BRPI0612442A2

BRPI0612442A2 - dispositivo de imagem e método para a reconstrução de cenas com hologramas de vìdeo

Info

Publication number: BRPI0612442A2
Application number: BRPI0612442-9A
Authority: BR
Inventors: Armin Schwerdtner
Original assignee: Seereal Technologies Gmbh
Priority date: 2005-05-13
Filing date: 2006-05-12
Publication date: 2010-11-23
Also published as: US9116505B2; EP1880252B1; JP5015913B2; JP2008541159A; US20150355597A1; WO2006119760A2; WO2006119760A3; KR101277370B1; CN101176043A; KR20080012972A; CN101176043B; DE502006001767D1; US20080198431A1; US9513599B2; CA2608290A1; EP1880252A2; ATE410719T1

Abstract

DISPOSITIVO DE IMAGEM E MéTODO PARA A RECONSTRUçãO DE CENAS COM HOLOGRAMAS DE VìDEO. compreendendo um modulador de luz (8), um sistema de imagem (3) com pelo menos dois meios de imagem (4, 5, 9) e um dispositivo de iluminação (1) com luz suficientemente coerente para a iluminação do holograma (2) codificado no modulador de luz (8). Os pelo menos dois meios de imagem (4, 5) são relativamente arranjados de tal forma que um primeiro meio de imagem (4) é providenciado para a imagem ampliada do modulador de luz (8) em um segundo meio de imagem (5). O segundo meio de imagem (5) é providenciado para projetar um plano (10) de um espectro espacial de freqúências do modulador de luz (8) em um plano de visualização (6) compreendendo pelo menos uma janela de visualização (15). A janela de visualização (6) corresponde a uma ordem de difração do espectro espacial de freqúências. Copolimeros de propileno-etileno e processo para a sua preparação. São providos copolFmeros estatísticos de propileno-etileno caracterizados por um teor de etileno na faixa de 4,5 a 7% em peso; Mw/Mn (via GPC) na faixa de 3,5 a 5,5; Mz/Mw (via GPC) menor que 4; ausência de regioinversão 2-1; e temperatura de fusão (Tm) (grau não nucleado) menor que 14300. Os ditos copolimeros exibem um balanço excelente de propriedades ópticas e de impacto que é retido mesmo após o fracionamento.

Description

"DISPOSITIVO DE PROJEÇÃO E MÉTODO PARA A RECONSTRUÇÃO DECENAS COM HOLOGRAMAS DE VÍDEO"

Campo Técnico

A presente invenção se refere a um dispositivo deprojeção para a reconstrução holográfica de cenas, o mencionado dispositivocompreendendo um modulador espacial de luz, um sistema de projeção com pelomenos dois meios de projeção e um sistema de iluminação com pelo menos umafonte de luz, para gerar luz suficientemente coerente para a iluminação de umholograma codificado no modulador de luz. Esta invenção adicionalmente serefere a um método para a reconstrução holográfica de cenas.

Fundamentos da Invenção

Displays 3D ou dispositivos de projeção 3D e métodosconhecidos normalmente se beneficiam do efeito estéreo, no qual a luz que geraa impressão estéreo é refletida no ou emitida a partir de um plano. No entanto, emholografia a luz que é emitida pelo holograma interfere nos pontos de objeto dacena, a partir da qual se propaga naturalmente. Representações holográficas sãosubstituições de objetos. Em contraste, quaisquer formas de representaçõesestereoscópicas de cenas não em movimento (paradas) ou cenas em movimentonão representam substituições de objetos. Elas simplesmente fornecem duasimagens planas, uma para o olho esquerdo e outra para o olho direito, onde asmencionadas imagens correspondem com a posição dos dois olhos. O efeitotridimensional é criado pela paralaxe nas duas figuras. Em uma representaçãoholográfica, os problemas conhecidos e relacionados com a estereoscopia, taiscomo cansaço, fadiga ocular e dor de cabeça, não ocorrem, porque geralmentenão existe diferença entre a visualização de uma cena real e uma cenareconstruída holograficamente.

Em holografia geralmente distingue-se entre métodosestáticos e dinâmicos. Em holografia estática, mídias fotográficas sãopredominantemente utilizadas para o armazenamento de informações. Istosignifica que um feixe de referência é sobreposto por um feixe de luz que carregaa informação do objeto, de tal forma a gravar um padrão de interferências namídia fotográfica. Esta informação estática de objeto é reconstruída com a ajudade um feixe similar ou idêntico ao feixe de referência. Entretanto, a indústria deentretenimento ou os fabricantes de equipamentos médicos e militares, porexemplo, têm se interessado há muito tempo por uma representação em temporeal de cenas em movimento utilizando holografia dinâmica, em função daspropriedades espaciais ideais de tais reconstruções. Na maioria dos casos, microdisplays do mesmo tipo utilizados em dispositivos de projeção são empregados.Micro displays podem ser, por exemplo, cristal líquido em painéis de silício(LCoS), painéis transmissivos LCD ou micro sistemas eletromecânicos (MEMS).

Em função da distância entre os centros dos pixels, o pixel pitch, ser pequenocomparado a outros displays, um ângulo de difração relativamente grande éobtido. A principal desvantagem dos conhecidos métodos holográficos dinâmicosque envolvem micro displays, entretanto, é que o tamanho das reconstruções ouo tamanho das cenas reconstruídas é significativamente limitado pelo tamanhodos micro displays. Micro displays e moduladores similares de luz têm o tamanhode poucas polegadas e, apesar do espaçamento relativamente pequeno, aindaassim o ângulo de difração é tão pequeno que a visualização de uma cena comambos os olhos é quase possível. Um espaçamento muito pequeno de apenas 5μιη, por exemplo, resulta em um ângulo de difração de aproximadamente 0,1 radem um comprimento de onda Λ de 500 nm (azul-verde). Em uma distância deobservação de 50 cm, uma dimensão lateral de 5 cm é obtida, que não permiteque a cena seja visualizada com ambos os olhos.

Para uma representação tridimensional de hologramasdinâmicos, tipicamente hologramas gerados em computador, dispositivos dereconstrução holográfica utilizam as vantagens de moduladores de luztransmissivos ou refletivos, tais como TFT, LCoS1 MEMS, DMD (dispositivosdigitais com micro espelhos), OASLM (moduladores espaciais de luz opticamenteendereçados), EASLM (moduladores espaciais de luz eletronicamenteendereçados) e FLCD (displays de cristal líquido ferroelétricos), etc. Taismoduladores de luz podem ser de desenho unidimensional ou bidimensional. Asrazões para a utilização de moduladores de luz refletivos são, o processo demanufatura econômica, um grande fator de preenchimento para alta eficiência deluz, curtos retardos de comutação e apenas pequena perda de luz causada porabsorção comparado com displays transmissivos. No entanto, as menoresdimensões espaciais devem ser consideradas.

O documento WO 03/060612 descreve um display LCrefletivo com uma resolução de aproximadamente 12 pm e uma refletância de até90% para a reconstrução de hologramas coloridos em tempo real. A reconstruçãoé executada utilizando a luz colimada de um ou de múltiplos LEDs através de umalente de campo. Com esta resolução, a visualização é somente possível em umaregião que tem aproximadamente 3 cm de largura a uma distância aproximada de1 m, o que é insuficiente para que a cena reconstruída possa ser visualizadasimultaneamente com ambos os olhos, isto é, de um modo tridimensional. Alémdisso, somente objetos relativamente pequenos podem ser reconstruídos emfunção das pequenas dimensões do display.

O documento WO 02/095503 descreve um dispositivo deprojeção holográfico 3D que utiliza um chip DMD para reconstrução dehologramas. No entanto, apesar da resolução relativamente alta, granderefletância e baixos retardos de comutação do modulador de luz, este dispositivotambém permite que cenas de pequeno tamanho sejam reconstruídas evisualizadas em uma região muito pequena pelas mesmas razões mencionadasem conjunto com o documento WO 03/060612. A razão para isso é novamente opequeno espaço de reconstrução, que é definido pelas dimensões do moduladorde luz e da região de visibilidade. Além do mais, chips DMD somente sãoparcialmente adequados para propósitos holográficos em razão de sua limitadacoerência.

O documento WO 00/75699 descreve um displayholográfico que reconstrói um holograma de vídeo com a ajuda de sub-hologramas. Este método é também conhecido como fragmentação. Sub-hologramas que são codificados em um modulador espacial de luz muito rápido eeletronicamente endereçável (EASLM) são projetados seqüencialmente em umplano intermediário. Este processo é executado em alta velocidade, de tal formaque um observador perceba as reconstruções de todos os sub-hologramas comoreconstrução única de um objeto 3D. Os sub-hologramas são arranjados em umaestrutura de matriz no plano intermediário por um sistema de projeção eiluminação especialmente desenhado, por exemplo incluindo um obturadorcontrolado em sincronismo com o EASLM que apenas permite que o sub-holograma correspondente seja transmitido, e que em particular bloqueia ordensde difração não utilizadas. Entretanto, as demandas feitas nas propriedadesdinâmicas do SLM utilizado para a reconstrução de sub-hologramas são altas, eum desenho plano não aparenta ser praticável.

As soluções acima mencionadas têm as seguintesprincipais desvantagens em comum. A extensão espacial da reconstrução élimitada pelo pequeno tamanho dos moduladores de luz utilizados para areconstrução de hologramas. O método de fragmentação descrito no documentoWO 00/75699 geralmente permite que cenas grandes sejam reconstruídas, masrequer o desenho de um dispositivo volumoso. Em função do grande número depixels utilizados, a carga computacional requerida para computar o holograma eas demandas feitas nas taxas de transferência de dados irão aumentarsubstancialmente, o que torna difícil obter reconstruções em tempo real. Aoutilizar o método seqüencial de fragmentação conhecido do documento WO00/75699, grandes demandas são feitas nas propriedades dinâmicas do SLMutilizado.

Descrição da Invenção

O objetivo da presente invenção é o de providenciar umdispositivo de projeção para a reconstrução holográfica de cenas bidimensionais etridimensionais, que eliminam as desvantagens acima mencionadas,apresentadas em soluções anteriores, e que reconstroem e renderizam cenasvisíveis de qualquer tamanho em um grande espaço de reconstrução, de tal formaque cenas em movimento possam ser reconstruídas de maneira simples,econômica e com alta qualidade utilizando um pequeno número de elementosópticos.

O objetivo é realizado em relação a aspectos dodispositivo de projeção da invenção pelos recursos da Reivindicação 1, e emrelação a aspectos do método pelos recursos da Reivindicação 18.

De acordo com a presente invenção, o objetivo érealizado por um dispositivo de projeção para a reconstrução holográfica decenas, compreendendo um modulador de luz, um sistema de projeção com pelomenos dois meios de projeção e um meio de iluminação com pelo menos umafonte de luz, com luz suficientemente coerente para iluminar um holograma que écodificado no modulador de luz, no qual pelos menos dois meios de projeção sãoarranjados um em relação ao outro de tal forma que um primeiro meio de projeçãoprojete o modulador de luz de um modo ampliado em um segundo meio deprojeção, e que o segundo meio de projeção projete um plano de um espectroespacial de freqüências do modulador de luz dentro de um plano de observação,que compreende pelo menos uma janela virtual de observação, e no qual a janelavirtual de observação corresponde com uma ordem de difração do espectroespacial de freqüências.

De acordo com a presente invenção, o dispositivo deprojeção compreende adicionalmente ao modulador de luz e ao dispositivo deiluminação para a emissão de luz suficientemente coerente, de um sistema deprojeção que compreende o primeiro e segundo meio de projeção. O moduladorde luz é um modulador espacial de luz de pequeno tamanho e será portantoreferenciado como micro SLM abaixo. O micro SLM é projetado de maneiraampliada pelo primeiro meio de projeção no segundo meio de projeção, com oque o espectro espacial de freqüências (espectro Fourier) do micro SLM éprojetado pelo segundo meio de projeção dentro da janela virtual de observação.A janela virtual de observação é conseqüentemente representada pela projeçãoda ordem de difração utilizada do plano Fourier do holograma. Para que oprimeiro meio de projeção seja capaz de projetar o micro SLM em sua totalidadeno segundo meio de projeção, todas as contribuições de uma ordem de difraçãodesejada devem ser cobertas pelo primeiro meio de projeção. Isto é obtidofocalizando a luz que é modulada pelo micro SLM no plano do primeiro meio deprojeção, no qual o espectro espacial de freqüências é criado. Para isto, o microSLM pode ser iluminado com uma onda, que converge atrás do micro SLM,olhando-se na direção da propagação da luz. Conseqüentemente, ambos o planoFourier do micro SLM e o primeiro meio de projeção estão posicionados no planodo espectro espacial de freqüências. Um espaço de reconstrução em formato detronco de cone é definido pelo segundo meio de projeção em combinação com ajanela de observação. Neste tronco de cone, uma cena reconstruída,preferencialmente uma cena reconstruída tridimensional, é apresentada a um oua múltiplos observadores. O espaço de reconstrução também continua para trásem qualquer extensão além do segundo meio de projeção. O observador podeportanto ver a cena reconstruída em um grande espaço de reconstrução atravésda janela de observação. Neste documento, o termo "luz suficientementecoerente" significa luz que é capaz de gerar interferências para a reconstrução deuma cena tridimensional.

Um dispositivo de projeção deste tipo e de acordo comesta invenção contém, portanto, apenas um pequeno número de elementosópticos utilizados para a reconstrução holográfica. Comparado com dispositivosópticos conhecidos, apenas pequenas demandas são feitas na qualidade doselementos ópticos. Isto garante o desenho de um dispositivo de projeçãoeconômico, simples e compacto com a utilização de moduladores de pequenotamanho, tais como os micro SLM previamente utilizados em outros dispositivosde projeção. O tamanho limitado do micro SLM também restringe o número depixels. Isto reduz consideravelmente o tempo necessário para computar oholograma, o que por sua vez permite a utilização de equipamentos decomputação comercialmente disponíveis.

Em uma modalidade preferida de execução da invenção,um filtro espacial de freqüências pode ser providenciado no plano no qual existe oespectro espacial de freqüências do modulador de luz.

Hologramas unidimensionais ou bidimensionais que sãocodificados em um micro SLM em pixels, nos quais os pixels são arranjados emum padrão regular, criam uma continuação periódica do espectro espacial defreqüências no plano Fourier. Para suprimir ou eliminar a periodicidade, um filtroespacial de freqüências, aqui em particular uma abertura, que apenas transmite aordem de difração utilizada, pode ser preferencialmente posicionada neste plano.

As ordens de difração individuais são tipicamente sobrepostas de tal forma, que aabertura corte informações ou deixe passar informações indesejadas. No entanto,as ordens individuais de difração podem ser separadas através de filtragempassa-baixas da informação mostrada no micro SLM de tal forma que ainformação não seja mais cortada pela abertura. A abertura pode ser generalizadacomo um filtro espacial de freqüências que filtra a ordem de difração desejada,que bloqueia erros de quantificação ou outros erros do micro SLM1 ou que modulao campo de ondas de outra maneira apropriada, por exemplo, para compensaraberrações do dispositivo de projeção. Isto é feito por exemplo, de modo que ofiltro espacial de freqüências incorpore a função de uma lente asférica.

Outra vantagem é que a redução do espectro espacial defreqüências a uma ordem de difração, e a projeção desta ordem de difração e daabertura como uma janela de observação, previne qualquer interferência cruzada,que ocorreria tipicamente em reconstruções utilizando moduladores de luz comuma estrutura de matriz. Isto permite atender o olho esquerdo e o olho direito deum observador, um após o outro em um processo multiplexado, seminterferências cruzadas. Além disso, um processo de multiplexação com o objetivode atender múltiplas pessoas, somente então se torna possível.

Com moduladores de luz que não apresentam umaestrutura regular de pixels, isto é, que não provocam amostragem, o plano Fouriertambém não mostra periodicidade. Uma abertura se torna, portanto, supérflua.Moduladores de luz deste tipo são, por exemplo, OASLM.

Uma outra modalidade preferida de execução para ageração do espectro espacial de freqüências compreende um terceiro meio deprojeção, posicionado próximo do moduladorde luz.

O terceiro meio de projeção gera em seu plano focai nolado de imagem o espectro espacial de freqüências como a transformação Fourierdo holograma codificado no micro SLM. A utilização de um terceiro meio deprojeção é particularmente preferível em conjunto com iluminação colimada, porque sem este meio de projeção a luz apenas alcançaria o primeiro meio deprojeção em um grande ângulo de difração. O terceiro meio de projeção pode sercolocado, por exemplo, na frente ou atrás do micro SLM. Conseqüentemente, oterceiro meio de projeção focaliza em seu plano focai no lado de imagem a luz ouonda emitida pelo micro SLM. Entretanto, também é possível que uma ondalevemente convergente seja emitida pelo micro SLM e que sua focalização sejareforçada com a utilização de um meio de projeção adicional. Entretanto, oterceiro meio de projeção não é necessário se uma onda convergente for utilizadapara iluminação, porque a onda de reconstrução incidente no micro SLM pode serpreferencialmente ajustada para que ela convirja no plano do primeiro meio deprojeção. De qualquer maneira, um plano focai é sempre criado, que representa oplano Fourier do micro SLM, no qual também o primeiro meio de projeção estálocalizado.

Para tornar as janelas de observação disponíveis paraobservador(es) em uma ampla região, um sistema de detecção de posição podeser utilizado para detectar a posição dos olhos de pelo menos um observadordurante a visualização da cena reconstruída.

O sistema de detecção de posição detecta a posição dosolhos ou a posição das pupilas do(s) observador(es) que estão visualizando acena reconstruída. A cena é codificada de acordo com a posição dos olhos de umobservador. Então, a janela de observação pode ser rastreada de acordo com anova posição dos olhos. Particularmente, representações fixas no espaço mascom mudanças realísticas de perspectiva, e representações com mudançasexageradas de perspectiva são possíveis. A última é definida como um tipo derepresentação na qual a mudança de ângulo e posição da cena é maior que amudança de ângulo e posição do observador.

Pelo menos um elemento de deflexão é providenciado nodispositivo display para rastrear pelo menos uma janela de observação de acordocom a posição dos olhos do observador. Tais elementos de deflexão podem serelementos mecânicos, elétricos ou ópticos.

O elemento de deflexão pode ser, por exemplo,posicionado no plano do primeiro meio de projeção na forma de um elementoóptico controlável, que virtualmente desloca o espectro como um prisma. Noentanto, também é possível prover um elemento de deflexão próximo do segundomeio de projeção. Este elemento de deflexão tem então o efeito de um prisma e,opcionalmente o efeito de uma lente. Conseqüentemente, a janela de observaçãoé rastreada lateralmente e, opcionalmente, axialmente. Este arranjo do elementode deflexão próximo do segundo meio de projeção é particularmente preferível,porque o sistema de projeção inteiro da fonte de luz até o segundo meio deprojeção é então um sistema estático. Isto significa que a trajetória óptica até osegundo meio de projeção será sempre constante. Primeiro, isto minimiza asdemandas feitas nesta seção do sistema óptico, porque a pupila de entrada doprimeiro e do segundo meio de projeção pode ser mantida em um mínimo. Se omicro SLM ou sua imagem tiverem que ser deslocados para rastrear a janela deobservação, a pupila de entrada do primeiro e do segundo meio de projeçãosempre deve ser maior. Isto substancialmente reduz as demandas feitas nosegundo meio de projeção. Segundo, as propriedades da imagem desta seçãoestática do sistema óptico podem ser otimamente corrigidas. Terceiro, a imagemdo micro SLM não se move no segundo meio de projeção. Isto faz, por exemplo,que a posição da reconstrução de uma cena bidimensional no segundo meio deprojeção seja independente da posição do observador.

O objetivo é, além disso, realizado de acordo com estainvenção por um método para a reconstrução holográfica de cenas, no qual umsistema de projeção com pelo menos dois meios de projeção projeta luzsuficientemente coerente de um dispositivo de iluminação com pelo menos umafonte de luz em um plano de observação, no qual pelo menos uma fonte deiluminação ilumina um modulador de luz que é codificado com um holograma, noqual em um primeiro passo um espectro espacial de freqüências é gerado comouma transformação Fourier do holograma codificado em um plano de um primeiromeio de projeção, e no qual, em um segundo passo, o primeiro meio de projeçãoprojeta o modulador de luz dentro do plano de um segundo meio de projeção, noqual o segundo meio de projeção projeta o espectro espacial de freqüências apartir do plano do primeiro meio de projeção dentro de pelo menos uma janelavirtual de observação do plano de observação, com o que uma cena reconstruídaé apresentada a pelo menos um observador de um modo ampliado, em umespaço de reconstrução que se estende entre o segundo meio de projeção e ajanela virtual de observação, na qual o tamanho do espaço de reconstrução éexpandido em função da projeção ampliada do modulador de luz.

De acordo com esta invenção, para a reconstrução dacena utilizando uma iluminação coerente ou parcialmente coerente, em umprimeiro passo o espectro espacial de freqüências é criado como a transformaçãoFourier do holograma codificado no modulador de luz, aqui em um micro SLM1 noplano do primeiro meio de projeção. Em um segundo passo, a imagem do microSLM é então projetada pelo primeiro meio de projeção dentro de um plano nosegundo meio de projeção, com o que o micro SLM é ampliado. Depois daprojeção ampliada do micro SLM1 a imagem do espectro espacial de freqüênciasé projetada, em um terceiro passo, pelo segundo meio de projeção do plano doprimeiro meio de projeção dentro do plano de observação, com isto formandouma janela virtual de observação no plano de observação. O espaço dereconstrução, que se estende da janela de observação até o segundo meio deprojeção, e no qual a cena reconstruída é providenciada de forma ampliada a umou a múltiplos observadores, é também ampliado correspondentemente. Deve serobservado que o espaço de reconstrução não é limitado pelo segundo meio deprojeção e pela janela de observação, mas que ele continua para trás além dosegundo meio de projeção.

Com a ajuda do método de acordo com esta invenção,cenas bidimensionais e/ou tridimensionais podem ser representadas de umamaneira ampliada simultaneamente ou uma após a outra e com alta qualidade,em um espaço de reconstrução ampliado para visualização. Em representações2D/3D misturadas, o plano de representação 2D é preferencialmente posicionadodentro da cena tridimensional. Em uma representação somente 2D, o plano darepresentação 2D pode ser preferencialmente posicionado no segundo meio deprojeção. A imagem ampliada do micro SLM irá então aparecer neste plano,quando o micro SLM é codificado, como neste caso, com a imagembidimensional. A imagem bidimensional também pode ser movimentadapreferencialmente em direção ao ou se afastando do observador.

De acordo com uma modalidade preferida de execuçãodo método, aberrações do meio de projeção podem ter que ser levadas em contadurante a computação do holograma e compensadas pelo modulador de luz.

Aberrações resultam em descontinuidades no espectro defreqüências e nas imagens, as mencionadas descontinuidades afetandoadversamente a qualidade das reconstruções. Ao posicionar o primeiro meio deprojeção no plano Fourier do micro SLM graças à focalização, o primeiro meio deprojeção tem somente uma extensão lateral mínima para a projeção. Istoassegura que aberrações do primeiro meio de projeção sejam minimizadas. Alémdisso, deve ser assegurado que o primeiro meio de projeção projete o micro SLMem um modo ampliado, completamente e homogeneamente iluminado, nosegundo meio de projeção. Aberrações do segundo e, caso aplicável, de outrosmeios de projeção podem ser compensadas pelo micro SLM. Erros de fase queocorrem em conjunto com aberrações podem ser corrigidos facilmente por umdeslocamento adicional e correspondente de fase.

Além disso é possível que um filtro espacial defreqüências compense aberrações do meio de projeção utilizado no dispositivo deprojeção.

Modalidades de execução adicionais da invenção sãodefinidas por outras reivindicações dependentes. As modalidades de execução dapresente invenção serão explicadas em detalhes abaixo e ilustradas em conjuntocom os desenhos acompanhantes. O principio da invenção será explicado combase em uma reconstrução holográfica com luz monocromática. Entretanto, seráaparente aos experimentados no assunto, que esta invenção também poderá seraplicada a reconstruções holográficas coloridas, como indicado na descrição dasmodalidades de execução.

Breve Descrição dos Desenhos

A Figura 1 mostra o principio de funcionamento de umdispositivo de projeção para a reconstrução holográfica de cenas com um sistemade projeção de acordo com a invenção.

A Figura 2 mostra um detalhe do dispositivo de projeçãomostrado na Figura 1 durante o choque de uma onda oblíqua no modulador de luz.

A Figura 3 mostra um detalhe do dispositivo de projeçãomostrado na Figura 1 durante o choque de uma onda convergente no moduladorde luz.

A Figura 4 mostra outra modalidade de execução dodispositivo de projeção de acordo com esta invenção com um modulador refletivode luz e um elemento divisor de feixe.A Figura 5 mostra um elemento de deflexãocompreendido no dispositivo de projeção, o mencionado elemento sendo utilizadopara rastrear uma janela de observação.

A Figura 6 mostra uma outra possibilidade derastreamento da janela de observação no dispositivo de projeção.

A Figura 7 mostra outra modalidade de execução dodispositivo de projeção de acordo com esta invenção com um espelho côncavosendo o segundo meio de projeção.

A Figura 8 mostra o dispositivo de projeção mostrado naFigura 1 no qual um ponto único da cena reconstruída é visualizado.

Melhor Modo de Execução da Invenção

A Figura 1 mostra o principio de funcionamento dodispositivo de projeção de acordo com esta invenção, no qual um sistema deprojeção 3 projeta um dispositivo de iluminação 1, aqui uma fonte de luz de ponto,em um plano de observação 6. O sistema de projeção 3 compreende um primeiromeio de projeção 4 e um segundo meio de projeção 5. A fonte de luz 1 emite luzcoerente ou suficientemente coerente que é necessária para a reconstruçãoholográfica de uma cena. A fonte de luz 1 pode ser um Laser, LED(s) ou outrasfontes de luz, junto com as quais filtros coloridos também podem ser utilizados.

O principio de funcionamento do dispositivo de projeçãoserá agora descrito com referência à Figura 1. Uma onda emitida pela fonte de luz1 é convertida em uma onda plana 7 com a ajuda de uma lente colimadora L. Aonda 7, que vem da fonte de luz 1 e que é assumida como sendo plana após asua passagem através da lente colimadora L, atinge em um ângulo reto ummodulador espacial de luz transmissivo 8 com pixels regularmente arranjados,que representa um holograma dinâmico codificado 2, por exemplo, um CGH, noqual a frente de ondas da onda plana 7 é modulada em posições eqüidistantes nomodulador espacial de luz 8, de tal maneira a formar a frente de ondas desejada.

O modulador espacial de luz 8 é de pequeno tamanho e será portantoreferenciado como o micro SLM abaixo.

Um terceiro meio de projeção 9 é posicionado atrás domicro SLM 8, observando-se na direção da propagação da luz. O terceiro meio deprojeção 9, aqui uma lente, pode ser alternativamente posicionado em frente aomicro SLM 8 se um modulador de luz transmissivo for utilizado. Ele gera em seuplano focai 10 no lado de imagem um espectro espacial de freqüências como umatransformação Fourier da informação codificada no micro SLM 8 quando estásendo iluminado pela onda plana 7. O espectro espacial de freqüências tambémpode ser referenciado como espectro Fourier. Se o micro SLM 8 for iluminadocom ondas não planas convergentes ou divergentes, o plano focai 10 serádeslocado ao longo de um eixo óptico 11.

Se o micro SLM 8 for iluminado com uma onda plana e seo terceiro meio de projeção 9 foi omitido no dispositivo de projeção, apenas a luzcom um ângulo de difração correspondentemente grande pode alcançar osegundo meio de projeção 5.

O primeiro meio de projeção 4 é posicionado navizinhança imediata do plano focai 10 do terceiro meio de projeção 9. O primeiromeio de projeção 4 projeta o micro SLM de modo ampliado dentro de um plano12, que coincide com o segundo meio de projeção 5 ou é posicionado em suavizinhança imediata. Aqui, o segundo meio de projeção 5 é uma lente que é muitomaior que os outros meios de projeção 4 e 9, de tal forma que uma cena 13 tãoampla quanto possível seja reconstruída em um espaço de reconstrução 14 comformato de tronco de cone. Enquanto que o micro SLM 8 é projetado dentro doplano 12, seu espectro espacial de freqüências é ao mesmo tempo projetadodentro do plano de observação 6 pelo segundo meio de projeção 5. Uma janelavirtual de observação 15 é com isto gerada, que não existe fisicamente, e cujaextensão corresponde com a projeção de um período do espectro espacial defreqüências. O(s) observador(es) podem visualizar a cena reconstruída 13 atravésda janela de observação 15. A reconstrução da cena 13 é gerada em um espaçode reconstrução 14 com formato de tronco de cone, que se estende entre asextremidades da janela de observação 15 e do segundo meio de projeção 5. Oespaço de reconstrução 14 também pode continuar para trás em qualquerextensão além do segundo meio de projeção 5.

Em função do escaneamento eqüidistante de informaçõesno micro SLM 8, que representa uma matriz regular, este micro SLM 8 criadiversas ordens de difração com continuação periódica no plano focai 10 doterceiro meio de projeção 9. Esta continuação periódica exibe no plano focai 10um intervalo de periodicidade, cujo tamanho é recíproco ao espaçamento domicro SLM 8. O espaçamento corresponde à distância entre os pontos deescaneamento no micro SLM 8. O segundo meio de projeção 5 projeta adistribuição periódica no plano focai 10 dentro do plano de observação 6. Se umobservador ficar dentro de uma ordem de difração no plano de observação 6, eleverá com um olho uma cena reconstruída 13 imperturbada, mas poderá percebercom o outro olho ordens de difração mais altas e perturbadas ao mesmo tempo.

Para moduladores espaciais de luz que são organizadosem uma matriz e que têm uma baixa resolução, precisamente um espaçamentode pixels » λ (comprimento de onda de reconstrução), o ângulo de periodicidadepode ser expressado com aproximação adequada por (λ/espaçamento).

Assumindo um comprimento de onda λ de 500 nm e um espaçamento do microSLM 8 de 10 prn, um ângulo de difração de aproximadamente ± 1/20 rad seráalcançado. Se o terceiro meio de projeção 9 tiver uma distância focai de 20 mm,este ângulo corresponde com a extensão lateral do intervalo de periodicidade deaproximadamente 1 mm.

Para suprimir a periodicidade, uma abertura 16 éposicionada no plano focai 10 atrás do primeiro meio de projeção 4, amencionada abertura 16 apenas transmitindo um intervalo de periodicidade ouapenas a ordem de difração desejada. A abertura tem o efeito, neste caso, de umfiltro passa-baixas, passa-altas e passa-banda. A abertura 16 é projetada pelosegundo meio de projeção 5 dentro do plano de observação 6, no qual ela formaa janela de observação 15. O beneficio de uma abertura 16 no dispositivo deprojeção, é que interferências cruzadas de períodos seguintes para o outro olhoou olhos de um outro observador são prevenidas. Entretanto, uma condição paraisso é um espectro espacial de freqüências com largura de banda limitada nomicro SLM 8.

Moduladores espaciais de luz que não apresentamperiodicidade no plano focai 10, tais como moduladores de luz opticamenteendereçáveis (OASLM) não requerem a utilização de uma abertura 16.Moduladores espaciais de luz são freqüentementeorganizados em uma matriz. O espectro espacial de freqüências no plano focai 10será portanto periodicamente continuado. Entretanto, a cena tridimensional irátipicamente requerer que o holograma 2 seja codificado no micro SLM 8, cujoespectro espacial de freqüências é maior que o intervalo de periodicidade noplano focai 10. Isto resulta em uma sobreposição de ordens de difraçãoindividuais. A abertura 16 neste plano focai 10 cortaria, neste caso, uma partetransportadora de informações da ordem de difração utilizada por um lado, edeixaria passar ordens de difração mais altas por outro lado. Para que estesefeitos sejam suprimidos, a cena tridimensional pode ser limitada no espectroespacial de freqüências do plano focai 10 por filtragem precedente. A filtragemprecedente ou limitação de largura de banda já é considerada na computação doholograma 2. As ordens de difração com largura de banda limitada são com istoseparadas umas das outras. A abertura 16 no plano focai 10 então bloqueia asordens de difração mais altas, sem limitar as ordens de difração selecionadas.Isto previne que a informação para um olho interfira de forma cruzada no outroolho do observador ou de outros observadores.

A abertura 16 também pode ser estendida de tal maneiraa formar um filtro espacial de freqüências. O filtro espacial de freqüências é umelemento de modulação de valores complexos, que modifica a amplitude e/ou afase da onda incidente. O filtro espacial de freqüências também atende, portanto,outras funções além de separar as ordens de difração. Ele suprime, por exemplo,aberrações do terceiro meio de projeção 9.

Para que consiga rastrear a janela de observação 15 deacordo com o movimento dos olhos do(s) observador(es), o dispositivo deprojeção compreende um sistema de detecção de posição 17 que detecta aposição atual dos olhos do observador enquanto o(s) observador(es) observa(m)a cena reconstruída 13. Esta informação é utilizada para o rastreamento da janelade observação 15 utilizando meios adequados. A codificação do holograma 2 nomicro SLM 8 pode, portanto, ser adaptada para a posição atual dos olhos. A cenareconstruída 13 é com isto recodificada, de tal forma que ela apareçahorizontalmente e/ou verticalmente deslocada e/ou girada em um ângulo deacordo com a posição atual do observador. Em particular, representações fixas noespaço mas com mudanças realísticas de perspectiva e representações commudanças exageradas de perspectiva são possíveis. A última é definida como umtipo de representação na qual a mudança de ângulo e posição do objeto é maiorque a mudança de ângulo e posição do observador. O dispositivo de projeçãocompreende um elemento de deflexão (não mostrado na Figura 1), que émostrado com mais detalhes na Figura 5 para o rastreamento da janela deobservação 15 de acordo com a posição dos olhos.

No caso de uma baixa resolução do micro SLM 8, a janelade observação 15 não permite que o observador visualize a cena reconstruída 13simultaneamente com ambos os olhos. O outro olho do observador pode serendereçado seqüencialmente em uma outra janela de observação, ousimultaneamente utilizando uma segunda trajetória óptica. Se a resolução domicro SLM 8 for suficientemente alta, os hologramas para o olho direito e para oolho esquerdo podem ser codificados em 1 micro SLM1 utilizando métodos demultiplexação espacial.

Ao utilizar moduladores espaciais de luz unidimensionais,somente uma reconstrução unidimensional poderá acontecer. Se o moduladorespacial de luz unidimensional for orientado verticalmente, a reconstruçãotambém será somente vertical. Com estes hologramas verticalmente codificados,o espectro espacial de freqüências do modulador espacial de luz somente mostrauma continuação periódica na direção vertical no plano focai 10. A onda de luzdeixando o modulador espacial de luz unidimensional se propagacorrespondentemente na direção horizontal. Ao utilizar moduladores espaciais deluz unidimensionais, elementos ópticos adicionais de focalização, por exemplolentes cilíndricas, devem ser utilizadas para a focalização perpendicular emrelação à direção de reconstrução.

A Figura 2 mostra um detalhe do dispositivo de projeçãomostrado na Figura 1. Especificamente este detalhe mostra o micro SLM 8 comos meios de projeção 4 e 9 e a abertura 16. Ao invés de uma onda plana 7 queatinge o micro SLM 8 em um ângulo reto, como mostrado na Figura 1, uma frentede ondas de plano oblíquo 18 é utilizada nesta modalidade de execução. Isto trazbenefícios particulares se o método de codificação por desvio de fase for utilizadopara codificar o holograma 2. Durante a codificação por desvio de fase, isto é aoutilizar um holograma de amplitude pura, a onda oblíqua atinge pixels adjacentescom as fases requeridas. Por exemplo, se o ângulo de incidência é escolhidocorrespondentemente, as fases de cada terceiro pixel são idênticas (codificaçãoBurckhardt). Três pixels então codificam um valor complexo. Ao utilizar o métodode codificação por desvio de fase, todas as ordens de difração são bloqueadascom exceção da tipicamente 1a ou -1a ordem de difração utilizada.

Se for este o caso, o centro da ordem de difração zero noplano focai 10 é deslocado perpendicular ao eixo óptico 11, como indicado pelosraios marginais mostrados como linhas quebradas na Figura. O primeiro meio deprojeção 4 e a abertura 16 são arranjados de tal forma que a 1a ou -1a ordem dedifração seja transmitida, como indicado pelos raios marginais mostrados comolinhas sólidas.

A Figura 3 também mostra um detalhe do dispositivo deprojeção da Figura 1. Ao invés de uma onda plana que atinge o holograma em umângulo reto, uma onda convergente 19 é utilizada para a reconstrução. Comopode ser visto na Figura, o terceiro meio de projeção 9 pode ser omitido no casode iluminação convergente, se a onda convergente 19 for ajustada de tal formaque o primeiro meio de projeção 4 esteja posicionado no foco da ondaconvergente 19, e que o espectro espacial de freqüências do holograma 2codificado no micro SLM 8 seja criado no plano focai 10. Se a convergência daonda incidente mudar, o ponto de convergência se moverá ao longo do eixoóptico 11.

A Figura 4 mostra outra modalidade de execução dodispositivo de projeção de acordo com esta invenção, com um micro SLM 8refletivo e um elemento divisor de feixe 20. O elemento divisor de feixe 20 écolocado entre o terceiro meio de projeção 9 e o primeiro meio de projeção 4 eserve para guiar o feixe da onda plana incidente 7. O elemento divisor de feixe 20pode ser um cubo divisor simples ou dicróico, um espelho semipermeável ouqualquer outro meio de acoplamento de feixe.Por ser o micro SLM 8 nesta modalidade de execução ummicro SLM refletivo e por isso a luz trafega o dobro da distância por causa dareflexão, a codificação do holograma 2 deve ser adaptada correspondentemente.Injetar a onda de luz 7 através de um divisor de feixe dicróico é particularmenteútil, se as três cores primárias RGB (vermelho, verde, azul) da cena 13 sãoreconstruídas seqüencialmente. A cena é reconstruída como descrito comreferência à Figura 1. O beneficio particular da reconstrução seqüencial é que atrajetória óptica é sempre idêntica. Somente a codificação deve ser adaptada paraa reconstrução nos diferentes comprimentos de onda λ.

Esta modalidade de execução pode ser adicionalmentedesenvolvida de tal forma que canais separados sejam providenciados para cadauma das três cores primárias RGB, cada um dos mencionados canaiscompreendendo uma fonte de luz emitindo luz de uma cor primária, um microSLM 8, meios de projeção 4 e 9 e uma abertura 16 ou um filtro espacial defreqüências. Novamente, o terceiro meio de projeção 9 pode ser omitido se omicro SLM for iluminado utilizando ondas convergentes. Além disso, elementosdivisores de feixes podem ser utilizados para combinar os três canais. Para areconstrução colorida simultânea da cena 13, um elemento divisor de feixe podeser providenciado que é construído com 4 prismas individuais contíguos, entre osquais existem camadas dicróicas que exibem diferente transmitância e refletânciade acordo com o comprimento de onda. A luz dos três canais servindo as coresprimárias individuais é injetada através de três faces laterais, e a luz sobreposta éemitida através da quarta face lateral. A luz que é composta das três coresprimárias segue então para o segundo meio de projeção 5 para a reconstrução dacena colorida.

Arranjos paralelos dos três canais também são possíveis.O segundo meio de projeção 5 pode nele ser usado de modo comum para todosos três canais. Deste modo, a cena é reconstruída simultaneamente em todas astrês cores.

Além disso é possível prover canais separados para cadaum dos olhos do observador. Novamente, cada canal apresenta uma fonte de luzmonocromática de uma cor primária um micro SLM 8, meios de projeção 4 e 9 euma abertura 16. O segundo meio de projeção 5 pode ser novamente utilizado demodo comum para os dois canais. Os dois canais projetam suas janelas deobservação nos olhos do observador.

Além disso, é possível prover canais separados para cadaum dos olhos do observador, onde cada canal compreende três sub-canais paraas três cores primárias RGB.

Em todas as opções de reconstruções coloridas acimamencionadas, deve ser assegurado que as reconstruções nas três coresprimárias sejam totalmente congruentes.

As modalidades de execução acima mencionadastambém permitem que a janela de observação 15 seja rastreada de acordo com aposição do olho do observador, caso o observador se mova. A Figura 5 mostra oprincipio de funcionamento de um método para o rastreamento da janela deobservação 15. Para que seja possível rastrear a janela de observação 15 noplano de observação 6 como indicado por uma seta na Figura, os feixes de luzsão deflexionados por um elemento de deflexão 21, aqui representado por umespelho poligonal, atrás do plano focai 10. Deste modo a janela de observação 15é rastreada para o observador. Elementos de deflexão mecânicos, tais comoespelhos poligonais, espelhos galvanômetro e de prismas, ou elementos dedeflexão óptica, tais como grades controláveis ou outros elementos de difração,podem ser utilizados como elementos de deflexão 21.

A janela de observação 15 é particularmente epreferencialmente rastreada como mostrado na Figura 6. Aqui, o elemento dedeflexão 21 tem a função de um prisma controlável. O elemento de deflexão 21 écolocado próximo do meio de projeção 5 isto é, em frente ou atrás dele, olhando-se na direção da propagação da luz, ou ele forma uma parte integral do própriomeio de projeção 5. Este elemento de deflexão 21 exibe opcionalmente o efeitode uma lente, adicionalmente ao efeito de um prisma. Conseqüentemente, orastreamento lateral e opcionalmente axial da janela de observação 15 é obtido.

Um elemento de deflexão 21 deste tipo com função deprisma pode, por exemplo, ser fabricado embarcando elementos prismáticos quesão preenchidos com cristais líquidos birrefringentes em um substrato feito dematerial transparente, ou envolvendo estes elementos com um substrato queapresenta índice refrativo diferente daquele dos elementos prismáticos. O ângulocom o qual um feixe de luz é deflexionado por um destes elementos depende darazão dos índices refrativos do material do substrato e do cristal líquido. Aorientação dos cristais líquidos, e portanto o índice refrativo efetivo, é controladopor um campo elétrico ao qual estes elementos estão expostos. Deste modo oângulo de deflexão pode ser controlado, com o auxilio de um campo elétrico, comisto rastreando a janela de observação 15 de acordo com os movimentos doobservador.

Adicionalmente é possível deslocar a fonte de luz 1perpendicular em relação ao eixo óptico 1 para o rastreamento da janela deobservação 15. Para tanto, o primeiro meio de projeção 4 e a abertura 16 devemser deslocados de acordo com a nova posição do ponto focai no plano focai 10.Novamente, a ordem de difração zero do micro SLM 8 é então posicionada emtorno do ponto focai no plano focai 10.

A Figura 7 mostra outra modalidade de execução dodispositivo de projeção de acordo com esta invenção com um espelho côncavo22, ao invés da lente mostrada na Figura 1, como o segundo meio de projeção 5.A cena é reconstruída da mesma maneira como descrito em conjunto com aFigura 1. Entretanto, aqui o primeiro meio de projeção 4 não projeta o micro SLM8 dentro do plano 12, mas dentro do plano 23 no espelho côncavo 22 ou em suavizinhança imediata. Por ser a onda refletida pelo espelho côncavo 22, a janela deobservação 15 é formada de acordo com esta reflexão. Correspondentemente oespaço de reconstrução 14 no qual a cena reconstruída 13 pode ser visualizada,se estende entre a janela de observação 15 e o espelho côncavo 22. Como jámencionado acima, o espaço de reconstrução 14 também pode continuar paratrás em qualquer extensão além do espelho côncavo 22. Deste modo, umdispositivo de projeção mais compacto pode ser providenciado. Vantagensadicionais com a utilização de um espelho côncavo 22 são, em contraste comuma lente, que ele pode ser fabricado mais facilmente livre de aberrações, oprocesso de fabricação é mais simples e ele tem menor peso.É particularmente benéfico utilizar um espelho defocalização plano como o meio de projeção 5. Este meio de projeção 5 pode serum elemento óptico holográfico (HOE) ou um elemento óptico difrativo (DOE). Oelemento de projeção 5 exibe um padrão de fase que permite a onda dereconstrução convergir dentro da janela de observação 15 depois da reflexão. Omeio de projeção 5 na forma de um HOE ou DOE atende portanto a mesmafunção do espelho côncavo 22. As vantagens de um HOE ou DOE são que elestêm desenho plano e podem ser manufaturados de maneira econômica. Espelhosdeste tipo podem ser fabricados com a utilização de métodos conhecidos como,por exemplo, interferometria ou litografia, relevo, moldagem e subseqüente cura,extrusão ou de qualquer outra maneira. Eles consistem de material fotográfico ouresistivo, polímeros, metal, vidro ou outros substratos. Eles também podemapresentar camadas refletivas em um relevo.

A Figura 8 mostra o dispositivo de projeção da Figura 1com um ponto único reconstruído da cena 13. O meio de projeção 5 érelativamente grande comparado com os dois meios de projeção 4 e 9. Somentepequenas sessões dele devem ser livres de aberrações. Para facilitar oentendimento, apenas um ponto reconstruído 24 da cena 13 será analisado,enquanto que a cena inteira, naturalmente, compreende uma multiplicidade depontos. O ponto 24 é somente visível dentro da janela de observação 15. A janelade observação 15 é uma projeção da ordem de difração selecionada do plano 10,e serve como uma janela através do qual o observador pode visualizar a cenareconstruída 13. A codificação do holograma 2 com largura de banda limitada,para prevenir sobreposições de ordens de difração mais altas, já foi descritaacima. Esta codificação assegura que as ordens de difração não se sobreponhamno plano 10. O mesmo se aplica para a projeção no plano de observação 6. Cadaponto individual da cena reconstruída 13 é gerado somente por uma parte domicro SLM 8 no segundo meio de projeção 5. A projeção dos raios marginais dajanela de observação 15 através do ponto 24 no segundo meio de projeção 5claramente mostra uma pequena região no meio de projeção 5 que contribui paraa reconstrução deste ponto 14. Isto significa que para cada ponto individual dacena existe uma destas regiões limitadas no meio de projeção 5. Estas regiõessão pequenas em comparação com o grande segundo meio de projeção 5. Osrequerimentos de coerência portanto se referem somente a estas pequenasregiões, em particular conformidade com os requerimentos para distorções defrentes de ondas suficientemente pequenas « λ/10. A projeção deve ser apenasde qualidade altamente coerente nestas pequenas regiões, nas quais todos ospontos da cena 13 devem ser considerados. Não é portanto necessário que omeio de projeção 5 apresente uma frente de onda com distorção extremamentebaixa ao longo do elemento inteiro. Isto reduz as demandas feitas no segundomeio de projeção 5 principalmente na estabilidade da forma geométrica.

Além disso, o dispositivo de projeção não apenas utiliza avantagem do micro SLM 8 para a reconstrução de cenas 13 bidimensionais etridimensionais extremamente grandes, que são formadas no espaço dereconstrução 14 através da janela de observação 15, mas preferencialmente outiliza simultaneamente para correções nos meios de projeção óptica 4, 5 e 9. Emreconstruções holográficas devem ser utilizados meios de projeção livres deaberrações. Exemplos de correções de aberrações serão descritos abaixo.Aberrações do terceiro meio de projeção 9 se tornam aparentes como erros defase, em função dos quais a frente de ondas se desvia da frente de ondas ideal.Em um holograma sem informação codificada, no qual uma onda plana deixa omicro SLM 8, a onda de difração limitada deve ser focalizada no plano 10, no qualo primeiro meio de projeção 4 e um filtro espacial de freqüências 16 - tal comouma abertura para suprimir ordens de difração indesejadas e para a execução deoutras funções, tais como correção de aberrações - estão colocados.

Entretanto, aberrações fazem com que o acimamencionado foco seja borrado e com isto ocorrem distúrbios no espectro espacialde freqüências que adversamente afetam a qualidade da reconstrução. Esteserros de fase podem ser facilmente compensados com um deslocamentoadicional de fase. Outros meios para corrigir o terceiro meio de projeção 9 jáforam descritos em conjunto com a função do filtro espacial de freqüências.

A projeção ampliada do micro SLM 8 pelo primeiro meiode projeção 4 no segundo meio de projeção 9 é tipicamente predisposta aaberrações. Sistemas de ampliação óptica para o meio de projeção 4 são, porexemplo, sistemas de projeção óptica tais como os utilizados em televisores comretroprojeção que hoje se encontram comercialmente disponíveis. A definição deimagem é um dos principais critérios, de tal forma que aberrações esféricas, mastambém deformações e astigmatismo já são amplamente suprimidos nestessistemas ópticos. Enquanto que distorções residuais e curvaturas de campo naprojeção são toleráveis pelo usuário destes dispositivos, tais aberrações podemfazer com que as reconstruções sejam fortemente polarizadas se elas ocorreremno presente dispositivo de projeção holográfica. A distorção do primeiro meio deprojeção 4 significa um desvio lateral geométrico da projeção ampliada do microSLM 8 no meio de projeção 5. As ondas que deixam o segundo meio de projeção5 então não convergem na posição desejada do ponto do objeto reconstruído,mas são deslocadas.

Um principal erro óptico é a curvatura de campo durante aprojeção do micro SLM 8 no segundo meio de projeção 5. Curvatura de camposignifica principalmente que os valores de fase necessários são polarizados nomeio de projeção 5, o que se torna aparente na forma de uma distorçãotridimensional, isto é, lateral e axial. Ambos os efeitos, curvatura de campo edistorção, bem com deformação e astigmatismo, geralmente podem ser mantidossuficientemente pequenos com o desenho cuidadoso e com baixas tolerâncias nafabricação do primeiro meio de projeção 4; entretanto, isto requer grande esforçoe é dispendioso. A polarização de fase em função da curvatura de campo nodispositivo de projeção pode ser compensada preferencialmente pelo micro SLM8. Estes erros de fase podem ser compensados com um deslocamento adicionalde fase. Além disso, deformações e astigmatismos também podem ser reduzidoscom codificação adequada. A distorção pode, por exemplo, ser compensada coma seleção de outros pixels do micro SLM 8, isto é, codificando os valores deholograma em posições de pixels que foram determinadas levando-se emconsideração a extensão da distorção. De um modo semelhante, isto é, comodescrito para o primeiro meio de projeção 4, as aberrações do segundo meio deprojeção 5 são também compensadas com a ajuda do micro SLM 8. Os desviosdas ondas que deixam o segundo meio de projeção 5 devem ser tipicamentemenores que λ/10. Isto requer, novamente, enorme esforço. Utilizando aspossibilidades de correção acima mencionadas, aberrações com relação aosegundo meio de projeção 5 também podem ser corrigidas facilmente através decodificação apropriada.

Geralmente, todas e quaisquer aberrações dos meios deprojeção 4, 5 e 9 podem ser reduzidas ou compensadas com o auxilio do microSLM 8. As aberrações são determinadas de um modo adequado antes dareconstrução. Conseqüentemente, erros de fase computados podem sercompensados por um deslocamento adicional de fase do micro SLM 8.

O presente dispositivo de projeção torna possível autilização de moduladores espaciais de luz de pequeno tamanho para areconstrução e visualização de grandes cenas bidimensionais ou tridimensionais.O(s) observador(es) pode(m) portanto se mover livremente no plano deobservação 6 enquanto observa(m) uma cena reconstruída. Cenasbidimensionais e tridimensionais podem ser mostradas simultaneamente ou umaapós a outra. Além disso, o dispositivo de projeção consiste de elementos ópticoscomercialmente disponíveis, com demandas relativamente baixas com relação àprecisão de fabricação e à isenção de aberrações. Primeiro, os meios de projeção4 e 5 podem ser corrigidos pelo micro SLM 8 e, segundo, uma baixa distorção nafrente de ondas é somente necessária ao longo de pequenas regiões do grandemeio de projeção 5.

No caso especial de uma representação meramentebidimensional, como a utilizada nos televisores atuais, a imagem é projetada nomeio de projeção 5 ou em sua vizinhança imediata. O holograma 2 é computadode tal forma que uma cena bidimensional seja reconstruída no plano 12 ou 23 dosegundo meio de projeção 5. Adicionalmente, o observador que está observandoa cena pode deslocar um plano axialmente no qual a reconstrução da cenabidimensional é providenciada, com a recomputação do holograma 2. Istosignifica que a representação pode ser movimentada em direção do ou afastadado observador. Além disso, detalhes podem ser ampliados de tal forma que oobservador possa observá-los mais precisamente. Estas atividades podem seriniciadas pelo próprio observador, interativamente.Possíveis aplicações para o dispositivo de projeçãoholográfica incluem displays para apresentações bidimensionais e tridimensionaisem ambientes privados ou de trabalho, por exemplo displays de computador, telasde televisores, jogos eletrônicos, na indústria automotiva para a apresentação deinformações, na indústria de entretenimento, em engenharia médica, aqui emparticular em aplicações cirúrgicas minimamente invasivas ou representaçõesespaciais de informações tomograficamente estabelecidas, e em engenhariamilitar para a representação de perfis de superfícies. Aos experimentados noassunto, será aparente que o presente dispositivo de projeção também pode seraplicado em outras áreas não mencionadas acima.

Claims

1. DISPOSITIVO DE PROJEÇÃO PARA ARECONSTRUÇÃO DE CENAS COM HOLOGRAMAS DE VÍDEO, caracterizadopelo fato de compreender um modulador de luz (8), um sistema de projeção (3)com pelo menos dois meios de projeção (4, 5) e um meio de iluminação (1) compelo menos uma fonte de luz suficientemente coerente para a iluminação de umholograma (2) que é codificado no modulador de luz (8), no qual pelo menos doismeios de projeção (4, 5) estão arranjados um em relação ao outro de tal formaque um primeiro meio de projeção (4) projete um modulador de luz (8) de ummodo ampliado em um segundo meio de projeção (5) e que o segundo meio deprojeção (5) projete um plano (10) de um espectro espacial de freqüências domodulador de luz (8) dentro de um plano de observação (6), que compreendepelo menos uma janela de observação (15), no qual a janela de observação (15)corresponde com uma ordem de difração do espectro espacial de freqüências.

2. DISPOSITIVO DE PROJEÇÃO PARA ARECONSTRUÇÃO DE CENAS COM HOLOGRAMAS DE VÍDEO de acordo coma reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que primeiro meio de projeção (4)está posicionado atrás do modulador de luz (8), olhando-se na direção depropagação da luz, e o segundo meio de projeção (5) está posicionado entre oprimeiro meio de projeção (4) e o plano de observação (6).

3. DISPOSITIVO DE PROJEÇÃO PARA ARECONSTRUÇÃO DE CENAS COM HOLOGRAMAS DE VÍDEO de acordo coma reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um filtro espacial de freqüências(16) está posicionado no plano (10) que compreende o espectro espacial defreqüências do modulador de luz (8).

4. DISPOSITIVO DE PROJEÇÃO PARA ARECONSTRUÇÃO DE CENAS COM HOLOGRAMAS DE VÍDEO de acordo coma reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um terceiro meio de projeção (9),para a geração do espectro espacial de freqüências, está posicionado próximo domodulador de luz (8).

5. DISPOSITIVO DE PROJEÇÃO PARA ARECONSTRUÇÃO DE CENAS COM HOLOGRAMAS DE VÍDEO de acordo coma reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma cena bidimensional outridimensional reconstruída (13) é providenciada em um espaço de reconstrução(14), que se estende entre a janela virtual de observação (15) e o segundo meiode projeção (5).

6. DISPOSITIVO DE PROJEÇÃO PARA ARECONSTRUÇÃO DE CENAS COM HOLOGRAMAS DE VÍDEO de acordo comuma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o segundomeio de projeção (5) é uma lente ou um espelho.

7. DISPOSITIVO DE PROJEÇÃO PARA ARECONSTRUÇÃO DE CENAS COM HOLOGRAMAS DE VÍDEO de acordo coma reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender um sistema dedetecção de posição (17) para a detecção de mudanças na posição de um olhode pelo menos um observador que observa a cena reconstruída (13).

8. DISPOSITIVO DE PROJEÇÃO PARA ARECONSTRUÇÃO DE CENAS COM HOLOGRAMAS DE VÍDEO de acordo coma reivindicação 7, caracterizado pelo fato de compreender pelo menos umelemento de deflexão (21) para o rastreamento de pelo menos uma janela deobservação (15) de acordo com a posição de pelo menos um observador.

9. DISPOSITIVO DE PROJEÇÃO PARA ARECONSTRUÇÃO DE CENAS COM HOLOGRAMAS DE VÍDEO de acordo coma reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o elemento de deflexão (21) éprovidenciado para rastrear a janela virtual de observação (15) lateralmente aaxialmente.

10. DISPOSITIVO DE PROJEÇÃO PARA ARECONSTRUÇÃO DE CENAS COM HOLOGRAMAS DE VÍDEO de acordo coma reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o elemento de deflexão (21) estáposicionado próximo do segundo meio de projeção (5).

11. DISPOSITIVO DE PROJEÇÃO PARA ARECONSTRUÇÃO DE CENAS COM HOLOGRAMAS DE VÍDEO de acordo coma reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o elemento de deflexão (21)tem a função de um prisma controlável.

12. DISPOSITIVO DE PROJEÇÃO PARA ARECONSTRUÇÃO DE CENAS COM HOLOGRAMAS DE VÍDEO de acordo coma reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o elemento de deflexão (21)tem a função de uma lente controlável.

13. DISPOSITIVO DE PROJEÇÃO PARA ARECONSTRUÇÃO DE CENAS COM HOLOGRAMAS DE VÍDEO de acordo coma reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o modulador de luz (8) é ummodulador refletivo de luz, o qual compreende pelos menos um elemento divisorde feixe (20) para guiar pelo menos um feixe de raios emitidos pelo dispositivo deiluminação (1).

14. DISPOSITIVO DE PROJEÇÃO PARA ARECONSTRUÇÃO DE CENAS COM HOLOGRAMAS DE VÍDEO de acordo coma reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o elemento divisor de feixe (20)está posicionado entre o modulador de luz (8) e o primeiro meio de projeção (4).

15. DISPOSITIVO DE PROJEÇÃO PARA ARECONSTRUÇÃO DE CENAS COM HOLOGRAMAS DE VÍDEO de acordo comuma das reivindicações 1 ou 13, caracterizado pelo fato de que dois canais sãoprovidenciados para cada observador para formar duas janelas virtuais deobservação, cada um dos mencionados canais compreendendo uma fonte de luz(1), um modulador de luz (8), um primeiro meio de projeção (4) e um terceiro meiode projeção (5).

16. DISPOSITIVO DE PROJEÇÃO PARA ARECONSTRUÇÃO DE CENAS COM HOLOGRAMAS DE VÍDEO de acordo comuma das reivindicações 1 ou 13, caracterizado pelo fato de que três canaisparalelos são providenciados para reconstruções coloridas simultâneas, isto é,uma para cada cor primária, cada um dos mencionados canais compreendendouma fonte de luz (1), um modulador de luz (8), um primeiro meio de projeção (4) eum terceiro meio de projeção (9).

17. DISPOSITIVO DE PROJEÇÃO PARA ARECONSTRUÇÃO DE CENAS COM HOLOGRAMAS DE VÍDEO de acordo comuma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o moduladorde luz (8) é um micro modulador espacial de luz.

18. MÉTODO PARA A RECONSTRUÇÃO DE CENASCOM HOLOGRAMAS DE VÍDEO, caracterizado pelo fato de que um sistema deprojeção (3) com pelo menos dois meios de projeção (4, 5) projeta luzsuficientemente coerente de um dispositivo de iluminação (1) com pelo menosuma fonte de luz dentro de um plano de observação (6), no qual pelo menos umafonte de luz ilumina um modulador de luz (8) que é codificado com um holograma(2), no qual em um primeiro passo um espectro espacial de freqüências é geradocomo uma transformação Fourier do holograma codificado (2) em um plano (10)de um primeiro meio de projeção (4), no qual em um segundo passo o primeiromeio de projeção (4) projeta o modulador de luz (8) dentro de um plano (12, 23)do segundo meio de projeção (5), no qual o segundo meio de projeção (5) projetao espectro espacial de freqüências a partir do plano (10) dentro de pelo menosuma janela virtual de observação (15) no plano de observação (6), no qual umacena reconstruída (13) é apresentada a pelo menos um observador de um modoampliado em um espaço de reconstrução (14) que se estende entre o segundomeio de projeção (5) e a janela virtual de observação (15), e no qual o tamanhodo espaço de reconstrução (14) é expandido em função da projeção ampliada domodulador de luz (8).

19. MÉTODO PARA A RECONSTRUÇÃO DE CENASCOM HOLOGRAMAS DE VÍDEO de acordo com a reivindicação 18,caracterizado pelo fato de que o segundo meio de projeção (5) projeta o espectroespacial de freqüências dentro da janela virtual de observação (15), através daqual um observador observa a cena reconstruída (13).

20. MÉTODO PARA A RECONSTRUÇÃO DE CENASCOM HOLOGRAMAS DE VÍDEO de acordo com a reivindicação 18,caracterizado pelo fato de que um terceiro meio de modulação (9) é posicionadopróximo do modulador de luz (8), o mencionado terceiro meio de modulação (9)gerando em seu plano focai (10) do lado da imagem o espectro espacial defreqüências do holograma (2) codificado no modulador de luz (8).

21. MÉTODO PARA A RECONSTRUÇÃO DE CENASCOM HOLOGRAMAS DE VÍDEO de acordo com uma das reivindicações 18 ou-19, caracterizado pelo fato de que um filtro espacial de freqüências (16)providenciado no sistema de projeção (3) deixa passar um intervalo deperiodicidade selecionado do espectro espacial de freqüências.

22. MÉTODO PARA A RECONSTRUÇÃO DE CENASCOM HOLOGRAMAS DE VÍDEO de acordo com a reivindicação 21,caracterizado pelo fato de que o filtro espacial de freqüências (16) compensaaberrações dos meios de projeção (4, 5, 9).

23. MÉTODO PARA A RECONSTRUÇÃO DE CENASCOM HOLOGRAMAS DE VÍDEO de acordo com uma das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado pelo fato de que as aberrações dos meios de projeção(4, 5, 9) são levadas em consideração durante a computação do holograma (2) ecompensadas pelo modulador de luz (8).

24. MÉTODO PARA A RECONSTRUÇÃO DE CENASCOM HOLOGRAMAS DE VÍDEO de acordo com a reivindicação 18,caracterizado pelo fato de que a largura de banda do espectro espacial defreqüências no plano (10) é limitada durante a computação do holograma (2).

25. MÉTODO PARA A RECONSTRUÇÃO DE CENASCOM HOLOGRAMAS DE VÍDEO de acordo com a reivindicação 18,caracterizado pelo fato de que um sistema de detecção de posição (17) detecta aposição dos olhos de pelo menos um observador que observa a cenareconstruída (13).

26. MÉTODO PARA A RECONSTRUÇÃO DE CENASCOM HOLOGRAMAS DE VÍDEO de acordo com a reivindicação 25,caracterizado pelo fato de que o código holográfico no modulador de luz (8) éatualizado, se a posição dos olhos do observador mudar.

27. MÉTODO PARA A RECONSTRUÇÃO DE CENASCOM HOLOGRAMAS DE VÍDEO de acordo com a reivindicação 26,caracterizado pelo fato de que a cena reconstruída (13) é codificada de tal formaque ela apareça horizontalmente e/ou verticalmente deslocada e/ou girada em umângulo de acordo com a mudança da posição dos olhos.

28. MÉTODO PARA A RECONSTRUÇÃO DE CENASCOM HOLOGRAMAS DE VÍDEO de acordo com a reivindicação 25,caracterizado pelo fato de que pelo menos uma janela virtual de observação (15)no plano de observação (6) é rastreada de acordo com a posição dos olhos doobservador.

29. MÉTODO PARA A RECONSTRUÇÃO DE CENASCOM HOLOGRAMAS DE VÍDEO de acordo com a reivindicação 28,caracterizado pelo fato de que pelo menos um elemento de deflexão (21) rastreiapelo menos uma janela virtual de observação (15).

30. MÉTODO PARA A RECONSTRUÇÃO DE CENASCOM HOLOGRAMAS DE VÍDEO de acordo com a reivindicação 18,caracterizado pelo fato de que o holograma (2) é computado de tal forma que umacena bidimensional seja reconstruída no plano (12, 23) do segundo meio deprojeção (5).

31. MÉTODO PARA A RECONSTRUÇÃO DE CENASCOM HOLOGRAMAS DE VÍDEO de acordo com a reivindicação 18,caracterizado pelo fato de que o observador que está observando a cena deslocaaxialmente um plano no qual uma reconstrução de uma cena bidimensional éprovidenciada através da recomputação do holograma (2).

32. MÉTODO PARA A RECONSTRUÇÃO DE CENASCOM HOLOGRAMAS DE VÍDEO de acordo com a reivindicação 18,caracterizado pelo fato de que a reconstrução colorida da cena (13) é executadaseqüencialmente para as três cores primárias.

33. MÉTODO PARA A RECONSTRUÇÃO DE CENASCOM HOLOGRAMAS DE VÍDEO de acordo com a reivindicação 18,caracterizado pelo fato de que a reconstrução colorida da cena (13) é executadasimultaneamente para as três cores primárias.

34. MÉTODO PARA A RECONSTRUÇÃO DE CENASCOM HOLOGRAMAS DE VÍDEO de acordo com a reivindicação 33,caracterizado pelo fato de que a reconstrução colorida simultânea da cena (13) éexecutada utilizando três canais paralelos, cada um dos quais compreendendouma fonte de luz (1), um modulador de luz (8), um primeiro meio de projeção (4) eum terceiro meio de projeção (9).