DE19837425A1

DE19837425A1 - Device for volumetric reproduction of a three-dimensional image in an autostereoscopic display by means of pulsed plasma generation in a natural atmosphere by means of a single focused laser beam

Info

Publication number: DE19837425A1
Application number: DE19837425A
Authority: DE
Inventors: Steffen Noethe; Andre Srowig
Original assignee: EML EUROP MEDIA LAB GmbH
Current assignee: EML EUROP MEDIA LAB GmbH
Priority date: 1998-08-18
Filing date: 1998-08-18
Publication date: 2000-03-02
Also published as: AU6327599A; WO2000011513A9; WO2000011513A1; WO2000011513A8

Abstract

The invention relates to a device for the volumetric reproduction of a three-dimensional object, in autostereoscopic representation, by pulsed plasma generation in a natural atmosphere, using a single focused laser beam. To this end, in a display device for representing a three-dimensional image, comprising a light emitter and a directing means, successive, selected volume elements of a non-linear medium are made to luminesce by the application of light; the light emitter emits an expanded light bundle; the directing means selectively focuses the light bundle in the corresponding selected volume element; and the intensity of the light emitter is such that the medium is made to luminesce only at the level of the light bundle focus.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anzeigevorrichtung zur Darstellung einer dreidimensionalen Abbildung mit einem Lichtsender und einem Richtmittel, um mittels Lichteinstrah lung sukzessive ausgewählte Volumenelemente zum Leuchten zu bringen, sowie ein Verfahren zur Erzeugung eines dreidimen sionalen Bildes nach dem Oberbegriff des unabhängigen Verfah rensanspruches.The present invention relates to a display device to display a three-dimensional image with a Light transmitter and a directional means to by means of light successively selected volume elements for lighting bring, as well as a method for generating a three-dimen sional picture according to the generic term of the independent process entitlement.

Der Wunsch, dreidimensionale Abbildungen zu schaffen, die sich von allen Seiten frei betrachten lassen und einen besse ren räumlichen Eindruck vom abgebildeten Gegenstand oder ei ner abgebildeten Szene ergeben, als dies mit herkömmlichen, zweidimensionalen Anzeigevorrichtungen möglich ist, ist lange bekannt. Angestrebte Anwendungen sind insbesondere die Flugraumüberwachung oder Darstellungen von Computertomogram men in der Medizin, etwa zur Vorbereitung chirurgischer Ein griffe.The desire to create three-dimensional images that be free to look at from all sides and get a better one ren spatial impression of the depicted object or egg shown scene than with conventional, two-dimensional display devices is possible is long known. Desired applications are in particular Flight surveillance or display of computer tomogram in medicine, for example to prepare surgical operations grips.

Es sind eine Vielzahl von Versuchen unternommen worden, um eine derartige dreidimensionale Abbildung zu erreichen. Aus der WO 96/33484 ist eine Volumenanzeigevorrichtung bekannt, wobei eine Anzeige am Schnittpunkt von zwei Strahlen gebildet wird, die aus jeder von zwei Lichtsender-Matrizen emittiert werden. Für die segmentierte 3D-Anzeige soll u. a. am Schnitt der Strahlen ein neues Photon erzeugt und somit sichtbares Licht nur dort emittiert werden.A variety of attempts have been made to to achieve such a three-dimensional image. Out a volume display device is known from WO 96/33484, a display at the intersection of two rays which is emitted from each of two light transmitter matrices become. For the segmented 3D display, a. at the cut the rays create a new photon and thus visible Light can only be emitted there.

Aus der DE 28 56 035 ist eine Anordnung zur optischen Dar stellung von Kurven und oder Flächen im dreidimensionalen Raum bekannt, wobei wenigstens zwei Quellen zur Aussendung je eines Strahls, vorzugsweise nicht sichtbaren Lichts und Mit tel zur Steuerung der Lage der Lichtstrahlen im Raum vorgese hen sind, ein Volumen eines Stoffs vorgesehen ist, in dem diese Lichtstrahlen zur Überlagerung jeweils in einem be stimmten Punkt gelenkt werden und wobei der Stoff des Volu mens derart beschaffen ist, daß entweder durch die Überlage rung der Lichtstrahlen an dem jeweiligen Punkt ein Streuzen trum entsteht, das vorzugsweise durch Anstrahlung mit sicht barem Licht sichtbar gemacht wird oder durch die Überlagerung der Lichtstrahlen an dem jeweiligen Punkt ein selbstleuchten der Lichtpunkt entsteht. Problematisch ist hierbei, daß zwei Lichtstrahlen aufeinander koordiniert werden müssen.DE 28 56 035 discloses an arrangement for optical dar Positioning of curves and or surfaces in three dimensions Known space, with at least two sources for transmission each a ray, preferably invisible light and with tel to control the position of the light rays in the room hen, a volume of a substance is provided in which these light rays for superposition each in a be agreed point to be directed and being the stuff of the volu mens is such that either by the overlay scattering at the respective point strum arises, preferably by illuminating with sight visible light or through the overlay the light rays light up at the respective point the point of light arises. The problem here is that two Beams of light need to be coordinated.

Derartige komplexe Konstruktionen sind jedoch verbreitet. Das US-Patent 4 870 485 beschreibt eine Vorrichtung zur Erzeugung eines dreidimensionalen Bildes mit einer Leuchtkammer. Es wird vorgeschlagen, einen leuchtfähigen Stoff wie Rubidium dampf in einem Kammervolumen anzuordnen und mit zwei aus un terschiedlichen Richtungen kommenden, schnell hin und her be wegten Diodenlaserstrahlen geringer Leistung zu beleuchten, wobei nur am Strahlschnittpunkt sichtbares Licht emittiert werden soll. Durch Abstimmung der beiden Laser können unter schiedliche Atomübergänge angeregt werden, was eine farbige Abbildung ermöglicht, vgl. den Artikel "Three-Dimension volu metric Display in Rubidium Vapour" von I. Kim, E. Korevaar und H. Hakakha in Projection Displays II proceedings-Reprint Band 2650 der International Society for Optical Engineering. Nachteilig ist, daß die Kammer beheizt werden muß, das Kam mervolumen begrenzt und die Helligkeit des Leuchtbildes ge ring ist. Insbesondere für großformatige Anzeigen ist damit das vorbekannte Display nicht geeignet. However, such complex designs are common. The U.S. Patent 4,870,485 describes an apparatus for manufacturing a three-dimensional image with a light chamber. It it is suggested a luminous substance like rubidium to arrange steam in a chamber volume and with two from un coming in different directions, back and forth quickly moved to illuminate low power diode laser beams, where only visible light is emitted at the beam intersection shall be. By tuning the two lasers you can under different atomic transitions are excited, which is a colored Illustration enables, cf. the article "Three-Dimension volu metric display in Rubidium Vapor "by I. Kim, E. Korevaar and H. Hakakha in Projection Displays II proceedings-Reprint Volume 2650 of the International Society for Optical Engineering. The disadvantage is that the chamber must be heated, the Kam mervolume limited and the brightness of the luminous image ge ring is. This is especially for large format ads the known display is not suitable.

Es ist weiter bekannt, in einer sog. Kathodenstrahlkugel ein dreidimensionales Bild zu erzeugen, indem mit einem Elektro nenstrahl ein sich in einer evakuierten Kugel schnell drehen der phosphoreszierenden Schirm in Helixform zum Leuchten an geregt wird. Ein solches System wird beispielsweise beschrie ben in dem Aufsatz "Visualization of Complex System Dynamics on a volumetric 3D-Display Device" von B. G. Blandel und A. J. Schwarz, der insbesondere im Internet zugänglich ist.It is also known to be in a so-called cathode ray ball generate three-dimensional image by using an electro beam in a evacuated sphere the phosphorescent lampshade in the form of a helix lights up is excited. Such a system is described, for example ben in the essay "Visualization of Complex System Dynamics on a volumetric 3D-Display Device "by B. G. Blandel and A. J. Black, which is particularly accessible on the Internet.

Weiter ist ein Verfahren bekannt, bei welcher eine rotierende Helix mittels eines Lichtstrahles angeleuchtet wird, wobei durch die Helixrotation und Bewegung des Strahls der Eindruck eines dreidimensionalen Bildes erweckt werden kann.Furthermore, a method is known in which a rotating Helix is illuminated by means of a light beam, whereby the helix rotation and movement of the beam give the impression of a three-dimensional image can be awakened.

Weiter ist vorgeschlagen worden, einen Stapel aus mit Selte ner-Erde-Verbindungen beschichteten Glasplatten mit zwei In frarotlasern unterschiedlicher Wellenlängen zu bestrahlen, um über einen Zweiphoton-Prozeß sichtbares Licht zu erzeugen. So soll eine weitere 3D-Anzeige realisiert werden, vgl. US PS 5 684 621.It has also been suggested to stack out with rare glass-to-earth connections coated with two in to irradiate infrared lasers of different wavelengths in order to generate visible light using a two-photon process. So another 3D display should be realized, see. U.S. Patent 5,684,621.

Ein Nachteil der bekannten Anordnungen ist somit, daß zur Bilderzeugung regelmäßig mehrere Lichtbündel aus unterschied lichen Richtungen überlagert werden müssen, was einen komple xen und häufig teuren optischen Aufbau zur Strahllenkung er fordert.A disadvantage of the known arrangements is thus that Image generation regularly differ from multiple light beams directions must be overlaid, which is a complex xen and often expensive optical structure for beam guidance demands.

Die vorliegende Erfindung zielt darauf, Neues für die gewerb liche Anwendung bereit zu stellen. The present invention aims to innovate for the commercial to provide application.

Dieses Ziel wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprü che gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.This goal is achieved through the characteristics of the independent claims che solved. Preferred embodiments can be found in the dependent claims.

Die Erfindung beruht somit auf der Erkenntnis, daß Licht, welches ein nichtlineares Medium, d. h. ein Medium mit nicht linearen optischen Eigenschaften, zum Leuchten bringen soll, aus einer einzigen Richtung eingestrahlt werden kann, wenn es einerseits auf ein jeweils ausgewähltes Volumenelement fokus siert wird und sogleich eine hinreichend hohe Intensität be sitzt. Eine Verkörperung der Erfindung wird daher durch eine Anzeigevorrichtung zur Erzeugung einer dreidimensionalen Ab bildung dargestellt, die einen Lichtsender und ein Richtmit tel aufweist, um mittels Einstrahlung nur eines einzigen Lichtbündels sukzessive ausgewählte Volumenelemente eines nichtlinearen Mediums zum Leuchten zu bringen. Dabei ist denkbar, Lichtsender und Richtmittel integral zu bilden. Wichtig ist aber, daß das Richtmittel zugleich ein variables Fokusmittel ist. Der Lichtsender strahlt also typisch ein aufgeweitetes Lichtbündel von mehreren Millimetern Durchmes ser aus und das Richtmittel fokussiert dieses selektiv in das jeweils ausgewählte Volumenelement in unterschiedliche Ent fernungen vom Richtmittel. Der Lichtsender besitzt eine sol che Intensität , daß das Medium zumindest zu Zeiten von In tensitätsspitzen zum Leuchten gebracht wird, aber nur im bzw. am Fokus des Lichtbündels. Dabei wird die Nichtlineari tät des Mediums genutzt.The invention is therefore based on the knowledge that light, which is a nonlinear medium, i. H. a medium with not linear optical properties, should shine, can be irradiated from a single direction if it is on the one hand focus on a selected volume element is siert and immediately a sufficiently high intensity sits. An embodiment of the invention is therefore by a Display device for generating a three-dimensional image shown education, a light transmitter and a Richtmit tel has to irradiate only a single one Light beam successively selected volume elements of a to illuminate nonlinear medium. It is conceivable to integrally form light transmitter and straightening means. However, it is important that the straightening device is also a variable one Is focus means. The light transmitter therefore radiates typically widened beam of light with a diameter of several millimeters and the straightening agent selectively focuses it into the selected volume element in different Ent distances from the straightening device. The light transmitter has a sol che intensity that the medium at least at times of In intensity peaks is made to glow, but only in or at the focus of the light beam. The nonlineari medium used.

Weil ein Leuchten nur im Fokus erzeugt wird, wird aus dem Lichtbündel außerhalb des gewünschten Volumenelements allen falls wenig oder gar keine Energie absorbiert, so daß der Kontrast hoch ist. Dabei wird typisch das Leuchten nur unmit telbar im Fokus erzeugt werden; lediglich bei extrem hohen Intensitäten ist es möglich, schon geringfügig vor dem Fokus das Medium zum Leuchten zu bringen. Es sei darauf hingewie sen, daß der Fokus bei realen Optiken kein Brennpunkt im ei gentlichen Sinn sein wird, sondern vielmehr ein Bereich end licher Größe, dessen genaue Form von den in Lichtsender und Richtmittel verwendeten optischen Elementen abhängt.Because a glow is only created in the focus, the Beams of light outside the desired volume element all if little or no energy is absorbed, so that the Contrast is high. Typically, the glow is only immediately be generated in focus; only at extremely high Intensities are possible, even slightly before the focus to make the medium shine. It was pointed out sen that the focus with real optics no focal point in the egg will be a generic sense, but rather an area end liche size, the exact shape of which in light transmitter and Directives used optical elements depends.

Als nichtlineares Medium kommen einerseits optische Kristalle in Frage, wie frequenzverdoppelndes Lithiumniobat, Kalium diphosphat und dergleichen; in diesem Fall wird die Intensi tät des Lichtsenders so gewählt, daß die Wahrnehmungsschwelle für das frequenzverdoppelte Licht nur im Fokusbereich über schritten wird. Auch Lösungen, insbesondere Farbstofflösungen oder andere entsprechende Flüssigkeiten, sind einsetzbar.On the one hand, there are optical crystals as the non-linear medium questionable as frequency doubling lithium niobate, potassium diphosphate and the like; in this case the Intensi act of the light transmitter so chosen that the perception threshold for the frequency-doubled light only in the focus range above is taken. Also solutions, especially dye solutions or other corresponding liquids can be used.

Ein monochromatisches Bild ist hierin beispielsweise von ei nem einzigen gepulsten Laser erzeugbar.A monochromatic image is, for example, from egg Nem single pulsed laser can be generated.

Eine farbige Abbildung kann mit einem frequenzmischenden oder verdoppelnden Medium aber ebenfalls erreicht werden, z. B. bei Farbmischung mit einem Lichtsender für jede Grundfarbe. Be vorzugt werden dann Lichtbündel unterschiedlicher Farbe kol linear in das nichtlineare Medium eingestrahlt und auf die Dispersion gegebenenfalls verwendeter transmissiver Elemente vor der Strahlzusammenführung kompensiert. Anstelle einer An zahl unterschiedlicher Lichtquellen kann auch ein Lichtsender verwendet werden, der bereits ein weißes oder scheinbar wei ßes Licht emittiert oder erzeugt und aus welchem die zur Ge winnung eines bestimmten Farbeindruckes nicht erforderlichen Komponenten selektiv ausgefiltert werden. Geeignet sind bei hinreichend empfindlichen Medien für den Dauerstrichbetrieb insbesondere IR-Laser, welche Laserstrahlung simultan auf ei ner Vielzahl von Laserwellenlängen abgeben, ähnlich den im Sichtbaren verwendeten Weißlichtlaser.A colored illustration can be mixed with a frequency or doubling medium but can also be achieved, e.g. B. at Color mixing with a light transmitter for every basic color. Be light beams of different colors are then preferred radiated linearly into the nonlinear medium and onto the Dispersion of any transmissive elements used compensated before the beam merge. Instead of an To A light transmitter can also produce a number of different light sources be used, which is already a white or apparently white ßes light emitted or generated and from which the Ge a certain color impression is not necessary Components are selectively filtered out. Are suitable for sufficiently sensitive media for continuous wave operation especially IR lasers, which simultaneously emit laser radiation on an egg emit a variety of laser wavelengths, similar to those in Visible used white light lasers.

Ein gegenüber optischen Kristallen und dergl. weit bevorzug tes Medium ist aber Gas. Bei Umgebungsdruck kann mit einem Laserstrahlpuls ein Plasma im Fokus erzeugt werden, wie prin zipiell bekannt ist. Hier wird also eine Nichtliniarität des Gases genutzt. Es ist einsichtig, daß als Medium insbesondere Luft bei Atmosphärendruck verwendet werden kann. Typische Spitzenintensitäten, die zur Plasmazündung in Luft erforder lich sind, liegen bei guter Fokussierung von z. B. 5 µm Strahltaille im Megawatt-Bereich. Diese Leistung kann mit kurz gepulstem Lasern bereitgestellt werden, die Pulsenergien von z. B. 1/2 mJ aufweisen.A far preferable to optical crystals and the like However, the medium is gas. At ambient pressure, a Laser beam pulse to generate a plasma in focus as prin is known. So here is a non-linearity of the Gases used. It is obvious that as a medium in particular Air at atmospheric pressure can be used. Typical Peak intensities required for plasma ignition in air Lich, are with a good focus of z. B. 5 microns Beam waist in the megawatt range. This can be done with short pulsed lasers are provided, the pulse energies from Z. B. have 1/2 mJ.

Die Pulsenergie von einem halben mJ reicht, um ein hell leuchtendes Plasma zu erzeugen. Dieses Plasma wird für die Zwecke der vorliegenden Anmeldung als "selbstleuchtendes" Plasmas bezeichnet.The pulse energy of half a mJ is enough to make one bright to produce glowing plasma. This plasma is used for Purposes of the present application as "self-illuminating" Called plasma.

Eine geeignete gepulste Lichtquelle für den Lichtsender ist insbesondere ein gepulster Laser, wobei in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ein NdYag-Laser verwendet wird. Andere gepulste Laser sind aber gleichfalls einsetzbar. Während es möglich ist, Quasi-Dauerstrich-Laser zu konstruieren, die zwar Licht mit einer zwar schwankenden, jedoch zwischen Puls spitzen nicht voll auf null abfallenden Intensität emittie ren, ist es für Zwecke der vorliegenden Erfindung bevorzugt, Laser mit möglichst hoher Spitzenleistung zu verwenden. Der Laserpuls sollte aber so lang sein, daß damit zunächst ein Plasmafunke gezündet wird und dann das nach der Impulsspitze im Pulsschwanz noch emittierte Licht möglichst vollständig im Plasma absorbiert wird.A suitable pulsed light source for the light transmitter is especially a pulsed laser, being in a preferred Embodiment an NdYag laser is used. Other pulsed lasers can also be used. While it is possible to construct quasi-continuous wave lasers that although light with a fluctuating, but between pulse peaks do not fully decrease to zero emittie intensity ren, it is preferred for purposes of the present invention Use lasers with the highest possible peak power. The Laser pulse should be long enough to start with Plasma spark is ignited and then that after the pulse peak light emitted in the pulse tail as completely as possible in the Plasma is absorbed.

Wenn die Lichtsender wie bevorzugt gepulst sind, werden die Repetitionsraten typischerweise wenigstens im Bereich einiger bis einiger zehn kHertz liegen. Dies ist ausreichend, damit bei der durch das Auge gegebenen zeitlichen Auflösung ein schon hinreichend komplexes Bild aus einer Vielzahl von Leuchtpunkten aufgebaut werden kann. Bevorzugt liegen die Re petitionsraten einleuchtenderweise deutlich höher und sind nur von verfügbaren Laserquellen begrenzt.If the light transmitters are pulsed as preferred, the Repetition rates are typically at least some up to a few tens of kHertz. This is enough for that at the temporal resolution given by the eye sufficiently complex picture from a variety of Illuminated dots can be built. The Re are preferably petition rates are obviously much higher and only limited by available laser sources.

Auch mit Plasma als Medium kann eine farbige Darstellung er zeugt werden. Hierzu wird farbiges Licht in das Plasma einge strahlt und dort gestreut. Wenn die Intensität des zu streu enden Farblichtes hinreichend hoch ist, überstrahlt das ge streute farbigen Licht das Selbstleuchten und erzeugt einen Farbeindruck. Die erforderliche Intensität des farbigen Lich tes hängt insbesondere von der spektralen Empfindlichkeit des Auges ab.A colored display can also be used with plasma as a medium be fathered. To do this, colored light is injected into the plasma shines and scattered there. If the intensity of the scatter the colored light is sufficiently high, it outshines the ge Scattered colored light the self-glow and creates one Color impression. The required intensity of the colored light tes depends in particular on the spectral sensitivity of the Eye.

Außerdem ergibt sich der Helligkeitseindruck am Auge bei den typischerweise kurzen Zeiten, in denen an einem bestimmten Punkt ein Plasma pulsartig erzeugt wird, aus dem zeitlichen Intensitätsintegral. So kann über die gesamte Plasmalebens zeit farbiges Licht am Plasma gestreut werden.In addition, there is the impression of brightness on the eye in the typically short times during which on a particular Point a plasma is generated in pulsed fashion from the temporal Intensity integral. So can over the entire plasma life time colored light is scattered on the plasma.

Bevorzugt ist auch das am Plasma zu streuende Farblicht ge pulst, da Licht nur während des Vorliegens eines Plasmas zum Auge gestreut werden kann. Bei gepulsten Lasern sind die Pul se von Farb- und Leistungslaser zu synchronisieren. Dazu kön nen gesteuerte Güteschalter in den Laser-Resonatoren verwen det werden. Bei dem Einsatz von Farb- und Leistungslasern werden die Farblaser bevorzugt so gepulst, daß die vollstän dige Intensität des Farblaserlichtes am Plasma gestreut wird.The colored light to be scattered on the plasma is also preferred pulsates because light is only present during the presence of a plasma Eye can be scattered. With pulsed lasers, the pulse synchronize color and power lasers. You can do this Use a controlled Q-switch in the laser resonators be det. When using color and power lasers the color lasers are preferably pulsed so that the complete intensity of the color laser light is scattered on the plasma.

Weil typisch die Plasmarelaxationszeit mit einigen, z. B. cir ca 10 ns deutlich länger ist als der Lichtpuls zur Erzeugung des Plasmas (bei einem NdYag-Lasers um 30 ps), langt für die Farblichtpulse gegenüber den plasmaerzeugenden Leistungspul sen eine größenordnungsmäßig geringere Lichtintensität bei länger dauernden Pulsen. Die Farblaserpulse sind bevorzugt zumindest genau so lang wie die Pulse des Leistungslasers, der das eigentliche Plasma erzeugt, und dauern bevorzugt nicht wesentlich länger als die Plasmarelaxationszeit.Because typically the plasma relaxation time with some, e.g. B. cir about 10 ns is significantly longer than the light pulse for generation of the plasma (around 30 ps for an NdYag laser), Color light pulses compared to the plasma generating power pulses lower light intensity by an order of magnitude longer lasting pulses. The color laser pulses are preferred at least as long as the pulses of the power laser, which generates the actual plasma, and last preferably not significantly longer than the plasma relaxation time.

Bevorzugt werden auch die Farblaserstrahlen auf das Volumen fokussiert, um ihre optimale Streuung im Plasmabereich zu er möglichen. So ist bevorzugt, wenn Leistungs- und Farblaser strahlen auf etwa dieselbe Strahltaillen fokussiert werden, was durch kollineare Zuammenkopplung vor dem Richtmittel be wirkt werden kann. Einleuchtenderweise wird bei der Auslegung des optischen Systems das tatsächliche Strahlprofil berück sichtigt oder zumindest, etwa als Gaußstrahl wie per se im Stand der Technik bekannt, angenähert. Dies stellt sicher, daß sich die erforderlichen engen Brennpunkte erzielen las sen.The color laser beams on the volume are also preferred focused to achieve their optimal spread in the plasma range possible. So it is preferred if power and color lasers rays are focused on approximately the same beam waist, what be by collinear coupling before the directional can be worked. Obviously, when designing the actual beam profile of the optical system sighted or at least, as a Gaussian beam as per se in State of the art, approximate. This ensures that the necessary narrow foci could be achieved sen.

Für ein farbiges Bild ist die Mischung aus Grundfarben bevor zugt.For a colored picture, the mixture of basic colors is before moves.

Die Richtmittel können mechanisch verstellbare Spiegel sowohl umfassen, um das Lichtbündel auf die ausgewählten Volumenele mente zu richten, als auch um das Lichtbündel zu fokussieren. The straightening means can be both mechanically adjustable mirrors include the light beam on the selected volume element elements, as well as to focus the light beam.

Für die Lenkung des Bündels sind insbesondere mechanische Stellelemente mit Galvano-Stellelementen oder mit Schrittmo toren einsetzbar. Diese mechanischen Stellelemente werden be vorzugt gesteuert, um den Laserstrahl nur längs einer ge wünschten Bahn zu bewegen, welche als Teil des Bildes zum Leuchten gebracht werden soll. Diese als "random access" be zeichnete, gesteuerte Bewegung längs einer frei bestimmten Bahn ist gegenüber dem sog. Raster-Scan-Fall bevorzugt, in welchem mit dem Richtmittel sukzessive jedes einzelne Volu menelement des gesamten Anzeigevolumens angesteuert wird und dabei nur jene Volumenelemente (Voxel) zum Leuchten gebracht werden, die einen hellen Bildteil ausmachen sollen. Dies liegt daran, daß oft die mechanischen Elemente des Richtmit tels die Komplexizität des Bildes, also dessen Größe bzw. Auflösung begrenzen. Das gesteuerte Abfahren nur der spezi fisch für ein gegebenes Bild gewünschten Bahn erlaubt es, bei gegebener mechanischer Auslegung ein komplexeres Bild aufzu bauen.For the steering of the bundle are mechanical in particular Control elements with galvano control elements or with step mo gates can be used. These mechanical control elements will be preferably controlled to the laser beam only along a ge wanted to move orbit, which as part of the picture to the Shine should be brought. These are called "random access" drawn, controlled movement along a freely determined Path is preferred over the so-called raster scan case, in which with the straightening agent successively each individual volu menu element of the entire display volume is controlled and only those volume elements (voxels) are illuminated that should make up a bright part of the picture. This is that often the mechanical elements of the Richtmit the complexity of the image, i.e. its size or Limit resolution. The controlled shutdown of only the spec fish for a given image allows you to track at given a mechanical design, a more complex picture to build.

Werden im Richtmittel auch zur Fokussierung des Lichtbündels verstellbare Spiegel eingesetzt, so können diese wahlweise nur eine mechanische variierte Brennweite aufweisen oder gleichzeitig eine Strahlpositionsverschiebung bewirken.Are also used in the directional to focus the light beam adjustable mirrors used, so these can be optionally have only a mechanically varied focal length or cause a beam position shift at the same time.

Eine besonders bevorzugte Fokussieranordnung wird durch Para belspiegel realisiert. Praktisch lassen sich diese ohne Schwierigkeiten annähern durch in einer Dimension sphärisch gekrümmte Spiegel. Diese können als Vorderflächenspiegel auf Piezo-Biege-Elementen aufgebracht sein. Die Piezoelemente ver biegen bei Anlegen einer Spannung den Spiegel derart, daß sich seine Brennweite ändert. Die Fokussierung muß hierzu nicht mit einem einzelnen Spiegel in beiden Richtungen des Strahlquerschnittes vorgenommen werden. Vielmehr können zwei getrennt wirkende Spiegel vorgesehen werden, von welchen ei ner (bei Ausbreitung des Bündels in z-Richtung) einer Fokus sierung in x- und der andere in y-Richtung bewirkt.A particularly preferred focusing arrangement is Para Belspiegel realized. In practice, these can be done without Difficulties approximate by being spherical in one dimension curved mirror. These can appear as a front surface mirror Piezo bending elements can be applied. The piezo elements ver bend the mirror when applying a voltage such that its focal length changes. The focus must be on this not with a single mirror in either direction of the Beam cross section can be made. Rather, two can separately acting mirrors are provided, of which egg ner (when the bundle spreads in the z direction) a focus sation in the x and the other in the y direction.

Wahlweise kann das Richtmittel zur Veränderung der Fokusent fernung auch eine Linse mit elektrooptisch verstellbarer Brennweite umfassen. Derartige Linsen sind beispielsweise be kannt aus der DE 26 49 073 C2. Wegen der relativ geringen zu lässigen Strahlleistung derartiger Linsen wird aber am Richt mittel ein sehr stark aufgeweiteter Strahl benötigt.Optionally, the guide can be used to change the focus distance also a lens with electro-optically adjustable Include focal length. Such lenses are, for example, be knows from DE 26 49 073 C2. Because of the relatively low too casual beam power of such lenses is the right way medium requires a very widened jet.

Bevorzugt sind daher andere Fokussierungsmittel. So kann eine Zylinderlinse in den Strahl gesetzt werden, die um ihre quer zur Strahlrichtung liegende Zylinderachse gedreht wird, was die effektive Brennweite verändert. Der dabei auftretende Strahlversatz kann ohne weiteres durch eine entsprechend ein zustellende Parallelplatte kompensiert werden, wie per se be kannt.Other focusing means are therefore preferred. So one can Cylinder lens to be placed in the beam, around its cross cylinder axis lying to the beam direction is rotated, which the effective focal length changes. The one that occurs Beam offset can be easily determined by a corresponding parallel plate to be compensated, as per se knows.

Die Fokussierung und/oder Strahllenkung kann auch mittels Ho logrammen erfolgen.The focusing and / or beam steering can also be done using Ho logograms.

Eine per se bekannte erste Möglichkeit sind akustooptische Modulatoren, die in zeitlich veränderlicher Form angesteuert werden, was den Bildaufbau erlaubt. So können bewegte Bildse quenzen genauso erzeugt werden, wie das durch entsprechende Steuerung von mechanischen Spiegelstellern möglich ist.A first option known per se is acousto-optical Modulators that are controlled in a time-varying form what the image structure allows. So moving pictures sequences are generated in exactly the same way as by corresponding Control of mechanical mirror actuators is possible.

Aufgrund der nur geringen zulässigen Leistungsdichte der mei sten akustooptischen Modulatoren ist es jedoch bevorzugt, wenn das Richtmittel eine Vielzahl von Einzelhologrammen zur Fokussierung des Lichtbündels in unterschiedliche Entfernun gen und/oder in unterschiedliche Richtungen umfaßt und die Einzelhologramme wie jeweils erforderlich in das Strahlbündel bewegt werden.Due to the low permissible power density of the mei However, most acousto-optical modulators are preferred if the directional means a variety of individual holograms for Focusing the light beam in different distances gene and / or in different directions and the Single holograms as required in each case in the beam be moved.

Die Einzelhologramme müssen dabei nicht getrennt voneinander auf einem Träger angeordnet werden, sondern lediglich separat austastbar sein, etwa durch selektive Strahlabschattung mit tels LCD oder indem eine Vielzahl von Einzelhologrammen auf einem gemeinsamen Träger angeordnet wird.The individual holograms do not have to be separate from one another be arranged on a carrier, but only separately be blanked out, for example by selective beam shading LCD or a variety of individual holograms a common carrier is arranged.

Es ist möglich, die Entfernung des Fokuspunktes vom Richtmit tel mit einer Vielzahl von Einzelhologrammen zu variieren, indem die Strecke zwischen minimaler und maximaler Fokuspunk tentfernung in kleinen Schritten unterteilt und für jeden Schritt ein separates Einzelhologramm vorgesehen wird, das nach Bedarf in den Strahl bewegt wird. In einem solchen Fall wird die Lage des Fokuspunktes holographisch verändert. Eine derartige Bewegung kann beispielsweise durch eine Rotation eines zylindrischen Trägers oder die Drehung einer flachen Scheibe erzeugt werden, auf deren Umfangsbereich die Einzel hologramme hintereinander angeordnet sind.It is possible to measure the distance of the focal point from the direction vary with a variety of individual holograms, by moving the distance between the minimum and maximum focus points Tent removal divided into small steps and for everyone Step a separate single hologram is provided, the is moved into the beam as needed. In such a case the position of the focal point is changed holographically. A such movement can, for example, by rotation of a cylindrical carrier or the rotation of a flat one Disc are generated on the circumferential area, the individual holograms are arranged one behind the other.

Eine solche Fokussiereinrichtung kann mit mechanisch ver stellten Spiegeln zusammenarbeiten, um insbesondere hinter der Fokussiereinheit den Strahl auf den gewünschten Bildpunkt zu bewegen. Wahlweise kann zur Wiedergabe eines vorgegebenen dreidimensionalen Bildes oder einer kurzen Bildsequenz auch ein Einzelhologrammfür jeden Leuchtpunkt längs einer vorbe stimmten Bahn vorgesehen werden. Solche unveränderlichen Ein zelhologramme für fixe Sequenzen sind z. B. ohne weiteres bei Vorführungen in Diskotheken, zu Werbezwecken und dergleichen nützlich.Such a focusing device can mechanically ver put mirrors work together, in particular behind the focusing unit the beam onto the desired pixel to move. You can choose to play a preset three-dimensional image or a short image sequence too a single hologram for each red dot along one agreed path to be provided. Such immutable one Cell holograms for fixed sequences are e.g. B. without further ado Demonstrations in discotheques, for advertising purposes and the like useful.

Die Einzelhologramme können zwar durch Volumenhologramme rea lisiert werden, bevorzugt ist jedoch die Verwendung von Ober flächenhologrammen, die mit besonders hoher Leistung be strahlt werden können, ohne daß eine Beschädigung befürchtet werden muß.The individual holograms can be real by volume holograms be lized, but the use of Ober is preferred surface holograms that work with particularly high performance can be radiated without fear of damage must become.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung be schrieben. In dieser sind:The invention will be based on the drawing wrote. In this are:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel mit einem Richt mittel, welches Hologramme verwendet; Figure 1 shows a first embodiment with a directional medium, which uses holograms.

Fig. 2 eine Anzeigevorrichtung mit verbiegbaren Spie geln; Figure 2 is a display device with bendable Spie gel.

Fig. 3 eine Fokussiereinheit mit einer Zylinderlinse; Fig. 3 is a focusing unit with a cylindrical lens;

Fig. 4 ein Beispiel für die Anordnung von Oberflächen hologrammen auf einem Drehzylinder. Fig. 4 shows an example of the arrangement of surface holograms on a rotary cylinder.

Nach Fig. 1 umfaßt eine allgemein mit 1 bezeichnete Vorrich tung 1 zur volumetrischen Wiedergabe eines dreidimensionalen Bildes in autostereoskopischer Darstellung einen gepulsten NdYag-Laser 2 mit einer Pulsenergie von wenigstens einem hal ben mJ und einer Pulsdauer von etwa dreißig Picosekunden.According to Fig. 1, generally designated 1 comprises Vorrich device 1 for volumetric rendering of a three-dimensional image in autostereoscopic representation of a pulsed NdYAG lasers 2 with a pulse energy of at least one hal ben mJ and a pulse duration of about thirty picoseconds.

Der aus dem NdYag-Laser 2 emittierte Laserstrahl 3 besitzt eine durch den Laserresonator vorgegebene Divergenz und einen Durchmesser von typisch einem bis einigen Millimetern. Der divergente Laserstrahl 3 wird in einer Aufweiteoptik 4 weiter aufgeweitet und verläßt diese als nahezu paralleles Lichtbün del bzw. -strahl 5. Dieser parallele Strahl 5 trifft auf ein Durchlichthologramm wie z. B. Volumenhologramm 6, das geeignet ist, der Strahlleistung dauerhaft zu widerstehen, und auf ei ner Scheibe 7 angeordnet ist. Die Scheibe 7 dreht sich um ih re zur Strahlachse 5 kollineare Achse 8 und führt bei ihrer Drehbewegung abwechselnd unterschiedliche Durchlichthologram me 6a, 6b in den Strahl 5. An den Stellen der Durchlichtholo gramme 6 ist die Scheibe 7 durchbrochen. Hinter Drehscheibe 7 ist eine optionale Sammellinse 6c vorgesehen.The laser beam 3 emitted from the NdYag laser 2 has a divergence predetermined by the laser resonator and a diameter of typically one to a few millimeters. The divergent laser beam 3 is widened further in a widening optics 4 and leaves it as an almost parallel light beam del or beam 5 . This parallel beam 5 strikes a transmitted light hologram such. B. volume hologram 6 , which is suitable to withstand the beam power permanently, and is arranged on egg ner 7 . The disk 7 rotates about its re to the beam axis 5 collinear axis 8 and leads alternately different translucent holograms 6 a, 6 b in the beam 5 during their rotational movement. At the points of the transmitted light hologram 6 , the disc 7 is broken. An optional converging lens 6 c is provided behind the turntable 7 .

Die Durchlichthologramme 6 sind so gebildet, daß - gegebenen falls zusammenwirkend mit Linse 6c - in vorbestimmtem Abstand und in vorbestimmter Richtung von der Drehscheibe der Strahl 5 zu einem Fokuspunkt 9 fokussiert wird. Bei der Drehung der Scheibe 7 können Durchlichthologramme 6 so in den Strahl 5 bewegt werden, daß der Fokus 9 längs einer dreidimensionalen Bahn bewegt wird, welche einem abzubildenden dreidimensiona len Gegenstand 10 entspricht.The transmitted-light hologram 6 are formed so that - where appropriate in cooperation with lens 6 c - is focused at a predetermined distance and in a predetermined direction from the hub of the beam 5 to a focus point. 9 When the disk 7 is rotated, transmitted light holograms 6 can be moved into the beam 5 such that the focus 9 is moved along a three-dimensional path which corresponds to a three-dimensional object 10 to be imaged.

Die Anordnung befindet sich in der natürlichen Atmosphäre, beispielsweise im Freien oder in einem geschlossenen Veran staltungsraum wie einer Diskothek. Die Strahlenergie ist so hoch, und die Fokussierung auf den Fokuspunkt 9 so scharf, daß am Fokuspunkt bzw. -bereich 9 ein Plasma zündet. Bei hin reichend schneller und insbesondere auf die Pulse synchroni sierter Drehung der Drehscheibe 7 und bei hinreichend hoher Pulswiederholrate des gepulsten Ndyag-Lasers erscheint so längs der Bahn, die der Fokuspunkt 9 abfährt, ein leuchtendes Objekt, das aus den selbstleuchtenden Plasmapunkten, die in den Fokuspunkten 9 gezündet werden, gebildet ist.The arrangement is in the natural atmosphere, for example outdoors or in a closed event space such as a discotheque. The beam energy is so high and the focus on the focus point 9 is so sharp that a plasma ignites at the focus point or area 9 . With sufficiently fast and, in particular, pulse-synchronized rotation of the turntable 7 and with a sufficiently high pulse repetition rate of the pulsed Ndyag laser, a luminous object appears along the path that the focus point 9 travels, a luminous object that consists of the self-luminous plasma points in the Focus points 9 are ignited, is formed.

Während das Ausführungsbeispiel von Fig. 1 nur aus Gründen der Veranschaulichung mit Durchlichthologrammen 6 beschrieben und dargestellt ist, ist ein Aufbau mit beständigeren Refle xionshologrammen, d. h. Oberflächenhologrammen, bevorzugt. Ein bevorzugtes Trägermaterial hierfür ist Quarzglas.While the exemplary embodiment of FIG. 1 is described and illustrated with transmitted light holograms 6 only for the sake of illustration, a structure with more permanent reflection holograms, ie surface holograms, is preferred. A preferred carrier material for this is quartz glass.

Die Hologramme müssen nicht zwingend auf einer sich drehenden Scheibe angeordnet werden, sondern wahlweise ist es möglich, diese helixförmig auf einem Zylinder anzuordnen wie in Fig. 4 angedeutet. Der Zylinder wird unter Drehung vorgeschoben werden, um die unterschiedlichen Einzelhologramme sukzessive in den Strahl 5 zu bewegen. Wahlweise wird der Strahl über den sich drehenden Zylinder verschoben. Wenn auch zur pausen freien Darstellung eines vorgegebenen Bildes oder einer vor gegebenen Bildsequenz die Rückbewegung des Drehzylinders ge nutzt werden soll, können die Einzelhologramme auf zwei ge trennten Schraubenlinien, jeweils eine für Vor- und Rückbewe gung angeordnet werden, wie dies in Fig. 5 anhand der strichpunktiert und gestrichelt gezeichneten Schraubenlinien veranschaulicht ist. Diese beiden Schraubenlinien können wahlweise dieselbe Drehrichtung aufweisen oder unterschiedli chen Drehsinn besitzen, wie in Fig. 4a beziehungsweise 4b jeweils veranschaulicht.The holograms do not necessarily have to be arranged on a rotating disk, but it is optionally possible to arrange them in a helical shape on a cylinder, as indicated in FIG. 4. The cylinder will be advanced with rotation in order to successively move the different individual holograms into the beam 5 . Optionally, the beam is shifted over the rotating cylinder. If the return movement of the rotary cylinder is also to be used for the pause free representation of a given image or a given image sequence, the individual holograms can be arranged on two separate helical lines, one for forward and backward movement, as shown in FIG. 5 the dash-dotted and dashed lines are illustrated. These two helical lines can optionally have the same direction of rotation or have different directions of rotation, as illustrated in FIGS. 4a and 4b, respectively.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung wird mit Bezug auf Fig. 2 beschrieben.Another embodiment of the invention will be described with reference to FIG. 2.

Nach Fig. 2 umfaßt die wiederum allgemein mit 1 bezeichnete Anzeigenvorrichtung 1 einen gepulsten Laser 2, der einen Strahl 3 emittiert, welcher in einer Optik 4 aufgeweitet und als Strahl 5 in ein Fokussiermittel 20 geführt wird.According to FIG. 2, the display device 1, again generally designated 1 , comprises a pulsed laser 2 which emits a beam 3 , which is widened in an optical system 4 and guided as a beam 5 into a focusing means 20 .

Das Fokussiermittel umfaßt einen ersten Parabelspiegel 21, der den Strahl in einer ersten Richtung quer zur Ausbreitung fokussiert und einen zweiten Parabelspiegel 22, der den Strahl in der zweiten Richtung quer zur Ausbreitung fokus siert. Damit eine Fokussierung sowohl mit dem Spiegel 21 als auch dem Spiegel 22 erreicht wird, umfaßt das Fokusmittel weiter in per se bekannter Weise einen Strahlteiler 2 und Lambda/4 Plättchen 24a und 24b. Die Spiegel 21 und 22 sind auf sog. Piezo-Bender-Elementen als Vorderflächenspiegel auf gebracht. An die Piezo-Bender-Elemente kann aus einer geeig neten Spannungssteuerung eine Spannung angelegt werden, die die Krümmung des Spiegels und damit seine jeweilige Brennwei te verändert. Der aus dem Strahlteiler 23 konvergent austre tende Strahl wird - gegebenenfalls nach Durchtritt durch eine weitere Sammellinse mit vorzugsweise fester Brennweite (nicht gezeigt) zur Erhöhung der Entfernung des Fokuspunktes und so mit zur Vergrößerung des Bildes - auf einen ersten, mecha nisch um eine erste Achse schwenkbaren Spiegel 25 und dann auf einen zweiten schwenkbaren Spiegel 26 gerichtet, der um eine zur ersten Achse senkrechte zweite Achse schwenkbar ist. Hinter dem Spiegel 26 läuft das Strahlbündel frei in die At mosphäre zu seinem Fokuspunkt 9.The focusing means comprises a first parabolic mirror 21 which focuses the beam in a first direction transverse to the propagation and a second parabolic mirror 22 which focuses the beam in the second direction transverse to the propagation. So that focusing is achieved with both the mirror 21 and the mirror 22 , the focus means further comprises, in a manner known per se, a beam splitter 2 and lambda / 4 plates 24 a and 24 b. The mirrors 21 and 22 are placed on so-called piezo bender elements as front surface mirrors. A voltage can be applied to the piezo bender elements from a suitable voltage control, which changes the curvature of the mirror and thus its respective focal length. The convergent emerging from the beam splitter 23 is - optionally after passing through a further converging lens with a preferably fixed focal length (not shown) to increase the distance from the focus point and thus to enlarge the image - on a first, mechanically around a first axis pivotable mirror 25 and then directed to a second pivotable mirror 26 which is pivotable about a second axis perpendicular to the first axis. The beam runs freely behind the mirror 26 into the atmosphere to its focal point 9 .

Die Piezoelemente der biegbaren Spiegel 21 und 22 sind ge steuert verstellbar, ebenso wie die Ausrichtung der Spiegel 25 und 26 durch eine Steuerung verändert werden kann. Die Steuerung (nicht gezeigt) ist so gebildet, daß der Fokuspunkt 9 längs einer frei vorgebbaren Trajektorie im Raum bewegt werden kann.The piezo elements of the bendable mirrors 21 and 22 are adjustable GE controls, as well as the orientation of the mirrors 25 and 26 can be changed by a controller. The controller (not shown) is designed such that the focal point 9 can be moved in space along a freely definable trajectory.

Im Betrieb werden die Bewegungen und Verstellungen der Spie gel 21, 22, 25 und 26 durch die Steuerung aufeinander abge stimmt und der NdYag-Laser 2 mit hinreichend hoher Repetiti onsrate gepulst. So wird die Trajektorie längs der Fokuspunk te 9 als Leuchtbahn sichtbar und ein hell leuchtendes und so mit weithin sichtbares autostereoskopisches Bild in volume trischer Darstellung erzeugt. Es sei darauf hingewiesen, daß Plasmaleuchten aus einem großen Raumwinkelbereich beobachtet werden kann und sehr hell ist.In operation, the movements and adjustments of the mirrors 21 , 22 , 25 and 26 are coordinated with one another by the control and the NdYag laser 2 is pulsed with a sufficiently high repetition rate. The trajectory along the focal point 9 is visible as a light path and a brightly glowing and thus widely visible autostereoscopic image is generated in a volume representation. It should be noted that plasma lights can be observed from a large solid angle range and are very bright.

Die Vorrichtung von Fig. 2 kann aber nicht ausschließlich monochromatische Bilder unter Ausnutzung des Plasmaselbst leuchtens erzeugen. Vielmehr sind drei weitere gepulste Laser 27a, 27b, 27c vorgesehen, die Laserstrahlen roter, grüner be ziehungsweise blauer Wellenlänge emittieren. Die Strahlen der Laser 27 werden über Strahlteiler 28a, 28b, 28c und 28d kol linear in den Strahl 3 eingestrahlt, mit diesem zusammen in der Aufweiteoptik 4 aufgeweitet und an den Spiegeln umge lenkt, bzw. fokussiert. Da die Fokussierung an Spiegeln er folgt, sind keine chromatischen Aberrationen zu befürchten. Die Strahlparameter wie Divergenz und Strahltaille von Far blasern und NdYag-Laser sind einander angepaßt.The device of FIG. 2 cannot, however, exclusively produce monochromatic images using the plasma self-illuminating. Rather, three further pulsed lasers 27 a, 27 b, 27 c are provided which emit laser beams of red, green or blue wavelengths. The beams of the lasers 27 are radiated linearly into the beam 3 via beam splitters 28 a, 28 b, 28 c and 28 d, expanded together with this in the widening optics 4 and deflected or focused at the mirrors. Since focusing on mirrors follows, there is no fear of chromatic aberrations. The beam parameters such as divergence and beam waist of color lasers and NdYag lasers are matched to one another.

Die Laser 27 sind gütegesteuert, wobei per se im Stand der Technik bekannte Güteschalter (Q-Switches) in den Laser-Re sonatoren der Laser 27 angeordnet sind. Die Güteschalter in den Laserresonatoren der Laser 27 sind über ein Synchronisa tionsmittel 29 an die Pulserzeugeung des Ndyag-Lasers 2 ge koppelt.The lasers 27 are quality-controlled, with Q-switches known per se in the prior art being arranged in the laser sensors of the laser 27 . The Q-switches in the laser resonators of the laser 27 are coupled via a synchronization means 29 to the pulse generation of the Ndyag laser 2 .

Im Betrieb zur farbigen Wiedergabe durch die Vorrichtung von Fig. 2 wird wiederum der Fokus längs einer erforderlichen Trajektorie verschoben und die Emission aus den Farblasern 27a bis 27c so gesteuert, daß nach oder bei Zünden des Plas mafunkens 9 an diesem das farbige Licht in gewünschter Inten sität zur Erzielung eines vorgegebenen Farbeindruckes zum Be obachter gestreut wird.In operation, the color reproduction by the apparatus of FIG. 2, the focus is again displaced longitudinally to a required trajectory and the emission from the dye laser 27 a c controlled to 27, that after or during ignition of the Plas mafunkens 9 on that the colored light in desired intensity to achieve a given color impression is scattered to the observer.

Es sei erwähnt, daß die vorgeschlagene, aber nicht gezeigte Sammellinse hinter dem Strahlteiler entsprechend auch mit bzw. in anderen Richtmitteln vorteilhaft einsetzbar ist, wie in Fig. 1 durch Linse 6c veranschaulicht.It should be noted that the proposed, but converging lens, not shown, according to advantageous behind the beam splitter with or in other aiming devices can be used, as shown in Fig. Exemplified by lens 6 1 c.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Beispiel einer Fokussierungsoptik. Diese umfaßt eine Zylinderlinse 30 anstelle eines verbiegba ren Spiegels oder von Hologrammen. Die Zylinderlinse ist im Strahlengang eines NdYag-Lasers 2 hinter der Aufweiteoptik 4 angeordnet. Die Zylinderlinse 30 weist eine Dreheinheit auf, um sie gegen den Strahl zu kippen, wobei sich die effektive Brennweite ändert, wie durch Fig. 3b angedeutet. Da sich bei einer derartigen Fokussierung zugleich ein Strahlversatz ein stellt, ist eine dünne Platte 31 vorgesehen, die synchron so mit der Zylinderlinse 30 verschwenkt wird, daß der Strahlver satz kompensiert wird. Fig. 3 shows another example of a focusing lens. This comprises a cylindrical lens 30 instead of a bendable mirror or holograms. The cylindrical lens is arranged in the beam path of an NdYag laser 2 behind the widening optics 4 . The cylindrical lens 30 has a rotating unit to tilt it against the beam, the effective focal length changing, as indicated by FIG. 3b. Since such a focusing also provides a beam offset, a thin plate 31 is provided which is pivoted synchronously with the cylindrical lens 30 so that the beam offset is compensated for.

Es versteht sich, daß die unterschiedlichen Fokussierungs- und Richtmittel miteinander kombinierbar sind.It goes without saying that the different focusing and straightening means can be combined.

Es ist vorstellbar, auf der Scheibe 7 von Fig. 1 nicht eine Vielzahl von Einzelhologrammen anzuordnen, die sowohl für ei ne seitliche Ablenkung als auch für eine Variation der räum lichen Entfernung des Fokuspunktes von der Scheibe sorgen, sondern nur mit den auf der Scheibe 7 angeordneten Hologram men eine schrittweise Verlagerung der Fokusentfernung zu er zielen und dann eine Umlenkung beispielsweise mit mechanisch gesteuerten Spiegeln wie bei 25 und 26 in Fig. 2 angedeutet, vorzunehmen. It is conceivable not to arrange a large number of individual holograms on the disk 7 from FIG. 1, which provide both for lateral deflection and for a variation of the spatial distance of the focal point from the disk, but only with those on the disk 7 arranged holograms to achieve a gradual shift in the focus distance and then to redirect it, for example with mechanically controlled mirrors as indicated at 25 and 26 in FIG. 2.

Weiter ist auch denkbar, anstelle einer drehbaren Scheibe 7 mit Einzelhologrammen einen akustooptischen Modulator vor zu sehen, dem durch entsprechende akustische Anregung ein sol ches Dichtemuster aufgeprägt wird, mit welchem eine gewünsch te Strahlablenkung beziehungsweise Fokussierung erreicht wird. Derartige akustooptische Modulatoren mit zugeordneten Drehspiegeln sind in der Technik per se bekannt. Weiter ist ohne weiteres möglich, anstelle einer Drehscheibe, auf wel cher Einzelhologramme nur im Umfang angeordnet sind, eine Bildsequenz auf einer Spirale vorzusehen.Furthermore, it is also conceivable to provide an acousto-optic modulator instead of a rotatable disk 7 with individual holograms, which is emitted by appropriate acoustic excitation, such a density pattern with which a desired beam deflection or focusing is achieved. Such acousto-optical modulators with associated rotating mirrors are known per se in the art. Furthermore, it is readily possible to provide an image sequence on a spiral instead of a turntable on which individual holograms are arranged only in the circumference.

Während es bevorzugt ist, die Spiegel der mechanischen Stel lelemente so zu verstellen, daß eine vorgegebene Trajektorie abgefahren wird, ist es auch möglich, wie bei der zeilenwei sen Abtastung eines Fernsehbildes jedes einzelne Voxel im Ab bildungsraum sukzessive anzusteuern und nur dort hinein zu fokussieren, wo ein Leuchten gewünscht wird. Allerdings ist die letztgenannte Art der Bilderzeugung aufgrund der be schränkten mechanischen Stellgeschwindigkeiten nicht bevor zugt.While it is preferred, the mirror of the mechanical stel elements to be adjusted so that a given trajectory is started, it is also possible, as with the row two Sen scanning of a television picture every voxel in the Ab to gradually head towards the education area and only enter it there focus where lighting is desired. However the latter type of image generation due to the be limited mechanical positioning speeds before moves.

Beschrieben wird also eine Vorrichtung zur volumetrischen Wiedergabe eines dreidimensionalen Gebildes in autostereosko pischer Darstellung durch gepulste Plasmaerzeugung in natür licher Atmosphäre mittels eines einzelnen fokussierten Laser strahles. Es wird hierzu vorgeschlagen, daß bei einer Anzei gevorrichtung zur Darstellung einer dreidimensionalen Abbil dung mit einem Lichtsender und einem Richtmittel, mittels Lichteinstrahlung sukzessiver ausgewählte Volumenelemente ei nes nichtlinearen Mediums zum Leuchten zu bringen, der Licht sender zum Aussenden eines auf geweiteten Lichtbündels ausge bildet ist, das Richtmittel zur selektiven Fokussierung des Lichtbündels in das jeweils ausgewählte Volumenelement ausge bildet ist und der Lichtsender eine solche Intensität be sitzt, daß das Medium nur am Fokus des Lichtbündels zum Leuchten gebracht wird.A device for volumetric is thus described Rendering of a three-dimensional structure in autostereosko representation by pulsed plasma generation in natural atmosphere using a single focused laser radiant. It is proposed that in an advertisement device for displaying a three-dimensional image with a light transmitter and a straightening agent Light irradiation successively selected volume elements to illuminate a nonlinear medium, the light transmitter for emitting an expanded light beam is the guide for selective focusing of the Beam of light in the selected volume element is formed and the light transmitter be such an intensity sits that the medium only at the focus of the light beam to Is brought to light.

Claims

1. Anzeigevorrichtung zur Erzeugung einer dreidimensionalen Abbildung mit einem Lichtsender und einem Richtmittel, um mittels gerichteter Lichteinstrahlung sukzessive ausge wählte Volumenelemente eines Mediums zum Leuchten zu bringen, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtsender zum Aussenden eines aufgeweiteten Licht bündels ausgebildet und das Richtmittel zur selektiven Fokussierung des auf geweiteten Lichtbündels in das je weils ausgewählte Volumenelement ausgebildet sind und worin der Lichtsender zumindest temporär eine solche In tensität besitzt, daß nur am Fokus des Lichtbündels ein Leuchten erzeugt wird.1. Display device for generating a three-dimensional image with a light transmitter and a directional means to bring selected volume elements of a medium to light by means of directional light irradiation, characterized in that the light transmitter is designed to emit an expanded light bundle and the directional means for selective focusing of the are formed on the expanded light beam in the respective selected volume element and in which the light transmitter at least temporarily has such an intensity that a glow is generated only at the focus of the light beam.

2. Anzeigevorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch mit einem das Licht des eingestrahlten Lichtbündels zu Licht sichtbarer Wellenlänge nichtlinear mischenden, insbeson dere frequenzverdoppelnden Medium, worin die Intensität des Lichtsenders so hoch ist, daß nur vom im Medium lie genden Fokusbereich gemischtes, insbesondere frequenzver doppeltes Licht deutlich wahrnehmbarer Intensität emit tiert wird.2. Display device according to the preceding claim one the light of the incident light beam to light visible wavelength mixing non-linear, in particular their frequency-doubling medium, in which the intensity of the light transmitter is so high that only the lie in the medium mixed focus, especially frequency double light with clearly perceptible intensity is tiert.

3. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 2 zur Anzeige eines mo nochromatischen Bildes, worin das Medium ein frequenzver doppelndes Medium ist und der Lichtsender und das Richt mittel zur Einstrahlung allenfalls eines einzigen in das Medium fokussierten Lichtbündels für jeden zu einem gege benen Zeitpunkt gleichzeitig zum Leuchten gebrachten Punkt ausgebildet sind. 3. Display device according to claim 2 for displaying a mo still chromatic image, in which the medium is a frequency ver is duplicating medium and the light transmitter and the direction means to irradiate at most one into the Medium focused light beam for everyone at one at the same time made it shine Point are formed.

4. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 2, worin zur Erzeugung eines farbigen Bildes das Medium ein frequenzverdoppeln des Medium ist und der Lichtsender und das Richtmittel zur Aussendung und Einstrahlung allenfalls eines einzigen in das Medium fokussierten Lichtbündels je Grundfarbe für jeden zu einem gegebenen Zeitpunkt zum Leuchten gebrach ten Punkt ausgebildet ist.4. A display device according to claim 2, wherein for generating of a colored image, the medium doubles the frequency the medium is and the light transmitter and the straightening agent for sending and irradiation at most one bundle of light focused in the medium per basic color for everyone broke up at a given time th point is formed.

5. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 2, worin das Medium ein Licht nichtlinear mischendes Medium ist und Lichtsender und Richtmittel dazu ausgebildet sind, ein aus Licht strahlen wenigstens zweier unterschiedlicher Wellenlängen allgemein kollinear zusammengesetztes Lichtbündel in das Medium zu fokussieren.5. A display device according to claim 2, wherein the medium is a Light is a non-linear mixing medium and light transmitter and directing means are designed to be made of light emit at least two different wavelengths generally collinearly composed bundle of light in the Focus medium.

6. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 5, worin zur Erzeugung eines monochromatischen Bildes Lichtsender und Richtmit tel dazu ausgebildet sind, ein aus nur zwei unterschied lichen Wellenlängen zusammengesetztes Lichtbündel in das Medium zu fokusieren.6. A display device according to claim 5, wherein for generating of a monochromatic image light transmitter and dir are trained to make one out of only two differences wavelengths of light composed in the Focus medium.

7. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, worin der Lichtsender und das Richtmittel für das Fokussieren des Lichtbündels in Gas ausgebildet sind und der Lichtsender eine solche Intensität besitzt, daß sich im Fokus des Lichtbündels zumindest zeitweilig ein Plasma bildet.7. The display device of claim 1, wherein the light transmitter and the directing means for focusing the light beam are formed in gas and the light transmitter one Has intensity that is in the focus of the light beam at least temporarily forms a plasma.

8. Anzeigevorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wor in der Lichtsender und das Richtmittel für das Fokussie ren des Lichtbündels in natürliche Luft, insbesondere die freie Atmosphäre ausgebildet sind. 8. Display device according to the preceding claim, wor in the light transmitter and the directional for the focusie Ren of the light beam in natural air, especially the free atmosphere are trained.

9. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, worin das Me dium Umgebungsdruck besitzt.9. A display device according to claim 7 or 8, wherein the Me dium has ambient pressure.

10. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wor in der Lichtsender Licht mit einer solchen Intensität ausstrahlt, daß in einer vorbestimmten Beobachtungsent fernung ein Selbstleuchten des Plasmas deutlich wahrnehm bar ist.10. Display device according to one of claims 7 to 9, wor in the light transmitter light with such intensity emits that in a predetermined observation ent distant clearly perceive a self-glow of the plasma is cash.

11. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, worin Lichtsender und/oder Richtmittel dazu ausgebildet sind, das wahrgenommene Leuchten des Mediums am Fokus punkt durch Streuung wenigstens eines vom zur Plasmabil dung fokussierten Lichtstrahl verschiedenen Lichtstrahles zu erzeugen.11. Display device according to one of claims 7 to 10, wherein light transmitter and / or directional means are designed for this are the perceived glow of the medium at the focus point by scattering at least one from to the plasmable tion focused light beam of different light beams to create.

12. Anzeigevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü che, worin der Lichtsender zur Aussendung von Lichtpul sen, insbesondere mit einer wenigstens im kHertz-Be reich liegenden Repetitionsrate ausgebildet ist.12. Display device according to one of the preceding claims che, in which the light transmitter for emitting Lichtpul sen, especially with at least one in kHertz-Be rich repetition rate is formed.

13. Anzeigevorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wor in der Lichtsender einen gepulsten Laser, insbesondere NdYag-Laser, mit hoher Spitzenleistung umfaßt.13. Display device according to the preceding claim, wor in the light emitter a pulsed laser, in particular NdYag laser, with high peak power included.

14. Anzeigevorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch zur Anzeige einer farbigen Abbildung, in natürlicher Atmosphä re, worin der Lichtsender einen ersten, gepulsten (Lei stungs-)Laser zur Erzeugung eines Plasmafunkens umfaßt und wenigstens einen (Farb-)Laser anderer Wellenlänge, vorzugsweise genau einen Laser für jede Grundfarbe um faßt, worin der oder jeder Farblaser eine solche Intensi tät besitzt, daß der wahrgenommene Farbeindruck das vom Leistungslaser bewirkte Plasmaleuchten überstrahlt, be vorzugt mit einem Mittel zur Intensitätseinstellung für den oder jeden Farblaser.14. Display device according to the preceding claim Display of a colored image in a natural atmosphere re, in which the light transmitter has a first, pulsed (Lei Stungs) laser for generating a plasma spark and at least one (color) laser of a different wavelength, preferably exactly one laser for each primary color summarizes in which the or each color laser has such an intensity has that the perceived color impression that of Power lasers outshone plasma lights, be preferably with an intensity adjustment means for the or every color laser.

15. Anzeigevorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, mit einem Pulssynchronisationsmittel für wenigstens einen, vorzugsweise jeden Farblaser zur Synchronisation der da von abgegebenen Lichtpulse auf jene des Leistungslasers, wobei vorzugsweise die Farblaser derart ausgebildet sind, daß deren Pulse zumindest so lange wie jene des Lei stungslasers und bevorzugt nicht wesentlich länger als die Plasmarelaxationszeit andauern.15. Display device according to the preceding claim, with a pulse synchronization means for at least one, preferably each color laser to synchronize the da from emitted light pulses to those of the power laser, wherein the color lasers are preferably designed in such a way that their pulses are at least as long as those of the Lei laser and preferably not much longer than the plasma relaxation time continues.

16. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 14 oder 15, worin zwischen Lichtsender und Richtmittel ein Strahlkop pelmittel vorgesehen ist, um die aufgeweiteten Laser strahlen von Leistungs- und Farblasern vor der Fokussie rung in das Volumenelement kollinear zusammenzuführen.16. Display device according to one of claims 14 or 15, in which a beam head between the light transmitter and the directional means pelmittel is provided to the expanded laser emit power and color lasers in front of the focus merge collinear into the volume element.

17. Anzeigevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü che, worin das Richtmittel wenigstens einen, vorzugsweise mehrere mechanische, insbesondere über Schrittmotoren oder Galvostellelemente verstellbare Spiegel zur Richtung des Lichtbündels in die ausgewählten Volumenelemente um faßt.17. Display device according to one of the preceding claims che, wherein the directing means at least one, preferably several mechanical, especially via stepper motors or adjustable mirrors for direction of the light beam into the selected volume elements sums up.

18. Anzeigevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü che, worin das Richtmittel wenigstens einen mechanisch verstellbaren Spiegel zur wahlweisen Fokussierung des Lichtbündels in in unterschiedliche optische Weglängen vom Spiegel entfernt liegende Volumenelementen umfaßt.18. Display device according to one of the preceding claims che, wherein the directing means at least one mechanically adjustable mirror for optional focusing of the Beam of light in different optical path lengths Volume elements located away from the mirror.

19. Anzeigevorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wor in der Fokussierspiegel ein insbesondere mittels eines Piezoelementes verbiegbarer Spiegel, insbesondere Para belspiegel ist.19. Display device according to the preceding claim, wor in the focusing mirror, in particular by means of a Piezo element bendable mirror, in particular para is mirror.

20. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 18 oder 19, worin ein erster verbiegbarer Fokussierspiegel zur Fokus sierung des Strahlenbündels in einer ersten Strahlquer schnittsrichtung und ein zweiter Fokussierspiegel zur Fo kussierung des Strahlenbündels in einer davon verschiede nen zweiten Strahlquerschnittsrichtung vorgesehen ist.20. Display device according to one of claims 18 or 19, wherein a first bendable focusing mirror for focus sation of the beam in a first beam cross cutting direction and a second focusing mirror for Fo kissing the beam in a different one NEN second beam cross-sectional direction is provided.

21. Anzeigevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü che, worin das Richtmittel zumindest eine Linse mit elek trooptisch verstellbarer Brennweite umfaßt.21. Display device according to one of the preceding claims che, wherein the directional means at least one lens with elek troopically adjustable focal length.

22. Anzeigevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü che, worin das Richtmittel wenigstens eine allgemein zy lindrische Linse mit einem Stellelement zur Veränderung der effektiven Brennweite durch Änderung der Linsennei gung gegen den Strahl, sowie vorzugsweise ein Strahlver satzkompensationselement umfaßt.22. Display device according to one of the preceding claims che, wherein the directing means at least one generally zy Lindrille lens with an adjusting element for change the effective focal length by changing the lens lens against the jet, and preferably a jet ver Set compensation element includes.

23. Anzeigevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü che, worin das Richtmittel ein Hologrammittel zur Verän derung von Strahlrichtung und/oder Fokuslage umfaßt.23. Display device according to one of the preceding claims che, wherein the directing agent is a hologram agent for changing change of beam direction and / or focus position.

24. Anzeigevorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wor in das Hologrammittel einen akustooptischen Modulator mit einer Steuerung zur zeitlich variablen Einstellung von Strahlrichtung und/oder Fokuslage umfaßt.24. Display device according to the preceding claim, wor an acousto-optical modulator in the hologram a controller for the time-variable setting of Beam direction and / or focus position includes.

25. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 23, worin das Hologram mittel eine Vielzahl von Einzelhologrammen zur Fokusie rung des Lichtbündels in unterschiedliche Entfernungen umfaßt und ein Steuermittel zur Relativbewegung von Ein zelhologramm und Strahlbündel.25. The display device of claim 23, wherein the hologram medium a variety of individual holograms for focus beam of light at different distances comprises and a control means for the relative movement of A cell hologram and beam.

26. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 25, worin das Holo grammittel eine Vielzahl von Einzelhologrammen zur Bewe gung des Leuchtpunktes längs einer vorbestimmten Bahn um faßt.26. The display device of claim 25, wherein the holo gram means a variety of individual holograms for moving around the red dot along a predetermined path sums up.

27. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 23, 25 oder 26, worin das Hologrammittel Oberflächenhologramme um faßt.27. Display device according to one of claims 23, 25 or 26, wherein the hologram means around surface holograms sums up.

28. Verfahren zur Erzeugung eines dreidimensionalen Bildes, worin Licht emittiert und sukzessive in ausgewählte Volu menelemente gerichtet wird, um dort ein Leuchten zu er zeugen, dadurch gekennzeichnet, daß Licht als einzelnes aufgeweitetes Lichtbündel in das je weilige Volumen fokussiert und die Intensität des Licht strahles so hoch gewählt wird, daß nur an dessen Fokus ein deutlich wahrnehmbares Leuchten erzeugt wird.28. Method for generating a three-dimensional image, in which light is emitted and successively into selected volu menu elements in order to shine there testify characterized in that Light as a single widened bundle of light in each focused volume and the intensity of light beam is chosen so high that only at its focus a clearly perceptible glow is generated.

29. Verfahren nach dem vorhergehenden Verfahrensanspruch, worin der einzelne aufgeweitete Lichtstrahl in ein Gas, vorzugsweise Luft, fokussiert und am Fokus ein selbst leuchtendes Plasma gebildet wird. 29. Process according to the preceding process claim, where the single expanded beam of light into a gas, preferably air, focused and at the focus yourself glowing plasma is formed.

30. Verfahren nach Anspruch 29, worin Licht einer ersten Wel lenlänge gerichtet in das Medium fokussiert wird und Licht wenigstens einer zweiten Wellenlänge am Plasma ge streut wird, um das Plasmaselbstleuchten zu überstrahlen und so eine bestimmte Farbwirkung zu erzielen.30. The method of claim 29, wherein light of a first world length is focused into the medium and Light at least a second wavelength on the plasma ge is scattered to outshine the plasma self-illuminating and so to achieve a certain color effect.

31. Verfahren nach dem vorhergehenden Verfahrensanspruch, worin das Licht erster und zweiter Wellenlänge gepulst wird, der Lichtpuls mit der zweiten Wellenlänge mit dem ersten Lichtpuls synchronisiert wird und zumindest genau so lange dauert wie jener mit der ersten Wellenlänge.31. Process according to the preceding process claim, wherein the light of the first and second wavelengths are pulsed the light pulse with the second wavelength with the first light pulse is synchronized and at least exactly lasts as long as the first wavelength.

32. Verfahren nach einem der Ansprüche 30 oder 31, worin das Licht erster Wellenlänge und der wenigstens einen oder jeder weiteren Wellenlänge kollinear in das Volumen ein gestrahlt wird.32. The method according to any one of claims 30 or 31, wherein the First wavelength light and at least one or every other wavelength collinear in the volume is blasted.