WO2007131810A1 - Reflektierendes optisches system, nachführsystem sowie holografisches projektionssystem und -verfahren - Google Patents

Reflektierendes optisches system, nachführsystem sowie holografisches projektionssystem und -verfahren Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a reflective optical system comprising a reflection element for reflecting reconstruction light waves, an incident focal point from which reconstruction light waves strike the reflection element, and a failure focal point to which the reconstruction light waves reflected by the reflection element propagate. Furthermore, the invention relates to a tracking system and a holographic projection system with such a reflective optical system and to a corresponding holographic projection method,
  • Holographic projection devices modulate sufficiently coherent light with spatial light modulation means.
  • object light points which reconstruct the visual appearance of a scene, are created by interference of the light.
  • the entirety of the light of all object light points propagates as a light wave front, so that one or more observers perceive these object light points in the form of a three-dimensional scene.
  • holographic reconstruction realizes object substitution and the problems known from stereoscopy, such as fatigue or eye and head pain, are eliminated since there is no difference in the consideration of holographically reconstructed scenes and natural scenes.
  • a holographic projection system in which in a Fourier plane of a spatial light modulator (SLM) a pupil as a spatial filter to be used diffraction order from the provided by the SLM Fourier transform a Hologram is located.
  • This pupil is provided with a deflecting element or adaptive mirror in a visibility region in one Viewer plane from which a viewer can view an enlarged holographic reconstruction of a real existing object or a scene.
  • SLM spatial light modulator
  • the visibility region is the image of the diffraction order used, for example the Fourier transformation (it would also be possible to use the Fresnel transformation or the like) of the hologram in the observer plane, ie the plane in which the observer's eye position is located.
  • the size of the adaptive mirror determines the size of the reconstruction. A size of the adaptive mirror of z. B. about 20 "diagonal is desirable.
  • the larger the visibility range the higher the resolution of the SLM used must be. Because to obtain a large visibility range, the SLM must have small pixel apertures that produce a large diffraction angle, i. the pixel pitch must be small and accordingly the number of pixels large.
  • the size of the visibility range z. B. can be reduced to the size of an eye pupil. Therefore, it is necessary to track the visibility area to the viewer as it moves.
  • the adaptive mirror must map the pupil in the visibility area.
  • So-called adaptive MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) mirrors are known from the prior art. These consist of a micromirror array, whereby the micromirrors can execute tilting and lifting movements. Thus, an arbitrarily curved surface can be adjusted within the adjustment range.
  • micromirror arrays so far only exist in sizes up to a maximum of about 1 "diagonal, and an adaptive mirror with a size of, for example, 20" diagonal, which is required for a holographic projection system, would be difficult to produce with MEMS technology and would have a large number of moving ones Mirror.
  • An electronically addressable spatial light modulator (EASLM) as a controllable diffractive optical element (DOE) would have a very large number of small pixels because of the large area and the required large diffraction angle and therefore can not be realized technologically. For example, with a pixel pitch of 5 ⁇ m, a 20 "diagonal SLM would have 5 * 10 9 pixels, which would be about 3 orders of magnitude larger than the EASLM available today.
  • the invention is therefore based on the object to provide a reflective optical system in a holographic projection system, with which a larger reconstruction than in the prior art can be realized and which allows aberration correction and tracking of the visibility range.
  • This task is solved by a deflection element with optically controllable deflection properties as well as a deflection control center! for optically controlling the deflection characteristics of the deflection element to control the position of at least the failure focal point of the reflective optical system.
  • this object is achieved by a tracking system according to claim 20, a holographic projection system according to claim 22 and a holographic projection method according to claim 23.
  • the invention is based on the idea that aberrations in the imaging of the wavefront in the visibility region can be avoided by the reflective optical system having an elliptical shape, ie the reflection surface is spanned over a section of an ellipse circumference (illustrated in FIG. 2).
  • An ellipse has two foci F1 and F2, also referred to herein as the incident focal point and the failure focal point, with the property that all rays emanating from F1 and reflected at the ellipse pass through F2 and vice versa.
  • F1 and F2 also referred to herein as the incident focal point and the failure focal point
  • the reflective optical system comprises an optically addressable spatial light modulator (OASLM) in addition to a domed base mirror.
  • OASLM optically addressable spatial light modulator
  • An OASLM typically includes an LC (Liquid Crystal) layer, where the orientation of the LC
  • OASLM generates a controllable diffractive structure so that the reflection at the base level and the light diffraction at the controllable diffractive structure together correspond to the desired surface shape.
  • a controllable refractive index variation is generated on the OASLM such that the
  • Refractive index variation together correspond to the desired surface shape.
  • the refractive index change of the OASLM may cause phase and / or amplitude modulation. Phase modulation is advantageous because of the higher diffraction efficiency.
  • a significant advantage over a static elliptical mirror is that such an adaptive mirror is controllable.
  • the structure written on the OASLM is changed so that the pupil at focus F1 and the visibility area with focus F2 remain at the eye position of the observer.
  • the position of the visibility area will be determined by the focal point F2 and may, as seen in the direction of the reflected light, also extend in front of or behind the focal point F2.
  • the lateral extent of the visibility range can, for. B. can be reduced to the size of an eye pupil.
  • the base level supports the effect of the OASLM.
  • a domed base mirror and an OASLM with a diffractive structure act like a series connection of two lenses whose refractive powers add up. If the bulge of the base mirror is such that it produces the image of the pupil in the visibility region for a standard position of the visibility region, the OASLM has the function of a controllable correction lens.
  • This correction lens makes it possible, on the one hand, to track the visibility area to the viewer. On the other hand, it makes it possible to correct the image of the camber mirror in order to achieve an aberration-free imaging of the pupil in the visibility region.
  • This optically controllable refractive index change can be e.g. can be used to create a controllable diffractive structure on the OASLM.
  • This diffractive structure is z. B. designed so that the exiting the pupil light is diffracted at the OASLM and the visibility range assumes the desired position.
  • an OASLM has no pixel structure. This allows the OASLM to display a continuous diffractive structure that is not discreetly sampled. This has the consequence that periodic repetitions of the diffraction pattern can be avoided. However, this is only possible if the structure written on the OASLM has no pixel structure. For example, if an EASLM is used to describe the OASLM and the OASLM takes over the intermediate regions between the EASLM pixels, there will be periodic sampling of the structure on the OASLM and thus periodic repeats of the diffraction pattern. To avoid such periodic repetitions, it is therefore desirable that the on the OASLM written structure is sampled continuously and not discreetly. This is supported, for example, by a limited resolving power of the EASLM mapping to the OASLM or by the limited resolving power of the OASLM itself.
  • the invention also has the significant advantage that it allows larger reconstructions than in the prior art, since projection displays of the required size can be realized.
  • the invention reduces the dynamic cost of the reflective optical system over a purely dynamic reflective optical system without a static component, thereby increasing flexibility because the computational effort to produce the desired refractive index variation is reduced over the prior art.
  • the complexity of the system is reduced.
  • the deflection control means is further provided for optically controlling the deflection characteristics of the deflection element for controlling the position of the incident focal point and / or for correcting aberrations. In this way, a tracking of the visibility range can be achieved in a larger area with less control and computational effort for the deflection and possible aberrations in the beam path can be compensated.
  • At least the reflection element has the effect of a substantially elliptically curved reflection surface.
  • the reflection surface spans over a portion of an ellipse circumference.
  • a correspondingly large radius of curvature of the elliptically curved reflection surface can be provided.
  • the curvature does not necessarily have to be generated mechanically. It is also possible by means of optical elements only to produce the effect of a substantially elliptically curved reflection surface.
  • the overall effect of the reflective optical system results from the combination of the deflection properties of the statically curved reflection element with the controllable deflection properties of the deflection element.
  • the reflection element is configured at least partially transparent. On the one hand, this includes that the reflection element is transparent only in partial areas or in total. On the other hand, this also includes that the reflection element z. B. only in one direction or for a specific light - certain wavelengths, polarizations, etc. - is transparent. A combination of several of these options is conceivable.
  • the reflection element is integrated in the deflection element.
  • the reflection element is integrated in the deflection element. In this way, reduce the spatial dimensions of the reflective optical system. In addition, this leads to a simplified adjustment in the installation process, since after manufacture no alignment of the reflection element must be made to the deflection.
  • the deflection element preferably has an optically controllable diffractive and / or refractive structure. This allows both the diffraction and the refractive properties of the deflection to change in order to obtain the desired course of the light wavefront. It is preferred that the deflection element is designed as an optically addressable spatial light modulator. In a preferred refinement, this comprises a first glass layer provided with a transparent electrode, an LC element having LC molecules that can be changed by optical control in their orientation. Layer, a photosensitive semiconductor layer and a second glass layer. In a further embodiment, the photosensitive semiconductor layer is at least partially transparent.
  • the reflection element may refer to the semiconductor layer or parts thereof as such or may also include the transparency in a certain direction, for light of specific wavelengths, polarizations, etc. It may also be preferable for the semiconductor layer to have a band structure that can be influenced by the deflection control center, but not by the reconstruction light waves. These embodiments present various possibilities for avoiding that the semiconductor layer is influenced by the reconstruction light waves.
  • a transparent to the reconstruction light waves embodiment of the semiconductor layer is z. Example, when the reflection element, viewed from the direction of the focal points of the reflective optical system, behind the semiconductor layer, so that the reconstruction light waves are not absorbed in the HL layer.
  • the reconstruction light waves which impinge on the reflection element from the incident focal point and are reflected by it, holographically reconstruct a scene in front of the failure focal point.
  • the deflection control means is preferably configured to control the deflection characteristics of the deflection element from the incident focal point and the failure focal point.
  • the Ablenk Kunststoff Kunststoff can also be configured as an electronically addressable spatial light modulator for imaging of writing light on the deflection or as a scanning and intensity controllable laser beam! for scanning the deflection element.
  • the deflection control means may comprise two coherent light sources interfering with each other, each disposed at the incidence focal point and the failure focal point, the interference pattern of which is suitable for controlling the deflection characteristics of the deflection element.
  • the reflective optical system additionally comprises a dichroic layer or that the reflection element has red characteristics, wherein reconstruction light waves and writing light provided by the deflection control means have different wavelengths.
  • the reflective optical system may comprise a reflective polarizing filter or the reflective element may have characteristics of a polarizing filter, with reconstruction light waves and writing light provided by the deflection control means being different
  • the deflection control means for controlling the deflection characteristics of the deflection element provides writing light in a wavelength range invisible to the human eye. This makes filtering of the writing light from the visibility area unnecessary.
  • a tracking system preferably comprises a position control means for controlling the position of the pupil or an identical one
  • the position of the pupil only virtual - z. B. by using mirrors o. A. - to change.
  • a holographic invention comprises
  • Projection method the positioning of the pupil at the incident focal point of the reflective optical system.
  • Fig. 1a, b respectively show in a plan view the structure of a deflection element and a Reflekomselement.es a reflective optical system according to a first and second embodiment of the present invention.
  • Fig. 2 shows a plan view of the deflecting element
  • Reflection element of the reflective optical system according to the second embodiment showing geometric relationships.
  • 3a, b respectively show a plan view of a tracking system with the reflective optical system according to the second embodiment of the present invention with different arrangement of the deflection control center.
  • a reflective optical system 10, 11 comprises a deflection element 12, 13 and a reflection element 14, 15.
  • Light waves which strike the reflection element 14, 15 are reflected by the latter and influenced by the deflection element 12, 13 in their course. This influence may include a correction of aberrations as well as a change of direction of the light.
  • FIG. 1a shows a plan view of the structure of a deflection element 12 and a reflection element 14 of a reflective optical system 10 according to a first exemplary embodiment of the present invention having an optically addressable spatial light modulator (OASLM) with a diffractive structure as deflection element 12 and a static base reflection element 14.
  • the base mirror 14 may, for. B. be a metallic mirror whose surface is designed to be reflective.
  • the OASLM 12 which is arranged in front of the base mirror 14, viewed from the direction of the focal points, comprises a first glass layer 16 provided with a transparent electrode, an LC layer 18 forming the diffractive structure of the OASLM 12 and comprising LC molecules, a transparent, photosensitive semiconductor layer 20 and a second glass layer 22 as a substrate.
  • the photosensitive semiconductor layer 20 is transparent, so that reconstruction light waves can reach the reflection element 14 located behind it.
  • the reconstruction light waves must not be absorbed in the semiconductor layer and, conversely, the semiconductor layer must not be influenced by the reconstruction light waves.
  • no writing light provided by the deflection control means should be visible to the viewer in the visibility area.
  • FIG. 1 b shows a plan view of the construction of a deflection element 13 and a reflection element 15 of a reflective optical system 11 according to a second exemplary embodiment of the present invention having an optically addressable spatial light modulator (OASLM) with a diffractive structure as the deflection element 13, in which the reflection element 15 is integrated in the form of a reflective layer.
  • OFAM optically addressable spatial light modulator
  • the OASLM 13 in the second embodiment comprises a glass layer 17 provided with a transparent electrode, an LC layer 19 constituting the diffractive structure of the OASLM 13 having LC molecules, a photosensitive semiconductor layer 21, and a glass layer 23 as a substrate.
  • the reflection element 15 is integrated between the LC layer 19 and the semiconductor layer 21 in this second exemplary embodiment.
  • Fig. 1b represents the structure of FIG. 1 a or other alternatives.
  • the reflection element 15 has an elliptically pre-curved reflection surface with two focal points - an incident focal point 28 and a Ausfallsbrennyak 26 - on.
  • the reflective optical system 11 also has an optical axis 32 which is centered on and perpendicular to the reflective optical system 11 and the reflection element 15, respectively.
  • the distance from the center of the connection of the incidence focal point 28 and the Ausfallsbrennanss 26 to the reflection surface of the reflection element 15 is the short half-axis 34 of the ellipse whose shape or effect the reflective optical system 11 has.
  • the respective distance 36 of the incidence focal point 28 and the Ausfallsbrennanss 26 to the short half-axis 34 is the eccentricity of the ellipse.
  • the control of the optically controllable deflection properties of the deflection element takes place by means of a deflection control means 42, 43 (FIG. 3a, b).
  • An electric field is applied between the photosensitive semiconductor layer 20, 21 and the first glass layer 16, 17 provided with the transparent electrode.
  • the electric field changes locally.
  • the refractive index change of the OASLM 12, 13 may cause phase and / or amplitude modulation. Phase modulation is advantageous because of the higher diffraction efficiency.
  • this change can be monostable or bistable.
  • a refractive index change occurs only as long as the semiconductor layer is illuminated.
  • bistability the refractive index change is maintained even after the illumination has ended, until a voltage applied to the half-liter layer resets the OASLM to the initial state.
  • the reflecting optical system 10, 11 according to the first or second embodiment can be used in a tracking system for tracking the position of the failure focal point and / or for correcting aberrations occurring in the system or a corresponding holographic projection system.
  • FIG. 3a shows a tracking system with the reflecting optical system 11 according to the second embodiment of the present invention with a deflection control center! 42 and a spatial light modulator (SLM) formed holographic reconstruction means 38 for emitting reconstruction light waves to the reflective optical system 11.
  • Fig. 3b shows an alternative arrangement of the deflection control means 43 to the reflective optical system 11.
  • Fig. 3a, b also show a in one Fourier plane and a diffraction order of the reconstruction means 38 and arranged at the incidence focal point 28 of the reflective optical system 11 pupil 30 and the Ausfallsbrenn Vietnamese 26 in a visibility region 24th
  • the deflection control means 42 which here provides writing light in the form of a scanning laser beam, is arranged on the same side of the reflecting optical system 11 as its focal points 26, 28. Due to the use of a scanning
  • Laser beam which is focused on the semiconductor layer 21 of the OASLM 13 and scans it, takes place in this embodiment, the refractive index change of the LC layer 19 bistable.
  • the intensity of the laser beam is modulated, so that the semiconductor layer 21 is exposed with the required intensity distribution.
  • This method is only possible using a bistable OASLM so that the diffractive structure as a whole is present.
  • the writing light provided by the deflection control means 42 is not perceived by the viewer in the visibility area 24, a writing light becomes invisible to the human eye
  • light waves modulated by the reconstruction means 38 are transmitted through the pupil 30 arranged at the incident focal point 28 of the reflective optical system 11 in the direction of the reflective optical system 11. Since the pupil 30 is positioned in a diffraction order of the reconstruction means 38, it transmits only light of this diffraction order.
  • the light emerging from the pupil 30 holographically reconstructs a three-dimensional scene.
  • the reflecting optical system 11 reflects the incident light from the incidence focal point 28 or the pupil 30 onto the fail focus point 26 or the visibility range 24, which is positioned on an eye position of the observer recognized by an eye position detection means (not shown in the figures). In this way, the viewer can view the holographically reconstructed scene.
  • Reflection element 15 is formed and arranged the reconstruction means 38 so that for a typical viewer position, the pupil 30 and the
  • Visibility area 24 have the same distance from the optical axis 32.
  • the reflective optical system 11 effects only a correction of the deviation of the
  • Reflection element 15 of the ideal elliptical shape or aberration correction due to other influences Reflection element 15 of the ideal elliptical shape or aberration correction due to other influences.
  • a diffractive structure is written in the OASLM 13 of the reflective optical system 11 by means of the deflection control means 42 such that the joint effect of the reflection element 15 and the LC layer 19 is necessary for tracking the visibility region 24 elliptical vaulting corresponds.
  • This required elliptical curvature results from the Condition that the center of the pupil 30 in the incidence focal point 28 of the ellipse and the visibility region 24 are at the eye position of the observer.
  • FIGS. 4a to 4d show illustrations of the tracking system including the reflective optical system 11 according to the second embodiment of the present invention
  • FIG. 4a shows a simplified representation of the situation shown in FIG. 3a with the incidence focal point 28, the failure focal point 26 and the reflective optical system 11.
  • the incidence focal point 28, which is located in the center of the pupil 30, and the Ausfallsbrenn Vietnamese 26 are in one Starting position - d. H. their position is not affected by the deflector - and have the same distance 36 to the optical axis 32 of the reflective optical system 11.
  • the reflective optical system 11 in this arrangement only effects a correction of the deviation of the reflection element 15 from the ideal elliptical shape or an aberration correction.
  • Fig. 4b shows a simplified illustration of a situation in which the viewer has moved perpendicular to the optical axis 32, as indicated by the dotted arrow.
  • the observer's eye position is farther away from the optical axis 32 than the pupil 30, the center of which lies on the incidence focal point 28.
  • the short half-axis 34 ' is parallel to the optical axis 32.
  • the reflecting optical system 11 must compensate for this movement and adjust the fail-focus point 26' of the observer's eye position. Ie. the jfOASLM 13 must be controlled by means of the deflection control means so that the Ausfallsbrenntician 26 'in the center of the visibility area 24 is again on the shifted eye position of the viewer.
  • the angle of deflection of the light depends on the orientation of the LC molecules or the refractive index of the LC layer.
  • the overall effect of the reflecting optical system 11 must correspond to a changed elliptical curvature with the eccentricity 36 'and the short semiaxis 34'. Since in this case, the short half-axis 34 'is no longer on the optical axis 32, a higher resolution of the OASLM 13 is required to partially counteract the existing curvature of the reflection element 15, or limited the tracking range.
  • Fig. 4c also illustrates a situation in which the viewer has moved perpendicular to the optical axis 32.
  • the incident focus point 28" is also displaced by the same distance from the optical axis 32 as indicated by the dotted arrow such that the short half axis 34 " is located on the optical axis 32.
  • the center of the pupil 30 is positioned at the shifted incidence focal point 28 ". In this case, the pupil 30 does not necessarily have to be physically displaced, but the effect of a displacement must be achieved.
  • the position control means may be a combination of a rotating mirror with a static elliptical mirror.
  • the overall effect of the reflecting optical system 11 must correspond to a changed elliptical curvature with the eccentricity 36 "and the short semiaxis 34".
  • a lower resolution of the OASLM 13 is required than in the asymmetric arrangement shown in Fig. 3b, since the existing elliptical curvature of the reflection element 15 only needs to be increased or decreased ,
  • FIG. 4d illustrates the situation when the observer moves in the direction perpendicular to the reflective optical system 11 and the pupil 30 is stationary. Accordingly, the OASLM 13 must be controlled so that the Position of incident focal point 28 '"remains on the center of pupil 30, but the position of the exit focal point 26"' is adjusted to the new observer position, ie the fail focus point 26 '"is positioned at the observer's eye position. no longer parallel to the optical axis 32.
  • the required diffractive structure on the OASLM 13 for tracking the failure focal point 26 '"of the observer's eye position results from the eccentricity here 36 '', the length of the short half-axis 34 '"and its angle 40 to the optical axis 32.
  • This arrangement in which the distance of the viewer to the reflective optical system 11 is less than the distance of the pupil 30 to the same, at the same time has the optical Effect of enlarging the scene for the viewer.
  • the deflection element has a refractive structure or a combination of diffractive and refractive structure, so that therefore also a refractive light modulation with a refractive index variation on the OASLM is possible.
  • the reflection element has an elliptically pre-curved reflection surface with two focal points
  • the reflection element z. B. in the form of segments in the manner of a Fresnel lens be configured, each having a plurality of focal points is so close to each other that they appear as a focal point.
  • a curved reflection element instead of a mechanical curvature of the reflection element, as shown in the embodiments, only the effect of a curved reflection element can be generated, for. B. by means of a flat holographic optical element (HOE), a static diffractive optical
  • HOE flat holographic optical element
  • DOE Element
  • refractive index variation A combination of mechanical curvature of the reflection element with HOE, DOE or refractive index variation is also possible.
  • the reflection element between the semiconductor layer and substrate or viewed from the direction of the focal points is integrated behind the substrate.
  • the reconstruction light waves must not be absorbed in the semiconductor layer, the semiconductor layer may only be influenced by the writing light of the deflection control means and the writing light may not be perceived by the viewer in the visibility region.
  • the reflection element z. B. be designed at least partially transparent in various respects, for. B. only in some areas, only in one direction, only for certain wavelengths or only for certain polarizations or combinations thereof. It is also conceivable that the reflection element in both directions has a reflective or at least partially reflective effect.
  • these functions can also take over one or more additional layers or elements.
  • the semiconductor layer is described from the direction away from the focal points of the reflective optical system, ie the deflection control means 43 is arranged on the side of the reflective optical system facing away from the focal points (FIG. 3b).
  • reconstruction light waves and writing light should be designed with appropriate properties, eg. B. different polarization states or different wavelengths. It is also conceivable that through the Selection of a certain angle of incidence of the writing light is prevented that writing light in the visibility area is perceived by the viewer.
  • the semiconductor layer has a band structure which can only be influenced by the writing light but not by the reconstruction light waves, ie. H. Reconstruction lightwaves and writing light have different energy levels, with only the energy level of the writing light being able to affect the semiconductor layer.
  • multiple scanning laser beams may be used, each describing only a portion of the OASLM. If only one scanning laser beam is used for writing, it must meet high requirements, as it must have both a small focus point and a large scanning area.
  • the deflection control means for writing the diffractive structure on the deflection element may be configured as an electronically addressable spatial light modulator (EASLM).
  • EASLM electronically addressable spatial light modulator
  • the control of the OASLM by exposure to an interference pattern the interference of two, for example, via fiber optic cable or beam splitter interconnected, mutually coherent light sources, which are located in the incident and Ausfallsbrenntician generated.
  • This interference pattern on the semiconductor layer generates the refractive index change in the OASLM.
  • the method works analogously to the holographic exposure of a photosensitive film.
  • the hologram exposed in the OASLM reconstructs the light source in the Ausfallsbrenntician during subsequent reading with a light source in the incidence focal point.
  • the reflective optical system or individual of its parts take place to a positioning of the Ausbrationsbrennanss on the eye position of the observer and to obtain a positioning of the incident focal point on the pupil.
  • the movement can also only be virtual, z. B. by further controllable reflective elements generated.
  • the position of the incident focal point is controlled so that the short half-axis lies on the optical axis of the reflective optical system and the position of the pupil is at least virtually adapted by means of optical aids the position of the incidence focal point.
  • the control of the position of the incidence focal point perpendicular to the reflective optical system can be used to increase or decrease the viewer's holographically reconstructed scene.
  • the reconstruction means may e.g. comprise a system of optical elements.
  • the partial reconstructions in the primary colors are generated sequentially and the diffractive structures corresponding to the respective wavelengths are written sequentially into the OASLM.
  • the invention thus provides a reflective optical system which on the one hand enables the correction of aberrations occurring in the system and on the other hand allows the observer (s) of a holographically reconstructed scene to move within a certain range, the visibility range to him / them is tracked to eye position.
  • a greater reconstruction of a holographic scene than in the prior art can be realized and the demands on the optical components of the system can be reduced.
  • the solutions according to the invention have a wide range of industrial applications. So they can in private and commercial areas, such. As in the entertainment industry, automotive industry, medicine, etc., are used for the three-dimensional representation of scenes.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein reflektierendes optisches System (10, 11) mit einem Reflektionseiement (14, 15) zum Reflektieren von Rekonstruktionslichtwellen, einem Einfallsbrennpunkt (28), von welchem her Rekonstruktionslichtwellen auf das Reflektionseiement (14, 15) treffen, und einem Ausfallsbrennpunkt (26), zu welchem hin sich die von dem Reflektionseiement (14, 15) reflektierten Rekonstruktionslichtwellen ausbreiten. Ferner betrifft die Erfindung ein Nachführsystem und ein holografisches Projektionssystem mit einem solchen reflektierenden optischen System sowie ein entsprechendes holografisches Projektionsverfahren. Um zu erreichen, dass mit einem solchen reflektierenden optischen System (10, 11 ) eine Aberrationskorrektur und Nachführung des Sichtbarkeitsbereiches ermöglicht wird und eine größere Rekonstruktion als im Stand der Technik realisierbar ist, umfasst das erfindungsgemäße reflektierende optische System (10, 11 ) ein Ablenkelement (12, 13) mit optisch steuerbaren Ablenkungseigenschaften sowie ein Ablenksteuermittel (42, 43) zum optischen Steuern der Ablenkungseigenschaften des Ablenkelementes (12, 13) zum Steuern der Position mindestens des Ausfallsbrennpunktes (26) des reflektierenden optischen Systems (10, 11 ).

Description

Reflektierendes optisches System, Nachführsystem sowie holografisches Projektionssystem und -verfahren
Die Erfindung betrifft ein reflektierendes optisches System mit einem Reflektionselement zum Reflektieren von Rekonstruktionslichtwellen, einem Einfallsbrennpunkt, von welchem her Rekonstruktionslichtwellen auf das Reflektionselement treffen, und einem Ausfallsbrennpunkt, zu welchem hin sich die von dem Reflektionselement reflektierten Rekonstruktionslichtwellen ausbreiten. Ferner betrifft die Erfindung ein Nachführsystem und ein holografisches Projektionssystem mit einem solchen reflektierenden optischen System sowie ein entsprechendes holografisches Projektionsverfahren,
Holografische Projektionsvorrichtungen modulieren mit räumlichen Lichtmodulationsmitteln hinreichend kohärentes Licht. In einem Raum vor, auf und hinter der Oberfläche des Lichtmodulators entstehen durch Interferenz des Lichts Objektlichtpunkte, welche die optische Erscheinung einer Szene rekonstruieren. Die Gesamtheit des Lichts aller Objektlichtpunkte breitet sich als Lichtwellenfront aus, so dass ein oder mehrere Betrachter diese Objektlichtpunkte in Form einer dreidimensionalen Szene wahrnehmen. Das heißt, im Gegensatz zu einer stereoskopischen Darstellung realisiert eine holografische Rekonstruktion eine Objektsubstitution und die von der Stereoskopie bekannten Probleme wie Ermüdung oder Augen- und Kopfschmerzen entfallen, da prinzipiell kein Unterschied in der Betrachtung von holografisch rekonstruierten Szenen und natürlichen Szenen besteht.
Aus der älteren Patentanmeldung DE 10 2005 023 743 des Anmelders ist ein holografisches Projektionssystem bekannt, bei welchem sich in einer Fourier- Ebene eines räumlichen Lichtmodulators (SLM) eine Pupille als räumlicher Filter einer zu verwendenden Beugungsordnung aus der von dem SLM bereitgestellten Fourier-Transformation eines Hologramms befindet. Diese Pupille wird mit einem Ablenkelement bzw. adaptiven Spiegel in einem Sichtbarkeitsbereich in einer Betrachterebene abgebildet, von weichem ein Betrachter eine vergrößerte holografische Rekonstruktion eines real existierenden Objektes bzw. einer Szene betrachten kann. Mit anderen Worten, der Sichtbarkeitsbereich ist die Abbildung der verwendeten Beugungsordnung z.B. der Fourier-Transformation (möglich wäre auch die Fresnel-Transformation o.a.) des Hologramms in der Betrachterebene, also der Ebene in welcher sich die Augenposition des Betrachters befindet. Die Größe des adaptiven Spiegels bestimmt die Größe der Rekonstruktion. Eine Größe des adaptiven Spiegels von z. B. etwa 20" Diagonale ist wünschenswert.
Gleichzeitig ist zu beachten, je größer der Sichtbarkeitsbereich ist, desto höher muss auch die Auflösung des verwendeten SLM sein. Denn um einen großen Sichtbarkeitsbereich zu erhalten, muss der SLM kleine Pixel-Aperturen aufweisen, die einen großen Beugungswinkel erzeugen, d.h. der Pixel-Pitch muss klein und dementsprechend die Anzahl der Pixel groß sein.
Um die nötige Auflösung des SLM zu verringern, kann die Größe des Sichtbarkeitsbereiches z. B. auf die Größe einer Augenpupille reduziert werden. Daher ist es nötig, den Sichtbarkeitsbereich dem Betrachter nachzuführen, wenn dieser sich bewegt. Dabei muss der adaptive Spiegel die Pupille in den Sichtbarkeitsbereich abbilden.
Aus dem Stand der Technik sind so genannte adaptive MEMS (Micro Electro Mechanical Systems)-SpiegeJ bekannt. Diese bestehen aus einem Mikrospiegel- Array, wobei die Mikrospiegel Kipp- und Hubbewegungen ausführen können. Somit lässt sich innerhalb des Verstellbereichs eine beliebig gewölbte Fläche einstellen. Jedoch existieren solche Mikrospiegel-Arrays bisher nur in Größen bis maximal etwa 1" Diagonale. Ein für ein holografisches Projektionssystem erforderlicher adaptiver Spiegel mit einer Größe von z. B. 20" Diagonale wäre mit MEMS-Technik nur schwer herzusteilen und hätte eine große Anzahl beweglicher Spiegel. Ein elektronisch adressierbarer räumlicher Lichtmodulator (EASLM) als steuerbares diffraktives optisches Element (DOE) hätte wegen der großen Fläche und der benötigten großen Beugungswinkel eine sehr große Anzahl kleiner Pixel und ist daher technologisch nicht zu realisieren. Bei einem Pixel-Pitch von beispielsweise 5 μm hätte ein SLM mit 20" Diagonale 5*109 Pixel. Dies wären ca. 3 Größenordnungen mehr, als die heute erhältlichen EASLM aufweisen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, in einem holografischen Projektionssystem ein reflektierendes optisches System bereitzustellen, mit welchem eine größere Rekonstruktion als im Stand der Technik realisierbar ist und welches eine Aberrationskorrektur und Nachführung des Sichtbarkeitsbereiches ermöglicht.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Ablenkelement mit optisch steuerbaren Ablenkungseigenschaften sowie ein Ablenksteuermitte! zum optischen Steuern der Ablenkungseigenschaften des Ablenkelementes zum Steuern der Position mindestens des Ausfallsbrennpunktes des reflektierenden optischen Systems.
Ferner wird diese Aufgabe durch ein Nachführsystem nach Anspruch 20, ein holografisches Projektionssystem nach Anspruch 22 sowie ein holografisches Projektionsverfahren nach Anspruch 23 gelöst.
Dabei liegt der Erfindung der Gedanke zugrunde, dass Aberrationen bei der Abbildung der Wellenfront im Sichtbarkeitsbereich vermieden werden können, indem das reflektierende optische System eine elliptische Form hat, d. h. die Reflektionsfläche wird über einem Abschnitt eines Ellipsenumfangs aufgespannt (veranschaulicht in Fig. 2). Eine Ellipse hat zwei Brennpunkte F1 und F2, hier auch als Einfallsbrennpunkt und Ausfallsbrennpunkt bezeichnet, mit der Eigenschaft, dass alle von F1 ausgehenden und an der Ellipse reflektierten Strahlen durch F2 laufen und umgekehrt. Man hat also eine nahezu aberrationsfreie Abbildung von F1 auf F2, selbst bei großer Apertur des reflektierenden optischen Systems. Wenn sich die Pupille bei F1 befindet, wird die Pupille auf den bei F2 befindlichen Sichtbarkeitsbereich abgebildet. Diese Abbildung ist fast aberrationsfrei, wenn die Ausdehnung der Pupille und des Sichtbarkeitsbereiches klein gegenüber den Halbachsen der Ellipse ist. Da sowohl Pupille als auch Sichtbarkeitsbereich klein gegenüber dem Abstand des Betrachters zum reflektierenden optischen System sind, können sie als punktförmig angesehen werden. Aus den Positionen von Pupille, Sichtbarkeitsbereich und reflektierendem optischen System bzw. F1 , F2 und reflektierendem optischen System lassen sich die Längen und Richtungen der Halbachsen der Ellipse bestimmen. Bei einer ortsfesten Anordnung von Pupille und Sichtbarkeitsbereich ist daher eine nahezu aberrationsfreie Abbildung der Pupille auf den Sichtbarkeitsbereich möglich. Bei einer Bewegung des Betrachters müssen jedoch die Längen und Richtungen der Ellipsenhalbachsen geändert werden. Dies ist mit einem statischen Spiegel nicht möglich.
Der Erfindung liegt daher ferner der Gedanke zugrunde, dass das reflektierende optische System neben einem gewölbten Basisspiegel einen optisch adressierbaren räumlichen Lichtmodulator (OASLM) umfasst. Ein OASLM umfasst typischerweise eine LC (Liquid Crystal)-Schicht, bei der die Ausrichtung der LC-
Moleküle und damit die Lichtmodufation optisch gesteuert werden. Auf diesem
OASLM wird eine steuerbare diffraktive Struktur erzeugt, so dass die Reflektion am Basisspiegel und die Lichtbeugung an der steuerbaren diffraktiven Struktur gemeinsam der gewünschten Oberflächenform entsprechen. Alternativ dazu wird auf dem OASLM eine steuerbare Brechungsindexvariation erzeugt, so dass die
Reflektion am Basisspiegel und die Lichtbrechung an der steuerbaren
Brechungsindexvariation gemeinsam der gewünschten Oberflächenform entsprechen. Die Brechungsindexänderung des OASLM kann eine Phasen- und/oder Amplitudenmodulation bewirken. Eine Phasenmodulation ist vorteilhaft aufgrund der höheren Beugungseffizienz.
Ein wesentlicher Vorteil gegenüber einem statischen elliptischen Spiegel ist, dass ein solcher adaptiver Spiegel steuerbar ist. Bei Bewegung des Betrachters wird die auf den OASLM geschriebene Struktur so verändert, dass die Pupille im Brennpunkt F1 und der Sichtbarkeitsbereich mit dem Brennpunkt F2 auf Augenposition des Betrachters bleibt. Die Position des Sichtbarkeitsbereiches wird durch den Brennpunkt F2 bestimmt und kann sich, in Richtung des reflektierten Lichtes gesehen, auch vor oder hinter dem Brennpunkt F2 erstrecken. Die laterale Ausdehnung des Sichtbarkeitsbereiches kann z. B. auf die Größe einer Augenpupille reduziert werden.
Der Basisspiegel unterstützt die Wirkung des OASLM. Ein gewölbter Basisspiegel und ein OASLM mit einer diffraktiven Struktur wirken wie eine Hintereinanderschaltung zweier Linsen, deren Brechkräfte sich addieren. Ist die Wölbung des Basisspiegels so, dass er für eine Standardposition des Sichtbarkeitsbereiches die Abbildung der Pupille in dem Sichtbarkeitsbereich erzeugt, hat der OASLM die Funktion einer steuerbaren Korrekturlinse. Diese Korrekturlinse ermöglicht es zum einen, den Sichtbarkeitsbereich dem Betrachter nachzuführen. Zum anderen ermöglicht sie eine Korrektur der Abbildung des Wölbspiegels, um eine aberrationsfreie Abbildung der Pupille im Sichtbarkeitsbereich zu erreichen.
Diese optisch steuerbare Brechungsindexänderung kann z.B. verwendet werden, um auf dem OASLM eine steuerbare diffraktive Struktur zu erzeugen. Diese diffraktive Struktur ist z. B. so ausgelegt, dass das aus der Pupille austretende Licht am OASLM gebeugt wird und der Sichtbarkeitsbereich die gewünschte Position annimmt.
Der Vorteil eines OASLM gegenüber einem EASLM ist, dass ein OASLM keine Pixelstruktur aufweist. Dadurch kann auf dem OASLM eine kontinuierliche diffraktive Struktur angezeigt werden, die nicht diskret abgetastet ist. Dies hat zur Folge, dass periodische Wiederholungen des Beugungsmusters vermieden werden können. Dies ist jedoch nur möglich, wenn die auf den OASLM geschriebene Struktur keine Pixelstruktur aufweist. Wenn beispielsweise ein EASLM zum Beschreiben des OASLM verwendet wird und der OASLM die Zwischenbereiche zwischen den EASLM-Pixeln übernimmt, liegen eine periodische Abtastung der Struktur auf dem OASLM und somit periodische Wiederholungen des Beugungsmusters vor. Zur Vermeidung von solchen periodischen Wiederholungen ist es daher wünschenswert, dass die auf den OASLM geschriebene Struktur kontinuierlich und nicht diskret abgetastet ist. Dies wird beispielsweise durch ein begrenztes Auflösungsvermögen der Abbildung des EASLM auf den OASLM oder durch ein begrenztes Auflösungsvermögen des OASLM selbst unterstützt.
Die Erfindung hat darüber hinaus den wesentlichen Vorteil, dass sie größere Rekonstruktionen als im Stand der Technik ermöglicht, da auch Projektionsdisplays der erforderlichen Größe realisierbar sind. Außerdem verringert sich bei der Erfindung der dynamische Aufwand des reflektierenden optischen Systems gegenüber einem rein dynamischen reflektierenden optischen System ohne statische Komponente, wodurch gleichzeitig die Flexibilität erhöht wird, da sich der Berechnungsaufwand zur Erzeugung der gewünschten Brechungsindexvariation gegenüber dem Stand der Technik verringert. Letztendlich wird auch die Komplexität des Systems reduziert.
Bei der Ausgestaltung der Erfindung wird bevorzugt, dass das Ablenksteuermittel ferner zum optischen Steuern der Ablenkungseigenschaften des Ablenkelementes zum Steuern der Position des Einfallsbrennpunktes und/oder zur Korrektur von Aberrationen vorgesehen ist. Auf diese Weise können eine Nachführung des Sichtbarkeitsbereiches in einem größeren Bereich mit geringerem Steuerungsund Berechnungsaufwand für das Ablenkelement erreicht und mögliche Aberrationen im Strahlenverlauf ausgeglichen werden.
Ferner wird bevorzugt, dass mindestens das Reflektionselement die Wirkung einer im Wesentlichen elliptisch gewölbten Reflektionsfläche aufweist. Mit anderen Worten spannt sich die Reflektionsfläche über einem Abschnitt eines Ellipsenumfangs auf. Dies hat, wie oben beschrieben, den Vorteil, dass von dem Einfallsbrennpunkt her einfallendes Licht am reflektierenden optischen System nahezu aberrationsfrei auf den Ausfallsbrennpunkt reflektiert wird. Die elliptische Wölbung kann in einem Spezialfall kreisförmig sein und bis hin zum unendlichen Krümmungsradius, einem weiteren Spezialfall, alle Formen annehmen. Anhand der Wahl des Krümmungsradius' lässt sich eine Voreinstellung der Position der Brennpunkte vornehmen. Z. B. kann, wenn im Nachführsystem die Position einer Pupille zum räumlichen Filtern von Lichtwellen in Richtung des Reflektionselementes des reflektierenden optischen Systems und die Position von Betrachteraugen in einer Basisanordnung einen großen Abstand aufweisen, ein entsprechend großer Krümmungsradius der elliptisch gewölbten Reflektionsfläche vorgesehen werden. Dabei muss die Wölbung nicht zwingend mechanisch erzeugt sein. Es ist auch möglich mittels optischer Elemente lediglich die Wirkung einer im Wesentlichen elliptisch gewölbten Reflektionsfläche zu erzeugen. Die Gesamtwirkung des reflektierenden optischen Systems ergibt sich aus der Kombination der Ablenkeigenschaften des statisch gewölbten Reflektionselementes mit den steuerbaren Ablenkeigenschaften des Ablenkelementes.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist das Reflektionselement mindestens teilweise transparent ausgestaltet. Dies umfasst einerseits, dass das Reflektionselement nur in Teilflächen oder insgesamt transparent ist. Andererseits umfasst dies auch, dass das Reflektionselement z. B. nur in einer Richtung oder für bestimmtes Licht - bestimmte Wellenlängen, Polarisationen etc. - transparent ist. Auch eine Kombination aus mehreren dieser Möglichkeiten ist denkbar.
Vorzugsweise ist das Reflektionselement in das Ablenkelement integriert. Auf diese Weise verringern sich die räumlichen Ausdehnungen des reflektierenden optischen Systems. Außerdem führt dies zu einer erleichterten Justage im Einbauprozess, da nach Herstellung keine Ausrichtung des Reflektionselementes zum Ablenkelement erfolgen muss.
Darüber hinaus weist das Ablenkelement vorzugsweise eine optisch steuerbare diffraktive und/oder refraktive Struktur auf. Dies ermöglicht, sowohl die Beugungsais auch die Brechungseigenschaften des Ablenkelementes zu verändern, um den gewünschten Verlauf der Lichtwellenfront zu erhalten. Dabei ist bevorzugt, dass das Ablenkelement als optisch adressierbarer räumlicher Lichtmodulator ausgestaltet ist. Dieser umfasst in einer bevorzugten Ausgestaltung eine mit einer transparenten Elektrode versehene erste Glasschicht, eine durch optische Steuerung in ihrer Ausrichtung veränderbare LC-Moleküle aufweisende LC- Schicht, eine photoempfindliche Halbleiterschicht sowie eine zweite Glasschicht. In einer weiteren Ausgestaltung ist die photoempfindliche Halbleiterschicht mindestens teilweise transparent. Wie bereits für das Reflektionselement erwähnt, kann sich dies auf die Halbleiterschicht oder Teile davon als solche beziehen oder auch die Transparenz in einer bestimmten Richtung, für Licht bestimmter Wellenlängen, Polarisationen etc. umfassen. Bevorzugt kann auch sein, dass die Halbleiterschicht eine vom Ablenksteuermitte!, nicht jedoch von den Rekonstruktionslichtwellen, beeinflussbare Bandstruktur aufweist. Diese Ausgestaltungen stellen verschiedene Möglichkeiten dar zu vermeiden, dass die Halbleiterschicht durch die Rekonstruktionslichtwellen beeinflusst wird. Eine für die Rekonstruktionslichtwellen transparente Ausgestaltung der Halbleiterschicht ist z. B. erforderlich, wenn das Reflektionselement, aus Richtung der Brennpunkte des reflektierenden optischen Systems betrachtet, hinter der Halbleiterschicht liegt, damit die Rekonstruktionslichtwellen nicht in der HL-Schicht absorbiert werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung rekonstruieren die Rekonstruktionslichtwellen, die vom Einfallsbrennpunkt her auf das Reflektionselement treffen und von diesem reflektiert werden, vor dem Ausfallsbrennpunkt eine Szene holografisch.
Ferner ist das Ablenksteuermittel vorzugsweise zur Steuerung der Ablenkungseigenschaften des Ablenkelementes aus dem Einfallsbrennpunkt und dem Ausfallsbrennpunkt abgewandter Richtung ausgestaltet. Das Ablenksteuermittel kann darüber hinaus als elektronisch adressierbarer räumlicher Lichtmodulator zur Abbildung von Schreiblicht auf das Ablenkelement ausgestaltet sein oder als scannender und in der Intensität steuerbarer Laserstrah! zum Abrastern des Ablenkelementes. In einer weiteren Ausgestaltung kann das Ablenksteuermittel zwei miteinander interferierende kohärente Lichtquellen umfassen, die jeweils im Einfallsbrennpunkt und im Ausfallsbrennpunkt angeordnet sind und deren Interferenzmuster zum Steuern der Ablenkungseigenschaften des Ablenkelementes geeignet ist. Es ist ferner möglich, dass das reflektierende optische System zusätzlich eine dichroitische Schicht umfasst oder dass das Reflektionselement dich rottische Eigenschaften aufweist, wobei Rekonstruktionslichtwellen und vom Ablenksteuermittel bereitgestelltes Schreiblicht unterschiedliche Wellenlängen aufweisen. Auch kann das reflektierende optische System einen reflektiven Polarisationsfilter umfassen oder das Reflektionselement Eigenschaften eines Polarisationsfilters aufweisen, wobei Rekonstruktionslichtwellen und vom Ablenksteuermittel bereitgestelltes Schreiblicht unterschiedliche
Polarisationszustände aufweisen. Durch diese Ausgestaltungen kann jeweils erreicht werden, dass Schreiblicht oder Rekonstruktionslichtwellen gefiltert werden, um eine unerwünschte, gegenseitige Beeinflussung von Halbleiterschicht und Sichtbarkeitsbereich zu vermeiden.
Vorzugsweise stellt das Ablenksteuermittel zum Steuern der Ablenkeigenschaften des Ablenkelementes jedoch Schreiblicht in einem für das menschliche Auge unsichtbaren Wellenlängenbereich bereit. Dies macht eine Filterung des Schreiblichts aus dem Sichtbarkeitsbereich unnötig.
Ein erfindungsgemäßes Nachführsystem umfasst vorzugsweise ein Positionssteuermittel zum Steuern der Position der Pupille oder eines identischen
Abbildes der Pupille auf den Einfallsbrennpunkt des reflektierenden optischen
Systems. Es ist also auch möglich, die Position der Pupille nur virtuell - z. B. durch Verwendung von Spiegeln o. a. - zu verändern. Durch Veränderung der
Position der Pupille bzw. eines Abbildes können der Berechnung saufwand zur Nachführung des Ausfallsbrennpunktes und die Anforderungen an die dynamischen Eigenschaften des reflektierenden optischen Systems verringert werden. Dementsprechend umfasst ein erfindungsgemäßes holografisches
Projektionsverfahren das Positionieren der Pupille an dem Einfallsbrennpunkt des reflektierenden optischen Systems.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Ausführungsbeispiele und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Fig. 1a, b zeigen jeweils in einer Draufsicht den Aufbau eines Ablenkelementes und eines Reflektionselement.es eines reflektierenden optischen Systems gemäß einem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf das Ablenkelement und das
Reflektionselement des reflektierenden optischen Systems gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel unter Darstellung geometrischer Zusammenhänge.
Fig. 3a, b zeigen jeweils eine Draufsicht auf ein Nachführsystem mit dem reflektierenden optischen System gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit unterschiedlicher Anordnung des Ablenksteuermittefs.
Fig. 4a-d zeigen jeweils vereinfachte Darstellungen des Nachführsystems mit dem reflektierenden optischen System gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit unterschiedlichen Augenpositionen in einer Draufsicht.
Ein erfindungsgemäßes reflektierendes optisches System 10, 11 umfasst ein Ablenkelement 12, 13 und ein Reflektionselement 14, 15. Lichtwellen, die auf das Reflektionselement 14, 15 treffen, werden von diesem reflektiert und vom Ablenkelement 12, 13 in ihrem Verlauf beeinflusst. Diese Beeinflussung kann eine Korrektur von Aberrationen sowie eine Richtungsänderung der Lichtweilen umfassen.
Fig. 1a zeigt in einer Draufsicht den Aufbau eines Ablenkelementes 12 und eines Reflektionselementes 14 eines reflektierendes optisches System 10 entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit einem optisch adressierbaren räumlichen Lichtmodulator (OASLM) mit einer diffraktiven Struktur als Ablenkelement 12 und einem statischen Basisspiegel als Reflektionselement 14. Der Basisspiegel 14 kann z. B. ein metallischer Spiegel sein, dessen Oberfläche reflektierend ausgestaltet ist.
Der OASLM 12, welcher aus Richtung der Brennpunkte betrachtet vor dem Basisspiegel 14 angeordnet ist, umfasst eine erste Glasschicht 16, die mit einer transparenten Elektrode versehen ist, eine die diffraktive Struktur des OASLM 12 bildende LC-Schicht 18, welche LC-Moleküle aufweist, eine transparente, photoempfindliche Halbleiterschicht 20 sowie eine zweite Glasschicht 22 als Substrat. In diesem ersten Ausführungsbeispiel ist die photoempfindliche Halbleiterschicht 20 transparent, damit Rekonstruktionslichtwellen das dahinter liegende Reflektionselement 14 erreichen können. Grundsätzlich ist jedoch zu beachten, dass die Rekonstruktionslichtwellen nicht in der Halbleiterschicht absorbiert werden dürfen und umgekehrt die Halbleiterschicht nicht durch die Rekonstruktionslichtwellen beeinflusst werden darf. Außerdem darf kein vom Ablenksteuermittel bereitgestelltes Schreiblicht für den Betrachter im Sichtbarkeitsbereich sichtbar sein.
Fig. 1 b zeigt in einer Draufsicht den Aufbau eines Ablenkelementes 13 und eines Reflektionselementes 15 eines reflektierenden optischen Systems 11 entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit einem optisch adressierbaren räumlichen Lichtmodulator (OASLM) mit einer diffraktiven Struktur als Ablenkelement 13, in welchen das Reflektionselement 15 in Form einer reflektierenden Schicht integriert ist.
Der OASLM 13 in dem zweiten Ausführungsbeispiel umfasst eine Glasschicht 17, die mit einer transparenten Elektrode versehen äst, eine die diffraktive Struktur des OASLM 13 bildende LC-Schicht 19, welche LC-Moleküle aufweist, eine photoempfindliche Halbleiterschicht 21 sowie eine Glasschicht 23 als Substrat. Das Reflektionselement 15 ist in diesem zweiten Ausführungsbeispiel zwischen der LC-Schicht 19 und der Halbleiterschicht 21 integriert.
Unter Bezugnahme auf Fig. 2 sind die geometrischen Zusammenhänge in einem erfindungsgemäßen reflektierenden optischen System anhand des Aufbaus gemäß Fig. 1b erläutert (stellvertretend für den Aufbau gemäß Fig. 1 a oder anderen Alternativen).
Das Reflektionselement 15 weist eine elliptisch vorgekrümmte Reflektionsfläche mit zwei Brennpunkten - einem Einfallsbrennpunkt 28 und einem Ausfallsbrennpunkt 26 - auf. Das reflektierende optische System 11 weist außerdem eine optische Achse 32 auf, welche zentriert auf und senkrecht zu dem reflektierenden optischen System 11 bzw. dem Reflektionselement 15 angeordnet ist. Der Abstand vom Mittelpunkt der Verbindung des Einfallsbrennpunktes 28 und des Ausfallsbrennpunktes 26 zur Reflektionsfläche des Reflektionselementes 15 ist die kurze Halbachse 34 der Ellipse, deren Form bzw. Wirkung das reflektierende optische System 11 aufweist. Der jeweilige Abstand 36 des Einfallsbrennpunktes 28 und des Ausfallsbrennpunktes 26 zur kurzen Halbachse 34 ist die Exzentrizität der Ellipse.
Das Steuern der optisch steuerbaren Ablenkeigenschaften des Ablenkelementes erfolgt mittels eines Ablenksteuermittels 42, 43 (Fig. 3a, b). Zwischen der photoempfindlichen Halbleiterschicht 20, 21 und der mit der transparenten Elektrode versehenen ersten Glasschicht 16, 17 liegt ein elektrisches Feld an. Wird eine Stelle der photoempfindlichen Halbleiterschicht 20, 21 mit einem von dem Ablenksteuermittel bereitgestellten Schreiblicht beleuchtet, ändert sich lokal das elektrische Feld. Somit ändert sich die Ausrichtung der LC-Moleküle in der LC-Schicht 18, 19 und damit auch der lokale Brechungsindex. Die Brechungsindexänderung des OASLM 12, 13 kann eine Phasen- und/oder Amplitudenmodulation bewirken. Eine Phasenmodulation ist vorteilhaft aufgrund der höheren Beugungseffizienz.
Grundsätzlich kann diese Änderung monostabil oder bistabil sein. Im Fall der Monostabilität liegt eine Brechungsindexänderung nur vor, solange die Halbleiterschicht beleuchtet wird. Im Fall der Bistabilität bleibt die Brechungsindexänderung auch nach Ende der Beleuchtung erhalten, bis eine an die Halbieiterschicht angelegte Spannung den OASLM in den Ausgangszustand zurücksetzt. Das reflektierende optische System 10, 11 gemäß dem ersten oder zweiten Ausführungsbeispiel kann in einem Nachführsystem zum Nachführen der Position des Ausfallsbrennpunktes und/oder zur Korrektur von im System auftretenden Aberrationen bzw. einem entsprechenden holografischen Projektionssystem eingesetzt werden.
Stellvertretend zeigt Fig. 3a ein Nachführsystem mit dem reflektierenden optischen System 11 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit einem Ablenksteuermitte! 42 sowie ein als räumlicher Lichtmodulator (SLM) ausgebildetes holografisches Rekonstruktionsmittel 38 zum Aussenden von Rekonstruktionslichtwellen auf das reflektierende optische System 11. Fig. 3b zeigt eine alternative Anordnung des Ablenksteuermittels 43 zum reflektierenden optischen System 11. Fig. 3a, b zeigen außerdem eine in einer Fourier-Ebene und einer Beugungsordnung des Rekonstruktionsmittels 38 sowie am Einfallsbrennpunkt 28 des reflektierenden optischen Systems 11 angeordnete Pupille 30 und den Ausfallsbrennpunkt 26 in einem Sichtbarkeitsbereich 24.
In dem in Fig. 3a dargestellten Nachführsystem ist das Ablenksteuermittel 42, welches hier Schreiblicht in Form eines scannenden Laserstrahls bereitstellt, auf der gleichen Seite des reflektierenden optischen Systems 11 angeordnet wie dessen Brennpunkte 26, 28. Aufgrund der Verwendung eines scannenden
Laserstrahls, welcher auf die Halbleiterschicht 21 des OASLM 13 fokussiert ist und diese abrastert, erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel die Brechungsindexänderung der LC-Schicht 19 bistabil. Synchron zur Bewegung wird die Intensität des Laserstrahls moduliert, so dass die Halbleiterschicht 21 mit der erforderlichen Intensitätsverteilung belichtet wird. Dieses Verfahren ist nur unter Verwendung eines bistabilen OASLM möglich, damit die diffraktive Struktur als Gesamtes vorhanden ist. Damit das vom Ablenksteuermittel 42 bereitgestellte Schreiblicht im Sichtbarkeitsbereich 24 nicht vom Betrachter wahrgenommen wird, wird ein Schreiblicht in einem für das menschliche Auge unsichtbaren
Wellenlängenbereich verwendet. In dem Nachführsystem gemäß Fig. 3a werden ausgehend vom Rekonstruktionsmittel 38 modulierte Lichtwellen durch die am Einfallsbrennpunkt 28 des reflektierenden optischen Systems 11 angeordnete Pupille 30 in Richtung des reflektierenden optischen Systems 11 gesendet. Da die Pupille 30 in einer Beugungsordnung des Rekonstruktionsmittels 38 positioniert ist, lässt sie nur Licht dieser Beugungsordnung durch. Das aus der Pupille 30 austretende Licht rekonstruiert holografisch eine dreidimensionale Szene. Das reflektierende optische System 11 reflektiert das vom Einfallsbrennpunkt 28 bzw. der Pupille 30 einfallende Licht auf den Ausfallsbrennpunkt 26 bzw. den Sichtbarkeitsbereich 24, der auf eine von einem Augenpositionserkennungsmittel (nicht in den Figuren dargestellt) erkannte Augenposition des Betrachters positioniert ist. Auf diese Weise kann der Betrachter die holografisch rekonstruierte Szene betrachten.
Eine nahezu aberrationsfreie Abbildung ist möglich, wenn das reflektierende optische System 11 als elliptischer Spiegel wirkt, der Einfallsbrennpunkt 28 der
Ellipse im Zentrum der Pupille 30 liegt und der Ausfallsbrennpunkt 26 der Ellipse auf der Augenposition liegt. Um die dynamischen Anforderungen an den OASLM
13 des reflektierenden optischen Systems 11 möglichst gering zu halten, ist das
Reflektionselement 15 so geformt und das Rekonstruktionsmittel 38 so angeordnet, dass für eine typische Betrachterposition die Pupille 30 und der
Sichtbarkeitsbereich 24 den gleichen Abstand zur optischen Achse 32 aufweisen.
In dieser Position, die auch als Ausgangsposition bezeichnet werden kann, bewirkt das reflektierende optische System 11 nur eine Korrektur der Abweichung des
Reflektionselementes 15 von der idealen elliptischen Form bzw. eine Aberrationskorrektur aufgrund anderer Einflüsse.
Um den Sichtbarkeitsbereich 24 der Augenposition des Betrachters nachzuführen, wird in den OASLM 13 des reflektierenden optischen Systems 11 mittels des Ablenksteuermittels 42 eine solche diffraktive Struktur geschrieben, dass die gemeinsame Wirkung des Reflektionselementes 15 und der LC-Schicht 19 der zum Nachführen des Sichtbarkeitsbereiches 24 erforderlichen elliptischen Wölbung entspricht. Diese erforderliche elliptische Wölbung ergibt sich aus der Bedingung, dass das Zentrum der Pupille 30 im Einfallsbrennpunkt 28 der Ellipse und der Sichtbarkeitsbereich 24 auf der Augenposition des Betrachters liegen.
Fig. 4a bis 4d zeigen Darstellungen des Nachführsystems mit dem reflektierenden optischen System 11 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung mit unterschiedlichen Augenpositionen. Zur Vereinfachung sind nur die
Komponenten dargestellt, die zur Erläuterung des Nachführverfahrens wesentlich sind. Der grundsätzliche Aufbau entspricht jedoch dem in Fig. 3a dargestellten und ist wiederum stellvertretend für den Aufbau des reflektierenden optischen Systems 10 gemäß Fig. 1a.
Fig. 4a zeigt eine vereinfachte Darstellung der in Fig. 3a gezeigten Situation mit dem Einfallsbrennpunkt 28, dem Ausfallsbrennpunkt 26 sowie dem reflektierenden optischen System 11. Der Einfallsbrennpunkt 28, der sich im Zentrum der Pupille 30 befindet, und der Ausfallsbrennpunkt 26 befinden sich in einer Ausgangsposition - d. h. ihre Position ist nicht durch das Ablenkelement beeinflusst - und weisen den gleichen Abstand 36 zur optischen Achse 32 des reflektierenden optischen Systems 11 auf. Wie bereits oben erwähnt, bewirkt das reflektierende optische System 11 in dieser Anordnung nur eine Korrektur der Abweichung des Reflektionselementes 15 von der idealen elliptischen Form bzw. eine Aberrationskorrektur.
Fig. 4b zeigt eine vereinfachte Darstellung einer Situation, in der sich der Betrachter senkrecht zur optischen Achse 32 bewegt hat, wie durch den gepunkteten Pfeil angedeutet. Die Augenposition des Betrachters ist weiter von der optischen Achse 32 entfernt, als die Pupille 30, deren Zentrum auf dem Einfallsbrennpunkt 28 liegt. Die kurze Halbachse 34' ist parallel zur optischen Achse 32. Das reflektierende optische System 11 muss diese Bewegung kompensieren und den Ausfallsbrennpunkt 26' der Augenposition des Betrachters anpassen. D. h. der jfOASLM 13 muss mittels des Ablenksteuermittels so gesteuert werden, dass der Ausfallsbrennpunkt 26' im Zentrum des Sichtbarkeitsbereiches 24 wieder auf der verschobenen Augenposition des Betrachters liegt. Dies geschieht, indem die Ausrichtung der LC-Moleküle in der LC-Schicht wie oben beschrieben verändert wird. Grundsätzlich hängt der Winkel der Ablenkung des Lichts von der Ausrichtung der LC-Moleküle bzw. dem Brechungsindex der LC-Schicht ab. Die Gesamtwirkung des reflektierenden optischen Systems 11 muss einer geänderten elliptischen Wölbung mit der Exzentrizität 36' und der kurzen Halbachse 34' entsprechen. Da in diesem Fall die kurze Halbachse 34' nicht mehr auf der optischen Achse 32 liegt, ist eine höhere Auflösung des OASLM 13 erforderlich, um der vorhandenen Wölbung des Reflektionselementes 15 teilweise entgegenzuwirken, bzw. der Nachführbereich eingeschränkt.
Fig. 4c stellt ebenfalls eine Situation dar, in welcher sich der Betrachter senkrecht zur optischen Achse 32 bewegt hat. Jedoch wird in diesem Fall neben dem Ausfallsbrennpunkt 26", der wiederum auf die Augenposition des Betrachters positioniert wird, auch der Einfallsbrennpunkt 28" um den gleichen Abstand zur optischen Achse 32 verschoben, wie durch den gepunkteten Pfeil angedeutet, so dass die kurze Halbachse 34" auf der optischen Achse 32 liegt. Zusätzlich wird mittels eines Positionssteuermittels (nicht in den Figuren dargestellt) das Zentrum der Pupille 30 auf den verschobenen Einfallsbrennpunkt 28" positioniert. Dabei muss die Pupille 30 nicht notwendigerweise tatsächlich physisch verschoben werden, sondern es muss der Effekt einer Verschiebung erreicht werden. Beispielsweise kann es sich bei dem Positionssteuermittel um eine Kombination eines Drehspiegels mit einem statischen elliptischen Spiegel handeln. Die Gesamtwirkung des reflektierenden optischen Systems 11 muss einer geänderten elliptischen Wölbung mit der Exzentrizität 36" und der kurzen Halbachse 34" entsprechen. Bei dieser symmetrischen Anordnung des Einfallsbrennpunktes 28" und des Ausfallsbrennpunktes 26" zur optischen Achse 32 ist eine geringere Auflösung des OASLM 13 erforderlich als bei der in Fig. 3b dargestellten asymmetrischen Anordnung, da die vorhandene elliptische Wölbung des Reflektionselementes 15 lediglich verstärkt oder verringert werden muss.
In Fig. 4d ist die Situation dargestellt, wenn sich der Betrachter in Richtung senkrecht zum reflektierenden optischen System 11 bewegt und die Pupille 30 ortsfest ist. Dementsprechend muss der OASLM 13 so gesteuert werden, dass die Lage des Einfallsbrennpunktes 28'" auf dem Zentrum der Pupille 30 bleibt, jedoch die Lage des Ausfalfsbrennpunktes 26"' der neuen Betrachterposition angepasst wird, d. h. der Ausfallsbrennpunkt 26'" auf die Augenposition des Betrachters positioniert wird. Dabei ist die kurze Halbachse 34"', die sich in diesem Fall als Senkrechte auf eine gedachte Verlängerung der elliptischen Reflektionsfläche ergibt, nicht mehr parallel zur optischen Achse 32. Die erforderliche diffraktive Struktur auf dem OASLM 13 zum Nachführen des Ausfallsbrennpunktes 26'" der Augenposition des Betrachters ergibt sich hier aus der Exzentrizität 36"', der Länge der kurzen Halbachse 34'" sowie deren Winkel 40 zur optischen Achse 32. Diese Anordnung, bei der der Abstand des Betrachters zum reflektierenden optischen System 11 geringer ist als der Abstand der Pupille 30 zu selbigem, hat gleichzeitig den optischen Effekt einer Vergrößerung der Szene für den Betrachter.
Zuvor wurden ein Nachführsystem und -verfahren mit einem reflektierenden optischen System gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben. Ebenso kann stattdessen ein reflektierendes optisches System gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel oder alternativer Ausführungen eingesetzt werden. Auf weitere Möglichkeiten der Umsetzung der Erfindung soll im Folgenden hingewiesen werden, wodurch gleichwohl keine Beschränkung auf diese Beispiele vorgenommen wird. Der Fachmann wird klar erkennen, dass unterschiedliche Ausgestaltungen miteinander kombiniert werden können.
Analog zur diffraktiven Lichtmodulation mit einer diffraktiven Struktur auf dem OASLM, wie in den Ausführungsbeispielen erläutert, ist z. B. auch denkbar, dass in einem alternativen Ausführungsbeispiel das Ablenkelement eine refraktive Struktur bzw. eine Kombination aus diffraktiver und refraktiver Struktur aufweist, so dass also auch eine refraktive Lichtmodulation mit einer Brechungsindexvariation auf dem OASLM möglich ist.
Während in den dargestellten Ausführungsbeispielen das Reflektionselement eine elliptisch vorgekrümmte Reflektionsfläche mit zwei Brennpunkten aufweist, kann das Reflektionselement z. B. auch in Form von Segmenten in Art einer Fresnellinse ausgestaltet sein, wobei jeweils eine Vielzahl von Brennpunkten so nah beieinander liegt, dass sie als ein Brennpunkt erscheinen.
Anstatt einer mechanischen Wölbung des Reflektionselementes, wie in den Ausführungsbeispielen dargestellt, kann auch lediglich die Wirkung eines gewölbten Reflektionselementes erzeugt werden, z. B. mittels eines flachen holografischen optischen Elementes (HOE), eines statischen diffraktiven optischen
Elementes (DOE) oder einer Brechungsindexvariation. Auch eine Kombination aus mechanischer Wölbung des Reflektionselementes mit HOE, DOE oder Brechungsindexvariation ist möglich.
In alternativen Ausführungsbeispielen ist auch denkbar, dass das Reflektionselement zwischen Halbleiterschicht und Substrat oder aus Richtung der Brennpunkte betrachtet hinter dem Substrat integriert ist. Dabei, wie bei allen Ausführungen, ist jedoch zu beachten, dass die Rekonstruktionslichtwellen nicht in der Halbleiterschicht absorbiert werden dürfen, die Halbleiterschicht nur durch das Schreiblicht des Ablenksteuermittels beeinflusst werden darf und das Schreiblicht nicht im Sichtbarkeitsbereich vom Betrachter wahrgenommen werden darf. Um dies zu erreichen kann das Reflektionselement z. B. in verschiedener Hinsicht mindestens teilweise transparent ausgestaltet sein, z. B. nur in Teilbereichen, nur in einer Richtung, nur für bestimmte Wellenlängen oder nur für bestimmte Polarisierungen oder Kombinationen daraus. Außerdem ist denkbar, dass das Reflektionselement in beiden Richtungen reflektierend oder mindestens teilweise reflektierend wirkt. Alternativ können diese Funktionen auch eine oder mehrere zusätzliche Schichten bzw. Elemente übernehmen. Es ist auch denkbar, dass die Halbleiterschicht aus der den Brennpunkten des reflektierenden optischen Systems abgewandten Richtung beschrieben wird, d. h. das Ablenksteuermittel 43 auf der den Brennpunkten abgewandten Seite des reflektierenden optischen Systems angeordnet ist (Fig. 3b). Entsprechend der jeweiligen Ausführung sollten Rekonstruktionslichtwellen und Schreiblicht mit entsprechenden Eigenschaften ausgestaltet sein, z. B. unterschiedliche Polarisationszustände oder unterschiedliche Wellenlängen aufweisen. Es ist auch denkbar, dass durch die Wahl eines bestimmten Einfallswinkels des Schreiblichts verhindert wird, dass Schreiblicht im Sichtbarkeitsbereich vom Betrachter wahrgenommen wird.
Ferner ist denkbar, dass die Halbleiterschicht eine Bandstruktur aufweist, welche nur vom Schreiblicht, nicht jedoch von den Rekonstruktionslichtwellen beeinflusst werden kann, d. h. Rekonstruktionslichtwellen und Schreiblicht weisen unterschiedliche Energieniveaus auf, wobei nur das Energieniveau des Schreiblichts in der Lage ist, die Halbleiterschicht zu beeinflussen.
Alternativ zur Verwendung eines einzelnen scannenden Laserstrahls, können mehrere scannende Laserstrahlen verwendet werden, die jeweils nur einen Teilbereich des OASLM beschreiben. Wenn nur ein scannender Laserstrahl zum Schreiben verwendet wird, muss dieser hohen Anforderungen genügen, da er sowohl einen kleinen Fokuspunkt als auch einen großen Scann-Bereich aufweisen muss.
Außerdem kann das Ablenksteuermittel zum Schreiben der diffraktiven Struktur auf dem Ablenkelement als ein elektronisch adressierbarer räumlicher Lichtmodulator (EASLM) ausgestaltet sein.
Weiterhin kann alternativ die Steuerung des OASLM durch Belichtung mit einem Interferenzmuster, das durch Interferenz zweier beispielsweise über Glasfaserkabel oder Strahlteiler miteinander verbundener, zueinander kohärenter Lichtquellen, die sich im Einfalls- und Ausfallsbrennpunkt befinden, erzeugt wird, erfolgen. Dieses Interferenzmuster auf der Halbleiterschicht erzeugt die Brechungsindexänderung im OASLM. Das Verfahren funktioniert analog zur holografischen Belichtung eines lichtempfindlichen Films. Das in den OASLM belichtete Hologramm rekonstruiert beim anschließenden Auslesen mit einer Lichtquelle im Einfallsbrennpunkt die Lichtquelle im Ausfallsbrennpunkt.
Alternativ oder zusätzlich zur (ggf. virtuellen) Positionsveränderung der Pupille kann auch eine Bewegung, wie z. B. Kippen oder Drehen, des reflektierenden optischen Systems oder einzelner seiner Teile erfolgen, um eine Positionierung des Ausfallsbrennpunktes auf der Augenposition des Betrachters und eine Positionierung des Einfallsbrennpunktes auf der Pupille zu erhalten. Die Bewegung kann ebenfalls nur virtuell, z. B. durch weitere steuerbare reflektierende Elemente, erzeugt werden.
Auch in dem Fall, in dem sich der Betrachter senkrecht in Richtung zum reflektierenden optischen System hin oder davon weg bewegt, ist es denkbar, dass die Position des Einfallsbrennpunktes so gesteuert wird, dass die kurze Halbachse auf der optischen Achse des reflektierenden optischen Systems liegt und die Position der Pupille mindestens virtuell mittels optischer Hilfsmittel der Position des Einfallsbrennpunktes angepasst wird. Darüber hinaus kann die Steuerung der Position des Einfallsbrennpunktes senkrecht zum reflektierenden optischen System eingesetzt werden, um dem Betrachter die holografisch rekonstruierte Szene zu vergrößern oder zu verkleinern.
In weiteren Ausführungen kann das Rekonstruktionsmittel z.B. ein System aus optischen Elementen umfassen.
Weiterhin ist es möglich, um sequentiell jeweils einen Sichtbarkeitsbereich für die Augen eines oder mehrerer Betrachter zu erzeugen, sequentiell die entsprechende diffraktive Struktur in den OASLM zu schreiben. Zur Darstellung einer farbigen holografischen Rekonstruktion werden die Teilrekonstruktionen in den Grundfarben sequentiell erzeugt und die den jeweiligen Wellenlängen entsprechenden diffraktiven Strukturen sequentiell in den OASLM geschrieben.
Durch die Erfindung wird also ein reflektierendes optisches System bereitgestellt, welches einerseits eine Korrektur von im System auftretenden Aberrationen ermöglicht und anderseits dem/den Betrachter(n) einer holografisch rekonstruierten Szene erlaubt, sich in einem gewissen Bereich zu bewegen, wobei ihm/ihnen der Sichtbarkeitsbereich auf Augenposition nachgeführt wird. Außerdem kann mit der Erfindung eine größere Rekonstruktion einer holografischen Szene als im Stand der Technik realisiert und die Anforderungen an die optischen Komponenten des Systems verringert werden. Die erfindungsgemäßen Lösungen haben vielfältige gewerbliche Anwendungsgebiete. So können sie im privaten wie kommerziellen Bereich, z. B. in der Unterhaltungsindustrie, Automobilindustrie, Medizin, etc., zur dreidimensionalen Darstellung von Szenen eingesetzt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Reflektierendes optisches System (10, 11) mit einem Reflektionselement (14, 15) zum Reflektieren von Rekonstruktionslichtwellen, einem Einfallsbrennpunkt (28), von welchem her Rekonstruktionslichtwellen auf das Reflektionselement (14, 15) treffen, einem Ausfallsbrennpunkt (26), zu welchem hin sich die von dem Reflektionselement (14, 15) reflektierten Rekonstruktionslichtweilen ausbreiten, einem Ablenkeiement (12, 13) mit optisch steuerbaren
Ablenkungseigenschaften sowie einem Ablenksteuermittel zum optischen Steuern der Ablenkungseigenschaften des Ablenkelementes (12, 13) zum Steuern der Position mindestens des Ausfallsbrennpunktes (26).
2. Reflektierendes optisches System nach Anspruch 1 , wobei das Abienksteuermittel zum optischen Steuern der Ablenkungseigenschaften des Ablenkelementes (12, 13) zum Steuern der Position des Einfallsbrennpunktes (28) vorgesehen ist.
3. Reflektierendes optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Abienksteuermittel zum optischen Steuern der Ablenkungseigenschaften des Ablenkelementes (12, 13) zur Korrektur von Aberrationen vorgesehen ist.
4. Reflektierendes optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens das Reflektionselement (14, 15) die Wirkung einer im Wesentlichen elliptisch gewölbten Reflektionsfläche aufweist.
5. Reflektierendes optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Reflektionselement (14, 15) mindestens teilweise transparent ausgestaltet ist.
6. Reflektierendes optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Reflektionselement (15) in das Ablenkelement (13) integriert ist.
7. Reflektierendes optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ablenkelement (12, 13) eine optisch steuerbare diffraktive und/oder refraktive Struktur aufweist.
8. Reflektierendes optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ablenkelement (12, 13) als optisch adressierbarer, räumlicher Lichtmodulator ausgestaltet ist.
9. Reflektierendes optisches System nach Anspruch 8, wobei der optisch adressierbare räumliche Lichtmodulator (12, 13) umfasst eine mit einer transparenten Elektrode versehene erste Glasschicht (16,
17), eine durch optische Steuerung in ihrer Ausrichtung veränderbare LC (Liquid Crystal)-Moleküle aufweisende LC-Schicht (18, 19), eine photoempfindliche Halbleiterschicht (20, 21 ) sowie eine zweite Glasschicht (22, 23).
10. Reflektierendes optisches System nach Anspruch 9, wobei die photoempfindliche Halbleiterschicht (20) mindestens teilweise transparent ist.
1 1 . Reflektierendes optisches System nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Halbleiterschicht (20, 21) eine vom Ablenksteuermittel beeinflussbare Bandstruktur aufweist.
12. Reflektierendes optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei diθ Rekonstruktionslichtwellen, die vom Einfallsbrennpunkt (28) her auf das Reflektionselement (14, 15) treffen und von diesem reflektiert werden, vor dem Ausfallsbrennpunkt (26) eine Szene holografisch rekonstruieren.
13. Reflektierendes optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ablenksteuermittel zur Steuerung der Ablenkungseigenschaften des Ablenkelementes (12, 13) in dem Einfallsbrennpunkt (28) und dem Ausfallsbrennpunkt (26) abgewandter Richtung angeordnet ist.
14. Reflektierendes optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Ablenksteuermittel zwei miteinander interferierende kohärente Lichtquellen umfasst, die jeweils im Einfallsbrennpunkt (28) und im Ausfallsbrennpunkt (26) angeordnet sind und deren Interferenzmuster zum Steuern der Ablenkungseigenschaften des Ablenkelementes (12, 13) geeignet ist.
15. Reflektierendes optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das Ablenksteuermittel als elektronisch adressierbarer räumlicher Lichtmodulator zur Abbildung von Schreiblicht auf das Ablenkelement (12, 13) ausgestaltet ist.
16. Reflektierendes optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das Ablenksteuermittel als scannender und in der Intensität steuerbarer Laserstrahl zum Abrastern des Ablenkelementes (12, 13) ausgestaltet ist.
17. Reflektierendes optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das reflektierende optische System (10, 11 ) eine dichroitische Schicht umfasst und/oder das Reflektionselement (14, 15) dichroitische Eigenschaften aufweist und wobei Rekonstruktionslichtwellen und vom Ablenksteuermittel bereitgestelltes Schreiblicht unterschiedliche Wellenlängen aufweisen.
18. Reflektierendes optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das reflektierende optische System (10, 11) einen reflektiven Polarisationsfilter umfasst und/oder das Reflektionselement (14, 15) Eigenschaften eines Polarisationsfilters aufweist und wobei Rekonstruktionslichtwellen und vom Ablenksteuermittel bereitgestelltes Schreiblicht unterschiedliche Polarisationszustände aufweisen.
19. Reflektierendes optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ablenksteuermittel zum Steuern der Ablenkeigenschaften des Ablenkelementes (12, 13) Schreiblicht in einem für das menschliche Auge unsichtbaren Wellenlängenbereich bereitstellt.
20. Nachführsystem mit einem reflektierenden optischen System (1 O1 11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche sowie mit einer Pupille (30) zum Filtern von Rekonstruktionslichtwellen in Richtung des Reflektionselementes (14, 15) des reflektierenden optischen Systems (10, 11) und einem Augenpositionserkennungsmittel zum Erkennen der Position von Betrachteraugen, wobei das Ablenksteuermittel die Ablenkungseigenschaften des
Ablenkelementes (12, 13) zum Steuern der Position des Ausfallsbrennpunktes (26) auf die mittels des Augenpositionserkennungsmittels erkannte Position von Betrachteraugen steuert.
21. Nachführsystem nach Anspruch 20, umfassend ein Positionssteuermittel zum Steuern der Position der Pupille (30) oder eines identischen Abbildes der Pupille (30) auf den Einfallsbrennpunkt (28) des reflektierenden optischen Systems (10, 11).
22. Holografisches Projektionssystem zur Projektion einer holografischen Szene mit einem Nachführsystem nach Anspruch 20 oder 21 sowie mit
Rekonstruktionslichtquellenmitteln zur Erzeugung von Rekonstruktionslichtwellen und mindestens einem räumlichen Lichtmodulator (38) zum Modulieren der von den Rekonstruktionslichtquellenmitteln erzeugten Rekonstruktionslichtwellen und Aussenden modulierter Rekonstruktionslichtwellen in Richtung der in einer Fourier-Ebene des räumlichen Lichtmodulators (38) angeordneten Pupille (30).
23. Holografisches Projektionsverfahren zur Projektion holografisch rekonstruierter Szenen umfassend
Erzeugen modulierter Rekonstruktionslichtwellen,
Filtern der modulierten Rekonstruktionslichtwellen in Richtung eines reflektierenden optischen Systems (10, 11) mittels einer Pupille (30),
Reflektieren der gefilterten, modulierten Rekonstruktionslichtwellen an dem reflektierenden optischen System (10, 11 ) und Erzeugen einer holografischen Rekonstruktion einer Szene vor einem Ausfallsbrennpunkt (26) des reflektierenden optischen Systems (10, 11), Erfassen der Position von Betrachteraugen und
Steuern der Ablenkungseigenschaften eines Ablenkelementes (12, 13) des reflektierenden optischen Systems (10, 11 ) zur Steuerung des
Ausfallsbrennpunktes (26) des reflektierenden optischen Systems (10, 11 ) auf die mittels des Augenpositionserkennungsmittels erkannte Position von Betrachteraugen.
24. Holografisches Projektionsverfahren nach Anspruch 23, umfassend Positionieren der Pupille (30) an einem Einfallsbrennpunkt (28) des reflektierenden optischen Systems (10, 11 ).
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