WO2013087447A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines holographischen bildschirmes für elektronische aufprojektion - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines holographischen bildschirmes für elektronische aufprojektion Download PDF

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Andreas Prücklmeier
Ulrich Babst
Gerhard Hochenbleicher
Christian Klepzig
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Definitions

  • the invention relates to a method for the production of holographic screens (e.g., screens) for electronic projection and to a device for producing a screen hologram.
  • holographic screens e.g., screens
  • Electronic projectors for front projection of vivid color images are today an important supplement to flat screens due to the large image width that can be projected onto free space in rooms for a larger number of viewers
  • Electronic video projectors have also become increasingly popular in cinema, television and home cinema DVDs, and other applications of this technique include projection of large area images into traffic and driver simulators for driver or pilot training, especially for automobiles, ships, and aeronautical devices such as aircraft or helicopters, and recently wearable image projectors - integrated into digital cameras and cell phones - for mobile playback of images and videos short distances offered in the market.
  • Common feature of most image projectors is the projection of three to four superimposed images in the primary colors red, green and blue (RGB) and occasionally an additional color or white.
  • the images to be overlaid are produced in separate color channels of the projector with liquid crystal modulators (LCDs), digitally controlled mirror modulators (digital mirror devices, digital PDPs) and temporally parallel to a screen, as in a slide projector with strong light sources projected. Images of the mixed colors are created by overlaying the images of the primary colors.
  • Discharge lamps such as xenon and mercury lamps
  • LEDs light-emitting diodes
  • lasers solid-state and semiconductor lasers
  • the required primary colors are filtered out of their emission spectrum for projection by static color filters or rotating color wheels with limited bandwidth.
  • the narrow emission lines of individual light-emitting diodes of different semiconductor systems can be used directly as primary colors. The same applies to some emission lines of lasers in the visible region of the spectrum, which are often used as sources of the primary colors for image projection.
  • a serial image structure that uses the good bundling of laser beams can be carried out.
  • Each RGS beam is modulated separately with the image information. All beams are brought to a common axis and passed over the screen with a double-axis scanner. Intersections of the rays with the screen then record the image serially during the scan, much like the electron beams of a television tube.
  • a serious disadvantage of projecting onto a screen, as compared to LCD and plasma monitors using the inherent lighting or direct backlighting of the screen, is their sensitivity to extraneous light, i. in particular room lighting or daylight of the environment. This is due to the fact that extraneous light is backscattered from the conventional projection walls to the viewer to the same extent as the projector light from all directions.
  • screens of this type based on a variety of additional micro-optics of filters and absorption films in the production of very complex and costly and therefore not very well suited for cheap mass production.
  • a desirable solution would be a screen that, in addition to the function of directing the projector light into the auditorium, tion of the color and the angle of incidence in the distinction of useful and extraneous light united.
  • holographic images of real canvases in particular with the help of phase holograms (volume holograms)
  • they have the advantage, in particular over the previously described screens, that they can be inexpensively produced with the holographic replication methods after the production of a suitable master hologram. They can then be applied as a thin film on larger image display area.
  • Holographic screens for front projection are e.g. produced as reflection phase holograms which have the particular advantage of e.g. to amplitude holograms and transmission phase holograms have a very high diffraction efficiency and an efficient suppression of the 0th order and the conjugate beam of a holographic recording.
  • Such screens are described, for example, in DE 197 00 162 B4 "Method for Producing a Holographic Screen for Laser Projection.”
  • the property of each hologram is used first of all by illumination from a very specific direction
  • the direction of the reference beam has been determined - this can be reconstructed.
  • This excellent direction is then chosen in the application of a hologram as a screen as the preferred device of projection of the projector.All light from other directions, is passed through the hologram, where it then
  • a phase hologram acts like a narrow spectral filter, meaning that its image can only be reconstructed with light from the same spectral range around the wavelength used in its acquisition the thickness and refraction index xmodulation of the hologram determined.
  • the entire projector light is selectively reflected by the screen hologram. But at the same time, light of other wavelengths, such as interfering extraneous light, is transmitted unhindered, where it then no longer bothers or can be absorbed in a black area.
  • the reconstruction of the holographic screen simultaneously requires the fulfillment of two conditions: First, the projection direction must coincide with the direction of the reference beam, second, the color of the projector light must coincide with the wavelength of the image holographic canvas to be identical.
  • holographic screens for true color projection should also have at least three hologram images of these colors.
  • the spectral bandwidths of the holograms are adapted to the bandwidth of the projector. Either three hologram films are exposed together
  • the holographic front projection screen has the advantages of lighter weight, simpler structure and lower cost than the conventional angle and color discrimination screens available on the market and described above. Moreover, its production is done in the same way as holograms in their widespread applications in security and decoration techniques.
  • the recording technique of the above-mentioned DE 197 00 162 B4 has to struggle with the following fundamental technical difficulties. For the production of larger master holograms, very long exposure times are required with the laser power available today. It then requires a very high frequency stability of the lasers used and high mechanical stability of the structures of the exposure device, which are difficult to meet with the current state of the laser and exposure technology. Furthermore, the production of a homogeneous scattering screen requires a uniform exposure over the entire cross section of the hologram.
  • DE 199 34 162 B4 proposes a method and device for producing screen holograms and screen holograms.
  • the exposure of the holographic screens to laser pulses of such short duration is to be undertaken
  • the holographic image of a projection screen should not be stored as a whole image in a hologram with the help of an expanded exposure beam, but by recording a large number of images
  • these can be imprinted over a larger area with a focused beam with a fixed intensity and a constant exposure time in a scanning process, with pixel holograms being so small and close to each other in the hologra mm that it seems to the viewer as if it were a homogeneous projection surface.
  • the advantageous properties of limiting the effective projection angle, the projection wavelength and the spectral bandwidth are stored in each of these pixel holograms.
  • the recording technique of a reflection hologram proposed in DE 199 34 162 B4 provides for the scanning of such a hologram, which is in close optical contact on the underside with a natural screen (recording technique according to Denisy- uk). It is used e.g. a pulsed laser.
  • the scanner will be placed at the projector's later location as a beam source for the reconstruction of the holographic screen.
  • this scanning method proposed in DE 199 34 162 B4 the local scattered light distribution of each individual illuminated point of the screen (pixels) in the hologram is recorded and stored by backscattering from the original.
  • DE 199 34 162 B4 also provides for a plurality of holograms stacked on one another, as in a sandwich.
  • the fixed connection between the incidence and emission angle should be improved in an improved screen! To get picked up. Furthermore, it should be designed such that the projector light can be directed depending on its angle of incidence in variable radiation angles in the direction of the auditorium.
  • the strong Speckletician it should be ensured that the wavefronts, which get from the screen into the eye of the observer, no irregular interference but at most to periodic intensity distribution in front of the screen and in the eye of the beholder who with relatively simple cost-effective known optical measures can be averaged out.
  • binary diffractive surface structures are written by electron beam lithographic methods which allow an adapted change of the scattering angle.
  • Such structures are described, for example, by W. Freese et al. in the article: "Design of binary subwavelength multiphase level computer generated holograms" in Optics Letters, Vol. 35, pages 676-678 (2010).
  • a photoresist layer of the surface of a quartz glass plate with very fine binary structures.
  • These structures of a size below the wavelength of light, then serve as master structures for their subsequent transfer into hologram materials, such as photopolymers and film materials. For this purpose, common methods of reexposure are used.
  • these calculated diffractive scattering elements have the fundamental disadvantage that the scattering angle, as known from diffraction angles at gratings, depends on the wavelength and leads to different luminance and color distribution over each individual master. For each color, therefore, a separate master must be produced using this complicated process, and all masters and their copies must be matched to each other, so that individual color holograms with the same emission characteristics are created. Due to the small size of the master, which can be described electronically, an enlargement to the required level of a screen with a subsequent optical duplication method must be made subsequently.
  • the computer-calculated and electronically written hologram therefore requires several intermediate steps of angle, color and rescaling until the master, typically 6 inches in diameter, etched in quartz glass into the final format of the screen of e.g. 60 inches wide can be brought.
  • the basic structure of the master must be converted into individual phase holograms for the different colors.
  • holographic screens with a specific variable scattering characteristic can be produced over larger screen areas. The way to get there, however, is very long and expensive. There must also be no local single errors in the transmission, because they would immediately lead to a reduction in quality of the whole screen. But this is hardly avoidable in the many stages of this production.
  • the invention has for its object to show over the prior art improved methods and apparatus for producing a holographic screen for on projection. This object is solved by the subject matters of the independent claims.
  • the invention provides a method for producing screen holograms for front projection with coverage of the screen by individual holographic image pixels, wherein the screen pixels are provided by superposition of at least a first illumination beam and a second illumination beam and different angular orientations of at least one of the illumination beams with different emission directions ,
  • the screen pixels are illuminated, preferably by optical lens arrangements, from both sides of a hologram film, wherein the hologram film is illuminated from one side with the first illumination beam and from the other side with the second illumination beam ,
  • the screen pixels are illuminated in each case in the same pixel volume of a hologram film by means of a pivoting device and a pusher and a common Scanbewe- movement of the two beams over the surface of the screen hologram.
  • the screen pixels are produced in temporal succession by a common lateral and vertical grid-shaped scanning movement of the first and the second illumination beam relative to a hologram film.
  • the first illumination beam is a reference beam, which is always aligned with a axis alignment to a fixed point (P) in space, preferably as a plane wave, and / or that the second illumination beam is an object beam, which has, preferably with a part of a spherical wave, in a holgram film a common cutting volume with the reference beam, and whose axis and / or its aperture angle for producing the different pixels are set differently to produce the different angles of emission per pixel.
  • the axis of the object beam is directed with a rotary and / or displacement device to the common cutting volume and / or
  • the beam axis and the aperture angle of the object beam are adjusted to illuminate a desired angular range of an auditorium space of the screen hologram.
  • the first and the second illumination beam are generated by a common laser.
  • the first and the second illumination beam are guided to their associated relative to a holgrammfilm movable lens arrays by optical fibers, preferably by monomodige glass fibers.
  • the second illumination beam is optionally used directly for the exposure of a single image pixel or split into several modes in order to illuminate a plurality of image pixels simultaneously.
  • the invention provides a device for producing screen holograms for a projection by forming the screen holograms from individual holographic image pixels, comprising:
  • a light source for a holographic recording of an interference of a first illumination beam and a second illumination beam
  • a scanning device for guiding the first illumination beam and the second illumination beam movable relative to a hologram film
  • the scanning device is configured and arranged such that the axis of the first illumination beam is aligned with a fixed point (P) in space relative to the hologram film at each pixel exposure and that the axis and / or an opening angle of a focusing second illumination beam relative to the hologram film are directed variably in an angular range of an auditorium.
  • P fixed point
  • a pivoting device is provided for different adjustment of the angular orientation of the second illumination beam per pixel.
  • the light source has a pulsed laser whose pulse length is designed to expose individual holographic image pixels.
  • a beam guiding device for guiding the first illumination beam and the second illumination beam and designed such that the optical path difference of the first and second illumination beam from a common laser as a light source to the hologram film over the entire scanning range is shorter than the coherence length of the laser.
  • a splitting device preferably a transmission grating, is provided for splitting the second illuminating beam into a plurality of plural modes for the simultaneous exposure of a plurality of pixels.
  • a particularly preferred use of a screen hologram which can be produced with a method and / or a device according to one of the preceding claims, for front projection, is characterized in that
  • the beam path of a projector is not perceptibly moved by the viewer's eye to average a speckle pattern of the screen pixels in space, or
  • a first optical fiber in particular monomode glass fiber, is provided for guiding the first illumination beam from the light source to a movable relative to the Holgrammfilm write head of the first illumination beam and that a second optical fiber, in particular monomode glass fiber for directing the second illumination beam from the light source to a write head of the second illumination beam movable relative to the hologram film.
  • a preferred embodiment of the invention provides a method of producing screen projection holograms for electronic projection with coverage of the screen by individual holographic screen pixels, wherein the screen pixels have different emission directions, by superposition of two illumination beams of a reference and an object beam, by optical lensing from both sides of the hologram film are each time in the same pixel volume of the hologram film, illuminated by means of rotating and sliding device and common scanning movement over the entire surface of the screen hologram.
  • the pixels are produced in temporal succession by common lateral and vertical scanning scan movement of the two lens arrays along the film.
  • the reference beam always illuminate a plane wave with an axis orientation to a fixed point P in the room.
  • the object beam represents a part of a spherical wave which has a common intersection volume with the reference beam in the hologram film.
  • the axis of the object beam is directed with a turning and shifting device to the common cutting volume. It is preferred that the beam axis and the aperture angle of the object beam be adjusted to illuminate a sufficient angular range of a viewing space of the screen hologram. It is preferred that the object beam and reference beam originate from a common laser and up to the moveable lens arrays of the object beam and reference beam be guided through monomode fiber at the hologram.
  • the screen pixels formed in the individual exposures and scan movement are so close to each other that no unexposed gaps are formed in the entire screen hologram.
  • a further preferred embodiment of the invention provides a device for producing screen holograms consisting of individual holographic screen pixels for electronic projection with a narrow-band laser source for the holographic recording of the interference of object and reference beam, wherein the device comprises a scanning device for guiding the two beams comprises the screen, which is arranged so that the axis of the reference beam are each time aligned to a fixed point in space and the axis of the focused object beam and its opening angle variably in the angular range of the auditorium.
  • the device has a laser source which has a sufficiently short exposure time to produce individual holographic screen pixels during scan movement.
  • the optical path difference of the object beam and the reference beam from a common laser source to the hologram be shorter than the coherence length of the laser source despite the scanning movement with an adjustment of the optical fiber length. It is preferable that either the fiber mode exiting from the optical fiber of the object beam is exposed directly to the exposure of a single image pixel or, after the passage of the mode through a transmission grating, into a plurality of orders, the mode for exposing a plurality of image pixels is simultaneously used.
  • the size of the screen pixels is set such that they can not be resolved by the viewer's eye in front of the screen and at the same time their speckle pattern in space with a movement of the beam path of the projector which is not perceptible to the eye in a parallel image projection to the screen is averaged out.
  • the diameter of the screen pixels and the projection beam of a serial image projection with respect to the diameter of the resolution element of the eye on the screen is selected so that a sufficient averaging of the perceived speckle pattern takes place solely by the movement of the projection beam.
  • Fig. 1a, 1b angular distribution of projector light originating at point P on a conventional screen and holographic screens made as a direct image of a conventional screen relative to the positions of viewers in front of the wall.
  • FIG. 3a, 3b, 3c cross section of reference beam (plane wave) and object beam (focused wave) in the hologram with focal point in front of the hologram. Shown are cross sections at the upper edge of the hologram in Fig. 3a, in the middle in Fig. 3b and lower edge of the hologram in Fig. 3c.
  • FIG. 5a, 5b; 5c reconstruction of hologram recordings according to FIGS. 3a, 3b and 3c with the aid of a plane wave as a section of the projector beam from the projector source at the point P.
  • 6a, 6b, 6c reconstruction of hologram images according to FIGS. 4a, 4b and 4c with a plane wave from the source of the projector at the point P.
  • FIGS. 7a, 7b show a first example of a construction of an exposure apparatus for screen monitors.
  • 8a, 8b a second example of the construction of a screen hologram exposure device.
  • 9 shows a schematic illustration of an example of a beam path of the reference and object beam up to the hologram.
  • FIG. 10 shows a first example of a close juxtaposition of the hologram pixels in the screen hologram along a line and between adjacent lines in the case of a circular beam.
  • FIG. 11 shows a second example of a close juxtaposition of the hologram pixels in FIG. 11
  • Figure 12 is a series of the separated focus points of the closely spaced hologram pixels in a plane outside the hologram material. The axis of the image pixels are also indicated. 13 shows an exemplary division of the object beam into a plurality of exposure beams of the different orders in a transmission grid hologram between the glass fiber and the exposure optics of the object beam.
  • FIG. 14 shows some examples of the exposure pattern of the object beam after the beam splitting in the transmission grating in FIG. 13.
  • 15 shows an example of stacking the holograms of the three colors red (R), green (G) and blue (blue) on a transparent carrier plate (T) with an additional absorber layer (A).
  • 16 shows an example of stacking the holograms of the RGB colors on a carrier plate (T) without an absorber layer.
  • 17 shows an example of a parallel image projection on a holographic screen with representation of the screen structure within the circle of the image resolution of the observer's eye.
  • FIG. 19 shows a schematic representation of an example of an implementation of the variation As of a lateral displacement of an incident beam from the projector onto a screen pixel into an angle change ⁇ or a transverse path change ⁇ S behind the screen hologram in the auditorium.
  • FIG. 1 a shows a side view of an angular distribution of an incident light projection according to the prior art, as described in DE 197 00 162 B4 and DE 199 34 162 B4.
  • Fig. 1 b shows this angular distribution seen from above. Shown is that of projector light 10 originating at point P on a conventional screen 12 and on holographic screens 14 made as a direct image of a conventional screen 12 relative to the positions of viewers 15 in front of the wall.
  • a desirable scattering distribution of the screen would be a scattering of the screen predominantly towards the viewer 15. However, this would then require a constant change of the beam angle in its direction over the entire area of the screen.
  • 2a shows a side view comparable to FIG. 1a of the desired improved angular distribution of the light emitted by a screen 12, 14 with respect to the situation illustrated in FIGS. 1a to the prior art.
  • 2b shows a plan view comparable to FIG. 1b to the desired improved angular distribution of the light emitted by the screen 12, 14 with respect to the situation according to the prior art shown in FIG. 1b.
  • a method for producing screen holograms for front projection in particular a method for producing screen phase holograms for electronic projection with a covering of the screen by individual holographic screen pixels is proposed, in which the screen pixels have different emission directions, which are superposed by two Illuminating beams, a reference and an object beam, are illuminated by optical lensing from both sides of the hologram film, each time in the same pixel volume of the hologram film, by means of a rotary and sliding device and common scanning movement over the entire surface of the screen hologram.
  • an apparatus for producing on-screen holograms consisting of individual holographic screen pixels for electronic projection with a narrow-band laser source for the holographic recording of the interference of object and reference beam which comprises a scanning device for guiding the two beams across the screen is designed so that the axis of the reference beam are aligned each time to a fixed point in space and the axis of the focused object beam and its opening angle variable in the angular range of the auditorium.
  • a screen for projection is produced by the exposure of a large plurality of single shots, the screen pixels, as phase holograms, each pixel being chosen so small that it is not recognized as a single element by the eye of an observer can.
  • the image pixels should be significantly smaller, eg 0, 1 mm.
  • a typical reading distance on the display of 33 cm then less than 0.1 mm or eg 0.03 mm.
  • These pixel sizes are still very large in comparison with the wavelength of the light of about 0.0005 mm and the desired filter functions against wavelength and incident direction of incident light described above can be realized here in the same way as in a large Hologram.
  • composition of all the screen pixels imprinted as miniaturized phase holograms then gives the whole screen as a master hologram.
  • the pixels are imprinted over the entire screen hologram with a continuous wave emitting or pulsed laser using a fast scan feed.
  • holographic screens should not be fabricated as a holographic image of a diffusing surface, as is the case in the prior art, rather than as an imprint of a computer-computed and electron-beam lithographic process written diffractive structures.
  • the preferred embodiments propose each image pixel by the superposition of at least two previously set wavefronts of an object beam and a reference beam, which can be formed with refractive or reflective optics, in the hologram record.
  • Holographic structures that result from this superimposition of plane and spherical waves are directly comparable to the so-called classical Fresnel zone or phase plates, which can perform the same functions as lenses and concave mirrors of classical optics.
  • the same linear polarization of the two beams is advantageous. Since the angles of incidence of the beams are partly large, it is advantageous for a good efficiency of the exposure to choose the plane of incidence of the beams on the hologram as a common polarization direction.
  • Suitable materials for phase holograms can be, for example, silver halides, photopolymers and dichromated gelatin.
  • the exposure sensitivity of the various materials to saturation is in the range of 0.1-1000 mJ / cm 2 depending on the material and color of the exposure.
  • the silver halide material is related to conventional black-and-white photographic films and has the advantage that it can be used for both continuous wave and pulsed exposure with a sensitivity of typically 3 mJ / cm 2 to saturation of the material.
  • the photopolymer is characterized by a simple development process with L / V light and baking rather than a chemical process and its good environmental stability. Its sensitivity to saturation is about 50 mJ / cm 2 .
  • photopolymers are mainly suitable for continuous-wave illumination.
  • dichromate gelatins are relatively insensitive and hygroscopic and should be sealed between glass plates, making them less suitable for screen hologram applications.
  • Preferred embodiments therefore propose the use of silver halide for pulsed exposure as the base material for the production of master holograms and to use photopolymer for the production of copies by conventional exposure, for example by contact copying from the master.
  • photopolymer would be suitable for both master holograms and their copies.
  • FIGS. 4a, 4b, 4c show a cross section of reference beam 20 (plane wave) and object beam 22 (focused wave) in hologram 26 with focal point 24 in front of hologram 26. Shown are cross sections at the upper edge of hologram 26 in Fig. 3a, in the middle in Fig. 3b and lower edge of the hologram 26 in Fig. 3c. At 27, the concave mirror function of the object beam is indicated.
  • the axis 28 of the reference beam 20 is always directed to the origin of the projector light at point P; the axis 30 of the object beam 22 is directed towards the auditorium.
  • the common pivot point of the two axes 28, 30 is their crossing point S in the hologram 26.
  • FIGS. 4a, 4b, 4c show the same representation as in FIGS. 3a, 3b and 3c but with a focal point 24 of the object beam 22 behind the hologram 26.
  • FIGS. 3 and 4 show a cross-sectional image of the hologram 26 with the proposed writing heads 36, 34 and the lens systems 31, 32 of the reference beam 20 and the object beam 22 in FIGS. 3a, 3b and 3c, respectively 4a, 4b and 4c respectively in positions of the exposure at the upper edge, in the middle and at the lower edge of the hologram 26.
  • the reference beam 20 plane wave
  • the object beam 22 is at the same time, as shown in FIGS. 3 and 4, focused from the opposite side of the hologram 26 by means of a lens system 32 in the direction of the hologram 26. This occurs along an axis 30 which is directed into the auditorium of the hologram 26 during playback.
  • the wavefront of the object beam 22 corresponds to a spherical section of a spherical wave, ie a spherical cap whose center can lie outside the hologram 26 in the direction of the write head 34 of the object beam 22 (FIG. 3) or alternatively in the direction of the write head 36 of the reference beam 20 (FIG ).
  • the axis 30 of the object beam 22 is scanned during the scanning of the two beams 20, 22 and their superposition Hologram 26 is continuously varied with a goniometer about a pivot point S in the hologram material in two spatial directions as shown in Figures 3 and 4 to obtain the desired course of the radiation angles, as shown in Figure 2, towards the auditorium after recording.
  • the reference beam 20 will illuminate a small section of the hologram 26, typically of 100 .mu.m diameter, on the way toward the fixed point in space P at any time with the aid of a second goniometer in two spatial directions about S as a fulcrum.
  • the object beam 22 traverses the same section in which the desired interference figure is then imprinted.
  • the object beam 22 need not necessarily be a rotationally symmetric shaft that is focused with a conventional lens, but may be formed with a lens having different focal lengths in the two axes. This results in the reconstruction of each pixel resulting in an asymmetrical beam with different opening angles in the x and y direction. This would be e.g. advantageous if an asymmetrical illumination of an auditorium is desired.
  • screens for spectral ranges outside the visible range for example, UV and IR range for use in simulators for ÜV cameras and / cameras (night and thermal imaging cameras) are also required in the market, further preferred embodiments also provide that with the suitable hologram materials and lasers and holographic screens can be produced with the same method and devices as in the visible range.
  • FIGS. 5a, 5b and 5c show reconstruction of hologram recordings according to FIGS. 3a, 3b and 3c with the aid of a plane wave as a section of the projector beam from the projector source at point P.
  • FIGS. 6a, 6b and 6c show reconstruction of hologram recordings according to FIG 4a, 4b and 4c with a plane wave from the projector source at the point P.
  • the reconstruction of the hologram 26, as with other reflection holograms, is done by means of the conjugate beam of the reference beam, i. with rays 38 having their origin here in the spatially fixed source point of the projector P as shown in Fig. 5 for the case of the exposure of Fig. 3 and in Fig. 6 the case of the exposure in Fig. 4 is shown.
  • these are individual approximately parallel rays 38 from the expanded projection beam 40, which contain the individual primary colors of the projection.
  • an expanded beam 42 with an aperture angle corresponding to the angle of the focused object beam 22.
  • the axis 30 of the object beam 22 is continuously changed during recording from one position of the scan to another over the entire area of the hologram 26, this also applies to the reproduction of the beams emitted from these positions of the hologram 26.
  • a parallel beam 38 from the location of Projector P falls on the hologram 26, as shown schematically in Fig. 5 and Fig. 6 for the three positions at the upper edge, in the middle and at the lower edge of the hologram in each case a), b) and c)
  • a preferred embodiment therefore provides for the technical realization that the two write heads 34, 36 for reference beam 20 and object beam 22 are rotatable about two crossed orthogonal axes in pivot directions 44, 46, i. in a goniometer 47, 50 are mounted with the common pivot point S in the middle of the hologram material, as indicated in Fig. 7a.
  • the write heads 34, 36 are both equally rotated about the two (x, y) coordinate axes on the hologram 26 during the scan with corresponding angle drivers to maintain the respective axis orientation, the reference beam 20 to the projector location P, and the object beam 22 toward the viewer 15 and simultaneously illuminate the same location in hologram 26.
  • FIGS. 7a and 7b show the construction of a first embodiment of a screen hologram exposure device 48.
  • Two exposure heads 34, 36 with reference beam 20 from the rear and object beam 22 from the front are always directed with goniometers 47, 50 to the common location S of the hologram 26, while both write heads 34, 36 by means of a line scan 52 in the x-direction and are moved together along the entire surface 56 of the hologram 26 by means of line jumps 54 in the y-direction.
  • the orientation of the reference beam 20 to the origin of the projector P and the orientation of the object beam 22 to the auditorium is continuously adjusted.
  • Figs. 8a and 8b show the structure of a second embodiment of a hologram exposure apparatus 48 having illumination heads or write heads 34, 36 in gimbal rotator 58 as an alternative to the first embodiment of Figs. 7a and 7b with goniometers 47, 50.
  • a correction device 59 for additional correction of the height and side position of the illumination head of the object beam 22 for the joint exposure at point S indicated.
  • Fig. 9 shows the beam path of the reference beam 20 and the object beam 22 to the hologram 26 via two single-mode optical fibers 60, 62 with an optical path length difference from the point of separation of the rays O to their cross point S in the hologram, which is smaller than that Coherence length of the laser 66 should be.
  • the two beams 20, 22 are generated by a beam splitter 64 from a laser beam 68 from a laser 66.
  • FIG. 7a shows an exposure device 49 for the reference beam 20 and the object beam 22 as two write heads 34, 36 pivotable about their two axes (x, y) in a goniometer 47, 50 in the pivot directions 44, 46 on both sides of the hologram 26, which together with a biaxial sliding device 31 over the entire hologram surface 56, which lies in the plane (x, y), are displaceable.
  • both write heads 36, 34 are pivotable both about their two axes, and can also be moved together in the form of a grid in the two coordinate axes along the (x, y) plane.
  • FIG. 7b shows the construction of the exposure device 48 of FIG. 7a in a top view. Here it is shown how the whole hologram 26 can be executed line by line with the two writing beams in the f, y plane.
  • the writing heads 36, 34 could be rotated in a gimballed gimbal 58 rather than goniometers 50 in FIG. 7, as shown in FIGS. 8a and 8b.
  • a gimballed gimbal 58 rather than goniometers 50 in FIG. 7, as shown in FIGS. 8a and 8b.
  • FIG. 9 shows an exemplary embodiment of a preferred beam guidance from a laser 66 to the write heads 36, 34 for the reference beam 22 and the object beam 22.
  • the laser beam 68 is transmitted via a monomode flexible glass fiber 60, 62, as shown in FIG is supplied to each of the write heads 36, 34. This ensures that the beam guidance and the optical path length remain stable up to the point S in the hologram 26, despite the rapid angular movements of the writing heads 36, 34 about the two orthogonal axes x and y and simultaneous scanning movement along the axes.
  • the use of monomode glass fibers 60, 62 provides a sufficiently high beam quality to produce the desired interference in the hologram 26 regardless of its transmission length.
  • the two beams 20, 22 reference and object beam to come from the same laser 66, which preferably has only one longitudinal resonator with high frequency stability, so that their interference ability is always secured.
  • the splitting of the laser beam 68 into these two beams 20, 22 is provided for example by means of a splitter prism 70 as a beam splitter 64 in the point O.
  • This splitter prism 70 may be either a polarization splitter prism or a semipermeable prism.
  • the beam splitting is also with a
  • Fiber optic beam splitter (not shown) possible.
  • the difference of the light path from the point O to the exposure volume S at the hologram 26 via the two separate optical fibers 60, 62 to the two heads 36, 34 is shorter than the coherence length of the Laser 66. This condition also applies to any position of the heads 36, 34 during the exposure of the entire hologram 26.
  • the linear polarization of the two writing beams at the exposure point S for the formation of interferences is the same at all times, what with known measures, such as polarization-maintaining glass fibers 60, 62 or with the incorporation of polarizers with the same orientation in the two write heads 36, 34 for the reference beam 20 and the object beam 22 is easy to carry out.
  • the same beam intensity in the overlapping volume S of both beams 20, 22 in the hologram 26 is advantageous.
  • the write heads 36, 34 in Figs. 3a, 3b and 3c and in Figs. 4a, 4b and 4c and in the beam guide in Figure 9 is ensured that this is always the case.
  • any differences in intensities with known continuous beam attenuators in one of the beam paths of the write heads 36, 34 can be easily compensated for each other.
  • a pulsed laser is preferable to a continuous wave laser.
  • a pulsed laser with a very short pulse duration, i. typically in the range of a few nanoseconds or picoseconds, the interference capability of the two writing beams is ensured at all times despite any movement of the writing heads 32, 34, the optical fiber 60, 62 and mechanical instabilities of the entire structure, in particular if the optical path length difference from the laser 66 to the hologram 26 along the two fibers 60, 62 is shorter than the coherence length of the laser 66.
  • a pulsed laser for example, offer Q-switched lasers with a pulse duration of nanoseconds and pulse repetition frequency of e.g.
  • RGB colors can be produced by frequency doubling or frequency splitting in optical parametric oscillators with subsequent sum frequency or difference frequency formation.
  • Such a way is e.g. in DE 199 34 162 B4, "method and apparatus for the production of screen holograms, as well as screen hologram" has already been proposed, as mentioned above It is understood that also other lasers having the required f 6ß colors with sufficient power and frequency purity or stability can also be used.
  • the exposure track in the hologram 26 will preferably consist of a plurality of parallel lines similar to the tracks of lines in television tubes.
  • adjacent pixels are generated by individual pulses of the laser 66, as close as possible to each other.
  • Au- the pixels of adjacent lines should also be as close as possible to one another.
  • FIG. Fig. 10 shows a close juxtaposition of the hologram pixels 72 in the screen hologram 26 along a line 74 and between adjacent lines in a circular beam.
  • Fig. 11 shows a close juxtaposition of the hologram pixels 72 in the screen hologram 26 along a line 74 and between adjacent lines 74 in a hexagonal beam.
  • Fig. 12 shows a series of the separate focus points 24 of the closely aligned hologram pixels 72 in a plane outside the hologram material.
  • the axis 30 of the image pixels 72 are also indicated.
  • Each pixel exposure is an image of a spherical wave emanating from a focus 24 located in front of and behind the hologram 26, respectively.
  • These foci 24 are at a certain distance from the row 74 of the pixels 72 of the hologram 26, as indicated in Fig. 12, and are clearly separated because of their smaller size.
  • this spherical wave is again made exactly as if it had its origin in this focus 24, which is shown in front of or behind the hologram 26, depending on the exposure arrangement, as shown in Figures 5a-5c and 6a-6c for the latter case.
  • the source of each pixel wave is the location of the focus 24 of the object beam 22 and that the overlapping area of both beams 20, 22 is an interference structure includes a three-dimensional image of the entire beam path of the object beam 22 is stored from this focus 24 to the viewer 15 in the hologram 26.
  • the diameter of the focus would then be 1.45 pm and the pixel diameter would be 100 .mu.m with a focal distance from the hologram of 120 .mu.m.
  • this value exceeds the saturation value of a silver halide hologram material (3 mJ / cm 2 ) by a factor of 67. Either the average power of the laser 66 could then be reduced by this factor to 15 mW or the number of exposures with one nem single pulse with appropriate beam splitting and thus reduce the total exposure time of the hologram.
  • 13 shows an exemplary division of the object beam 22 into a plurality of exposure beams of the different orders in a transmission grating hologram between optical fiber 62 and the exposure optics of the object beam 22.
  • FIG. 14 shows some examples of the exposure patterns of the object beam 22 after beam splitting in the transmission grating in FIG. 3.
  • the focussing optics produces a series of higher-order lines 82 and, in a cross-grating 78, a number of points 84 as a square mesh around the central one Point 86 of the 0th order as the center.
  • the available laser pulse energy can be distributed to a number NxM of pixels simultaneously, which then one NxM larger area coverage than at a pixel 72 can be achieved at any point in the scan.
  • the associated reference beam 20 can simultaneously comprise all NxM pixels as a flared planar beam or can be superposed with NxM individual beams for superposition with the corresponding split object beams 22 using a comparable splitting method.
  • Fig. 15 shows an example of a stack of the holograms of the three colors red (R), green (G) and blue (blue) on a transparent support plate T with an additional absorber layer A.
  • Fig. 16 shows an example of stacking the holograms of the RGB colors on a support plate T without an absorber layer.
  • Preferred embodiments provide for applications in the visible range an identical production of eg three master holograms (H1) in each of the primary colors red, green and blue. These three or more holograms are then transferred by the usual replication method of holography by exposure to any number of copies ⁇ H2).
  • Each of these RGB / 2 holograms which typically have a thickness of 10-30 pm, can be laminated to a backing plate 7 " or flexible backing film by known methods and, together with or without any absorber layer A, form the final products the opaque or transparent holographic screens whose cross-sectional images are shown in Figures 15 and 16.
  • FIG. 15 shows a cross-section of screens incorporating an absorber A on the opposite side of the support plate T and Figure 16 of screens without
  • the holographic screens described herein according to embodiments of the invention may be used with either parallel or serial image structure projectors 90.
  • the first are projectors 90 with imaging Chips like LCD and DMD modulators as mentioned at the beginning, the images of which are projected onto the screen with the aid of light-intensive lamps in the filtered-out colors RGB or individual light-emitting diodes or lasers of the individual RGB colors, as shown in FIG. 17.
  • graphics screens according to the embodiments may be used as well for laser projectors 92 with serial image construction by means of biaxial scanners 94, as shown in FIG. FIG.
  • Reference A1 denotes the area of the image resolution of the eye on the screen.
  • Reference B1 denotes pixels of the projector 90 on the screen.
  • Reference C1 denotes hologram pixels on the screen.
  • Reference D1 denotes the focal point 24 of the hologram pixel and also the source of the radiation from the pixel of the holographic screen 96.
  • FIG. 18 shows an embodiment for a serial laser image projection on a holographic screen 96 showing the screen structure within the circle of the image resolution of the observer's eye and the intersection of the laser beam 98 with the
  • reference character A2 denotes the range of image resolution of the eye on the screen.
  • Reference B2 denotes the circle of intersection of the projector beam with the screen.
  • Reference C2 denotes hologram pixels on the screen.
  • the reference character D2 designates the focal point 24 of the hologram pixel, and also the source of the radiation from the pixel of the holographic screen 96.
  • the RGB wavelengths of the projectors 90, 92 for optimum image reproduction should be the same as the wavelength of the RGB holograms integrated in the holographic screen 96.
  • the range of the resolution of the eye on the screen which is referred to as the circle A 1
  • the circle A 1 comprises the individual image pixels B1, the individual hologram pixels C1, and individual laser sources or foci of the hologram pixels D1
  • This two-dimensional grid creates the classic lattice interference on the viewer's retina.
  • this intensity pattern can be averaged out if it is changed at least at the same frequency as the frame rate, for example, during a lighting period of the projector 90 by a factor M above the resolution limit of the eye along two or two orthogonal directions, eg (x, y) in the screen plane is moved.
  • FIG. 19 shows a schematic representation of the conversion of the variation As of a lateral displacement of an incident beam from the projector 90 onto a screen pixel into an angle change ⁇ or a transverse path change AS behind the screen hologram in the auditorium.
  • the focusing effect of a screen pixel 72 is indicated by a dashed lens.
  • the range of the eye resolution A2 includes the laser scanning spot B2. This illuminates the hologram pixels C2 at the same time with their associated foci D2 at the same time.
  • B2 moves very fast within A2, in which case a first evaluation of the pattern takes place over the number of pixel holograms within the resolution range, which is determined by the ratio of the projector beam diameter and the diameter of the resolution range.
  • a further evaluation is made about the line frequency by the partial superimposition of the achieved adjacent lines, for example, 50 kHz at a refresh rate of 50 Hz.
  • the speckle formation of the screen 96 suggested here is markedly altered from the previous explanations to the speckles of a conventional screen or its direct holographic image, i. limited by its grid structure to only a certain spatial frequency.
  • This periodic diffraction pattern can be averaged out very efficiently in the case of a parallel image projection because of the focusing effect of the image pixels by very small two-dimensional fluctuations in the beam path of the projector 90.
  • the required variations in the beam path of the projector 90 to the screen are so small that they can have no influence on the image resolution on the screen.
  • the movement of the projection beam 98 within the resolution range of the eye itself, with a corresponding design of the cross section of the image pixel and the projection beam, for sufficient speckle suppression without further action on the projector would be required.
  • the method described here and the device described here are characterized, inter alia, by the fact that primarily no image structure is embossed into a hologram, but that a varying optical function, ie a holographic optical element, is embossed, the incident light depending on the angle of incidence and color differently. and where each incoming beam is redirected from one projector to another.
  • the hologram thus carries no image structure and changes the incident light on the hologram only its direction of radiation and expansion. For this purpose, no intensity modulation or image modulation is impressed on the object beam, but only the angle of incidence of the object beam 22 is changed from pixel 72 to pixel 72.
  • the light is guided in principle via at least two glass fibers 60, 62 to each pixel 72 as reference beam 20 or object beam 22.
  • This allows the free mobility of both write heads 36, 34 on the various locations (x, y) with eg a scanning movement and at the same time a constantly varying angular adjustment of the write heads 36, 34, for example in a goniometer 47, 50.
  • a particularly advantageous feature of the Screen 96, described herein, is its fundamental speckle in laser illumination and the unique ability to completely eliminate the periodic residual speckles due to the focusing function of each individual pixel 72 with some conventional speckle suppression techniques.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung (48) zur Herstellung von Bildschirmhologrammen für Aufprojektion mit einer Bedeckung des Bildschirms (14, 96) durch einzelne holographische Bildpixel (72), wobei die Bildschirmpixel (72) durch Überlagerung von wenigstens eines ersten Beleuchtungsstrahles (20) und eines zweiten Beleuchtungsstrahles (22) und unterschiedliche Winkelausrichtungen wenigstens eines der Beleuchtungsstrahlen (22) mit unterschiedlichen Austrahlrichtungen vorgesehen werden.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines holographischen Bildschirmes für elektronische Aufprojektion
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von holographischen Bildschirmen (z.B. Leinwänden, Displays) für elektronische Aufprojektion sowie eine Vorrichtung zur Herstellung eines Bildschirmhologramms.
Hintergrund der Erfindung
Elektronische Bildprojektoren („Beamer") für Aufprojektion (Frontprojektion) von lebendigen Farbbildern sind heute wegen der großen Bildweite, die mit ihnen auf freie Fläche in Räumen für eine größere Anzahl von Zuschauern projiziert werden kann, eine wichtige Ergänzung zu Flachbildschirmen. Sie sind deshalb heute zu einem unentbehrlichen Darstellungsmittel von Informationen bei Versammlungen in der Wirtschaft und im Unterricht geworden. Zunehmend werden elektronische Projektoren auch zur Filmwiedergabe in Kino, für Fernse- hen und zum Abspielen von DVDs für Heimkino eingesetzt. Andere Anwendungsgebiete dieser Technik sind Projektionen von großflächigen Bildern in Verkehrs- und Führungssimulatoren für ein Fahrer- oder Pilotentraining insbesondere für Kraftfahrzeuge, Schiffe und Luftfahrtgeräte, wie Flugzeug oder Hubschrauber. Neuerdings werden tragbare Bildprojektoren - - eingebaut in digitale Kameras und Handys - zur mobilen Wiedergabe von Bildern und Vi- deos über kurze Distanzen auf dem Markt angeboten.
Gemeinsames Merkmal der meisten Bildprojektoren, die mit sehr unterschiedlicher Technik ausgestattet sind, ist die Projektion von drei bis vier überlagerten Bildern in den Grundfarben Rot, Grün und Blau (RGB) und gelegentlich einer Zusatzfarbe oder Weiß. Die zu überla- gernden Bilder werden in getrennten Farbkanälen des Projektors mit Flüssigkristallmodulatoren (LCDs), digital angesteuerten Spiegelmodulatoren (digital mirror devices, DMDs in digital light projectors, DLPs) hergestellt und zeitlich parallel wie in einem Dia-Projektor mit starken Lichtquellen auf eine Leinwand projiziert. Bilder der Mischfarben entstehen durch Überlagerung der Bilder der Grundfarben. Als Lichtquelle werden wahlweise Entladungslampen (wie Xenon- und Quecksilberlampen), Leuchtdioden (light emitting diodes, LEDs) oder Laser (Festkörper- und Halbleiterlaser) verwendet. Mit Lampen als Lichtquelle werden die benötigten Grundfarben durch statische Farbfilter oder rotierende Farbräder mit eingeschränkter Bandbreite aus ihrem Emissionsspektrum für die Projektion herausgefiltert. Die schmalen Emissionslinien einzelner Leuchtdioden unterschiedlicher Halbleitersysteme können direkt als Grundfarben verwendet werden. Das glei- che gilt für einige Emissionslinien von Lasern im sichtbaren Bereich des Spektrums, die vielfach als Quellen der Grundfarben für Bildprojektion eingesetzt werden.
Mit Lasern kann alternativ zu einer parallelen Projektion ein serieller Bildaufbau, der die gute Bündelung von Laserstrahlen nutzt, durchgeführt werden. Jeder RGS-Strahl wird getrennt mit der Bildinformation moduliert. Es werden alle Strahlen auf eine gemeinsame Achse gebracht und mit einem doppelachsigen Scanner über die Leinwand geleitet. Schnittpunkte der Strahlen mit der Leinwand zeichnen dann während des Scans ähnlich wie die Elektronenstrahlen einer Fernsehröhre das Bild seriell auf. Ein gravierender Nachteil der Aufprojektion auf einen Schirm (Leinwand), im Vergleich zu LCD- und Plasma-Monitoren, die das Eigenleuchten oder das direkte Hinterbeleuchten des Schirms verwenden, ist ihre Empfindlichkeit gegenüber Fremdlicht, d.h. insbesondere Raumbeleuchtung bzw. Tageslicht der Umgebung. Dies liegt daran, dass das Fremdlicht aus allen Richtungen im gleichen Maße wie das Projektorlicht von den herkömmlichen Pro- jektionswänden zum Zuschauer rückgestreut wird. Durch die Überlagerung der beiden
Lichtanteile werden Kontrast und Farbsättigung der projizierten Bilder herabgesetzt. In den Flachbildschirmen wird dagegen hereinfallendes Fremdlicht von außen in einer geschwärzten Maske des Bildschirms absorbiert und gelangt damit nicht zurück zum Betrachter. Werden in hellen Räumen freie Wände oder Kino-Leinwände als Bildschirm für elektronische Projektion verwendet, dann kann die Bildstörung durch das Umgebungslicht mit einer Erhöhung des Lichtflusses des Projektors bis zu einem gewissen Grad überwunden werden. Dazu wird eine sehr lichtstarke Quelle gebraucht mit dem Nachteil ihres höheren Stromverbrauchs und gekürzter Lebensdauer. Bei der Benutzung von Lasern als Lichtquelle wird auch die Gefahr der Augenschädigung durch intensiveres gestreutes Laserlicht gesteigert. Die Übertragungsqualität der Bilder ist auf diesem Wege immer gestört. Eine optimale Lösung bietet nur ein Bildschirm der dem Betrachter unabhängig von der Stärke des Fremdlichts die gleiche Qualität der Projektion überbringt. Um dies zu erreichen, sollte das Erscheinen des Fremdlichtes auf ihm vollständig vermieden werden. Gleichzeitig soll das Licht des Projektors auf dem Weg über die Projektionsfläche bis zum Zuschauerraum nicht abgeschwächt werden.
Stand der Schirmtechnologien
Einige Hersteller von elektronischen Projektoren haben spezielle Schirme entwickelt, mit denen im Vergleich zu einer weißen Projektionsleinwand eine Verbesserung des Kontrastes und der Farbsättigung bei Aufprojektion in heller Umgebung erzielt wird. In dem von der Firma„Sony" angebotenen„HCS-80 ChromaVue-Contrast Home Theater Screen" sind z.B. mehrfache dielektrische Reflexionsfilterschichten im Schirm integriert mit einer Filterbandbreite, die an die spektrale Breite der roten, grünen und blauen Grundfarben des Projektors angepasst ist. Diese Farbfilter liegen im Schirm vor einer absorbierenden Fläche und streuen deshalb vorwiegend einfallendes Licht mit den Wellenlängen des Projek- tors zurück zum Betrachter. Da der Reflexionsgrad der Farbfilter mit dem Einfallswinkel abfällt, ist diese Maßnahme aber nutzlos, um seitliches Fremdlicht zu unterdrücken. Der technische Aufwand in der Fertigung dieser Schirme ist erheblich, und die erreichte Verbesserung der Bildqualität wird mit einem beträchtlichen Gewicht und hohen Preis des Schirmes erkauft.
In einem zweiten Aufprojektionsschirm„Supernova" der Firma„dnp denmark as", wird mit Hilfe einer durchsichtigen Folie mit einem eingeprägten Array von lichtabsorbierenden Ja- lousettenfolien der zugelassene Einfallswinkel und Abstrahlwinkel des Schirms eingeengt, um seitliches Fremdlicht außerhalb dieses Winkels zu unterdrücken. Hier wird aber keine zusätzliche Unterscheidung der Farben des weitergeleiteten Lichtes wie beim ersten Schirm, vorgenommen. Somit wird auch nur eine leichte Verbesserung der Schirmqualität erreicht. Von großem Nachteil bei diesem zweiten Schirm ist, dass der Projektionswinkelbereich und der Betrachtungswinkelbereich sehr nahe bei einander liegen müssen, was seine Einsatzmöglichkeiten stark einschränkt.
Es versteht sich, dass Bildschirme dieser Art basierend auf einer Vielzahl von zusätzlichen Mikro-Optiken von Filtern und Absorptionsfolien in der Herstellung sehr aufwändig und kostenintensiv und für die billige Massenproduktion deshalb nicht besonders gut geeignet sind. Eine wünschenswerte Lösung wäre ein Bildschirm der, zusätzlich zu der Funktion der geziel- ten Verteilung des Projektorlichtes in den Zuschauerraum, die beiden genannten Filterfunk- tionen der Farbe und des Einfallswinkels in der Unterscheidung von Nutz- und Fremdlicht vereinigt.
Bei der Erfindung soll dies mit Hilfe von holographischen Bildschirmen, die auch eine kos- tengünstige Massenherstellung bieten, erreicht werden.
Es ist bekannt dass holographische Aufnahmen von reellen Leinwänden, besonders mit Hilfe von Phasenhologrammen (Volumenhologramme), prinzipiell als Bildschirme für Auf Projektion verwendet werden können. Sie haben insbesondere gegenüber den vorher beschriebe- nen Bildschirmen den Vorteil, dass sie nach der Herstellung eines geeigneten Masterhologramms kostengünstig mit den holographischen Replikationsverfahren hergestellt werden können. Sie können dann als dünne Folie auf größere Bilddarstellungsfläche aufgetragen werden. Holographische Bildschirme für Aufprojektion werden z.B. als Reflexionsphasenhologramme hergestellt, die den besonderen Vorteil z.B. gegenüber Amplitudenhologrammen und Transmissionsphasenhologrammen haben, dass sie einen sehr hohen Beugungswirkungsgrad besitzen und eine effiziente Unterdrückung der 0-ten Ordnung und des konjugierten Strahles einer holographischen Aufnahme aufweisen.
Solche Bildschirme werden z.B. in der DE 197 00 162 B4„Verfahren zur Herstellung eines holographischen Bildschirms für die Laseraufprojektion" beschrieben. Hier wird als erstes die Eigenschaft jedes Hologramms genutzt, dass es nur durch Beleuchtung aus einer ganz bestimmten Richtung— die bei seiner Aufnahme als die Richtung des Referenzstrahles festgelegt wurde - rekonstruiert werden kann. Diese ausgezeichnete Richtung, wird dann in der Anwendung eines Hologramms als Bildschirm als bevorzugte Einfallshchtung einer Aufpro- jektion des Projektors gewählt. Alles Licht aus anderen Richtungen, wird durch das Hologramm geleitet, wo es dann gesondert absorbiert werden kann. Zusätzlich wirkt ein Phasenhologramm wie ein enges spektrales Filter. Dies bedeutet, dass sein Bild nur mit Licht aus einem gleichen Spektralbereich um die Wellenlänge, welche bei seiner Aufnahme verwendet wurde, rekonstruiert werden kann. Diese wirksame Wellenlängen-Bandbreite wird durch die Dicke und Brechungsindexmodulation des Hologramms bestimmt. Wird ihre zentrale Wellenlänge identisch mit der Grundfarbe des Projektors und die Bandbreite des Hologramms größer oder gleich der Bandbreite der Grundfarbe des Projektors eingestellt, dann wird das gesamte Projektorlicht selektiv von dem Bildschirmhologramm reflektiert. Aber gleichzeitig wird Licht anderer Wellenlängen wie z.B. störendes Fremdlicht ungehindert durchgelassen, wo es dann nicht mehr stört bzw. in einer schwarzen Fläche, absorbiert werden kann. Zusammengefasst: bei dem Stand der Technik nach der DE 197 00 162 B4 erfordert die Rekonstruktion der holographischen Leinwand gleichzeitig die Erfüllung von zwei Bedingungen: Erstens muss die Projektionsrichtung mit der Aufnahmerichtung des Referenzstrahles übereinstimmen, zweitens muss die Farbe des Projektorlichtes mit der Wellenlänge der Aufnahme der holographischen Leinwand identisch sein. Erst dann werden Bilder des Projektors, die auf diese projiziert werden, sichtbar. Dadurch wird aber zusätzlich erreicht, dass Fremdlicht aus anderen Richtungen als der optimalen Richtung des Projektors - auch solches mit der spezifischen Farbe des Projektors - ungehindert das Hologramm passiert und die Aufprojektion nicht mehr stören kann. Ebenso wird Fremdlicht, welches aus der Richtung des Projektors fällt, aber eine andere Farbe hat als die, die für das Hologramm spezifiziert wurde, ungehindert durchgelassen.
Es versteht sich, dass bei dieser Lösung zur Unterdrückung von Fremdlicht bei einer Aufpro- jektion ein bei der Aufnahme des Hologramms vorher festgelegter Einfallswinkel der Aufnahme auch bei der Projektion eingestellt werden muss. Dies bedeutet für die meisten Anwendungen keine Einschränkung, denn Projektoren und Leinwände sind in Vorführräumen vorwiegend feste Installationen. Es bieten sich zwei alternative Anwendungsmöglichkeiten des dünnen Bildschirmhologramms an, entweder als Bilddarstellungsfläche vor einer schwarzen Fläche, die das durchgehende Fremdlicht absorbiert, oder als Bildfläche ohne Absorberwand. Die erste Alternative wäre z.B. für Wandprojektionen vom Vorteil. Die zweite hingegen für freistehende Bildschirme auf Glasscheiben sowie Fenstern und Trennwänden, die dem Zuschauer dann ermöglichen, zusätzlich oder alternativ zu der Projektion den Raum hinter dem Bildschirm im Auge zu behalten.
Da jeder Farb-Projektor mindestens drei Grundfarben Rot, Grün und Blau zur Bildwiedergabe des ganzen Farbraums aufweist, sollen holographische Bildschirme zur unverfälschten Farbprojektion ebenfalls mindestens drei Hologrammbildern dieser Farben aufweisen.
Gleichzeitig werden die spektralen Bandbreiten der Hologramme an die Bandbreite des Pro- jektors angepasst. Entweder werden in einer Hologrammfolie drei gemeinsam belichtete
Hologrammbilder oder drei aufeinander geschichtete getrennte Hologrammfolien verwendet -- jede für eine andere Grundfarbe. Bei einer Bildprojektion streut jedes einzelne Hologramm nur ihre spezifische Grundfarbe zurück und lässt das Licht anderer Farben ungehindert durch. Es werden Volumenhologramme, d.h. Hologrammfolien mit einer Dicke der mehrfa- chen Wellenlänge (5-20 prn) verwendet. Sie weisen gegenüber dünnen Bildschirmen die vorteilhaften engen Toleranzen des Projektionswinkels der Projektionswellenlänge und der spektralen Bandbreite auf.
Der holographische Aufprojektionsschirm hat gegenüber den auf dem Markt angebotenen und oben beschriebenen konventionellen Schirmen zur Winkel- und Farbdiskriminierung die Vorteile des geringeren Gewichts, des einfacheren Aufbaus und der niedrigeren Kosten. Außerdem geschieht seine Herstellung auf gleichem Wege wie Hologramme in ihren weitverbreiteten Anwendungen in der Sicherheits- und Dekortechniken. Die Aufnahmetechnik der oben genannten DE 197 00 162 B4 hat jedoch mit folgenden grundsätzlichen technischen Schwierigkeiten zu kämpfen. Zur Herstellung größerer Masterhologramme werden mit der heute verfügbaren Laserleistung sehr lange Belichtungszeiten benötigt. Sie setzt dann eine sehr hohe Frequenzstabilität der verwendeten Laser und hohe mechanische Stabilität der Aufbauten der Belichtungseinrichtung voraus, die mit dem heuti- gen Stand der Laser- und Belichtungstechnik nur schwer zu erfüllen sind. Weiterhin setzt die Herstellung eines homogen streuenden Schirms eine gleichmäßige Belichtung über den ganzen Querschnitt des Hologramms voraus. Dies ist wegen des gaußförmigen Intensitätsprofiles eines Laserstrahles d.h. seiner natürlichen radialen Intensitätsabnahme zu den Rändern hin, schwierig zu erzielen. Dies führt dann zu einem unterschiedlichen Belichtungs- verlauf in den drei Hologrammen der Grundfarben und dadurch zu unerwünschten Farbstörungen im Bildinhalt.
Um diese Unzulänglichkeiten der holographischen Schirme zu verbessern, wird in der DE 199 34 162 B4„Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Bildschirmhologrammen, sowie Bildschirmhologramm" 1o\gendes vorgeschlagen: Als erstes soll die Belichtung der holographischen Schirme mit Laserpulsen mit so kurzer Dauer vorgenommen werden, dass die Instabilitäten mit ihrer langen Zeitkonstante keinen Einfluss auf die Belichtung mehr haben können. Und als zweites soll die holographische Aufnahme eines Aufprojektionsschirmes nicht als ein ganzes Bild in einem Hologramm mit Hilfe eines aufgeweiteten Belich- tungsstrahls gespeichert werden, sondern durch Aufnahme einer Vielzahl von Einzelbildern, d.h. Einzelhologramme (Pixelhologrammen). Diese können aber mit einem gebündelten Strahl mit einer festen Intensität und konstanter Belichtungszeit in einem Scanvorgang über eine größere Fläche einbelichtet werden. Pixelhologramme können so klein und dicht nebeneinander liegend in dem Hologramm gespeichert werden, dass es für den Betrachter den Anschein hat, als würde es sich um eine homogene Projektionsfläche handeln. Mit der Ver- wendung der gleichen Aufnahmebedingungen wie bei einem homogenen Schirm werden in jedem dieser Pixelhologramme die vorteilhaften Eigenschaften der Eingrenzung des wirksamen Projektionswinkels, der Projektionswellenlänge und der spektralen Bandbreite gespeichert.
Die in der DE 199 34 162 B4 vorgeschlagene Aufnahmetechnik eines Reflexionshologramms sieht das Abscannen eines solchen Hologramms vor, das auf der Unterseite mit einem natürlichen Schirm im engen optischen Kontakt steht (Aufnahmetechnik nach Denisy- uk). Verwendet wird z.B. ein gepulster Laser. Der Scanner wird am späteren Aufstellungsort des Projektors als Strahlquelle für die Rekonstruktion des holographischen Schirms aufgestellt. In diesem in der DE 199 34 162 B4 vorgeschlagenen Scanverfahren wird die lokale Streulichtverteilung jedes einzelnen beleuchteten Punktes des Schirmes (Pixels) in dem Hologramm durch Rückstreuung aus der Vorlage aufgenommen und gespeichert. Mit diesem Verfahren kann wegen der festen aber einstellbaren Intensität des Belichtungslasers in allen gescannten Punkten über den Querschnitt des Hologramms eine homogene Belichtung mit hoher Farbstabilität erreicht werden. Mit einer sehr kurzen Pulsdauer der Belichtung kann auch der Einfluss von Laserinstabilitäten und mechanischen Erschütterungen auf Belichtungseffizienz und Kontrast der Aufnahme umgegangen werden. Für die Wieder- gäbe der drei oder mehr Grundfarben sieht die DE 199 34 162 B4 auch mehrere aufeinander gestapelte Hologramme, wie in einem Sandwich, vor.
Die Aufnahmetechniken der beiden oben genannten Druckschriften DE 199 34 162 B4 und DE 97 00 162 B4 haben jedoch folgende Mängel.
Es werden mit ihnen feste Streueigenschaften natürlicher Streuvorlagen in dem Hologramm gespeichert. Eine dieser festgelegten Eigenschaften ist die lokale Winkelverteilung der Streuintensität in Abhängigkeit vom Einfallswinkel eines Lichtstrahles, die bei den meisten streuenden natürlichen Flächen ihr Maximum annimmt, wenn der Abstrahlwinkel gleich dem Einfallswinkel (Reflexionswinkel) ist. Bei einer Aufprojektion seitlich auf einen großen Schirm bzw. mit einem großen Öffnungswinkel ist diese Winkelverteilung der Streuung, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, sehr ungünstig, da mit ihr nur ein geringer Teil des gestreuten Lichts, in den Winkelbereich des Zuschauerraums, gelangt. Gleichzeitig variiert die wahrgenommene Leuchtdichte des Schirms in Abhängigkeit von der Position des Zuschauers. Eine erwünsch- te Streuverteilung des Schirms wäre, wie in Fig. 2 dargestellt ist, eine Streuung des Schir- mes vorwiegend in Richtung zu den Betrachtern. Dies setzt jedoch dann eine ständige Änderung des Abstrahlwinkels in ihre Richtung über die gesamte Fläche des Bildschirmes voraus. Bei der Verwendung von Laserprojektoren tritt ein zusätzliches ernsthaftes Problem auf, nämlich die Ausbildung einer Lasergranulation,„Speckies" des Bildes im Auge des Betrachters, die bei natürlichen Leinwänden oder anderen streuenden Flächen als Vorlage sehr ausgeprägt sind. Speckies entstehen durch Überlagerung von Teilwellen, die an den statistisch verteilten IVlikrorauhigkeiten der Leinwandfläche gestreut werden und miteinander inter- ferieren. Diese IVlikrorauhigkeiten und in der Ortsfrequenz statistisch verteilten Speckies werden wiederum in dem Hologramm bei der Aufnahme des Schirms abgebildet und gespeichert und führen dann bei der Bildwiedergabe zu unverminderter bzw. erhöhter
Specklebildung. Beide hier beschriebenen Mängel der aus der DE 197 00 162 B4 und der DE 199 34 162 B4 bekannten Verfahren sind eine Konsequenz der Verwendung von natürlichen Streumaterialien aus feinen Körnern der Oberfläche mit statistischer Ortsverteilung zur Aufweitung des Projektorlichtes. Durch sie ist der Abstrahlwinkel eindeutig festgelegt und eine starke Specklebildung ist unvermeidlich.
Um den ersten Nachteil zu beheben, sollte in einem verbesserten Bildschirm die feste Verbindung zwischen Einfalls- und Abstrahlwinke! aufgehoben werden. Weiterhin sollte er derart gestaltet werden, dass das Projektorlicht abhängig von seinem Einfallswinkel in variablen Abstrahlwinkeln in Richtung zum Zuschauerraum geleitet werden kann. Um den zweiten Nachteil, die starke Specklebildung zu vermindern, soll dafür gesorgt werden, dass die Wellenfronten, die von dem Bildschirm ins Auge des Betrachters gelangen, keine unregelmäßigen Interferenzen sondern höchstens zu periodischer Intensitätsverteilung vor dem Schirm und im Auge des Betrachters führen, die mit relativ einfachen kostengünstigen bekannten optischen Maßnahmen ausgemittelt werden können.
Um beides zu erreichen, werden neuerdings computerberechnete nanostrukturierte Streuschirme entwickelt. In diesen werden vorzugsweise binäre diffraktive Oberflächenstrukturen mit Elektronenstrahl-lithographischen Verfahren geschrieben, die eine angepasste Änderung des Streuwinkels ermöglichen. Solche Strukturen werden z.B. von W. Freese et al. in dem Artikel:„Design of binary subwavelength multiphase level Computer generated holograms" in Optics Letters, Vol. 35, Seite 676-678 (2010) beschrieben. Hier wird in eine Photore- sistschicht der Oberfläche einer Quarzglasplatte, mit sehr feinen binären Strukturen geschrieben. Diese Strukturen, von einer Größe unter der Wellenlänge des Lichtes, dienen dann als Masterstrukturen für ihre nachträgliche Übertragung in Hologrammmateralien wie Photopolymere und Filmmaterialien. Dazu werden gängige Verfahren der Umbelichtung eingesetzt.
Diese berechneten diffraktiven Streuelemente, haben jedoch den grundsätzlichen Nachteil, dass der Streuwinkel, wie es von Beugungswinkeln an Gittern bekannt ist, von der Wellen- länge abhängt und zu unterschiedlicher Leuchtdichte- und Farbverteilung über jeden einzelnen Master führen. Für jede Farbe muss deshalb ein eigener Master mit diesem komplizierten Verfahren hergestellt werden und alle Master und ihre Kopien aufeinander abgestimmt werden, damit einzelne Farbhologramme mit gleichen Abstrahlcharakteristiken entstehen. Wegen der kleinen Größe der Master, die elektronisch beschrieben werden können, muss nachträglich eine Vergrößerung auf das erforderliche Maß eines Bildschirmes mit einem nachträglichen optischen Vervielfältigungsverfahren vorgenommen werden.
Das computerberechnete und elektronisch geschriebene Hologramm braucht deshalb mehrere Zwischenschritte der Winkel-, Färb- und Größenumskalierung bis der in Quarzglas ge- ätzte Master von typischerweise 6 Zoll Durchmesser in das endgültige Format des Bildschirms von z.B. 60 Zoll Breite gebracht werden kann. Außerdem muss die Grundstruktur des Masters in einzelne Phasenhologramme für die verschiedenen Farben, umgesetzt werden. Mit dieser Technik können zwar holographische Schirme mit gezielter variabler Streucharakteristik über größere Schirmflächen hergestellt werden. Der Weg bis dorthin ist jedoch sehr lang und kostspielig. Es dürfen auch keine lokalen Einzelfehler bei der Übertragung auftreten, denn sie würden sofort zu einer Qualitätsminderung des ganzen Schirms führen. Dies ist aber bei den vielen Stufen dieser Herstellung kaum vermeidbar.
Durch die Verwendung von diffraktiven Strukturen mit sub-wellenlängen Größe in jedem Pixel des Hologramms findet nur eine Beugung der nullten Ordnung statt mit gleichzeitiger Unterdrückung aller höheren Ordnungen. Damit entsteht eine homogene Wellenfront der abgestrahlten Welle im Fernfeld, die dann auf jedes einzelne Pixel bezogen speckelfrei sein wird. Jedoch entsteht vor allem bei einer Laserprojektion durch die Überlagerung der Wellen von benachbarten getrennten Pixeln mit einer Trennung von mehreren Wellenlängen Abstand ähnlich wie bei zweidimensionalen Gittern ein periodisches Wellenfeld mit variierendem Intenstitätsverlauf. Wegen des relativ großen Periodenabstandes in diesem Gitter ist der Intensitätsverlauf sehr fein strukturiert und deshalb schwierig zu beheben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung eines holographischen Bildschirms für Auf projektion aufzuzeigen. Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung schafft gemäß eines ersten Aspekts ein Verfahren zur Herstellung von Bildschirmhologrammen für Aufprojektion mit einer Bedeckung des Bildschirms durch einzelne holographische Bildpixel, wobei die Bildschirmpixel durch Überlagerung wenigstens eines ersten Beleuchtungsstrahles und eines zweiten Beleuchtungsstrahles und unterschiedliche Winkelausrichtungen wenigstens eines der Beleuchtungsstrahlen mit unterschiedlichen Austrahlrichtungen vorgesehen werden.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Bildschirmpixel, vorzugsweise durch optische Linsenanordnungen, von beiden Seiten eines Hologrammfilms beleuchtet werden, wobei der Hologrammfilm von der einen Seite mit dem ersten Beleuchtungsstrahl und von der anderen Seite mit dem zweiten Beleuchtungs- strahl beleuchtet wird.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Bildschirmpixel jedes Mal in ein gleiches Pixelvolumen eines Hologrammfilmes mit Hilfe einer Schwenkeinrichtung und einer Schiebevorrichtung und einer gemeinsamen Scanbewe- gung der beiden Strahlen über die Fläche des Bildschirmhologramms beleuchtet werden.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Bildschirmpixel zeitlich hintereinander durch eine gemeinsame laterale und vertikale rasterförmige Scanbewegung des ersten und des zweiten Beleuchtungsstrahles relativ zu einem Holo- grammfilm hergestellt werden. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste Beleuchtungsstrahl ein Referenzstrahl ist, der, vorzugsweise als ebene Welle, mit einer Achsausrichtung stets zu einem festen Punkt (P) im Raum ausgerichtet ist und/oder dass der zweite Beleuchtungsstrahl ein Objektstrahl ist, der, vorzugsweise mit einem Teil einer sphärischen Welle, in einem Holgrammfilm ein gemeinsames Schnittvolumen mit dem Referenzstrahl hat, und dessen Achse und/oder dessen Öffnungswinkel zum Herstellen der unterschiedlichen Pixel unterschiedlich eingestellt werden, um die unterschiedlichen Abstrahlwinkel pro Pixel herzustellen.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Achse des Objektstrahls mit einer Dreh- und/oder Verschiebevorrichtung auf das gemeinsame Schnittvolumen gerichtet wird und/oder
dass die Strahlachse und der Öffnungswinkel des Objektstrahls eingestellt werden, um einen gewünschten Winkelbereich eines Zuschauerraumes des Bildschirmhologramms auszuleuchten.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste und der zweite Beleuchtungsstrahl durch einen gemeinsamen Laser erzeugt werden.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste und der zweite Beleuchtungsstrahl zu ihren zugeordneten relativ zu einem Holgrammfilm beweglichen Linsenanordnungen durch optische Fasern, vorzugsweise durch monomo- dige Glasfasern, geleitet werden.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der zweite Beleuchtungsstrahl wahlweise direkt zur Belichtung eines einzelnen Bildpixels verwendet wird oder in mehrere Moden aufgespaltet wird, um mehrere Bildpixel gleichzeitig zu beleuchten.
Gemäß eines weiteren Aspekts schafft die Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung von Bildschirmhologrammen für eine Aufprojektion durch Ausbildung der Bildschirmhologramme aus einzelnen holographischen Bildpixeln, mit:
einer Lichtquelle für eine holographische Aufnahme einer Interferenz eines ersten Be- leuchtungsstrahls und eines zweiten Beleuchtungsstrahls, und einer Scanvorrichtung zum Führen des ersten Beleuchtungsstrahls und des zweiten Beleuchtungsstrahls beweglich relativ zu einem Hologrammfilm,
wobei die Scanvorrichtung derart ausgebildet und eingerichtet ist, dass die Achse des ersten Beleuchtungsstrahls relativ zu dem Hologrammfilm bei jeder Pixelbelichtung auf einen festen Punkt (P) im Raum ausgerichtet ist und dass die Achse und/oder ein Öff- nungsswinkel eines fokussierenden zweiten Beleuchtungsstrahls relativ zu dem Hologrammfilm variabel in einen Winkelbereich eines Zuschauerraums gerichtet sind.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine Schwenkeinrichtung zur un- terschiedlichen Einstellung der Winkelausrichtung des zweiten Beleuchtungsstrahles pro Pixel vorgesehen.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Lichtquelle einen gepulsten Laser aufweist, dessen Pulslänge zur Belichtung einzelner holographi- scher Bildpixel ausgebildet ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine Strahlleiteinrichtung zum Leiten des ersten Beleuchtungsstrahls und des zweiten Beleuchtungsstrahls vorgesehen und derart ausgebildet, dass die Lichtwegdifferenz des ersten und des zweiten Beleuch- tungsstrahls von einem gemeinsamen Laser als Lichtquelle bis zu dem Holgrammfilm über den gesamten Scanbereich hinweg kürzer als die Kohärenzlänge des Lasers ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Aufspaltungseinrichtung, vorzugsweise ein Transmissionsgitter, zur Aufspaltung des zweiten Beleuchtungsstrahls in eine Mehrzahl von mehreren Moden zur gleichzeitigen Belichtung mehrere Pixel vorgesehen ist.
Eine besonders bevorzugte Verwendung eines Bildschirmhologramms, herstellbar mit einem Verfahren und/oder einer Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprü- che, zur Aufprojektion, ist dadurch gekennzeichnet, dass
bei einer parallelen Bildprojektion der Strahlengang eines Projektors vom Auge des Zuschauers nicht wahrnehmbar bewegt wird, um ein Specklemuster der Bildschirmpixel im Raum auszumitteln, oder
bei einer seriellen Bildprojektion der Durchmesser der Bildschirmpixel und des Projekti- onsstrahls gegenüber dem Durchmesser eines durch das Auge eines Zuschauers am Bildschirm noch auflösbaren Auflösungselements so gewählt wird, dass eine Ausmittelung eines Specklemusters durch die Bewegung des Projektionsstrahles zur seriellen Bildprojektion erfolgt. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine erste optische Faser, insbesondere monomode Glasfaser, zum Leiten des ersten Beleuchtungsstrahls von der Lichtquelle zu einem relativ zu dem Holgrammfilm beweglichen Schreibkopf des ersten Beleuchtungsstrahls vorgesehen ist und dass eine zweite optische Faser, insbesondere monomode Glasfaser, zum Leiten des zweiten Beleuchtungsstrahls von der Lichtquelle zu einem relativ zu dem Hologrammfilm beweglichen Schreibkopf des zweiten Beleuchtungsstrahls vorgesehen ist.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung schafft ein Verfahren zur Herstellung von Bildschirmphasenhologrammen für elektronische Aufprojektion mit einer Bedeckung des Schirmes durch einzelne holographische Bildschirmpixel wobei die Bildschirmpixel unterschiedliche Abstrahlrichtungen haben, die durch Überlagerung von zwei Beleuchtungsstrahlen eines Referenz- und eines Objektstrahles, durch optische Linsenanordnung von beiden Seiten des Hologrammfilms jedes Mal in gleiches Pixelvolumen des Hologrammfilms, mit Hilfe von Dreh- und Schiebevorrichtung und gemeinsame Scanbewegung über die ganze Fläche des Bildschirmhologramms beleuchtet werden.
Es ist bevorzugt, dass die Pixel zeitlich hintereinander durch gemeinsame laterale und vertikale rasterförmige Scanbewegung der beiden Linsenanordnungen entlang des Filmes hergestellt werden.
Es ist bevorzugt, dass der Referenzstrahl eine ebene Welle mit einer Achsenausrichtung immer zu einem festen Punkt P im Räume bei ausgeleuchtet wird.
Es ist bevorzugt, dass der Objektstrahl einen Teil einer sphärischen Welle, die im Holo- grammfilm ein gemeinsames Schnittvolumen mit dem Referenzstrahl hat, darstellt.
Es ist bevorzugt, dass die Achse des Objektstrahles mit einer Dreh- und Verschiebevorrichtung auf das gemeinsame Schnittvolumen gerichtet wird. Es ist bevorzugt, dass die Strahlachse und der Öffnungswinkel des Objektstrahles eingestellt werden, um einen ausreichenden Winkelbereich eines Zuschauerraums des Bildsch- hirmhologramms auszuleuchten Es ist bevorzugt, dass der Objektstrahl und Referenzstrahl von einem gemeinsamen Laser herrühren und bis zu der beweglichen Linsenanordnungen des Objektstrahles und Referenzstrahles am Hologramm durch monomodige Glasfaser geleitet werden.
Es ist bevorzugt, dass die Bildschirmpixel die bei den Einzelbelichtungen und Scanbewe- gung entstehen, so dicht nebeneinander liegen, dass keine unbelichteten Lücken in dem gesamten Bildschirmhologramm entstehen.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung schafft eine Vorrichtung zur Herstellung von Bildschirmhologrammen bestehend aus einzelnen holographischen Bildschirm- pixeln für elektronische Aufprojektion mit einer schmalbandigen Laserquelle für die holographische Aufnahme der Interferenz von Objekt- und Referenzstrahl, wobei die Vorrichtung eine Scanvorrichtung zum Führen der beiden Strahlen über den Bildschirm umfasst, die so ausgelegt ist, dass die Achse des Referenzstrahles jedes Mal auf einen festen Punkt im Raum und die Achse des fokussierten Objektstrahles und sein Öffnungswinkel variabel in den Winkelbereich des Zuschauerraums ausgerichtet sind.
Es ist bevorzugt, dass die Vorrichtung eine Laserquelle aufweist, die eine ausreichend kurze Belichtungszeit zur Herstellung einzelner holographischen Bildschirmpixeln während der Scanbewegung besitzt.
Es ist bevorzugt, dass die Lichtwegdifferenz des Objektstrahles und Referenzstrahles von einer gemeinsamen Laserquelle bis zum Hologramm trotz der Scanbewegung mit einer Einstellung der Glasfaserlänge kürzer ist als die Kohärenzlänge der Laserquelle Es ist bevorzugt, dass wahlweise die aus der Glasfaser des Objektstrahles austretende Fasermode direkt zur Belichtung eines einzelnen Bildpixels oder nach dem Durchgang der Mode durch ein Transmissionsgitter in mehrere Ordnungen aufgeteilte Mode zur Belichtung mehrerer Bildpixel gleichzeitig verwendet wird. Es ist bevorzugt, dass die Größe der Bildschirmpixel so eingestellt ist, dass sie nicht vom Zuschauerauge vor dem Bildschirm aufgelöst werden kann und gleichzeitig ihr Speckle- muster im Raum mit einer vom Auge nicht wahrnehmbarer Bewegung des Strahlenganges des Projektors bei einer parallelen Bildprojektion bis zum Bildschirm ausgemittelt wird.
Es ist bevorzugt, dass der Durchmesser der Bildschirmpixel und des Projektionsstrahles einer seriellen Bildprojektion gegenüber dem Durchmesser des Auflösungselements des Auges am Bildschirm so gewählt wird, dass eine ausreichende Ausmittelung des wahrgenommenen Specklemusters alleine durch die Bewegung des Projektionsstrahles stattfindet.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1a, 1 b: Winkelverteilung von Projektorlicht mit Ursprung im Punkt P auf einer konventionellen Leinwand und holographischen Leinwänden, die als direktes Abbild einer konventionellen Leinwand hergestellt werden, relativ zur Positionen von Zuschauern vor der Wand.
Fig. 2a, 2b: Erwünschte verbesserte Winkelverteilung des von einer Leinwand abgestrahlten Lichtes gegenüber der in den Fig. 1 a und 1 b zum Stand der Technik dargestellten Situationen.
Fig. 3a, 3b, 3c: Querschnitt von Referenzstrahl (plane Welle) und Objektstrahl (fokussier- te Welle) im Hologramm mit Fokuspunkt vor dem Hologramm. Gezeigt werden Querschnitte am oberen Rand des Hologramms in Fig. 3a, in der Mitte in Fig. 3b und unterem Rand des Hologramms in Fig. 3c.
Fig. 4a, 4b, 4c: Gleiche Darstellung wie bei Fig. 3a, 3b und 3c aber mit einem Fokuspunkt des Objektstrahles hinter dem Hologramm.
Fig. 5a, 5b; 5c: Rekonstruktion von Hologrammaufnahmen nach Fig. 3a, 3b und 3c mit Hilfe einer ebenen Welle als Ausschnitt des Projektorstrahles aus der Projektorquelle im Punkt P. Fig. 6a, 6b, 6c: Rekonstruktion von Hologrammaufnahmen nach Fig. 4a, 4b und 4c mit einer ebenen Welle aus Projektorquelle im Punkt P.
Fig. 7a, 7b: ein erstes Beispiel eines Aufbaus einer Belichtungsvorrichtung für Bildschirmho- logramme.
Fig. 8a, 8b: ein zweites Beispiel für den Aufbau einer Belichtungsvorrichtung für Bildschirmhologramme. Fig. 9: eine schematische Darstellung eines Beispiels eines Strahlengang des Referenz- und Objektstrahles bis zum Hologramm.
Fig. 10: ein erstes Beispiel für ein dichtes Aneinanderreihen der Hologrammpixel im Bildschirmhologramm entlang einer Zeile und zwischen benachbarten Zeilen bei einem kreisförmigen Strahl.
Fig. 1 1 : ein zweites Beispiel für ein dichtes Aneinanderreihen der Hologrammpixel im
Bildschirmhologramm entlang einer Zeile und zwischen benachbarten Zeilen bei einem sechseckigen Strahl.
Fig. 12: eine Reihe der getrennten Fokuspunkte der dicht aneinandergereihten Hologrammpixel in einer Ebene außerhalb des Hologrammmaterials. Die Achse der Bildpixel sind auch angedeutet. Fig. 13: eine beispielhafte Aufteilung des Objektstrahles in mehrere Belichtungsstrahlen der unterschiedlichen Ordnungen in einem Transmissionsgitterhologramm zwischen Glasfaser und Belichtungsoptik des Objektstrahles.
Fig. 14: einige Beispiele der Belichtungsmuster des Objektstrahles nach der Strahl- aufteilung im Transmissionsgitter in Fig. 13.
Fig. 15: ein Beispiel eines Übereinanderstapelns der Hologramme der drei Farben Rot (R), Grün (G) und Blau (Blau) auf einer durchsichtigen Trägerplatte (T) mit einer zusätzlichen Absorberschicht (A). Fig. 16: ein Beispiel eines Übereinanderstapelns der Hologramme der RGB-Farben auf eine Trägerplatte (T) ohne Absorberschicht.
Fig. 17: ein Beispiel für eine parallele Bildprojektion auf einem holographischen Bild- schirm mit Darstellung der Bildschirmstruktur innerhalb des Kreises der Bildauflösung des Betrachterauges.
Fig. 18: ein Beispiel für eine serielle Laser-Bildprojektion auf einem holographischen Bildschirm mit Darstellung der Bildschirmstruktur innerhalb des Kreises der Bildauflösung des Betrachterauges und des Schnittpunkts des Laserstrahles mit der Oberfläche des
Hologramms.
Fig. 19: eine schematische Darstellung eines Beispiels einer Umsetzung der Variation As einer lateralen Verschiebung eines einfallenden Strahles vom Projektor auf ein Bild- schirmpixel in eine Winkeländerung Δφ bzw. eine transversale Wegänderung ÄS hinter dem Bildschirmhologramm im Zuschauerraum.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der Darstellung in den Zeichnungen näher erläutert.
Fig. 1 a zeigt eine Seitenansicht einer Winkelverteilung einer Auflichtprojektion nach dem Stand der Technik, wie er in der DE 197 00 162 B4 und der DE 199 34 162 B4 beschrieben ist. Fig. 1 b zeigt diese Winkelverteilung von oben gesehen. Gezeigt ist die von Projektorlicht 10 mit Ursprung im Punkt P auf einer konventionellen Leinwand 12 und auf holographischen Leinwänden 14, die als direktes Abbild einer konventionellen Leinwand 12 hergestellt werden, relativ zur Positionen von Zuschauern 15 vor der Wand.
Eine der festgelegten Eigenschaften bei dem Stand der Technik ist die lokale Winkelverteilung der Streuintensität in Abhängigkeit vom Einfallswinkel eines Lichtstrahles, die bei den meisten streuenden natürlichen Flächen ihr Maximum annimmt, wenn der Abstrahlwinkel gleich dem Einfallswinkel (Reflexionswinkel) ist. Bei einer Aufprojektion seitlich auf einen großen Schirm bzw. mit einem großen Öffnungswinkel ist diese Winkelverteilung der Streuung, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, sehr ungünstig, da mit ihr nur ein geringer Teil des gestreuten Lichts, in den Winkelbereich des Zuschauerraums, gelangt. Gleichzeitig variiert die wahrgenommene Leuchtdichte des Schirms in Abhängigkeit von der Position des Zuschauers 15.
Eine erwünschte Streuverteilung des Schirms wäre, wie in Fig. 2 dargestellt ist, eine Streu- ung des Schirmes vorwiegend in Richtung zu den Zuschauem 15. Dies setzt jedoch dann eine ständige Änderung des Abstrahlwinkels in ihre Richtung über die gesamte Fläche des Bildschirmes voraus. Fig. 2a zeigt eine Seitenansicht vergleichbar zu Fig. 1 a auf die erwünschte verbesserte Winkelverteilung des von einer Leinwand 12, 14 abgestrahlten Lichtes gegenüber der in den Fig. 1 a zum Stand der Technik dargestellten Situation. Fig. 2b zeigt eine Draufsicht vergleichbar zu Fig. 1 b auf die erwünschte verbesserte Winkelverteilung des von der Leinwand 12, 14 abgestrahlten Lichtes gegenüber der in Fig. 1 b dargestellten Situation nach dem Stand der Technik.
Im Folgenden werden ein Verfahren zur Herstellung eines holographischen Bildschirms sowie eine Vorrichtung zur Herstellung eines holographischen Bildschirms für die elektronische Aufprojektion beschrieben, mit denen die Unterscheidung des Umgebungslichtes und des Projektionslichtes 10 in Bezug auf ihre Einfallsrichtung und Farbe über Bildschirmhologramme auch mit Hilfe der Holographie zur Diskriminierung von Einfallswinkel und Rekonstruktionswellenlängen in Pixel-Phasenhologrammen, vorgenommen werden. Weiter soll einerseits eine Anpassung der Winkelabstrahlcharakteristik über den ganzen Querschnitt des holographischen Schirms an die Standortverteilung der Zuschauer vor dem Schirm ermöglicht und andererseits bei der Verwendung von Lasern als Projektorlichtquelle das Entstehen von Bildspeckies erheblich reduziert werden, um ihre Ausmittelung mit einfachen Mitteln zu ermöglichen.
Hierzu wird gemäß einem Ausführungsbeispiel ein Verfahren zur Herstellung von Bildschirmhologrammen für Aufprojektion, insbesondere ein Verfahren zur Herstellung von Bildschirmphasenhologrammen für elektronische Aufprojektion mit einer Bedeckung des Schirmes durch einzelne holographische Bildschirmpixel vorgeschlagen, bei dem die Bildschirm- pixel unterschiedliche Abstrahlrichtungen haben, die durch Überlagerung von zwei Beleuchtungstrahlen, eines Referenz- und eines Objektstrahles, durch optische Linsenanordnung von beiden Seiten des Hologrammfilms jedes Mal in gleiches Pixelvolumen des Hologrammfilms, mit Hilfe von Dreh- und Schiebevorrichtung und gemeinsame Scanbewegung über die ganze Fläche des Bildschirmhologramms beleuchtet werden. Weiter wird gemäß einem Ausführungsbeispiel eine Vorrichtung zur Herstellung von Bildschirmhologrammen bestehend aus einzelnen holographischen Bildschirmpixeln für elektronische Aufprojektion mit einer schmalbandigen Laserquelle für die holographische Aufnahme der Interferenz von Objekt- und Referenzstrahl vorgeschlagen, die eine Scanvorrichtung zum Führen der beiden Strahlen über den Bildschirm aufweist, die so ausgelegt ist, dass die Achse des Referenzstrahles jedes Mal auf einen festen Punkt im Raum und die Achse des fokussierten Objektstrahles und sein Öffnungswinkel variabel in den Winkelbereich des Zuschauerraums ausgerichtet sind. Bei dem Verfahren gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein Bildschirm für Aufprojektion durch die Belichtung von einer großen Vielzahl von Einzelaufnahmen, der Bildschirmpixel, als Phasenhologramme hergestellt, wobei jedes Pixel so klein gewählt wird, dass es nicht als Einzelelement vom Auge eines Betrachter erkannt werden kann. Dies bedeutet z.B., dass bei angenommener Winkelauflösung des Auges von 1 Bo- genminute, d.h. etwa 0,3 millirad, die einem Auflösungselement von 0,3 mm Durchmesser in einem Betrachtungsabstand von 1 m entspricht, die Bildpixel deutlich kleiner sein sollten, z.B. 0,1 mm. Bei einem typischen Leseabstand am Display von 33 cm dann auch kleiner als 0,1 mm oder z.B. 0,03 mm. Diese Pixelgrößen sind immer noch im Vergleich mit der Wellenlänge des Lichtes von etwa 0,0005 mm sehr groß und die angestrebten Filterfunktionen ge- genüber Wellenlänge und Einfallsrichtung von einfallenden Licht, die oben beschrieben wurden, können hier in gleicher weise realisiert werden wie bei einem großen Hologramm.
Die Zusammensetzung bzw. Überlagerung aller Bildschirmpixel, die als miniaturisierte Phasenhologramme einbelichtet sind, ergibt dann den ganzen Schirm als ein Masterhologramm. Die Pixel werden mit Hilfe eines schnellen Scanvorschubs über das ganze Bildschirmhologramm mit einem Dauerstrich emittierenden oder gepulsten Laser einbelichtet.
Die bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung schlagen vor, die holographischen Bildschirme nicht als holographische Abbildung einer streuenden Fläche, wie es in dem Stand der Technik der Fall ist und nicht als Einbelichtung einer durch Computer berechneten und mit Elektronen-Strahl lithographischen Verfahren geschriebenen diffraktiven Strukturen herzustellen.
Stattdessen schlagen die bevorzugten Ausgestaltungen vor, jedes Bildpixel durch die Über- lagerung von wenigstens zwei vorher eingestellten Wellenfronten eines Objektstrahles und eines Referenzstrahies, die mit refraktiven bzw. reflektiven Optiken geformt werden können, in dem Hologramm aufzunehmen. Holographische Strukturen, die sich mit dieser Überlagerung planer und sphärischer Welle ergeben, sind mit den sogenannten klassischen Fresnel- Zonen- bzw. Phasenplatten, die gleiche Funktionen wie Linsen und Hohlspiegeln der klassi- sehen Optik ausüben können, direkt vergleichbar.
In Einzelheiten werden folgende Aufnahmetechnik vorgeschlagen: Einzelne Bildpixel werden mit der direkten Überlagerung planarer Welle und gekrümmter Welle in z.B. zwei gekreuzten Strahlen einbelichtet, die sich aus entgegengesetzer Richtung zu dem Hologramm immer am gleichen Ort in dem Hologramm treffen. Zur Belichtung einer größeren Hologrammfläche werden beide Strahlen entlang einer Scanspur geführt und orthogonal dazu entlang einer Vielzahl von parallelen Scanspuren. Die beidseitige Belichtung von Objekt- und Referenzstrahl entspricht der üblichen Aufnahmetechnik von Reflexionshologrammen. Hierbei entspricht der Strahl der ebenen Welle (erster Beleuchtungsstrahl) dem Referenzstrahl und der Strahl der konkav gewölbten Wellenfront mit Zentrum nahe an dem Hologramm (zweiter Beleuchtungsstrahl) stellt den Objektstrahl dar. Es wird eine Versetzung des Brennpunktes des Objektstrahles außerhalb der Ebene des Hologramms vorgeschlagen, die den Vorteil hat, dass ein besserer Überlapp für alle Einstrahlwinkel der beiden Belichtungsstrahlen in dem Hologrammmaterial stattfindet. Um Interferenzen mit hohem Kontrast zu bilden, ist die gleiche lineare Polarisation der beiden Strahlen vorteilhaft. Da die Einfallswinkel der Strahlen teilweise groß sind, ist es für eine gute Effizienz der Belichtung vorteilhaft, die Einfallsebene der Strahlen auf das Hologramm als gemeinsame Polarisationsrichtung zu wählen.
Als geeignete Materialien für Phasenhologramme können z.B. Silberhalogenide, Photopoly- mere und Dichromatgelatine verwendet werden. Die Belichtungsempfindlichkeit der verschiedenen Materialien bis zur Sättigung liegt im Bereich von 0,1 -1000 mJ/cm2 je nach Material und Farbe der Belichtung. Das Silberhalogenidmaterial ist verwandt mit üblichen Schwarz-Weiß-Photofilmen und hat den Vorteil, dass es sowohl für Dauerstrichbelichtung als auch für gepulste Belichtung verwendet werden kann mit einer Empfindlichkeit von typi- scherweise 3 mJ/cm2 bis zur Sättigung des Materials. Das Photopolymer zeichnet sich aus durch einen einfachen Entwicklungsprozess mit L/V-Licht und Ausbacken anstatt eines chemischen Prozesses und seine gute Umweltstabilität. Seine Empfindlichkeit bis zur Sättigung beträgt etwa 50 mJ/cm2. Da ihr Belichtungsprozess mit einer Zeitkonstante von etwa 1 ms gegenüber der Zeitkonstante von Silberhalogeniden in Picosekundenbereich wesentlich langsamer abläuft, sind Photopolymere hauptsächlich für Dauerstrichbeleuchtung geeignet. Dichromatgelatine sind dagegen relativ unempfindlich und hygroskopisch und sollten zwischen Glasplatten versiegelt werden, was sie für Anwendungen als Bildschirmhologramme weniger geeignet macht. Bevorzugte Ausgestaltungen schlagen deshalb vor, Silberhalogenid für gepulste Belichtung als Basismaterial für die Herstellung von Masterhologrammen einzusetzen und Photopolymer zur Herstellung von Kopien durch die gängige Abbelichtung z.B. durch Kontaktkopien aus dem Master zu verwenden. Bei einer entsprechend langsamen Belichtung würde Photopolymer jedoch sowohl für Masterhologramme als auch für ihre Kopien in Frage kommen.
Die Fig. 3a, 3b, 3c zeigen einen Querschnitt von Referenzstrahl 20 (plane Welle) und Objektstrahl 22 (fokussierte Welle) im Hologramm 26 mit Fokuspunkt 24 vor dem Hologramm 26. Gezeigt werden Querschnitte am oberen Rand des Hologramms 26 in Fig. 3a, in der Mitte in Fig. 3b und unterem Rand des Hologramms 26 in Fig. 3c. Bei 27 ist die Hohlspiegel- funktion des Objektstrahles angedeutet. Die Achse 28 des Referenzstrahles 20 ist immer auf den Ursprung des Projektorlichts in Punkt P gerichtet; die Achse 30 des Objektstrahls 22 ist in Richtung zum Zuschauerraum gerichtet. Gemeinsamer Drehpunkt der beiden Achsen 28, 30 ist ihr Kreuzungspunkt S im Hologramm 26. Die Fig. 4a, 4b, 4c zeigen die gleiche Darstellung wie bei Fig. 3a, 3b und 3c aber mit einem Fokuspunkt 24 des Objektstrahles 22 hinter dem Hologramm 26.
Insbesondere zeigen die Fig. 3 und Fig. 4 ein Querschnittsbild des Hologramms 26 mit den vorgeschlagenen Schreibköpfen 36, 34 bzw. der Linsensysteme 31 , 32 des Referenzstrah- les 20 bzw. des Objektstrahles 22 in den Fig. 3a, 3b und 3c und in den Fig. 4a, 4b und 4c jeweils in Positionen der Belichtung am oberen Rande, in der Mitte und am unteren Rand des Hologramms 26. Der Referenzstrahl 20 (ebene Welle) soll immer auf einen gemeinsamen Punkt P im Räume, den Ort des späteren Strahlaustritts des Projektors gerichtet sein. Der Objektstrahl 22 (sphärische Welle) wird gleichzeitig, wie in den Figuren 3 und 4 darge- stellt ist, von der entgegengesetzen Seite des Hologramms 26 mit Hilfe eines Linsensystems 32 in Richtung zum Hologramm 26 fokussiert. Dies geschieht entlang einer Achse 30, die in den Zuschauerraum des Hologramms 26 bei der Wiedergabe gerichtet ist.
In dem Überlagerungsbereich beider Strahlen 20, 22 zwischen den gekrümmten (sphäri- sehen) und den ebenen Wellenfronten in dem Hologramm 26 kommt es zu Interferenzen. Dieses Interferenzmusters der räumlichen Modulation des Brechungsindexes des Volumenhologramms wird in dem Hologramm 26 abgespeichert. Die Wellenfront des Objektstrahles 22 entspricht einem sphärischen Ausschnitt einer Kugelwelle, d.h. einer Kugelkalotte, deren Zentrum außerhalb des Hologramms 26 in Richtung zum Schreibkopf 34 des Objektstrahles 22 liegen kann (Figur 3), oder alternativ in Richtung zum Schreibkopf 36 des Referenzstrahles 20 (Figur 4). Eine weitere hier nicht abgebildete mögliche Alternative, wäre die Überlagerung der planen Welle des Referenzstrahles 20 mit dem Fokus 24 des Objektstrahles 22 in dem Hologrammmaterial selbst. Die Achse 30 des Objektstrahles 22 wird während des Scannens der beiden Strahlen 20, 22 und ihrer Überlagerung entlang des Hologramms 26 mit einem Goniometer um einen Drehpunkt S in dem Hologrammmaterial in zwei Raumrichtungen kontinuierlich variiert wie in Figuren 3 und 4 gezeigt wird, um nach der Aufnahme den erwünschten Verlauf der Abstrahlwinkel, wie in Figur 2 dargestellt ist, in Richtung zum Zuschauerraum zu erhalten. Der Refe- renzstrahl 20 wird auf dem Weg in Richtung zum festen Raumpunkt P einen kleinen Ausschnitt des Hologramms 26, typischerweise von 100 pm Durchmesser, zu jedem Zeitpunkt mit Hilfe eines zweiten Goniometers auch in zwei Raumrichtungen um S als Drehpunkt ausleuchten. Gleichzeitig durchquert der Objektstrahl 22 den gleichen Ausschnitt, in dem dann die erwünschte Interferenzfigur einbelichtet wird.
Mit einer entsprechenden Einstellung der numerischen Apertur der Linse des Schreibkopfes 32 des Objektstrahles 22 können unterschiedliche Öffnungswinkel des Objektstrahles 22 und der Durchmesser seines Fokus 24 und dann auch des abgestrahlten Strahles bei der Hologrammwiedergabe eingestellt werden.
Es versteht sich, dass der Objektstrahl 22 nicht zwangsweise eine rotationssymmetrische Welle darstellen muss, die mit einer herkömmlichen Linse fokussiert wird, sondern er kann auch mit einer Linse, die in den beiden Achsen unterschiedliche Brennweite haben, geformt werden. Dies führt dazu, dass bei der Rekonstruktion aus jedem Pixel ein unsymmetrischer Strahl mit unterschiedlichen Öffnungswinkeln in x- und y-Richtung entsteht. Dies wäre z.B. von Vorteil wenn eine unsymmetrische Ausleuchtung eines Zuschauerraumes gewünscht wird.
Es wird, wie bereits grundsätzlich in dem Stand der Technik nach der DE 199 34 162 B4 bekannt, vorgeschlagen, entweder in ein einziges Hologramm die Pixel aller Grundfarben der Projektion hintereinander oder gleichzeitig mit den entsprechenden Belichtungslasern einzubelichten. Alternativ wird vorgeschlagen, für jede einzelne Farbe vollkommen identische Hologramme mit dem gleichen Verfahren und Aufbau als Masterhologramme, sogenannte H1 Hologramme, aufzunehmen, die dann mit den üblichen Vervielfältigungsverfahren als Kopien, sogenannte H2 Hologramme, für die Anwendungen hergestellt werden können. Es versteht sich, dass die verwendeten optischen Bauteile wie Glasfaser und Optiken für die Gestaltung des Referenzstrahles 20 und des Objektstrahles 22 dann achromatisch sein sollten. Da Bildschirme für Spektralbereiche außerhalb des sichtbaren Bereiches z.B. UV- und IR- Bereichs zur Anwendung in Simulatoren für ÜV-Kameras und / -Kameras (Nacht- und Wärmebildkameras) auch auf dem Markt benötigt werden, sehen weitere bevorzugte Ausgestaltungen auch vor, dass mit den dafür geeigneten Hologrammmaterialien und Lasern auch holographische Bildschirme mit dem gleichen Verfahren und Vorrichtungen wie im sichtba- ren Bereich hergestellt werden können.
Die Fig. 5a, 5b und 5c zeigen Rekonstruktion von Hologrammaufnahmen nach Fig. 3a, 3b und 3c mit Hilfe einer ebenen Welle als Ausschnitt des Projektorstrahles aus der Projektorquelle im Punkt P. Die Fig. 6a, 6b und 6c zeigen Rekonstruktion von Hologrammaufnahmen nach Fig. 4a, 4b und 4c mit einer ebenen Welle aus Projektorquelle im Punkt P.
Die Rekonstruktion des Hologramms 26 geschieht wie bei anderen Reflexionshologrammen mit Hilfe des konjugierten Strahl des Referenzstrahls, d.h. mit Strahlen 38 die hier ihren Ursprung in dem raumfesten Quellenpunkt des Projektors P haben wie in Fig. 5 für den Fall der Belichtung nach Fig. 3 und in Fig. 6 den Fall der Belichtung in Fig. 4 dargestellt ist. Für einzelne Pixel sind dies einzelne annähernd parallele Strahlen 38 aus dem aufgeweiteten Projektionsstrahl 40, der die einzelnen Grundfarben der Projektion beinhalten. Hier entsteht wie die Fig. 5 und Fig. 6 zeigen, für jede Position eines einfallenden Strahlenbündels dann ein aufgeweitetes Strahlenbündel 42 mit einem Öffnungswinkel der dem Winkel des fokus- sierten Objektstrahls 22 entspricht.
Da die Achse 30 des Objektstrahles 22 kontinuierlich während der Aufnahme von einer Position des Scans zu einer anderen über die gesamte Fläche des Hologramms 26 geändert wird, gilt dies auch für die Wiedergabe der Strahlenbündel, die von diesen Positionen des Hologramms 26 abgestrahlt werden. Wenn z.B. ein paralleler Strahl 38 von dem Ort des Projektors P auf das Hologramm 26 fällt, wie schematisch in Fig. 5 und Fig. 6 für die drei Positionen an der oberen Kante, in der Mitte und an der unteren Kante des Hologramms in jeweils a), b) und c) dargestellt wird, entstehen unterschiedliche Strahlenbündel 42 aus dem Hologramm 26, die jedoch alle in Richtung Zuschauer mit unterschiedlichen Abstrahlwinkel aus dem Hologramm 26 gerichtet sind.
Eine bevorzugte Ausgestaltung sieht für die technische Realisierung deshalb vor, dass die beiden Schreibköpfe 34, 36 für Referenzstrahl 20 und Objektstrahl 22 um zwei gekreuzte orthogonale Achsen in Schwenkrichtungen 44, 46 drehbar, d.h. in einem Goniometer 47, 50 mit dem gemeinsamen Drehpunkt S in Mitte des Hologrammmaterials montiert sind, wie dies in Fig. 7a angedeutet ist. Die Schreibköpfe 34, 36 werden beide um die zwei (x,y)- Koordinatenachsen am Hologramm 26 während des Scans mit entsprechenden Winkelantrieben gleichmäßig gedreht, um die jeweilige Achsenausrichtung, des Referenzstrahles 20 zum Projektorort P und des Objektstrahles 22 in Richtung zum Zuschauer 15 beizubehalten und gleichzeitig die gleiche Stelle im Hologramm 26 auszuleuchten.
Die Fig. 7a und 7b zeigen den Aufbau einer ersten Ausführungsform einer Belichtungsvorrichtung 48 für Bildschirmhologramme. Zwei Belichtungsköpfe 34, 36 mit Referenzstrahl 20 von hinten und Objektstrahl 22 von vorne sind immer mit Goniometern 47, 50 auf den ge- meinsamen Ort S des Hologramms 26 gerichtet, während beide Schreibköpfe 34, 36 mit Hilfe eines Zeilenscans 52 in x-Richtung und mit Hilfe von Zeilensprüngen 54 in y-Richtung gemeinsam entlang der ganzen Fläche 56 des Hologramms 26 bewegt werden. Gleichzeitig wird die Ausrichtung des Referenzstrahles 20 auf den Ursprungsort des Projektors P und die Ausrichtung des Objektstrahles 22 zum Zuschauerraum kontinuierlich nachgestellt.
Die Fig. 8a und 8b zeigen den Aufbau einer zweiten Ausführungsform einer Belichtungsvorrichtung 48 für Bildschirmhologramme mit Beleuchungsköpfen oder Schreibköpfen 34, 36 in kardanischer Drehvorrichtung 58 alternativ zu der ersten Ausführungsform der Fig. 7a und 7b mit Goniometern 47, 50. Bei der zweiten Ausführungsform ist eine Korrektureinrichtung 59 zur zusätzlichen Korrektur der Höhen- und Seitenstellung des Beleuchtungskopfes des Objektstrahles 22 für die gemeinsame Belichtung im Punkt S angedeutet.
Fig. 9 zeigt den Strahlengang des Referenzstrahls 20 und Objektstrahles 22 bis zum Hologramm 26 über zwei Monomode-Glasfasern 60, 62 mit einer optischen Weglängendifferenz vom Trennpunkt der Strahlen O bis zu ihrem Kreuzpunkt S im Hologramm, die kleiner als die Kohärenzlänge des Lasers 66 sein soll. Im Trennpunkt O werden die beiden Strahlen 20, 22 durch einen Strahlteiler 64 aus einem Laserstrahl 68 aus einem Laser 66 erzeugt.
Insgesamt sind in den Fig. 7 bis 9 bevorzugte Ausgestaltungen beispielhafter Belichtungs- Vorrichtungen 48 zur Belichtung des ganzen Hologramms 26 dargestellt. Figur 7a zeigt eine Belichtungseinrichtung 49 für den Referenzstrahl 20 und Objektstrahl 22 als zwei um ihre zwei Achsen (x,y) jeweils in einem Goniometer 47, 50 in die Schwenkrichtungen 44, 46 schwenkbare Schreibköpfe 34, 36 beidseitig am Hologramm 26, die gemeinsam mit einer zweiachsigen Schiebevorrichtung 31 über die ganze Hologrammfläche 56, welche in der Ebene (x,y) liegt, verschiebbar sind. Hier ist angedeutet, wie beide Schreibköpfe 36, 34 sowohl um ihre beiden Achsen schwenkbar sind, als auch gemeinsam rasterförmig in den zwei Koordinatenachsen entlang der (x,y)-Ebene verschoben werden können. Figur 7b zeigt den Aufbau der Belichtungsvorrichtung 48 von Figur 7a in Aufsicht. Hier wird dargestellt, wie das ganze Hologramm 26 zeilenartig mit den beiden Schreibstrahlen in der f ,y -Ebene abgefah- ren werden kann.
Die Steuerung des gesamten Ablaufs der Belichtung, d.h. des Scans in zwei Richtungen, die Winkelstellung der Goniometer 47, 50 der Schreibköpfe 36, 34 und die Bestrahlungsparameter des Belichtungslasers 66 geschieht über einen Mikroprozessor (μΡ) der mit einem ent- sprechenden Steuerprogramm eines Computers (PC) angesteuert wird, wie dies in Figur 7a angedeutet ist.
Als Alternative könnten die Schreibköpfe 36, 34 anstatt mit Goniometern 50 in Figur 7 in einer kardanischen Aufhängung - kardanische Drehvorrichtung 58 - wie in Fig. 8a und 8b dar- gestellt ist, gedreht werden. Hier wäre jedoch eine zusätzliche Positionskorrektor in zwei
Achsen an einem der Arme, z.B. an dem Arm, der den Beleuchtungskopf - Schreibkopf 34 - des Objektstrahles 22 trägt, vorteilhaft, wie dies in der Fig. 8a - Korrektureinrichtung 59 - angedeutet wird, um eine gleichzeitige Belichtung vom gleichen Pixelvolumen im Hologramm 26 mit den beiden Strahlen 20, 22 zu erzielen.
Es versteht sich, dass es auch möglich ist, das Hologramm 26 selbst in zwei Achsen unter zwei feststehenden Schreibköpfen 32, 34, die dann weiterhin nur die notwendigen Winkelbewegungen ausführen, zu bewegen. Auch ist eine einachsige Bewegung des Hologramms, z.B. beim Abwickeln des Hologrammfilms von einer Trommel durchführbar, während die beiden Schreibköpfe 36, 34 dann noch in ihre orthogonale Richtung entlang des Hologramms 26 gescannt werden.
Fig. 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer bevorzugt vorgesehenen Strahlführung von einem Laser 66 bis zu den Schreibköpfen 36, 34 für den Referenzstrahl 22 und den Objektstrahl 22. Vorzugsweise wird der Laserstrahl 68 über eine monomodige flexible Glasfaser 60, 62, wie in der Figur 9 dargestellt ist, jedem der Schreibköpfe 36, 34 zugeführt. Dadurch ist gewährleistet, dass die Strahlführung und die optische Weglänge bis zum Punkt S im Hologramm 26, trotz der schnellen Winkelbewegungen der Schreibköpfe 36, 34 um die zwei or- thogonale Achsen x und y und gleichzeitiger Scanbewegung entlang der Achsen, stabil bleibt. Die Verwendung von monomodigen Glasfasern 60, 62 sorgt für eine ausreichend hohe Strahlqualität für die Herstellung der erwünschten Interferenzen im Hologramm 26 unabhängig von ihrer Übertragungslänge. Die beiden Strahlen 20, 22 Referenz- und Objektstrahl sollen vom gleichen Laser 66 stammen, der vorzugsweise nur eine longitudinale Resonatormode mit hoher Frequenzstabilität hat, damit ihre Interferenzfähigkeit jederzeit gesichert ist. Die Spaltung des Laserstrahles 68 in diese zwei Strahlen 20, 22 ist beispielsweise mit Hilfe eines Teilerprismas 70 als Strahlteiler 64 in dem Punkt O vorgesehen. Dieses Teilerprisma 70 kann entweder ein Polarisations- teilerprisma oder ein halbdurchlässiges Prisma sein. Die Strahlteilung ist auch mit einem
Glasfaser-Strahlteiler (nicht dargestellt) möglich. Um Interferenzen in dem Hologramm 26 zu bilden, ist es vorteilhaft, dass die Differenz des Lichtweges von dem Punkt O bis zum Belichtungsvolumen S am Hologramm 26 über die zwei getrennten Glasfasern 60, 62 zu den beiden Köpfen 36, 34 kürzer ist als die Kohärenzlänge des Lasers 66. Bevorzugt gilt diese Be- dingung auch für jede beliebige Position der Köpfe 36, 34 bei der Belichtung des ganzen Hologramms 26.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die lineare Polarisation der beiden Schreibstrahlen am Belichtungsort S zur Bildung von Interferenzen jederzeit gleich ist, was mit bekannten Maß- nahmen, wie z.B. polarisationserhaltenden Glasfasern 60, 62 oder mit dem Einbau von Polarisatoren mit gleicher Orientierung in den beiden Schreibköpfen 36, 34 für den Referenzstrahl 20 und den Objektstrahl 22 leicht durchführbar ist. Um einen erwünschtem höchstmöglichen Kontrast der Interferenzen zwischen Referenzstrahl 20 und Objektstrahl 22 auszubilden, ist die gleiche Strahlintensität im Überlagerungsvolumen S beider Strahlen 20, 22 im Hologramm 26 vorteilhaft. Mit den Anordnungen der Schreibköpfe 36, 34 in den Fig. 3a, 3b und 3c und in den Fig. 4a, 4b und 4c sowie in der Strahlführung in Figur 9 ist dafür gesorgt, dass dies immer der Fall ist. Jedoch können eventuelle Unterschiede der Intensitäten mit bekannten kontinuierlichen Strahlabschwächern in einem der Strahlengänge der Schreibköpfe 36, 34 leicht aufeinander ausgeglichen werden.
Die verwendeten Glasfasern 60, 62 sind vorzugsweise monomode Fasern mit einem typischen Kerndurchmesser im sichtbaren Bereich von 2 )f = 5 μιτι und einer numerischen Apertur NAf = 0,1 1. Der ganze Abstrahlwinkel ist af = 12.6°. Wird für den Objektstrahl ein ganzer Abstrahlwinkel der Pixel des Hologramms von a0 = 45° d.h. mit einer numerischen Apertur der Linse von NA0 = 0,38 gewünscht, dann ergibt sich für den Fokusdurchmesser des Objektstrahles 22 von 2 ω0 = 2 u)f NA/NA0 = 1 ,45 pm.
Als Beleuchtungslaser 66 für das Masterhologramm ist ein gepulster Laser einem Dauerstrichlaser vorzuziehen. Mit der Verwendung eines gepulsten Lasers mit sehr kurzer Puls- dauer, d.h. typischerweise im Bereich von einigen Nano- oder Picosekunden ist die Interferenzfähigkeit der beiden Schreibstrahlen trotz beliebiger Bewegung der Schreibköpfe 32, 34, der Glasfaser 60, 62 und mechanischer Instabilitäten des gesamten Aufbaus jederzeit gesichert, insbesondere wenn die optische Weglängendifferenz vom Laser 66 bis zum Hologramm 26 entlang der beiden Fasern 60, 62 kürzer ist als die Kohärenzlänge des Lasers 66. Als gepulste Laser bieten sich z.B. Q-geschaltete Laser mit einer Pulsdauer von Nanose- kunden und Pulswiederholfrequenz von z.B. 50 kHz und Kohärenzlänge von einigen zehn Zentimetern oder modengekoppelte Laser an mit einer Pulsdauer im Picosekundenbereich mit einer Pulswiederholfrequenz von z.B. 100 MHz und einer typischen Kohärenzlänge von einigen Millimetern. Die einzelnen RGB Farben können durch Frequenzverdopplung bzw. Frequenzaufspaltung in optisch parametrischen Oszillatoren mit anschließender Summenfrequenz bzw. Differenzfrequenzbildung hergestellt werden. Ein solcher Weg wird z.B. in der DE 199 34 162 B4,„Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Bildschirmhologrammen , sowie Bildschirmhologramm" bereits vorgeschlagen, wie oben erwähnt wurde. Es versteht sich, dass auch andere Laser, die die geforderten f?6ß-Farben mit ausreichender Leistung und Frequenzreinheit bzw. -Stabilität liefern, ebenfalls verwendet werden können.
Die Belichtungsspur in dem Hologramm 26 wird vorzugsweise aus einer Vielzahl von parallelen Zeilen ähnlich wie die Spuren von Zeilen in Fernsehröhren bestehen. Damit eine möglichst lückenlose Belichtung des Hologramms 26 stattfindet, sollen benachbarte Pixel die von einzelnen Pulsen des Lasers 66 generiert werden, möglichst nahe an einander liegen. Au- ßerdem sollen die Pixel benachbarter Zeilen auch möglichst dicht bei einander liegen Diese Überlagerung benachbarter Pixel in den Zeilen und von einer Zeile zu der nächsten wird in Figur 10 schematisch gezeigt. Fig. 10 zeigt ein dichtes Aneinanderreihen der Hologrammpixel 72 im Bildschirmhologramm 26 entlang einer Zeile 74 und zwischen benachbarten Zeilen bei einem kreisförmigen Strahl.
Es ist angestrebt dass eine vollständige Sättigung der Belichtung in jedem einzelnen Puls in dem Hologrammmaterial erreicht wird. Dann wird die gesamte Information über die momen- tane Ausrichtung des Referenzstrahles 20 und des Objektstrahles 22 und der Öffnungswinkel des Objektstrahles 20 in jedem Pixel 72 für ihren Standort eindeutig im Hologramm 26 eingefroren.
Um eine möglichst lückenlose Bedeckung der ganzen Hologrammfläche mit Pixeln 72, die von ihrer Belichtung gesättigt sind, zu erreichen, wird vorgeschlagen, dass nicht alleine kreisrunde Strahlen mit einer Gauß-Verteilung ihres radialen Intensitätsverlaufs zur Belichtung benutzt werden, sondern auch Strahlen, die mit Hilfe bekannter refraktiver Strahlformungselemente in den Schreibköpfen 36, 34 in Strahlen mit einer konstanten Intensität („top hat" Intensitätsverteilung) umgewandelt werden. Mit den bekannten Strahlformungselemen- ten können auch beliebig andere Strahlquerschnitten als ein kreisförmiger, z.B. als ein Rechteck oder anderes Polygon hergestellt und während des Scans aneinander gereiht werden, wie dies in Fig. 1 dargestellt wird.
Fig. 11 zeigt ein dichtes Aneinanderreihen der Hologrammpixel 72 im Bildschirmhologramm 26 entlang einer Zeile 74 und zwischen benachbarten Zeilen 74 bei einem sechseckigen Strahl.
Fig. 12 zeigt eine Reihe der getrennten Fokuspunkte 24 der dicht aneinandergereihten Hologrammpixel 72 in einer Ebene außerhalb des Hologrammmaterials. Die Achse 30 der Bild- pixel 72 sind auch angedeutet.
Jede Pixelbelichtung ist ein Abbild einer Kugelwelle, die von einem Fokus 24 ausgeht, der vor bzw. hinter der Hologramm 26 liegt. Diese Foki 24 liegen in einem bestimmten Abstand von der Reihe 74 der Pixel 72 des Hologramms 26, wie in Fig. 12 angedeutet wird, und sind wegen ihrer kleineren Größe deutlich von einander getrennt. Bei der Rekonstruktion mit dem konjugierten Referenzstrahl wird diese Kugelwelle wieder exakt so hergestellt, als hätte sie ihren Ursprungsort in diesem Fokus 24, der je nach Belichtungsanordnung vor oder hinter dem Hologramm 26, wie in den Bildern 5a-5c und 6a-6c für den letzten Fall dargestellt ist. Es muss für das Verständnis der Ausbreitung der Wellen von den einzelnen Pixeln 72 und ihre Überlagerung im Raum hinter dem Bildschirm bemerkt werden, dass die Quelle jeder Pixelwelle der Ort des Fokus 24 des Objektstrahles 22 ist und dass der Überlagerungsbereich beider Strahlen 20, 22 eine Interferenzstruktur beinhaltet, die ein dreidimensionales Bild des gesamten Strahlenganges des Objektstrahles 22 von diesem Fokus 24 bis zum Zuschauer 15 im Hologramm 26 gespeichert ist. Wie oben für einen Öffnungswinkels des Objektstrahles von 45° abgeschätzt, würde dann der Durchmesser des Fokus 1 ,45 pm betragen und der Pixeldurchmesser dagegen 100 pm mit einem Fokusabstand vom Hologramm von 120 pm.
Bei einer typischen Anzahl von 10.000 Zeilen für ein 1 m x 1 m großes Hologramm mit ei- nem angestrebtem Pixeldurchmesser von 0,1 mm müssten dann 10.000 Pixel entlang der Zeile 74 geschrieben werden. Mit einer Zeilen-Vorschubschubsgeschwindigkeit 5 m/sek und einer Pulsfrequenz des Lasers 66 von 50 kHz würde die Dauer der Belichtung einer Zeile 74 von 1 m Länge dann 0,2 sek betragen und mit einer Verzögerung zum Beginn der nächsten Zeilenbeschriftung von 0,8 sek die Belichtungsdauer des ganzen Hologramms 10.000 Se- künden oder 2,8 Stunden dauern. Mit einem Pixeldurchmesser von 10 pm würde sich der Fokusabstand zum Schirm auf 12 pm verkürzen, die Anzahl der Pixel 72 pro Zeile 74 und die Anzahl der Zeilen 74 sich auf 00.000 erhöhen und bei gleicher Schreibgeschwindigkeit die gesamte Belichtung 78 Stunden dauern. Alle Parameter - die Pixelgröße, die Vorschubsgeschwindigkeit des Zeilenscans und die
Zeilendichte - sollten an die Belichtungsempfindlichkeit des Hologrammmaterials, die Strahlleistung des Lasers 66 und seine Pulswiederholfrequenz angepasst werden. Geht man von einem Pulslaser mit einer Pulsfrequenz von 50 kHz und wieder von einem Pixeldurchmesser von 100 pm und einer mittleren Strahlleistung von 1 W aus, dann ist die Pulsenergie 2 x 10 "5 J. Die Belichtungsstärke pro Pixel 72 mit einer Fläche von 10 4 cm2 ist dann 2 x 10"1 J/cm2 = 200 mJ/cm2.
Dieser Wert übertrifft jedoch den Sättigungswert eines Silberhalogenid Hologrammmaterials (3 mJ/cm2) um einen Faktor 67. Es könnten dann entweder die mittlere Leistung des Lasers 66 um diesen Faktor auf 15 mW reduziert werden oder die Anzahl der Belichtungen mit ei- nem einzigen Puls mit entsprechender Strahlteilung und damit die gesamte Belichtungszeit des Hologramms herabgesetzt werden.
Es versteht sich dass diese Zahlenbeispiele, die sich auf einige typische leicht realisierbare Parameter von Scannern, Beleuchtungsoptiken, Hologrammmateralien und Lasern beziehen, nur dazu dienen, um die grundsätzliche Durchführbarkeit der Erfindung zu demonstrieren und dass diese Größen einzeln von Fall zu Fall in weiten Bereichen variiert werden können. Fig. 13 zeigt eine beispielhafte Aufteilung des Objektstrahles 22 in mehrere Belichtungsstrahlen der unterschiedlichen Ordnungen in einem Transmissionsgitterhologramm zwischen Glasfaser 62 und Belichtungsoptik des Objektstrahles 22.
Um eine bessere Verteilung der einzelnen Belichtungen über die gesamte Hologrammfläche zu erzielen, wird gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, nicht nur eine einzelne Belichtung in jedem Zeitpunkt durchzuführen sondern u.U. eine Reihe von Belichtungen gleichzeitig durchzuführen. Um dies zu bewerkstelligen, wird vorgeschlagen vor der Fokussieroptik des Objektstrahles 22 in den parallelen Strahlengang, wie in Fig. 13 dargestellt ist, ein Liniengitter 76 bzw. ein Kreuzgitter 78 zu integrieren, mit dem ein Aufspalten des Strahles 22 in mehrere Beugungsordnungen durchgeführt wird, wie dies in Fig. 14 gezeigt wird.
Fig. 14 zeigt einige Beispiele der Belichtungsmuster des Objektstrahles 22 nach der Strahlaufteilung im Transmissionsgitter in Fig. 3.
Wird ein Liniengitter 76 verwendet, so erzeugt die Fokusieroptik zusätzlich zu der abgebildeten Linie 80 der 0-ten Ordnung im Fokus auf der Strahlachse eine Reihe von Linien 82 der höheren Ordnungen und bei einem Kreuzgitter 78 eine Anzahl von Punkten 84 als quadratisches Netz um den zentralen Punkt 86 der 0-ten Ordnung als Zentrum. Hierbei gilt die Braggsche Gitterformel N λ = 2 g sin φ zwischen dem Winkel φ der Beugungsordnungen N = 0, 1 ,2,3.... und g der Gitterkonstante bei der Wellenlänge des Strahles λ, wobei beim Kreuzgitter 78 die beiden Gitterkonstanten gx und gy in die orthogonalen Richtungen x und y eingesetzt werden müssen mit der Ausbildung von NxM Pixeln. Hier kann somit die verfügbare Laserpulsenergie auf eine Reihe NxM von Pixeln gleichzeitig verteilt werden, die dann eine NxM größere Flächenbedeckung als bei einem Pixel 72 in jedem Zeitpunkt des Scans erreicht werden kann.
Diese Strahlaufteilung betrifft erst den Objektstrahl 22. Der zugehörige Referenzstrahl 20 kann als aufgeweiteter planer Strahl alle NxM Pixel gleichzeitig umfassen oder mit einem vergleichbaren Aufteilungsverfahren in NxM Einzelstrahlen zur Überlagerung mit den korrespondierenden aufgeteilten Objektstrahlen 22 zur Überlagerung gebracht werden.
Fig. 15 zeigt ein Beispiel eines Übereinanderstapels der Hologramme der drei Farben Rot (R), Grün (G) und Blau (Blau) auf einer durchsichtigen Trägerplatte T mit einer zusätzlichen Absorberschicht A.
Fig. 16 zeigt ein Beispiel eines Übereinanderstapelns der Hologramme der RGB-Farben auf eine Trägerplatte T ohne Absorberschicht.
Bevorzugte Ausführungsformen sehen für Anwendungen im sichtbaren Bereich eine identische Herstellung von z.B. drei Master-Hologrammen (H1) in jeder der Grundfarben Rot, Grün und Blau vor. Diese drei oder mehr Hologramme werden dann mit dem üblichen Repli- kationsverfahren der Holographie durch Abbelichten in eine beliebige Anzahl von Kopien {H2) übertragen. Jedes dieser RGB -/2-Hologramme, die typischerweise eine Dicke von 10- 30 pm haben, können auf eine Trägerplatte 7" oder eine biegsame Trägerfolie aufeinander mit bekannten Verfahren laminiert werden. Sie bilden zusammen mit einer eventuellen Absorberschicht A oder ohne diese die Endprodukte der undurchsichtigen oder durchsichtigen holographischen Bildschirme, dessen Querschnittsbilder in den Fig. 15 und 16 dargestellt sind. Die Fig. 15 zeigt einen Querschnitt von Schirmen, die einen Absorber A auf der entgegengesetzten Seite der Trägerplatte T beinhalten und die Fig. 16 von Schirmen ohne die Absorberschicht A, um eine Durchsicht zu ermöglichen und die dann für die entsprechenden Anwendungen im Raum freistehen können. Die hier beschriebenen holographischen Bildschirme gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung können für Projektoren 90 entweder mit einem parallelen oder seriellen Bildaufbau verwendet werden. Die ersten sind Projektoren 90 mit bildgebenden Chips wie LCD und DMD Modulatoren wie am Anfang erwähnt wurde, deren Bilder mit Hilfe von lichtintensiven Lampen in den ausgefilterten Farben RGB oder einzelner Leuchtdioden oder Laser der ein- zelnen RGB Farben auf den Schirm projiziert werden, wie in Fig. 17 dargestellt wird. Die holgraphischen Bildschirme gemäß den Ausführungsbeispielen können aber genauso für Laserprojektoren 92 mit einem seriellen Bildaufbau mit Hilfe von zweiachsigen Scannern 94 verwendet werden, wie in Fig. 18 gezeigt wird. Fig. 17 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer parallelen Bildprojektion auf einem holographischen Bildschirm 96 mit Darstellung der Bildschirmstruktur innerhalb des Kreises der Bildauflösung des Betrachterauges. Das Bezugszeichen A1 bezeichnet den Bereich der Bildauflösung des Auges am Schirm. Das Bezugszeichen B1 bezeichnet Pixel des Projektors 90 auf dem Bildschirm. Das Bezugszeichen C1 bezeichnet Hologrammpixel auf dem Schirm. Das Bezugszeichen D1 bezeichnet den Fokuspunkt 24 des Hologrammpixels und auch die Quelle der Abstrahlung vom Pixel des holographischen Schirms 96.
Fig. 18 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine serielle Laser-Bildprojektion auf einem holographischen Bildschirm 96 mit Darstellung der Bildschirmstruktur innerhalb des Kreises der Bildauflösung des Betrachterauges und des Schnittpunkts des Laserstrahles 98 mit der
Oberfläche des Hologramms 26. Dabei bezeichnet das Bezugszeichen A2 den Bereich der Bildauflösung des Auges am Schirm. Das Bezugszeichen B2 bezeichnet den Schnittkreis des Projektorstrahles mit dem Bildschirm. Das Bezugszeichen C2 bezeichnet Hologrammpixel auf dem Schirm. Das Bezugszeichen D2 bezeichnet den Fokuspunkt 24 des Holo- grammpixels, auch die Quelle der Abstrahlung vom Pixel des holographischen Schirms 96.
Es versteht sich, dass die RGB Wellenlängen der Projektoren 90, 92 zur optimalen Bildwiedergabe mit der Wellenlänge der in dem holographischen Bildschirm 96 integrierten RGB Hologramme übereinstimmen sollen.
Es soll nun die Wiedergabe einer in ihrer Bestrahlungsstärke homogenen Projektion einer Grundfarbe einer Lichtquelle auf den holographischen Bildschirm 96 betrachtet werden. Vor allem interessiert hier die vom Auge eines Betrachters 15 des Schirmes 96 wahrgenommene Modulation der Intensitätsverteilung, die als subjektive Speckies bezeichnet wird. Für die parallele Projektion kommen als Lichtquellen z.B. schmalbandige Lampen und LEDs mit einer Bandbreite von etwa 20 nm und extrem schmalbandige Lasern bei einer Bandbreite von 0,01 nm in Frage. Für die serielle Projektion dagegen eignen sich extrem schmalbandige Laser mit einer Dauerstrich- oder gepulster Emission am besten. Bei der parallelen Projektion, wie sie in Fig. 17 dargestellt ist, umfasst der Bereich der Auflösung des Auges am Schirm, der als der Kreis A 1 bezeichnet wird, die einzelnen Bildpixel B1, die einzelnen Hologrammpixel C1 und einzelne Laserquellen oder Foki der Hologrammpixel D1. Dies bedeutet, dass das Auge bei jedem Einzelbild der Projektion zeitgleich die Licht- wellen eines zweidimensionalen Gitters von Gitterpunkten D1 innerhalb des Kreises A 1 sieht. Dieses zweidimensionale Gitter erzeugt die klassischen Gitterinterferenzen auf der Netzhaut des Betrachters. Als erstes entsteht beim Einfall einer planen Lichtwelle des Projektors auf jedem der Gitterpunkte Beugung an einer kreisförmigen Öffnung mit einem Halbwinkel φ-ι der ersten Nullstelle mit dem Durchmesser bei der Wellenlänge λ mit sin φ1 = 1 ,22 λ / 2ω0 . Bei λ = 0,5 x 10"6 m und 2ω0 = 1 ,45 pm wie im obigen Zahlenbeispiel ist φ1 = 22,5° d.h. gleich dem vorher definierten halben Abstrahlwinkel des Pixels 2ψι= a0= 45°. Die zweite Nullstelle liegt dann bei φ2 = 50° und kann vernachlässigt werden, d.h. es handelt sich im Wesentlichen um die Beugung 0-ter Ordnung. Da die gebeugten Wellen aus mehreren benachbarten Gitterpunkten sich überlagern, entsteht eine zweite überlagerte Intensitätsmodulation mit einer kürzeren Periode mit den Nullstellen ψ = A /2g, wobei g die Gitterkonstante, d.h. den Pixelabstand im Hologramm, und ψ den Beugungswinkel bezeichnen. Für g = 100 pm, erhält man z.B. ψ = 0,25 x 10"2 rad Λ 0, 14° als Periodenabstand der Intensitätsvariationen, der dem 10-fachen Wert der kleinsten Auflösung des Auges entspricht. Dieses Muster wiederholt sich dann mit der Bildfrequenz des Projektors z.B. von 50 Hz.
Dieses Intensitätsmuster kann aber ausgemittelt werden, wenn es mindestens mit der gleichen Frequenz wie der Bildfrequenz verändert wird, z.B. wenn es während einer Beleuch- tungsperiode des Projektors 90 um den Faktor M über der Auflösungsgrenze des Auges entlang zweier oder in zwei orthogonalen Richtungen, z.B. in (x,y) in der Bildschirmebene, bewegt wird. Geeignete Ausmittelungsverfahren werden z.B. in der EP 1260850 B1„Verfahren und Vorrichtungen zur Beseitigung von stationären Bildstörungen bei Bildprojektionen mit zeitlich oder räumlich kohärentem Licht, sowie System zur Bildprojektion" beschrieben. Wenn der Modulationsgrad dieser Intensitätsvariation / als Kontrast C = {lmax - /m/n)/(/max +
Imin) zwischen einem minimalen und maximalen Wert bezeichnet, kann dieser um die Wurzel der Anzahl M der Auflösungselemente die durch die Bewegung erniedrigt werden mit C = CNM. Jeder Lichtstrahl des Projektors 90 der auf das Hologramm 26 fällt, wird durch die fokussie- rende Wirkung der einzelnen Pixel 72 in seiner Ausbreitung stark beeinflusst, bevor er ins Auge des Betrachters gelangt. Dadurch ist nur eine sehr geringe induzierte Variation der Ausbreitung der Wellen des Projektors 90 notwendig, um eine hinreichende Ausmittelung der Interferenzen im Auge des Betrachters zu erzielen, wie in Figur 19 schematisch dargestellt wird.
Fig. 19 zeigt eine schematische Darstellung der Umsetzung der Variation As einer lateralen Verschiebung eines einfallenden Strahles vom Projektor 90 auf ein Bildschirmpixel in eine Winkeländerung Δφ bzw. eine transversale Wegänderung AS hinter dem Bildschirmhologramm im Zuschauerraum. Die fokussierende Wirkung eines Bildschirmpixels 72 ist mit einer gestrichelten Linse angedeutet.
Eine laterale Variation des einfallenden Strahles am Schirm von Äs = 1 pm bewirkt z.B. mit der Brennweite eines Hologrammpixels von f = 120 pm eine Winkeländerung von φ = As/f = 1/120 = 0,8 x 10~2 rad = 0,5°. Dies ist achtmal größer als der Gesichtswinkel der Pupille von 3 mm Durchmesser der im Abstand von 3 m von dem Bildschirm der φ = 1/1000 = 10"3rad beträgt. Eine 50-fache Bewegung des Intensitätsmusters über dieser Grenzauflösung würde damit eine primäre Bewegung des Projektionsstrahles um 50 pm erfordern. Wenn diese Bewegung sowohl in x als auch in y- Achse durchgeführt wird, wäre die erreichte Verminderung des Kontrastfaktors C'/C = 1/V 502 = 1/50. Diese Bewegung am Projektionsstrahl erfordert aber eine sehr geringe Bewegung des Strahlenganges im Projektor, da der Biidvergröße- rungsfaktor der Projektoroptik typischerweise 1 :100 d.h. zwischen in der Bildgröße Bildvorlage auf der Bildgröße am Schirm beträgt. Somit wäre eine laterale Bewegung des Strahlenganges im Projektor selbst von nur 0,5 pm erforderlich um diese Ausmittelung zu erzielen, was technisch leicht realisierbar ist.
Bei einer seriellen Projektion, die in Fig. 8 dargestellt ist, umfasst der Bereich der Augenauflösung A2 den Laserscanfleck B2. Dieser beleuchtet in jedem Augenblick gleichzeitig die Hologrammpixel C2 mit ihren zugehörigen Foki D2. Hier bewegt sich aber B2 innerhalb von A2 sehr schnell, wobei dann eine erste Ausmittelung des Musters über die Anzahl der Pixelhologramme innerhalb des Auflösungsbereiches, die durch das Verhältnis des Projektorstrahldurchmesser und des Durchmesser des Auflösungsbereiches bestimmt ist, stattfindet. Eine weitere Ausmittelung wird über die Zeilenfrequenz durch die teilweise Überlagerung der benachbarten Zeilen erzielt, die z.B. 50 kHz bei einer Bildwiederholfrequenz von 50 Hz beträgt.
Anders als bei der parallelen Bildproiektion, wo die Ausmittelung der Laser-Speckles eine zusätzliche Bewegung im Strahlengang des Projektors 90 notwendig macht, ist bei der seriellen Projektion eine zusätzliche Ausmittelung meistens nicht erforderlich, da des Projektionsstrahl 98 selbst in ständiger Bewegung ist, sowohl entlang einer einzelnen Zeile 74, wie in Fig. 18 angedeutet wird, als auch nacheinander von Zeile zu Zeile. Damit liegt eine Reihe von Pixeln innerhalb des Auflösungsbereichs des Auges, deren Specklemodulation des In- tensitätsverlaufs ohne zusätzliche Bewegung im Projektorstrahlengang im Auge zeitlich ausgemittelt wird. Die Effizienz dieser Ausmittelung hängt aber vom Verhältnis des Querschnitts des Scanstrahles am Bildschirm zum Querschnitt des Auflösungsbereichs des Auges und des Querschnitts der holographischen Bildschirmpixel ab, sowie von dem Grad der Überlagerung der benachbarten Zeilen. Hier spielt für die Ausmittelung auch eine Rolle, ob der Projektionslaser 100 ein Dauerstrichlaser oder als gepulster Laser ist, da bei gepulsten Lasern diskrete Bildpixel des Lasers und bei Dauerstrichlasern kontinuierliche Spur von Bildpixeln entstehen.
Die Specklebildung des hier vorgeschlagenen Bildschirms 96 ist nach den vorherigen Erläu- terungen gegenüber den Speckies eines herkömmlichen Bildschirms oder seines direkten holographischen Abbildes deutlich verändert, d.h. durch seine Gitterstruktur auf nur eine bestimmte Ortsfrequenz beschränkt. Dieses periodische Beugungsmustem kann bei einer parallelen Bildproiektion wegen der fokussierenden Wirkung der Bildpixeln durch sehr geringe zweidimensionalen Fluktuationen im Strahlengang des Projektors 90 sehr effizient aus- gemittelt werden. Dabei sind die erforderlichen Variationen im Strahlengang des Projektors 90 bis zum Schirm so gering, dass sie keinen Einfluss auf die Bildauflösung am Schirm haben können. Bei einer seriellen Bildproiektion sorgt die Bewegung des Projektionsstrahles 98 innerhalb des Auflösungsbereiches des Auges selbst, bei einer entsprechenden Auslegung des Querschnitts der Bildpixels und des Projektionsstrahles, für eine ausreichende Speckleunterdrückung ohne dass weitere Maßnahmen am Projektor erforderlich wären.
Das hier beschriebene Verfahren sowie die hier beschriebene Vorrichtung zeichnet sich unter anderem dadurch aus, dass primär keine Bildstruktur in ein Hologramm eingeprägt wird, sondern dass eine variierende optische Funktion, d.h. ein holographisches optisches Ele- ment, eingeprägt wird, die einfallendes Licht je nach Einfallswinkel und Farbe anders verar- beitet und wo jeder einfallende Strahl von einem Projektor in andere Richtung umgeleitet wird. Das Hologramm trägt somit keine Bildstruktur und ändert beim einfallenden Licht auf das Hologramm lediglich dessen Abstrahlrichtung und Aufweitung. Hierzu wird keine Intenstitätsmodulation oder Bildmodulation auf den Objektstrahl aufgeprägt, sondern nur der Einfallswinkel des Objektstrahles 22 von Pixel 72 zu Pixel 72 geändert.
Bevorzugt wird das Licht grundsätzlich über wenigstens zwei Glasfasern 60, 62 zu jedem Pixel 72 als Referenzstrahl 20 oder Objektstrahl 22 geführt. Dies ermöglicht die freie Beweglichkeit beider Schreibköpfe 36, 34 über die verschiedene Orte (x,y) mit z.B. einer Scanbewegung und gleichzeitig einer ständig variierende Winkeleinstellung der Schreibköpfe 36, 34, z.B. in einem Goniometer 47, 50. Eine besonders vorteilhafte Eigenschaft des mit dem hier beschriebenen Verfahren hergestellten Schirms 96 ist seine grundsätzliche Speckle-Armut bei Laserbeleuchtung und die einmalige Möglichkeit, die periodischen Rest-Speckles wegen der fokussierenden Funktion jedes einzelnen Pixels 72 sehr effizient mit einigen konventionellen Speckle- Unterdrückungsverfahren vollständig zu beseitigen.
Bezugszeichenliste
10 Projektorlicht
12 Leinwand
14 holographische Leinwand
15 Zuschauer
20 Referenzstrahl (erster Strahl)
22 Objektstrahl (zweiter Strahl)
24 Fokuspunkt
26 Hologramm
27 Hohlspiegelfunktion
28 Achse (Referenzstrahl)
30 Achse (Objektstrahl)
31 Linsensystem (Referenzstrahl)
32 Linsensystem (Objektstrahl)
34 Schreibkopf (Objektstrahl)
36 Schreibkopf (Referenzstrahl)
38 Strahl (zur Rekonstruktion des Hologramms)
40 Projektionsstrahl
42 Strahlenbündel
44 Schwenkrichtung
46 Schwenkrichtung
47 Goniometer (Referenzstrahl)
48 Belichtungsvorrichtung
49 Belichtungseinrichtung
50 Goniometer (Referenzstrahl)
51 Schiebevorrichtung
52 Zeilenscan
54 Zeilensprünge
56 Fläche des Hologramms
58 kardanische Drehvorrichtung
59 Korrektureinrichtung
60 Glasfaser (Referenzstrahl)
62 Glasfaser (Objektstrahl)
64 Strahlteiler 66 Laser
68 Laserstrahl
70 Teilerprisma
72 Pixel
74 Zeile
76 Liniengitter
78 Kreuzgitter
80 Linie 0. Ordnung
82 Linien höherer Ordnung
84 Punkte
86 zentraler Punkt 0. Ordnung
90 Projektor für parallelen Bildaufbau
92 Projektor für seriellen Bildaufbau
94 Scanner
96 holographischer Bildschirm
98 Laserstrahl (Projektor)
100 Laser (Projektor)
A Absorberschicht
A1 Bereich der Bildauflösung des Auges am Schirm
B1 Pixel des Projektors auf dem Bildschirm
C1 Hologrammpixel auf dem Schirm
D1 Fokuspunkt des Hologrammpixels
A2 Bereich der Bildauflösung des Auges am Schirm
B2 Pixel des Projektors auf dem Bildschirm
C2 Hologrammpixel auf dem Schirm
D2 Fokuspunkt des Hologrammpixels
μΡ Mikroprozessor
PC Computer
0 Trennpunkt der Strahlen
P Ursprung
S Kreuzungspunkt
T Trägerplatte
R Rot
G Grün
B Blau

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von Bildschirmhologrannmen für Aufprojektion mit einer Bedeckung des Bildschirms (14, 96) durch einzelne holographische Bildpixel (72), wobei die Bildschirmpixel (72) durch Überlagerung von wenigstens eines ersten Beleuchtungsstrahles (20) und eines zweiten Beleuchtungsstrahles (22) und unterschiedliche Winkelausrichtungen wenigstens eines der Beleuchtungsstrahlen (22) mit unterschiedlichen Austrahlrichtungen vorgesehen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Bildschirmpixel (72), vorzugsweise durch optische Linsenanordnungen (30, 31 ), von beiden Seiten eines Hologrammfilms beleuchtet werden, wobei der Hologrammfilm von der einen Seite mit dem ersten Beleuchtungsstrahl (20) und von der anderen Seite mit dem zweiten Beleuchtungsstrahl (22) beleuchtet wird.
3. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Bildschirmpixel (72) jedes Mal in ein gleiches Pixelvolumen eines Hologramm- filmes mit Hilfe einer Schwenkeinrichtung (47, 50, 58) und einer Schiebevorrichtung (51 ) und einer gemeinsamen Scanbewegung der beiden Strahlen (20, 22) über die Fläche (56) des Bildschirmhologramms beleuchtet werden.
4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Bildschirmpixel (72) zeitlich hintereinander durch eine gemeinsame laterale und vertikale rasterförmige Scanbewegung des ersten und des zweiten Beleuchtungsstrahles (20, 22) relativ zu einem Hologrammfilm hergestellt werden.
5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der erste Beleuchtungsstrahl ein Referenzstrahl (20) ist, der, vorzugsweise als ebene Welle, mit einer Achsausrichtung stets zu einem festen Punkt (P) im Raum ausgerichtet ist und/oder dass der zweite Beleuchtungsstrahl ein Objektstrahl (22) ist, der, vorzugsweise mit einem Teil einer sphärischen Welle, in einem Hologrammfilm ein gemeinsames Schnittvolumen (S) mit dem Referenzstrahl (20) hat, und dessen Achse (30) und/oder dessen Öffnungswinkel zum Herstellen der unterschiedlichen Pixel (72) unterschiedlich einge- stellt werden, um die unterschiedlichen Äbstrahlwinkel pro Pixel (72) herzustellen.
6. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Achse (30) des Objektstrahls (22) mit einer Schwenk- (50, 58) und/oder Schie- bevorrichtung (51 ) auf das gemeinsame Schnittvolumen (S) gerichtet wird und/oder dass die Strahlachse (30) und der Öffnungswinkel des Objektstrahls (22) eingestellt werden, um einen gewünschten Winkelbereich eines Zuschauerraumes des Bildschirmhologramms auszuleuchten.
7. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der erste und der zweite Beleuchtungsstrahl (20, 22) durch einen gemeinsamen Laser (66) erzeugt werden.
8. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der erste und der zweite Beleuchtungsstrahl (20, 22) zu ihren zugeordneten relativ zu einem Holgrammfilm beweglichen Linsenanordnungen (31 , 32) durch optische Fasern, vorzugsweise durch monomodige Glasfasern (60, 62), geleitet werden.
9. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der zweite Beleuchtungsstrahl (22) wahlweise direkt zur Belichtung eines einzelnen Bildpixels (72) verwendet wird oder in mehrere Moden aufgespaltet wird, um mehrere Bildpixel (72) gleichzeitig zu beleuchten.
10. Vorrichtung (48) zur Herstellung von Bildschirmhologrammen für eine Aufprojektion durch Ausbildung der Bildschirmhologramme aus einzelnen holographischen Bildpixeln (72), mit: einer Lichtquelle (66) für eine holographische Aufnahme einer Interferenz eines ersten Beleuchtungsstrahls (20) und eines zweiten Beleuchtungsstrahls (22),
einer Scanvorrichtung (51 , 52, 54) zum Führen des ersten Beleuchtungsstrahls (20) und des zweiten Beleuchtungsstrahls (22) beweglich relativ zu einem Hologrammfilm, wobei die Scanvorrichtung (51 , 52, 54) derart ausgebildet und eingerichtet ist, dass die Achse (28) des ersten Beleuchtungsstrahls (20) relativ zu dem Hologrammfilm bei jeder Pixelbelichtung auf einen festen Punkt (P) im Raum ausgerichtet ist und dass die Achse (30) und/oder ein Öffnungsswinkel eines fokussierenden zweiten Beleuchtungsstrahls (22) relativ zu dem Hologrammfilm variabel in einen Winkelbereich eines Zuschauer- raums gerichtet sind.
1 1. Vorrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Schwenkeinrichtung (50, 58) zur unterschiedlichen Einstellung der Winkelaus- richtung des zweiten Beleuchtungsstrahles (22) pro Pixel vorgesehen ist,
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 1 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Lichtquelle einen gepulsten Laser (66) aufweist, dessen Pulslänge zur Belich- tung einzelner holographischer Bildpixel (72) ausgebildet ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Strahlleiteinrichtung (60, 62) zum Leiten des ersten Beleuchtungsstrahls (20) und des zweiten Beleuchtungsstrahls (22) vorgesehen und derart ausgebildet ist, dass die Lichtwegdifferenz des ersten (20) und des zweiten Beleuchtungsstrahls (22) von einem gemeinsamen Laser (66) als Lichtquelle bis zu dem Holgrammfilm über den gesamten Scanbereich hinweg kürzer als die Kohärenzlänge des Lasers (66) ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Aufspaltungseinrichtung, vorzugsweise mit einem Transmissionsgitter (76, 78), zur Aufspaltung des zweiten Beleuchtungsstrahls (20) in eine Mehrzahl von mehreren Moden zur gleichzeitigen Belichtung mehrerer Pixel (72) vorgesehen ist.
15. Verwendung eines Bildschirmhologramms, herstellbar mit einem Verfahren und/oder einer Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, zur Aufprojektion, wobei
bei einer parallelen Bildprojektion der Strahlengang eines Projektors (90) vom Auge des Zuschauers (15) nicht wahrnehmbar bewegt wird, um ein Specklemuster der Bildschirmpixel (72) im Raum auszumitteln, oder
bei einer seriellen Bildprojektion der Durchmesser der Bildschirmpixel und des Projektionsstrahls (98) gegenüber dem Durchmesser eines durch das Auge eines Zuschauers am Bildschirm noch auflösbaren Auflösungselements so gewählt wird, dass eine Ausmit- telung eines Specklemusters durch die Bewegung des Projektionsstrahles (98) zur seriellen Bildprojektion erfolgt.
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