DE10035068A1 - Holografisches Display - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein holografisches Display zur Speicherung und Wiedergabe einer räumlichen Struktur, mit einem das Masterhologramm bildenden holografischen Schirm und mit einer Projektionseinrichtung, die zur Wiedergabe der räumlichen Struktur den holografischen Schirm beleuchtet. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß das holografische Display aus mehreren holografischen Schirmen aufgebaut ist, die jeweils einer eigenen Projektionseinrichtung zugeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein holografisches Display gemäß den gattungsbildenden Merkmalen des Anspruchs 1.

Ein gattungsgemäßes holografisches Display wird in der DE 37 35 983 C2 offenbart, wobei zur Aufzeichnung eines Holo­ grammbildes, mit dem man ein Hologrammbild hinter der Holo­ grammplatte erhalten kann, die Oberfläche einer Hologrammplatte mit einem Bezugslaserlicht einer sphärischen Welle und die Rückseite der Hologrammplatte mit einem Gegenstandslaserlicht, das durch einen Diffusor gestreut ist und durch einen Gegen­ stand strahlt, erleuchtet wird, findet eine Überlagerung der Lichtbündel auf der Hologramm-fotografischen Trockenplatte statt, so daß Interferenzstreifen aufgezeichnet werden, die sich in Richtung der Dicke der Hologrammemulsionsschicht er­ strecken. Zur Wiedergabe des so aufgezeichneten Hologrammbildes wird die Hologrammplatte mit dem Licht einer optischen Quelle in der gleichen Richtung wie das Bezugslicht, das zur Aufzeich­ nung des Hologramms verwendet wurde, beleuchtet. Nur das Licht mit einer Wellenlänge, die der Braggschen Bedingung genügt, wird reflektiert, so daß ein virtuelles Bild des Gegenstandes hinter der Holoplatte entsteht.

Zur Erzeugung von Volumenhologrammen wird ein Speichermedium für holografische Aufzeichnungen verwendet, das mit einem Ob­ jekt- und Referenzstrahl belichtet wird. Durch Interferenz von Objekt- und Referenzstrahl innerhalb des Hologrammvolumens ent­ steht eine Folge von Braggebenen. Die Fähigkeit der Volumenho­ logramme, mehrere Bilder gleichzeitig zu speichern ermöglicht die Herstellung farbiger Hologramme. Für die Aufnahme der Holo­ gramme sind Laser erforderlich, die möglichst genau die drei Grundfarben blau, grün und rot aussenden. Die drei Strahlenbün­ del belichten gleichzeitig unter gleichen Winkeln das Aufzeich­ nungsmedium. Im Volumenhologramm sind nach der Belichtung gleichzeitig drei Hologramme gespeichert. Zur Reproduktion des Farbhologramms dient die für Volumenhologramme charakteristi­ sche Besonderheit, daß jedes Teilhologramm allein durch die Farbe zu rekonstruieren ist, mit der es aufgenommen wurde. Die Widergabe erfolgt demnach am besten mit den bereits bei der Aufnahme verwendeten Lasern. Die drei rekonstruierten Farbaus­ züge überlagern sich zum farbigen, originalgetreuen Bild, falls die Farbanteile richtig gewichtet sind.

Bei dieser Art eines holografischen Displays ist von Nachteil, daß die Anforderungen an die Aufnahmetechnik und die Projekti­ onseinrichtung mit der Schirmfläche wächst. Bei der Aufprojek­ tion führt die jederzeit mögliche Verschmutzung des Schirms zur Beeinträchtigung der Beobachtung. Insbesondere bei der Wieder­ gabe darf sich der Projektor relativ zum Schirm nicht bewegen. Deshalb muß eine stabile, schwingungsisolierte Aufhängung ga­ rantiert sein. Außerdem kann der Strahlengang durch Personen und Gegenstände unterbrochen werden. Der Aufbau benötigt trotz Faltung des Strahlenganges erhebliche Einbautiefe.

Die Aufgabe der Erfindung ist ein holografisches Display zur Erzeugung von virtuellen Bildern bereitzustellen, das eine gro­ ße Schirmfläche haben kann, ohne daß die Bildqualität schlech­ ter wird, wobei die Schirmfläche eine beliebige Oberfläche ha­ ben kann.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des An­ spruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen des Er­ findungsgegenstandes sind durch die Merkmale der Unteransprüche gekennzeichnet.

Ein wesentlicher Vorteil dieser Ausgestaltungen liegt darin, daß das Display eine große Schirmfläche haben kann, ohne daß die Bildqualität darunter leidet. Die virtuelle Bildebene ist einstellbar, so daß die visuelle Bildentfernung variabel ist. Es ist eine Stereodarstellung ohne Brille möglich. Weiterhin weist das holografische Display eine vollfarbige Darstellung mit hoher Kontrastleistung auch bei Tageslicht auf, wobei dies un­ abhängig von Form und Geometrie des virtuellen Schirmes ist. Das Display ist unempfindlich gegen Fremdlicht, so daß auch bei Tageslicht ein hoher Kontrast gegeben ist. Das holografische Display ist flexibel und findet in verschiedenstartigen Bauräu­ men Platz. Außerdem werden gleichzeitig mehrere Bilddarstellun­ gen in unterschiedlichen Betrachtungsrichtungen erhalten.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles in Ver­ bindung mit einer Figurenbeschreibung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines konventionellen ho­ lografischen Displays und eines holografischen Displays nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 experimentelle Anordnung zur Aufnahme eines Farbholo­ gramms, sowie eine schematische Darstellung eines Au­ schnitts der stehenden Wellen in der Holografieplatte;

Fig. 3 Speicherung der RGB-Hologramme in einem Hologrammvolu­ men und in getrennten Hologrammvolumen.

Fig. 1 zeigt oben eine schematische Darstellung eines konven­ tionellen holografischen Displays 3. Das holografische Display 3 weist einen das Masterhologramm bildenden Schirm 1 auf, der von einem Videoprojektor 2 in einer Rückprojektion von hinten beleuchtet wird. Damit der Betrachter 4 das Hologramm betrach­ ten kann, muß der Videoprojektor 2 wie der Referenzprojektor zur Aufnahme des Hologramms angeordnet sein. Das untere Bild zeigt eine schematische Darstellung eines holografischen Dis­ plays 3 nach der vorliegenden Erfindung. Das holografische Dis­ play 3 ist aus mehreren holografischen Schirmen 1a, 1b . . . aufge­ baut, die jeweils einer eigenen Projektionseinrichtung 2a, 2b, . . . zugeordnet sind. Um das Display 3 für eine flexible Anwendung klein zu halten, können die Projektionseinrichtungen als ein Array von punktförmig modulierbaren Lichtquellen ausge­ bildet sein. Es können als Projektionseinrichtungen verschiede­ ne Projektionslichtquellen verwendet werden, wie beispielsweise LCD, LEP, OLED, CRT. Die holografischen Schirme 1a, 1b . . . des holo­ grafischen Displays 3 weisen ein Array von holografisch opti­ schen Elementen auf, die das Licht der Projektionseinrichtungen 2a, 2b . . . sammeln und jeder Pixel über das zugeordnete Element des Arrays von holografisch optischen Elementen in das entspre­ chende virtuelle Bild abgebildet wird. Die virtuellen Bilder sind frei von der Lage der einzelnen Hologramme und damit von dem holografischen Display, sondern werden bei der Aufnahme des Masterhologramms festgelegt. Dieses Masterhologramm kann ko­ piert werden für die Massenproduktion. Die virtuellen Bilder sind also frei von der Schirmlage und können so definiert wer­ den, daß sie im optimalen Sichtbereich und im geeigneten Ab­ stand zur Blickrichtung liegen. In dem Hologramm können ver­ schiedene Bildebenen (mindestens zwei) gespeichert werden, die durch geeignete Techniken beispielsweise durch unterschiedliche Projektionsrichtungen abgerufen werden können. Hierzu ist auch eine Art Polarisator denkbar, der über eine Selektion der Pola­ risationsrichtungen die unterschiedlichen Bildebenen darstell­ bar macht. Durch die Kombination eines flexiblen Displays auf Plastiksubstraten und holografischen Schichten als optischen Elementen ist es möglich, flache und gekrümmte Displays mit virtuellen Bildern zu erzielen. Bei dieser Sandwichtechnik wer­ den die Vorteile der Flachbildschirme und die der Projektions­ displays ausgenutzt. So erhält man flache Displays mit sehr ge­ ringem Bauraum, die flexibel an gekrümmte Oberflächen anpaßbar sind. Außerdem kann vorbestimmt werden, daß die virtuellen Bil­ der in geeignetem Abstand und senkrecht zur Blickrichtung sichtbar sind. Die einzelnen holografisch optischen Elemente des Arrays bestehen aus drei Hologrammen, die im roten oder grünen oder blauen empfindlich sind. Das holografische Display besteht aus Rot-Grün-Blau-Hologrammen, deren Aufnahmetechnik in Fig. 2 beschrieben ist. Bei der Herstellung werden Projektions­ richtung, der Betrachtungswinkel und der virtuelle Betrach­ tungsabstand eingestellt. Das virtuelle Bild der weißen Minia­ turbildschirme bestehend aus Rot, Grün und Blauen Pixelelemen­ ten befindet sich in vordefinierten Entfernungen. In Fig. 3 ist die Speicherung der Rot-, Grün-, Blau-(RGB)Hologramme in einem Ho­ logrammvolumen 10 im rechten Bild oder in getrennten Hologramm­ volumen 10 mit deutlich reduzierter Hologrammfläche im linken Bild gezeigt. Das Material für das Display ist beispielsweise ein flexibler, transparenter hochauflösender, lichtempfindli­ cher Film aus Fotopolymer mit einer Schichtdicke von ca. 20 µ.

In Fig. 2 ist eine experimentelle Anordnung zur Aufnahme eines Farbhologramms gezeigt. Die Fähigkeit der Volumenhologramme, mehrere Bilder gleichzeitig zu speichern, ermöglicht die Her­ stellung farbiger Hologramme. Für die Aufnahme der Hologramme sind als Lichtquellen Laser 5, 6 erforderlich, welche die drei Grundfarben blau, grün, rot aussenden. Das Licht des Argon- Ionenlasers sendet grünes und blaues Licht aus und das Licht des Helium-Neon-Lasers sendet rotes Licht aus. Der Argon- Ionenlaser 5 sendet grünes und blaues Licht aus, das am teil­ durchlässigen Spiegel 7 mit dem roten Licht des Helium-Neon- Lasers 6 gemischt wird. Der Teilerspiegel 8 spaltet die einfal­ lenden Strahlen jeweils auf in den Objektstrahl 10 zur Beleuch­ tung des Objektes und den Referenzstrahl 9. Der Referenzstrahl 9 trifft von vorne auf die Hologrammplatte 1, während der Ob­ jektstrahl 10 nach diffuser Reflektion am Objekt von hinten auf die Hologrammplatte 1 trifft. Objektstrahl 10 und Referenz­ strahl 9 interferieren im Volumen der Hologrammplatte 1; die durch Interferenz der von Objekt- und Referenzstrahl entstehen­ den Braggschen Ebenen erfüllen das Hologrammvolumen. Zur Repro­ duktion des Farbhologramms dient die für Volumenhologramme cha­ rakteristische Besonderheit, daß jedes Teilhologramm allein durch die Farbe zu rekonstruieren ist, mit der es aufgenommen wurde. Die Wiedergabe erfolgt demnach am besten mit den bereits bei der Aufnahme verwendeten Lichtquellen 5, 6. Die drei rekon­ struierten Farbauszüge überlagern sich zum farbigen, ori­ ginaltreuen Bild.

Das holografische Display kann Anwendung finden als virtuelles 3D-Kombiinstrument im Fahrzeug, als Dual-Distance Display für Office und Entertainmentanwendungen, als TV oder als Monitor am Computer, aber auch für die Anwendung als Kleinstbildschirm für IT-Anwendungen wie Handy. Für Software-Anwendungen sind 3D-CAD und 3D-Computerspiele denkbar.

Claims (7)

1. Holografisches Display (3) zur Speicherung und Wiedergabe ei­ ner räumlichen Struktur, mit einem das Masterhologramm bilden­ den holografischen Schirm (1) und mit einer Projektionseinrich­ tung (2), die zur Wiedergabe der räumlichen Struktur den holo­ grafischen Schirm (1) beleuchtet, dadurch gekennzeichnet, daß das holografische Display (3) aus mehreren holografischen Schirmen (1a, 1b) aufgebaut ist, die jeweils einer eigenen Pro­ jektionseinrichtung (2a, 2b) zugeordnet sind.

2. Holografisches Display (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Projektionseinrichtungen (2a, 2b) eines holografischen Displays (3) ein Array von punktförmig modulierbaren Lichtquel­ len aufweisen.

3. Holografisches Display (3) nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die holografischen Schirme (1) eines holografischen Dis­ plays (3) ein Array von holografisch optischen Elementen auf­ weist, die das Licht der Projektionseinrichtungen (2a, 2b) sam­ melt und jeden Pixel auf ein beliebig im Raum angeordnetes Array von identischen holografischen Schirmen projiziert.

4. Holografisches Display (3) nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Herstellung des holografischen Displays die visuel­ le Bildentfernung eingestellt wird.

5. Holografisches Display (3) nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das holografische Display (3) flexibel ist, indem als opti­ sches Element eine holografische Schicht auf einem Plastiksub­ strat angeordnet ist.

6. Holografisches Display (3) nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem holografischen Display (3) mehrere Bildebenen ge­ speichert sind.

7. Holografisches Display (3) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen Bildebenen durch Wahl von geeigneten Pro­ jektionsrichtungen abgerufen werden können.