenkeinrichtung für übriges Licht durchlässig.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Strahlen-Umlenkeinrichtung kann ein holografischer Projektionsschirm in Aufprojektion betrieben werden, wobei der Projektionsschirm sowie die Strahlen-Umlenkeinrichtung für Umgebungslicht durchlässig ist. Es ist somit ein Projektionssystem mit transparentem Projektionsschirm geschaffen, das in engen Räumen eingesetzt werden kann. Insbesondere ist das erfindungsgemäße Projektionssystem besonders vorteilhaft, wenn aufgrund vpn räumlichen Gegebenheiten ein Projektor bezogen auf den Betrachter nicht hinter dem Projektionsschirm, d.h. in Rückprojektion angeordnet werden kann.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Projektionssystems besteht darin, dass der Projektionsschirm und die Strahlen-Umlenkeinrichtung bei Betrachtung von der Rückseite aus stets transparent sind. Von der Rückseite aus ist der Projektionsschirm und die Strahlen-Umlenkeinrichtung somit auch während des Projizierens von Bildern durchsichtig. Hierdurch ist der Einsatz des erfindungsgemäßen Projektionssystems in Pkw's möglich. Der Projektionsschirm kann zusammen mit der Strahlen-Umlenkeinrichtung beispielsweise auch auf Höhe der Kopfstützen angeordnet werden. Für einen im Fond des Fahrzeugs sitzenden Betrachter können auf dem Projektionsschirm Bilder dargestellt werden. Da der Projektionsschirm und die Strahlen-Umlenkeinrichtung von ihrer Rückseite her, d. h. für den Fahrer durchsichtig sind, beeinträchtigt die Darstellung der Bilder den Blick des Fahrers nach hinten durch das Rückfenster nicht. Das mindestens eine holografisch-optische Element des Projektionsschirms ist vorzugsweise wie in DE 198 25 192 beschrieben, aufgebaut. Insbesondere bei kleineren Projektionsschirmen ist es möglich, nur ein einziges holografϊsch- optisches Element vorzusehen. Zur Verbesserung der Bildqualität sowie bei größeren Projektionsschirmen von insbesondere mehr als 30 cm Kantenlänge sind vorzugsweise mehrere holografisch-optische Elemente vorgesehen. Die einzelnen holografisch-optischen Elemente sind vorzugsweise im Wesentlichen rechteckig und weisen eine Kantenlänge von 10 mm - 30 mm auf. Zur Vereinfachung der Herstellung der holografisch-optischen Elemente kann anstelle einer Rasterzylinderlinse auch eine geeignete Folie, wie eine Streufolie vorgesehen sein, die einen ähnlichen Effekt, wie die eine Rasterzylinderlinse aufweist.
Vorzugsweise ist das erste holografische Gitter auf einer dem Projektor und damit auch dem Betrachter zugewandten Vorderseite des Trägerelements angeordnet. Hierbei handelt es sich bei dem Trägerelement vorzugsweise um eine ebene transparente Scheibe, die vorzugsweise aus Glas oder einem transparenten Kunststoff hergestellt ist. Vor dem Trägerelement ist vorzugsweise eine weitere Platte aus Glas oder transparentem Kunststoff vorgesehen, so dass das holografische Gitter zwischen dem Trägerelement und der Platte angeordnet ist. Durch die Platte ist das Gitter vor mechanischen Beschädigungen geschützt. Ferner ist vermieden, dass beispielsweise .beim Verwenden von feuchtigkeitsempfindlichen Filmen zur Herstellung der holografischen Gitter diese durch Feuchtigkeit beschädigt werden. Durch das erste holgrafische Gitter werden die Einfallsstrahlen, d. h. das von dem Projektor abgegebene Licht in einen Totalreflektionswinkel umgelenkt. Hierdurch verlaufen die Einfallsstrahlen innerhalb des Trägerelements in einem Winkel zu einer Rückseite des Trägerelements, so dass an der Rückseite Totalreflektion der Einfallsstrahlung auftritt. Das von dem Projektor abgegebene Licht kann somit nicht aus der Rückseite des Trägerelements austreten. Der Reflexionsgrad der Einfallsstrahlung, d.h. die Menge an Einfallsstrahlung, die tatsächlich reflektiert wird, hängt vom Umlenkungs-Wirkungsgrad des ersten holografischen Gitters ab. Der Umlenkungsgrad ist insbesondere auch vom Wellenlängenbereich des Lichtes abhängig.
Um eine erneute Totalreflektion des an der Rückseite des Trägerelements reflektierten Strahls an der Vorderseite des Trägerelements bzw. der Abdeckplatte zu vermeiden ist das zweite holografische Gitter, das zu dem ersten holografischen Gitter eine unterschiedliche Orientierung aufweist vorgesehen. Das zweite holografische Gitter ist vorzugsweise ebenfalls zwischen dem Trägerelement und der Abdeckplatte angeordnet. Der gleiche Effekt würde auch erzielt, wenn das zweite holgrafische Gitter beispielsweise innerhalb des Trägerelements angeordnet ist. Durch das zweite holografische Gitter wird der von der Rückseite des Trägerelements reflektierte Einfallsstrahl derart umgelenkt, dass er einen Winkel zur Vorderseite des Trägerelements aufweist, so dass keine Totalreflektion mehr stattfindet. Der Einfallsstrahl tritt somit an der Vorderseite des Trägerelements wieder aus diesem aus.
Das erste holografische Gitter ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass alle Einfallsstrahlen, die über die Höhe und/oder Breite des . Trägerelements variierende Einfallswinkel aufweisen können, zu innerhalb des Trägerelements parallel verlaufenden Strahlen umgelenkt werden. Es ist somit möglich, den Projektor in vertikaler Richtung unterhalb oder oberhalb des Trägerelements anzuordnen. Bei einem unterhalb des Trägerelements angeordneten Projektor nimmt der Einfallswinkel von unten nach oben über die Höhe des Trägerelements zu. Hierbei ist der Einfallswinkel der Winkel zwischen Einfallsstrahl und einem Lot auf das Trägerelement. Ebenso ist es möglich, bei einem entsprechend ausgebildeten ersten holografischen Gitter den Projektor seitlich versetzt zu dem Trägerelement anzuordnen.
Da das bzw. die holografisch-optischen Elemente des Projektionsschirms vorzugsweise ebenfalls ein Beugungsgitter aufweisen, ist es möglich, das zweite holografische Gitter innerhalb der holografisch-optischen Elemente anzuordnen. Das in den holografisch-optischen Elementen vorgesehene Beugungsgitter kann somit derart ausgestaltet sein, dass es das zweite holografische Gitter ersetzt.
Die Herstellung der holografischen Gitter erfolgt vorzugsweise durch Belichtung eines lichtempfindlichen Films. Bei der Belichtung werden zwei Strahlengänge überlagert. Hierdurch entsteht ein Inferenzmuster auf dem Film. Durch Entwickeln des Films ist ein holografisches Gitter erzeugt. Zur Herstellung des ersten holografischen Gitters wird der Film mit einem ersten Strahlerbündel belichtet, dessen Einfallswinkel dem Einfallswinkel des von dem Projektor erzeugten Einfallstrahls, bezüglich des Trägerelements entspricht. Eine zweite Lichtquelle erzeugt beispielsweise paralleles Licht in einem Winkel zu dem Film, der dem für die Totalreflektion innerhalb des Trägerelements erforderlichen Totalreflektionswinkel entspricht. Bei relativ kleinen zu erzeugenden holografischen Gittern kann eine Linse bzw. Linsenanordnung in dem entsprechenden Strahlengang hervorgerufen werden, um als Einfallsstrahlen Strahlen zu erzeugen, die den vom Projektor abgegebenen Strahlen entsprechen. Es ist somit bei relativ kleinen holografischen Gittern, die im Allgemeinen eine Kantenlänge von 30 cm - 50 cm nicht übersteigen möglich, das gesamte Gitter durch eine Beleuchtung (one-shot-Verfahren) herzustellen. Beim one-shot- Verfahren wird das holografische Gitter somit durch die Überlagerung einer ebenen Welle und einer Kugelwelle erzeugt.
Insbesondere bei größeren holografischen Gittern werden diese in einzelne Gitterelemente unterteilt, die nacheinander belichtet werden. Zur Erzeugung jedes einzelnen Gitterelements kann hierbei der Winkel zwischen den beiden einfallenden Strahlenbündeln verändert werden. Ferner ist dadurch bereits auch eine kontinuierliche Belichtung des Films möglich, bei der die beiden Strahlengänge relativ zum Film bewegt werden. Das zweite holografische Gitter wird prinzipiell auf die selbe Weise wie das erste holografische Gitter hergestellt. Die beiden verwendeten Strahlenbündel weisen einerseits die Richtung des Strahlengangs innerhalb des Trägerelements und andererseits die gewünschte Richtung des Ausfallstrahls, d. h. des aus dem Trägerelement austretenden Strahls auf.
Das zweite holografische Gitter ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass die aus dem Trägerelement nach der Totalreflexion austretenden Ausfallstrahlen divergent sind. Da aufgrund der Ausgestaltung des zweiten holografischen Gitters der Einfallswinkel der Strahlung bezüglich der holografisch-optischen Elemente festgelegt ist, müssen die einzelnen holografisch-optischen Elemente entsprechend diesen Einfallswinkeln ausgebildet sein. Da bei der Ausführungsform der Winkel, in dem die Ausfallstrahlen auf die holografisch- optischen Elemente auftreffen, variieren, müssen auch die holografisch-optischen Elemente unterschiedlich ausgebildet sein.
Die Herstellung der holografisch-optischen Elemente erfolgt ebenfalls durch Überlagerung zweier paralleler Strahlengänge. Dies ist insbesondere in DE 198 25 192 anhand Fig. 7 beschrieben.
Die Orientierung der beiden holografischen Gitter ist vorzugsweise entgegengesetzt. Unter Orientierung bzw. Orientierungsrichtung ist hierbei diejenige Richtung zu verstehen, in der bei der Erzeugung des holografischen Gitters die Strahlung fortgeschritten ist. Vorzugsweise werden als erstes und zweites holografisches Gitter zwei identische Gitter hergestellt. Die beiden holografischen Gitter werden vorzugsweise folgendermaßen übereinandergelegt. Zuerst werden die beiden Gitter in identischer Ausrichtung aufeinandergelegt und sodann eins der beiden Gitter um eine Längsachse um 180° gedreht und wieder auf das andere Gitter gelegt. Entsprechende Punkte der beiden holografischen Gitter sind bei rechteckigen Gittern bezogen auf die mittlere Längsachse, d.h. die in Längsrichtung verlaufende Symmetrieachse, zueinander symmetrisch. Das erste und/oder das zweite holografische Gitter sind vorzugsweise zwischen dem Trägerelement und der Abdeckplatte angeordnet. Bei dem Trägerelement handelt es sich insbesondere um eine Glasscheibe, die dünner als 3 mm, vorzugsweise dünner als 2 mm und besonders bevorzugt dünner als 1 mm ist. Eine dünne Glasscheibe weist den Vorteil auf, dass die Strahlen-Umlenkeinrichtung leicht ist. Da die Strahlen bei einem dünnen Trägerelement keine lange Strecke innerhalb des Trägerelements zurücklegen, weist ein dünnes Trägerelement ferner den Vorteil auf, dass zwischen dem auf die Strahlen- Umlenkeinrichtung auftreffenden Einfallsstrahl und dem aus dem Trägerelement austretenden Ausfallstrahl kein großer Versatz besteht. Hierdurch lassen sich schärfere Bilder erzeugen.
Der von der Lichtquelle kommende Einfallsstrahl wird in Abhängigkeit der Farbbestandteile, d.h. einzelner Wellenlängenbereiche des Lichtes, an dem erstem holografischen Gitter unterschiedlich gebeugt. Hierdurch entsteht eine gewisse Aufspaltung des Lichtes in die einzelnen Farbbestandteile. Auf Grund der Wegstrecke, die die einzelnen Strahlen innerhalb des Trägerelementes bis zum Erreichen des zweiten holografischen Gitters zurücklegen, erfolgt ein Parallelversatz der einzelnen Farbbestandteile des Lichts. Das Vorsehen einer möglichst dünnen Scheibe als Trägerelement hat daher den Vorteil, dass der Parallelversatz minimiert ist.
Insbesondere sind hierdurch Farbverschiebungen vermieden bzw. verringert, die aufgrund unterschiedlicher Beugung der einzelnen Wellenlängenbereiche, d. h. die einzelnen Farben des Lichts auftreten. Je länger die von einem Strahl innerhalb des Trägerelements zurückgelegte Strecke ist, desto weiter werden die einzelnen Farben aufgespalten. Dies kann zu verschwommenen Bildern führen.
Vorzugsweise ist auch das mindestens eine holografisch-optischen Element zwischen dem Trägerelement und der Abdeckplatte angeordnet. Der Bildschirm bildet somit vorzugsweise zusammen mit der Strahlen-Umlenkeinrichtung eine Einheit aus dem Trägerelement, dem ersten holografischen Gitter, dem zweiten holografischen Gitter, den holografisch-optischen Elementen und der Abdeckplatte.
Nachfolgen wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen :
Fig. 1 eine schematische prinzipielle Seitenansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Projektionssystems,
Fig. 2 eine schematische prinzipielle Seitenansicht einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Strahlen-
Umlenkeinrichtung,
Fig. 3 eine schematische Seitenansicht eines einzelnen holografisch-optischen Elements,
Fig. 4 eine schematische Draufsicht des in Fig. 3 dargestellten holografisch-optischen Elements,
Fig. 5 eine Prinzipskizze der Herstellung eines holografisch- optischen Elements, und
Fig. 6 eine Prinzipskizze der Beugungseigenschaften eines holografisch-optischen Elements bei parallel einfallendem Licht. Von einem Projektor 10 wird ein Bild auf einem Projektionsschirm 12 abgebildet. Durch den Projektionsschirm wird das von dem Projektor 10 abgegebene Licht in Richtung eines Betrachters 16 abgelenkt. In Fig. 1 sind als Beispiel zwei Strahlenbündel 18, 20 dargestellt, die jeweils sämtliche Farbinformationen eines von dem Farbbündel dargestellten Bildbereichs aufweisen.
Der Projektionsschirm 12 weist ein Trägerelement 22 aus transparentem Material auf. Bei dem Trägerelement 22 handelt es sich vorzugsweise um eine dünne Glasscheibe, die insbesondere dünner als 1 mm ist. Auf einer in Richtung des Betrachters 16 weisenden Vorderseite des Trägerelements 22 sind zwei holografische Gitter 24, 26 angeordnet. Die beiden holografischen Gitter 24, 26 sind beispielsweise durch Aufkleben auf dem Trägerelement befestigt. Die Ausrichtung der beiden holografischen Gitter 24, 26 erfolgt derart, dass das erste holografische Gitter 24 gegenüber dem zweiten holografischen Gitter 26 eine unterschiedliche Orientierung aufweist. Auf dem ersten holografischen Gitter 24, d. h. zwischen dem ersten holografischen Gitter 24 und dem Betrachter 16 ist ein holografisch-optische Elemente aufweisender Film 28 befestigt. Sowohl die holografischen Gitter 24, 26 als auch der die holografisch-optischen Elemente tragende Film 28 weisen jeweils einen belichteten Film auf, wobei durch die Belichtung ein Beugungsgitter erzeugt ist. Diese Filme sind zwischen dem Trägerelement 22 und einer Abdeckplatte 23 angeordnet.
Bei der nachfolgenden Beschreibung der Strahlenverläufe ist die Brechung an der Abdeckplatte 23 nicht berücksichtigt. Einfallendes Licht in Form von Strahlenbündeln 18, 20 wird von dem ersten holografischen Gitter 24 derart gebeugt, dass die Strahlen 30 erzeugt werden, die innerhalb des Trägerelements 22 zueinander parallel verlaufen. Die Beugungseigenschaften des ersten holografischen Gitters 24 variieren somit in vertikaler Richtung, da die Strahlen der Strahlenbündel 18, 20 in unterschiedlichen Einfallswinkeln lr α2, α3, 4 auf das erste holografische Gitter 24 auftreffen und somit unterschiedlich gebeugt werden müssen, um zueinander parallel verlaufende Strahlen 30 zu erzeugen. Da es sich bei dem Projektor 10 quasi um eine Punktlichtquelle handelt, die unterhalb des Projektionsschirms 12, beispielsweise in horizontaler Richtung in dessen Mitte, angeordnet ist, variieren die Einfallswinkel auch in horizontaler Richtung. Das erste holografische Gitter 24 weist somit auch in horizontaler Richtung unterschiedliche Beugungseigenschaften auf, so dass sämtliche innerhalb des Trägerelements 22 verlaufende Strahlen, die durch das erste holografische Gitter 24 gebeugt wurden, zueinander parallel verlaufen.
Die zueinander parallel verlaufenden Strahlen 30 weisen gegenüber einer ebenen Rückseite 32 des Trägerelements 22 einen Winkel auf, so dass an der Rückseite Totalreflektion in zueinander parallel verlaufende Strahlen 34 stattfindet. Die Strahlen 34 werden von dem zweiten holografischen Gitter 26, dessen Orientierung sich gegenüber dem ersten holografischen Gitter 24, vorzugsweise um 180° unterscheidet, gebeugt. Die Beugung der einzelnen Strahlen 34 ist hierbei derart, dass die Strahlen unter einem definierten Winkel auf die die holografisch- optischen Elemente tragende Ebene einfallen (Fig. 1). Von der die holografisch- optischen Elemente tragenden Filmebene 28 wird sodann, wie später anhand der Fign. 3 - 5 beschrieben, ein Bild erzeugt, das in einer Ebene 14 oder beispielsweise 14' abgebildet wird.
Die einzelnen holografisch-optischen Elemente, die in der Filmebene 28 angeordnet sind, weisen eine Vielzahl von Rasterlinsen (Fign. 3 und 4) auf, so dass das von dem Projektionsschirm 12 abgegebene Licht gestreut wird. Dies hat zur Folge, dass innerhalb eines gewissen Winkelbereichs ein Bild sichtbar ist. Dieser Bereich ist in Fig. 1 dargestellt, so dass ein Bild von einem Betrachter 16 bis 16' betrachtet werden kann.
Der Projektionsschirm 12 ist für in Fig. 1 von links kommendes Licht sämtlicher Wellenlängenbereiche durchsichtig. In Fig. 1 von rechts kommendes Licht wird nur reflektiert, wenn es in den entsprechendenden Winkeln α auf den entsprechenden Teil des Projektionsschirms auftrifft. In anderen Winkeln auftreffendes Licht tritt durch den Projektionsschirm hindurch.
Fig. 2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer Strahlen-Umlenkeinrichtung 36. Die Strahlen-Umlenkeinrichtung 36 weist ein Trägerelement 22 und eine Abdeckplatte 23 aus transparentem Material, vorzugsweise Glas und zwei zwischen dem Trägerelement 22 und der Abdeckplatte 23 angeordnetes holografisches Gitter 24,26 auf. Die Strahlen 40,42 werden an der Oberfläche der Abdeckplatte 23 in Strahlen 41,45 gebrochen, die einen Winkel zu den Strahlen 40 bzw. 42 aufweisen. Die Brechung erfolgt auf Grund des Mediumsübergangs. Durch das erste holografische Gitter 24 erfolgt ein Beugen von eintreffenden Strahlen 40, 42 in zueinander parallele Strahlen 30, die an der Rückseite 32 des Trägerelements 22 in Strahlen 34 total reflektiert werden. Die Strahlen 34 verlaufen wiederum parallel zueinander.
i Das zweite Gitter 26, durch das die von der Rückseite 32 des Trägerelements 22 reflektierten Strahlen 34 gebeugt werden, ist derart ausgebildet, dass sämtliche aus der Strahlen-Umlenkeinrichtung 36 austretenden Strahlen 44, 46 divergent sind. Nach der Beugung der Strahlen 34 durch das zweite Gitter 26 verlaufen die Strahlen 44,46 wiederum durch die Abdeckplatte 23. An der Grenze zwischen der Abdeckplatte 23 und der umgebenden Luft erfolgt wiederum eine Beugung auf Grund des Mediumsübergangs. Da das zweite holografische Gitter 26 eine sich in vertikaler Richtung ändernde Gitterstruktur aufweist, ändern sich die Austrittswinkel ßi, ß2, der Strahlen 44, 46 in vertikaler Richtung über das zweite holografische Gitter 26. Auch in horizontaler Richtung ändern sich die Austrittswinkel über die Breite des zweiten holografischen Gitters 26. Die Beugungscharakteristik des zweiten holografischen Gitters 26 ändert sich somit auch über die Breite der Strahlen-Umlenkeinrichtung 36.
Die Herstellung der holografischen Gitter erfolgt durch Belichtung eines Films mit zwei in einem Winkel zueinander angeordneten kohärenten Lichtbündeln. Durch die Interferenz dieser beiden Lichtbündel wird auf dem Film ein Gitter erzeugt. Dies wird sodann durch Entwickeln des Films fixiert. Zur Erzeugung des ersten holografischen Gitters 24 weisen die beiden sich überlagernden Strahlen einerseits die Richtung des Strahlengangs des von dem Projektor kommenden Lichts und andererseits die Richtung des Strahlengangs 30 innerhalb des Trägerelements auf. Um ein holografisches Gitter zu erzeugen, das über seine Länge und Breite eine unterschiedliche Beugungscharakteristik aufweist, muss somit die Richtung eines der beiden Strahlengänge, mit denen der Film belichtet wird, geändert werden. Das zweite holografische Gitter 26, 38 wird entsprechend erzeugt.
Anhand der Fign. 3 - 5 wird im Folgenden der Aufbau sowie die Herstellung der einzelnen holografisch-optischen Elemente beschrieben, der in Projektionsebene 28 angeordneten holografisch-optischen Elemente. Die einzelnen holografisch- optischen Elemente 52 weisen hierbei eine Kantenlänge von etwa 10 mm - 30 mm auf und sind beispielsweise quadratisch ausgebildet. Eine Vielzahl von in einer Ebene angeordnete holografisch-optischen Elementen bildet die Projektionsebene 28. Die holografisch-optischen Elemente 52 weisen eine Filmebene 54 auf, in der das Beugungsgitter vorhanden ist, durch das die von dem zweiten holografischen Gitter 26 kommenden Strahlen unterschiedlich stark gebeugt werden. Die Beugung erfolgt hierbei in Richtung des Betrachters 16,16' (Fig. 1). Auf einer Rückseite der holografisch-optischen Elemente 52 sind mehrere Zylinderlinsen 56 vorgesehen, die parallel zueinander in einer Ebene angeordnet sind, so dass eine Rasterzylinderlinse 58 gebildet ist. Anstelle einzelner stabförmiger Zylinderlinsen 56 sind auch eine entsprechende Oberfläche aufweisende Folien oder dgl. verwendbar. Von den Zylinderlinsen 56 wird das zu projizierende Bild in den Fokallinien der einzelnen Zylinderlinsen 56 abgebildet. Für den Betrachter sind somit parallel zueinander verlaufende Fokallinien sichtbar. Aufgrund der geringen Größe der Zylinderlinsen 56, die vorzugsweise einen Durchmesser von weniger als 1 mm aufweisen und des gegenüber dem Durchmesser der Zylinderlinsen großen Abstandes des Betrachters 16 zu dem Projektionsschirm 12 sind für den Betrachter keine getrennten Fokallinien mehr erkennbar, so dass dieser ein geschlossenes Bild sieht.
Die Herstellung des Beugungsgitters in dem Film 54 erfolgt, wie vorstehend anhand der holografischen Gitter beschrieben, durch zwei parallele Lichtstrahlen mit unterschiedlichem Einfallswinkel (Fig. 5). Das parallele Licht 60 ist senkrecht zum Film 54 ausgerichtet. Das parallele Licht 62 wird unter einem Winkel γ auf den Film 54 gerichtet. Der Winkel γ entspricht dem Winkel zwischen dem von dem holografischen Gitter 26 kommenden Strahl und der Projektionsebene 28. Durch den Winkel γ des zur Belichtung des Films 54 verwendeten Lichts 62 ist somit die vertikale Lage des holografisch-optischen Elements 52 in der Projektionsebene 28 festgelegt.
Durch die Überlagerung des parallelen kohärenten Lichts 60 und des parallelen kohärenten Lichts 62, bildet sich auf dem Film 54 ein Interferenzmuster. Durch Entwickeln des Films wird ein Beugungsgitter hergestellt. Eine detaillierte Beschreibung der Herstellung sowie der Anordnung einzelner holografisch- optischer Elemente auf einem Projektionsbildschirm ist in DE 198 25 192, insbesondere anhand der Fign. 3 - 6 enthalten.
In Fig. 6 ist ein einzelnes holografisch-optisches Element 52 dargestellt, das in Fig. 6 von links mit weißem Licht beleuchtet wird. Hierbei handelt es sich um den von dem zweiten holografischen Gitter 26 in Richtung der Projektionsebene 28, in der sich die holografisch-optischen Elemente 52 befinden, abgegebenen Strahl. In dem in Fig. 6 dargestellten Beispiel handelt es sich um weißes Licht, das sich aus den drei Strahlen rot, blau und grün zusammensetzt, wobei der rote Strahl durch eine gepunktete, der blaue Strahl durch eine gestrichelte und der grüne Strahl durch eine strichpunktierte Linie dargestellt ist. Das in dem holografisch- optischen Element 52 enthaltene Beugungsgitter beugt die ankommenden Strahlen in Abhängigkeit ihrer Wellenlänge unterschiedlich, so dass ein roter Lichtkegel 64, ein blauer Lichtkegel 66 und ein grüner Lichtkegel 68 erzeugt werden. In einem Bereich 70, in dem sich alle drei Lichtkegel überschneiden, ist für einen Betrachter somit wieder weißes Licht zu sehen. Die außerhalb des Bereichs 70 liegenden Bereiche bewirken somit Farbverfälschungen an den Grenzen einander benachbarter holografisch-optischer Elemente. Bei herkömmlichen Anforderungen an derartige Projektionsschirme sind diese Verfälschungen jedoch nicht störend, so dass die unterschiedlichen Wellenlängenbereiche des roten, blauen und grünen Lichts bei der Herstellung der holografisch-optischen Elemente nicht berücksichtigt werden muss.
Auch bei der Herstellung der holografischen Gitter 24, 26, 28 muss die wellenlängenabhängige Beugungscharakteristik der Gitter nicht berücksichtigt werden. Wenn keine Berücksichtigung erfolgt, erfolgt eine geringe Farbaufspaltung des von dem Projektor 10 kommenden Lichts. Dies ist bei herkömmlichen Anforderungen jedoch für den Betrachter 16 nicht störend.
Um ein Divergieren der einzelnen Farbbündel 64, 66, 68 zu vermeiden, kann anstelle eines Projektors 10, der weißes Licht erzeugt ein Projektor verwendet werden, der Lichtbündel unterschiedlicher Farbauszüge erzeugt. Hierbei handelt es sich beispielsweise um einen üblichen RGB-Projektor. Ein derartiger Projektor erzeugt in horizontalem Abstand zueinander Lichtbündel der einzelnen Farbauszüge. Der horizontale Abstand der Lichterzeugung der einzelnen Farbbündel ist hierbei derart gewählt, dass die einzelnen Farbbündel nach der Beugung in dem ersten und zweiten holografischen Gitter 24 und 26 bzw. 28 und dem in den holografisch-optischen Elementen enthaltenen Beugungsgittern zusammenfallen. Aus dem holografisch-optischen Element tritt sodann nur ein gemeinsames Farbbündel, das sämtliche Farbanteile des entsprechenden Bildbereichs aufweist aus. Anstelle eines RGB- Projektors kann auch ein Projektor vorgesehen werden, der die einzelnen Farbauszüge auf elektronischem Weg trennt und zueinander versetzt abgibt. Dies kann durch entsprechende Linsen in dem Projektor erfolgen.
Durch das Vorsehen von Projektoren, die mehrere Lϊchtbündel der einzelnen Farbauszüge erzeugen, kann ein erheblich klares und farbechteres Bild erzeugt werden.
Das erfindungsgemäße Projektionssystem kann beispielseise auch unmittelbar an eine Wand gehängt werden. Beispielsweise kann hinter dem erfindungsgemäßen Projektionsschirm ein Gemälde angeordnet sein, so dass bei ausgeschaltetem Projektor das Gemälde sichtbar ist. Um zu vermeiden, dass von dem Gemälde oder der hinter dem Projektionsschirm angeordneten Wand Licht von der Rückseite durch den Projektionsschirm reflektiert wird und dadurch die Helligkeit und Klarheit des. Bildes beeinträchtigt wird, ist vorzugsweise zwischen dem erfindungsgemäßen Projektionsschirm und der Wand bzw. dem Gemälde etc. ein schaltbarer Absorber, wie ein Flüssigkristallschirm, vorgesehen. Der schaltbare Absorber wird beispielsweise automatisch beim Einschalten des Projektors aktiviert.

Claims

Ansprüche
1. Projektionssystem zum Darstellen von Bildern durch Aufprojektion, mit einem Projektor (10) zur Erzeugung des darzustellenden Bildes auf einem Projektionsschirm (12) mit in einer Projektionsebene (28) angeordneten holografisch-optischen Elementen (52) und einer Strahlen- Umlenkeinrichtung (36) zur Umlenkung der von dem Projektor (10) erzeugten Einfallsstrahlen (18, 20) in Richtung der Projektionsebene (28),
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die Strahlen-Umlenkeinrichtung (36) nur vom Projektor (10) in einem Einfallswinkelbereich (α) auftreffende Einfallsstrahlen (18, 20) in Richtung der Projektionsebene (28) reflektiert und übriges Licht durchlässt.
2. Projektionsschirm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlen-Umlenkeinrichtung (36) ein Trägerelement (22) aus transparentem Material aufweist, das ein erstes und ein zweites holografisches Gitter (24, 26) mit unterschiedlicher Orientierung trägt.
3. Projektionssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste holografische Gitter (24) auf einer in Richtung des Projektors (10) weisenden Vorderseite des Trägerelements (22) angeordnet ist und die Einfallsstrahlen (18, 20) in einen Total reflektionswinkel umlenkt, so dass an einer Rückseite (32) des Trägerelements (22) Totalreflektion der Einfallsstrahlen (18, 20) auftritt.
4. Projektionssystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste holografische Gitter (24) derart ausgebildet ist, dass es alle Einfallsstrahlen (18, 20) mit über die Höhe und/oder Breite des Trägerelements (22) variierenden Einfallswinkeln (α) zu innerhalb des Trägerelements parallel verlaufenden Strahlen (30) umlenkt.
5. Projektionssystem nach einem der Ansprüche 2 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite holografische Gitter (26) derart ausgebildet ist, dass alle aus dem Trägerelement (22) austretenden Ausfallsstrahlen (44,46) divergieren.
6. Projektionssystem nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und/oder zweite holografische Gitter eine Vielzahl von Gitterelementen aufweist, wobei jedes Gitterelement einen begrenzten Winkelbereich umlenkt.
7. Projektionssystem nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement eine Dicke von weniger als 3 mm, vorzugsweise weniger als 2 mm und besonders bevorzugt weniger als 1 mm aufweist.
8. Projektionssystem nach einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Projektor (10) eine Farbzerlegungseinrichtung zur Erzeugung unterschiedlicher Farbauszüge des Bildes aufweist.
9. Projektionssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der
Projektor (10) eine Verschiebungseinrichtung aufweist, um die Ausgangspunkte der einzelnen Farbauszugs-Lichtbündel zu einander zu versetzen.
PCT/EP2002/007994 2001-07-20 2002-07-18 Projektionssystem WO2003010570A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10135450.9 2001-07-20
DE10135450A DE10135450A1 (de) 2001-07-20 2001-07-20 Projektionssystem

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2003010570A1 true WO2003010570A1 (de) 2003-02-06

Family

ID=7692532

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2002/007994 WO2003010570A1 (de) 2001-07-20 2002-07-18 Projektionssystem

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE10135450A1 (de)
WO (1) WO2003010570A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007014551A1 (de) * 2005-08-04 2007-02-08 Airbus Deutschland Gmbh Vorrichtung zur umschaltbaren bildprojektion mit diffraktiven optischen elementen

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012109244A1 (de) * 2012-09-28 2014-04-03 Osram Opto Semiconductors Gmbh Holografischer Projektionsschirm und Verfahren zur Herstellung desselben
JP2018163307A (ja) * 2017-03-27 2018-10-18 ソニー株式会社 画像表示装置、及び画像表示素子

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5162929A (en) * 1991-07-05 1992-11-10 Eastman Kodak Company Single-beam, multicolor hologon scanner
GB2287554A (en) * 1994-03-15 1995-09-20 Richmond Holographic Res Projection screen
US5767993A (en) * 1985-10-17 1998-06-16 Burney; Michael Holographic display transmitting device
DE19825192A1 (de) * 1998-06-05 1999-12-16 Joerg Gutjahr Projektionsschirm

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5767993A (en) * 1985-10-17 1998-06-16 Burney; Michael Holographic display transmitting device
US5162929A (en) * 1991-07-05 1992-11-10 Eastman Kodak Company Single-beam, multicolor hologon scanner
GB2287554A (en) * 1994-03-15 1995-09-20 Richmond Holographic Res Projection screen
DE19825192A1 (de) * 1998-06-05 1999-12-16 Joerg Gutjahr Projektionsschirm

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MEYERHOFER D: "HOLOGRAPHIC AND INTERFEROMETRIC VIEWING SCREENS", APPLIED OPTICS, OPTICAL SOCIETY OF AMERICA,WASHINGTON, US, vol. 12, no. 9, 1 September 1973 (1973-09-01), pages 2180 - 2184, XP000676123, ISSN: 0003-6935 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007014551A1 (de) * 2005-08-04 2007-02-08 Airbus Deutschland Gmbh Vorrichtung zur umschaltbaren bildprojektion mit diffraktiven optischen elementen

Also Published As

Publication number Publication date
DE10135450A1 (de) 2003-02-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0909517B1 (de) Verfahren und system zur projektion von bildern auf einen schirm mit hilfe eines lichtbündels
EP2357831B1 (de) Verfahren und System zur Projektion von Bildern auf einem Schirm mit Hilfe eines Lichtbündels
DE60305383T2 (de) Beleuchtungseinheit mit einem dichroischen Spiegelrad und damit versehenes Bildanzeigesystem
DE69106390T2 (de) Anzeigevorrichtung für rückprojektion und verfahren zur herstellung eines rückprojektionsspiegels.
DE60010548T2 (de) Projektor mit elektro-optischem Modulator und Prisma
DE10135342C1 (de) Projektionsanordnung
DE2608285A1 (de) Farbbild-projektionsvorrichtung
DE69736966T2 (de) LCD-Farbprojektor
DE69622262T2 (de) System zur optischen abtastung für einzeltafel-farbprojektionsvideoanzeigegerät
DE19626096C1 (de) Verfahren zur dreidimensionalen Bilddarstellung auf einer Großbildprojektionsfläche mittels eines Laser-Projektors
DE4143221C2 (de) Optisches System für einen Projektor
WO1998034409A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur beseitigung von bildspeckles bei scannender laserbildprojektion
DE69418025T2 (de) Farbanzeigegerät und herstellungsverfahren
EP1084432B1 (de) Projektionsschirm
WO2008128520A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum projizieren eines bildes auf eine projektionsfläche
WO2019238842A1 (de) Gerät zum generieren eines virtuellen bildes mit feldpunktabhängiger apertur
DE69622119T2 (de) Farbprojektor
WO2003010570A1 (de) Projektionssystem
DE10322966A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Bildprojektion unter Verwendung eines Rades mit dichroitischen Spiegeln
WO2007014551A1 (de) Vorrichtung zur umschaltbaren bildprojektion mit diffraktiven optischen elementen
WO2019238840A1 (de) Head-up-display mit exakt ausgerichteten lichtwellenleitern
DE102011056552A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines holographischen Bildschirmes für elektronische Aufprojektion
DE69813595T2 (de) Holographische vorrichtung zur formung von lichtstrahlen mit vorherbestimmter spektraler zusammensetzung und ein uber eine solche vorrichtung verfugender projektor von videobildern
DE102021107851A1 (de) Fahrzeugleuchte und fahrzeug
DE19907345B4 (de) Vorrichtung zum Abbilden eines als Raster von Bildpunkten darstellbaren Bildes auf einem Schirm

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AE AG AL AM AT AU AZ BA BB BG BR BY BZ CA CH CN CO CR CU CZ DE DK DM DZ EC EE ES FI GB GD GE GH GM HR HU ID IL IN IS JP KE KG KP KR KZ LC LK LR LS LT LU LV MA MD MG MK MN MW MX MZ NO NZ OM PH PL PT RO RU SD SE SG SI SK SL TJ TM TN TR TT TZ UA UG US UZ VN YU ZA ZM ZW

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AE AG AL AM AT AU AZ BA BB BG BY BZ CA CH CN CO CR CU CZ DE DM DZ EC EE ES FI GB GD GE GH HR HU ID IL IN IS JP KE KG KP KR LC LK LR LS LT LU LV MA MD MG MN MW MX MZ NO NZ OM PH PL PT RU SD SE SG SI SK SL TJ TM TN TR TZ UA UG US UZ VN YU ZA ZM

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): GH GM KE LS MW MZ SD SL SZ TZ UG ZM ZW AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE SK TR BF BJ CF CG CI CM GA GN GQ GW ML MR NE SN TD TG

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): GH GM KE LS MW MZ SD SL SZ UG ZM ZW AM AZ BY KG KZ RU TJ TM AT BE BG CH CY CZ DK EE ES FI FR GB GR IE IT LU MC PT SE SK TR BF BJ CF CG CI GA GN GQ GW ML MR NE SN TD TG

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
REG Reference to national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: 8642

122 Ep: pct application non-entry in european phase
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: JP

WWW Wipo information: withdrawn in national office

Country of ref document: JP