WO2008128933A1 - Einrichtung zur erzeugung von holografischen rekonstruktionen mit lichtmodulatoren - Google Patents

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light
light source
filter
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Bo Kroll
Norbert Leister
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Seereal Technologies S.A.
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Definitions

  • the invention relates to a device for generating holographic reconstructions with light modulators, to which
  • At least one pixelated light modulator illuminated by at least one light source at least one pixelated light modulator illuminated by at least one light source
  • a focusing optical element array whose optical elements are each associated with a group of codable pixels of the light modulator and which the light sources in an image plane after the light modulator as
  • a control unit which is in communication with the light modulator and in which the holographic coding of the pixelized Kodier products the light modulator is calculated by means of programmable means include.
  • a pixelated light modulator is not necessarily understood to mean a modulator consisting of an arrangement of discretely controllable elements. It can also be a modulator with a continuous coding surface, which is formally divided into discrete elements by the information to be displayed.
  • optical elements are not necessarily understood to mean only conventional glass lenses, but in a broader sense may also be refractive or diffractive optical elements that perform the same function.
  • a reconstruction of a three-dimensional scene arises in a reconstruction space when the light modulator is illuminated with sufficiently coherent light. It arises but also unwanted periodic repetitions in the form of higher diffraction orders due to the discrete representation of the hologram in the light modulator. Depending on the coding of the hologram used, but also within a diffraction order, undesired regions may occur which must be filtered out.
  • One conventional method of eliminating spurious diffraction orders is the use of a filter unit, for example a 4f array, with which such diffraction orders can be filtered out.
  • the filter unit can be dimensioned so that it passes areas that are less than or equal to a diffraction order.
  • a holographic projection apparatus and a method for generating holographic reconstructions of scenes for one and two-dimensional encodable üchtmodulatoren are described, the light source, an optically focusing system, the respective associated light modulator, a projection system and between the light modulator and the projection system arranged filter aperture, which is located in the image plane of the light source image contains.
  • the optically focusing system is an illumination optic for the light modulator and an imaging optic for the light source, which images the light source into the image plane of the illumination optics, the Fourier transform of the light modulator also being produced in the image of the light source.
  • a control unit is provided, which is provided not only for the dynamic coding of the light modulator, but also for the tracking of the visibility range and thus also the holographic reconstruction according to the observer position.
  • a position detection system is present, which is connected to the control unit.
  • the coding of the light modulator is changed, wherein depending on the position of the viewer, the reconstruction of the three-dimensional scene in the horizontal, vertical and / or axial position horizontally and / or vertically shifted and / or rotated at an angle visible.
  • the direct view device with the twenty-inch display may include the light source, an optically focusing system, the respective associated light modulator, a projection system, and a filter shutter located between the light modulator and the projection system located in the image plane of the light source image.
  • the filter diaphragm has an aperture which only transmits the intended diffraction order of the Fourier transform of the light modulator.
  • the projection system images the aperture into another plane, which is also the observer plane. From the observer plane, in a visibility range corresponding to a diffraction order of the Fourier spectrum, the observer can see the holographic reconstruction.
  • the associated filter unit requires in addition to the filter panel at least two lenses, at least one of which is about as large as the Lichtmoduiator itself, which represents the display. This means, for example, in the case of the holographically encoded twenty-inch display, a large lens of at least forty centimeters in diameter.
  • lenses usually have a usable imaging quality only for a specific focal length to aperture ratio of significantly greater than one and the filtering takes place at the location of the image of the light source, in this case in the focal plane of the first lens, in this example a filter unit - first large lens, filter aperture, second large lens - needed, which has a depth extent of the order much larger than forty centimeters in front of the light modulator.
  • a filter unit - first large lens, filter aperture, second large lens - needed which has a depth extent of the order much larger than forty centimeters in front of the light modulator.
  • Another problem is that there are very small usable diffraction angles in display holography due to the currently usable pixel dimensions of typical light modulators, which in turn cause a small viewing window.
  • a method of display holography described in the publication US Pat. No. 3,633,989 provides that HPO holograms (horizontal parallex only holograms) are used in which hologram coding takes place in only one dimension.
  • HPO holograms horizontal parallex only holograms
  • normally calculated values for the one-dimensional hologram are written into each line of a light modulator independently of one another.
  • a gain for the diffraction angle can then be achieved by encoding hologram values, which are usually encoded in a plurality of adjacent pixels, in this case in sub-pixels of several lines.
  • the invention has for its object to provide a device for generating holographic reconstructions with light modulators, which is designed so that on the one hand a costly arrangement of at least the optical system avoided and the other part of the usable for the visibility range diffraction angle can be increased. It should be the Dimensions of the device in the axial direction are kept as low as possible.
  • a focusing optical element field arrangement whose optical elements are each assigned to a group of codable pixels of the light modulator and which image the light sources in an image plane downstream of the light modulator as light source images, and
  • the light modulator is provided with a filter aperture array provided with a plurality of apertures, which is located in the region of the image plane of the light source images and whose apertures are formed within the filter aperture array such that the apertures each pass a predetermined range of magnitude less than or equal to a diffraction order of the Fourier transform from the diffraction spectrum resulting from the holographic encoding of the light modulator.
  • a light source with a beam expansion optics can be arranged in front of the light modulator.
  • a dynamic shutter modulator can be provided between the beam expansion optics and the focusing optics element array.
  • a light source array arranged in front of the light modulator can be arranged with a multiplicity of light sources.
  • the device may have a light source field arrangement, a first optics element array arrangement as a beam expansion optics and a second optics element array arrangement with a plurality of spherical optical elements, for example in the form of spherical lenses as a screen for the viewer.
  • the light source or the first light source array is associated with a power supply device.
  • the light modulator coding control unit is part of a control system that includes a light source array control unit and / or a filter aperture array control unit and a current location location of the viewer.
  • the position detection unit can be connected to the two units at least by signal technology.
  • the two units may be in communication with a shifting device which shifts the formed light sources of the light source array and / or the filter diaphragms of the filter diaphragm array as movable components depending on signals from the position detection unit in their respective plane.
  • a shifting device which shifts the formed light sources of the light source array and / or the filter diaphragms of the filter diaphragm array as movable components depending on signals from the position detection unit in their respective plane.
  • the first and the second optical element array it is also possible for the first and the second optical element array to be designed to be displaceable.
  • the light source or filter diaphragm field arrangements can be designed both as static and as dynamic, adjustable by the control system optical components.
  • the pixelated coding surface of the light modulator can have, for example, square-shaped pixels.
  • the first optical element field arrangement represents an illumination optical system for the light modulator and an imaging optical system for the light source field array, which images the light source array into the Fourier plane of the light modulator where the images of the light source field arrangement coincide with the Fourier transforms of the irradiated pixels of the respective subarea of the light modulator, and wherein the filter array array passing the predetermined diffraction order is placed in the region of the focal plane.
  • the filter aperture array may comprise a grid of apertures each passing only the predetermined diffraction order of the Fourier transform or portions thereof.
  • the projecting second optical element field arrangement with the in particular two-dimensionally formed, spherical lenses forms the apertures of the filter aperture array in a second plane, which is also the observer plane, from.
  • the mutual arrangement of the optical elements and the filter diaphragms is chosen so that the images of all apertures in the observer plane coincide and form a viewer window.
  • the first optical element array may be a two-dimensional array of spherical lenses arranged after the point light sources of the light source array.
  • a single spherical lens of the first optical element array and a single spherical lens of the second optical element array may have a dimension in the range of typically about three to ten millimeters.
  • the size of the pinholes of the filter aperture array is dependent on the pixel pitch p of the light modulator and the focal length of the lenses of the first optical element array.
  • the filter aperture field arrangement can be designed as a S hutter modulator whose controllable openings are in the range of the dimensions of one or more pixels of the shutter modulator.
  • the program-technical means for coding the pixels of the light modulator in the control unit can be adapted to the structure of the device according to the invention.
  • the coding of the hologram values can take place in a plurality of horizontally or vertically adjacent pixels of one or more lines of the light modulator.
  • control system in particular in the associated control unit, it is possible to perform a holographic coding in only one dimension, wherein the values inscribed in a group of rows or columns of the light modulator are related to one another.
  • the first optical element array may represent a lenticular field array with cylindrical lenses illuminated by line light sources and associated with a slotted aperture filter diaphragm array.
  • a sufficiently coherent illumination of the light modulator then only has to be carried out in the range of the group of a few lines.
  • a dynamic shutter modulator to shift the position of the aperture.
  • the light source field arrangement can consist of a sequentially switchable arrangement of adjacent light sources, which in a certain time interval a particular vertical range can be illuminated, which is adjustable by the control system.
  • diverging lenses can be used, wherein the entirety of the diverging lenses can likewise be in the form of a diverging lens field arrangement and can be arranged directly downstream of the filter aperture field arrangement.
  • one-dimensional, slot-shaped or two-dimensional hole-like filter diaphragm field arrangements can be used.
  • the filter aperture field arrangement can be designed statically in the form of a shadow mask.
  • a dynamic filter diaphragm field arrangement can be provided via the signal-controlled displacement devices of the control system.
  • the filter aperture array can be a fast switching amplitude light modulator in which the variation of the transmission of individual pixels causes filtering, wherein the switched pixels, which then act as pinhole, approximately correspond to the size of the opening of the pinhole diaphragm of the static filter diaphragm array.
  • the light source array may, in concert with the dynamic filter aperture array, be a fast switching amplitude light modulator illuminated by a light source as a whole and in which the variation of the transmission of individual pixels causes a light beam transmission, the pixels then serving as beam aperture act, about the size of the diameter of the light sources of the static light source array have.
  • FIG. 1 is a schematic representation of the side view or top view of a device according to the invention for generating holographic reconstructions
  • 2 a section of the coding surface of a two-dimensionally codable pixelized light modulator with square pixels
  • FIG. 1 is a schematic representation of the side view or top view of a device according to the invention for generating holographic reconstructions
  • 2 a section of the coding surface of a two-dimensionally codable pixelized light modulator with square pixels
  • Fig. 3 is a schematic representation of the side view of a variant of the device according to the invention for generating holographic
  • FIG. 3a shows the arrangement of components essential to the invention
  • 3b show a section of the coding surface of a one-dimensional codable pixelated light modulator
  • FIGS. 1 and 3 a shows a schematic representation of the side view of a device according to the invention for generating holographic reconstructions with an adjustable filter diaphragm field arrangement and an adjustable light source field arrangement according to FIGS. 1 and 3 a and
  • Fig. 5 is a schematic representation of the side view of a device according to the invention for generating holographic reconstructions of Fig. 3a with a diverging lens array arrangement.
  • FIG. 6 shows a schematic structure of part of a 4f arrangement of the device according to the invention
  • FIG. 7 shows the phase representation of the phases of the two pixels of the macropixel on the phase unit circle according to FIG. 6, FIG.
  • FIG. 8 shows two amplitude-phase-position diagrams for a macropixel of two pixels according to FIGS. 6 and 7, wherein FIG
  • Fig. 8a shows the amplitude dependence on the position before filtering
  • Fig. 8b show the amplitude as a function of the position after filtering by the lenticular array.
  • 1 shows a schematic representation of a device 1 according to the invention for the holographic reconstruction of a three-dimensional scene 9 with a light modulator 2, which has a housing 3 in which at least
  • a light source array 4 having a plurality of light sources 41, at least one pixelated light modulator 2, which is the light source
  • Field arrangement 4 is arranged downstream,
  • the lenses 51 are each assigned to a group of codable pixels 21 of the light modulator 2 and the individual light sources 41 of the light sequencer array 4 in an image plane 6 after the light modulator 2 as light source images
  • a control unit 7 which is in communication with the light modulator 2 and in which the holographic coding of the pixelized Kodier Chemistry 22 of the Lichtmoduiators 2 is calculated by program means are located.
  • the light modulator 2 is associated with a filter aperture field arrangement 8 provided with a multiplicity of apertures in the form of apertured apertures 81, which is located in the region of the image plane 6 of the light source images 42 and whose apertured apertures 81 are formed within the filter aperture field arrangement 8 in such a way Perforated apertures 81 in each case pass a predetermined diffraction order or parts thereof out of the diffraction spectrum produced by the holographic coding of the light modulator 2.
  • a light source 11 with a beam expansion optics 12 and a second lens field arrangement 13 with a plurality of spherical lenses 131 can be present as screen for the viewer 14.
  • the light source 11 or independent of the light source 11 of the first light source array 4 is associated with a power supply device 15.
  • the control unit 7 for coding the light modulator 2 may be part of a control system 16, to which, according to FIG. 1, a unit 17 for controlling the light source array 4 and a unit 18 for controlling the filter diaphragm Field arrangement 8 and a position detection unit 19 may include the location of the viewer 14.
  • the position detection unit 19 is connected to the two units 17 and 18 at least by signal technology.
  • the two units 17 and 18 are connected to a displacement device 20, which is the movable components such as the light sources 41 of the light source array 4 and / or the filter aperture 81 of the filter aperture array 8 or the lenses 51 of the lens array 5 depending shifts to signals from the position detection unit 19 in its respective plane.
  • a displacement device 20 is the movable components such as the light sources 41 of the light source array 4 and / or the filter aperture 81 of the filter aperture array 8 or the lenses 51 of the lens array 5 depending shifts to signals from the position detection unit 19 in its respective plane.
  • FIG. 1 thus shows a filtering on a holographically coded light modulator 2, which is formed as part of the device 1 according to the invention and in which the light source array 4 in combination with the first lens array 5, the filter aperture array 8 and the second Lens array 13 are used.
  • FIG. 2 schematically shows the pixelated coding surface 22 of the light modulator 2, wherein the pixels 21 of square design here extend in the xy direction of the xyz coordinate system 10 indicated in FIG.
  • p is the center distance of two adjacent pixels 21
  • the coordinate z is the axial direction of extension of the device 1, associated optical components.
  • the first optical element array 5 represents an illumination optical system for the light modulator 2 and an imaging optical system for the light source array 4, which images the light source array 4 into the focal plane 6 given as a Fourier plane of the light modulator, the images of the light sources Field arrangement 4 coincide with the Fourier transform of the irradiated pixels of the respective subregion of the light modulator 2 and wherein the predetermined diffraction order passing filter aperture array 8 is placed in the region of the focal plane.
  • the filter diaphragm field arrangement 8 has a grid of apertures in the form of pinhole apertures 81, which in each case transmits only the intended diffraction order of the Fourier transform or parts thereof.
  • the projecting second lens array 13 having the two-dimensionally arranged spherical ones Lenses 131 form the pinhole apertures 81 into a second plane 61, which is also the observer plane, with the images of the individual apertured apertures 81 superimposed in a visibility region. From the observer plane 61, in the visibility region corresponding to a diffraction order of the Fourier spectrum, by a viewer 14, the holographic reconstruction 9 of the three-dimensional scene can be seen.
  • the first optics element Feidan extract 5 may be a two-dimensional arrangement with spherical lenses 51, which are arranged after the point light sources 41 of the light source array 4, wherein a two-dimensional filter aperture array 8 of pinhole apertures 81 and a second optical element array 13 is provided.
  • the device 1 represents in FIG. 1 a section through the rows or columns of the field arrangements 4, 5, 6, 13.
  • a single lens 51 of the first optical element array 5 and a single lens 131 of the second optical element array 13 may have a dimension in the range of typically three to ten millimeters.
  • the depth of the structure of the device 1 in the z-direction only increases to a moderate extent by the filtering with the field arrangements 4, 5, 6, 13 and remains well below the dimensions of the structure with the large lenses described in the prior art.
  • the filter aperture field arrangement 8 is a two-dimensional grid with small apertures - the apertured apertures 81 -.
  • the size of the apertures 81 depends on the pixel pitch p of the light modulator 2 shown in FIG. 2 and the focal length of the lenses 51 of the first optical field array 5, which determine the extent of a diffraction order in the Fourier plane.
  • a predetermined value may be in the range of 0.1 mm to 0.2 mm.
  • the filter diaphragm field arrangement 8 can also be designed as a shutter modifier with controllable openings whose dimensions are in the range of the dimensions of one or more pixels of the shutter modulator.
  • control unit 7, program center! for the holographic coding of the pixels 21 of the light modulator 2 can be matched to the structure of the device 1.
  • FIG. 3a is a schematic representation of the device 1 according to the invention for the production of holographic reconstructions 91 in a disarmed form compared to Fig. 1, which consists of a light source array 43, a first optical element field array 5, a light modulator 23 and a The light modulator 23 downstream Fiiterblenden array 8, which is located in the image plane 6 of the light source images 42 consists.
  • HPO horizontal parallax only holograms
  • holograms are used conventionally in display holography, in which hologram coding is performed in only one dimension, e.g. in the y-direction, as shown in Fig. 3, 3b, takes place.
  • values of amplitude and phase calculated independently of one another are normally written into each row of the light modulator 23.
  • one-dimensional holographic codes 24, 25, 26, 27 within the light modulator 23 only one-dimensional holographic reconstruction can take place. The e.g. Accordingly, the light wave diffracted at the one-dimensional HPO hologram of the light modulator 23 expands only in the horizontal direction in the visibility region of the plane 61.
  • the first optical element field arrangement 5 and / or second optical element field arrangement 13 in FIG. 1 may be a cylindrical lens lenticular field arrangement illuminated by line-shaped light sources 41 and associated with a filter aperture array 8 with slotted apertures 82 ,
  • FIG. 1 shows a top view of the device 1.
  • VPO (vertical parallax only) holograms are also conceivable in which everything is rotated by 90 degrees.
  • One possibility of the calculation in the control unit 7 for this purpose is, for example, a representation of a complex number by a plurality of phase values, wherein the calculation of a one-dimensional arrangement of complex hologram values in the horizontal direction, in the y-direction, the arrangement of the phase values to a respective complex number but in vertical superimposed pixels takes place.
  • a coherent illumination only in each case of the group 28 of a few lines 24, 25, 26, 27 is necessary. If, however, a group 28 of lines 24, 25, 26, 27 of a light modulator 23 is coherently illuminated, a path difference between the individual lines that varies in the vertical direction, in the x direction, arises, which leads to deviations from the expected reconstruction ,
  • the desired signal is transmitted in the image plane 6 as a coherent addition of a plurality of light modulator lines 24, 25, 26, 27 itself-not its Fourier transforms-or unwanted portions thereof are filtered out.
  • a viewer 14 in the visibility range of the plane 61 also move vertically and the viewer 14 can see the original reconstruction 91 and the reconstruction 92 displaced therefrom from different vertical positions.
  • light must come from the image plane 6 in the corresponding vertical position.
  • a diverging lens array 53 is provided adjacent to the image plane 6, which widens the angle at which the light propagates in the vertical direction.
  • a favorable alternative to setting the visibility area in the plane 61 to the observer 14 may be a dynamic shutter for shifting the position of the apertures 81 or 82 in the filter aperture array
  • Phase encoding each for a complete line a particular phase offset can be added - or with a movable light source array 4. This has the advantage that even a relatively slow switching
  • Light modulator 2 can be used.
  • the latter can also, as shown for example in FIG. 4, be a light source field arrangement 4 in which adjacent light sources 41 are switched on one after the other under the control of the unit 17 for controlling the light source field arrangement 43.
  • a certain vertical area, occupied by the directional symbol L can be scanned.
  • Fig. 4 also shows a possible shift, with the directional sign F occupies, the apertures 82 of the filter aperture array 8 in the image plane 6, wherein the filter aperture array 8 may also be formed as a dynamic light modulator.
  • Fig. 5 shows the said possibility of using additional diverging lenses 52 for increasing the visibility range usable by the viewer 14 in the plane 61, wherein the entirety of the mutually parallel diverging lenses 52 formed in the form of a diverging lens array 53 and the filter aperture array 8 immediately downstream can be.
  • the device 1 makes it possible to filter unwanted diffraction orders in combination with a light source field arrangement 4 for each individual area of a hologram illuminated sufficiently coherently by a light source 41.
  • This allows in particular the use of small compact filter units, which can also be mounted in front of a large holographic screen 13.
  • the use of one-dimensionally directed - preferably slot-shaped - or two-dimensional - preferably hole-like - filter diaphragm field arrangements 8 may be possible.
  • the filter aperture array 8 may be formed statically in the form of a shadow mask.
  • Another embodiment of the device 1, which allows tracking or a regular scanning of a specific visibility region of the plane 61 for the viewer 14, is the dynamic execution of the filter aperture array 8 via the signal-controllable displacement devices 20 of the control system 16.
  • the filter aperture array 8 may be, for example, a fast switching amplitude light modulator, in which the variation of the transmission of individual Pixel or pixel groups causes a filter.
  • the pixels or pixel groups which can then act as apertures in the form of pinhole apertures, then have approximately the size of the opening of the pinhole apertures 81. Since the individual filter units of the filter aperture field arrangement 8 are illuminated with light sources which are incoherent relative to one another, Field arrangement 8 no new diffraction structure.
  • the light source array 4, in coordination with the filter aperture array 8, can be a fast switching amplitude light modulator in which the variation of the transmission of individual pixels or groups of pixels causes a light transmission, the pixels or groups of pixels, which then act as a light transmission opening, approximately the size of the diameter of the light sources 41 of the static light source array have.
  • An advantageous application of the filter array described is to filter out an unwanted angle-dependent phase difference that is unavoidable when encoding complex hologram values in several adjacent pure phase pixels.
  • This unwanted phase difference arises in addition to the programmed-in desired phase difference in that the pixels belonging to a hologram value are arranged next to one another and not behind one another.
  • the optical element field arrangements 5 and 13 together with the filter aperture array 8 are interpreted as a 4f filter arrangement and a complex hologram value is coded by pure phase values in 2 adjacent pixels.
  • FIG. 6 shows in a longitudinal section a part of a 4f arrangement 31 with a light modulator 2, a first focusing optical element array 5 arranged downstream in this example, and a downstream second focusing optical element array 13, according to which as output 30 the filtered pixel information of the light modulator 2 is present, wherein the filter diaphragm field arrangement 8 with the apertures 81 is located between the two optical element field arrangements 5 and 13.
  • the first optical element array 5 has lenses focussing as optical elements 51
  • the second optical element array 13 also has focussing lenses as optical elements 131, wherein both optical element array arrangements can be designed as lenticular field arrangements.
  • two pixels 291, 292 each are provided as a group or macro-pixel 29, wherein the macro-pixel 29 has the size of the lenses 51.
  • the size of the lenses 51 is shown in FIG. 6 as an example with 60 .mu.m, the apertures 81 have a size of 10 .mu.m and the distances between the light modulator 2 and the filter aperture array 8 or the output 30 and the filter aperture array 8 amount each 1 mm. In particular, the dimensions are therefore given to indicate a relationship to the size ratios of the prior art direct view device.
  • Fig. 7 shows the coding of a complex hologram value by 2 pure phase values on the phase unit circle 293 with the axes Im (imaginary part) and Re (real part), the phase 2911 of the pixel 291 and the phase 2921 of the pixel 292 of the light modulator 2 according to a Parallelogram 295 are added to a resulting complex value 294 of the macropixel 29 having the desired of 1 different amplitude and the desired phase.
  • Fig. 8 shows the coding of a complex hologram value by 2 pure phase values on the phase unit circle 293 with the axes Im (imaginary part) and Re (real part), the phase 2911 of the pixel 291 and the phase 2921 of the pixel 292 of the light modulator 2 according to a Parallelogram 295 are added to a resulting complex value 294 of the macropixel 29 having the desired of 1 different amplitude and the desired phase.
  • Fig. 8 shows the coding of a complex hologram value by 2 pure phase values on the phase unit circle 293 with the
  • Pixels 291 and 1 exp -0,17i of the pixel 292 generated.
  • Phase pixels are equal and have the value "1"
  • the pixel phase 2911 of the pixel 291 is 2.17rad
  • the pixel phase 2921 of the pixel 292 is -0.17rad.
  • an oblique illumination would still result in an additional phase difference between the two pixels that depends on the illumination angle, because they are next to one another lie. This would corrupt the desired complex value, but is filtered out by the 4f filtering for each pixel group, so that the macropixet 32 at the output of the 4f system actually has the desired phase and amplitude value.
  • FIG. 8b shows the comparison between practical filtering in the 4f array 31 and calculated filtering before and after the filtering in the image plane 6, the values before the filtering being the coding of the pixels 291, 292 in the light modulator 2 and the values after the Filtering at the output 30 immediately after the optical element filter assembly 13, which may be a lenticular array, are represented by the position to coordinate largely parallel drawn lines with respect to the amplitude and phases.
  • the small deviations in FIG. 8b, both in the resulting amplitude distribution and in the resulting phase distribution between the filtered macropixel 29 and the ideal complex-valued macropixel 32, are largely negligible and show a substantial correspondence between the functioning of the device 1 according to the invention and FIG Calculations of the complex values using program-technical means.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung (1) zur Erzeugung von holografischen Rekonstruktionen mit Lichtmodulatoren, zu welcher mindestens ein von mindestens einer Lichtquelle (11) beleuchteter, pixelierter Lichtmodulator (2) sowie eine fokussierende Optikelement-Feldanordnung (5), die die Lichtquellen (11) in eine Bildebene (6) nach dem Lichtmodulator (2) abbildet, gehören. Zur Rekonstruktion soll nur eine Beugungsordnung des Fourierspektrums des Hologramms verwendet werden. Dabei soll einesteils eine kostenaufwändige und voluminöse Anordnung zumindest des optischen Systems vermieden und andernteils der für den Sichtbarkeitsbereich nutzbare Beugungswinkel nicht eingeschränkt werden. Die Lösung besteht darin, dass dem Lichtmodulator (2) eine mit einer Vielzahl von Blendenöffnungen (81) versehene Filterblenden-Feldanordnung (8) zugeordnet ist, die sich im Bereich der Bildebene (6) der Lichtquellenabbildungen befindet und deren Blendenöffnungen (81) derart ausgebildet sind, dass sie jeweils einen vorgegebenen Bereich von der Größe kleiner oder gleich einer Beugungsordnung der Fouriertransformierten aus dem durch die holografische Kodierung des Lichtmodulators (2) entstehenden Beugungsspektrum durchlassen.

Description

Einrichtung zur Erzeugung von holografischen Rekonstruktionen mit
Lichtmodulatoren
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erzeugung von holografischen Rekonstruktionen mit Lichtmodulatoren, zu welcher
- mindestens ein von mindestens einer Lichtquelle beleuchteter, pixelierter Lichtmodulator,
- eine fokussierende Optikelement-Feldanordnung, deren Optikelemente jeweils einer Gruppe von kodierbaren Pixeln des Lichtmodulators zugeordnet sind und die die Lichtquellen in einer Bildebene nach dem Lichtmodulator als
Lichtquellenabbildungen abbilden, und
- eine Steuereinheit, die mit dem Lichtmodulator in Verbindung steht und in der die holografische Kodierung der pixelierten Kodierfläche des Lichtmodulators mittels programmtechnischer Mittel berechnet wird, gehören.
Unter einem pixelierten Lichtmodulator wird im Rahmen dieser Erfindung nicht notwendig ein aus einer Anordnung von diskret steuerbaren Elementen bestehender Modulator verstanden. Es kann sich auch um einen Modulator mit kontinuierlicher Kodierfläche handeln, die durch die darzustellende Information formal in diskrete Elemente unterteilt wird.
Ebenso werden unter Optikelementen nicht notwendig nur herkömmliche Glaslinsen verstanden, sondern es kann sich im weiteren Sinne auch um refraktive oder diffraktive optische Elemente handeln, die die gleiche Funktion erfüllen.
Eine Einrichtung zur Erzeugung von holografischen Rekonstruktionen von Darstellungen, insbesondere von dreidimensionalen Szenen, ist in der Druckschrift WO 2006/119920 A1 beschrieben.
Werden Informationen zum Beispiel eines computergenerierten Hologramms auf dem pixelierten Lichtmodulator gespeichert, so entsteht in einem Rekonstruktionsraum eine Rekonstruktion einer dreidimensionalen Szene, wenn der Lichtmodulator mit hinreichend kohärentem Licht beleuchtet wird. Es entstehen aber auch unerwünschte periodische Wiederholungen in Form von höheren Beugungsordnungen aufgrund der diskreten Darstellung des Hologramms im Lichtmodulator. Es können je nach der verwendeten Kodierung des Hologramms aber auch innerhalb einer Beugungsordnung unerwünschte Bereiche auftreten, die herausgefiltert werden müssen.
Ein herkömmliches Verfahren, um störende Beugungsordnungen zu eliminieren, ist die Verwendung einer Filtereinheit, zum Beispiel einer 4f-Anordnung, mit der solche Beugungsordnungen herausgefiltert werden können. Die Filtereinheit kann dabei so dimensioniert sein, dass sie Bereiche durchlässt, die kleiner oder gleich einer Beugungsordnung sind.
Ein derartiges Verfahren wird beispielsweise in der Druckschrift DE 10 2005 023 743 A1 angewandt. In dieser Druckschrift sind eine holografische Projektionsvorrichtung und ein Verfahren zur Erzeugung von holografischen Rekonstruktionen von Szenen für ein- und zweidimensional kodierbare üchtmodulatoren beschrieben, die eine Lichtquelle, ein optisch fokussierendes System, den jeweils zugehörigen Lichtmodulator, ein Projektionssystem und eine zwischen dem Lichtmodulator und dem Projektionssystem angeordnete Filterblende, die sich in der Bildebene der Lichtquellenabbildung befindet, enthält. Das optisch fokussierende System stellt für den Lichtmodulator eine Beleuchtungsoptik und für die Lichtquelle eine Abbildungsoptik dar, die die Lichtquelle in die Bildebene der Beleuchtungsoptik abbildet, wobei im Bild der Lichtquelle zugleich die Fouriertransformierte des Lichtmodulators entsteht.
In der Projektionsvorrichtung ist eine Steuereinheit vorhanden, die nicht nur für die dynamische Kodierung des Lichtmodulators, sondern auch für die Nachführung des Sichtbarkeitsbereiches und somit auch der holografischen Rekonstruktion entsprechend der Betrachterposition vorgesehen ist. Dazu ist ein Positionserfassungssystem vorhanden, das mit der Steuereinheit verbunden ist. Dabei wird die Kodierung des Lichtmodulators verändert, wobei in Abhängigkeit von der Position des Betrachters die Rekonstruktion der dreidimensionalen Szene in horizontaler, vertikaler und/oder axialer Position horizontal und/oder vertikal verschoben und/oder im Winkel gedreht sichtbar ist. In einer dimensionierten Abwandlung der Größenverhältnisse zur genannten Projektionsvorrichtung in Form einer vergrößerten und betrachtergenehm angepassten Direktsichteinrichtung, z.B. mit einem Display mit einer Diagonale von zwanzig Zoll als Größe eines typischen Desktop-Monitors, erfolgt eine Filterung an dem Lichtmodulator, wobei eine einzelne Lichtquelle zur kohärenten Ausleuchtung des gesamten Lichtmodulators in Kombination mit einer Filtereinheit vorhanden ist. Zur Direktsichteinrichtung mit dem Zwanzig-Zoll-Display können die Lichtquelle, ein optisch fokussierendes System, der jeweils zugehörige Lichtmodulator, ein Projektionssystem und eine zwischen dem Lichtmodulator und dem Projektionssystem angeordnete Filterblende, die sich in der Bildebene der Lichtquellenabbildung befindet, gehören. Die Filterblende weist eine Blendenöffnung auf, die nur die vorgesehene eine Beugungsordnung der Fouriertransformierten des Lichtmodulators durchlässt. Das Projektionssystem bildet die Blendenöffnung in eine weitere Ebene, die zugleich die Betrachterebene ist, ab. Von der Betrachterebene kann in einem Sichtbarkeitsbereich, der einer Beugungsordnung des Fourierspektrums entspricht, der Betrachter die holografische Rekonstruktion sehen.
Die zugehörige Filtereinheit erfordert neben der Filterblende zumindest zwei Linsen, von denen mindestens eine ungefähr so groß wie der Lichtmoduiator selbst ist, der das Display darstellt. Das bedeutet beispielsweise für den Fall des holografisch kodierten Zwanzig-Zoll-Displays eine Großlinse von mindestens vierzig Zentimeter Durchmesser.
Da Linsen üblicherweise eine brauchbare Abbildungsqualität nur für ein bestimmtes Verhältnis von Brennweite zu Apertur von deutlich größer als Eins haben und die Filterung am Ort der Abbildung der Lichtquelle, in diesem Fall in der Brennebene der ersten Linse, stattfindet, wird in diesem Beispiel eine Filtereinheit - erste Großlinse, Filterblende, zweite Großlinse - benötigt, die eine Tiefenausdehnung von der Größenordnung wesentlich größer als vierzig Zentimeter vor dem Lichtmodulator hat. Bei der Direktsichteinrichtung mit einem Lichtmodulator als Bildschirm ist es, wenn es sich um ein großes Display - zum Beispiel zwanzig Zoll - handelt, sehr aufwändig, eine Großlinse von ungefähr der Größe des Bildschirms zu vorzusehen, wobei außerdem die Filtereinheit dann die genannte, sehr große Tiefenausdehnung hat.
Ein Problem besteht darin, dass damit der Aufbau einer holografischen Direktsichteinrichtung mit den dargestellten Dimensionen der optischen Komponenten in unerwünschter Weise sehr voluminös und schwer ausgebildet ist.
Ein weiteres Problem besteht darin, dass in der Displayholografie aufgrund der gegenwärtig nutzbaren Pixelabmessungen typischer Lichtmodulatoren sehr kleine nutzbare Beugungswinkel vorhanden sind, die wiederum ein kleines Betrachtungsfenster bedingen.
Ein in der Druckschrift US 3,633,989 beschriebenes Verfahren der Displayholografie sieht vor, dass HPO-Hologramme (engl, horizontal parallex only holograms) eingesetzt werden, bei denen eine Hologrammkodierung nur in einer Dimension erfolgt. Dabei werden normalerweise in jede Zeile eines Lichtmodulators unabhängig voneinander berechnete Werte für das eindimensionale Hologramm eingeschrieben. Ein Gewinn für den Beugungswinkel kann dann dadurch erzielt werden, dass Hologrammwerte, die gewöhnlich in mehreren nebeneinanderliegenden Pixeln kodiert werden, in diesem Fall in untereinanderliegenden Pixeln mehrerer Zeilen kodiert werden können.
Bei Verwendung von eindimensionalen holografischen Kodierungen innerhalb des Lichtmodulators kann nur eine eindimensionale holografische Rekonstruktion stattfinden. Die am eindimensionalen HPO-Hologramm des Lichtmodulators gebeugte Lichtwelle dehnt sich entsprechend in horizontaler Richtung in dem Sichtbarkeitsbereich aus.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Erzeugung holografischer Rekonstruktionen mit Lichtmodulatoren anzugeben, die derart geeignet ausgebildet ist, dass einesteils eine kostenaufwändige Anordnung zumindest des optischen Systems vermieden und andernteils der für den Sichtbarkeitsbereich nutzbare Beugungswinkel erhöht werden. Dabei sollen die Abmessungen der Einrichtung in axialer Richtung möglichst gering gehalten werden.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Zur Einrichtung zur Erzeugung von holografischen Rekonstruktionen mit Lichtmodulatoren gehören
- mindestens ein von mindestens einer Lichtquelle beleuchteter, pixelierter Lichtmodulator, - eine fokussierende Optikelement-Feldanordnung, deren Optikelemente jeweils einer Gruppe von kodierbaren Pixeln des Lichtmodulators zugeordnet sind und die die Lichtquellen in einer Bildebene nach dem Lichtmodulator als Lichtquellenabbildungen abbilden, und
- eine Steuereinheit, die mit dem Lichtmodulator in Verbindung steht und in der die holografische Kodierung der pixelierten Kodierfläche des Lichtmodulators mittels programmtechnischer Mittel berechnet wird, wobei gemäß dem Kennzeichenteil des Patentanspruchs 1 dem Lichtmoduiator eine mit einer Vielzahl von Blendenöffnungen versehene Filterblenden-Feldanordnung zugeordnet ist, die sich im Bereich der Bildebene der Lichtquellenabbildungen befindet und deren Blendenöffnungen derart innerhalb der Filterblenden-Feldanordnung ausgebildet sind, dass die Blendenöffnungen jeweils einen vorgegebenen Bereich von der Größe kleiner oder gleich einer Beugungsordnung der Fouriertransformierten aus dem durch die holografische Kodierung des Lichtmodulators entstehenden Beugungsspektrum durchlassen.
Zur Beleuchtung des Lichtmodulators kann vor dem Lichtmodulator eine Lichtquelle mit einer Strahlaufweitungsoptik angeordnet sein.
Dabei kann zwischen der Strahlaufweitungsoptik und der fokussierenden Optikelement-Feldanordnung ein dynamischer Shutter-Modulator vorgesehen sein.
Alternativ kann zur Beleuchtung des Lichtmodulators eine vor dem Lichtmodulator positionierte Lichtquellen-Feldanordnung mit einer Vielzahl von Lichtquellen angeordnet sein. Die Einrichtung kann eine Lichtquellen-Feldanordnung, eine erste Optikelement- Feldanordnung als Strahlaufweitungsoptik und eine zweite Optikelement- Feldanordnung mit mehreren sphärischen Optikelementen z.B. in Form sphärischer Linsen als Bildschirm für den Betrachter aufweisen.
Der Lichtquelle oder der ersten Lichtquellen-Feldanordnung ist eine Energieversorgungseinrichtung zugeordnet.
Die Steuereinheit zur Kodierung des Lichtmodulators ist ein Teil eines Steuersystems, zu dem eine Einheit zur Steuerung der Lichtquellen- Feldanordnung und/oder eine Einheit zur Steuerung der Filterblenden- Feldanordnung sowie eine Positionserfassungseinheit für den momentanen Standort des Betrachters gehören.
Die Positionserfassungseinheit kann mit den beiden Einheiten zumindest signaltechnisch verbunden sein.
Die beiden Einheiten können wahlweise mit einer Verschiebeeinrichtung in Verbindung stehen, die die ausgebildeten Lichtquellen der Lichtquellen- Feldanordnung und/oder die Filterblenden der Filterblenden-Feldanordnung als bewegbare Komponenten je nach Signalen aus der Positionserfassungseinheit in ihrer jeweiligen Ebene verschiebt. Es kann aber auch die die erste und die zweite Optikelement-Feldanordnung verschiebbar ausgebildet sein.
Die Lichtquellen- bzw. Filterblenden-Feldanordnungen können sowohl als statische als auch als dynamische, von dem Steuerungssystem einstellbare optische Komponenten ausgebildet sein.
Die pixelierte Kodierfläche des Lichtmodulators kann beispielsweise quadratisch ausgebildete Pixel aufweisen.
Die erste Optikelement-Feldanordnung stellt für den Lichtmodulator eine Beleuchtungsoptik und für die Lichtquellen-Feldanordnung eine Abbildungsoptik dar, die die Lichtquellen-Feldanordnung in die als Fourierebene des Lichtmodulators gegebene Brennebene abbildet, wobei die Bilder der Lichtquellen-Feldanordnung mit den Fouriertransformierten der durchstrahlten Pixel des jeweiligen Teilbereiches des Lichtmodulators zusammenfallen und wobei die die vorgegebene Beugungsordnung durchlassende Filterblenden-Feldanordnung im Bereich der Brennebene platziert ist.
Die Filterblenden-Feldanordnung kann ein Raster von Blendenöffnungen aufweisen, die jeweils nur die vorgegebene eine Beugungsordnung der Fouriertransformierten oder Teile davon durchlassen.
Die projizierende zweite Optikelement-Feldanordnung mit den insbesondere zweidimensional ausgebildeten, sphärischen Linsen bildet die Blendenöffnungen der Filterblenden-Feldanordnung in eine zweite Ebene, die zugleich die Betrachterebene ist, ab. Die gegenseitige Anordnung der Optikelemente und der Filterblenden ist dabei so gewählt, dass die Abbildungen aller Blendenöffnungen in der Betrachterebene zusammenfallen und ein Betrachterfenster bilden.
Die erste Optikelement-Feldanordnung kann eine zweidimensionale Anordnung mit sphärischen Linsen sein, die nach den Punktlichtquellen der Lichtquellen- Feldanordnung angeordnet sind.
Eine einzelne sphärische Linse der ersten Optikelement-Feldanordnung und eine einzelne sphärische Linse der zweiten Optikelement-Feldanordnung können eine Abmessung im Bereich von typischerweise etwa drei bis zehn Millimeter haben.
Die Größe der Lochblenden der Filterblenden-Feldanordnung ist von dem Pixel- Pitch p des Lichtmodulators und der Brennweite der Linsen der ersten Optikelement-Feldanordnung abhängig.
Die Filterblenden-Feldanordnung kann als ein S hutter- Modulator ausgebildet sein, dessen steuerbare Öffnungen im Bereich der Abmessungen eines oder mehrerer Pixel des Shutter-Modulators liegen. Die programmtechnischen Mittel für die Kodierung der Pixel des Lichtmodulators in der Steuereinheit können auf den Aufbau der erfindungsgemäßen Einrichtung abgestimmt sein.
Im Falle der Verwendung von HPO-Hologrammen kann die Kodierung der Hologrammwerte in mehreren horizontal oder vertikal nebeneinanderliegenden Pixeln einer oder mehrerer Zeilen des Lichtmodulators erfolgen.
In dem Steuersystem, insbesondere in der zugehörigen Steuereinheit, ist es möglich, eine holografische Kodierung nur in einer Dimension vorzunehmen, wobei die in eine Gruppe von Zeilen oder Spalten des Lichtmodulators eingeschriebenen Werte zueinander in Bezug stehen.
Dann kann die erste Optikelement-Feldanordnung eine Lentikular-Feldanordnung mit Zylinderlinsen darstellen, die von Linienlichtquellen beleuchtet wird und der eine Filterblenden-Feldanordnung mit schlitzförmigen Blenden zugeordnet ist.
Eine hinreichend kohärente Beleuchtung des Lichtmodulators muss dann nur jeweils im Bereich der Gruppe von wenigen Zeilen durchgeführt werden.
Zur Nachführung des Sichtbarkeitsbereiches für den Betrachter kann als Filterblenden-Feldanordnung ein dynamischer Shutter-Modulator zur Verschiebung der Position der Blenden eingesetzt sein.
Die Lichtquellen-Feldanordnung kann aus einer zeitlich nacheinander einschaltbaren Anordnung von angrenzenden Lichtquellen bestehen, womit in einem bestimmten Zeitintervall ein bestimmter vertikaler Bereich ausleuchtbar ist, was durch das Steuersystem einstellbar ist.
Zur Vergrößerung des vom Betrachter nutzbaren Sichtbarkeitsbereiches, insbesondere in vertikaler Richtung, können Zerstreuungslinsen eingesetzt sein, wobei die Gesamtheit der Zerstreuungslinsen ebenfalls in Form einer Zerstreuungslinsen-Feldanordnung ausgebildet und der Filterblenden- Feldanordnung unmittelbar nachgeordnet sein kann. Wahlweise können je nach verwendetem Aufbau und vorgesehener Kodierung des Lichtmodulators eindimensionale, schlitzförmige oder zweidimensionale lochartige Filterblenden-Feldanordnungen eingesetzt sein.
Die Filterblenden-Feldanordnung kann statisch in Form einer Lochmaske ausgebildet sein.
Zur Nachführung des Sichtbarkeitsbereiches oder zur regelmäßigen Abtastung eines bestimmten Sichtbereiches kann die Realisierung einer dynamischen Filterblenden-Feldanordnung über die signaltechnisch gesteuerten Verschiebe- einrichtungen des Steuersystems vorgesehen sein.
Die Filterblenden-Feldanordnung kann ein schnell schaltender Amplituden- Lichtmodulator sein, bei dem die Variation der Transmission einzelner Pixel eine Filterung bewirkt, wobei die aufgeschalteten Pixel, die dann als Lochblenden wirken, etwa der Größe der Öffnung der Lochblenden der statischen Filterblenden- Feldanordnung entsprechen.
Die Lichtquellen-Feldanordnung kann in Abstimmung mit der dynamischen Filterblenden-Feldanordnung ein schnell schaltender Amplituden-Lichtmodulator sein, der von einer Lichtquelle im Ganzen beleuchtet wird und bei dem die Variation der Transmission einzelner Pixel einen Lichtstrahlendurchlass bewirkt, wobei die Pixel, die dann als Strahldurchlassöffnung wirken, etwa die Größe des Durchmessers der Lichtquellen der statischen Lichtquellen-Feldanordnung haben.
Die Erfindung wird anhand mehrerer Ausführungsbeispiele mittels mehrerer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Seitenansicht oder Draufsicht einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Erzeugung von holografischen Rekonstruktionen, Fig. 2 einen Ausschnitt der Kodierfläche eines zweidimensional kodierbaren pixelierten Lichtmodulators mit quadratischen Pixeln,
Fig. 3 eine schematische Darstellung der Seitenansicht einer Variante der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Erzeugung von holografischen
Rekonstruktionen, wobei Fig. 3a die Anordnung von erfindungswesentlichen Komponenten der
Einrichtung und
Fig. 3b einen Ausschnitt der Kodierfläche eines eindimensional kodierbaren pixelierten Lichtmodulators zeigen,
Fig. 4 eine schematische Darstellung der Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Erzeugung von holografischen Rekonstruktionen mit einer verstellbaren Filterblenden-Feldanordnung und einer verstellbaren Lichtquellen-Feldanordnung nach Fig. 1 und Fig. 3a und
Fig. 5 eine schematische Darstellung der Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Erzeugung von holografischen Rekonstruktionen nach Fig. 3a mit einer Zerstreuungslinsen-Feldanordnung.
Fig. 6 einen schematischen Aufbau eines Teils einer 4f-Anordnung der erfindungsgemäßen Einrichtung,
Fig. 7 die Phasendarstellung der Phasen der beiden Pixel des Makropixels am Phasen-Einheitskreis nach den Fig. 6,
Fig. 8 zwei Amplituden-Phasen-Positions-Diagramme für ein Makropixel aus zwei Pixeln nach den Fig. 6 und 7, wobei
Fig. 8a die Amplituden-Abhängigkeit von der Position vor der Filterung und
Fig. 8b die Amplitude in Abhängigkeit von der Position nach der Filterung durch die Lentikular-Feldanordnung zeigen. In Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Einrichtung 1 zur holografischen Rekonstruktion einer dreidimensionalen Szene 9 mit einem Lichtmodulator 2 gezeigt, die ein Gehäuse 3 aufweist, in dem sich zumindest
- eine Lichtquellen-Feldanordnung 4 mit mehreren Lichtquellen 41 , - mindestens ein pixelierter Lichtmodulator 2, der der Lichtquellen-
Feldanordnung 4 nachgeordnet ist,
- eine fokussierende Linsen-Feldanordnung 5, deren Linsen 51 jeweils einer Gruppe von kodierbaren Pixeln 21 des Lichtmodulators 2 zugeordnet sind und die die einzelnen Lichtquellen 41 der Lichtqueilen-Feldanordnung 4 in einer Bildebene 6 nach dem Lichtmodulator 2 als Lichtquellenabbildungen
42 abbilden, und
- eine Steuereinheit 7, die mit dem Lichtmodulator 2 in Verbindung steht und in der die holografische Kodierung der pixelierten Kodierfläche 22 des Lichtmoduiators 2 mit programmtechnischen Mitteln berechnet wird, befinden.
Erfindungsgemäß ist dem Lichtmodulator 2 eine mit einer Vielzahl von Blendenöffnungen in Form von Lochblenden 81 versehene Filterblenden- Feldanordnung 8 zugeordnet, die sich im Bereich der Bildebene 6 der Lichtquellenabbildungen 42 befindet und deren Lochblenden 81 derart innerhalb der Filterblenden-Feldanordnung 8 ausgebildet sind, dass die Lochblenden 81 jeweils eine vorgegebene Beugungsordnung oder Teile davon aus dem durch die holografische Kodierung des Lichtmodulators 2 entstehenden Beugungsspektrum durchlassen.
In der erfindungsgemäßen Einrichtung 1 in Fig. 1 können des weiteren anstelle der Lichtquellen-Feldanordnung 4 eine Lichtquelle 11 mit einer Strahlaufweitungsoptik 12 sowie eine zweite Linsen-Feldanordnung 13 mit mehreren sphärischen Linsen 131 als Schirm für den Betrachter 14 vorhanden sein. Der Lichtquelle 11 oder in Unabhängigkeit von der Lichtquelle 11 der ersten Lichtquellen-Feldanordnung 4 ist eine Energieversorgungseinrichtung 15 zugeordnet. Die Steuereinheit 7 zur Kodierung des Lichtmodulators 2 kann ein Teil eines Steuersystems 16 sein, zu dem gemäß Fig. 1 noch eine Einheit 17 zur Steuerung der Lichtquellen- Feldanordnung 4 und eine Einheit 18 zur Steuerung der Filterblenden- Feldanordnung 8 sowie eine Positionserfassungseinheit 19 für den Standort des Betrachters 14 gehören können. Die Positionserfassungseinheit 19 ist mit den beiden Einheiten 17 und 18 zumindest signaltechnisch verbunden. Die beiden Einheiten 17 und 18 stehen mit einer Verschiebeeinrichtung 20 in Verbindung, die die bewegbaren Komponenten wie z.B. die Lichtquellen 41 der Lichtquellen- Feldanordnung 4 und/oder die Filterblenden 81 der Filterblenden-Feldanordnung 8 oder auch die Linsen 51 der Linsen-Feldanordnung 5 je nach Signalen aus der Positionserfassungseinheit 19 in ihrer jeweiligen Ebene verschiebt.
Die Fig. 1 zeigt somit eine Filterung an einem holografisch kodierten Lichtmodulator 2, der als Teil der erfindungsgemäßen Einrichtung 1 ausgebildet ist und in dem die Lichtquellen-Feldanordnung 4 in Kombination mit der ersten Linsen-Feldanordnung 5, der Filterblenden-Feldanordnung 8 sowie der zweiten Linsen-Feldanordnung 13 eingesetzt sind.
In Fig. 2 ist schematisch die pixelierte Kodierfläche 22 des Lichtmodulators 2 dargestellt, wobei sich die hier quadratisch ausgebildeten Pixel 21 in xy-Richtung des in Fig. 1 angegebenen xyz-Koordinatensystems 10 erstrecken. Dabei ist p der Mittenabstand zweier benachbarter Pixel 21 und die Koordinate z die axiale Erstreckungsrichtung der zur Einrichtung 1 angeordneten, zugehörigen optischen Komponenten.
In Fig. 1 stellt die erste Optikelement-Feldanordnung 5 für den Lichtmodulator 2 eine Beleuchtungsoptik und für die Lichtquellen-Feldanordnung 4 eine Abbildungsoptik dar, die die Lichtquellen-Feldanordnung 4 in die als Fourierebene des Lichtmodulators gegebene Brennebene 6 abbildet, wobei die Bilder der Lichtquellen-Feldanordnung 4 mit den Fouriertransformierten der durchstrahlten Pixel des jeweiligen Teilbereiches des Lichtmodulators 2 zusammenfallen und wobei die die vorgegebene Beugungsordnung durchlassende Filterblenden- Feldanordnung 8 im Bereich der Brennebene platziert ist. Die Filterblenden- Feldanordnung 8 weist ein Raster von Blendenöffnungen in Form von Lochblenden 81 auf, die jeweils nur die vorgesehene eine Beugungsordnung der Fouriertransformierten oder Teile davon durchlässt. Die projizierende zweite Linsen-Feldanordnung 13 mit den zweidimensional angeordneten, sphärischen Linsen 131 bildet die Lochblenden 81 in eine zweite Ebene 61 , die zugleich die Betrachterebene ist, ab, wobei sich die Bilder der einzelnen Lochblenden 81 in einem Sichtbarkeitsbereich überlagern. Von der Betrachterebene 61 kann in dem Sichtbarkeitsbereich, der einer Beugungsordnung des Fourierspektrums entspricht, durch einen Betrachter 14 die holografische Rekonstruktion 9 der dreidimensionalen Szene gesehen werden.
Die erste Optikelement-Feidanordnung 5 kann eine zweidimensionale Anordnung mit sphärischen Linsen 51 sein, die nach den Punktlichtquellen 41 der Lichtquellen-Feldanordnung 4 angeordnet sind, wobei auch eine zweidimensionale Filterblenden-Feldanordnung 8 von Lochblenden 81 und eine zweite Optikelement- Feldanordnung 13 vorgesehen ist. Die Einrichtung 1 stellt in Fig. 1 einen Schnitt durch die Zeilen oder Spalten der Feldanordnungen 4, 5, 6, 13 dar.
Eine einzelne Linse 51 der ersten Optikelement-Fefdanordnung 5 und eine einzelne Linse 131 der zweiten Optikelement-Feldanordnung 13 können beispielsweise eine Abmessung im Bereich von typischerweise drei bis zehn Millimeter haben.
Insgesamt erhöht sich durch die Filterung mit den Feldanordnungen 4, 5, 6, 13 die Tiefe des Aufbaus der Einrichtung 1 in z-Richtung nur in moderatem Maße und bleibt weit unter den Abmessungen des Aufbaus mit den im Stand der Technik beschriebenen Großlinsen.
Die Filterblenden-Feldanordnung 8 ist dabei ein zweidimensionales Raster mit kleinen Blendenöffnungen - den Lochblenden 81 -. Die Größe der Blendenöffnungen 81 ist abhängig von dem in Fig. 2 gezeigten Pixel-Pitch p des Lichtmodulators 2 und der Brennweite der Linsen 51 der ersten Optikefement - Feldanordnung 5, die die Ausdehnung einer Beugungsordnung in der Fourierebene bestimmen. Ein vorgegebener Wert kann im Bereich zwischen 0,1 mm bis 0,2 mm liegen. Die Filterblenden-Felclanordung 8 kann aber auch als ein Shutter-Moduiator mit steuerbaren Öffnungen ausgebildet sein, deren Ausdehnung im Bereich der Abmessungen eines oder mehrerer Pixel des Shutter-Modulators liegen.
Die in der Steuereinheit 7 vorhandenen, programmtechnischen Mitte! für die holografische Kodierung der Pixel 21 des Lichtmodulators 2 können auf den Aufbau der Einrichtung 1 abgestimmt sein.
In Fig. 3, 3a ist eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Einrichtung 1 zur Erzeugung von holografischen Rekonstruktionen 91 in abgerüsteter Form gegenüber Fig. 1 gezeigt, die aus einer Lichtquellen-Feldanordnung 43, aus einer ersten Optikelement -Feldanordnung 5, einem Lichtmodulator 23 und einer dem Lichtmodulator 23 nachgeordneten Fiiterblenden-Feldanordnung 8, die sich in der Bildebene 6 der Lichtquellenabbildungen 42 befindet, besteht.
Zur Reduzierung der für die Hologramme benötigten Rechenzeit werden in herkömmlicher Weise in der Displayholografie HPO-Hologramme (engl, horizontal parallax only holograms) eingesetzt, bei denen eine Hologrammkodierung nur in einer Dimension, z.B. in y-Richtung, wie in Fig. 3, 3b gezeigt ist, erfolgt. Dabei werden normalerweise in jede Zeile des Lichtmodulators 23 unabhängig voneinander berechnete Werte von Amplitude und Phase eingeschrieben. Bei Verwendung von eindimensionalen holografischen Kodierungen 24, 25, 26, 27 innerhalb des Lichtmodulators 23 kann nur eine eindimensionale holografische Rekonstruktion stattfinden. Die z.B. am eindimensionalen HPO-Hologramm des Lichtmodulators 23 gebeugte Lichtwelle dehnt sich entsprechend nur in horizontaler Richtung in dem Sichtbarkeitsbereich der Ebene 61 aus.
In diesem Fall können die erste Optikelement -Feldanordnung 5 und/oder zweite Optikelement -Feldanordnung 13 in Fig. 1 eine Lentikular-Feldanordnung mit Zylinderlinsen sein, die durch Nnienförmige Lichtquellen 41 beleuchtet wird und der eine Filterblenden-Feldanordnung 8 mit schlitzförmigen Blendenöffnungen 82 zugeordnet ist. Für HPO-Hologramme zeigt Fig.1 eine Draufsicht auf die Einrichtung 1. Generell sind aber auch VPO-(engl. vertical parallax only) Hologramme denkbar, bei denen alles um 90 Grad gedreht ist. Zur Vergrößerung des Beugungswinkels und damit des nutzbaren Sichtbarkeitsbereiches in der Ebene 61 kann es im Fall eines HPO-Hologramms z.B. möglich sein, zur Kodierung eines komplexen Hologrammwertes anstelle mehrerer Spalten eine Kombination aus mehreren Zeilen eines Hologramms zu verwenden.
Eine Möglichkeit der Berechnung in der Steuereinheit 7 hierzu ist zum Beispiel eine Repräsentation einer komplexen Zahl durch mehrere Phasenwerte, wobei die Berechnung einer eindimensionalen Anordnung komplexer Hologrammwerte in horizontaler Richtung, in y-Richtung, die Anordnung der Phasenwerte zu jeweils einer komplexen Zahl aber in vertikal übereinander liegenden Pixeln erfolgt. Dazu ist auch eine kohärente Beleuchtung nur jeweils der Gruppe 28 von wenigen Zeilen 24, 25, 26, 27 nötig. Wird aber eine Gruppe 28 von Zeilen 24, 25, 26, 27 eines Lichtmodulators 23 kohärent beleuchtet, so entsteht allerdings ein in vertikaler Richtung, in x-Richtung, unerwünschter winkelabhängig variierender Gangunterschied zwischen den einzelnen Zeilen, der zu Abweichungen von der erwarteten Rekonstruktion führt.
In der Fig. 3a erfolgt bei einer kohärenten Beleuchtung mehrerer Zeilen 24, 25, 26, 27 die Hologrammberechnung nur mit horizontaler Parallaxe, und die Filterung erfolgt mittels einer Filter-Feldanordnung 8 von schlitzförmigen Blendenöffnungen
82, je einer für jeweils eine Gruppe 28 kohärent beleuchteter Zeilen 24, 25, 26, 27.
Das eröffnet die Möglichkeit, Hologrammwerte, die bisher in horizontal nebeneinanderliegenden Pixeln kodiert waren, in vertikal untereinanderliegenden Pixeln zu kodieren.
Während bei Filtereinheiten vom Typ 4f-Anordnung gemäß Fig. 1 eine Anordnung von mindestens zwei nachgeordneten Optikelement-Feldanordnungen 5 und 13 benötigt wird, von denen die erste Optikelement-Feldanordnung 5 eine Fouriertransformation und die zweite Optikelement-Feldanordnung 13 eine Rücktransformation durchführt, ist bei diesem Ausführungsbeispiel der Einrichtung 1 , wobei wenige Lichtmodulator-Zeilen 24, 25, 26, 27 kohärent addiert werden, keine Rücktransformation nach der Bildebene 6, wie in den Fig. 3, 4, 5 gezeigt ist, nötig. Dabei werden die komplexen Werte von Amplitude und Phase auf dem Lichtmodulator 23 in den Fig. 3a, 4, 5 in der Steuereinheit 7 nur durch eine eindimensionale Fouriertransformation in horizontaler Richtung berechnet.
In der vertikalen Richtung wird in der Bildebene 6 das gewünschte Signal als kohärente Addition mehrerer Lichtmodulator-Zeilen 24, 25, 26, 27 selbst - nicht seine Fouriertransformierte - durchgelassen beziehungsweise unerwünschte Anteile davon herausgefiltert. Notwendig ist jedoch, dass, wie in Fig. 4 gezeigt ist, sich ein Betrachter 14 im Sichtbarkeitsbereich der Ebene 61 auch vertikal bewegen und der Betrachter 14 die ursprüngliche Rekonstruktion 91 bzw. die dazu verschobene Rekonstruktion 92 von verschiedenen vertikalen Positionen aus sehen kann. Dazu muss Licht von der Bildebene 6 in die entsprechende vertikale Position gelangen.
Dafür ist in Fig. 5 eine Zerstreuungslinsen-Feldanordnung 53 im Anschluss an die Bildebene 6 vorgesehen, die den Winkel aufweitet, unter dem sich das Licht in vertikaler Richtung ausbreitet.
Eine günstige Alternative zur Einstellung des Sichtbarkeitsbereiches in der Ebene 61 auf den Betrachter 14 kann jedoch ein dynamischer Shutter zur Verschiebung der Position der Blendenöffnungen 81 oder 82 in der Filterblenden-Feldanordnung
8 sein. Dies kann erfolgen in Kombination entweder mit einer Änderung der auf dem Lichtmodulator 2, 23 dargestellten Werte - zum Beispiel muss bei einer
Phasenkodierung jeweils für eine komplette Zeile ein bestimmter Phasenoffset addiert werden - oder mit einer bewegbaren Lichtquellen-Feldanordnung 4. Das hat den Vorteil, dass auch ein vergleichsweise langsam schaltender
Lichtmodulator 2 eingesetzt werden kann.
Letzteres kann auch, wie z.B. in Fig. 4 gezeigt, eine Lichtquellen-Feldanordnung 4 sein, bei der nebeneinanderliegende Lichtquellen 41 zeitlich nacheinander unter Steuerung der Einheit 17 zur Steuerung der Lichtquellen-Feldanordnung 43 eingeschaltet werden. Damit kann in einem bestimmten Zeitintervall ein bestimmter vertikaler Bereich, mit dem Richtungszeichen L belegt, abgetastet werden. Fig. 4 zeigt auch eine mögliche Verschiebung, mit dem Richtungszeichen F belegt, der Blendenöffnungen 82 der Filterblenden-Feldanordnung 8 in der Bildebene 6, wobei die Filterblenden-Feldanordnung 8 auch als ein dynamischer Lichtmodulator ausgebildet sein kann.
Fig. 5 zeigt die genannte Möglichkeit der Verwendung zusätzlicher Zerstreuungslinsen 52 zur Vergrößerung des vom Betrachter 14 nutzbaren Sichtbarkeitsbereiches in der Ebene 61 , wobei die Gesamtheit der parallel zueinander gerichteten Zerstreuungslinsen 52 in Form einer Zerstreuungslinsen- Feldanordnung 53 ausgebildet und der Filterblenden-Feldanordnung 8 unmittelbar nachgeordnet sein kann.
Die erfindungsgemäße Einrichtung 1 ermöglicht es, dass in Kombination mit einer Lichtquellen-Feldanordnung 4 für jeden einzelnen, von einer Lichtquelle 41 hinreichend kohärent beleuchteten Bereich eines Hologramms eine Filterung unerwünschter Beugungsordnungen vorgenommen werden kann. Dies ermöglicht insbesondere den Einsatz kleiner kompakter Filtereinheiten, die auch vor einem großen holografischen Schirm 13 angebracht werden können. Wahlweise je nach verwendetem Aufbau und vorgesehener Kodierung des Lichtmodulators 2, 23 kann der Einsatz eindimensional gerichteter - bevorzugt schlitzförmiger - oder zweidimensionaler - bevorzugt lochartiger - Filterblenden-Feldanordnungen 8 möglich sein.
Die Filterblenden-Feldanordnung 8 kann statisch in Form einer Lochmaske ausgebildet sein.
Eine andere Ausführungsform der Einrichtung 1 , die eine Nachführung oder eine regelmäßige Abtastung eines bestimmten Sichtbarkeitsbereiches der Ebene 61 für den Betrachter 14 erlaubt, ist die dynamische Ausführung der Filterblenden- Feldanordnung 8 über die signaltechnisch steuerbaren Verschiebeeinrichtungen 20 des Steuersystems 16.
Dann kann die Filterblenden-Feldanordnung 8 z.B. ein schnell schaltender Amplituden-Lichtmodulator sein, bei dem die Variation der Transmission einzelner Pixel bzw. Pixelgruppen eine Filterung bewirkt. Die Pixel bzw. Pixelgruppen, die dann als Blendenöffnungen in Form von Lochblenden wirken können, haben dann etwa die Größe der Öffnung der Lochblenden 81. Da die einzelnen Filtereinheiten der Filterblenden-Feldanordnung 8 mit relativ zueinander inkohärenten Lichtquellen beleuchtet werden, entsteht durch die Filterblenden-Feldanordnung 8 keine neue Beugungsstruktur.
Die Lichtquellen-Feldanordnung 4 kann in Abstimmung mit der Filterblenden- Feldanordnung 8 ein schnell schaltender Amplituden-Lichtmodulator sein, bei dem die Variation der Transmission einzelner Pixel bzw. Pixelgruppen einen Lichtdurchlass bewirkt, wobei die Pixel bzw. Pixelgruppen, die dann als Lichtdurchlassöffnung wirken, etwa die Größe des Durchmessers der Lichtquellen 41 der statischen Lichtquellen-Feldanordnung haben.
Eine vorteilhafte Anwendung des beschriebenen Filterarrays besteht darin, einen bei einer Kodierung komplexer Hologrammwerte in mehreren nebeneinander liegenden reinen Phasenpixeln nicht zu vermeidenden unerwünschten winkelabhängigen Phasenunterschied herauszufiltern. Dieser unerwünschte Phasenunterschied entsteht neben dem einprogrammierten erwünschten Phasenunterschied dadurch, dass die zu einem Hologrammwert gehörenden Pixel nebeneinander und nicht hintereinander angeordnet sind. Das wird an einem Ausführungsbeispiel erläutert, bei dem die Optikelement-Feldanordnungen 5 und 13 zusammen mit der Filterblenden-Feldanordnung 8 als eine 4f-Filteranordnung aufgefasst werden und ein komplexer Hologrammwert durch reine Phasenwerte in 2 nebeneinander liegenden Pixeln kodiert wird.
In Fig. 6 ist in einem Längsschnitt ein Teil einer 4f-Anordnung 31 mit einem Lichtmodulator 2, einer in diesem Beispiel nachgeordneten ersten fokussierenden Optikelement-Feldanordnung 5 und einer nachgeordneten zweiten fokussierenden Optikelement-Feldanordnung 13 dargestellt, nach der als Ausgang 30 die gefilterte Pixelinformation des Lichtmodulators 2 vorhanden ist, wobei sich zwischen den beiden Optikelement-Feldanordnungen 5 und 13 die Filterblenden-Feldanordnung 8 mit den Blendenöffnungen 81 befindet. Die erste Optikelement-Feldanordnung 5 weist als Optikelemente 51 fokussierende Linsen auf und die zweite Optikelement-Feldanordnung 13 besitzt als Optikelemente 131 ebenfalls fokussierende Linsen, wobei beide Optikelement- Feldanordnungen als Lentikular-Feldanordnungen ausgebildet sein können.
Zur Zweiphasen-Kodierung des komplexen Hologrammwertes sind jeweils zwei Pixel 291 , 292 als Gruppe oder Makropixel 29 vorgesehen, wobei das Makropixel 29 die Größe der Linsen 51 hat. Die Größe der Linsen 51 ist in Fig. 6 beispielhaft mit 60μm angegeben, die Blendenöffnungen 81 weisen eine Größe von 10 μm auf und die Abstände zwischen dem Lichtmodulator 2 und der Filterblenden- Feldanordnung 8 bzw. dem Ausgang 30 und der Filterblenden-Feldanordnung 8 betragen jeweils 1 mm. Die Dimensionierungen werden insbesondere deshalb angegeben, um einen Bezug zu den Größenverhältnissen der Direktsichteinrichtung des Standes der Technik aufzuzeigen.
Fig. 7 zeigt die Kodierung eines komplexen Hologrammwertes durch 2 reine Phasenwerte am Phasen-Einheitskreis 293 mit den Achsen Im (Imaginärteil) und Re (Realteil), wobei die Phase 2911 des Pixels 291 und die Phase 2921 des Pixels 292 des Lichtmodulators 2 gemäß einem Parallelogramm 295 zu einem resultierenden komplexen Wert 294 des Makropixels 29 addiert werden, der die gewünschte von 1 verschiedene Amplitude und die gewünschte Phase besitzt. Dies wird in Fig. 8 an einem Zahlenbeispiel illustriert.
Für einen komplexen Wert von 0,3 exp 1 ,1i eines ideal komplexwertigen Makropixels 32, wobei die Amplitude den Wert „0,3" und die Phase den Wert
1 ,1 rad haben, wird eine Zweiphasendarstellung in Fig. 8a angegeben. Dabei wird gemäß Fig. 7 der komplexe Wert aus den beiden kodierten Werten 1 exp 2,17i des
Pixels 291 und 1 exp -0,17i des Pixels 292 erzeugt. Die Amplituden beider
Phasenpixel sind gleich und haben den Wert „1 ", die Pixelphase 2911 des Pixels 291 beträgt 2,17rad und die Pixelphase 2921 des Pixels 292 beträgt -0,17rad.
Neben den dargestellten Phasenwerten der beiden Einzelpixel würde bei schräger Beleuchtung aber noch ein zusätzlicher, vom Beleuchtungswinkel abhängiger Phasenunterschied zwischen beiden Pixeln auftreten, weil sie nebeneinander liegen. Dieser würde den gewünschten komplexen Wert verfälschen, wird aber durch die 4f-Filterung für jede Pixelgruppe herausgefiltert, so dass das Makropixet 32 am Ausgang des 4f-Systems tatsächlich den gewünschten Phasen- und Amplitudenwert besitzt.
In der 8b wird der Vergleich zwischen praktischer Filterung in der 4f-Anordnung 31 und berechneter Filterung vor und nach der Filterung in der Bildebene 6 dargestellt, wobei die Werte vor der Filterung die Kodierung der Pixel 291 , 292 im Lichtmodulator 2 und die Werte nach der Filterung am Ausgang 30 unmittelbar nach der Optikelement-Filteranordnung 13, die eine Lentikular-Feldanordnung sein kann, durch die zur Positions-Koordinate weitgehend parallel eingezeichneten Geraden bezüglich der Amplitude und Phasen dargestellt werden. Die geringen Abweichungen in Fig. 8b sowohl in der resultierenden Amplituden-Verteilung als auch in der resultierenden Phasen-Verteilung zwischen dem gefilterten Makropixel 29 und dem idealen komplexwertigen Makropixel 32 sind weitgehend vemachlässigbar und zeigen eine weitgehende Übereinstimmung zwischen der Funktionsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung 1 und den Berechnungen der komplexen Werte mit eingesetzten programmtechnischen Mitteln.
Bezugszeichenliste
1 Einrichtung
2 Erster Lichtmodulator 21 Pixel 22 Kodierfläche
23 Zweiter Lichtmodulator
24 Erste Zeile
25 Zweite Zeile
26 Dritte Zeile 27 Vierte Zeile
28 Gruppe
29 Makropixel 291 Erstes Pixel 2911 Pixelphase 292 Zweites Pixel 2921 Pixelphase
293 Einheitskreis
294 Resultierende Phase
295 Phasenparallelogramm 3 Gehäuse
4 Erste Lichtquellen-Feldanordnung
41 Lichtquellen
42 Lichtquellenabbüdungen
43 Zweite Lichtquellen-Feldanordnung 5 Erste Optikelement-Feldanordnung
51 Linsen
52 Zerstreuungslinsen
53 Zerstreuungslinsen-Feldanordnung
6 Bildebene 61 Ebene des Sichtbarkeitsbereiches
7 Steuereinheit
8 Filterbienden-Feldanordnung
81 Erste Blendenöffnungen
82 Zweite Blendenöffnungen 9 Rekonstruktion
91 Rekonstruktion
92 Verschobene Rekonstruktion
93 Vergrößerte Rekonstruktion 10 xyz-Koordinatensystem
11 Lichtquelle
12 Strahlaufweitungsoptik
13 Zweite Optikelement-Feldanordnung 131 Linsen 14 Betrachter
15 Energieversorgungseinheit
16 Steuersystem
17 Einheit zur Steuerung der Lichtquellen-Feldanordnung
18 Einheit zur Steuerung der Filterblenden-Feldanordnung 19 Positionserfassungssystem
20 Verschiebeeinrichtungen
30 Ausgang
31 Teil einer 4f-Anordnung
32 Ideal komplexwertiges Makropixel
Im Imaginärteil
Re Realteil

Claims

Patentansprüche
1. Einrichtung (1) zur Erzeugung von holografischen Rekonstruktionen mit
Lichtmoduiatoren (2, 23), zu welcher - mindestens ein von mindestens einer Lichtquelle (11 , 41 ) beleuchteter, pixelierter Lichtmodulator (2, 23),
- eine fokussierende Optikelement-Feldanordnung (5), deren Optikelemente (51 ) jeweils einer Gruppe (28; 29) von kodierbaren Pixeln (21 ; 24, 25, 26, 27; 291 , 292) des Lichtmodulators (2, 23) zugeordnet sind und die die Lichtquellen (11 , 41 ) in einer Bildebene (6) nach dem Lichtmodulator (2,
23) als Lichtquellenabbildungen (42) abbilden, und
- eine Steuereinheit (7), die mit dem Lichtmodulator (2, 23) in Verbindung steht und in der die holografische Kodierung der pixelierten Kodierfläche (22) des Lichtmodulators (2, 23) mittels programmtechnischer Mittel berechnet wird, gehören, dadurch gekennzeichnet, dass dem Lichtmodulator (2, 23) eine mit einer Vielzahl von Blendenöffnungen (81 , 82) versehene Filterblenden-Feldanordnung (8) zugeordnet ist, die sich im Bereich der Bildebene (6) der Lichtquellenabbildungen (42) befindet und deren Blendenöffnungen (81 , 82) derart innerhalb der Filterblenden-Feldanordnung (8) ausgebildet sind, dass die Blendenöffnungen (81 , 82) jeweils einen vorgegebenen Bereich von der Größe kleiner oder gleich einer Beugungsordnung der Fouriertransformierten aus dem durch die holografische Kodierung des Lichtmodulators (2, 23) entstehenden Beugungsspektrum durchlassen.
2. Einrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zur Beleuchtung des Lichtmodulators (2, 23) vor dem Lichtmodulator (2, 23) eine Lichtquelle (11) mit einer Strahlaufweitungsoptik (12) und der fokussierenden Optikelement-Feldanordnung (5) angeordnet sind.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Strahlaufweitungsoptik (12) und der fokussierenden Optikelement-Feldanordnung (5) ein dynamischer Shutter-Modulator vorgesehen ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zur Beleuchtung des Lichtmodulators (2, 23) eine vor dem Lichtmodulator (2, 23) positionierte LichtqueNen-Feldanordnung (4) mit einer Vielzahl von Lichtquellen (41 ) angeordnet ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sie eine zweite der Filterblenden-Feldanordnung (8) nachgeordnete Optikelement- Feldanordnung (13) mit einer Vielzahl von sphärischen Optikelementen (131 ) als Schirm für den Betrachter (14) aufweist.
6. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtquelle (11 ) oder der ersten Lichtquellen-Feldanordnung (4) eine Energieversorgungseinrichtung (15) zugeordnet ist.
7. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die
Steuereinheit (7) zur Kodierung des Lichtmodulators (2, 23) ein Teil eines Steuersystems (16) ist, zu dem eine Einheit (17) zur Steuerung der Lichtquellen- Feldanordnung (4) und/oder eine Einheit (18) zur Steuerung der Filterblenden- Feldanordnung (8) und/oder die erste Optikelement-Feldanordnung (5) und/oder die zweite Optikelement-Feldanordnung (13) sowie eine
Positionserfassungseinheit (19) für den momentanen Standort des Betrachters (14) gehören.
8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionserfassungseinheit (19) mit den beiden Einheiten (17, 18) zumindest signaltechnisch verbunden ist.
9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Einheiten (17, 18) wahlweise mit einer Verschiebeeinrichtung (20) in Verbindung stehen, die die Lichtquellen (41) der Lichtquellen-Feldanordnung (4) und/oder die Filterblenden (81) der Filterblenden-Feldanordnung (8) und/oder die erste Optikelement-Feldanordnung (5) und /oder die zweite Optikelement- Feldanordnung (13) als bewegbare Komponenten je nach Signalen aus der Positionserfassungseinheit (19) in ihrer jeweiligen Ebene verschiebt.
10. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Feldanordnungen (4, 8) sowohl als statische als auch als dynamische, von dem Steuerungssystem (16) einstellbare optische Komponenten ausgebildet sind.
11. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Optikelement-Feldanordnung (5) für den Lichtmodulator (2, 23) eine Beleuchtungsoptik und für die Lichtquellen-Feldanordnung (4) eine Abbildungsoptik darstellt, die die Lichtquellen-Feldanordnung (4) in die als Fourierebene des Lichtmodulators (2, 23) gegebene Brennebene, die zugleich die Bildebene (6) ist, abbildet, wobei die Bilder der Lichtquellen-Feldanordnung (4) mit den Fouriertransformierten der durchstrahlten Pixel (21 ; 24, 25, 26, 27; 291 , 292) des jeweiligen Teilbereiches des Lichtmodulators (2,23) zusammenfallen und wobei die die vorgegebene Beugungsordnung oder Teile davon durchlassende Filterblenden-Feldanordnung (8) im Bereich der Bildebene (6) platziert ist.
12. Einrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Filterblenden-Feldanordnung (8) ein Raster von Blendenöffnungen (81 , 82), die wahlweise Lochblenden sind, aufweist, die jeweils nur die vorgegebene eine Beugungsordnung der Fouriertransformierten oder Teile davon durchlassen.
13. Einrichtung nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die projizierende zweite Optikelement-Feldanordnung (13) mit den zweidimensional angeordneten, sphärischen Optikelementen (131) die Blendenöffnungen (81 , 82) der Filterblenden-Feldanordnung (8) in eine dem Sichtbarkeitsbereich zugeordnete Ebene (61 ), die zugleich die Betrachterebene ist, abbildet, wobei die zugeordnete Anordnung der Optikelemente und Filterblenden derart gewählt ist, dass die Abbildungen aller Blendenöffnungen (81 , 82) in der Betrachterebene (61 ) zusammenfallen und ein Betrachterfenster bilden.
14. Einrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die erste Optikelement-Feldanordnung (5) eine zweidimensionale Anordnung mit sphärischen Linsen (51 ) ist, die nach den Punktlichtquellen (41 ) der ersten Lichtquellen-Feldanordnung (4) angeordnet sind.
15. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe der Lochbienden (81 , 82) der Filterblenden-Feldanordnung (8) von dem Pixelpitch <p) des Lichtmodulators (2) und der Brennweite der Linsen (51 ) der ersten Optikelement-Feldanordnung (5) abhängig ist.
16. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Fifterblenden-Feldanordnung (8) als ein Shutter-Modulator ausgebildet ist, dessen steuerbare Öffnungen im Bereich möglicher Abmessungen eines oder mehrerer Pixel des Shutter-Modulators oder einer Beugungsordnung oder Teilen davon liegen.
17. Einrichtung nach mindestens einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die programmtechnischen Mittel für die Kodierung der Pixel (21 , 29) des Lichtmodulators (2) in der Steuereinheit (7) auf den Aufbau der Einrichtung (1 ) abgestimmt sind.
18. Einrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Optikelement-Feldanordnung (5) eine Lentikular-Feldanordnung mit Zylinderlinsen darstellt, die von Linienlichtquellen beleuchtet wird und der eine Filterblenden-Feldanordnung (8) mit schlitzförmigen Blendenöffnungen (81 , 82) zugeordnet ist.
19. Einrichtung nach vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Steuersystem (16), insbesondere in der zugehörigen Steuereinheit (7) eine Hologrammkodierung nur in einer Dimension erfolgt, wobei die in eine Gruppe von Zeilen oder Spalten des Lichtmodulators (23) eingeschriebenen Werte zueinander in Bezug stehen.
20. Einrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass eine hinreichend kohärente Beleuchtung des Lichtmodulators (2, 23) nur jeweils im
Bereich der Gruppe (28, 29) von wenigen Zeilen (24, 25, 26, 27; 291 , 292) durchgeführt wird.
21. Einrichtung nach Anspruch 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass zur Nachführung des Sichtbarkeitsbereiches in der Ebene (61) für den Betrachter (14) als Filterblenden-Feldanordnung (8) ein dynamischer Shutter-Modulator zur Verschiebung der Position der Blenden (81 , 82) eingesetzt ist.
22. Einrichtung nach mindestens einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen-Feldanordnung (4) aus einer zeitlich nacheinander einschaltbaren Anordnung von angrenzenden Lichtquellen (41 ) besteht, womit in einem bestimmten Zeitintervail ein bestimmter vertikaler Bereich ausleuchtbar ist, was durch das Steuersystem (16) einstellbar ist.
23. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass zur Vergrößerung des vom Betrachter (14) in vertikaler Richtung nutzbaren Sichtbarkeitsbereiches in der Ebene (61) Zerstreuungslinsen (52) eingesetzt sind, wobei die Gesamtheit der parallel zueinander gerichteten Zerstreuungslinsen (52) ebenfalls in Form einer Zerstreuungslinsen-Feldanordnung (53) ausgebildet und der Filterblenden-Feldanordnung (8) unmittelbar nachgeordnet ist.
24. Einrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass wahlweise je nach verwendetem Aufbau und vorgesehener Kodierung des Lichtmodulators (2,
23) eindimensionale, schlitzförmige oder zweidimensionale, lochartige Filterblenden-Feldanordnungen (8) eingesetzt sind.
25. Einrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterblenden-Feldanordnung (8) statisch in Form einer Lochmaske ausgebildet ist.
26. Einrichtung nach mindestens einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zur Nachführung des Sichtbarkeitsbereiches in der Ebene (61 ) oder zur regelmäßigen Abtastung eines bestimmten Sichtbarkeitsbereiches in der Ebene (61) eine dynamische Filterblenden-Feldanordnung (8) über die signaltechnisch steuerbaren Verschiebeeinrichtungen (20) des Steuersystems (16) realisierbar ist.
27. Einrichtung nach mindestens einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterblenden-Feldanordnung (8) ein schnell schaltender Amplituden-Lichtmodulator ist, bei dem die Variation der Transmission einzelner Pixel eine Filterung bewirkt, wobei die aufgeschalteten Pixel, die dann als Blendenöffnungen (81 , 82) wirken, etwa der Größe der Öffnung der Blendenöffnungen (81 , 82) der statischen Filterblenden-Feldanordnung entsprechen.
28. Einrichtung nach Anspruch 1 und 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen-Feldanordnung (4) in Abstimmung mit der Filterblenden- Feldanordnung (8) ein schnell schaltender Amplituden-Lichtmodulator ist, der von einer Lichtquelle (11) im Ganzen beleuchtet wird und bei dem die Variation der Transmission einzelner Pixel einen Lichtstrahlendurchlass bewirkt, wobei die Pixel, die dann als Strahldurchlassöffnung wirken, etwa die Größe des Durchmessers der Lichtquellen (41) der statischen Lichtquellen-Feldanordnung haben.
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