Optische Wellenkorrektur für ein holographisches Projektionssystem
Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine optische Wellenkorrektur für ein holographisches Projektionssystem mit optischer Wellennachführung, welche die Ausbreitungsrichtung einer modulierten Welle, mit der diese zum holographischen Rekonstruieren von dreidimensionalen Szenen aus dem System austritt, einstellt. Das Projektionssystem nutzt eine Positionssteuerung und einen Augenfinder. Diese stellen beim Positionswechsel eines Betrachters beim Betrachten der holographischen Rekonstruktion die modulierte Welle so auf die Betrachteraugen ein, dass die Rekonstruktion unabhängig von der aktuellen Augenposition für wenigstens ein Betrachterauge fehlerfrei sichtbar ist. Ein solches Projektionssystem erfordert eine Vielzahl optischer Mittel, welche Einfluss auf die Güte der modulierten Welle am Ausgang des Systems haben und diese durch Fehler bei Ausbreitung der modulierten Welle, wie Aberrationen mindern. Diese Erfindung bezieht sich im Besonderen auf optische Mittel, welche diese Einflüsse kompensieren.
Die Erfindung ist unabhängig von der Art der Bereitstellung der ursprünglichen holographischen Information für viele Arten von Projektionssystem anwendbar und kann auch für Systeme eingesetzt werden, welche gleichzeitig mehren Betrachtern ein Betrachten von holographisch rekonstruierten Videoszenen ermöglicht.
Technischer Hintergrund der Erfindung
Ein holographisches Projektionssystem im Sinne dieser Erfindung stellt mit Videomitteln holographisch vorrangig bewegte dreidimensionale Szenen in Echtzeit dar und enthält diskret steuerbare räumliche Lichtmodulationsmittel, die ein Hologrammprozessor mit einer Folge von Videohologrammen kodiert, um interferenzfähige Lichtwellen räumlich mit holographischer Information zu modulieren. Die modulierten Lichtwellen rekonstruieren in einem Rekonstruktionsraum außerhalb des Projektionssystems vor den Augen von Betrachtern durch lokale Interferenzen Objektlichtpunkte, welche optisch die gewünschte dreidimensionale Szene rekonstruieren. Von der Gesamtheit aller
rekonstruierten Objektlichtpunkte breiten sich rekonstruierte Objektlichtwellen gerichtet zu Augenpositionen von wenigstens einem Betrachter aus, so dass ein oder mehrere Betrachter diese Objektlichtpunkte in Form der Szene wahrnehmen. Das heißt, im Gegensatz zu einer stereoskopischen Darstellung realisiert eine holographische Rekonstruktion eine Objektsubstitution.
Im Interesse einer zufriedenstellenden holographischen Wiedergabequalität sollten die Betrachter eine Rekonstruktion auch in einem hinreichend weitem Sichtfeld betrachten können. Dafür muss der Rekonstruktionsraum möglichst groß sein und die Ausdehnung einer holographisch rekonstruierten Szene sollte, ähnlich wie bei Fernseh- und Videodarstellungen, eine Diagonale von mindestens 50 cm einnehmen können.
Ein an sich bekanntes Problem in einem Rekonstruktionssystem stellt eine ungestörte Wellenausbreitung der benötigten Lichtwellen bis zur Interferenz dar. Um die Objektlichtpunkte an der richtigen Raumposition und mit den richtigen Lichtpunktwerten zu rekonstruieren, muss zumindest ein Teil der interferierenden Lichtwellen an jedem Ort, an dem ein Objektlichtpunkt durch Interferenz rekonstruiert werden soll, gleichzeitig eintreffen. Das heißt, an jedem gewünschten Objektlichtpunkt wird eine räumliche Kohärenz unter möglichst vielen der interferierenden Lichtwellen benötigt.
Außerdem dürfen die Wellenlängen der an einem Interferenzpunkt beteiligten Lichtwellen untereinander keine unkontrollierten Weglängendifferenzen durch einstellbare optische Mittel erhalten.
In der folgenden Beschreibung bezeichnet der Begriff "optische Achse" eine Gerade, die mit der Symmetrieachse eines reflektierenden oder brechenden optischen Elements übereinstimmt. Räumliche Lichtmodulationsmittel, die ein Hologrammprozessor mit holographischer Information einer dreidimensionalen Szene kodiert hat, stellen ein "Videohologramm" dar. Das Zusammenwirken eines mit kohärentem Licht beleuchteten Videohologramms mit Abbildungsmitteln generiert eine "modulierte Welle". Die modulierte Welle ist eine dreidimensionale Lichtverteilung, welche sich als Fourier-Transformierte des Videohologramms zur Augenposition ausbreitet und die Szene durch Interferenz rekonstruiert. Die Abbildungsmittel geben
der modulierten Welle eine "Ausbreitungsrichtung". Diese Ausbreitungsrichtung können "optische Wellennachführmittel" ändern. Wenn Richtungen und Positionen von optischen Elementen von einem Bezugselement in Richtung zum Videohologramm liegen, werden diese "hologrammseitig" genannt aber wenn sie zu einer Augenposition eines Betrachterauges gerichtet sind und "betrachterseitig". Ein "Sichtbarkeitsbereich" beschreibt einen Raum, der als Ausgangspupille des Systems betrachterseitig an einer Augenposition liegt, in welchem sich zum Betrachten einer holographisch rekonstruierten Szene mindestens ein Betrachterauge befinden muss. Wenn, wie bei der vorliegenden Anmeldung, das Projektionssystem eine optische Wellennachführung zum Nachführen der modulierten Welle auf die aktuelle Augenpositionen aufweist, wird der Raum, in dem alle möglichen Augenpositionen in Folge einer Wellennachführung liegen dürfen, als "Nachführbereich" bezeichnet. In der Fachliteratur wird ein solches Projektionssystem auch als Projektionssystem mit einer Augen-Tracking-Vorrichtung bezeichnet.
Der Anmelder dieser Erfindung hat bereits ein holographisches Rekonstruktionssystem in der internationalen Veröffentlichung WO2004/044659 mit der Bezeichnung "Videohologramm und Einrichtung zur Rekonstruktion von Videohologrammen" offenbart, welche eine Möglichkeit zum Nachführen von holographischen Rekonstruktionen beschreibt.
Bei diesem Rekonstruktionssystem modulieren räumliche Lichtmodulatormittel eine Welle mit holographischer Information. Die modulierte Welle rekonstruiert durch Interferenz die dreidimensionale Szene in einem virtuellen Rekonstruktionsraum außerhalb des holographischen Systems, der vor einem oder beiden Augen eines oder mehrere Betrachter positioniert ist. Dafür tritt die modulierte Welle betrachterseitig über die räumlichen Lichtmodulatormittel aus dem Rekonstruktionssystem aus. Im Interesse eines weiten Sichtfeldes soll die Austrittsfläche aus dem System möglichst groß sein. Für eine effektive Ausnutzung der Auflösung der Lichtmodulatormittel können andererseits Fokussiermittel die Ausdehnung des Rekonstruktionsraums in Augennähe bis zur Größe einer Augenpupille reduzieren, so dass der Rekonstruktionsraum vorteilhaft eine konische Form mit einen möglichst großen Öffnungswinkel haben soll, um mit wachsender Entfernung vom Betrachter zur Rekonstruktion ausgedehnte Objekte einer
dreidimensionalen Szene in ihrer Ganzheit darstellen zu können. Am betrachterseitigen Ende des Rekonstruktionsraums in der Fourier-Ebene des fokussierenden optischen Systems beginnt an einer Augenposition ein Sichtbarkeitsbereich in dem zum Betrachten der Rekonstruktion mindestens ein Auge eines Betrachters liegen muss. Dieser Bereich bildet die Beleuchtung der räumlichen Lichtmodulatormittel ab und wurde in unseren früheren Anmeldungen auch als Betrachterfenster bezeichnet.
Der durch Fokussieren konisch geformter Rekonstruktionsraum, verursacht dann Probleme mit der Sichtbarkeit der dreidimensionalen Rekonstruktion, wenn das Betrachterauge nicht vollständig innerhalb des Sichtbarkeitsbereichs liegt. Bereits ein geringes laterales Bewegen des Betrachters kann schon ein Verschwinden der Sichtbarkeit, ein Vignettieren oder ein Verzerren des Raumfrequenzspektrums hervorrufen. Außerdem sind die Grenzen des Rekonstruktionsraums für einen Betrachter, dessen Augen außerhalb des Sichtbarkeitsbereichs liegen, schwer zu finden. Deshalb ist es wünschenswert, die Austrittsrichtung der Welle mit dem virtuellen Rekonstruktionsraum beim Bewegen eines Betrachters an die neue Augenposition anzupassen. Dazu kann das holographische Rekonstruktionssystem die gesamte Beleuchtung der Lichtmodulationsmittel oder einzelne Teile davon verschieben.
Aus dem Dokument Fukay N. at al: "Eye-Position Tracking Type Electro holographic Display Using Liquid Crystal Device", Asia Display 1995, Seiten 963-964, XP002940561 ist eine weiteres optisches Nachführmittel zum Nachführen von holographischen Rekonstruktionen bekannt. Zwei kleine Raumlichtmodulatoren generieren im Raummultiplex je eine modulierte Welle, um für jede Augenposition eines Betrachters eine Rekonstruktion bereitzustellen. Im Zentrum der Rekonstruktion, das heißt, außerhalb des holographischen Displays also zwischen dem Display und dem Betrachter, liegt ein vertikal und horizontal drehbarer Nachführspiegel. Damit generiert das System parallel zwei kleine Betrachterzonen, die auf einer beschränkten Kreisbahn um die Rekonstruktion herum den lateralen Bewegungen eines Betrachters nachgeführt werden können. Neben dem externen Standort des Nachführspiegels ist unter anderem von Nachteil, dass die Blickrichtung des Betrachters wegen der Umlenkung durch den Spiegel quer liegt
und entlang der Kreisbahn im Wesentlichen auf seitliche Segmente beschränkt ist. Das Rekonstruktionssystem gleicht longitudinale Bewegungen der Augenposition wie bei der erstgenannten Lösung durch Verschieben der Lichtmodulator- Beleuchtung aus.
Die internationale Veröffentlichung WO 1999/06856 mit der Bezeichnung "Mikroskop mit adaptiver Optik", offenbart eine adaptiv einstellbare Optik. Dabei ist zwischen Tubuslinse und Objektiv im Beobachtungs- und Beleuchtungsstrahlengang eines Mikroskops ein so genannter Wellenfrontmodulator zur gezielten Beeinflussung einer Lichtwelle angeordnet, um den Fokus im Objektraum ohne Verändern des Abstandes zwischen Objektiv und Objekt axial zu verschieben. Der Wellenfrontmodulator realisiert eine Phasenmodulation und verformt dabei die Bild- Wellenfront sphärisch in der Pupillenebene des Objektivs oder einer der Pupillenebene äquivalente Ebene. Außerdem kann die Optik auch die vom Objektiv gekrümmte Wellenfront durch entsprechend lokal angepasste Modulatoreinstellungen korrigieren. Zur Wellenfrontmodulation kann die Optik reflektierend, beispielsweise mit elektrisch gesteuerten deformierbaren Spiegeln, oder transmissiv, beispielsweise mit einem LCD ausgeführt sein. Die Optik kann auch diskret bewegliche Segmente enthalten, welche zur Lösung von lokalen optischen Fehlern in der Wellenfront individuell einstellbar sind. Ein sphärisches Verändern der Wellenfront realisiert dabei axiale Verschiebung der Fokuslage im Objekt und ein laterales Verschieben eine Kippung der Wellenfront. Zum Korrigieren von winkelabhängigen Aberrationen muss die adaptive Optik segmentiert einstellbar sein. Alternativ werden auch zwei unabhängige Modulatoren in verschiedenen Pupillenebenen benutzt. Alle Manipulationen erfolgen in einer Pupillenebene des Strahlenganges.
Aus der internationalen Veröffentlichung WO 2006/119760 des Anmelders mit der Bezeichnung: "Projektionsvorrichtung und Verfahren zur holographischen Rekonstruktion von Szenen", ist ein holographisches Projektionssystem bekannt, bei dem eine ebene Lichtwelle LW mit interferenzfähigen Licht die gesamte Fläche eines räumlichen Lichtmodulators beleuchtet. Ein Hologrammprozessor HP kodiert den Lichtmodulator dynamisch mit holographischer Information einer gewünschten dreidimensionalen Szene. Der kodierte Modulator bildet somit ein dynamisches
Videohologramm. Der Lichtmodulator kann Licht beim Durchfluten mit einer interferenzfähigen Welle, das heißt, im transmissiven Modus, oder als steuerbarer Reflektor modulieren.
Da für das Verständnis dieser Erfindung die Kenntnis des Funktionsprinzips eines Projektionssystems benötigt wird, soll an Hand von Fig. 1 a beispielhaft ein solches System näher erläutert werden. Die Idee gemäß der Erfindung kann jedoch auch mit anderen Projektionssystemen realisiert werden.
Eine Projektions-Optik L in einer holographischen Einheit HU, bildet ein auf dem räumlichen Lichtmodulator SLM kodiertes Video-Hologramm vergrößert in einer Abbildebene auf einem fokussierenden Wiedergabeschirm S ab. Dabei entsteht in der bildseitigen Fokalebene der Projektions-Optik L, der Fourier-Ebene FTL, ein Raumfrequenzspektrum des Video-Hologramms. Auf Grund ihrer matrixförmigen Anordnung modulieren die Modulatorzellen die Welle räumlich und äquidistant. Damit entstehen in der Fourier-Ebene FTL mehrere Beugungsordnungen, welche in einer periodischen Raumfolge an verschiedenen Orten liegen. Der fokussierende Wiedergabeschirm S würde alle Beugungsordnungen in seiner Fokalebene abbilden und ein Betrachter könnte diese mit einem Auge, außerhalb des Sichtbarkeitsbereichs, beispielsweise dem Auge, dem das aktuelle Videohologramm nicht zugeordnet ist, wahrnehmen. Dieses verhindert ein Raum-Frequenzfilter AP, welches in der Fourier-Ebene FTL liegt und eine Beugungsordnung auswählt. Der fokussierende Wiedergabeschirm S bildet dann nur die gewünschte Beugungsordnung der modulierten Welle in seiner Fokalebene FL vor einer Augenposition PEo ab. Hinter der Augenposition PEo kann ein Betrachter die rekonstruierte dreidimensionale Szene 3DS sehen.
Im Beispiel gemäß FIG. 1 a ist der Wiedergabeschirm S eine Linse. Wie oben dargelegt, sollte jedoch der Durchmesser des Wiedergabeschirms im Vergleich zur Projektions-Optik L sehr groß sein. Deshalb ist vorteilhaft der Wiedergabeschirm S ein Hohlspiegel.
Die Videohologramme sind so kodiert, dass die Rekonstruktion erst dann erfolgt, wenn die vergrößerte und fokussierte Welle das System über den Wiedergabeschirm S verlassen hat.
Jedoch ist auch bei diesem System die Rekonstruktion 3DS fest im Rekonstruktionsraum verankert und nur sichtbar, wenn sich der Betrachter direkt mit wenigstens einem Auge zum äußerlich nicht erkennbaren Sichtbarkeitsbereich hinter der Augenposition PEo begibt. Ein freies Bewegen vor dem System ohne Verlust oder Einschränken der Sicht auf die Rekonstruktion 3DS ist ebenfalls nur mit einer zusätzlichen Wellennachführung möglich.
Wenn beim Bewegen eines Betrachters die rekonstruierte Szene ohne Einschränkung sichtbar sein soll, muss beispielsweise in Fig. 1 b eine Positionssteuerung CU den Lichtweg der gesamten modulierten Welle mit optischen Wellennachführmitteln WFD dem entsprechenden Betrachterauge so nachführen, dass das Ende des Rekonstruktionsraums immer in der Nähe des zugeordneten Betrachterauges PEI liegt. Dazu erhält das dargestellte Projektionssystem einen an sich bekannten Augenfinder, der die aktuellen Positionen der Betrachteraugen findet und mit Hilfe der Positionssteuerung CU den Lichtweg der modulierten Welle auf die gewünschte Augenposition PEi ausrichtet. Bei einem System, welches für jedes Betrachterauge eine gesonderte Welle zur Rekonstruktion bereitstellt, ist die gewünschte Augenposition also die Stelle, hinter der das Betrachterauge liegt, dem das aktuell kodierte Videohologramm zugeordnet ist. An der anderen Augenposition darf das Videohologramm nicht sichtbar sein.
Da in Folge der Neigung der optischen Achse zu einer Augenposition PEi die vergrößerte modulierte Welle immer nur über einen eingeschränkten Bereich des Wiedergabeschirms S aus dem Rekonstruktionssystem austritt, müsste, wie Fig. 1 b zeigt, der Wiedergabeschirm S wesentlich größerer sein. Ein nicht unerheblicher Bereich AO des Wiedergabeschirms S, der mit der Augenposition wandert, bleibt dann immer ungenutzt. Eine solche Lösung wäre in der praktischen Nutzung sehr aufwendig und wenig komfortabel.
Aus der vorhergehenden Darstellung wird verständlich, dass der Sichtbarkeitsbereich im Sinne der vorliegenden Patentanmeldung ein Abbild des gefilterten Raumfrequenzspektrums der Videohologramme vor wenigstens einem Betrachterauge ist. Die Größe dieses Bereichs hängt sowohl von den Abständen der Modulatorzellen ab, dem so genannten Pitch des Lichtmodulators, als auch von der
Brennweite des gesamten optischen Systems und der Wellenlänge des zum Rekonstruieren verwendeten Lichts. Für die vorliegende Erfindung sind die beiden letztgenannten Abhängigkeiten von Bedeutung. Sie haben zur Folge, dass die Eigenschaft der gewünschten Rekonstruktion, wie Sichtbarkeit und Größe von allen optischen Parametern abhängen, welche die Brennweite des gesamten optischen Systems und den Weg der modulierten Welle, insbesondere als Verzerrung in Teilbereichen der Welle beeinflussen.
Da die optischen Wellennachführmittel des vorliegenden Projektionssystems im Systeminnern liegen, verläuft die Ausbreitungsrichtung der modulierten Welle in verschiedenen Einfallswinkeln, die von der Augenposition PE abhängen, abseits von der Schirmachse. Diese Abweichung kann je nach gewünschten Arbeitsbereicht der Wellennachführung weit jenseits des abberationsfreien Raums, dem so genannten Gaußschen Raum, d.h. ca. 5 Grad um die Schirmnormale herum liegen. Das bedeutet, ein Projektionssystem mit einer optischen Nachführung der modulierten Welle ist weit von den Bedingungen für eine perfekte Abbildung einer räumlich ausgedehnten modulierten Welle entfernt.
Eine wechselnde Ausbreitungsrichtung beim Austreten der modulierten Welle aus dem System bewirkt, dass der Wiedergabeschirm die räumliche Struktur der austretenden Welle unter anderem auch mit unterschiedlichen, von der Ausbreitungsrichtung abhängigen Abberationsanteilen verfälscht. Insbesondere eine auf einen großflächigen, fokussierenden Wiedergabeschirm auftreffende optisch aufgeweitete Welle ist besonders empfindlich für Abberation, wie sphärische Aberration, Koma, Bildfeldwölbung, Astigmatismus, Distorsion. Besonders störend treten dabei Abberationen in Erscheinung, die im Wesentlichen von der Feldgröße abhängen, die so genannten Feldaberrationen, welche sich bei extrem differenten Augenpositionen mit wechselnden Anteilen überlagern. Dabei können abhängig von der Augenposition auch in vertikaler und horizontaler Richtung verschieden starke Abberationen entstehen. Da beim vorliegenden holographischen Rekonstruktionsprinzip mit einem fokussierenden Wiedergabeschirm die Rekonstruktion nur mit einem Abbild der vom Raum-Frequenzfilter auswählten Beugungsordnung der Videohologramme rekonstruiert werden kann, können
System-Abbildungsfehler an der Welle vor dem Rekonstruieren mit zunehmendem Einfallswinkel erhebliche Schäden verursachen.
Da das beschriebene Projektionssystem außerdem eine spezielle Kodierung der Lichtmodulatormittel verwendet, die mit realisierbaren räumlichen Lichtmodulatoren ein Überlappen von Beugungsordnungen vermeidet, treten beim Rekonstruieren bestimmter Objektlichtpunkte einer Szene auch Feldaberrationen auf, welche von konventionellen Projektionssystemen unbekannt sind. Im speziellen Fall kodiert der Hologrammprozessor jeden Objektpunkt auf den Lichtmodulatormitteln nur in einem begrenzten Hologrammgebiet. Dieses hat zur Folge, dass die Objektpunkte, welche in randnahen Hologrammgebieten kodiert sind, anders durch Abberationen beeinflusst werden, als die Objektpunkte, welche in Achsennähe kodiert sind. Auch die dabei entstandene Abberationen und Vignettierungen hängen wieder im starken Umfang von der Augenposition ab, zu der die modulierte Welle geführt werden muss. Als Folge davon werden bestimmte Objektpunkte nicht oder in einer falschen Raumtiefe rekonstruiert oder einzelne rekonstruierte Objektpunkte erscheinen nicht innerhalb des Sichtbarkeitsbereiches. Deshalb müssen Maßnahmen ergriffen werden, die gewährleisten, dass Lichtwellen aus den Randgebieten des Wiedergabeschirms für jede Augenposition den Sichtbarkeitsbereich erreichen und in der richtigen Raumtiefe rekonstruieren. Mehr Details zum Kodieren eines Rekonstruktionssystems mit einem fokussierenden Wiedergabeschirm hat der Anmelder in der internationalen Veröffentlichung WO 2006/119920 offenbart.
Auch beim Rekonstruieren von farbigen Videohologrammen bewirken verschieden lange Lichtwellen an den Linsen im Innern des Systems eine Abhängigkeit der Brechzahl von der Wellenlänge, eine so genannten Dispersion. Diese führt zu chromatischen Aberrationen für die zur Farbsynthese des Videohologramms benötigten Grundfarben, die ein Betrachter überwiegend als verschiedene Größen und Positionen des Sichtbarkeitsbereichs wahrnimmt.
Ein Projektionssystem mit einer Wellennachführung mit mindestens einem beweglichen Spiegel vor dem Wiedergabeschirm bewirkt damit bei jedem Richtungswechsel der Welle, der einerseits als Folge eines Positionswechsel eines
Betrachters und andererseits auch als Folge vom Umschalten im Zeitmultiplex
zwischen den Positionen von verschiedenen Augen auftritt, eine mehr oder weniger starke positionsabhängige Veränderung der Geometrie der austretenden Welle. Dieses kann für exponierte Augenpositionen so schwerwiegend sein, dass keine zu frieden stellende Rekonstruktion der Szene mehr möglich ist. Deshalb sind Mittel zur Korrektur der Form der Welle wünschenswert, welche für jede Augenposition eines Betrachters innerhalb eines gewünschten Nachführbereichs und für jede Grundfarbe eine entsprechende Korrektur der Welleform mit gleich bleibenden geometrischen und optischen Eigenschaften realisiert. Im vorliegenden Fall muss die optische Wellenkorrektur insbesondere bei einem Projektionssystem, welches im Zeitmultiplex zwischen den Positionen von verschiedenen Augen umschaltet mit einer sehr hohen Geschwindigkeit zwischen verschiedenen Korrektureinstellungen umschaltbar sein.
Da bei einem gewünschten großen Nachführbereich die überlagerter Aberrationen für einzelne Augenposition durch das Zusammenwirken mehrerer different überlagerter Aberrationen zu wechselnden Anteilen stark von einander abweichen können, ist eine Aberrationskorrektur mit starren optischen Mitteln nicht möglich.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung geht von einem holographischen Rekonstruktionssystem aus, bei dem räumliche Lichtmodulationsmittel, die mit Videohologrammfolgen kodiert sind, eine interferenzfähige Welle mit holographischer Information modulieren. Die modulierte Welle ist mindestens einem Auge eines Betrachters zugeordnet und trägt holographische Information zum Rekonstruieren von vorzugsweise dreidimensionalen Szenen. Das Rekonstruieren erfolgt außerhalb des Rekonstruktionssystems, betrachterseitig vor einen Wiedergabeschirm.
Im Systeminneren liegen außerdem Abbildungsmittel zum Abbilden der Videohologramme und eine Positionssteuerung für eine optische Wellennachführung. Wellennachführmittel richten die Ausbreitungsrichtung der modulierten Welle auf die aktuelle Augenposition des Betrachterauges aus, dem die modulierte Welle zugeordnet ist. Die Positionssteuerung stellt mit Positionsdaten von aktuellen Augenpositionen die Wellennachführmittel dynamisch so ein, dass die
Ausbreitungsrichtung der ausgerichteten modulierten Welle dem Betrachterauge bei jedem Positionswechsel eines Betrachters innerhalb des gewünschten Nachführbereichs folgt.
Für eine Anwendung in einem Projektionssystem, wie es in der internationalen Veröffentlichung WO 2006/119760 offenbart ist, muss der Wiedergabeschirm die modulierte Welle fokussieren, so dass die gewünschte holographische Rekonstruktion im Betrachterraum zwischen dem Wiedergabeschirm und dem bildseitigen Fokalpunkt des Systems erfolgt.
Zusammengefasst besteht nun die Aufgabe der Erfindung darin, für ein holographisches Projektionssystem mit einer optischen Wellennachführung, die abhängig von der aktuellen Augenposition erfolgt, eine in Echtzeit durch Computermittel einstellbare optische Wellekorrektur zu schaffen. In Echtzeit, das bedeutet bei der vorliegenden Anmeldung: mit der gleichen Hologrammfrequenz, mit der das System Videohologramme für verschiedene Augenpositionen bereitstellt. Die Wellekorrektur soll neben allgemeinen Abberationen weitestgehend dynamische Änderungen und Deformierungen in der Formstruktur der modulierten und aufbereiteten Welle reduzieren, welche überwiegend aus Änderungen der Ausbreitungsrichtung der gerichteten, optisch vergrößerten und modulierten Welle am fokussierenden Wiedergabeschirm resultieren.
Außerdem soll die Wellekorrektur gemeinsam mit der Wellennachführung schnelle Positionswechsel zwischen extrem entfernten Positionen innerhalb eines möglichst großen Nachführbereichs unterstützen. Von allen möglichen Augenpositionen innerhalb des gewünschten Nachführbereichs soll die rekonstruierte Szene, fehlerfrei und in gleicher Qualität sichtbar sein.
Gemäß der Erfindung enthält die optische Wellenkorrektur einstellbare Wellenformmittel und Computermittel, welche das optische Verhalten der Wellenformmittel an Hand der Positionsdaten von der aktuellen Augenposition einstellen. Die einstellbaren Wellenformmittel befinden sich im Lichtweg zwischen einer Beleuchtung für die räumlichen Lichtmodulationsmittel und dem Wiedergabeschirm des Projektionssystems. Für jede Augenposition, welche die Wellennachführung einstellt, berechnen Computermittel an Hand der Positionsdaten
von der gewünschten Augenpositionen Einstelldaten für die Wellenformmittel, welche zumindest die Phasenbeeinflussung und die Richtungsbeeinflussung der Wellenformmittel so anpassen, dass die hinter der Augenposition wahrnehmbare rekonstruierte dreidimensionale Szene positionsunabhängig immer möglichst die gleiche Wiedergabegeometrie und optische Qualität der ursprüngliche Szene aufweist. Gleiche Wiedergabegeometrie bedeutet, das System rekonstruiert die vom Betrachterauge aus sichtbaren Lichtpunkte bezüglich Raumposition so genau wie möglich mit gleichen Abständen in einem Rekonstruktionsraum der jedem Betrachterauge liegt.
Prinzipiell ist bereits ein Beeinflussen der Wellenform am Ort der Modulation der Welle mit holographischer Information möglich. Herkömmliche räumliche Lichtmodulationsmittel eines holographischen Projektionssystems, welche die Phase einer interferenzfähigen Lichtwelle mit der holographischen Information der gewünschten dreidimensionalen Szene modulieren, besitzen eine sehr gute Auflösung, um jeden beliebigen Bereich einer Lichtwelle bereits vor dem Verzerren der modulierten Welle in Folge von Fehlern im optischen System eine individuelle strukturierte Korrekturform zum Kompensieren zu geben. Dazu können die räumlichen Lichtmodulationsmittel für holographische Information zumindest teilweise auch eine Wellenformung ausführen. Für diese besondere Form der Wellenkorrektur kodieren die Computermittel die räumlichen Lichtmodulationsmittel mit Hologrammwerten, welchen neben der holographischen Information zusätzlich Steuerinformation überlagert ist, die von der aktuellen Augenposition abhängt.
Da bei einem großen Nachführbereich jedoch große Fehler in der Wellenform technisch nicht zu vermeiden sind, müssen die räumlichen Lichtmodulationsmittel einen extrem großen mechanischen Modulationshub realisieren, wenn diese zusätzlich eine Wellenkorrektur ausführen sollen. Einen dafür ausreichend großen Modulationshub können alle bekannten hochauflösenden räumlichen Lichtmodulatoren allein nicht aufbringen. Deshalb enthalten die optischen Wellenkorrekturmittel gemäß der Erfindung im vom Wiedergabeschirm hologrammseitigen Lichtweg der modulierten Welle neben den räumlichen Lichtmodulatormitteln, welche die modulierte Welle bereitstellen, mindestens einen einstellbaren Wellenformer zur Wellenkorrektur, der im Vergleich zum räumlichen
Lichtmodulationsmittel eine geringerer Auflösung aufweist, dessen optisches Verhalten aber mit einem größeren maximalen Modulationshub lokal einstellbar ist.
Gemäß der Erfindung schätzen die Computermittel auf der Basis der Positionsdaten für die aktuelle Augenposition und an Hand einer intern gespeicherten Beschreibung der komplexen Übertragungsfunktion für die Lichtwege zu verschiedenen Augenpositionen im gesamten optischen Rekonstruktionssystem die Formabweichung einer fehlerbehafteten Wellenform, die voraussichtlich als Folge von optischen Systemfehlern an der aktuellen Augenposition auftreten wird. Aus diesen Formabweichungen berechnen die Computermittel Korrekturdaten, welche die Wellenformmittel so einstellen, dass betrachterseitig vom Wiedergabeschirm sich in Richtung zur aktuellen Augenposition eine für ein holographisches Rekonstruieren optimierte Wellenform ausbreitet, welche die dreidimensionale Szene für das Auge im Sichtbarkeitsbereich hinter der aktuellen Augenposition in guter Qualität rekonstruiert.
Die einstellbaren Wellenformmittel verändern zielgerichtet lokal die Phasenstruktur der Lichtwelle und auch Fehler in der Ausbreitungsrichtung in Teilregionen der Welle und kompensieren so Deformierungen der modulierten Welle, welche die ausgerichtete modulierte Welle sonst unmittelbar vor dem Rekonstruieren im Betrachterraum haben würde. Um optische Fehler in der Feldverteilung der modulierten Lichtwelle zu korrigieren, liegen die optischen Wellenformmittel vorteilhaft an einer Zwischenabbildung der Videohologramme.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass ohne die sonst bei bekannten adaptiven Optiken üblichen und aufwändigen Wellensensoren zum Erfassen einer Wellendeformation auch die von der Augenposition abhängige Deformation korrigiert werden kann. Allein die Daten zur aktuellen Augenposition aus der Positionssteuerung für die optische Wellennachführung genügen, dass mit Softwaremitteln an Hand einer gespeicherten Übertragungsfunktion der Systemoptik Stelldaten für die optischen Wellenformmittel berechnen können.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die erfindungsgemäße Lösung wird nachstehend an verschiedenen Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnungen dafür zeigen im Einzelnen:
Fig. 1a: Eine Draufsicht auf ein holographisches Projektionssystem, bei dem das Gesicht eines Betrachters eine erste Augenposition definiert. Dieses hat der
Anmelder bereits in der Einleitung der Beschreibung beschrieben und in der internationalen Anmeldung PCT/DE 2006/000896 offenbart.
Fig. 1 b: Das in Fig. 1 b dargestellte Projektionssystem mit einer steuerbaren optischen Wellennachführung, welche die optische Achse der holographisch modulierten Welle auf eine andere Augenposition des zugeordneten Betrachterauges ausrichtet. Diese Lösung wurde ebenso bereits in der Einleitung der Beschreibung beschrieben und in der Deutschen Patentanmeldung DE 10 2006 024 092.8 offenbart.
Fig. 2: Eine Seitenansicht auf eine gegenüber Fig. 1 b verbesserte Wellennachführung.
Fig. 3: Eine Seitenansicht zu einem grundsätzlichen Aufbau eines holographischen Projektionssystems mit einem optischen Wellenkorrekturmittel gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 4: Ein Auszug aus einem holographischen Projektionssystem mit einer anderen Ausführung der optischen Wellenkorrektur gemäß der vorliegenden Erfindung.
In einer beispielhaften Ausführung eines Projektionssystems mit einer Wellenkorrektur gemäß der Erfindung, stellt das Projektionssystem für jeden Betrachter mindestens eine Rekonstruktion in einem separaten Rekonstruktionsraum, der an einer Augenposition endet, bereit. Das System generiert dafür im Zeit- und/oder Raummultiplexbetrieb für jeden Betrachter mindestens eine modulierte Welle, welche eine steuerbare optische Wellennachführung über eine Austrittsposition auf dem Wiedergabeschirm zu verschiedenen Augenpositionen richtet.
Zum besseren Verständnis soll das technische Problem zur vorliegenden Erfindung an Hand von Fig. 2 erläutert werden:
Das Projektionssystem enthält eine holographische Einheit HU mit einem räumlichen Lichtmodulator SLM, welche im Wesentlichen bereits aus dem zu Fig.1 a beschriebenen Projektionssystem bekannt ist. Der holographischen Einheit HU folgt ein afokales Linsensystem AF. Um für jede Augenposition PE eine separate Rekonstruktion bereitzustellen, kodiert ein nicht gezeigter Hologrammprozessor im Zeitmultiplex den räumlichen Lichtmodulator SLM der Einheit HU alternierend mit verschiedenen Video-Hologrammen, welche je einem Auge zugeordnet sind und sich in der Parallaxe um den Abstand der Betrachteraugen unterscheiden. Ein erster Teil einer optischen Wellennachführung in Form eines in jeder Richtung beliebig drehbaren Nachführspiegels M1 liegt mittig in der modulierten Lichtwelle LWm0Cι, vorteilhaft an einem Ort, an dem das afokale Linsensystem AF ein Zwischenabbild des Video-Hologramms bereitstellt.
Als afokales Linsensystem wird in der vorliegenden Anmeldung ein Linsensystem bezeichnet, dessen Systembrennweiten im Unendlichen liegen, so dass dieses kollimiert eintreffende Lichtwellen empfängt und diese ebenfalls kollimiert aussendet.
Der Nachführspiegel M1 ist mit Computermitteln CU verbunden, welche in der Ausführung von Fig. 2 eine Positionssteuerung enthalten, und abhängig von Positionsdaten, die ein Augenfinder EF ermittelt, die Neigung des Nachführspiegels M1 steuert. Die Computermittel CU stellen die Neigung des Nachführspiegels M1 indirekt in Abhängigkeit von der Augenposition PE so ein, dass dieser die modulierte Lichtwelle LWm0Cι auf einen in der Reflexionsrichtung DA fest angeordneten zweiten Teil der optischen Wellennachführung reflektiert.
Im Gegensatz zu so genannten Scanner-Spiegeln reflektiert der Nachführspiegel M1 gleichzeitig alle an den Interferenzen beteiligten Lichtwellen der modulierten Lichtwelle LWm0Cι in eine einstellbare Reflexionsrichtung DA.
Der zweite Teil ist ein großer feststehender Umlenkspiegel M2 mit einer
Reflektorfläche RA, die bei jeder Neigung des Nachführspiegels M1 immer mit einem Reflektor-Teilbereich im Lichtweg der vom Nachführspiegel M1 reflektierten
Welle liegt und die reflektierte Welle vor dem Verlassen des Rekonstruktionssystems in die Ausbreitungsrichtung zu der Augenposition PE umlenkt. Dadurch erzielt die Positionssteuerung allein durch Ändern der Neigung des Nachführspiegels M1 die gleiche Wirkung, wie ein Bewegen der Einheit HU.
Um für alle gewünschten Augenpositionen PE gleiche Weglängen für die modulierte und umgelenkte Welle zu erreichen, ist die Reflektorfläche MA des Umlenkspiegels M2 als Segment eines Ellipsoiden ausgeführt, wobei der Nachführspiegel M1 in einem Brennpunkt des Ellipsoiden und der Mittelpunkt des Wiedergabeschirms im anderen Brennpunkt liegen. Da der Umlenkspiegel M2 ein Hohlspiegel ist, bildet dieser das Zwischenabbild des gefilterten Video-Hologramms vergrößert auf dem Widergabeschirm S ab. Gleichzeitig bildet der Umlenkspiegel M2 das im afokalem System gefilterte Raumfrequenzspektrum als eine Zwischenpupille, die in Fig.2 als „Pupil" gekennzeichnet ist, im Raum vor dem Wiedergabeschirms S ab. Die Position der Zwischenpupille ist abhängig von der Augenposition, welche mit der Wellennachführung eingestellt ist. Der fokussierende Wiedergabeschirm S bildet die Zwischenpupille als Ausgangspupille in einem Sichtbarkeitsbereich ab, der an der Augenposition PEi liegt. Im Kegel zwischen dem Wiedergabeschirm und der Augenposition PEi erfolgt die holographische Rekonstruktion. Fig. 2 zeigt, dass der Wiedergabeschirms S das zweite Zwischenabbild auf die Augenposition PEi mit erheblichem Feldwinkel gegenüber einer senkrechten Augenposition PE0 abbildet. Die letztgenannte Abbildung ist, da sie mit einem veränderlichen Feldwinkel auftritt, die eigentliche Ursache für die positionsabhängige Deformierung der Welle vor dem Rekonstruieren.
Mit der computergesteuerten Wellenkorrektur gemäß der Erfindung ist diese Wellendeformation korrigierbar.
Ausführungsbeispiele
Für die nachfolgenden Ausführungsbeispiele ist unbedeutend, ob das holographische Projektionssystem einen transmissiven Wiedergabeschirm in Form einer Linse oder einen reflektierenden Wiedergabeschirm in Form eines fokussierenden Hohlspiegels hat. Beide Ausführungsformen des Wiedergabeschirm
S verursachen ähnliche positionsabhängige Wellendeformation. Bei einem transmissiven Wiedergabeschirm kommen noch zusätzlich die bekannten chromatischen Aberrationen hinzu.
Eine Wellenkorrektur erfolgt mit mindestens einem optischen Wellenformer, der im Inneren des Projektionssystems im Lichtweg der modulierten Welle grundsätzlich an verschiedenen Orten liegen darf. Eine wichtige Voraussetzung ist jedoch, dass jeder Wellenformer im Lichtweg an einem Zwischenabbild der räumlich gefilterten Videohologramme liegt.
Eine besonders effektive Wellenkorrektur kann mit vertretbarem Aufwand noch vor dem ersten Teil der optischen Wellennachführung liegen. Wie Fig. 2 zeigt, beginnt die optische Wellennachführung mit dem drehbar gelagerten Nachführspiegel M1.
Fig. 3 zeigt eine solche Ausführungsform der Erfindung. Auf einem von einer Lichtwelle beleuchteten räumlichen Lichtmodulator SLM ist eine Folge von Videohologrammen kodiert. Ein afokales Linsensystem AF1 erzeugt in der modulierten Lichtwelle ein Raumspektrum des aktuellen Videohologramms, aus dem ein Raum-Frequenzfilter AP eine Beugungsordnung herausfiltert. Das afokale Linsensystem AF1 bildet die gefilterte Beugungsordnung des Videohologramms, nachfolgend als gefiltertes Videohologramm bezeichnet, im Unendlichen ab.
Die beschriebenen Komponenten bilden die an sich bekannte holographische Einheit HU.
Gemäß der Erfindung liegt als Teil der optischen Wellenkorrektur im Zwischenabbild der gefilterten Beugungsordnung des Videohologramms ein elektronisch einstellbarer Wellenformer WFF, der vorteilhaft abhängig von Einstellwerten in Bereichen der Welle über mehrere Lichtwellenlängen die Phase beeinflusst. Der Wellenformer WFF ändert entsprechend einer Ansteuerung mit einem Steuersignal der Computermittel CU, welche in der Ausführung von Fig. 3 die Positionssteuerung und eine Wellenkorrektursteuerung enthalten, diskret die Phase in einzelnen Bereichen der modulierten Welle. Auch in dieser Ausführung erhalten die Computermittel CU von einem Augenfinder EF Positionsdaten zur aktuellen Augenposition PE eines Betrachterauges. Im Lichtweg der modulierten Welle liegt
betrachterseitig vom Wellenformer WFF ein weiteres afokales Linsensystem, das Linsensystem AF2, welches das durch den Wellenformer WFF beeinflusste Zwischenabbild ebenfalls im Unendlichen abbildet. Im Lichtweg der Abbildung liegt der Nachführspiegel M1.
Wie zu Fig. 2 dargestellt wurde, ist der Nachführspiegel M1 der erste Teil der optischen Wellennachführung. Der in Fig. 3 gezeigte verbleibende Teil des Projektionssystems funktioniert ebenso wie die Wellennachführung von Fig. 2. Der Nachführspiegel M1 reflektiert die durch den Wellenformer WFF veränderte, modulierte Welle zum elliptischen Umlenkspiegel M2, welcher als Hohlspiegel die eintreffende parallele, veränderte, modulierte Welle vergrößert in die Nähe des Wiedergabeschirms S abbildet. Wie auch der Nachführspiegel M1 liegt der Wiedergabeschirm S in einem Brennpunkt des Ellipsoiden-Segments, das die Reflektorfläche des Umlenkspiegels M2 ist.
Die holographische Rekonstruktion erfolgt betrachterseitig vom Wiedergabeschirms S vor der Augenposition PE im Fokuskegel der vom Wiedergabeschirm S fokussierten modulierten Welle.
Gemäß der Erfindung beeinflusst der Wellenformer WFF die Wellenform der modulierten Welle bereits vor dem Deformieren durch die optischen Elemente: Umlenkspiegels M2, Wiedergabeschirms S sowie der Nachführspiegel M1 , wenn letzterer keine ebene Oberfläche aufweist. Das heißt, der Wellenformer WFF stellt für die modulierte Welle eine Wellenform ein, welche die Wellendeformationen durch die im Lichtweg folgenden optischen Elemente kompensiert.
Der Nachführspiegel M1 ist mit der Positionssteuerung der Computermitteln CU verbunden. Für die Funktion der Erfindung ist jedoch unbedeutend, ob die Positionssteuerung und die Wellenkorrektursteuerung gleiche oder verschiedene Computermittel benutzen. Sowohl der Wellenformer WFF als auch der Nachführspiegel M1 benutzen die gleichen Eingangsdaten vom Augenfinder EF zur aktuellen Augenposition PE. Die Berechnung der beiden Steuerdaten unterscheiden sich jedoch wesentlich. Die Positionssteuerung in den Computermitteln CU berechnet für den Wellenformer WFF positionsabhängige Wellenformdaten, welche ein Einstellungsmuster für eine Korrekturwellenform zum Korrigieren einer
voraussichtlich zu erwartenden Wellendeformation beschreiben. Dafür müssen die Computermittel CU die zu erwartende Wellendeformation des un korrigierten optischen Systems an Hand der Übertragungsfunktion für das optische System am Ort der aktuellen Augenposition schätzen. Im Gegensatz dazu berechnet die Positionssteuerung in den Computermitteln CU für den Nachführspiegel M1 Winkeldaten zum Einstellen der entsprechenden Neigung des Nachführspiegels M1 im optischen Wellennachführmittel, welche von den Parametern des Ellipsoiden abhängen.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist der Wellenformer mindestens ein an sich bekannter einstellbarer Spiegel mit elektro-mechanischen Einstellmitteln, welche die Form der reflektierenden Oberfläche lokal verändern. Um zusätzlichen periodischen Wiederholungen der rekonstruierten Objektpunkte zu vermeiden, sollte der Spiegel vorteilhaft eine kontinuierlich einstellbare geschlossene Oberflächenform aufweisen. Dieses kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass an sich bekannte elektro-mechanische Aktuatoren mit einer Vielzahl von individuellen
Einstellpositionen eine geschlossene elastische Spiegeloberfläche kontinuierlich auf eine gewünschte Reflektor Form einstellen. Ein solcher Wellenformer kann einen wesentlich größeren Phasenhub realisieren, als ein hochauflösender räumlicher
Lichtmodulator SLM, der mit dem Videohologramm kodiert ist. Dadurch und in Folge der kontinuierlichen Spiegeloberfläche können keine Probleme bei der exakten
Zuordnung von den Modulatorzellen des räumlichen Lichtmodulators SLM zur
Spiegeloberfläche auftreten.
Es sind auch Ausführungsformen der Erfindung möglich, bei denen die Funktion der einstellbaren Wellenformmittel auf mehrere Wellenformer verteilt ist. Dabei muss jeder Wellenformer an einer Zwischenabbildung liegen. Der hologrammseitige, erste Wellenformer liegt im Abbild des gefilterten Videohologramms. Unter Berücksichtigung der eingeschränkten einstellbaren Phasendynamik kann auch der räumliche Lichtmodulator SLM für die modulierte Welle als erster Wellenformer genutzt werden.
Jeder weitere betrachterseitige Wellenformer benötigt gesonderte Abbildungsmittel. Jedes Abbildungsmittel bildet die Videohologramm-Abbildung, die der vorhergehende Wellenformer beeinflusst hat, auf den folgenden Wellenformer ab.
Fig. 4 zeigt eine Ausführung mit Wellenformer WFF1 und WFF2 in Serienbetrieb. Die Wellenformer WFF1 , WFF2 sind kontinuierlich einstellbare Spiegel. Einer davon ist im Beispiel ein Zylinderspiegel, der Formanpassungen nur in vertikaler Richtung und der andere ein Zylinderspiegel, der Formanpassungen nur in horizontaler Richtung realisiert. Dadurch können mit einfach realisierbaren technologischen Lösungen für eine konstruktive Ausführung der Wellenformer winkelabhängige Deformierungen, wie Feldaberrationen kompensiert werden. Der Wellenformer WFF2 benötigt das afokale Linsensystem AF2, welches die Videohologramm- Abbildung, die der Wellenformer WFF1 beeinflusst hat, auf den Wellenformer WFF2 abbildet. Erst das afokale Linsensystem AF3 bildet die kompensierte Welle auf den in Fig. 4 nicht gezeigten Wellennachführung, beispielsweise den Nachführspiegel M1 ab. Da im vorliegenden Beispiel die Wellenformer WFF1 , WFF2 die Welle jeweils in eine andere Richtung beeinflussen und der räumliche Lichtmodulator SLM als hochauflösender Wellenformer für Restkorrekturen benutzt wird, berechnen die Computermittel CU für jeden Wellenformer ein gesondertes Steuersignal. Die Computermittel CU überlagern das Steuersignal für den räumlichen Lichtmodulator SLM den Kodierwerten der Videohologrammfolge.
Eine vorteilhafte Erweiterung der Erfindung kann auch darin bestehen, dass die Wellenformer WFF1 , WFF2 und gegebenen Falls weitere Wellenformer sich konstruktiv beispielsweise in der Auflösung und/oder dem Phasenhub von einander unterscheiden. Auch die strukturelle Ansteuerung kann unterschiedlich sein. So können im Lichtweg des Systems an Zwischenabbildungen bekannte Wellenformer, die nur für sphärische Einstellungen erlauben, angeordnet werden, während an anderen Zwischenabbildungen bekannte asymmetrische Wellenformer, bei denen die Computermittel die optischen Eigenschaften in Segmenten verschieden verändern.
In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung bewerten die Computermittel bei einem Systemaufbau mit mehreren Wellenformern die berechneten Korrekturdaten
hinsichtlich ihrer Auflösung in der Phasenstruktur und des zu realisierenden Hubes für die Phasenmodulation. Im Ergebnis der Bewertung werden Korrekturdatenkomponenten zu unterschiedlichen Anteilen den Wellenformern zugewiesen. In einen ersten Datensatz, wird eine Korrekturwelleform mit einem hohem Modulationshub und einer geringer Strukturauflösung den Wellenformern WWF1 und WWF2 zugewiesen, während ein zweiter Datensatz für eine Korrekturwelleform mit geringem Modulationshub aber einer hohen Strukturauflösung dem räumlichen Lichtmodulator SLM überlagert wird.
Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung stellen die Computermittel mindestens einen Wellenformer so ein, dass dieser ein Nachführen der modulierten Welle durch Anpassen des Gesamtfokus des Projektionssystem auf eine aktuelle Augenposition ausführt. Dafür enthalten Teile der optischen Wellenkorrekturmittel mindestens einen sphärisch einstellbaren Spiegel, bei denen die Brennweite veränderbar ist. Die Positionssteuerung steuert den sphärisch einstellbaren Spiegel zumindest teilweise, um an Hand der Positionsdaten von aktuellen Augenpositionen die Systembrennweite an die aktuelle Entfernung der Augenposition PE vom Wiedergabeschirm S anzupassen. Auf diese Weise kann die Positionssteuerung den Sichtbarkeitsbereich des Projektionssystems durch axiales Verschieben an die tatsächliche Augenposition PE anpassen.
Nach einer weiteren Ausführung der Erfindung ist mindestens ein Wellenformer in seiner Neigung veränderbar gelagert ist, um laterale Änderungen der aktuellen Augenposition folgen zu können. Dieser Wellenformer führt damit gleichzeitig die Funktion des Nachführspiegels M1 im optischen Wellennachführmittel aus, der entfallen kann. Durch eine steuerbare Neigungsränderung kann der Wellenformer im Zeitmultiplexbetrieb separate Rekonstruktionsräume für verschiedene Augenpositionen mit einer einzigen holographischen Einheit HU zu generieren. Dafür kodierte der Hologrammprozessor die Modulatorzellen der räumlichen Lichtmodulationsmittel der holographischen Einheit HU mit einer Hologrammsequenz, welche alternierend die Hologramminformation enthält, die jeweils der aktuellen Augenpositionen zugeordnet ist. Um nur die modulierte Welle mit der zugeordneten Hologramminformation auf die entsprechende Augenposition zu führen, muss die Steuereinheit CU nur den Wellenformer so bewegen, dass der
Wellenformer synchron zur Hologrammsequenz zwischen zwei Winkelpositionen pendelt. Infolge einer kleinen und leichten Ausführung des Wellenformers kann dieses Pendeln mit hinreichender Schnelligkeit ausgeführt werden, so dass eine einzige holographische Einheit HU ohne Flimmern für verschiedene Augenpositionen holographische Rekonstruktionen im Zeitmultiplex bereitstellen kann.