-
Die
Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinheit für ein holographisches
Rekonstruktionssystem, das eine dreidimensionale Szene holographisch
rekonstruiert. Das Rekonstruktionssystem enthält unter anderem
Lichtmodulationsmittel und eine Beleuchtungseinheit. In der Beleuchtungseinheit
emittieren Lichtmittel kohärentes Licht, welches über
optische Fokussiermittel die Oberfläche der Lichtmodulationsmittel
kohärent beleuchtet. Zum Rekonstruieren kalkuliert ein
Signalprozessor beispielsweise aus der Bild- und Tiefeninformation
einer Szene wenigsten ein Videohologramm und kodiert diese auf einer
Modulatorzellenstruktur von räumlichen Lichtmodulationsmitteln.
Beim Beleuchten der Lichtmodulationsmittel mit kohärentem
Licht entsteht eine modulierte Wellenfront, welche vor den Augen
wenigstens eines Betrachters eine dreidimensionale Szene holographisch
rekonstruiert.
-
Als
Lichtmodulationsmittel eignen sich beispielsweise Lichtmodulatoren
mit einer Bildauflauflösungen ab mehreren Millionen Pixeln
gut, die in konventionellen Bildwiedergabegeräten oder
Projektoren für eine Video- und TV-Wiedergabe benutzt werden.
Diese relativ geringe Auflösung kann eine gewünschte
dreidimensionale Szene nur ausreichend rekonstruieren, wenn möglichst
viele Pixel des Lichtmodulators nur den Anteil der Objektlichtpunkte
der Szene rekonstruieren, der von einer Augenposition der Betrachteraugen
aus in einem begrenzten Betrachterraum sichtbar ist. Im Gegensatz
zu konventionellen Hologrammen kodiert der Signalprozessor dafür
vorteilhaft für jeden Objektlichtpunkt jeweils nur ein
räumlich begrenztes Teilhologramm in der Modulationsfläche
der Lichtmodulationsmittel mit Hologramminformation. Das hat den
Vorteil, dass das System nur solche Lichtpunkte rekonstruiert, welche aus
der Perspektive einer Augenposition innerhalb eines Sichtbarkeitsbereichs
wahrnehmbar sind.
-
Die
Erfindung betrifft im Besonderen die optischen Fokussiermittel in
der Beleuchtungseinheit zum Beleuchten der Oberfläche der
Lichtmodulationsmittel mit einer kohärenten Lichtwellenfront
für ein derartiges holographisches Rekonstruktionssystem.
-
Der
Anmelder hat bereits in einigen Patentanmeldungen, wie beispielsweise
in der internationalen Veröffentlichung
WO 2004/044659 mit der Bezeichnung
"Videohologramm und Einrichtung zur Rekonstruktion von Videohologrammen"
ein holographi sches Rekonstruktionssystem offenbart, für
das die Beleuchtungseinheit gemäß der Erfindung
vorteilhaft anwendbar ist.
-
Die
Veröffentlichung
WO
2004/044659 offenbart ein Rekonstruktionssystem, welches
eine Beleuchtungseinheit mit Lichtmitteln und Fokussiermitteln sowie
Lichtmodulationsmittel enthält. Bei diesem Rekonstruktionssystem
ist das Fokussiermittel eine fokussierende Feldlinse. Das System
ermöglicht mit einer für Videohologramme relativ
geringen Modulatorauflösung eines konventionellen Flüssigkristall-Displays
in einem Rekonstruktionsraum zwischen dem räumlichen Lichtmodulator
und einem Sichtbarkeitsbereich an einer Augenposition eine holographisch
rekonstruierte Szene in einem weiten Blickwinkel und mit hoher Raumtiefe
bei guter Auflösung für wenigsten einen Betrachter
sichtbar zu machen. Die Lichtmodulationsmittel modulieren die fokussierte
Lichtwelle mit der oben beschriebenen Kodierung, bei der für
jeden Objektlichtpunkt nur eine begrenzte Modulationsfläche
die Hologramminformation in Form eines Teilhologramms trägt.
Der Sichtbarkeitsbereich entsteht als Ergebnis von Fourier-Transformationen
der Teilhologramme, welche sich im Fokuspunkt der Lichtwelle, die
sich zu einer Augenposition ausbreitet, überlagern. Die
Fokussiermittel realisieren dabei optisch die erforderliche Fourier-Transformation.
Die Teilhologramme werden beim Berechnen so auf einen Teil der gesamten
Modulationsfläche reduziert, dass der Sichtbarkeitsbereich
innerhalb einer Beugungsordnung liegt, welche durch die Rasterung
der Lichtmodulationsmittel in Modulatorzellen entsteht.
-
Von
Nachteil ist, dass die benötigte Lichtweite der fokussierenden
Feldlinse dem Querschnitt der Lichtmodulationsmittel entsprechen
muss. Dadurch wird die Ausführung des Systems sehr voluminös, material-
und kostenaufwendig.
-
In
der älteren internationalen Veröffentlichung
WO 2006/119920 mit dem
Titel ,Device for Holographic Reconstruction of Three-Dimensional
Scenes' offenbart der Anmelder ein Gerät, das zum Betrachten
der rekonstruierten Szene ebenfalls wenigsten einen gegenüber
der Fläche des Lichtmodulators reduzierten Sichtbarkeitsbereich
an einer Augenposition nutzt. Auch dieses Gerät kodiert
für jeden sichtbaren Objektlichtpunkt ebenfalls ein Teilhologramm.
-
Anstelle
einer einzelnen Lichtquelle enthält dieses Gerät
ein Lichtquellenfeld mit interferenzfähigen untereinander
nicht kohärenten Lichtelementen, welchen jeweils ein separates
Fokussierelement zugeordnet ist. Die Fokussierelemente sind gemeinsam in
einer Fokussiermatrix in Form eines Linsenfeldes mit Sammellinsen
angeordnet. Jeweils ein Lichtelement des Lichtquellenfeldes wirkt
gemeinsam mit dem zugeordneten Fokussierelement in der Fokussiermatrix
wie eine elementare Beleuchtungseinheit, welche mit einer separaten
Teilwelle jeweils nur einen Teilbereich der Oberfläche
des Lichtmodulators beleuchtet. Jedes Fokussierelement bildet sein
zugeordnetes Lichtelement an der Augenposition ab. Die Lichtelemente
sind vorteilhaft Punktlichtquellen, die jeweils eine Kugelwelle
emittieren.
-
Die
Größe, Form und Lage der Teilhologramme ist nicht
mit der Größe, Form und Lage der durch die elementaren
Beleuchtungseinheiten beleuchteten Teilbereiche auf der Oberfläche
des Lichtmodulators identisch. Die Größe, und
Lage der Teilhologramme wird im Wesentlichen durch die Position
und technisch realisierbaren Größe des Sichtbarkeitsbereiches
in Verbindung mit der axialen und lateralen Position des zu rekonstruierenden
Objektlichtpunktes definiert. Die geometrische Struktur der Fokussiermatrix
kann nach anderen technischen Parametern, wie erforderliche Anzahl
von Lichtelementen, um eine gewünschte Lichtdichte zu erreichen,
die erwünschten Brennweiten der Fokussiermittel und andere
Parameter gewählt werden.
-
Ein
wesentlicher Vorteil des bekannten Gerätes besteht darin,
dass die interferenzfähigen Lichtelemente im Lichtquellenfeld
jeweils beschiedene Bereiche des Lichtmodulators beleuchten, so
dass die dabei entstehenden Teillichtwellen untereinander nicht
kohärent sein müssen.
-
Eine
holographische Rekonstruktion mit ausreichender Auflösung
ist jedoch mit einer relativ geringen Auflösung des Lichtmodulators
nur realisierbar, wenn die Ausdehnung des Sichtbarkeitsbereiches
etwa auf die Größenordnung einer Augenpupille
reduziert ist. Um das Rekonstruktionssystem komfortable nutzen zu
können, muss das System deshalb ein Positionserkennungs-
und Nachführsystem aufweisen, welches die Position des
Sichtbarkeitsbereiches abhängig von der aktuellen Augenposition
eines Betrachters anpasst und nachfährt.
-
In
einer Ausführungsform der Beleuchtungseinheit können
dafür die Lichtelemente gegenüber der Fokussiermatrix
lateral, also senkrecht zur optischen Achse des Systems verschoben
werden. Damit durchlaufen die separaten Wellen der elementaren Beleuchtungseinheiten
abhängig von der Augenposition unter verschiedenen Ausbreitungswin keln jeweils
ihr entsprechendes Fokussierelement. Das gleiche Problem tritt auch
bei einem System auf, welches zum Fokussieren eine Feldlinse nutzt.
-
Das
Fokussiermittel realisiert in den bekannten Rekonstruktionssystemen
verschiedene Funktionen, wie ein Kollimieren des kohärenten
Lichts zu einer homogenen Lichtwelle, ein Abbilden der Lichtquellen
auf eine Augenposition und ein optisches Transformieren der vom
Lichtmodulator modulierten Lichtwelle zur Augenposition, wodurch
an der Augenposition der oben beschriebenen Sichtbarkeitsbereich
entsteht. Die Fokussiermittel der bekannten Rekonstruktionssysteme
nutzen hierfür optische Komponenten, welche auf eine Brechung
und/oder Reflexion des Lichtes beruhen. Deshalb enthalten derartige
Fokussiermittel refraktive wie Linsen, Prismen, Spiegel oder Umlenkprismen.
-
Dieses
hat den Nachteil, dass eine Beleuchtungseinheiten mit refraktiven
Komponenten in den Fokussiermitteln einen erheblichen Anteil am
Gesamtvolumen eines holographischen Rekonstruktionssystems belegt,
wodurch das System nur recht sperrig realisiert werden kann.
-
Ein
weiterer Nachteil von refraktiven Komponenten besteht darin, dass
diese erhebliche Aberrationen bewirken, welche von der Größe
der Apertur und dem Ausbreitungswinkeln abhängen. Wenn
die von der Beleuchtungseinheit ausgehende modulierte Welle durch
Aberrationen gestört ist, hat dieses unter anderem Fehler
in der Koinzidenz der Sichtbarkeitsbereiche von verschiedenen Teilwellen
zur Folge. Das heißt, die Sichtbarkeitsbereiche von verschiedenen
Teilwellen der Beleuchtungseinrichtungen fallen an der Augenposition
nicht aufeinander.
-
Ferner
bewirken Aberrationen, dass rekonstruierte Punkte nicht an der Sollposition
erscheinen und die geometrische optische Erscheinung der rekonstruierten
Szene verzerrt ist.
-
Im
Extremfall können die Fehlpositionen von rekonstruierten
Lichtpunkten so groß sein, dass einzelne rekonstruierte
Lichtpunkte vom Betrachterauge im Sichtbarkeitsbereich nicht wahrgenommen
werden können.
-
Um
eine Szene farbig zu rekonstruieren, werden beispielsweise Videohologramme
mit kohärentem Licht verschiedener Wellenlängen
beleuchtet, beispielsweise mit Lichtwellen der Grundfarben Rot,
Grün und Blau. Refraktive Komponenten, welche die Beleuchtungslichtwellen
in Rekonstruktionssystem fokussieren, weisen bekanntlich eine Ab hängigkeit
der Brechzahl von der Lichtwellenlänge beim Durchgang durch
das Medium der optischen Komponenten auf. Die sogenannte Dispersionen,
die von den verschiedenen benutzten Lichtwellenlänge abhängen,
wie beispielsweise die Dispersion der Phasengeschwindigkeit oder
der Gruppengeschwindigkeit bewirken verschiedene monochromatischen
Aberrationen beim farbigen Rekonstruieren von Szenen und beim Betrachten
der Rekonstruktion aus dem Sichtbarkeitsbereich.
-
Neben
Beleuchtungen für Lichtmodulationsmittel mit refraktiven
optischen Mitteln sind auch Beleuchtungen mit diffraktiven optischen
Elementen bekannt. So ist beispielsweise aus dem
US-Patentdokument 6,002,520 mit dem
Titel: ,Illumination System for Creating a Desired Irradiance Profile
Using Diffractive Optical Elements' ein Beleuchtungssystem bekannt,
dass mit einer einzigen Lichtquelle ein gewünschtes Lichtverteilungsprofil
für einen Teil einer Oberfläche bereitstellt.
Das System nutzt eine Abbildungsoptik zum Abbilden der Lichtquelle
auf die Oberfläche und ein Array mit diffraktiven Elemente (DOE)
zum Generieren des gewünschten Lichtverteilungsprofils.
-
Auch
diese Beleuchtungseinheit benötigt einen hohen Aufwand
an optischen Bauelementen und eine große Ausdehnung in
Richtung der optischen Systemachse und damit ein großes
Volumen, um die Oberfläche zu beleuchten. Es ist deshalb
für die Anforderungen an ein kompaktes holographisches
Rekonstruktionssystem wenig geeignet.
-
Im
Sinne dieser Erfindung ist ein diffraktives optisches Element (DOE)
ein transmissive oder reflektive Substrat, welches eine periodische
Mikrostruktur trägt, um unter dem Einfluss von Lichtbeugung
das kohärente Licht einer propagierenden Welle zu formen.
In Folge unterschiedlicher Weglängen in der propagierenden
Lichtwelle entstehen an periodischen Mikrostrukturen beim Ausbreiten
von Lichtwellen örtliche Phasenmodulationen, wodurch sich ein
Interferenzmuster herausbildet. Konstruktive bzw. destruktive Interferenzen
ermöglichen bei einer entsprechenden Gestaltung der Mikrostruktur
eines diffraktiven optischen Elements die Ausbreitung einer kohärenten
Welle zielgerichtet zu definieren. Durch Beugung an einer zweidimensionalen
periodischen Mikrostrukturen eines diffraktiven optischen Elementes
mit Perioden im Bereich der Lichtwellenlänge werden die
Lichtwellen grundsätzlich in verschiedenen Beugungsordnungen
abgelenkt, d. h. die Lichtverteilung der ausgehenden Lichtwellen
ist komplex. Die Auswahl einer entsprechenden periodischen Mikrostruktur,
wie beispielsweise eine Mikroprismenstruktur, ein sogenanntes ,Blazegitter',
beeinflusst die propagierende Wellen zielgerichtet, Damit können
unerwünschte Beugungsordnungen, welche Stör- und
Streulicht im System hervorrufen und die Effizienz senken, unterdrückt
werden.
-
Aus
der US-Patentanmeldung US 55 89 982 mit dem Titel ,Polychromatic
Diffractive lens' ist außerdem eine diffraktive Linse für
eine multispektrale Beleuchtung bekannt, welche unter anderem für
eine RGB-Farbanzeigegerät mit Licht mit verschiedenen spektralen
Lichtkomponenten nutzbar ist. Die Linse enthält eine diffraktive
Mikrostruktur in Form einer Fresnel-Zonen-Struktur. Die Mikrostruktur
weist eine Mehrzahl von Zonen auf, welche die Lichtkomponenten von
verschiedenen Lichtwellenlängen in einen einzigen gemeinsamen
Fokus in einem Raum richten. Die Struktur schiebt bei der in die
Linse einfallenden Lichtwelle raumabhängig die Phase und
beugt das Licht jeder spektralen Lichtkomponente auf dem Weg zum
Fokus jeweils in eine andere Beugungsordnung.
-
Die
vorliegende Erfindung hat die Aufgabe für ein holographisches
Rekonstruktionssystem eine Beleuchtungseinheit hoher Effizienz zum
Beleuchten der Lichtmodulationsmittel zu schaffen, die kostengünstig
und mit geringem materiellen Aufwand eine extrem geringe Bautiefe
des holographisches Rekonstruktionssystems ermöglicht und
die oben dargestellten Nachteile von Linsenfeldern mit refraktiven Linsen
vermeidet.
-
Die
Erfindung geht von einem holographischen Rekonstruktionssystem zum
dreidimensionalen Rekonstruieren von Objektlichtpunkten einer Szene
aus, das räumliche Lichtmodulationsmittel enthält,
welche wenigstens eine interferenzfähige Lichtwelle von
Beleuchtungsmitteln mit wenigstens einem Videohologramm modulieren.
Optische Fokussiermittel fokussieren die modulierte Lichtwelle, welche
holographisch rekonstruierte Objektlichtpunkte zu mindestens einer
Augenposition von Betrachteraugen enthält. Das System kodiert
die Lichtmodulationsmittel so, dass die Lichtwelle die Objektlichtpunkte
der Szene unabhängig vom Ausrichten und Nachführen
der Lichtwelle jeweils vor der Augenposition rekonstruieren.
-
Das
Rekonstruktionssystem enthält ein optisches Fokussiermittelfeld,
welches matrixförmig angeordnete Fokussierelemente aufweist,
sowie ein Lichtquellenfeld, welches matrixförmig angeordnete Lichtelemente
trägt, welche interferenzfähiges Licht emittieren.
Die Fokussierelemente sind im Fokussiermittelfeld so angeordnet,
dass jedem Fokussierelement mindestens ein Lichtelement aus dem
Lichtquellenfeld zugeordnet ist.
-
Gemäß der
Erfindung ist das Fokussiermittelfeld eine matrixförmige
Anordnung von diffraktiven optischen Elementen (DOE) auf einem transmissiven oder
reflektiven Substrat, welche jeweils einem Lichtelement aus dem
Lichtquellenfeld zugeordnet sind, um das kohärente Licht
des zugeordneten Lichtelementes jeweils zu einer interferenzfähigen
Teillichtwelle, die zu einer Augenposition propagiert, zu formen,
wobei die diffraktiven optischen Elemente ihre zugeordnete Teillichtwellen
fokussieren und alle Teillichtwellen so ausrichten, dass diese nach
dem Beleuchten von Teilbereich der Oberfläche der Modulationsmittel
an der Augenposition in einem gemeinsamen Fokuspunkt koinzidieren.
Dabei bildet jedes diffraktive optische Element aus Fokussiermittelfeld
sein zugeordnetes Lichtelement aus dem Lichtquellenfeld an der Augenposition
ab.
-
Vorteilhaft
ist das Fokussiermittelfeld in der Nähe vor oder hinter
den Lichtmodulationsmitteln des Rekonstruktionssystems angeordnet.
Dadurch beleuchtet das Fokussiermittelfeld die gesamte Modulatorzellenfläche
der Lichtmodulationsmittel und alle Modulatorzellen können
zum Kodieren von Teilhologrammen benutzt werden, wodurch ein weiter Blickwinkel
für den Betrachter entsteht.
-
Die
Lichtelemente sind vorteilhaft Punktlichtquellen, die jeweils eine
Kugelwelle emittieren.
-
Um
die modulierten Lichtwelle auf mindestens eine Augenposition ausgerichteten
und fokussierten Teillichtwellen bei Positionswechsel der aktuellen
Augenposition nachzuführen, können vorteilhaft im
Lichtweg der modulierten interferenzfähigen Lichtwellen
nach den optischen Fokussiermitteln und nach den Modulationsmitteln
optische Ablenkmittel liegen, welche wenigstens ein Feld mit einstellbaren Ablenkelementen
enthalten.
-
Im
Gegensatz zu bekannten Beleuchtungseinheiten mit diffraktiven optischen
Elementen realisiert bei der vorliegenden Erfindung Fokussiermittelfeld
mit matrixförmig angeordneten diffraktiven optischen Elementen
(DOE) eines gekrümmten Linsenarrays für die Beleuchtung
der Lichtmodulatormittel mit sehr geringen Abberationen. Jedes diffraktive optische
Elementen (DOE) kollimiert die Kugellichtwellen des zugeordneten
Lichtelementes, so dass eine ebene Lichtwelle die Modulationsmittel
beleuchtet. Außerdem bildet jedes diffraktive optische
Element sein zugeordnetes Lichtelement im Raum an einem gemeinsamen
Punkt, an der erwünschten Augenposition ab. Alle diffraktiven optischen
Elemente des Fokussiermittelfeldes realisieren gemeinsam, die für
die holographische Rekonstruktion der Szene erforderliche Fourier-Transformation.
-
Da
für ein farbiges holographisches Rekonstruieren mit allen
gewünschten Farben nur eine Beleuchtung mit drei diskreten
Lichtwellenlängen nötigt ist, nutzt ein weiteres
Merkmal der Erfindung die Abhängigkeit des optischen Verhaltens
der diffraktiven optischen Elemente von den Benutzen diskreten Lichtwellenlängen.
Gemäß der Erfindung sind für farbige
Rekonstruktionen die periodischen Mikrostrukturen im Fokussiermittelfeld
für den Betrieb mit verschiedenen Spektralwellenlängen
dimensioniert und so ausgeführt, dass die von der Beleuchtungseinheit ausgehenden
Wellen von Lichtkomponenten mit verschiedenen Lichtwellenlängen
jeder Lichtwellenlänge jeweils über eine separate
Beugungsordnung zum gewünschten Fokuspunkt gelangt. Die
periodischen Mikrostruktur schieben bei der in die diffraktiven
optischen Elemente einfallenden Lichtwelle raumabhängig
die Phase und beugen das Licht jeder spektralen Lichtkomponente
auf dem Weg zum Fokus jeweils in eine andere Beugungsordnung.
-
Diese
Beugungsordnungen sind so ausgewählt, dass die Mikrostrukturen
das Licht jeder Lichtkomponentenwellen als Fokuspunkt im Raum zu
einem gemeinsamen Fokuspunkt führen.
-
Dieser
Gemeinsame Punkt bildet die notwendige Augenposition zum Betrachten
der Rekonstruierten Szene. Beim Rekonstruktionssystem, welches durch
Fourier-Transformation einen Sichtbarkeitsbereich regeneriert, entsteht
dort der Sichtbarkeitsbereich. Diese besondere Ausführung
der Erfindung vermeidet Dispersionen.
-
Die
diffraktiven optischen Elemente können auch Prismenelemente
beinhalten, sogenannte Blazegitter, die exakt nur auf die Lichtwellenlängen
für die benutzten Grundfarben eingestellt sind. So gelangen
nur Lichtanteile der Lichtelemente in den gewünschten Beugungsordnungen
zum Fokuspunkt und Lichtverluste und Störungen in Beugungsordnungen,
die nicht zur Rekonstruktion beitragen können oder beim
Rekonstruieren nicht erwünscht sind, werden verhindert
bzw. unterdrückt.
-
Nach
einem weitern Merkmal der Erfindung, ist Beleuchtungseinheit gemäß der
Erfindung in einem holographischen Rekonstruktionssystem eingesetzt,
das eine Systemsteuerung mit Positionserfassungsmitteln und eine
Wellennachführung aufweist für ein Nachführen
des Fokuspunktes und der modulierten Lichtwellen entsprechend der
aktuellen Augenposition.
-
Um
die Lage des gemeinsamen Fokuspunktes im Raum an die aktuelle Augenposition
anzupassen, weist das Fokussiermittelfeld diffraktive optischen
Elementen (DOE) auf, bei dem die diffraktiven Eigenschaften der
periodischen Mikrostrukturen diskret einstellbare Mikrozellen enthalten.
-
Um
die modulierten, fokussierten Lichtwellen vor dem Rekonstruieren
der Szene lateral auf die aktuelle Augenposition auszurichten, können
die einstellbare Mikrozellen steuerbare optische Gitter mit Prismenfunktionen
realisieren. Dafür eignen sich beispielsweise Anordnungen
von Elektro-Benetzungs-Zellem mit Zellgrößen von
wenigen Nikrometern und kleiner.
-
Diffraktive
optischen Elemente sind für die Beleuchtung von Lichtmodulatormitteln
die eine interferenzfähige Beleuchtung benötigen,
wie holographischen Rekonstruktionssystemen besonders gut geeignet.
Für farbige Rekonstruktionen mit diskreten Lichtwellenlängen
sind diffraktive optische Elemente die verschiedene Beugungsordnungen
nutzen mit relativ geringem Aufwand gut zu korrigieren. Da nur drei
Lichtwellenlängen benötigt werden, können
relativ gering Beugungsordnungen ausgewählt werden, beispielsweise
die fünfte, sechste und siebente Beugungsordnung. Dadurch
wir eine Herstellung des Fokussiermittelfeldes vereinfacht.
-
Da
sich bekanntlich mit defraktiven optischen Elementen bekanntlich
sowohl konventionelle optische Funktionalitäten (z. B.
Linsen, Prismen) als auch neuartige Strahlformungseigenschaften
wie Computergenerierte Hologramme oder Freiform-Phasenfunktionen
realisieren lassen, können mit den Elemente besser gleichzeitig
mehre optische Parameter korrigiert werden. Dadurch werden Fokussiereigenschaften
erreicht, die mit refraktiven Mitteln nicht erreicht werden können.
Die Mikrostruktur im DOE kann den Strahl durch Brechzahl- oder im vorliegenden
Fall besonders durch Phasenmodulation formen. Im Gegensatz zu Gute
Bauelemente erreichen dabei Wirkungsgrade von 80–99% und Transmissionsgrade
von 95–99%.
-
Die
Erfindung ermöglicht es vorteilhaft eine Beleuchtungseinheit
für ein holographisches Rekonstruktionssystem herzustellen,
welches eine sehr geringe Bautiefe des gesamten Systems gestattet.
Die axiale Tiefe der Beleuchtungseinheit kann drastisch reduziert
werden, da die realisierbare Bautiefe nur durch einen sinnvollen
Kompromiss zwischen der Anzahl der Lichtelemente im quellen und
Größe eines einzelnen DO-Elementes bestimmt wird.
-
Ein
zum Rekonstruieren farbiger dreidimensionaler Szenen wichtiges Erfordernis
ist, dass die Lichtelemente in den Beleuchtungsvorrichtungen in der
Form von Punktlichtquellen ausgeführt werden, welche gleichzeitig
oder sequentiell die für eine farbige Rekonstruktion erforderlichen
drei Grundfarben in einem Ursprungspunkt emittieren. Derartige farbige Punktlichtquellen
können beispielsweise als Enden von Faserbündeln
realisiert werden.
-
Die
Lichtelemente können die Fokussierelemente direkt oder
durch Umlenkmittel wie Lichtwellenleiter beleuchten.
-
Um
definierte auf Oberflächen mit Stufenhöhen und
lateralen Ausdehnungen unter 1 μm herzustellen sind eine
Vielzahl von Verfahren bekannt, wie beispielsweise photolithographischen
Methoden oder Laser-, Elektronen-, Ionenstrahl-Verfahren oder Einkorn-Diamant-Drehen.
Außerdem können Mikrostrukturen mit Hilfe eines
Masters hergestellt werden, der danach in einem Massen-Replikationsprozess kostengünstig
abgeformt wird, oder die direkte photolithographische Fertigung
ohne Master.
-
Die
Erfindung soll an Hand einer Anwendung in einem Ausführungsbeispiel
erläutert werden. Dazu zeigen:
-
1 den
Prinzipaufbau eines holographischen Rekonstruktionssystems in dem
die Beleuchtungseinheit gemäß der Erfindung benutzt
wird. Die wesentliche Funktion des Rekonstruktionssystems hat der
Anmelder bereits in der internationalen Patentanmeldung
WO 2006/119920 mit dem
Titel ,Device for Holographic Reconstruction of Three-Dimensional
Scenes' offenbart. Die Beleuchtungseinheit gemäß der
Erfindung zeigt in der Zeichnung des beispielhaft nur drei Lichtelemente
LE1 ... LE3 eines in der Praxis zweidimensional ausgeführten
Lichtquellenfeldes, welches matrixförmig angeordnete Lichtelemente
LE1 ... LEn trägt. Jedem Lichtelemente LEm ist ein diffraktive
optische Element DOE als Fokussierelement DOE1 ... DOE3 in einem
Fokussiermittelfeld
2 zugeordnet. Die Fokussierelement
DOE1 ... DOE3 bilden die Lichtelemente LE1 ... LE3 durch die nichtdargestellten
Modulatorzellen eines räumlichen Lichtmodulators SLM auf
einen gemeinsamen Fokuspunkt
4 ab. Der Fokuspunkt
4 stellt
gleichzeitig eine Augenposition des Auges eines Betrachters dar. Beim
Abbilden beleuchten die interferenzfähigen Wellen Teilbereiche
des Lichtmodulators SLM, der mit den in
2 beispielhaft
gezeigten Teilhologrammen H1 ... H3 von Objektlichtpunkten P1 ...
P3 einer zu rekonstruierenden Szene kodiert ist. In Folge der Fourier-Transformation
der Teilhologram men H1 ... H3, welche die Fokussierelement DOE1
... DOE3 von den, durch die Teillichtwellen W1 ... W3 durchleuchteten
und kodierten Lichtmodulatorbereiche realisieren entsteht ein Sichtbarkeitsbereich
5 am
Fokuspunkt
4. Die Ausdehnung des Sichtbarkeitsbereichs
5 ist
durch die Ausdehnung der Teilhologrammen H1 ... H3 definiert.
-
Das
angefügte Diagramm (3) zeigt
ein Design eines einzelnen diffraktive optische Elementes für
Licht mit den Wellenlängen λBlau = 450 nm, λGrün
= 525 nm und λRot = 630 nm. Das Diagramm zeigt, dass eine
einheitliche synthetische Entwurfswellenlänge für
die Mikrostruktur von λSyn = 3150 nm für Rot in
der fünften Beugungsordnung, für Grün in
der sechsten und für Blau in der siebten Beugungsordnung
gewählt werden kann.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - WO 2004/044659 [0004, 0005]
- - WO 2006/119920 [0007, 0045]
- - US 6002520 [0019]