RU2427018C2

RU2427018C2 - Projector and topographic scene reconstruction method

Info

Publication number: RU2427018C2
Application number: RU2007146460/28A
Authority: RU
Inventors: Армин ШВЕРДТНЕР (DE); Армин ШВЕРДТНЕР
Original assignee: Сириал Текнолоджиз Гмбх
Priority date: 2005-05-13
Filing date: 2006-05-12
Publication date: 2011-08-20
Also published as: DE102005023743B4; RU2007146460A; DE102005023743A1

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: invention provides reconstruction using a light modulator (8), a display system (3) with at least two display apparatus (4, 5, 9) and an illumination device (1) with sufficiently coherent light for illuminating a hologram (2) encoded in the light modulator (8). At least two display apparatus (4, 5) lie relative each other such that the first display apparatus (4) serves for zoomed in mapping of the light modulator (8) onto the second display device (5). The second display apparatus (5) serves for mapping the plane (10) of the spatial frequency spectrum of the light modulator (8) into a viewing plane (6), having at least one viewing window (15). The viewing window (15) corresponds to the diffraction order of the spatial frequency spectrum.

EFFECT: possibility of reconstruction regardless of the position of the viewer.

38 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к проектору для голографического восстановления кадров-сцен, содержащему пространственный модулятор света, систему получения изображения, по меньшей мере, с двумя средствами получения изображения и осветительное устройство, по меньшей мере, с одним источником достаточно когерентного света для освещения кодированной в модуляторе света голограммы. Кроме того, изобретение относится к способу голографического восстановления кадров-сцен.The invention relates to a projector for holographic reconstruction of scene frames containing a spatial light modulator, an image acquisition system with at least two image acquisition means, and a lighting device with at least one source of sufficiently coherent light to illuminate the hologram encoded in the light modulator . In addition, the invention relates to a method for holographic reconstruction of scene frames.

В известных трехмерных дисплеях или проекторах или способах используется, как правило, стереоэффект, причем создающий его свет отражается или излучается от плоскости. В голографии, напротив, свет, идущий от голограммы, интерферирует в объектных точках кадра-сцены, откуда он естественным образом распространяется. Голографические изображения реализуют замещение объекта. В противоположность этому стереоскопические изображения в неподвижном виде (Stills) или в подвижном виде в любых формах изображения не являются замещением объекта. Они создают для левого и правого глаз две плоские картины, соответствующие положениям глаз. Трехмерный эффект возникает за счет параллакса в обоих картинах. В случае голографического изображения отпадают известные из стереоскопии проблемы, такие как усталость или глазные или головные боли, поскольку отсутствует принципиальное отличие в рассмотрении голографических восстановленных и естественных кадров-сцен.Known three-dimensional displays or projectors or methods use, as a rule, a stereo effect, the light creating it being reflected or emitted from a plane. In holography, on the contrary, the light coming from the hologram interferes at the object points of the scene frame, from where it naturally propagates. Holographic images realize the substitution of the object. In contrast, stereoscopic images in a fixed form (Stills) or in a moving form in any form of image are not a substitute for an object. They create two flat patterns for the left and right eyes, corresponding to the positions of the eyes. The three-dimensional effect arises due to parallax in both paintings. In the case of a holographic image, problems known from stereoscopy, such as fatigue or eye or headaches, disappear, since there is no fundamental difference in the consideration of holographic reconstructed and natural frames.

В голографии различают статические и динамические способы. При статической голографии для записи очень часто используются фотографические среды. При этом посредством опорного луча, на который накладывается несущий информацию об объекте световой луч, на фотографической среде записывается интерференционная картина. Эта статическая информация об объекте голографически восстанавливается аналогичным опорному лучу или одинаковьм с ним лучом. Однако, например, индустрия развлечений, а также медицинская и военная техника уже давно проявляют интерес к изображению подвижных кадров-сцен в реальном времени посредством динамической голографии из-за идеальных пространственных свойств. В большинстве случаев используются так называемые микродисплеи, используемые также в проекторах. Примерами микродисплеев являются LCoS (Liquid Crystal on Silicon - жидкий кристалл на силиконе), трансмиссивные ЖК-дисплеи или MEMS (Micro Electro Mechanical Systems - микроэлектромеханические системы). Поскольку их pixel-pitch, т.е. расстояние между центрами пикселей, мало по сравнению с другими дисплеями, достигается сравнительно большой угол дифракции. Существенный недостаток известных до сих пор методов динамической голографии с микродисплеями заключается в том, что размер восстановлений или восстановленного кадра значительно ограничен размером микродисплеев. Микродисплеи и аналогичные модуляторы света имеют размер несколько дюймов и, несмотря на относительно маленький питч, - все еще настолько малый угол дифракции, что рассмотрение обоими глазами почти невозможно. Например, очень маленький питч 5 мкм при длине волны λ=500 нм (сине-зеленый) создает угол дифракции около 0,1 рад. На удалении от глаз 50 см это дает латеральную протяженность 5 см, что мешает рассмотрению обоими глазами.Holography distinguishes between static and dynamic methods. In static holography, photographic media are often used for recording. At the same time, an interference pattern is recorded on a photographic medium by means of a reference beam onto which a light beam carrying information about the object is superimposed. This static information about the object is holographically restored similar to the reference beam or the same beam with it. However, for example, the entertainment industry, as well as medical and military equipment, have long shown interest in real-time image of moving scene frames through dynamic holography due to ideal spatial properties. In most cases, the so-called microdisplays, also used in projectors, are used. Examples of microdisplays are LCoS (Liquid Crystal on Silicon - liquid crystal on silicone), transmissive LCD displays or MEMS (Micro Electro Mechanical Systems - microelectromechanical systems). Since their pixel-pitch i.e. the distance between the centers of the pixels is small compared with other displays, a relatively large diffraction angle is achieved. A significant drawback of the hitherto known methods of dynamic holography with microdisplays is that the size of the reconstructions or reconstructed frame is significantly limited by the size of the microdisplays. Microdisplays and similar light modulators are several inches in size and, despite the relatively small pitch, the diffraction angle is still so small that viewing with both eyes is almost impossible. For example, a very small pitch of 5 μm at a wavelength of λ = 500 nm (blue-green) creates a diffraction angle of about 0.1 rad. At a distance of 50 cm from the eyes, this gives a lateral length of 5 cm, which interferes with examination with both eyes.

Для трехмерного изображения динамических голограмм, как правило, созданных на компьютере голограмм, в топографических восстанавливающих устройствах используются пропускающие и отражающие модуляторы света, основанные на таких технологиях, как TFT (Thin Film Transistor - тонкопленочный транзистор), LCoS, MEMS, DMD (Digital Micromirror Device - цифровое микрозеркальное устройство), OASLM (Optically Addressed Spatial Light Modulator - оптически адресуемый пространственный модулятор света), EASLM (Electronically Addressed Spatial Light Modulator - электронно-адресуемый пространственный модулятор света), FLCD (Ferroelectric Liquid Crystal Display - ферроэлектрический ЖК-дисплей) и другие. Такие модуляторы света могут быть выполнены одно- или двухмерными. Причина использования отражающих модуляторов света заключается в их недорогом изготовлении, большом коэффициенте заполнения для высокой эффективности света, коротком времени включения и небольших световых потерях в результате поглощения по сравнению с пропускающими дисплеями. Однако приходится считаться с небольшими пространственными протяженностями.For three-dimensional images of dynamic holograms, usually created on a hologram computer, topographic reconstruction devices use transmitting and reflecting light modulators based on technologies such as TFT (Thin Film Transistor - Thin Film Transistor), LCoS, MEMS, DMD (Digital Micromirror Device - digital micromirror device), OASLM (Optically Addressed Spatial Light Modulator - optically addressable spatial light modulator), EASLM (Electronically Addressed Spatial Light Modulator - electronically addressable spatial light modulator), FLCD (Ferroelectric Liquid Crystal Display - ferroelectric LCD) and others. Such light modulators can be made one-or two-dimensional. The reason for using reflective light modulators is their low cost manufacturing, high duty cycle for high light efficiency, short turn-on times and low light loss due to absorption compared to transmittance displays. However, one has to reckon with small spatial lengths.

Из WO 03/060612 известен отражающий ЖК-дисплей с разрешением около 12 мкм и степенью отражения до 90% для цветного изображения в реальном времени голограмм. Восстановление осуществляется коллимированным светом одного или нескольких светодиодов через полевую линзу. С этим разрешением рассмотрение на удалении около 1 м возможно только в пределах диапазона протяженности около 3 см, в результате чего восстановленный кадр нельзя рассматривать одновременно обоими глазами, т.е. трехмерно. Кроме того, из-за небольших размеров дисплея восстанавливаться могут лишь мелкие объекты.A reflective LCD is known from WO 03/060612 with a resolution of about 12 microns and a degree of reflection of up to 90% for real-time color images of holograms. Recovery is carried out by the collimated light of one or more LEDs through a field lens. With this resolution, viewing at a distance of about 1 m is possible only within the range of a length of about 3 cm, as a result of which the reconstructed frame cannot be viewed simultaneously with both eyes, i.e. three-dimensionally. In addition, due to the small size of the display, only small objects can be restored.

В WO 02/095503 описан голографический трехмерный проектор, в котором для изображения голограмм использован DMD-чип. Несмотря на относительно высокое разрешение, высокую отражающую способность и малое время включения модулятора света здесь также по тем же причинам, что и в WO 03/060612, восстанавливаться могут лишь кадры малых размеров, которые могут рассматриваться в относительно малом диапазоне. Причина и здесь заключается в восстанавливающем пространстве, установленном размерами модулятора света и малым диапазоном рассмотрения. К тому же DMD-чипы из-за своей условной когерентности почти непригодны для топографических целей.WO 02/095503 describes a holographic three-dimensional projector in which a DMD chip is used to display holograms. Despite the relatively high resolution, high reflectivity and short turn-on time of the light modulator, here, for the same reasons as in WO 03/060612, only frames of small sizes can be restored, which can be considered in a relatively small range. The reason here also lies in the recovery space established by the dimensions of the light modulator and the small viewing range. Moreover, because of their conditional coherence, DMD chips are almost unsuitable for topographic purposes.

В WO 00/75699 описан топографический дисплей, восстанавливающий видеоголограмму с помощью частичных голограмм. Этот метод известен также под названием «тайлинг». При этом частичные голограммы, кодированные с помощью очень быстродействующего EASLM, последовательно отображаются в промежуточной плоскости, причем процесс протекает настолько быстро, что наблюдатель воспринимает восстановления всех частичных голограмм как одно восстановление одного трехмерного объекта. Для матричного расположения частичных голограмм в промежуточной плоскости служит специальная система освещения и отображения, например с шаттером, который управляется синхронно с EASLM и всегда пропускает только соответствующую частичную голограмму и, в частности, затемняет неиспользуемые порядки дифракции. Требования к динамическим свойствам используемого для изображения частичных голограмм пространственного модулятора света (ПМС) значительны, и плоская конструкция представляется почти невозможной.WO 00/75699 describes a topographic display reconstructing a video hologram using partial holograms. This method is also known as tiling. In this case, partial holograms encoded using a very fast EASLM are sequentially displayed in the intermediate plane, and the process proceeds so quickly that the observer perceives the restoration of all partial holograms as one restoration of one three-dimensional object. For the matrix arrangement of partial holograms in the intermediate plane, a special lighting and display system is used, for example, with a shutter, which is controlled synchronously with EASLM and always passes only the corresponding partial hologram and, in particular, obscures the unused diffraction orders. The requirements for the dynamic properties of the spatial light modulator (PMS) used to image partial holograms are significant, and a flat design is almost impossible.

Описанные выше известные решения имеют следующие существенные недостатки. Пространственная протяженность восстановления ограничена малой величиной используемых для изображения голограмм модуляторов света. Описанным в WO 00/75699 методом тайлинга возможно, правда, восстановление крупных кадров, однако только со значительной конструктивной глубиной. Из-за большего числа пикселей возрастают затраты на расчет голограммы и требования к скорости передачи данных, что затрудняет изображение в реальном времени. При последовательном тайлинге, как это известно из WO 00/75699, возникают повышенные требования к динамическим свойствам используемого ПМС.The known solutions described above have the following significant disadvantages. The spatial extent of the restoration is limited by the small size of the light modulators used for the hologram image. The tiling method described in WO 00/75699 can, however, restore large frames, but only with significant structural depth. Due to the larger number of pixels, the cost of calculating the hologram and the requirements for the data transfer rate increase, which complicates the image in real time. In sequential tiling, as is known from WO 00/75699, there are increased requirements for the dynamic properties of the used ICP.

Задача настоящего изобретения состоит в создании проектора для топографического восстановления двух- и трехмерных кадров, который устранял бы упомянутые недостатки уровня техники, восстанавливал и изображал бы в пределах большого восстанавливающего пространства кадры произвольной величины, что позволяет с небольшим числом оптических элементов просто, экономично и с высоким качеством восстанавливать пространственно протяженные подвижные кадры.The objective of the present invention is to provide a projector for topographic reconstruction of two- and three-dimensional frames, which would eliminate the aforementioned drawbacks of the prior art, restore and display within a large recovery space frames of arbitrary size, which allows a simple, economical and high quality with a small number of optical elements quality restore spatially extended moving frames.

Эта задача решается посредством проектора для голографического восстановления кадров, причем освещенный достаточно когерентным светом модулятор света, содержащий кодированную голограмму, выполнен с возможностью отображения с оптическим увеличением.This problem is solved by means of a projector for holographic reconstruction of frames, and a light modulator containing a coded hologram illuminated with sufficiently coherent light is configured to be displayed with optical zoom.

Согласно изобретению проектор содержит предпочтительно помимо модулятора света и осветительного устройства для излучения достаточно когерентного света также систему получения изображения с первым и вторым средствами получения изображения. Модулятор света представляет собой пространственный модулятор света небольшой протяженности и называется поэтому ниже микро-ПМС. С помощью первого средства получения изображения микро-ПМС отображается на второе средство получения изображения в увеличенном виде, причем спектр пространственных частот (спектр Фурье) микро-ПМС отображается с помощью второго средства получения изображения в смотровое окно. Это окно является, таким образом, отображением используемого порядка дифракции плоскости Фурье голограммы. Чтобы первое средство получения изображения могло отображать весь микро-ПМС на второе средство получения изображения, все вклады нужного порядка дифракции должны регистрироваться первым средством получения изображения. Это происходит посредством фокусирования модулированного микро-ПМС света в плоскость первого средства получения изображения, в которой создается спектр пространственных частот. Для этого микро-ПМС может быть освещен волной, сходящейся в направлении света за микро-ПМС. В плоскости спектра пространственных частот находятся, следовательно, плоскость Фурье микро-ПМС и одновременно первое средство получения изображения. За счет второго средства получения изображения вместе со смотровым окном определяется восстанавливающее пространство в форме усеченного конуса, называемое также «frustrum». В нем восстановленный кадр, предпочтительно восстановленный трехмерный кадр, представляется одному или нескольким наблюдателям. Восстанавливающее пространство продолжается назад за пределы второго средства получения изображения произвольно далеко. Через смотровое окно наблюдатель может, тем самым, рассматривать восстановленный кадр в большом восстанавливающем пространстве. Под достаточно когерентным светом здесь понимается свет, способный интерферировать для изображения трехмерного кадра.According to the invention, the projector preferably contains, in addition to a light modulator and a lighting device for emitting sufficiently coherent light, an image acquisition system with first and second image acquisition means. The light modulator is a spatial light modulator of small length and is therefore called below micro-PMS. Using the first means for acquiring an image, the micro-PMS is displayed on the second means for acquiring the image in an enlarged form, and the spatial frequency spectrum (Fourier spectrum) of the micro-PMS is displayed using the second means for acquiring the image in the viewing window. This window is, therefore, a display of the diffraction order of the Fourier plane of the hologram used. So that the first means of image acquisition can display the entire micro-PMS on the second means of image acquisition, all contributions of the desired diffraction order must be recorded by the first means of image acquisition. This occurs by focusing the modulated micro-PMS light into the plane of the first image acquisition means in which the spatial frequency spectrum is created. For this, the micro-PMS can be illuminated by a wave converging in the direction of light behind the micro-PMS. In the plane of the spectrum of spatial frequencies are, therefore, the Fourier plane of the micro-PMS and at the same time the first means of image acquisition. The second means of image acquisition together with the viewing window determines the restoring space in the form of a truncated cone, also called “frustrum”. In it, a reconstructed frame, preferably a reconstructed three-dimensional frame, is presented to one or more observers. The recovery space continues backward beyond the second image pickup means arbitrarily far. Through the viewing window, the observer can thereby view the reconstructed frame in a large restoring space. By sufficiently coherent light, we mean light capable of interfering for the image of a three-dimensional frame.

Такой проектор имеет, следовательно, лишь небольшое число оптических элементов для голографического восстановления. К качеству оптических элементов предъявляются небольшие требования по сравнению с известными оптическими структурами. Таким образом, обеспечивается недорогая, простая и компактная конструкция проектора, причем могут использоваться модуляторы света небольшого размера. Это могут быть, например, использовавшиеся прежде в проекторах микро-ПМС. Ограниченная величина микро-ПМС ограничивает также число пикселей. За счет этого время расчета голограммы можно значительно сократить, что, в свою очередь, приводит к возможности использования вычислительной техники.Such a projector therefore has only a small number of optical elements for holographic reconstruction. The quality of optical elements has small requirements in comparison with the known optical structures. Thus, an inexpensive, simple and compact projector design is provided, and small modulators of light can be used. These can be, for example, previously used in micro-PMS projectors. The limited micro-PMS also limits the number of pixels. Due to this, the calculation time of the hologram can be significantly reduced, which, in turn, leads to the possibility of using computer technology.

В одном предпочтительном варианте осуществления изобретения предусмотрено, что в плоскости, в которой имеет место спектр пространственных частот модулятора света, расположен фильтр пространственных частот.In one preferred embodiment of the invention, it is provided that a spatial frequency filter is disposed in a plane in which the spatial frequency spectrum of the light modulator takes place.

Одно- или двухмерные голограммы, кодированные в пикселях на микро-ПМС, причем пиксели расположены в правильном порядке, создают в плоскости Фурье периодическое повторение спектра пространственных частот. Для подавления или исключения периодичности в этой плоскости предпочтительно располагать фильтр пространственных частот, в частности диафрагму, который пропускает только используемый порядок дифракции. Как правило, отдельные порядки дифракции перекрываются, так что диафрагма обрезает информацию или пропускает ненужную информацию. За счет фильтрования нижних частот изображенной на микро-ПМС информации отдельные порядки дифракции могут быть, однако, отделены друг от друга, в результате чего обрезание информации диафрагмой исключается. Диафрагму можно обобщить как фильтр пространственных частот, который отфильтровывает нужный порядок дифракции, блокирует ошибки квантования или другие ошибки микро-ПМС или модулирует поле волн другим подходящим образом, например для компенсации аберраций проектора. Это происходит, например, за счет того, что фильтр пространственных частот выполняет функцию асферической линзы.One- or two-dimensional holograms encoded in pixels on micro-PMS, the pixels being arranged in the correct order, create a periodic repetition of the spatial frequency spectrum in the Fourier plane. To suppress or eliminate periodicity in this plane, it is preferable to place a spatial frequency filter, in particular a diaphragm, which passes only the diffraction order used. Typically, individual diffraction orders overlap, so that the diaphragm cuts off information or skips unnecessary information. By filtering the low frequencies of the information displayed on the micro-PMS, the individual diffraction orders can, however, be separated from each other, as a result of which the information is cut off by the diaphragm. The aperture can be generalized as a spatial frequency filter that filters out the desired diffraction order, blocks quantization errors or other micro-PMS errors, or modulates the wave field in another suitable way, for example, to compensate for projector aberrations. This happens, for example, due to the fact that the spatial frequency filter performs the function of an aspherical lens.

Предпочтительно, кроме того, что уменьшение спектра пространственных частот до одного порядка дифракции и изображения этого порядка дифракции, а также диафрагмы в качестве смотрового окна предотвращают любые перекрестные искажения, которые обычно возникают при восстановлении с использованием матричных модуляторов света. Таким образом, мультиплексным методом без перекрестных искажений последовательно обслуживаются левый и правый глаза наблюдателя. Также мультиплексный метод для нескольких человек возможен только за счет этого.Preferably, in addition, reducing the spatial frequency spectrum to one diffraction order and images of this diffraction order, as well as the aperture as a viewing window, prevents any crosstalk that usually occurs when reconstructed using matrix light modulators. Thus, the multiplex method without cross distortion sequentially serves the left and right eyes of the observer. Also, the multiplex method for several people is possible only due to this.

Для модуляторов света, которые не содержат правильную пиксельную структуру, т.е. не вызывают сэмплинга, также плоскость Фурье не имеет периодичности. Тем самым, диафрагма может отпасть. Такими модуляторами света являются, например, OASLM.For light modulators that do not contain the correct pixel structure, i.e. do not cause sampling, and the Fourier plane has no periodicity. Thus, the diaphragm may fall away. Such light modulators are, for example, OASLM.

В другом предпочтительном варианте для образования спектра пространственных частот может быть предусмотрено третье средство получения изображения, расположенное вблизи модулятора света.In another preferred embodiment, for the formation of a spatial frequency spectrum, a third imaging means may be provided located near the light modulator.

Третье средство получения изображения создает спектр пространственных частот кодированной в микро-ПМС голограммы в своей фокальной плоскости в пространстве изображений. Использование третьего средства получения изображения особенно предпочтительно при коллимированном освещении, поскольку без этого средства получения изображения первое средство получения изображения достигается только светом с соответственно большим углом дифракции. Например, третье средство получения изображения может быть расположено до или после микро-ПМС. В соответствии с этим третье средство получения изображения фокусирует исходящий от микро-ПМС свет или исходящую волну в свою фокальную плоскость в пространстве изображений. Возможно также, чтобы от микро-ПМС исходила слегка сходящаяся волна, фокусирование которой усиливается за счет использования дополнительного средства получения изображения. Однако третье средство получения изображения при освещении сходящейся волной должно отсутствовать, поскольку предпочтительным образом падающая на микро-ПМС восстанавливающая волна может быть настроена таким образом, что она сходится приблизительно в плоскости первого средства получения изображения. Во всех случаях, однако, всегда возникает фокальная плоскость, плоскость Фурье микро-ПМС, в которой расположено также первое средство получения изображения.A third means of acquiring an image creates a spatial frequency spectrum of a hologram encoded in micro-PMS in its focal plane in the image space. The use of the third means of image acquisition is particularly preferable in collimated lighting, since without this means of image acquisition, the first means of image acquisition is achieved only by light with a correspondingly large diffraction angle. For example, a third imaging tool may be located before or after micro-PMS. Accordingly, the third image pickup means focuses the light coming from the micro-PMS or the outgoing wave into its focal plane in the image space. It is also possible that a slightly converging wave emanates from the micro-PMS, the focusing of which is enhanced by the use of an additional means of image acquisition. However, a third means of acquiring an image when illuminated by a converging wave should not be present, since the recovery wave incident on the micro-PMS can be tuned in such a way that it converges approximately in the plane of the first means of acquiring the image. In all cases, however, a focal plane always arises, the Fourier plane of the micro-PMS, in which the first means of image acquisition is also located.

Чтобы предоставить в распоряжение одного или нескольких наблюдателей смотровое окно в большом диапазоне, может быть предусмотрена система регистрации положения для определения положения глаз, по меньшей мере, одного наблюдателя при рассмотрении восстановленного кадра.In order to provide one or more observers with a viewing window in a wide range, a position registration system may be provided for determining the position of the eyes of at least one observer when considering the reconstructed frame.

Система регистрации положения регистрирует положения глаз или зрачков одного или нескольких наблюдателей при рассмотрении восстановленного кадра. В соответствии с положением глаз наблюдателя кадр кодируется. После этого смотровое окно может наводиться в соответствии с новым положением глаз. В частности, предусмотрены пространственно-неподвижные изображения с соответствующим действительности изменением перспективы и изображения с преувеличенным изменением перспективы. Под этим следует понимать то, что изменение угла и положения кадра больше изменения утла и положения наблюдателя.The position registration system registers the position of the eyes or pupils of one or more observers when examining the reconstructed frame. In accordance with the position of the eye of the observer, the frame is encoded. After that, the viewing window can be guided in accordance with the new position of the eyes. In particular, spatially still images with a corresponding change in perspective and images with an exaggerated change in perspective are provided. By this, it should be understood that the change in the angle and position of the frame is greater than the change in the angle and position of the observer.

Для наведения, по меньшей мере, одного смотрового окна в соответствии с положением глаз наблюдателя в проекторе предусмотрен, по меньшей мере, один отклоняющий элемент. Такими отклоняющими элементами могут быть механические, электрические или оптические элементы.At least one deflecting element is provided in the projector to guide at least one viewing window in accordance with the position of the observer's eyes. Such deflecting elements may be mechanical, electrical or optical elements.

Отклоняющий элемент может быть расположен, например, в плоскости первого отображающего средства получения изображения в виде управляемого оптического элемента, который, как призма, виртуально смещает спектр. Возможно также расположение отклоняющего элемента вблизи второго средства получения изображения. Этот отклоняющий элемент действует тогда как призма и опционально как линза. За счет этого достигается латеральное и опционально осевое наведение смотрового окна. Это расположение отклоняющего элемента вблизи второго средства получения изображения особенно предпочтительно, поскольку вся система получения изображения от источника света до второго средства получения изображения статична. Это значит, что ход лучей до второго средства получения изображения остается всегда постоянным. Во-первых, это минимизирует требования к этой части оптической системы, поскольку входное отверстие первого и второго средств получения изображения может поддерживаться минимальным. Иначе при смещении микро-ПМС или его изображения с целью наведения смотрового окна входное отверстие первого и второго средств получения изображения должно было бы увеличиваться. Это значительно снижает требования ко второму средству получения изображения. Во-вторых, эта статическая часть оптической системы может оптимально корректироваться по своему качеству изображения. В-третьих, изображение микро-ПМС на втором средстве получения изображения не смещается. За счет этого, например, положение восстановления двухмерного кадра на втором средстве получения изображения не зависит от положения наблюдателя.The deflecting element can be located, for example, in the plane of the first imaging imaging means in the form of a controlled optical element, which, like a prism, virtually biases the spectrum. It is also possible the location of the deflecting element near the second means of image acquisition. This deflecting element then acts as a prism and optionally as a lens. Due to this, lateral and optionally axial guidance of the viewing window is achieved. This arrangement of the deflecting element in the vicinity of the second image pickup means is particularly preferred since the entire image pickup system from the light source to the second image pickup means is static. This means that the path of the rays to the second means of obtaining the image remains always constant. Firstly, this minimizes the requirements for this part of the optical system, since the inlet of the first and second image acquisition means can be kept to a minimum. Otherwise, when the micro-PMS or its image is displaced in order to guide the viewing window, the inlet of the first and second image acquisition means would have to increase. This greatly reduces the requirements for a second image pickup tool. Secondly, this static part of the optical system can be optimally adjusted for its image quality. Thirdly, the image of the micro-PMS in the second image pickup means is not shifted. Due to this, for example, the recovery position of the two-dimensional frame on the second image pickup means is independent of the position of the observer.

Задача решается, согласно изобретению, посредством способа голографического восстановления кадров, при котором на первом этапе в плоскости первого средства получения изображения возникает спектр пространственных частот в виде фурье-образа кодированной голограммы, после чего на втором этапе первое средство получения изображения отображает модулятор света в плоскость второго средства получения изображения, причем второе средство получения изображения отображает спектр пространственных частот из плоскости первого средства получения изображения, по меньшей мере, в одно смотровое окно плоскости рассмотрения, в результате чего восстановленный кадр в образованном вторым средством получения изображения и смотровым окном восстанавливающем пространстве представляется, по меньшей мере, одному наблюдателю в увеличенном виде, а за счет увеличенного изображения модулятора света восстанавливающее пространство расширяется по своей величине.The problem is solved, according to the invention, by means of a holographic reconstruction of frames, in which at the first stage in the plane of the first image acquisition means a spectrum of spatial frequencies appears in the form of a Fourier image of the encoded hologram, after which at the second stage the first image acquisition means displays the light modulator in the plane of the second image acquisition means, wherein the second image acquisition means displays a spectrum of spatial frequencies from the plane of the first acquisition means image of at least one viewing window of the viewing plane, as a result of which the reconstructed frame in the recovery space formed by the second image acquisition means and the viewing window is presented to at least one observer in an enlarged view, and due to the enlarged image of the light modulator space is expanding in size.

Согласно изобретению для восстановления кадра когерентным или достаточно когерентным освещением на первом этапе в плоскости первого средства получения изображения образуют спектр пространственных частот в виде фурье-образа кодированной в модуляторе света, здесь микро-ПМС, голограммы. На втором этапе получают изображение микро-ПМС отображают с помощью первого средства получения изображения в плоскости второго средства получения изображения, в результате чего микро-ПМС увеличивается. Изображение микро-ПМС на втором средстве получения изображения означает, что микро-ПМС может быть получено также в непосредственной близости от второго средства получения изображения. После получения увеличенного изображения микро-ПМС на третьем этапе происходит получения изображения спектра пространственных частот из плоскости первого средства получения изображения вторым средством получения изображения в плоскости рассмотрения, в которой образуется смотровое окно. Восстанавливающее пространство, которое образовано смотровым окном и вторым средством получения изображения и в котором восстановленный кадр представляется одному или нескольким наблюдателям в увеличенном виде, выполнено в соответствии с этим также увеличенным. Следует обратить внимание на то, что восстанавливающее пространство не ограничено вторым средством получения изображения и смотровым окном, а простирается назад за пределы второго средства получения изображения.According to the invention, in order to restore a frame by coherent or sufficiently coherent illumination at the first stage, a spatial frequency spectrum is formed in the plane of the first image acquisition means in the form of a Fourier image encoded in a light modulator, here micro-PMS, holograms. In a second step, an image of the micro-PMS is displayed using the first image acquisition means in the plane of the second image acquisition means, as a result of which the micro-PMS is increased. The image of micro-PMS on the second means of image acquisition means that micro-PMS can also be obtained in the immediate vicinity of the second means of image acquisition. After obtaining an enlarged image of the micro-PMS in the third stage, the spatial frequency spectrum image is obtained from the plane of the first image acquisition means by the second image acquisition means in the viewing plane in which the viewing window is formed. The restoration space, which is formed by the viewing window and the second means of image acquisition and in which the restored frame is presented to one or more observers in an enlarged form, is made in accordance with this also enlarged. It should be noted that the recovery space is not limited to the second means of image acquisition and the viewing window, but extends back beyond the second means of image acquisition.

Способом, согласно изобретению, можно, тем самым, одновременно или последовательно представить для рассмотрения двух- и/или трехмерные кадры высокого качества в увеличенном виде в большом восстанавливающем пространстве. В случае смешанных двух/трехмерных изображений предпочтительно поместить плоскость двухмерного изображения внутри трехмерного кадра. Для чисто двухмерного изображения его плоскость может быть помещена предпочтительно во второе средство получения изображения. В этой плоскости появляется тогда увеличенное изображение микро-ПМС, кодируемого в этом случае двухмерным изображением. Предпочтительно двухмерное изображение может быть подвинуто к наблюдателю или отодвинуто от него.By the method according to the invention, it is thus possible, simultaneously or sequentially to present for consideration two- and / or three-dimensional high-quality frames in an enlarged form in a large restoring space. In the case of mixed two / three-dimensional images, it is preferable to place the plane of the two-dimensional image inside the three-dimensional frame. For a purely two-dimensional image, its plane can be placed preferably in the second means of image acquisition. Then, an enlarged image of the micro-PMS, encoded in this case by a two-dimensional image, appears in this plane. Preferably, the two-dimensional image can be moved toward or away from the observer.

В одном предпочтительном варианте способа может быть предусмотрено, что аберрации средств получения изображения при расчете голограммы учитываются и компенсируются модулятором света.In one preferred embodiment of the method, it may be provided that the aberrations of the imaging means in the calculation of the hologram are taken into account and compensated by the light modulator.

Аберрации приводят к искажениям в частотном спектре и изображениях, которые ухудшают качество восстановления. За счет расположения первого средства получения изображения в плоскости Фурье микро-ПМС достигается то, что фокусирование вызывает минимальную латеральную протяженность первого средства получения изображения для изображения. Этим можно уменьшить аберрации первого средства получения изображения. Кроме того, следует обеспечить, чтобы первое средство получения изображения получало изображение микро-ПМС полностью и при своей подсветке однородно на втором средстве получения изображения в увеличенном виде. За счет микро-ПМС можно компенсировать также аберрации второго и, при случае, дополнительных средств получения изображения. Возникающие в случае аберраций фазовые погрешности легко корректируются за счет соответствующего дополнительного фазового хода.Aberrations lead to distortions in the frequency spectrum and images, which degrade the quality of recovery. By arranging the first means of image acquisition in the Fourier plane of the micro-PMS, it is achieved that focusing causes a minimum lateral extension of the first means of image acquisition for the image. This can reduce the aberration of the first means of image acquisition. In addition, it should be ensured that the first means of image acquisition received the micro-PMS image in full and with its illumination uniformly on the second means of image acquisition in an enlarged form. Due to micro-PMS, it is also possible to compensate for the aberrations of the second and, if necessary, additional means of obtaining an image. The phase errors arising in the case of aberrations are easily corrected due to the corresponding additional phase stroke.

Точно так же возможно, чтобы фильтр пространственных частот компенсировал аберрации используемых в проекторе средств получения изображения.In the same way, it is possible for the spatial frequency filter to compensate for the aberrations of the imaging tools used in the projector.

Другие варианты осуществления изобретения приведены в остальных зависимых пунктах формулы. Ниже принцип изобретения поясняется на примерах его осуществления, более подробно описанных с помощью чертежей. При этом принцип изобретения описан с помощью топографического восстановления монохроматическим светом. Объект изобретения применим, однако, и для цветных топографический восстановлений, о чем в примере его осуществления говорится более подробно.Other embodiments of the invention are given in the remaining dependent claims. Below the principle of the invention is illustrated by examples of its implementation, described in more detail using the drawings. Moreover, the principle of the invention is described using topographic reconstruction with monochromatic light. The object of the invention is applicable, however, to color topographic restoration, as described in more detail in the example of its implementation.

На чертежах изображены:The drawings show:

- фиг.1: принципиальная схема проектора для топографического восстановления кадров с системой получения изображения;- figure 1: schematic diagram of a projector for topographic frame restoration with an image acquisition system;

- фиг.2: фрагмент проектора из фиг.1 при попадании наклонной плоской волны на модулятор света;- figure 2: a fragment of the projector of figure 1 when a tilted plane wave hits the light modulator;

- фиг.3: фрагмент проектора из фиг.1 при попадании сходящейся волны на модулятор света;- figure 3: a fragment of the projector of figure 1 when a converging wave hits the light modulator;

- фиг.4: другой вариант проектора с отражающим модулятором света и светоделительным элементом;- figure 4: another version of the projector with a reflective light modulator and a beam splitting element;

- фиг.5: отклоняющий элемент в проекторе для наведения смотрового окна;- figure 5: a deflecting element in the projector for pointing the viewing window;

- фиг.6: другая возможность наведения смотрового окна в проекторе;- Fig.6: another possibility of pointing the viewing window in the projector;

- фиг.7: другой вариант проектора с вогнутым зеркалом в качестве второго средства получения изображения;- Fig. 7: another embodiment of a projector with a concave mirror as a second image acquisition means;

- фиг.8: проектор при рассмотрении отдельной восстановленной точки кадра.- Fig: projector when considering a separate restored point of the frame.

На фиг.1 изображена принципиальная схема проектора, причем система получения изображения 3 отображает осветительное устройство 1, здесь точечный источник света, в плоскости 6 рассмотрения. Система получения изображения 3 содержит первое 4 и второе 5 средства получения изображения. Источник 1 создает когерентный или достаточно когерентный свет, необходимый для топографического восстановления кадра. В качестве источника 1 света можно использовать лазеры, светодиоды или другие источники света, причем можно быть осуществлять также фильтрование цвета.Figure 1 shows a schematic diagram of the projector, and the image acquisition system 3 displays the lighting device 1, here a point light source, in the viewing plane 6. The image acquisition system 3 comprises first 4 and second 5 image acquisition means. Source 1 creates coherent or sufficiently coherent light, necessary for topographic reconstruction of the frame. As the light source 1, lasers, LEDs or other light sources can be used, and color filtering can also be carried out.

С помощью фиг.1 описан принцип действия проектора. Излученная источником 1 света волна преобразуется посредством коллиматорной линзы L в плоскую волну 7.Using figure 1 describes the principle of operation of the projector. The wave emitted by the light source 1 is converted by means of a collimator lens L into a plane wave 7.

Идущая от источника 1 света и после прохождения через коллиматорную линзу L считающаяся плоской волна 7 падает вертикально на пропускающий пространственный модулятор 8 света с правильно расположенными пикселями, который изображает кодированную динамическую голограмму 2, например компьютерно-синтезированную голограмму, причем фронт плоской волны 7 в эквидистантных местах модулируется в пространственном модуляторе 8 света в нужный фронт. Пространственный модулятор 8 света не имеет протяженности и называется поэтому ниже микро-ПМС.Coming from the light source 1 and after passing through the collimator lens L, the considered plane wave 7 falls vertically onto a transmitting spatial light modulator 8 with correctly arranged pixels, which depicts an encoded dynamic hologram 2, for example, a computer-synthesized hologram, with the plane wave front 7 in equidistant places modulated in the spatial light modulator 8 to the desired front. The spatial light modulator 8 has no extension and is therefore called below micro-PMS.

В направлении луча за микро-ПМС 8 расположено третье средство 9 получения изображения. Это третье средство 9 получения изображения, здесь линза, которая в случае пропускающего пространственного микро-ПМС 8 может быть расположена также перед ним, создает при освещении плоской волной 7 в своей фокальной плоскости 10 в пространстве изображений спектр пространственных частот в виде фурье-образа кодированной в микро-ПМС 8 информации. Спектр пространственных частот можно назвать также спектр Фурье. При освещении микро-ПМС 8 неплоскими сходящимися или расходящимися волнами фокальная плоскость 10 смещается вдоль оптической оси 11.In the direction of the beam behind the micro-ICP 8 is a third means 9 for acquiring images. This is the third means of image acquisition 9, here the lens, which in the case of a transmitting spatial micro-PMS 8 can also be located in front of it, creates a spectrum of spatial frequencies in the form of a Fourier transform encoded in the image space when illuminated by plane wave 7 in its focal plane 10 in the image space micro ICP 8 information. The spectrum of spatial frequencies can also be called the Fourier spectrum. When illuminated by micro-PMS 8 with non-planar converging or diverging waves, the focal plane 10 is shifted along the optical axis 11.

При освещении микро-ПМС 8 плоской волной и отсутствии третьего средства 9 получения изображения в проекторе второе средство 5 получения изображения могло бы быть достигнуто только светом с соответствующим большим утлом дифракции.When micro-PMS 8 is illuminated with a plane wave and there is no third means 9 for acquiring images in the projector, the second means 5 for acquiring images could be achieved only with light with a corresponding large diffraction fragility.

Первое средство 4 получения изображения расположено в непосредственной близости от фокальной плоскости 10 третьего средства 9 получения изображения. Это первое средство 4 получения изображения отображает микро-ПМС 8 в плоскости 12 на втором средстве 5 получения изображения или в непосредственной близости от него в увеличенном виде. Второе средство 5 получения изображения представляет собой здесь линзу, которая по сравнению с другими средствами 4, 9 получения изображения выполнена существенно большей, чтобы восстановить в восстанавливающем пространстве (frustrum) 14 максимально большой кадр 13. При получении изображения микро-ПМС 8 в плоскости 12 одновременно с помощью второго средства получения изображения в плоскости 6 рассмотрения получено изображение его спектра пространственных частот. Таким образом, возникает виртуальное смотровое окно 15, которое физически отсутствует и чья протяженность изображения соответствует периоду спектра пространственных частот. Наблюдатель или наблюдатели могут рассматривать восстановленный кадр 13 через смотровое окно 15. Восстановление кадра 13 происходит в восстанавливающем пространстве 14 в форме усеченной пирамиды, которое образовано между краями смотрового окна 15 и вторым средством получения изображения 5. Восстанавливающее пространство 14 может, однако, простираться также произвольно далеко назад за пределы второго средства 5 получения изображения.The first image acquisition means 4 is located in close proximity to the focal plane 10 of the third image acquisition means 9. This first image pickup means 4 displays micro-PMS 8 in a plane 12 on the second image pickup means 5 or in close proximity to it in an enlarged view. The second means 5 for image acquisition is a lens here, which, compared to other means 4, 9 for image acquisition, is made substantially larger in order to restore the largest possible frame 13 in the restoration space (frustrum) 14. When receiving micro-PMS image 8 in plane 12 at the same time using the second means of obtaining an image in the viewing plane 6, an image of its spectrum of spatial frequencies is obtained. Thus, there is a virtual viewing window 15, which is physically absent and whose image length corresponds to the period of the spatial frequency spectrum. The observer or observers can view the reconstructed frame 13 through the viewing window 15. The restoration of the frame 13 takes place in the recovery space 14 in the form of a truncated pyramid, which is formed between the edges of the viewing window 15 and the second means of image acquisition 5. The recovery space 14 can, however, also extend arbitrarily far back beyond the second image pickup means 5.

За счет эквидистантного сканирования информации посредством предполагаемого матричным микро-ПМС 8 он создает в фокальной плоскости 10 третьего средства 9 получения изображения в периодическом продолжении несколько порядков дифракции. Это периодическое повторение имеет интервал периодичности в фокальной плоскости 10, величина которого обратна питчу микро-ПМС 8. Питч соответствует при этом расстоянию между местами сканирования в микро-ПМС 8. Второе средство 5 получения изображения получает при этом изображение периодического распределения в фокальной плоскости 10 в плоскости 6 рассмотрения. Наблюдатель в пределах порядка дифракции в плоскости 6 рассмотрения видел бы восстановленный кадр 13 одним глазом, правда, без искажений, однако другой его глаз одновременно воспринимал бы более высокие порядки дифракции как искажения.Due to the equidistant scanning of information by means of the assumed micro-PMS matrix 8, it creates several diffraction orders in the focal plane 10 of the third means 9 for image acquisition in a periodic continuation. This periodic repetition has a periodicity interval in the focal plane 10, the magnitude of which is the inverse of the pitch of the micro-ICP 8. The pitch corresponds to the distance between the places of scanning in the micro-ICP 8. The second image pickup means 5 receives an image of the periodic distribution in the focal plane 10 plane 6 consideration. The observer, within the diffraction order in the viewing plane 6, would see the reconstructed frame 13 with one eye, although without distortion, but his other eye would simultaneously perceive higher diffraction orders as distortions.

Для организованных в виде матрицы пространственных модуляторов света, имеющих небольшое разрешение, а именно питч >>λ (длина восстанавливающей волны), угол периодичности можно описать в приближении (λ/питч). При длине волны λ=500 нм и питче 10 мкм в микро-ПМС 8 был бы достигнут угол дифракции около ±1/20 рад. Этому углу при фокусном расстоянии 20 мм третьего средства 9 получения изображения соответствует латеральная протяженность интервала периодичности около 1 мм.For spatial light modulators organized in the form of a matrix, having a small resolution, namely pitch >> λ (recovery wavelength), the periodicity angle can be described in the approximation (λ / pitch). At a wavelength of λ = 500 nm and a pitch of 10 μm in a micro-PMS 8, a diffraction angle of about ± 1/20 rad would be achieved. This angle with a focal length of 20 mm of the third means 9 for image acquisition corresponds to the lateral length of the periodicity interval of about 1 mm.

Для подавления периодичности в фокальной плоскости 10 за первым средством 4 получения изображения расположена диафрагма 16, которая пропускает только один интервал периодичности или только нужный порядок дифракции. Диафрагма действует в этом случае в качестве фильтра низких, высоких частот или полосового фильтра. Изображение диафрагмы 16 получается вторым средством 5 получения изображения в плоскости 6 рассмотрения и формирует там смотровое окно 15. Преимущество наличия диафрагмы 16 в проекторе заключается в том, что это предотвращает перекрестные искажения других периодов на другой глаз или глаза другого наблюдателя. Предпосылкой этого является, однако, ограниченный по полосе спектр пространственных частот микро-ПМС 8.To suppress periodicity in the focal plane 10, a diaphragm 16 is located behind the first image acquisition means 4, which passes only one periodicity interval or only the desired diffraction order. The diaphragm acts in this case as a low-pass, high-pass or bandpass filter. The image of the diaphragm 16 is obtained by the second image pickup means 5 in the viewing plane 6 and forms a viewing window 15 there. The advantage of having the diaphragm 16 in the projector is that it prevents cross-distortion of other periods in the other eye or eyes of another observer. A prerequisite for this is, however, a limited spectrum of spatial frequencies of micro-PMS 8.

В случае пространственных модуляторов света, не имеющих периодичности в фокальной плоскости 10, например OASLM, использовать диафрагму 16 не требуется.In the case of spatial light modulators that do not have periodicity in the focal plane 10, for example, OASLM, aperture 16 is not required.

Часто пространственные модуляторы света имеют матричную организацию. Спектр пространственных частот в фокальной плоскости 10 продолжается, следовательно, периодически. С другой стороны, как правило, трехмерный кадр будет требовать кодирования голограммы 2 на микро-ПМС 8, чей спектр пространственных частот больше, чем интервал периодичности в фокальной плоскости 10. Это приводит тогда к наложениям порядков дифракции. Диафрагма 16 в этой фокальной плоскости 10 отрезала бы тогда несущую информацию часть используемого порядка дифракции, а с другой стороны, пропускала бы более высокие порядки дифракции. Для подавления этих эффектов можно за счет предварительного фильтрования ограничить трехмерный кадр в спектре пространственных частот фокальной плоскости 10. Предварительное фильтрование или ограничение ширины полосы учитывается уже при расчете голограммы 2 и вводится в расчет. Таким образом, ограниченные по полосе порядки дифракции отделяются друг от друга. Диафрагма 16 блокирует тогда более высокие порядки дифракции, не ограничивая выбранный порядок дифракции. Обусловленные перекрестные искажения на другой глаз или глаза другого наблюдателя подавляются или предотвращаются.Often spatial light modulators have matrix organization. The spectrum of spatial frequencies in the focal plane 10 continues, therefore, periodically. On the other hand, as a rule, a three-dimensional frame will require encoding of hologram 2 on micro-PMS 8, whose spectrum of spatial frequencies is larger than the periodicity interval in the focal plane 10. This then leads to superposition of diffraction orders. Aperture 16 in this focal plane 10 would then cut off the information-bearing part of the used diffraction order, and, on the other hand, would pass through higher diffraction orders. To suppress these effects, it is possible, by pre-filtering, to limit the three-dimensional frame in the spectrum of spatial frequencies of the focal plane 10. Pre-filtering or limiting the bandwidth is taken into account when calculating hologram 2 and is introduced into the calculation. Thus, diffraction orders limited in band are separated from each other. The diaphragm 16 then blocks higher diffraction orders without limiting the selected diffraction order. The resulting crosstalk on the other eye or the eyes of another observer is suppressed or prevented.

Диафрагма 16 может быть расширена также в фильтр пространственных частот. Этот фильтр является комплексно-значимым модулирующим элементом, который изменяет падающую волну по ее амплитуде и/или фазе. Таким образом, фильтр пространственных частот помимо отделения порядков дифракции выполняет также другие функции, например подавление аберраций третьего средства 9 получения изображения.The aperture 16 can also be expanded into a spatial frequency filter. This filter is a complex-significant modulating element that changes the incident wave in its amplitude and / or phase. Thus, the spatial frequency filter, in addition to separating diffraction orders, also performs other functions, for example, suppressing aberrations of the third image acquiring means 9.

При движении глаз наблюдателя или наблюдателей в проекторе для наведения смотрового окна 15 имеется система 17 регистрации положения, которая регистрирует актуальное положение глаз наблюдателя при рассмотрении восстановленного кадра 13. Эта информация используется для наведения смотрового окна 15 подходящими средствами. Кодирование голограммы 2 на микро-ПМС 8 может быть согласовано с актуальным положением глаз. Восстановленный кадр 13 перекодируется при этом так, что в зависимости от положения наблюдателя смещается горизонтально и/или вертикально и/или становится видимым при повороте на угол. В частности, предусмотрены пространственно-неподвижные изображения с соответствующим действительности изменением перспективы и изображения с преувеличенным изменением перспективы. Под последним понимается то, что изменение угла и положения объекта больше, чем изменение угла и положения наблюдателя. Для наведения смотрового окна 15 в соответствии с положением глаз проектор содержит отклоняющий элемент (не показан), который подробно изображен на фиг.5.When the eye of the observer or observers moves, the projector for guiding the viewing window 15 has a position recording system 17 that records the actual position of the observer's eyes when viewing the reconstructed frame 13. This information is used to guide the viewing window 15 by suitable means. The encoding of the hologram 2 on the micro-PMS 8 may be consistent with the actual position of the eyes. The reconstructed frame 13 is re-encoded in such a way that, depending on the position of the observer, it shifts horizontally and / or vertically and / or becomes visible when rotated through an angle. In particular, spatially still images with a corresponding change in perspective and images with an exaggerated change in perspective are provided. The latter means that the change in the angle and position of the object is greater than the change in the angle and position of the observer. To guide the viewing window 15 in accordance with the position of the eyes, the projector contains a deflecting element (not shown), which is shown in detail in Fig.5.

При низком разрешении микро-ПМС 8 смотровое окно 15 не допускает одновременного рассмотрения восстановленного кадра 13 обоими глазами. Другой глаз наблюдателя может тогда последовательно управляться в другом смотровом окне или одновременно в параллельном ходе лучей. При достаточно высоком разрешении микро-ПМС 8 за счет пространственного мультиплексирования голограммы могут кодироваться на микро-ПМС для правого и левого глаз.At low resolution micro-PMS 8, the viewing window 15 does not allow simultaneous viewing of the restored frame 13 with both eyes. The other eye of the observer can then be sequentially controlled in another viewing window or simultaneously in a parallel beam path. With a sufficiently high resolution, micro-PMS 8 due to spatial multiplexing of the hologram can be encoded on the micro-PMS for the right and left eyes.

При использовании одномерных пространственных модуляторов света может происходить только одномерное восстановление. Если одномерный пространственный модулятор света ориентирован вертикально, то восстановление будет происходить также только вертикально. У этих вертикально кодированных голограмм спектр пространственных частот пространственного модулятора света имеет в фокальной плоскости 10 только в вертикальном направлении периодическое повторение волны. Покидающая одномерный пространственный модулятор света световая волна соответственно расширяется в горизонтальном направлении. Поэтому при использовании одномерных пространственных модуляторов света за счет дополнительных фокусирующих оптических элементов, например цилиндрических линз, следует произвести фокусирование перпендикулярно направлению восстановления.When using one-dimensional spatial light modulators, only one-dimensional reconstruction can occur. If the one-dimensional spatial light modulator is oriented vertically, then restoration will also occur only vertically. For these vertically encoded holograms, the spatial frequency spectrum of the spatial light modulator has periodic repetition of the wave in the focal plane 10 only in the vertical direction. A light wave leaving a one-dimensional spatial light modulator is accordingly expanded in the horizontal direction. Therefore, when using one-dimensional spatial light modulators, due to additional focusing optical elements, for example, cylindrical lenses, focusing should be perpendicular to the recovery direction.

На фиг.2 изображен фрагмент проектора из фиг.1. Этот фрагмент показывает микро-ПМС 8 со средствами 4, 9 получения изображения и диафрагмой 16. Вместо вертикально падающей на микро-ПМС 8 плоской волны 7, как на фиг.1, в этом примере используется наклонный плоский волновой фронт 18. Это предпочтительно, в частности, тогда, когда в голограмме 2 используется Detour фазовое кодирование. В случае такого кодирования, т.е. с чисто амплитудной голограммой, наклонная волна падает на соседние пикселя с требуемыми фазами. Например, при подходящем выборе наклона волнового фронта все три пикселя совпадают по своим фазам (Burckhardt-кодирование). Три пикселя кодируют тогда одно комплексное значение каждый. При использовании Detour фазового кодирования, за исключением используемых большей частью 1-го или -1-го порядка дифракции, все другие порядки дифракции блокируются.Figure 2 shows a fragment of the projector of figure 1. This fragment shows micro-PMS 8 with imaging means 4, 9 and aperture 16. Instead of a plane wave 7 vertically incident on the micro-PMS 8, as in FIG. 1, an inclined plane wavefront 18 is used in this example. This is preferable in in particular, when Detour phase encoding is used in hologram 2. In the case of such coding, i.e. with a purely amplitude hologram, the oblique wave is incident on neighboring pixels with the required phases. For example, with a suitable choice of the slope of the wavefront, all three pixels coincide in their phases (Burckhardt coding). Three pixels then encode one complex value each. When using Detour phase coding, with the exception of those used for the most part of the 1st or -1st diffraction order, all other diffraction orders are blocked.

Если это не так, то центр нулевого порядка дифракции смещается в фокальной плоскости 10 перпендикулярно оси 11, как это обозначено штриховыми краевыми лучами. Первое средство 4 получения изображения и диафрагма 16 располагаются так, что 1-й или -1-й порядок дифракции пропускаются, как это обозначено сплошными краевыми лучами.If this is not so, then the center of the zero diffraction order is shifted in the focal plane 10 perpendicular to axis 11, as indicated by dashed edge rays. The first imaging means 4 and the aperture 16 are arranged such that the 1st or -1th diffraction order is passed through, as indicated by solid edge beams.

На фиг.3 также изображен фрагмент проектора из фиг.1, причем для восстановления вместо вертикально падающей плоской волны используется сходящаяся волна 19. В случае сходящегося освещения третье средство 9 получения изображения может отпасть, если сходящаяся волна 19 настраивается так, что в ее фокусе расположено первое средство 4 получения изображения, а в фокальной плоскости 10 возникает спектр пространственных частот кодированной на микро-ПМС 8 голограммы 2. При изменении сходимости падающей волны точка сходимости соответственно смещается вдоль оптической оси 11.FIG. 3 also shows a fragment of the projector of FIG. 1, wherein a converging wave 19 is used instead of a vertically incident plane wave to recover. In the case of converging lighting, the third image acquiring means 9 may disappear if the converging wave 19 is adjusted so that its focus is located the first means 4 for acquiring an image, and in the focal plane 10, a spectrum of spatial frequencies appears of the hologram 2 encoded on micro-ICP 8. When the convergence of the incident wave changes, the convergence point shifts accordingly along the optical axis 11.

На фиг.4 изображен другой вариант проектора с отражающим микро-ПМС 8 и светоделительным элементом 20. Последний расположен между третьим 9 и первым 4 средствами получения изображения. Светоделительный элемент 20 может представлять собой простой или дихроичный светоделительный кубик, полупрозрачное зеркало или иное средство ввода лучей.Figure 4 shows another variant of the projector with a reflective micro-PMS 8 and a beam splitter element 20. The latter is located between the third 9 and the first 4 means of image acquisition. The beam splitting element 20 may be a simple or dichroic beam splitting cube, a translucent mirror or other means of introducing rays.

Поскольку в этом примере микро-ПМС 8 является отражающим микро-ПМС и, тем самым, за счет отражения свету приходится проходить двойной путь, кодирование голограммы 2 должно быть соответственно согласовано. Ввод световой волны 7 через дихроичный светоделитель особенно предпочтителен при последовательном восстановлении кадра 13 в трех основных цветах RGB (красный-зеленый-синий). Три источника света для отдельных основных цветов в этом примере не показаны. Восстановление кадра происходит так, как это описано со ссылкой на фиг.1. Особое преимущество последовательного восстановления заключается в идентичном ходе оптических лучей. Только кодирование должно быть согласовано с восстановлением с разными длинами λ волн.Since in this example, the micro-PMS 8 is a reflective micro-PMS and, therefore, due to reflection of the light, a double path has to be followed, the encoding of the hologram 2 must be accordingly matched. The input of the light wave 7 through a dichroic beam splitter is especially preferred when sequentially recovering the frame 13 in three primary RGB colors (red-green-blue). Three light sources for individual primary colors are not shown in this example. Frame recovery occurs as described with reference to FIG. 1. A particular advantage of sequential recovery is the identical path of the optical beams. Only coding should be consistent with recovery with different wavelengths λ.

Усовершенствование этого примера может заключаться в том, что для каждого из трех основных цветов RGB создается отдельный канал, который содержит источник света в определенном основном цвете, микро-ПМС 8, средства 4, 9 получения изображения, диафрагму 16 или фильтр пространственных частот. Также здесь в случае сходящихся волн освещения третье средство 9 получения изображения может отпасть. Для комбинации каналов также могут использоваться светоделительные элементы. Например, для одновременного цветного восстановления кадра 13 может быть предусмотрен светоделительный элемент, состоящий из четырех приставленных друг к другу отдельных призм, между которыми находятся дихроичные слои с разными, зависимыми от длины волны, пропусканием и отражением. На трех боковых гранях вводится свет канала одного основного цвета, выходящий с наложением на четвертой боковой грани. Этот комбинированный из трех основных цветов свет попадает затем ко второму средству 5 получения изображения для восстановления цветного кадра.An improvement of this example may be that for each of the three primary RGB colors, a separate channel is created that contains a light source in a specific primary color, micro-ICP 8, image acquisition means 4, 9, aperture 16 or a spatial frequency filter. Also here, in the case of converging light waves, the third image acquiring means 9 may disappear. Beam splitting elements can also be used for channel combination. For example, for simultaneous color recovery of frame 13, a beam splitting element can be provided, consisting of four separate prisms attached to each other, between which there are dichroic layers with different transmission and reflection dependent on wavelength. On the three side faces, channel light of one primary color is introduced, coming out superimposed on the fourth side face. This combination of the three primary colors of the light then enters the second means 5 for obtaining images to restore the color frame.

Возможны также параллельные расположения трех каналов. При этом второе средство 5 получения изображения может использоваться для всех трех каналов сообща. Таким образом, цветное восстановление кадра происходит одновременно.Parallel arrangements of three channels are also possible. In this case, the second means 5 for obtaining images can be used for all three channels together. Thus, color recovery of the frame occurs simultaneously.

Далее можно предусмотреть для каждого глаза наблюдателя один канал. При этом каждый канал также содержит монохроматический источник света одного основного цвета, микро-ПМС 8, средства 4, 9 получения изображения и диафрагму 16. Второе средство 5 получения изображения также может использоваться здесь для обоих каналов сообща. Оба канала получают при этом изображение своих смотровых окон на глазах наблюдателя.Further, one channel can be provided for each eye of the observer. Moreover, each channel also contains a monochromatic light source of one primary color, micro-ICP 8, means 4, 9 for image acquisition and aperture 16. The second means 5 for image acquisition can also be used here for both channels together. At the same time, both channels receive an image of their viewing windows in front of the observer.

Возможно также канализование для каждого глаза наблюдателя, причем каждый канал содержит три канала в соответствии с тремя основными цветами RGB.Canalization is also possible for each observer's eye, with each channel containing three channels in accordance with the three primary RGB colors.

При всех упомянутых возможностях цветного восстановления следует обратить внимание на то, что относящиеся к трем основным цветам восстановления совпадают.With all the mentioned possibilities of color restoration, you should pay attention to the fact that the three primary colors of restoration coincide.

Также в описанных примерах при движении наблюдателя смотровое окно 15 может наводиться в соответствии с положением глаз. На фиг.5 изображена принципиальная схема наведения смотрового окна 15. Для осуществления наведения смотрового окна 15 по стрелке в плоскости 6 рассмотрения световые лучи за фокальной плоскостью 10 отклоняются посредством отклоняющего элемента 21, здесь зеркального барабана. В качестве отклоняющих элементов 21 могут использоваться механические отклоняющие элементы, такие как зеркальные барабаны, гальванозеркала, призмы, или оптические отклоняющие элементы, такие как управляемые решетки или другие дифракционные элементы.Also, in the described examples, when the observer moves, the viewing window 15 can be induced in accordance with the position of the eyes. Figure 5 shows a schematic diagram of the guidance of the viewing window 15. To guide the viewing window 15 in the direction of the arrow in the viewing plane 6, the light rays behind the focal plane 10 are deflected by the deflecting element 21, here a mirror drum. As the deflecting elements 21, mechanical deflecting elements, such as mirror drums, galvanic mirrors, prisms, or optical deflecting elements, such as guided gratings or other diffractive elements, can be used.

Особенно предпочтительным является наведение смотрового окна 15 на фиг.6. Здесь отклоняющий элемент 21 выполняет функцию управляемой призмы. Отклоняющий элемент 21 расположен вблизи второго средства 5 получения изображения, т.е. в направлении лучей до или после него, или интегрирован во второе средство 5 получения изображения. Этот отклоняющий элемент 21 помимо действия призмы опционально имеет еще действие линзы. За счет этого достигается латеральное и опционально осевое наведение смотрового окна 15.Particularly preferred is the guidance of the viewing window 15 in Fig.6. Here, the deflecting element 21 performs the function of a controlled prism. The diverting element 21 is located near the second image acquisition means 5, i.e. in the direction of the rays before or after it, or integrated into the second image acquisition means 5. This deflecting element 21 in addition to the action of the prism optionally also has the action of the lens. Due to this, lateral and optionally axial guidance of the viewing window 15 is achieved.

Такой отклоняющий элемент 21 с функцией призмы может быть изготовлен, например, за счет того, что заполненные двоякопреломляющими жидкими кристаллами призматические элементы помещают в подложку из прозрачного материала или они окружены подложкой с отличным от элементов показателем преломления. Угол, на который световой луч отклоняется одним из этих элементов, зависит от соотношения показателей преломления материала подложки и жидкого кристалла. С помощью приложенного к этим элементам электрического поля управляют ориентацией жидких кристаллов и, тем самым, эффективным показателем преломления. Таким образом, с помощью электрического поля можно управлять углом отклонения и, тем самым, наводить смотровое окно 15.Such a deflecting element 21 with the function of a prism can be made, for example, due to the fact that the prismatic elements filled with birefringent liquid crystals are placed in a substrate of a transparent material or they are surrounded by a substrate with a refractive index different from the elements. The angle at which the light beam is deflected by one of these elements depends on the ratio of the refractive indices of the substrate material and the liquid crystal. Using the electric field applied to these elements, the orientation of the liquid crystals is controlled and, thereby, the effective refractive index. Thus, using an electric field, you can control the angle of deviation and, thereby, direct the viewing window 15.

Можно наводить смотровое окно 15 также за счет смещения источника 1 света перпендикулярно оптической оси 11. Первое средство 4 получения изображения и диафрагма 16 должны быть при этом смещены в соответствии с новым положением фокуса в фокальной плоскости 10. Также здесь вокруг фокуса в фокальной плоскости 10 расположен нулевой порядок дифракции микро-ПМС 8.It is possible to direct the viewing window 15 also due to the displacement of the light source 1 perpendicular to the optical axis 11. The first image acquisition means 4 and the aperture 16 must be shifted in accordance with the new position of the focus in the focal plane 10. Also here is located around the focus in the focal plane 10 zero diffraction order of micro-PMS 8.

На фиг.7 изображен другой вариант проектора с вогнутым зеркалом 22 вместо показанной на фиг.1 линзы в качестве второго средства 5 получения изображения. Принцип восстановления соответствует фиг.1. Однако здесь первое средство 4 получения изображения получает изображение микро-ПМС 8 не в плоскости 12, а в плоскости 23 на зеркале 22 или в непосредственной близости от него. За счет отражения волны от зеркала 22 смотровое окно 15 образуется в соответствии с этим отражением. В соответствии с этим восстанавливающее пространство 14, в котором рассматривается восстановленный кадр 13, образуется между смотровым окном 15 и зеркалом 22. Как уже сказано, восстанавливающее пространство 14 может простираться назад произвольно далеко за пределы зеркала 22. Таким образом, возникает компактный проектор. Другое преимущество использования вогнутого зеркала 22 заключается в лучше достигаемой безаберрационности, более простом изготовлении и в небольшом весе в противоположность использованию линзы.FIG. 7 shows another embodiment of a projector with a concave mirror 22 instead of the lens shown in FIG. 1 as the second image acquiring means 5. The principle of recovery corresponds to figure 1. However, here, the first image acquiring means 4 receives the micro-ICP image 8 not in the plane 12, but in the plane 23 on the mirror 22 or in its immediate vicinity. Due to the reflection of the wave from the mirror 22, a viewing window 15 is formed in accordance with this reflection. Accordingly, the restoration space 14, in which the reconstructed frame 13 is examined, is formed between the viewing window 15 and the mirror 22. As already mentioned, the restoration space 14 can extend arbitrarily far beyond the limits of the mirror 22. Thus, a compact projector is formed. Another advantage of using a concave mirror 22 is a better achievable aberration-free, easier to manufacture and light weight as opposed to using a lens.

Особым преимуществом является использование плоского фокусирующего зеркала в качестве средства 5 получения изображения. Это средство 5 получения изображения может быть выполнено в виде топографического оптического элемента (НОЕ) или дифракционного оптического элемента (DOE). Средство 5 получения изображения имеет фазовый узор, который после отражения заставляет сходиться восстанавливающую волну в смотровое окно 15. Выполненное в виде НОЕ или DOE средство 5 получения изображения выполняет, тем самым, ту же функцию, что и вогнутое зеркало 22. Преимущество НОЕ или DOE заключается в плоском выполнении и рентабельном изготовлении. Такие зеркала могут изготавливаться известными способами, например интерферометрически, литографически, тиснением, отформовыванием и последующей закалкой, экструдированием, или иным образом. Они состоят из фотоматериала или резиста, полимеров, металла, стекла или других подложек. Кроме того, они могут иметь отражающие слои на рельефе.A particular advantage is the use of a planar focusing mirror as an image acquiring means 5. This image acquisition means 5 may be in the form of a topographic optical element (HOE) or a diffractive optical element (DOE). The image pickup means 5 has a phase pattern, which, after reflection, causes the reconstructing wave to converge into the viewing window 15. The image pickup means 5 made in the form of NOE or DOE thereby fulfill the same function as the concave mirror 22. The advantage of NOE or DOE is in flat design and cost-effective manufacturing. Such mirrors can be made by known methods, for example, interferometric, lithographic, embossing, molding and subsequent hardening, extrusion, or otherwise. They consist of photographic material or resist, polymers, metal, glass or other substrates. In addition, they may have reflective layers on the relief.

На фиг.8 проектор из фиг.1 изображен при рассмотрении восстановленной точки 24 кадра 13. Относительно большое второе средство 5 получения изображения в противоположность обоим средствам 4, 9 получения изображения должно быть безаберрационным только на маленьких участках. Для лучшего понимания рассматривается только одна восстановленная точка 24 кадра 13, которая состоит из множества точек. Точка 24 видна только в пределах смотрового окна 15. Окно 15 в качестве изображения выбранного порядка дифракции от плоскости 10 служит окном, через которое наблюдатель может рассматривать восстановленный кадр 13. Чтобы не возникало наложений из более высоких порядков дифракции, уже было описано ограниченное по полосе пропускания кодирование голограммы 2. Оно обеспечивает, что порядки дифракции в плоскости 10 не перекрываются. То же относится к изображению в плоскости 6 рассмотрения. Каждая точка восстановленного кадра 13 создается только одной частью микро-ПМС 8 на втором средстве 5 получения изображения. Соответствующая проекция краевых лучей смотрового окна 15 через точку 24 на второе средство 5 получения изображения наглядно показывает маленький участок средства 5 получения изображения, способствующий восстановлению точки 24. Это значит, что такой участок ограничен для каждой отдельной точки кадра на средстве 5 получения изображения. Эти участки малы по сравнению с протяженным вторым отображающим средством 5 получения изображения. Требования к когерентности относятся поэтому только к этим маленьким участкам, в частности соблюдение требования к достаточно малому искажению волнового фронта << λ/10. Только для этих маленьких участков изображение должно быть высокого когерентного качества, причем следует учитывать все точки кадра 13. Предельно низкого искажения волнового фронта по всему средству 5 получения изображения, таким образом, не требуется. Тем самым, требования ко второму средству 5 получения изображения в самой значительной степени ограничены соблюдением геометрической формы.In Fig. 8, the projector of Fig. 1 is shown in consideration of the reconstructed point 24 of frame 13. A relatively large second image acquisition means 5, as opposed to both image acquisition means 4, 9, should be non-aberrational only in small areas. For a better understanding, only one reconstructed point 24 of frame 13 is considered, which consists of many points. Point 24 is visible only within the viewing window 15. Window 15 as an image of the selected diffraction order from plane 10 serves as a window through which the observer can view the reconstructed frame 13. In order to avoid overlays from higher diffraction orders, a limited bandwidth has already been described hologram coding 2. It ensures that the diffraction orders in plane 10 do not overlap. The same applies to the image in the viewing plane 6. Each point of the reconstructed frame 13 is created by only one part of the micro-ICP 8 on the second image acquisition means 5. The corresponding projection of the edge rays of the viewing window 15 through point 24 onto the second image pickup means 5 clearly shows a small section of the image pickup means 5, which helps restore point 24. This means that such a section is limited for each individual frame point on the image pickup means 5. These areas are small compared to the extended second imaging means 5. The coherence requirements therefore apply only to these small sections, in particular, compliance with the requirements for a sufficiently small wavefront distortion << λ / 10. Only for these small areas the image should be of high coherent quality, and all points of the frame 13 should be taken into account. Extremely low distortion of the wavefront throughout the image acquiring means 5 is thus not required. Thus, the requirements for the second image pickup means 5 are, to a large extent, limited by compliance with the geometric shape.

Кроме того, в проекторе микро-ПМС 8 используется не только для восстановления очень больших двух- и трехмерных кадров 13, образуемых смотровым окном 15 в восстанавливающем пространстве 14, но и одновременно предпочтительно также для корректировок оптических средств 4, 5, 9 получения изображения. Для голографического восстановления должны использоваться безаберрационные средства получения изображения. Примеры корректировок аберраций описаны ниже. Аберрации третьего средства 9 получения изображения выражаются в фазовых погрешностях, на которые волновой фронт отличается от идеальной волны. Для голограммы без кодированной информации, у которого плоская волна покидает микро-ПМС 8, волна должна быть фокусирована с ограничением дифракции в плоскости 10, в которой для подавления нежелательных порядков дифракции и для других функций, таких как корректировка аберраций, расположены первое средство 4 получения изображения и фильтр 16 пространственных частот в качестве диафрагмы.In addition, in the projector, micro-PMS 8 is used not only for reconstructing very large two- and three-dimensional frames 13 formed by the viewing window 15 in the restoration space 14, but at the same time it is also preferable also for adjusting the optical means 4, 5, 9 for acquiring the image. For holographic restoration, non-aberrational means of image acquisition should be used. Examples of aberration adjustments are described below. The aberrations of the third image acquiring means 9 are expressed in phase errors, by which the wavefront differs from the ideal wave. For a hologram without encoded information, in which the plane wave leaves the micro-PMS 8, the wave must be focused with diffraction restriction in the plane 10, in which the first image acquisition means 4 are located to suppress undesired diffraction orders and for other functions, such as aberration correction and a spatial filter 16 as a diaphragm.

Аберрации приводят, однако, к смазыванию упомянутого выше фокусирования и, тем самым, к помехам в спектре пространственных частот, которые влияют на качество восстановления. Эти фазовые погрешности легко корректируются посредством соответствующего дополнительного фазового сдвига. Другое средство корректировки третьего средства 9 получения изображения уже было описано в связи с функцией фильтра пространственных частот.Aberrations, however, lead to blurring of the aforementioned focusing and, thus, to interference in the spectrum of spatial frequencies, which affect the quality of reconstruction. These phase errors are easily corrected by means of a corresponding additional phase shift. Another means of adjusting the third image acquiring means 9 has already been described in connection with the spatial frequency filter function.

Сильно увеличенное изображение микро-ПМС 8 за счет первого средства 4 получения изображения на втором средстве 5 получения изображения связано, как правило, с аберрациями. Увеличивающая оптика для средства 4 получения изображения представляет собой, как правило, проекционную оптику, используемую в проекционных телевизорах. Резкость изображения является важным критерием, так что уже в значительной степени подавляются сферические аберрации, а также кома и астигматизм этой оптики. Хотя остаточная дисторсия и кривизна поля изображения для наблюдателя таких приборов в проекции допускаются, эти аберрации в данном топографическом проекторе создают значительные искажения при восстановлении. Дисторсия первого средства 4 получения изображения означает латеральное геометрическое отклонение увеличенного изображения микро-ПМС 8 на втором средстве 5 получения изображения. Идущие от средства 5 получения изображения волны больше не сходятся тогда в заданном положении восстановленной точки объекта, а смещаются.The greatly enlarged image of the micro-PMS 8 due to the first means 4 for acquiring images on the second means 5 for obtaining images is associated, as a rule, with aberrations. The magnifying optics for the image pickup means 4 are typically projection optics used in projection televisions. Image sharpness is an important criterion, so that spherical aberrations, as well as coma and astigmatism of this optics, are already largely suppressed. Although the residual distortion and curvature of the image field for the observer of such devices in the projection are allowed, these aberrations in this topographic projector create significant distortion during reconstruction. The distortion of the first means 4 of the image acquisition means the lateral geometric deviation of the enlarged image of the micro-PMS 8 on the second means 5 of the image acquisition. The waves coming from the image-acquiring means 5 no longer converge then in the given position of the reconstructed point of the object, but are displaced.

Серьезным дефектом изображения является кривизна поля изображения при изображении микро-ПМС 8 на втором средстве 5 получения изображения. Кривизна поля изображения означает, в первую очередь, что требуемые фазовые значения на средстве 5 получения изображения искажаются, а это выражается в трехмерном искажении, т.е. латерально и аксиально. Оба эффекта, т.е. кривизна поля изображения и дисторсия, а также кома и астигматизм могут, в принципе, поддерживаться на низком уровне за счет соответствующего дизайна и небольших производственных допусков первого средства 4 получения изображения, однако только с повышенными затратами. Предпочтительно фазовое искажение из-за кривизны поля изображения в проекторе компенсируется за счет микро-ПМС 8. Эти фазовые погрешности корректируются за счет дополнительного фазового сдвига. Точно так же кома и астигматизм могут быть уменьшены за счет кодирования. Дисторсию можно компенсировать, например, за счет выбора пикселей микро-ПМС 8, когда значения голограммы кодируются по выявленным с учетом дисторсии положениям пикселей. Аналогичным образом в соответствии с первым средством 4 получения изображения за счет микро-ПМС 8 компенсируются также аберрации второго средства 5 получения изображения.A serious image defect is the curvature of the image field when the image is micro-PMS 8 on the second means 5 of the image acquisition. The curvature of the image field means, first of all, that the required phase values on the image acquiring means 5 are distorted, and this is expressed in three-dimensional distortion, i.e. laterally and axially. Both effects, i.e. the curvature of the image field and distortion, as well as coma and astigmatism, can, in principle, be kept low due to the appropriate design and small manufacturing tolerances of the first image acquisition tool 4, but only at increased cost. Preferably, the phase distortion due to the curvature of the image field in the projector is compensated by micro-PMS 8. These phase errors are corrected by an additional phase shift. Similarly, coma and astigmatism can be reduced by coding. Distortion can be compensated, for example, by selecting pixels of the micro-PMS 8, when the hologram values are encoded according to the pixel positions detected taking into account distortion. Similarly, in accordance with the first image acquisition means 4, the aberrations of the second image acquisition means 5 are also compensated for by the micro-ICP 8.

Отклонения идущих от второго средства 5 получения изображения волн должны лежать, как правило, намного ниже λ/10. Это также требует значительных затрат. С помощью упомянутой возможности корректировки можно, тем самым, просто за счет соответствующего кодирования корректировать также аберрации в отношении второго средства 5 получения изображения.Deviations of the waves coming from the second means 5 for image acquisition should lie, as a rule, much lower than λ / 10. It also requires significant costs. With the said correction possibility, it is possible, therefore, simply due to appropriate coding, to also correct aberrations in relation to the second image acquisition means 5.

За счет микро-ПМС 8 можно уменьшить или компенсировать, в принципе, любые аберрации средств 4, 5, 9 получения изображения. Аберрации определяются подходящим образом перед восстановлением. Вычисленные фазовые погрешности корректируются за счет соответствующего дополнительного фазового сдвига микро-ПМС 8.Due to the micro-PMS 8, it is possible to reduce or compensate, in principle, any aberrations of the means 4, 5, 9 for image acquisition. Aberrations are determined appropriately before recovery. The calculated phase errors are corrected due to the corresponding additional phase shift of the micro-PMS 8.

Предложенный в изобретении проектор позволяет использовать пространственные модуляторы света небольшой протяженности для восстановления и рассмотрения двух- или трехмерных кадров. Наблюдатель или наблюдатели могут двигаться при рассмотрении восстановленного кадра в плоскости 6 рассмотрения. Двух- и трехмерные кадры могут изображаться одновременно или последовательно. Кроме того, проектор состоит из имеющихся на рынке оптических элементов с относительно низкими требованиями к точности изготовления и аберрациям. Во-первых, средства 4, 5 получения изображения корректируются за счет микро-ПМС 8 и, во-вторых, требуют лишь небольшого искажения волнового фронта на маленьком участке большого средства 5 получения изображения.The projector proposed in the invention allows the use of spatial light modulators of small length to restore and view two- or three-dimensional frames. The observer or observers may move when viewing the reconstructed frame in the viewing plane 6. Two- and three-dimensional frames can be displayed simultaneously or sequentially. In addition, the projector consists of commercially available optical elements with relatively low requirements for manufacturing accuracy and aberrations. Firstly, the means 4, 5 for obtaining an image are corrected by micro-PMS 8 and, secondly, they require only a small distortion of the wavefront in a small area of a large means 5 for obtaining an image.

В частном случае чисто двухмерного изображения, как в современном телевидении, проекция происходит вблизи средства 5 получения изображения или на нем. Голограмма 2 рассчитывается с возможностью восстановления двухмерного кадра в плоскости 12 или 23 второго средства 5 получения изображения. Кроме того, наблюдатель может аксиально смещать плоскость, в которой происходит восстановление двухмерного кадра, при ее рассмотрении за счет нового расчета голограммы 2. Это значит, что изображение может быть приближено к наблюдателю или удалено от него. Точно так же могут выделяться детали, чтобы наблюдатель мог точнее рассмотреть их. Эти действия могут осуществляться интерактивно самим наблюдателем.In the particular case of a purely two-dimensional image, as in modern television, the projection takes place near or on the image-receiving means 5. The hologram 2 is calculated with the possibility of restoring a two-dimensional frame in the plane 12 or 23 of the second image acquisition means 5. In addition, the observer can axially shift the plane in which the two-dimensional frame is restored, when it is examined due to the new calculation of hologram 2. This means that the image can be brought closer to the observer or removed from it. Likewise, details can be highlighted so that the observer can more accurately examine them. These actions can be carried out interactively by the observer.

Возможными областями применения голографического проектора могут быть дисплеи для создания двух- и/или трехмерного изображения в быту и на производстве, например для компьютеров, телевизоров, электронных игр, в автомобильной промышленности для отображения информации или для развлечения, в медицинской технике, здесь, в частности, для минимально-инвазивной хирургии, или для пространственного изображения томографических данных или же в военной технике для изображения профилей местностей. Само собой, предложенный в изобретении проектор может использоваться также в других, не названных здесь, областях.Possible applications of a holographic projector may be displays for creating two- and / or three-dimensional images in everyday life and in production, for example for computers, televisions, electronic games, in the automotive industry for displaying information or for entertainment, in medical technology, here , for minimally invasive surgery, or for spatial imaging of tomographic data or in military equipment for image profiles of localities. Of course, the projector proposed in the invention can also be used in other areas not mentioned here.

Claims

1. A projector for holographic reconstruction of scenes, comprising a light modulator (8), an image acquisition system (3) with at least two image acquisition means (4, 5), and a lighting device (1) with at least one source enough coherent light to illuminate the light of the hologram (2) encoded in the modulator (8) and to form the spatial frequency spectrum of the light modulator (8) in the plane (10), while in the immediate vicinity of the plane (10) is the first means (4) for acquiring the image , moreover, at least at least, the two indicated image acquisition means (4, 5) are arranged with respect to each other in such a way that the first image acquisition means (4) serves to obtain an enlarged display of the light modulator (8) on the second image acquisition means (5), and the second means of image acquisition (5) for displaying the plane (10) of the spatial frequency spectrum of the light modulator (8) into the viewing plane (6) containing at least one virtual viewing window (15), the display length of which corresponds only to about one period of the spectrum of spatial frequencies.

2. The projector according to claim 1, in which the first means (4) for image acquisition is located in the direction of the rays behind the light modulator (8), and the second means (5) for image acquisition is between the first means (4) for image acquisition and the plane (6) consideration.

3. The projector according to claim 1, in which the spatial frequency filter (16) is located in the plane (10) in which the spatial frequency spectrum of the light modulator (8) takes place.

4. The projector according to claim 1, in which near the light modulator (8) is located the third means (9) for acquiring an image to form a spatial frequency spectrum.

5. The projector according to claim 1, in which a reconstructed two- or three-dimensional scene (13) is represented in the recovery space (14) formed by the virtual viewing window (15) and the second means (5) for acquiring the image.

6. The projector according to one of the preceding paragraphs, in which the second means (5) for obtaining an image is a lens or mirror.

7. The projector according to claim 1, which has a position recording system (17) for determining the position of the eyes of at least one observer when considering the reconstructed scene (13).

8. The projector according to claim 7, wherein at least one deflecting element (21) is provided for guiding at least one viewing window (15) in accordance with the position of the eyes of at least one observer.

9. The projector of claim 8, in which the deflecting element (21) is designed for lateral and axial guidance of the viewing window (15).

10. The projector of claim 8, in which the deflecting element (21) is located directly on the second means (5) of image acquisition.

11. The projector of claim 10, in which the deflecting element (21) performs the function of a controlled prism.

12. The projector of claim 10, in which the deflecting element (21) performs the function of a controlled lens.

13. The projector according to claim 1, in which a reflective light modulator is provided as a light modulator (8), and a beam splitting element (20) is provided for guiding the rays of at least one light beam exiting from the lighting device (1).

14. The projector according to item 13, in which a beam splitting element (20) is located between the light modulator (8) and the first image acquisition means (4).

15. The projector according to one of claims 1 or 13, in which for each observer there are two viewing windows formed by two channels containing each light source (1), a light modulator (8), the first image acquisition means (4), and additionally third image acquisition means (9), the second image acquisition means (5) can be used for both channels together.

16. The projector according to one of claims 1 or 13, in which three parallel channels are used for simultaneous color restoration, each of which contains a light source (1), a light modulator (8), first means for acquiring an image, and additionally third means (9) image acquisition, while the combination of the three primary colors, the light then enters the second means (5) image acquisition.

17. The projector according to one of claims 1 to 5, 7-14, in which the light modulator (8) is a spatial light micromodulator.

18. The projector according to claim 6, in which the light modulator (8) is a spatial light micromodulator.

19. The projector of claim 15, wherein the light modulator (8) is a spatial light micromodulator.

20. The projector of claim 16, wherein the light modulator (8) is a spatial light micromodulator.

21. A method for holographic reconstruction of scenes, in which using a system (3) for acquiring an image with at least two means (4, 5) for acquiring an image in the viewing plane (6), images of sufficiently coherent light from the lighting device (1) are obtained, with at least one light source configured to illuminate a light modulator (8) encoded by a hologram (2), the first step being in the plane (10), in the immediate vicinity of which the first image acquisition means (4) are located, the image the spatial frequency spectrum is presented in the form of a Fourier transform of the encoded hologram (2), after which at the second stage, using at least one first means (4) of image acquisition, the image of the light modulator (8) is taught in the plane (12, 23) of the second means (5) for obtaining an image, and using the second means (5) for obtaining an image, an image of the spatial frequency spectrum is obtained from the plane (10) to the viewing plane (6), on at least one virtual viewing window (15), whose length display match m only to one period of the spectrum of spatial frequencies, as a result of which the reconstructed scene (13) in the reconstructing space (14) formed by the second image acquisition means (5) and the virtual viewing window (15) is presented to at least one observer in an enlarged view, and Due to the enlarged display of the light modulator (8), the restoring space (14) expands in magnitude.

22. The method according to item 21, in which using the second means (5) to obtain an image, an image of the spatial frequency spectrum is obtained on a virtual viewing window (15), through which the observer considers the reconstructed scene (13).

23. The method according to item 21, wherein near the light modulator (8) third means (9) for image acquisition are located, in the focal plane (10) in the image space of which a spatial frequency spectrum is created of the hologram (2) encoded in the light modulator (8) .

24. The method according to one of paragraphs.21 or 22, wherein, using the spatial frequency filter (16) in the image acquisition system (3), a selected frequency interval of this spectrum is passed.

25. The method according to paragraph 24, wherein using the spatial frequency filter (16) compensate for the aberrations of the first image acquisition means (4), the second image acquisition means (5) and additionally the third image acquisition means (9).

26. The method according to one of paragraphs.21-23, 25, in which the aberration of the first means (4) of image acquisition, the second means (5) of image acquisition and additionally the third means (9) of image acquisition are taken into account when calculating the hologram (2) and compensate due to the light modulator (8).

27. The method according to paragraph 24, in which the aberration of the first means (4) of image acquisition, the second means (5) of image acquisition and additionally the third means (9) of image acquisition are taken into account when calculating the hologram (2) and compensated by a modulator (8) Sveta.

28. The method according to item 21, in which when calculating the hologram (2) limit the bandwidth of the spectrum of spatial frequencies in the plane (10).

29. The method according to item 21, in which using the position recording system (17) register the position of the eyes of at least one observer when considering the restored scene (13).

30. The method according to clause 29, wherein the holographic coding of the light modulator (8) is updated by changing the position of the eye of the observer.

31. The method according to claim 30, wherein the reconstructed scene (13) is encoded with the possibility of its horizontal and / or vertical displacement and / or rotation by an angle depending on the change in the position of the observer's eyes.

32. The method according to clause 29, wherein at least one virtual viewing window (15) is induced in the viewing plane (6) in accordance with the position of the eye of the observer.

33. The method according to p, in which at least one virtual viewing window (15) is induced using at least one deflecting element (21).

34. The method according to item 21, in which the hologram (2) is calculated with the possibility of restoring a two-dimensional scene in the plane (12, 23) of the second image acquisition tool (5).

35. The method according to item 21, in which the observer axially shifts the plane in which the two-dimensional scene is restored when it is examined due to a new calculation of the hologram (2).

36. The method according to item 21, wherein the color restoration of the scene (13) is carried out sequentially in three primary colors.

37. The method according to item 21, in which the color restoration of the scene (13) is carried out simultaneously in three primary colors.

38. The method according to clause 37, wherein the simultaneous color restoration of the scene (13) uses three channels in which respectively the light source (1), the light modulator (8), the first image acquiring means (4), and additionally the third means ( 9) image acquisition, while the combination of the three primary colors, the light enters the second means (5) image acquisition.