WO2016156287A1

WO2016156287A1 - Verfahren zur berechnung von hologrammen zur holographischen rekonstruktion von zweidimensionalen und/oder dreidimensionalen szenen

Info

Publication number: WO2016156287A1
Application number: PCT/EP2016/056761
Authority: WO
Inventors: Bo Kroll; Norbert Leister
Original assignee: SeeReal Technologies SA
Current assignee: SeeReal Technologies SA
Priority date: 2015-04-01
Filing date: 2016-03-29
Publication date: 2016-10-06
Anticipated expiration: 2017-10-01
Also published as: KR20170132311A; JP6893880B2; CN107710080B; US11460809B2; US20180364643A1; TWI710868B; TW201702768A; DE102015205873A1; CN107710080A; JP2018517160A; KR102647998B1

Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Berechnung von Hologrammen zur holographischen Rekonstruktion von zweidimensionalen und/oder dreidimensionalen Szenen in einer Anzeigevorrichtung, wobei eine zu rekonstruierende Szene (4) in Objektpunkte (P, P1 – P_n) zerlegt wird und die Objektpunkte (P, P1 – P_n) als Subhologramme (S1 - S_n) in wenigstens eine räumliche Lichtmodulationseinrichtung (1, 10, 100) der Anzeigevorrichtung kodiert werden. Eine rekonstruierte Szene wird von einem Sichtbarkeitsbereich (3) aus betrachtet. Wenigstens eine virtuelle Ebene (100', 100'') der wenigstens einen räumlichen Lichtmodulationseinrichtung (1, 10, 100) wird ausgehend von einer realen Ebene (100) der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung (1, 10, 100) festgelegt. Eine Berechnung von Subhologrammen (S1 - S_n) wird in der wenigstens einen virtuellen Ebene der wenigstens einen räumlichen Lichtmodulationseinrichtung durchgeführt.

Description

Verfahren zur Berechnung von Hologrammen zur holographischen Rekonstruktion von zweidimensionalen und/oder dreidimensionalen Szenen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Berechnung von Hologrammen zur holographischen Rekonstruktion von zweidimensionalen und/oder dreidimensionalen Szenen in einer Anzeigevorrichtung, wobei die zu rekonstruierende Szene in Objektpunkte zerlegt wird und die Objektpunkte als Subhologramme in wenigstens eine räumliche Lichtmodulationseinrichtung der Anzeigevorrichtung kodiert werden, wobei eine rekonstruierte Szene von einem Sichtbarkeitsbereich aus betrachtet wird.

Die Erfindung betrifft außerdem eine Anzeigevorrichtung, insbesondere eine holographische Anzeigevorrichtung zur Darstellung von zweidimensionalen und/oder dreidimensionalen Szenen, aufweisend eine räumliche Lichtmodulationseinrichtung, wobei die Lichtmodulationseinrichtung geeignet ist, das Verfahren durchzuführen.

Ein Verfahren, in der die Berechnung von Hologrammen für ein holographisches Display bzw. eine holographische Anzeigevorrichtung beschrieben ist, ist beispielsweise aus der WO 2006/066919 A1 bekannt, deren Offenbarungsgehalt vollumfänglich hier einbezogen sein soll. In diesem Verfahren wird für die Berechnung von Hologrammen ein virtuelles Betrachterfenster in einer Betrachterebene einbezogen, durch das ein Betrachter eine rekonstruierte Szene beobachten kann, wenn das virtuelle Betrachterfenster mit dem Ort der Augenpupille des Betrachters zusammenfällt. Im Unterschied zur herkömmlichen Holographie, bei der die Rekonstruktion von vorzugsweise dreidimensionalen (3D) Szenen in einem Sichtbarkeitsbereich erfolgt, der mindestens die beiden Augen eines Betrachters umfasst, wird bei dieser Technik das Wellenfeld, das die Information über die rekonstruierte Szene enthält, auf die Augenpupillen eines Betrachters in einer Betrachterebene begrenzt. Der Betrachter sieht dann die rekonstruierte Szene in einem Rekonstruktionsraum, der durch das bzw. die Betrachterfenster und die Anzeigevorrichtung aufgespannt wird und der sich auch hinter die Anzeigevorrichtung (wird häufig auch als Display bezeichnet) erstrecken kann. Dieses Verfahren ist beispielsweise in der US 2008/252950 A1 offenbart und beschrieben, deren Offenbarungsgehalt hier ebenfalls vollumfänglich einbezogen sein soll.

Das Verfahren ermöglicht die holographische Rekonstruktion wesentlich größerer dreidimensionaler Szenen, die in Form von Hologrammen in einem Lichtmodulator (SLM) einer Anzeigevorrichtung (Display) kodiert sind, wobei an die Auflösung des Lichtmodulators wesentlich geringere Anforderungen gestellt werden als bei der herkömmlichen Holographie. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der Aufwand zur Berechnung des entsprechenden Hologramms ebenfalls geringer ist. Das ergibt sich unter anderem daraus, dass die Information über einen Objektpunkt der dreidimensionalen Szene nur in einem Bereich der Anzeigevorrichtung kodiert werden muss, der sich aus der Projektion des Betrachterfensters über einen darzustellenden Objektpunkt auf die Anzeigevorrichtung bzw. den Lichtmodulator ergibt und der als Subhologramm bezeichnet wird.

Ein Verfahren zur Berechnung derartiger betrachterfensterbezogener Hologramme ist in der US 7,969,633 dargestellt, deren Offenbarungsgehalt hier ebenfalls vollumfänglich einbezogen sein soll. Das Verfahren erfolgt im Wesentlichen derart, dass eine dreidimensionale Szene in Schnittebenen mit hinreichend geringen Abständen zerlegt wird, in denen die Objektpunkte ebenfalls mit hinreichender Auflösung angeordnet sind. Die Schnittebenen werden dann mit einer ersten Integraltransformation in ein virtuelles Betrachterfenster in einer Referenzebene transformiert und im Bereich des virtuellen Betrachterfensters aufsummiert. Dieses im Allgemeinen komplexwertige Wellenfeld wird anschließend mit einer zweiten Integraltransformation in die Ebene des Lichtmodulators transformiert und in Form eines im Allgemeinen ebenfalls komplexwertigen Hologramms darin kodiert. Der Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass nur die Information im Hologramm kodiert wird, die aus dem Bereich des Betrachterfensters stammt und bei der Rekonstruktion des Hologramms auch nur in dieses gelangen muss.

Die Berechnung und Kodierung der betrachterfensterbezogenen Hologramme kann aber noch auf eine weitere Weise verfolgen. Bei dem folgenden Verfahren wird die dreidimensionale Szene ebenfalls rechnerisch in Objektpunkte zerlegt. Für die einzelnen Objektpunkte werden dann Subhologramme in Form von Linsenfunktionen berechnet und direkt auf dem Lichtmodulator dargestellt und aufaddiert. Die Größe und Lage der Subhologramme auf dem Lichtmodulator ergibt sich dabei aus einer Projektion des Bertachterfensters über den betreffenden Objektpunkt hin auf den Lichtmodulator. Dieses Verfahren ist beispielsweise in der WO 2008/025839 A1 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt ebenfalls vollumfänglich hier einbezogen sein soll.

Je nach Zahl der Schnittebenen und Zahl der Objektpunkte variiert der Rechenaufwand für das eine oder das andere oben aufgeführte Verfahren.

Für das Verfahren nach der US 7,969,633 steigt der Rechenaufwand näherungsweise linear mit der Anzahl der verwendeten Schnittebenen an. Die Wahl der Schnittebenen ist bis zu einem gewissen Grade willkürlich. Jedoch ist es in der Regel erwünscht, dass ein Betrachter im Betrachterfenster einen kontinuierlichen Tiefeneindruck der vorzugsweise dreidimensionalen Szene erhält. Die Abstände der Schnittebenen sind deshalb so klein zu wählen, dass das Auge den Unterschied zwischen benachbarten Ebenen nicht auflösen kann. Dies erfordert für eine gegebene dreidimensionale Szene eine Mindestanzahl von Schnittebenen.

Für das Verfahren nach der WO 2008/025839 A1 steigt der Rechenaufwand mit der Zahl der Objektpunkte, deren Dichte aber ebenfalls so zu wählen ist, dass ein kontinuierlicher Eindruck der rekonstruierten Szene entsteht. Insbesondere für eine dreidimensionale Szene, die sich über einen größeren Tiefenbereich erstreckt und nach dem Verfahren gemäß der US 7,969,633 viele Schnittebenen erfordern würde, ist das Verfahren gemäß der WO 2008/025839 A1 in Bezug auf den Rechenaufwand günstiger. Für eine große Zahl von Objektpunkten, die nur über sehr wenige Schnittebenen verteilt sind, kann hingegen das Verfahren gemäß der US 7,969,633 vorteilhaft sein.

Für das Verfahren gemäß der WO 2008/025839 A1 hängt der Rechenaufwand aber außerdem stark von der Lage der dreidimensionalen Szene relativ zur Position des Lichtmodulators und des Betrachterfensters ab, da dies Einfluss insbesondere auf die Größe der Subhologramme für die einzelnen Objektpunkte hat.

Es wurden auch, zum Beispiel in der WO 2006/1 19760 A2, bereits holographische Displays (Anzeigevorrichtungen) mit einem virtuellen Betrachterfenster beschrieben, bei denen ein Lichtmodulator nicht direkt vom Betrachter gesehen wird sondern stattdessen die vergrößerte Abbildung des Lichtmodulators auf einem Schirm. In diesem Fall hängt der Rechenaufwand zur Berechnung des Hologramms von der Lage der dreidimensionalen Szene relativ zum Bild des Lichtmodulators ab. Auch in einem holographischen Head Mounted Display (Holo-HMD) würde der Betrachter eine vergrößerte Abbildung eines Lichtmodulators sehen, und der Rechenaufwand bezieht sich auch in diesem Fall auf die Lage der dreidimensionalen Szene relativ zum Bild des Lichtmodulators.

Head-Mounted Displays (HMD) sind Display-Einrichtungen, die beispielsweise am Kopf eines Betrachters/Benutzers ähnlich einer Brille oder eines Helms (Helmet Mounted Display) getragen werden. Sie können für ein Betrachterauge (monokulares HMD) oder für beide Betrachteraugen (binokulares HMD) ausgelegt sein. In ähnlicher Weise können auch ortsfeste oder transportable Displayeinrichtungen ausgelegt sein, bei denen der Betrachter über optische Vergrößerungsmittel, welche sich in Augennähe befinden (Okular), die vergrößerte Darstellung mindestens eines Display bzw. die vergrößerte Rekonstruktion einer durch eine Displayeinrichtung rekonstruierten dreidimensionalen Szene betrachten kann. Ein solches als elektronischer Guckkasten ausgebildetes holographisches Anzeigegerät soll im Folgenden als Hokular bezeichnet werden.

Im Allgemeinen, wenn beispielsweise eine aus nur einem einzelnen Objektpunkt bestehende dreidimensionale Szene vollständig rekonstruiert werden soll, müssten in den Lichtmodulator am Ort des Subhologramms für diesen Objektpunkt komplexe Werte eingeschrieben werden. Der Betrag des komplexen Wertes, also die Amplitude, ist in einer bevorzugten Ausführungsform über die Ausdehnung des Subhologramms ungefähr konstant und hängt in seiner Höhe von der axialen Entfernung des Objektpunktes zum Lichtmodulator bzw. zum Bildschirm und von der Intensität des Objektpunktes ab. Das im Folgenden Beschriebene ist aber nicht auf den Fall einer über die Ausdehnung des Subhologramms konstanten Amplitude beschränkt, sondern bezieht auch andere Möglichkeiten mit ein. Die Phasenverteilung der komplexen Werte im Bereich des Subhologramms entspricht ungefähr der Funktion einer Linse, deren Brennweite auch von der Kombination mit anderen in der Anzeigevorrichtung enthaltenen Fokussierelementen, wie beispielsweise einer Feldlinse abhängen kann. Die Brennweite der Linsenfunktion des Subhologramms wird bevorzugt derart gewählt, dass ein Fokus (Brennpunkt) in dem jeweiligen Objektpunkt liegt. Das im Folgenden Beschriebene soll aber nicht auf bestimmte Linsenfunktionen beschränkt sein, sondern kann auch andere Phasenwerte im Subhologramm umfassen. Außerhalb des Subhologramms wäre für diesen Objektpunkt im Lichtmodulator die Amplitude 0 (Null) einzuschreiben. Nur die Pixel des Lichtmodulators innerhalb des Subhologramms würden dadurch mit ihrer vollen Transmission zur Rekonstruktion des einzelnen Objektpunkts beitragen. Ein rechenaufwendiger Schritt bei der Hologrammberechnung ist die Umrechung der Phase einer Linsenfunktion eines Subhologramms in Real- und Imaginärteil zum Zweck des Aufsummierens mehrerer Subhologramme. Bei im Mittel größeren Subhologrammen muss dieser Rechenschritt häufiger durchgeführt werden. Eine Wiedergabe derselben dreidimensionalen Szene könnte prinzipiell in holographischen Anzeigevorrichtungen mit unterschiedlichen Parametern wie Größe der Anzeigevorrichtung oder Abstand der Anzeigevorrichtung zum Betrachter erfolgen.

Mit einem Lichtmodulator kleiner Größe mit kleinen Modulationselementen (Pixeln) und mit einem geringen Abstand zu einem Betrachter lässt sich in der Größe ungefähr das gleiche Betrachterfenster bzw. der gleiche Sichtbarkeitsbereich und in der Größe das gleiche Frustrum (Kegel, der sich von den Rändern des Betrachterfensters/Sichtbarkeitsbereichs hin zu den Rändern des Lichtmodulators und dahinter erstreckt) erzeugen wie durch einen Lichtmodulator größerer Größe mit der gleichen Anzahl größerer Modulationselemente in größerer Entfernung zu einem Betrachter. Beispielsweise wäre ein 20 Zoll Display (Anzeigevorrichtung) mit einem Abstand von 2 Metern zu einem Betrachter und einem Pixelpitch (Pitch des Modulationselements) von 90 μηη bezüglich der Größe des Betrachterfensters/Sichtbarkeitsbereichs und dem somit erzeugten Frustrum ungefähr gleichwertig zu einem 4 Zoll Display (Anzeigevorrichtung) mit 40 cm Abstand zu einem Betrachter und einem Pixelpitch von 18 μηη. Die maximal mögliche Größe xvw eines Sichtbarkeitsbereichs/virtuellen Betrachterfensters ergibt sich zum Beispiel für blaues Licht der Wellenlänge λ= 475 nm in beiden Fällen (20 Zoll Display und 4 Zoll Display) gemäß der Formel

mit zim dem Abstand des Lichtmodulators zum Sichtbarkeitsbereich/virtuellen Betrachterfenster und pi_m, dem Pixelpitch zu ungefähr 10,5 mm. Dies gilt wahlweise horizontal oder vertikal, da die Größe des Sichtbarkeitsbereichs im Allgemeinen zweidimensional ist.

Die Größe des Sichtbarkeitsbereichs bzw. des virtuellen Betrachterfensters kann auch kleiner gewählt werden. Im allgemeinen Fall wäre

mit einem Faktor a <=1 . In den nachfolgend genannten Gleichungen würde in diesem Fall der Faktor a zusätzlich auftreten. Zur besseren Übersicht wird der Faktor a in der folgenden Darstellung weggelassen. Die nachfolgende Beschreibung ist aber auch auf Fälle mit a < 1 übertragbar. In der Regel wird aber für eine holographische Anzeigeeinrichtung mit einer Detektion der Augenposition wenigstens eines Betrachters und Nachführung des Sichtbarkeitsbereichs/virtuellen Betrachterfensters zur Augenposition zum Ausgleich von Ungenauigkeiten der Augenpositionserfassung und zeitlichen Verzögerungen in der Nachführung des Sichtbarkeitsbereichs/ virtuellen Betrachterfensters eine Größe des Sichtbarkeitsbereichs/virtuellen Betrachterfensters von 10 mm oder mehr benötigt.

Der Abstand der Anzeigevorrichtung zu einem Betrachter beeinflusst jedoch die Berechnung des in den Lichtmodulator einzukodierenden Hologramms.

Gemäß der WO 2008/025839 A1 würde die Größe eines Subhologramms in einer bevorzugten Ausführungsform mittels des Strahlensatzes bestimmt.

Ist Zpoint der Abstand eines Objektpunktes zum Betrachterfenster/ Sichtbarkeitsbereich, und zim wie bereits beschrieben der Abstand des Lichtmodulators zum Betrachterfenster/Sichtbarkeitsbereich, so würde sich die Größe des Subhologramms in Form einer räumlichen Ausdehnung x_sh ergeben zu

Xsh ^— I Xvw ( Z|_m— Zpoint)/ Zpoint | In den Figuren 1 und 2 ist schematisch eine dreidimensionale Szene, die hier durch nur zwei Objektpunkte angedeutet ist, in einem Frustrum in fester Lage und Abstand zu einem Betrachter dargestellt. In den Figuren 1 und 2 ist schematisch nur der Lichtmodulator bzw. die Lichtmodulationseinrichtung dargestellt. Die holographische Anzeigevorrichtung weist jedoch im Allgemeinen weitere Komponenten wie beispielsweise eine Beleuchtungseinrichtung (Backlight) und eine Feldlinse auf.

In der Figur 1 weist die Lichtmodulationseinrichtung (SLM) einen großen Abstand von einem Betrachter auf. Wie ersichtlich, entstehen in diesem Beispiel absolut gesehen in der Größe kleine Subhologramme. Aufgrund des vergleichsweise großen Pixelpitch der Lichtmodulationseinrichtung erstrecken sich diese Subhologramme daher nur über wenige Modulationseinrichtung (Pixel) der Lichtmodulationseinrichtung. Dies ist besonders vorteilhaft hinsichtlich des Rechenaufwands zur Berechnung und zur kohärenten Addition der Subhologramme. In Figur 2 ist bezüglich Figur 1 eine in der Größe kleinere Anzeigevorrichtung mit kleineren Modulationselementen dargestellt, die sich näher am Auge eines Betrachters befindet. Für die gleichen Objektpunkte werden in diesem Beispiel die Subhologramme absolut gesehen in ihrer Größe größer. Da die Lichtmodulationseinrichtung hier zudem kleinere Modulationselemente aufweist als in Figur 1 , erstrecken sich die Subhologramme hier deutlich über eine größere Anzahl von Modulationselementen als in Figur 1 . Der Aufwand für die Berechnung des Hologramms aus der vorzugsweise dreidimensionalen Szene ist daher in Figur 2 größer.

In praktischen Fällen ist aber in der Regel der Abstand einer Anzeigevorrichtung zum Betrachter von der Anwendung abhängig und nicht frei wählbar. Ein Tablet oder ein Notebook-Display würden beispielsweise in der Regel einen geringeren Abstand zu einem Betrachter aufweisen als ein Fernseher.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, mit welchem der Rechenaufwand zur Berechnung von Hologrammen einer zweidimensionalen und/oder dreidimensionalen Szene reduziert werden kann. Insbesondere soll der Rechenaufwand für verschiedene Positionen der Lichtmodulationseinrichtung zu einem Betrachter und zur zu rekonstruierenden Szene reduziert werden. Dies soll insbesondere ohne oder nur mit sehr geringen Einschränkungen in der sichtbaren lateralen Auflösung und in der sichtbaren Tiefenauflösung der rekonstruierten Szene erreicht werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach dem Anspruch 1 gelöst. Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Berechnung von Hologrammen zur holographischen Rekonstruktion von zweidimensionalen und/oder dreidimensionalen Szenen in einer Anzeigevorrichtung (Display). Die zu rekonstruierende Szene wird in Objektpunkte zerlegt, wobei die Objektpunkte als Subhologramme in wenigstens eine räumliche Lichtmodulationseinrichtung der Anzeigevorrichtung kodiert werden. Die rekonstruierte Szene kann dann von einem Sichtbarkeitsbereich aus betrachtet werden. Wenigstens eine virtuelle Ebene der wenigstens einen räumlichen Lichtmodulationseinrichtung wird ausgehend von einer realen Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung festgelegt. Anschließend wird eine Berechnung von Subhologrammen in der wenigstens einen virtuellen Ebene der wenigstens einen räumlichen Lichtmodulationseinrichtung durchgeführt.

Bezogen auf die vorliegende Erfindung soll die Bezeichnung „Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung" oder„Position der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung" so allgemein verstanden werden, dass die Ebene oder Position der physisch vorhandenen räumlichen Lichtmodulationseinrichtung in einem Direktsichtdisplay oder auch die Ebene oder Position eines für einen Betrachter sichtbaren reellen oder virtuellen Bildes der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung in einem Projektionsdisplay, einem Head Mounted Display (HMD) oder einem Hokular umfassen kann bzw. soll. Im Gegensatz dazu wird die Bezeichnung „virtuelle Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung" so verwendet, dass sie nicht mit der Ebene oder Position einer physisch vorhandenen räumlichen Lichtmodulationseinrichtung oder eines für einen Betrachter sichtbaren Bildes einer räumlichen Lichtmodulationseinrichtung übereinstimmen muss. Mit anderen Worten, unter der Bezeichnung „virtuelle Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung" soll eine physisch nicht vorhandene bzw. eine gedachte oder scheinbare Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung oder virtuell an einen vorbestimmten Ort verschobene Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung verstanden werden.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem eine Berechnung von Subhologrammen in einer virtuellen, physisch nicht vorhandenen bzw. gedachten Ebene einer räumlichen Lichtmodulationseinrichtung in Analogie zu einer Einzelparallaxe-Kodierung (single-parallax Kodierung) oder auch zu einer Vollparallaxe-Kodierung (full-parallax Kodierung) durchgeführt wird. Anschließend könnte jeweils eine Integraltransformation in einen Sichtbarkeitsbereich und von diesem aus in die reale Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung erfolgen.

Dabei werden folgende Ausführungsformen unterschieden:

· eine eindimensionale Integraltransformation im Fall einer Einzelparallaxe-Kodierung

• eine zweidimensionale Integraltransformation im Fall einer Einzelparallaxe-Kodierung

• eine zweidimensionale Integraltransformation im Fall einer Vollparallaxe-Kodierung

Die Integraltransformation ist vorzugsweise eine Fresneltransformation. Es kann aber auch, je nach Anwendung, eine Fouriertransformation verwendet werden.

Ein derartiges Berechnungsverfahren ist von besonderem Vorteil, da somit auf einfache Weise Hologramme berechnet werden können unabhängig von der Größe der einzelnen Subhologramme, die von der Lage der Objektpunkte und der Position der virtuellen Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung variieren.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Hologramm erhalten, das näherungsweise mit demjenigen Hologramm übereinstimmt, das nach dem Stand der Technik bei einer direkten Berechnung erzeugt werden würde, also ohne den erfindungsgemäß vorgeschlagenen Weg vorzugsweise über eine Kodierung in wenigstens einer virtuellen Ebene der wenigstens einen räumlichen Lichtmodulationseinrichtung und gegebenenfalls daran anschließende Transformationen in den Sichtbarkeitsbereich und von dort aus in die reale Ebene der wenigstens einen Lichtmodulationseinrichtung. Das resultierende Hologramm wird danach in die reale räumliche Lichtmodulationseinrichtung eingeschrieben bzw. kodiert.

Im Vergleich zur herkömmlichen Berechnung von computergenerierten Hologrammen nach dem Stand der Technik könnte das erfindungsgemäße Verfahren zwar für jede virtuelle Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung zwei zusätzliche Integraltransformationen erfordern. Andererseits kann für eine große Zahl von Objektpunkten die Ersparnis beim Berechnen und Aufaddieren der einzelnen Subhologramme mehr ins Gewicht fallen als die beiden zusätzlichen Integraltransformationen, die nur für das gesamte Hologramm einmalig durchgeführt werden. Im Folgenden werden verschiedene Alternativen angegeben, mit denen das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhafterweise weiterentwickelt werden kann. In einer vorteilhaften ersten Alternative kann das erfindungsgemäße Verfahren dadurch weiterentwickelt werden, dass in der wenigstens einen virtuellen Ebene der wenigstens einen räumlichen Lichtmodulationseinrichtung die Objektpunkte der zu rekonstruierenden Szene als Subhologramme berechnet werden, die berechneten Subhologramme von der wenigstens einen virtuellen Ebene der wenigstens einen räumlichen Lichtmodulationseinrichtung mittels einer Integraltransformation in den Sichtbarkeitsbereich transformiert und dort aufsummiert werden, und die aufsummierten Subhologramme mittels einer weiteren Integraltransformation vom Sichtbarkeitsbereich in die reale Ebene der wenigstens einen räumlichen Lichtmodulationseinrichtung transformiert und als Hologramm eingeschrieben werden.

In einer vorteilhaften zweiten Alternative kann das erfindungsgemäße Verfahren dadurch weiterentwickelt werden, dass in der wenigstens einen virtuellen Ebene der wenigstens einen räumlichen Lichtmodulationseinrichtung die Objektpunkte der zu rekonstruierenden Szene als Subhologramme berechnet und in der wenigstens einen virtuellen Ebene die Subhologramme aufsummiert werden, die aufsummierten Subhologramme von der wenigstens einen virtuellen Ebene der wenigstens einen räumlichen Lichtmodulationseinrichtung mittels einer Integraltransformation in den Sichtbarkeitsbereich transformiert werden, und mittels einer weiteren Integraltransformation vom Sichtbarkeitsbereich in die reale Ebene der wenigstens einen räumlichen Lichtmodulationseinrichtung transformiert und als Hologramm eingeschrieben werden.

In einer vorteilhaften weiteren Ausführungsform kann die zweite Alternative des erfindungsgemäßen Verfahren derart weiterentwickelt werden, dass bei Festlegung von wenigstens zwei virtuellen Ebenen der wenigstens einen räumlichen Lichtmodulationseinrichtung den Objektpunkten der zu rekonstruierenden Szene jeweils eine dieser virtuellen Ebenen zugeordnet wird und die Objektpunkte als Subhologramme in der ihnen zugeordneten virtuellen Ebene berechnet und in jeder virtuellen Ebene die Subhologramme der ihr zugeordneten Objektpunkte aufsummiert werden, die aufsummierten Subhologramme von den wenigstens zwei virtuellen Ebenen mittels einer Integraltransformation in den Sichtbarkeitsbereich transformiert werden, im Sichtbarkeitsbereich die Transformierten der wenigstens zwei virtuellen Ebenen aufsummiert werden, und das Gesamtergebnis der aufsummierten Transformierten mittels einer weiteren Integraltransformation vom Sichtbarkeitsbereich in die reale Ebene der wenigstens einen räumlichen Lichtmodulationseinrichtung transformiert und als Hologramm eingeschrieben wird. Es ist auch möglich, die zweite Alternative vorteilhaft derart weiterzuentwickeln, dass bei Festlegung von wenigstens zwei virtuellen Ebenen der wenigstens einen räumlichen Lichtmodulationseinrichtung den Objektpunkten der zu rekonstruierenden Szene jeweils eine dieser virtuellen Ebenen zugeordnet wird und die Objektpunkte als Subhologramme in der ihnen zugeordneten virtuellen Ebene berechnet und in jeder virtuellen Ebene die Subhologramme der ihr zugeordneten Objektpunkte aufsummiert werden, die aufsummierten Subhologramme von den wenigstens zwei virtuellen Ebenen mittels einer Integraltransformation in den Sichtbarkeitsbereich transformiert werden, für jede der wenigstens zwei virtuellen Ebenen die zugehörige Transformierte mittels einer weiteren Integraltransformation vom Sichtbarkeitsbereich in die reale Ebene der wenigstens einen räumlichen Lichtmodulationseinrichtung transformiert wird, in der realen Ebene der wenigstens einen räumlichen Lichtmodulationseinrichtung die Transformierten der wenigstens zwei virtuellen Ebenen aufsummiert werden und das Gesamtergebnis der aufsummierten Transformierten als Hologramm eingeschrieben wird.

Bei allen offenbarten Alternativen des erfindungsgemäßen Verfahrens können die Subhologramme dabei in die räumliche Lichtmodulationseinrichtung als komplexwertiges Hologramm oder in Form einer Hologrammkodierung eingeschrieben werden. Dementsprechend kann in vorteilhafter Weise vorgesehen sein, dass die Position der virtuellen Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung derart gewählt wird, dass die resultierenden Subhologramme eine geringe bzw. minimale Größe aufweisen, wie weiter hinten eingehender erläutert wird. Für eine vorbestimmte zu rekonstruierende vorzugsweise dreidimensionale Szene kann die Lage der virtuellen Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung derart gewählt werden, dass die zu berechnenden Subhologramme im Mittel in ihrer Größe kleiner werden - d.h. eine kleinere Fläche aufweisen - als für die tatsächliche Position der realen Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung. Dieser Vorteil überwiegt den Aufwand der zusätzlichen Transformationen insbesondere bei Vorliegen von mehreren virtuellen Ebenen der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung.

Neben einer Vollparallaxe-Berechnung der Subhologramme bzw. der Hologramme gibt es auch die Möglichkeit einer Einzelparallaxe-Berechnung. Hierbei wird beispielsweise das Subhologramm eines Objektpunktes nicht in Form einer zweidimensionalen sphärischen Linse (full-parallax) sondern in Form einer Zylinderlinse berechnet und kodiert. Für das in der US 7,969,633 beschriebene Verfahren bedeutet dies, dass die Zerlegung der Szene in Objektpunkte und die Aufteilung in Schnittebenen in der gleichen Weise erfolgen wie bei einer Vollparallaxe-Kodierung, aber im Unterschied zu dieser eine mögliche Transformation in eine Betrachterebene bzw. in einen Sichtbarkeitsbereich und in eine Objektebene in Form einer eindimensionalen Integraltransformation, z.B. einer eindimensionalen Fouriertransformation, erfolgen kann.

Für das Verfahren gemäß der WO 2008/025839 A1 , das Subhologramme für die Objektpunkte direkt berechnet, bedeutet dies, dass Subhologramme nur aus einer Zeile bei horizontaler Kodierung oder einer Spalte bei vertikaler Kodierung bestehen.

Die Linsenfunktion der Subhologramme wird dann so berechnet, dass nur in einer Dimension (horizontal oder vertikal) Licht zur Position des Objektpunktes fokussiert wird.

Die Einzelparallaxe-Kodierung weist den Vorteil auf, dass bei der Rekonstruktion in einer Dimension (horizontal oder vertikal) ein scharfer Fokus (Brennpunkt) des Objektpunktes in Übereinstimmung mit der Parallaxe-Information, die das Gehirn von beiden Augen eines Betrachters erhält, entsteht. Im Gegensatz zu einer stereoskopischen Anzeigevorrichtung bzw. Display entfällt demnach der Konflikt zwischen Parallaxeinformation und Fokusinformation (accommodation-vergence conflict). Die Einzelparallaxe-Kodierung weist weiterhin Vorteile gegenüber Hologrammen mit Vollparallaxe-Kodierung im Hinblick auf die Anforderungen an Rechenaufwand und Hardware, wie beispielsweise Größe und Anzahl der Modulationselemente auf einer Anzeigevorrichtung, auf.

Andererseits haben Hologramme mit einer Einzelparallaxe-Kodierung gegenüber Hologrammen mit einer Vollparallaxe-Kodierung den Nachteil, dass die sichtbare Auflösung in der Richtung senkrecht zur holographischen Kodierung reduziert sein kann, insbesondere für weit von der Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung entfernte Objektpunkte, da in dieser Richtung in der Objektebene kein scharfer Fokus vorliegt, sondern eine unter Umständen wahrnehmbare Verschmierung des Objektpunktes bei der Rekonstruktion entstehen kann. Der Tiefenbereich, in der eine zweidimensionale und/oder dreidimensionale Szene mit maximaler Auflösung sichtbar ist, kann daher eingeschränkt sein. Dieser Effekt tritt insbesondere deutlicher zutage, wenn der Abstand zwischen der Anzeigevorrichtung und einem Betrachter klein wird. Unter dem Begriff „Sichtbarkeitsbereich" soll hier vorzugsweise ein Bereich in der Betrachterebene verstanden werden, der virtuell vorhanden ist und eine Art Betrachterfenster definiert. Befinden sich Augen, also wenigstens ein Auge, eines Betrachters im Sichtbarkeitsbereich, so kann der Betrachter die rekonstruierte Szene beobachten.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird vorteilhaft eine Einzelparallaxe- Kodierung für die Berechnung der Subhologramme verwendet. Eine mögliche Integraltransformation in einen Sichtbarkeitsbereich und von diesem aus in die reale Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung wird aber als zweidimensionale Transformation ausgeführt.

In dieser Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Lage der wenigstens einen virtuellen Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung innerhalb des Tiefenbereichs der zu rekonstruierenden Szene gewählt wird, wobei der Tiefenbereich der zu rekonstruierenden Szene durch den Objektpunkt mit dem kleinsten Abstand zum Sichtbarkeitsbereich und den Objektpunkt mit dem größten Abstand zum Sichtbarkeitsbereich begrenzt wird.

Dabei wird die Lage der wenigstens einen virtuellen Ebene derart gewählt, dass die sichtbare Auflösung bei der Rekonstruktion der Szene einen vorgegebenen Wert nicht unterschreitet. Mit anderen Worten, die Lage der virtuellen Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung im Bezug zum Tiefenbereich der zu rekonstruierenden Szene wird derart eingestellt bzw. festgelegt, dass sich nur geringe, wenn überhaupt, Verschlechterungen in der sichtbaren Auflösung der Szene ergeben.

Insbesondere ist dieses Verfahren vorteilhaft einsetzbar für eine reale räumliche Lichtmodulationseinrichtung (SLM), die sich in einem kleineren Abstand zu einem Betrachter befindet und eine virtuelle Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung, die einen größeren Abstand zum Betrachter aufweist als die reale räumliche Lichtmodulationseinrichtung, da der nutzbare Tiefenbereich mit voller Auflösung für eine Einzelparallaxe-Kodierung mit dem Abstand der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung zum Betrachter zunimmt.

Beispielsweise ist die reale räumliche Lichtmodulationseinrichtung 65 cm von einem Betrachter entfernt, und die zu rekonstruierende Szene erstreckt sich zwischen 1 ,5 m und 17 m vom Betrachter. Für die virtuelle Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung wird dann beispielsweise ein Abstand von 2,5 m vom Betrachter aus gewählt. Ferner kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die zu rekonstruierende Szene in wenigstens zwei Tiefenbereichsabschnitte zerlegt wird, wobei den wenigstens zwei Tiefenbereichsabschnitten jeweils eine virtuelle Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung zugeordnet wird. Das bedeutet, dass die zu rekonstruierende Szene neben der oben erwähnten Vorgehensweise auch durch Zerlegen in mehrere Tiefenbereichsabschnitte berechnet werden kann, die jeweils einer virtuellen Ebene zugeordnet werden.

Auch die Anzahl der virtuellen Ebenen wird derart festgelegt, dass für den gesamten darzustellenden Tiefenbereich sich nur geringe, wenn überhaupt, Verschlechterungen in der sichtbaren Auflösung der rekonstruierten Szene ergeben.

Bei dieser Vorgehensweise, wenn der Tiefenbereich der zu rekonstruierenden Szene derart groß in seiner Größe ist, dass sich nicht eine einzelne geeignete virtuelle Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung finden lässt, für die eine dreidimensionale (3D) Szene ohne Verschlechterung der sichtbaren Auflösung dargestellt werden kann, ist es vorteilhaft und zweckmäßig, mehrere virtuelle Ebenen vorzusehen und zu verwenden. Dabei wird die zu rekonstruierende Szene in mehrere, also wenigstens zwei, Tiefenbereichsabschnitte zerlegt, die jeweils einer dieser virtuellen Ebenen der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung zugeordnet werden. Jeweils in Analogie zu einer Einzelparallaxe-Kodierung werden in den einzelnen Tiefenbereichsabschnitten Subhologramme für die jeweiligen virtuellen Ebenen der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung berechnet.

Dabei kann eine virtuelle Ebene der den wenigstens zwei Tiefenbereichsabschnitten zugeordneten virtuellen Ebenen der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung auch mit der realen Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung zusammenfallen.

Anschließend könnten in einer möglichen Vorgehensweise die zu den in den einzelnen Tiefenbereichsabschnitten befindlichen Objektpunkten in der dem jeweiligen Tiefenbereichsabschnitt zugeordneten virtuellen Ebene berechneten Subhologramme, jedoch nicht die Subhologramme der realen Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung, in die Betrachterebene bzw. in den Sichtbarkeitsbereich transformiert, dort aufaddiert und von der Betrachterebene bzw. dem Sichtbarkeitsbereich aus in die reale Ebene der Lichtmodulationseinrichtung transformiert werden. Alternativ könnten die Subhologramme der einzelnen Tiefenbereichsabschnitte auch vor der Transformation in den Sichtbarkeitsbereich aufsummiert werden. Das Aufsummieren der für die reale Ebene der Lichtmodulationseinrichtung berechneten Subhologramme kann dabei vorteilhafterweise entweder in dieser realen Ebene oder in der Betrachterebene bzw. in der Ebene des Sichtbarkeitsbereichs erfolgen. Mit anderen Worten, das Subhologramm aus dem Tiefenbereichsabschnitt, das direkt in der realen Ebene der Lichtmodulationseinrichtung berechnet wurde, kann wahlweise in der realen Ebene oder ebenfalls in der Betrachterebene bzw. in der Ebene des Sichtbarkeitsbereichs zu den weiteren berechneten Subhologrammen aufaddiert werden.

Als Beispiel für eine Vorgehensweise des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die reale Ebene der Lichtmodulationseinrichtung in einem Abstand von 65 cm von einem Betrachter entfernt sein, wobei eine zu rekonstruierende dreidimensionale Szene sich dabei in einem Abstand zwischen 0,5 m und 17 m vom Betrachter erstrecken soll. Die zu rekonstruierende Szene wird dabei in Objektpunkte zerlegt, wobei hier beispielsweise drei Tiefenbereichsabschnitte festgelegt werden. Ein erster Tiefenbereichsabschnitt erstreckt sich dabei in einem Abstand von 1 ,5 m bis 17 m vom Betrachter. Alle in diesem Tiefenbereichsabschnitt liegenden Objektpunkte werden einer ersten erzeugten virtuellen Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung in einem Abstand von 2,5 m zum Betrachter zugeordnet. Ein zweiter Tiefenbereichsabschnitt soll sich in einem Abstand von 0,8 m bis 1 ,5 m zum Betrachter erstrecken. Alle in diesem Tiefenbereichsabschnitt befindlichen Objektpunkte werden dabei einer zweiten erzeugten virtuellen Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung, die in einem Abstand von 1 ,0 m zum Betrachter festgelegt wird, zugeordnet. Ein dritter Tiefenbereichsabschnitt soll sich in einem Abstand von 0,5 bis 0,8 m zum Betrachter erstrecken. Alle sich in diesem Tiefenbereichsabschnitt befindlichen Objektpunkte werden hier nun der realen Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung bei einem Abstand von 0,65 m vom Betrachter zugeordnet. Es ist aber auch möglich, dass die in diesem Tiefenbereichsabschnitt befindlichen Objektpunkte einer weiteren erzeugten virtuellen Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung zugeordnet werden, zum Beispiel einer virtuellen Ebene bei 0,60 m.

Ein Pixelpitch (Pitch des Modulationselements) für die virtuellen Ebenen der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung wird vorteilhaft derart gewählt, dass sich bei der Transformation der Subhologramme in die Betrachterebene bzw. in die Ebene des Sichtbarkeitsbereichs jeweils die gleiche Größe des Sichtbarkeitsbereichs ergibt wie bei einem Pixelpitch für die reale Ebene der Lichtmodulationseinrichtung. Nach dem Strahlensatz verhält sich dann der Quotient aus Pixelpitch in der virtuellen Ebene durch Pixelpitch in der realen Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung wie der Quotient Entfernung der virtuellen Ebene durch Entfernung der realen Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung zum Sichtbarkeitsbereich/virtuellen Betrachterfenster. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die einzelnen Objektpunkte der zu rekonstruierenden Szene in Form von Subhologrammen auf der realen Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung als ein Linsenelement mit unterschiedlichen Brennweiten in horizontaler und vertikaler Richtung kodiert werden. Das heißt, die Kodierung der Subhologramme für die Objektpunkte der zu rekonstruierenden Szene auf der realen Ebene der Lichtmodulationseinrichtung entspricht dabei einer Linse mit unterschiedlichen Brennweiten in horizontaler und vertikaler Richtung. Durch die Wahl der virtuellen Ebene(n) der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung und die Berechnung der Subhologramme in Analogie zu einer eindimensionalen Einzelparallaxe- Kodierung (single-parallax Kodierung) ist ein Objektpunkt auf der realen Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung nicht als eine sphärische Linse sondern als eine Linse mit unterschiedlichen Brennweiten in horizontaler und vertikaler Richtung kodiert. In der einen Richtung liegt der Fokus (Brennpunkt) in der tatsächlichen Objektebene, in der dazu senkrechten Richtung in der Ebene der virtuellen Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung. Befindet sich ein Betrachter mit seiner Augenpupille im Sichtbarkeitsbereich, kann dieser die rekonstruierte zweidimensionale und/oder dreidimensionale Szene derart beobachten als ob diese mit einer Einzelparallaxe-Kodierung in der virtuellen Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung berechnet worden wäre.

Vorteilhafterweise ist somit der geringere Rechenaufwand durch Verwendung einer Einzelparallaxe-Kodierung (single-parallax Kodierung) auch nutzbar ohne die Einschränkungen der sichtbaren Auflösung der rekonstruierten Szene oder des Tiefenbereiches. Die optische Rekonstruktion des aus den Subhologrammen aufgebauten Hologramms erfolgt aber dabei wie bei einer Vollparallaxe-Kodierung (full-parallax Kodierung) üblich. Der Aufbau der holographischen Anzeigevorrichtung selbst unterscheidet sich also zu einer Anzeigevorrichtung mit Vollparallaxe-Kodierung nicht oder nur unwesentlich.

Die Berechnung der Subhologramme in der wenigstens einen virtuellen Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung kann vorteilhaft entweder mittels einer zweidimensionalen Vollparallaxe-Kodierung oder mittels einer eindimensionalen Einzelparallaxe-Kodierung erfolgen.

Bei Verwendung mehrerer virtueller Ebenen wäre es auch möglich, in wenigstens einer virtuellen Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung eine zweidimensionale Vollparallaxe-Kodierung und in wenigstens einer anderen virtuellen Ebene eine eindimensionale Einzelparallaxe-Kodierung zu verwenden. Bevorzugt werden dann die zweidimensionale Vollparallaxe-Kodierung in wenigstens einer virtuellen Ebene mit geringerer Entfernung zum Sichtbarkeitsbereich und die eindimensionale Einzelparallaxe- Kodierung in wenigstens einer Ebene mit größerer Entfernung zum Sichbarkeitsbereich verwendet.

Als alternative Vorgehensweise des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es auch möglich, eine herkömmliche Subhologrammberechnung mittels Vollparallaxe-Kodierung in wenigstens einer virtuellen Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung vorzunehmen. Die Ergebnisse dieser Subhologrammberechnungen werden dann in die Betrachterebene bzw. in den Sichtbarkeitsbereich transformiert und dort zu einem Gesamthologramm aufsummiert. Anschließend wird das Ergebnis des Gesamthologramms in die reale Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung transformiert.

Das Aufsummieren der für die reale Ebene der Lichtmodulationseinrichtung berechneten Subhologramme kann dabei wie auch in der zuvor beschriebenen Ausführungsform vorteilhafterweise entweder in dieser realen Ebene oder in der Betrachterebene bzw. in der Ebene des Sichtbarkeitsbereichs erfolgen.

Auch hier bei dieser Verfahrensalternative wird die zu rekonstruierende Szene in Objektpunkte zerlegt und Tiefenbereichsabschnitte festgelegt. Die Objektpunkte in einem Tiefenbereichsabschnitt werden jeweils einer virtuellen Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung zugeordnet. Für diese virtuelle Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung erfolgt dann eine Berechnung von Subhologrammen. Die Berechnung ist allerdings aufwendiger als in den bisher dargestellten Verfahrensausführungen. Das Ergebnis des Gesamthologramms entspricht dann aber ohne Einschränkungen dem einer durchgängigen Vollparallaxe-Kodierung.

In dieser Ausführungsform erfolgt die Wahl der Anzahl und Position der virtuellen Ebenen der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung nicht mehr nach dem Kriterium Einschränkungen der sichtbaren Auflösung zu vermeiden, da solche Einschränkungen nicht auftreten, sondern danach, durch Verringerung der Größe der Subhologramme den Rechenaufwand zu begrenzen.

In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es auch möglich, eine herkömmliche Subhologrammberechnung mittels Einzelparallaxe-Kodierung in wenigstens einer virtuellen Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung vorzunehmen und eine mögliche Integraltransformation ebenfalls als eindimensionale Transformation auszugestalten.

In dieser Ausführungsform erfolgt die Wahl der Anzahl und Position der virtuellen Ebenen ebenfalls nicht nach dem Kriterium Einschränkungen der sichtbaren Auflösung zu vermeiden. Es liegen die gleichen Einschränkungen vor wie bei einer herkömmlichen Berechnung von Hologrammen mit Einzelparallaxe-Kodierung. Die Wahl der Anzahl und Position der virtuellen Ebenen der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung erfolgt wiederum danach, durch Verringerung der Größe der Subhologramme den Rechenaufwand zu begrenzen. Mit anderen Worten kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Anzahl der virtuellen Ebenen der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung sowie der Abstand dieser virtuellen Ebenen der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung zum Sichtbarkeitsbereich in Abhängigkeit vom Tiefenbereich der zu rekonstruierenden Szene derart gewählt wird, dass die Größe in Form einer Anzahl von Modulationselementen der für die zu rekonstruierende Szene zu berechnenden Subhologramme einen vorgegebenen Wert nicht überschreitet.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann ferner vorgesehen sein, dass der Abstand der wenigstens einen virtuellen Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung zur zu rekonstruierenden Szene derart gewählt wird, dass die Größe in Form einer Anzahl von Modulationselementen der für die zu rekonstruierende Szene zu berechnenden Subhologramme einen vorgegebenen Wert nicht überschreitet. Der Abstand der wenigstens einen virtuellen Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung zur zu rekonstruierenden Szene wird somit zweckmäßig derart gewählt, dass die Größe der für diese virtuelle Ebene zu berechnenden Subhologramme einen vorgegebenen Zahlenwert nicht überschreitet. Mit anderen Worten, durch die Auswahl einer virtuellen Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung im Abstand nahe der zu rekonstruierenden Szene wird die Größe der zu berechnenden Subhologramme vorteilhaft klein gehalten.

Wird aus einer vorgegebenen Größe des Sichtbarkeitsbereiches/virtuellen Betrachterfensters die Größe in Form einer räumlichen Ausdehnung der Subhologramme mittels Strahlensatz ermittelt, so ergibt sich

X_Sh ^— I Xyw ( Z|_m— Zpoint) / Zpoint |■

Die Größe in Form einer Anzahl von Modulationselementen der Subhologramme N_sh ergibt sich dann mittels Dividieren der Ausdehnung durch den Pixelpitch und anschließendes Runden auf eine ganze Zahl

Um die angegebenen Gleichungen zu vereinfachen, wird dieses Runden im Folgenden nicht expilizit hingeschrieben. N_sh soll aber jeweils einen gerundeten ganzzahligen Wert darstellen. Dieser Ausdruck lässt sich (mit der oben angegeben Formel für die Ausdehnung des Sichtbarkeitsbereichs bzw. des virtuellen Betrachterfensters) mathematisch umformen zu

N_sh = (1 /Zpoint - 1 / Z|m) X™,² / λ . Für eine vorgegebene Größe des Sichtbarkeitsbereichs/virtuellen Betrachterfensters hängt also die Größe in Form einer Anzahl von Modulationselementen der Subhologramme von |1 /Zpoint - 1 zim| ab.

Der Tiefenbereich einer dreidimensionalen Szene kann charakterisiert werden durch den Abstand z_p0int_min des oder derjenigen Objektpunkte der zu rekonstruierenden Szene mit dem kleinsten Abstand zum Sichtbarkeitsbereich und Zp_0int__max des oder derjenigen Objektpunkte der zu rekonstruierenden Szene mit dem größten Abstand zum Sichtbarkeitsbereich.

Entweder die Objektpunkte mit dem kleinsten Abstand Zp_0int__min oder die Objektpunkte mit dem größten Abstand Zp_0int__max zum Sichtbarkeitsbereich haben auch die in der Ausdehnung größten Subhologramme.

Für einen vorgegebenen Tiefenbereich bei wählbarer Position - also Abstand zum Sichtbarkeitsbereich - von Z|_m__virt einer einzelnen virtuellen Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung wird in einer bevorzugten Ausführungsform, wenn die maximale Größe in Form einer Anzahl von Modulationselementen der Subhologramme begrenzten werden soll so vorgegangen, dass

1/Zpoint_min^— 1 / Z|m virt ^— 1/ Z|_{m v}j_rt- 1/Zp₀int_max■

Die virtuelle Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung wird somit innerhalb des Tiefenbereiches der dreidimensionalen Szene positioniert und zwar so, dass für die Objektpunkte mit dem kleinsten Abstand zum Sichtbarkeitsbereich die Größe des Subhologramms in Form einer Anzahl von Modulationselementen übereinstimmt mit der Größe des Subhologramms für die Objektpunkte mit dem größten Abstand zum Sichtbarkeitsbereich.

Es ist dann

Zlm virt ^— 2 / (1/Zp₀j_nt__mj_n+ 1/Zp₀int_max)■

Für einen Tiefenbereich einer dreidimensionalen Szene, die sich von 50 cm Abstand vom Sichtbarkeitsbereich bis ins Unendliche (1/z_p0int_max = 0) erstreckt, wäre beispielsweise die maximale Größe der Subhologramme in Form einer Anzahl von Modulationselementen dann am günstigsten, wenn die virtuelle Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung in 1 m (also 2 x 50 cm) Abstand vom Sichtbarkeitsbereich positioniert wäre. Erstreckt sich beispielsweise die dreidimensionale Szene aber stattdessen von 1 ,5 m bis 17 m Abstand vom Sichtbarkeitsbereich, so würde die virtuelle Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinnchtung bei ungefähr 2,76 m positioniert, also in 2 x 1/(1/1 ,5 + 1/17) m. In dem Beispiel mit dem Tiefenbereich 0,5 m bis unendlich und mit dem Beispiel für die blaue Wellenlänge von 475 nm und der Größe des Sichtbarkeitsbereiches von 10,5 mm wäre der Pixelpitch der virtuellen Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinnchtung dann bei ca. 45 μηη.

Ein Subhologramm eines Objektpunktes im Abstand von 50 cm von dem Sichtbarkeitsbereich wie auch ein Subhologramm eines Objektpunktes im Unendlichen hätten dann in dem Beispiel jeweils eine Größe in Form einer Anzahl von 234

Modulationselementen in einer Dimension (beispielsweise horizontal).

Bei einer Vollparallaxe-Kodierung und im Fall von rechteckig/quadratisch ausgebildeten

Modulationselementen wären das dann insgesamt 234x234 Modulationselemente.

Die Größe in Form einer Anzahl von Modulationselementen der für die zu rekonstruierende

Szene zu berechnenden Subhologramme würde somit in dem gesamten Tiefenbereich in diesem Fall den Wert von 234 nicht überschreiten.

Bei der Verwendung von zwei virtuellen Ebenen der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung wird in einer bevorzugten Ausführungsform wie folgt vorgegangen:

Der Tiefenbereich der dreidimensionalen Szene wird in zwei Unterbereiche bzw. Tiefenbereichsabschnitte unterteilt. Die Größe z_Poi_nt_med soll die Grenze zwischen beiden Bereichen bzw. Abschnitten darstellen.

Für alle Objektpunkte zwischen z_p0int_min und z_p0int_med werden die Subhologramme in einer ersten virtuellen Ebene Z|_m__virti berechnet, für alle Punkte zwischen z_p0int_med und

z ₀int_max werden die Subhologramme in einer zweiten virtuellen Ebene Zi_m__Virt2 berechnet. Die Grenze zwischen den Tiefenbereichsabschnitten z_p0i_nt_med wird derart bestimmt, dass ein Subhologramm von einem Objektpunkt in diesem Abstand vom Sichtbarkeitsbereich die gleiche Größe in Form einer Anzahl von Modulationselementen in beiden virtuellen Ebenen der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung aufweist, und dass außerdem ein Subhologramm von z_point__min in der ersten virtuellen Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung und ein Subhologramm von z_p0i_nt_max in der zweiten virtuellen Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung ebenfalls die gleiche Größe in Form einer Anzahl von Modulationselementen haben wie ein Subhologramm von z_p0i_nt_med in beiden virtuellen Ebenen:

1/Z_point_min^— 1 / Z|_m virtl ^— 1/ Z|_{m v}j_rti - 1/Z_point_med^— 1/Z_point_med^— 1 / Z|_{m v}j_rt2

^— 1/ Z|_{m v}j_rt2- 1/Z_point_max ■ In dem Beispiel mit einem Tiefenbereich zwischen 0,5 m und unendlich und einem Sichtbarkeitsbereich bzw. Betrachterfenster von 10,5 mm Größe ergibt sich, dass eine erste virtuelle Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung mit einem Pixelpitch von 30 μηη bei Z|_{m V}irti = 0,67 m und eine zweite virtuelle Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung mit einem Pixelpitch von 90 μηη bei Z|_m__virt2 = 2,0 m liegt. Für z_Point_med ergibt sich dann 1 ,0 m.

Für alle Objektpunkte zwischen 0,5 m und 1 ,0 m Abstand vom Sichtbarkeitsbereich werden demnach Subhologramme in der ersten virtuellen Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung berechnet. Für alle Objektpunkte zwischen 1 ,0 m und Unendlich werden Subhologramme in der zweiten virtuellen Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung berechnet. Ein Subhologramm eines Objektpunktes bei 0,5 m Abstand vom Sichtbarkeitsbereich hat in der ersten virtuellen Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung eine Größe in Form einer Anzahl von 1 17 Modulationselementen in einer Dimension. Ebenso hat ein Subhologramm eines Objektpunktes bei 1 m Abstand vom Sichtbarkeitsbereich in beiden virtuellen Ebenen der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung diese Größe in Form einer Anzahl von 1 17 Modulationselementen in einer Dimension und ein Subhologramm eines Objektpunktes im Unendlichen in der zweiten virtuellen Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung diese Größe in Form einer Anzahl von 1 17 Modulationselementen.

Im Vergleich zur Verwendung einer einzelnen virtuellen Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung kann somit die maximale Anzahl von Modulationselementen in einem Subhologramm in einer Dimension halbiert werden, in diesem Beispiel von 234 auf 1 17.

Eine der virtuellen Ebenen der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung kann auch mit einer realen Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung zusammenfallen.

Beispielweise könnte für einen Computermonitor, dessen Betrachterabstände typischerweise im Bereich von 60-70 cm liegen, eine erste virtuelle Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung bei 67 cm mit der realen Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung zusammenfallen. Dann ist nur für eine zweite virtuelle Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung bei 2 m eine Integraltransformation nötig.

Umgekehrt könnte für einen Fernseher eine zweite virtuelle Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung bei 2 m mit der realen Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung zusammenfallen. Alternativ könnte auch so vorgegangen werden, dass eine maximale Größe in Form einer Anzahl von Modulationselementen festgelegt wird und daraus die Anzahl der virtuellen Ebenen der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung bestimmt wird, die nötig sind, um diese Größe zu erreichen.

In dem obigen Beispiel ergibt sich, dass ein vorgegebener Wert von maximal 100 Modulationselementen mit 1 oder 2 virtuellen Ebenen der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung noch überschritten wird, so dass eine dritte virtuelle Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung benötigt wird. In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Erfindung kann vorteilhaft die Anzahl der virtuellen Ebenen der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung auf einen vorgebbaren Wert beschränkt sein, um den Aufwand für mögliche zusätzliche Transformationen möglichst gering zu halten.

In der oben beschriebenen Vorgehensweise würde sich dann beispielsweise bei der gleichen dreidimensionalen Szene mit einem bestimmten Tiefenbereich die maximale Anzahl von Modulationselementen eines Subhologramms bei zwei virtuellen Ebenen der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung im Vergleich zu einer einzelnen virtuellen Ebene halbieren, bei drei virtuellen Ebenen der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung im Vergleich zu einer virtuellen Ebene verdritteln und bei vier virtuellen Ebenen der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung im Vergleich zu einer virtuellen Ebene vervierteln. Die Verbesserung, die mit zusätzlichen virtuellen Ebenen erzielt wird, nimmt somit immer weiter ab. Die weitere Verbesserung von einem Viertel auf ein Fünftel bei Verwendung einer fünften virtuellen Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung ist dann zum Beispiel vergleichsweise gering.

Für jede weitere virtuelle Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung erhöht sich aber die Zahl der Integraltransformationen um die Zahl 2. Die Anzahl der virtuellen Ebenen der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung würde im Normalfall auf wenige, zum Beispiel 2 oder 4, begrenzt. Die vorliegende Erfindung ist aber nicht auf eine bestimmte maximale Zahl von virtuellen Ebenen der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung beschränkt.

Da der Aufwand für die Berechnung von Subhologrammen außerdem mit der Anzahl der Objektpunkte, in die eine vorzugsweise dreidimensionale Szene zerlegt wird, ansteigt, der Aufwand für eine Integraltransformation aber unabhängig von der Anzahl der Objektpunkte ist, kann die Festlegung der Zahl der virtuellen Ebenen der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung auch in Abhängigkeit von der Objektpunktzahl so erfolgen, dass für eine dreidimensionale Szene mit sehr vielen Objektpunkten mehr virtuelle Ebenen der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung verwendet werden und für eine dreidimensionale Szene mit wenigen Objektpunkten auch weniger virtuelle Ebenen der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung.

In einer anderen bzw. alternativen Ausgestaltung der Erfindung wird nicht die maximale Größe der Subhologramme in Form einer Anzahl von Modulationselementen eingeschränkt, sondern stattdessen die mittlere Größe der Subhologramme in Form einer Anzahl von Modulationselementen minimiert. Das heißt, der Abstand der wenigstens einen virtuellen Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung zum Sichtbarkeitsbereich kann in Abhängigkeit von der Position aller Objektpunkte der zu rekonstruierenden Szene derart gewählt werden, dass die mittlere, vorzugsweise über alle Objektpunkte gemittelte, Größe in Form einer Anzahl von Modulationselementen der für die zu rekonstruierende Szene zu berechnenden Subhologramme ein Minimum einnimmt.

Wie bereits erwähnt, ist für einen einzelnen Objektpunkt die Größe der Subhologramme in Form einer Anzahl von Modulationselementen in einer Dimension (horizontal oder vertikal) proportional zu dem Betrag 11 /z_p0int— / zim virtl ■

Im Fall einer Einzelparallaxe-Kodierung (single-parallax Kodierung) ist die Gesamtzahl von Modulationselementen in einem Subhologramm proportional zu diesem Betrag.

Im Fall einer Vollparallaxe-Kodierung (full-parallax Kodierung) ergibt sich die Gesamtzahl der Modulationselemente in einem Subhologramm durch Multiplikation der vertikalen und horizontalen Modulationselemente und ist daher proportional zu (1/z_p0int— / zi_{m virt}) ².

Für eine dreidimensionale Szene, die in N Objektpunkte zerlegt wird, wird in diesem Ausführungsbeispiel die Position einer virtuellen Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung bestimmt, indem die Summe entweder des Ausdrucks

11 Zpoint i - 1 / zim virtl bei einer Einzelparallaxe-Kodierung oder von (1/z_p0int ι - / Z|_{m virt}) ² bei einer Vollparallaxe-Kodierung über alle Punkte z_p0int i minimiert wird, also in diesem Fall auf Null gesetzt wird Σ i=1..N |1/z_point i - 1 / Z|_{m virt}| = 0 .

Daraus ergibt sich £ i=1 --N |1/ζ_ρ0ι_ηΜ = N / z_{im virt} . Eine Minimierung wird in beiden Fällen durchgeführt, indem die Ableitung der jeweiligen Summe nach z_{]m virt} gebildet und gleich 0 gesetzt wird. Für die Vollparallaxe-Kodierung wird berechnet £ i= 1 - - N (1/z_point i - 1 / Z|_{m virt}) ² = Min. Daraus ergibt sich £ i= - - N 11 /z_p0int = N / z_{]m virt}. In einem Beispiel für eine zu rekonstruierende Szene, die nur aus drei Objektpunkten besteht und in Abständen zum Sichtbarkeitsbereich von z_p0int 1 = 0,5 m , z_p0int 2 = 0,66 m und z_p0int 3 = 2,0 m liegt, würde sich (2 + 1 ,5 + 0,5) / Meter = 3 / Z|_{m virt} ergeben und daraus der Abstand der virtuellen Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung zum Sichtbarkeitsbereich von Z|_{m virt} = 0,75 m.

Für die Einzelparallaxe-Kodierung wird berechnet £ i=1 ..N 11 /z_p0int i— 1 zim virtl = Min. Das Minimum wird errreicht, wenn Z|_{m virt} so gewählt wird, dass die Hälfte der Objektpunkte vom Sichtbarkeitsbereich aus gesehen vor der virtuellen Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung und die andere Hälfte der Objektpunkte dahinter liegt. Bei dem Beispiel mit den 3 Objektpunkten würde für eine Einzelparallaxe-Kodierung die Lage der virtuellen Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung derart gewählt, dass sie mit dem mittleren Punkt z_p0int 2 = 0,66 m zusammenfällt.

Im Fall einer geraden Zahl von Objektpunkten, zum Beispiel mit 4 Objektpunkten und z_p0int 4 = 0,95 m zusätzlich zu den oben genannten Objektpunkten, würde die virtuelle Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung, derart gewählt, dass sie beliebig im Bereich zwischen 0.66 m und 0.95 m liegt, so dass z_point ^ und z_p0i_{nt 2} vor der virtuellen Ebene liegen und z_p0i_{nt 3} und z_point 4 dahinter.

Das Beispiel mit 3 oder 4 Objektpunkten soll in diesem Fall nur veranschaulichen, wie dieser Abstand gewählt wird. Im praktischen Fall würde dieses Verfahren wohl eher auf dreidimensionale Szenen mit sehr vielen Objektpunkten - einige 1000 bis zu vielen Millionen - angewandt.

Diese Art der Minimierung der mittleren Größe der Subhologramme in Form einer Anzahl von Modulationselementen erfordert einen zusätzlichen Rechenschritt, bei dem die Position aller Objektpunkte der dreidimensionalen Szene berücksichtigt werden muss.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird daher nur der Tiefenbereich in Form des minimalen Abstands z_p0int_min und des maximalen Abstands z_p0i_nt_max verwendet und das Integral von z_point_min bis z_point_max über |1/z_point - 1 / z,_{m virt} | dz_point im Fall einer Einzelparallaxe- Kodierung minimiert, oder das Integral von z_point_min bis z_point_max über (1/z_point - 1 / z,_{m virt})² dz_Point im Fall einer Vollparallaxe-Kodierung minimiert.

Der Rechenaufwand für die Transformation entspricht dem in dem gemäß der US 7,969,633 beschriebenen Verfahren, wenn dieses auf eine zu rekonstruierende vorzugsweise dreidimensionale Szene mit wenigen Tiefenebenen angewendet wird. Es kann aber vorteilhaft trotzdem ein großer Tiefenbereich mit beliebig feiner Tiefenauflösung verwendet werden.

Zwar werden bei der Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens mit mehreren virtuellen Ebenen der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung bevorzugt virtuelle Ebenen der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung verwendet, die in einem größeren Abstand von einem Betrachter entfernt angeordnet sind als die reale Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung. Allgemein gesehen können aber bei dieser Variante bzw. Alternative und insbesondere auch bei der Variante/Alternative mit einer Vollparallaxe- Kodierung in den virtuellen Ebenen der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung diese virtuellen Ebenen im Abstand auch näher am Betrachter liegen als die reale Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Lage der wenigstens einen virtuellen Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung bei einer zeitlichen Änderung des Tiefenbereichs der zu rekonstruierenden Szene dem neuen Tiefenbereich angepasst wird.

Beispielsweise können zeitlich nacheinander auf der holographischen Anzeigevorrichtung angezeigte Inhalte (etwa nach Art einer Filmsequenz) zwischen einer vorzugsweise dreidimensionalen Szene mit Objektpunkten nah beim Sichtbarkeitsbereich und zeitlich darauf folgend einer vorzugsweise dreidimensionalen Szene mit Objektpunkten weit weg vom Sichtbarkeitsbereich bzw. einem virtuellen Betrachterfenster wechseln.

Für jedes Einzelbild würde dann der Tiefenbereich der zu rekonstruierenden Szene bestimmt, beispielsweise die Objektpunkte z_p0int_min mit der minimalen und z_p0int_max mit der maximalen Entfernung zum Sichtbarkeitsbereich und daraus die Position(en) der wenigstens einen virtuellen Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung berechnet. Ferner kann vorteilhaft in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass bei Nachführung des Sichtbarkeitsbereiches in axialer und/oder dazu lateraler Richtung entsprechend einer detektierten Position eines Betrachters der rekonstruierten Szene die Anzahl und Lage der wenigstens einen virtuellen Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung der neuen Position des Sichtbarkeitsbereiches angepasst wird.

Es kann vorgesehen sein, dass der mittels einer Vorrichtung zur Erfassung der Betrachterposition detektierte Abstand eines Betrachters zur realen Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung, auf den der Sichtbarkeitsbereich nachgeführt wird, zur Bestimmung der Anzahl/und/oder Position der wenigstens einen virtuellen Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung verwendet wird.

Alternativ kann auch ein mittlerer oder typischer (hängt von der Anwendung ab, beispielsweise Notebook oder Fernseher) Abstand eines Betrachters zur realen Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung verwendet werden. Vorteilhafterweise kann für die virtuelle Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung eine Position im Frustrum gewählt werden, die derart innerhalb der zu rekonstruierenden Szene liegt, dass von einem Betrachter in einer Betrachterebene aus gesehen eine Anzahl der Objektpunkte vor und eine Anzahl der Objektpunkte hinter der virtuellen Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung liegt, wobei die dem Betrachter am nächsten liegenden Objektpunkte nicht mehr als den halben virtuellen Betrachterabstand vor der virtuellen Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung liegen sollten. Das Verfahren ist aber nicht auf eine bestimmte Festlegung der Position der virtuellen Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung beschränkt.

Ferner kann vorteilhaft vorgesehen sein, insbesondere für die Ausführung der Erfindung mit einer Einzelparallaxe-Kodierung und einer zweidimensionalen Integraltransformation, dass die Abweichung des berechneten Hologramms der zu rekonstruierenden Szene mittels der wenigstens einen virtuellen Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung von einem direkt in der realen Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung berechneten Hologramm für die gleiche Szene ein definiertes Kriterium nicht überschreitet. Beispielsweise kann dieses Kriterium darin bestehen, dass die sichtbare Auflösung der so berechneten dreidimensionalen Szene maximal um 20 % schlechter ist als die Auflösung eines direkt in der realen Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung berechneten Hologramms der gleichen Szene.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass bei Verwendung einer Anzeigevorrichtung zur Darstellung von zweidimensionalen und/oder dreidimensionalen Szenen, bei der eine Bildebene der wenigstens einen räumlichen Lichtmodulationseinrichtung erzeugt wird, die als reale Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung wirkt, beispielsweise eines Head-Mounted-Display oder Hokular, in Abhängigkeit vom Inhalt einer zu rekonstruierenden Szene wenigstens eine virtuelle Ebene der wenigstens einen räumlichen Lichtmodulationseinrichtung nach einer der oben beschriebenen erfindungsgemäßen Möglichkeiten festgelegt wird, beispielsweise so, dass die maximale oder die mittlere Größe der Subhologramme minimiert wird, die Bildebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung derart verschoben wird, dass diese mit der virtuellen Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung zusammenfällt, die Objektpunkte der zu rekonstruierenden Szene als Subhologramme berechnet und aufsummiert werden und als Hologramm eingeschrieben werden.

Zur Darstellung von zwei- und/oder dreidimensionalen Szenen könnte auch ein Head- Mounted-Display oder Hokular eingesetzt werden. Das Head-Mounted-Display oder Hokular weist ein Abbildungssystem bzw. ein Fokussiersystem derart auf, dass vom Sichtbarkeitsbereich aus ein vergrößertes Bild der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung sichtbar ist. Das Abbildungssystem bzw. Fokussiersystem kann dabei so ausgestaltet sein, dass die Lage der Bildebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung variierbar ist. Das Abbildungssystem bzw. Fokussiersystem kann beispielsweise wenigstens ein Element aufweisen, dessen Brennweite variabel ausgestaltet ist, d.h. steuerbar variiert werden kann. Auf diese Weise ist es möglich, eine Bildebene der wenigstens einen räumlichen Lichtmodulationseinrichtung zu verschieben. Das bedeutet, dass in Abhängigkeit vom Inhalt einer darzustellen Szene wenigstens eine virtuelle Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung bestimmt bzw. festgelegt wird, die derart bestimmt wird, dass die Subhologramme der Objektpunkte der Szene möglichst in ihrer Fläche klein ausgestaltet sind und somit deren Berechnung vom Aufwand her gesehen günstig ist. Das Bild/Bildebene der räumlichen Lichtmodulationseinnchtung, das/die bei einer Anzeigevorrichtung, die als Direktsicht-Display ausgebildet ist, der realen Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung entspricht, kann daraufhin derart verschoben werden, das diese(s) mit der virtuellen Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung zusammenfällt bzw. übereinstimmt. In diesem Fall würde bei Vorhandensein von nur einer virtuellen Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung die Integraltransformation komplett eingespart werden können.

Alternativ könnte die Bildebene der wenigstens einen räumlichen Lichtmodulationseinrichtung auch verschoben werden, indem die reale Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung geringfügig verändert wird. Möglich wäre natürlich auch das Vorsehen von mehreren virtuellen Ebenen der räumlichen Lichtmodulationseinnchtung, bei denen das Bild der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung derart verschoben wird, dass es mit einer dieser virtuellen Ebenen zusammenfällt. Das Bild der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung könnte auch so verschoben werden, dass es zeitlich nacheinander mit jeweils einer anderen der virtuellen Ebenen zusammenfällt. Mittels des Abbildungssystems variabler Brennweite, das beispielsweise als diffraktives oder refraktives System ausgebildet sein kann und somit beispielsweise wenigstens eine Linse oder auch wenigstens einen Spiegel aufweisen könnte, beispielsweise eine Electrowetting- Linse, deren Brennweite durch Einstellen einer elektrischen Spannung variierbar ist, oder einen Membranspiegel, dessen Krümmungsradius variierbar ist, oder auch ein System aus mehreren Linsen, bei dem durch Änderung des Abstands der Linsen die Brennweite des Systems geändert wird, wird somit ein Bild der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung derart verschoben, dass für eine zwei- und/oder dreidimensionale Szene mit vorgegebenem Tiefenbereich (somit inhaltsabhängig) die Subhologrammgröße günstig in Bezug auf den Rechenaufwand eingestellt werden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist anwendbar mittels einer Lichtmodulationseinrichtung, insbesondere in einer Anzeigevorrichtung, bevorzugt in einer holographischen Anzeigevorrichtung zur Darstellung von zweidimensionalen und/oder dreidimensionalen Szenen, aufweisend eine räumliche Lichtmodulationseinrichtung, wobei die Lichtmodulationseinrichtung geeignet ist, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen. Im nachfolgenden wird die Erfindung anhand von mittels der Figuren näher beschriebener Ausführungsbeispiele prinzipmäßig erläutert. Dabei wird das Prinzip der Erfindung anhand einer holographischen Rekonstruktion mit kohärentem Licht beschrieben. Die Figuren zeigen:

Fig. 1 a, 1 b, 1 c: verschiedene mögliche Ausgestaltungen einer Anzeigevorrichtung zur holographischen Rekonstruktion von zweidimensionalen und/oder dreidimensionalen Szenen nach dem Stand der Technik,

Fig. 2: eine schematisch dargestellte zu rekonstruierende Szene in einem Frustrum in einem definierten Abstand zu einem Betrachter und zu einer räumlichen

Lichtmodulationseinrichtung,

Fig. 3: eine schematisch dargestellte zu rekonstruierende Szene gemäß Fig. 1 bei

Verwendung von einer in der Größe kleineren räumlichen Lichtmodulationseinrichtung,

Fig. 4: schematisch die Ausdehnung von Subhologrammen einer vorzugsweise dreidimensionalen Szene in Analogie zu einer Einzelparallaxe-Kodierung in einer realen Ebene und einer virtuellen Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung,

Fig. 5: schematisch die Ausdehnung von Subhologrammen einer vorzugsweise dreidimensionalen Szene mit einem ausgedehnten Tiefenbereich in einer realen Ebene und in zwei virtuellen Ebenen der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung,

Fig. 6: eine graphische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für die Ausdehnung von Subhologrammen für verschiedene Abstände der Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung von einem Sichtbarkeitsbereich, Fig. 7: eine schematisch dargestellte als Head-Mounted-Display ausgebildete Anzeigevorrichtung, und

Fig. 8: die Anzeigevorrichtung nach Figur 6, bei der die Bildebene der räumlichen

Lichtmodulationseinrichtung verschoben ist.

Es soll kurz erwähnt werden, dass gleiche Elemente/Bauteile/Komponenten auch die gleichen Bezugszeichen in den Figuren aufweisen.

In Fig. 1 a ist schematisch und beispielhaft eine Anzeigevorrichtung zur holographischen Rekonstruktion von zweidimensionalen und/oder dreidimensionalen Szenen nach dem Stand der Technik dargestellt.

Die Anzeigevorrichtung weist in diesem Beispiel eine Lichtquelle LQ, eine Feldlinse FL und eine räumliche Lichtmodulationseinrichtung 1 auf. Die Lichtquelle LQ und die Feldlinse FL sind dabei derart angeordnet, dass, sofern in der räumlichen Lichtmodulationseinnchtung 1 kein Hologramm eingeschrieben ist, das von der Lichtquelle LQ ausgehende Licht mittels der Feldlinse FL in eine Betrachterebene 2 in einem Abstand Z\_m von der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung 1 fokussiert wird. Wird in geeigneter Weise eine zu rekonstruierende Szene (hier nicht dargestellt) in Objektpunkte zerlegt und werden die Objektpunkte als Subhologramme in die räumliche Lichtmodulationseinrichtung 1 der Anzeigevorrichtung kodiert, so wird damit in diesem Abstand Z _m von der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung 1 ein Sichtbarkeitsbereich 3 bzw. ein virtuelles Betrachterfenster erzeugt.

In der dargestellten Anzeigevorrichtung ist der Abstand der Feldlinse FL von der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung 1 klein, das heißt wesentlich kleiner als der Abstand Z|_m von der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung 1 zum Sichtbarkeitsbereich 3.

In Fig. 1 a ist eine Feldlinse mit fester Brennweite gezeigt. Insbesondere kann im allgemeinen Fall die Feldlinse auch mit variabler Brennweite ausgestaltet sein oder die Anzeigevorrichtung zusätzlich zur Feldlinse variable Fokussierelemente aufweisen, mit denen der Abstand Z|_m an eine veränderte Position eines Betrachters dynamisch angepasst werden kann. Die Anzeigevorrichtung kann weiterhin Ablenkelemente aufweisen, die den Sichtbarkeitsbereich 3 einer lateral veränderten Position eines Betrachters nachführen.

Die in Fig. 1 a dargestellte Anzeigevorrichtung wird auch als holographisches Direktsichtdisplay bezeichnet. Fig. 1 b zeigt im Vergleich zur Fig. 1 a eine Anzeigevorrichtung ebenfalls nach dem Stand der Technik, die jedoch als holographisches Projektionsdisplay bezeichnet wird.

In Fig. 1 b sind mehrere optische Elemente L, hier als Linsen dargestellt, derart in der Anzeigevorrichtung angeordnet, dass zunächst ein, in der Regel vergrößertes reelles Bild rB einer räumlichen Lichtmodulationseinrichtung 1 erzeugt wird.

Mit einer Feldlinse FL, die sehr nah bei dem reellen Bild rB der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung 1 angeordnet ist, wird außerdem Licht einer Lichtquelle LQ in eine Betrachterebene 2 fokussiert.

Die Zerlegung einer zu rekonstruierenden Szene in Objektpunkte und das Kodieren der Objektpunkte als Subhologramme in die räumliche Lichtmodulationseinrichtung 1 der Anzeigevorrichtung kann dann derart erfolgen, als ob sich am Ort des reellen Bildes rB der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung 1 tatsächlich eine dinglich vorhandene räumliche Lichtmodulationseinrichtung befinden würde. In der Fig. 1 c ist eine Anzeigevorrichtung dargestellt, bei der ebenfalls eine Feldlinse FL Licht einer Lichtquelle LQ in eine Betrachterebene 2 fokussiert.

Eine räumliche Lichtmodulationseinrichtung 1 befindet sich in diesem Ausführungsbeispiel einer Anzeigevorrichtung an einer Position derart, dass der Abstand zwischen der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung 1 und der Feldlinse FL ähnlich groß ist, wie der Abstand zwischen der Feldlinse FL und der Betrachterebene 2.

Der Abstand zwischen der Feldlinse FL und der Betrachterebene 2 entspricht beispielsweise der Brennweite der Feldlinse FL. Der Abstand zwischen der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung 1 und der Feldlinse FL ist ungefähr genauso groß aber kleiner als die Brennweite der Feldlinse.

In diesem Fall entsteht ein in der Regel vergrößertes virtuelles Bild vB der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung 1 .

Die Zerlegung einer zu rekonstruierenden Szene in Objektpunkte und das Kodieren der Objektpunkte als Subhologramme in die räumliche Lichtmodulationseinrichtung 1 der Anzeigevorrichtung kann dann wiederum so erfolgen, als ob sich am Ort des virtuellen Bildes vB der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung 1 tatsächlich eine dinglich vorhandene räumliche Lichtmodulationseinrichtung 1 befinden würde.

Eine derartige Anzeigevorrichtung kann beispielsweise als Head-Mounted Display ausgebildet sein, bei dem sich eine Feldlinse kleiner Brennweite und eine in der Größe kleine räumliche Lichtmodulationseinrichtung nah am Auge eines Betrachters befinden - beispielsweise in Form einer Brille getragen werden oder auch als Hokular. Der in der Beschreibung der Erfindung verwendete Ausdruck: reale Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung soll so allgemein gefasst sein, dass er auch Bildebenen einer räumlichen Lichtmodulationseinrichtung in einer Anzeigevorrichtung umfasst, wie zum Beispiel anhand der Figuren 1 b und 1 c erläutert.

In Figur 2 ist schematisch eine räumliche Lichtmodulationseinrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die räumliche Lichtmodulationseinrichtung 1 ist in einer holographischen Anzeigevorrichtung vorgesehen, wobei der Aufbau der holographischen Anzeigevorrichtung für die Darlegung des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht wesentlich ist. Üblicherweise weist die holographische Anzeigevorrichtung, wie anhand der vorangegangenen Figuren 1 a bis 1 c erläutert, wenigstens eine räumliche Lichtmodulationseinrichtung in Verbindung mit einer Beleuchtungseinrichtung (backlight) und weiteren Komponenten, wie beispielsweise eine Feldlinse, Ablenkelementen usw., auf. Zur Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es ausreichend, nur die wenigstens eine räumliche Lichtmodulationseinrichtung 1 in Verbindung mit einer Betrachterebene eingehender zu beschreiben und in den Figuren 2 bis 5 darzustellen.

Auf die Beschreibung von weiteren, in der Anzeigevorrichtung vorgesehenen Einrichtungen bzw. Elementen wird daher verzichtet, außer es wird entsprechend darauf hingewiesen. Die räumliche Lichtmodulationseinrichtung 1 , auch als SLM (spatial light modulator) bezeichnet, gemäß den Figuren 2 bis 6 kann als Amplituden + Phasen - Lichtmodulationseinrichtung ausgeführt sein, wobei selbstverständlich auch andere Ausführungen der Lichtmodulationseinrichtung möglich sind. Die Ausführung der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung 1 ist jedoch hier von untergeordneter Bedeutung und spielt für die Beschreibung des Verfahrens keine wesentliche Rolle

Wird allerdings ein komplexer Wert eines Hologramms nicht in einem einzelnen Modulationselement (Pixel) einer Amplituden + Phasen - Lichtmodulationseinrichtung eingeschrieben, sondern stattdessen mit Hilfe mehrerer Modulationselemente (Pixel) einer nur Phase oder nur Amplitude modulierenden Lichtmodulationseinrichtung, so sind die zuvor aufgeführten Begriffe Pixelpitch und Anzahl von Modulationselementen (Pixel) so zu verstehen, dass ein Modulationselement und ein Pixelpitch jeweils für mehrere Modulationselemente (Pixel) einer derartigen Lichtmodulationseinrichtung steht, in die insgesamt ein komplexer Wert eingeschrieben wird. Die räumliche Lichtmodulationseinnchtung 1 , kann als Amplituden + Phasen - Lichtmodulationseinrichtung in Form einer Sandwichanordnung ausgeführt sein. Die Amplituden-Lichtmodulationseinrichtung weist dann zum Beispiel einen kleinen Abstand (typischerweise < 2 mm) von der Phasen-Lichtmodulationseinrichtung auf.

In diesem Fall wird der Begriff „reale Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung" bevorzugt derart verwendet, dass eine mittlere Ebene in der Sandwichanordnung gewählt wird.

Wie aus Figur 2 ersichtlich und aus den beschriebenen Dokumenten US 7,969,633, WO 2008/025839 A1 und WO 2006/1 19760 A2 der Anmelderin erkenntlich, wird in einer Betrachterebene 2 ein Sichtbarkeitsbereich 3 erzeugt, durch welchen ein Betrachter eine rekonstruierte zweidimensionale und/oder dreidimensionale Szene beobachten kann, sofern der Betrachter sich in der Betrachterebene 2 befindet und wenigstens ein Auge 5 näherungsweise mit dem Ort des Sichtbarkeitsbereichs 3 zusammenfällt. Der Sichtbarkeitsbereich 3 kann dabei als virtuelles Betrachterfenster ausgebildet sein. Aus Darstellungsgründen wurde in den Figuren 2 und 3 das Auge 5 des Betrachters hinter dem Sichtbarkeitsbereich 3 gezeigt. Eine zu rekonstruierende Szene 4, hier nur schematisch gestrichelt und durch zwei Objektpunkte P1 und P2 dargestellt, soll in einem Frustrum 6 (pyramidenstumpfförmiger Kegel, der sich vom Sichtbarkeitsbereich 3 zur räumlichen Lichtmodulationseinrichtung 1 und darüber hinaus erstreckt) dargestellt werden. Die zu rekonstruierende Szene 4 weist dabei eine definierte Lage und einen definierten Abstand zu einem Betrachter auf.

Die in Figur 2 dargestellte räumliche Lichtmodulationseinrichtung 1 ist in ihrer Größe bzw. Ausdehnung leicht größer und weist einen größeren Abstand vom Sichtbarkeitsbereich 3 auf als in Fig. 3. Durch Bilden von Strahlen, ausgehend von den Rändern des Sichtbarkeitsbereichs 3 durch einen zu rekonstruierenden Objektpunkt, beispielsweise P2, hin zur Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung 1 kann ein Bereich, bezugnehmend auf P2 ein Bereich S2, auf der Lichtmodulationseinrichtung 1 erzeugt werden, der als Subhologramm bezeichnet wird. In diesem Subhologramm ist der entsprechende Objektpunkt definiert, so dass für diesen Objektpunkt nur ein definierter Bereich S2 berechnet werden muss, der dann in die räumliche Lichtmodulationseinrichtung 1 kodiert wird. Gleiches gilt für den Objektpunkt P1 , der durch einen als Subhologramm bezeichneten Bereich S1 auf der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung 1 definiert ist.

Hierbei entstehen gemäß Fig. 2 absolut gesehen kleine Subhologramme S1 und S2 auf der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung. Aufgrund des vergleichsweise großen Pixelpitch der in diesem Ausführungsbeispiel vorlegenden räumlichen Lichtmodulationseinrichtung 1 erstrecken sich diese Subhologramme nur über wenige Modulationselemente 7, auch als Pixel bezeichnet (wie bereits oben erläutert), der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung 1. Dies ist besonders vorteilhaft hinsichtlich des Rechenaufwandes zur Berechnung von Subhologrammen und zur komplexwertigen Addition der Subhologramme im Sichtbarkeitsbereich, wie nachfolgend noch erläutert wird. In Figur 3 ist eine in der Ausdehnung kleinere räumliche Lichtmodulationseinrichtung 10 dargestellt, die in ihrer Größe kleinere Modulationselemente 70 aufweist, wobei die räumliche Lichtmodulationseinrichtung 10 hinsichtlich des Abstandes näher am Sichtbarkeitsbereich 3 angeordnet ist. Für die gleichen Objektpunkte P1 und P2 der zu rekonstruierenden Szene 4 werden in diesem Ausführungsbeispiel bezüglich der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung 10 entstehende Subhologramme S10 und S20 absolut gesehen größer. Da die räumliche Lichtmodulationseinrichtung 10 hier zudem kleinere Modulationselemente 70 (Pixel) und somit einen kleineren Pixelpitch aufweist als die räumliche Lichtmodulationseinrichtung 10 gemäß Fig. 1 , erstrecken sich die Subhologramme S10 und S20 hier über eine deutlich größere Anzahl an Modulationselementen 70. Der Aufwand für die Berechnung des Gesamthologramms aus der zu rekonstruierenden Szene 4 wäre daher in diesem Fall größer.

Das erfindungsgemäße Verfahren führt bei der Berechnung von Subhologrammen eine virtuelle Ebene der sich an einem realen Ort befindlichen räumlichen Lichtmodulationseinrichtung ein, um den Rechenaufwand zu minimieren. Damit ist es möglich, schnelle und exakte Rechenergebnisse zu erreichen, unabhängig von der Größe und dem Abstand der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung von der Betrachterebene.

Unabhängig von der tatsächlichen Konfiguration der holographischen Anzeigevorrichtung, insbesondere der Lage der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung und des optischen Systems, wird zunächst ein Subhologramm derart berechnet als befände sich die virtuelle Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung gemäß den Figuren 2 und 3 in einer realen Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung 1 bzw. 10 und wird ausgehend von der realen Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung berechnet. Anschließend wird mittels zweier Integraltransformationen, beispielsweise mittels zweier Fresneltransformationen, dieses Subhologramm in die reale Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung, also in die tatsächlich vorhandene Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung, transformiert, oder je nach Ausführung der holographischen Anzeigevorrichtung auch in die Abbildung der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung, beispielsweise auf einen Schirm. Bezüglich der Figuren 2 und 3 würde bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nun wie folgt vorgegangen. Beispielsweise liegt eine Konfiguration der Anzeigevorrichtung vor wie in Fig. 3 dargestellt, in welcher die räumliche Lichtmodulationseinnchtung 10 eine definierte Zahl N von Modulationselementen 70 in einem Betrachterabstand D aufweist. Für eine darzustellende bzw. zu rekonstruierende Szene 4 mit bekannten Koordinaten der Objektpunkte P1 bis P_n bzw. P10 bis Pn' wird für die Berechnung der einzelnen Subhologramme S1 bis S_n bzw. S10 bis S_n' für die einzelnen Objektpunkte bzw. für die Berechnung des Gesamthologramms virtuell die reale Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung 10 derart an eine andere Position bzw. Ort bezüglich der zu rekonstruierenden Szene 4 verlegt, dass die neue scheinbare bzw. nur gedachte Position der realen Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung 10 beispielsweise der Position der realen räumlichen Lichtmodulationseinrichtung 1 gemäß der Fig. 2 entspricht. Es soll darauf hingewiesen werden, dass die Position der realen Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung 1 , 10 fest bzw. fix ist und nicht physisch sondern nur scheinbar bzw. virtuell verschoben wird. Die virtuelle Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung ist somit eine gedachte Größe, die zwar nicht physisch, aber doch in ihrer Funktionalität oder Wirkung vorhanden ist.

Vorteilhafterweise wird für die virtuelle Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung 1 , 10 eine Position bezüglich der zu rekonstruierenden Szene 4 gewählt, die innerhalb der zu rekonstruierenden Szene 4 liegt, so dass von einem Betrachter in der Betrachterebene 2 aus gesehen ein Teil der Objektpunkte P1 bis P_n in Ausbreitungsrichtung des von einer Beleuchtungseinrichtung der Anzeigevorrichtung ausgesandten Lichts gesehen vor und ein Teil der Objektpunkte P1 bis P_n hinter der virtuellen Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung 1 , 10 liegen, wobei die der Betrachterebene 2 am nächsten liegenden Objektpunkte nicht mehr als den halben virtuellen Betrachterabstand vor der virtuellen Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung 1 , 10 liegen sollen.

Das Verfahren ist jedoch nicht auf eine bestimmte Festlegung der Position der virtuellen Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung beschränkt.

Es kann sich auch dynamisch mit dem Inhalt der darzustellenden Szene die Position der virtuellen Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung virtuell verschieben, um beispielsweise Szenen mit wechselndem Tiefenbereich optimal berechnen zu können.

Die virtuelle Größe der Modulationselemente 7, 70 der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung 1 , 10 ergibt sich nach dem Strahlensatz aus dem Verhältnis der Betrachterabstände der virtuellen Ebene und der realen Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung multipliziert mit dem Pixelpitch der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung.

Für die virtuelle Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung 1 , 10 wird ein Subhologramm bzw. ein Hologramm derart berechnet wie es nach dem Stand der Technik erfolgt, beispielsweise gemäß der WO 2008/025839 A1 , wenn sich tatsächlich eine räumliche Lichtmodulationseinrichtung in dieser Ebene befände. Dies kann so erfolgen, dass für jeden Objektpunkt P1 bis P_n ein Subhologramm in Form einer Linsenfunktion ermittelt wird, und die einzelnen Subhologramme danach kohärent aufaddiert werden.

Anschließend erfolgt eine einmalige rechnerische (zweidimensionale) Integraltransformation, beispielsweise eine Fresneltransformation, des Gesamthologramms, die der optischen Lichtausbreitung von der virtuellen Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung hin zum Sichtbarkeitsbereich 3 entspricht. Danach erfolgt eine weitere rechnerische (zweidimensionale) Integraltransformation, beispielsweise auch hier eine Fresneltransformation, die der Lichtausbreitung vom Sichtbarkeitsbereich 3 zurück zur realen Ebene der räumlichen Lichtausbreitungseinrichtung 1 , 10 entspricht. Somit wird ein Gesamthologramm erhalten, das zumindest näherungsweise mit demjenigen Hologramm übereinstimmt, das nach dem Stand der Technik bei einer direkten Berechnung des Hologramms in der realen Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung 1 , 10 erhalten wird. Das resultierende Hologramm kann dann in die räumliche Lichtmodulationseinrichtung 1 , 10 eingeschrieben bzw. kodiert werden.

Im Vergleich zur herkömmlichen Berechnung erfordert das Verfahren gemäß den Figuren 2 und 3 zwei zusätzliche Integraltransformationen. Andererseits kann für eine große Anzahl von Objektpunkten die Ersparnis im Berechnen und Aufaddieren der einzelnen Subhologramme mehr ins Gewicht fallen als die beiden Integraltransformationen, die nur für das gesamte Hologramm einmalig durchgeführt werden. Die nachfolgenden Ausführungsbeispiele gemäß den Figuren 4 bis 6 zeigen weitere Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Die Figur 4 zeigt schematisch die Ausdehnung von Subhologrammen einer vorzugsweise dreidimensionalen darzustellenden Szene 4 in Analogie zu einer Einzelparallaxe-Kodierung in einer realen Ebene 100 der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung 100 und einer virtuellen Ebene 100' der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung 100. Hierbei ist der Tiefenbereich der zu rekonstruierenden Szene 4 schematisch durch die ovale Begrenzung dargestellt. Die zu rekonstruierende Szene 4 wird hier ebenfalls in Objektpunkte P1 bis P_n zerlegt, wobei in Fig. 4 nur ein Objektpunkt P dargestellt ist. Für die Objektpunkte P1 bis P_n werden beispielsweise in Analogie zu einer Einzelparallaxe-Kodierung (single-parallax Kodierung) Subhologramme berechnet. Die durchgezogenen Linien in der Fig. 4 zeigen schematisch den Lichtweg von dem Objektpunkt P zum Sichtbarkeitsbereich 3 in Kodierungsrichtung von eindimensionalen Subhologrammen S1 und S2. Die gestrichelten Linien zeigen schematisch den Verlauf von dem Subhologramm S1 zum Sichtbarkeitsbereich 3 in der dazu senkrechten Richtung, in der das Subhologramm S1 die Ausdehnung von nur einem Modulationselement (Pixel) aufweist. Zur besseren Veranschaulichung ist beides in der Papierebene gezeichnet.

Das in der virtuellen Ebene 100' der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung 100 berechnete eindimensionale Subhologramm S1 wird anschließend mittels einer Integraltransformation, beispielsweise mittels einer Fresneltransformation oder einer Fouriertransformation, in den Sichtbarkeitsbereich 3 und von dort aus anschließend in die reale Ebene 100 der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung 100 transformiert und verhält sich dort wie ein in zwei Dimensionen ausgedehntes Subhologramm. Jedoch sind die Brennweiten der Linsenfunktion des Subhologramms auf der realen Ebene 100 der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung 100 in beiden Richtungen (orthogonal zueinander) nicht gleich. In der einen Richtung, beispielsweise der Kodierungsrichtung des Subhologramms auf der virtuellen Ebene 100' der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung 100, liegt der Brennpunkt (Fokus) der Linsenfunktion in der Ebene des Objektpunktes, in der dazu senkrechten Richtung liegt der Brennpunkt der Linsenfunktion auf der virtuellen Ebene 100' der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung 100.

Diese Variante des Verfahrens ist besonders vorteilhaft einsetzbar für eine räumliche Lichtmodulationseinrichtung, die sich in einem kleineren Abstand zur Betrachterebene 2 befindet und bei der die virtuelle Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung einen größeren Abstand zur Betrachterebene 2 aufweist als die reale Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung gemäß der Fig. 4.

In Fig. 5 ist schematisch die Ausdehnung von Subhologrammen einer vorzugsweise darzustellenden dreidimensionalen Szene 4 mit einem ausgedehnten Tiefenbereich in einer realen Ebene 100 der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung 100 und in zwei virtuellen Ebenen 100' und 100" der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung 100 dargestellt.

Fig. 5 zeigt somit schematisch die Ausdehnung von Subhologrammen S1 , S2 und S3 einer zu rekonstruierenden darzustellenden Szene 4 mit einem ausgedehnten Tiefenbereich, der auch hier wie in Fig. 4 durch die ovale Begrenzung der zu rekonstruierenden Szene 4 dargestellt ist, in einer realen Ebene 100 der räumlichen Lichtmodulationseinnchtung 100 und in zwei virtuellen Ebenen 100' und 100" der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung 100.

Gemäß Fig. 5 wird die zu rekonstruierende Szene 4 in drei Tiefenbereichsabschnitte TA1 , TA2 und TA3 unterteilt. Jeder Tiefenbereichsabschnitt TA1 , TA2 und TA3 wird einem der beiden virtuellen Ebenen 100', 100" der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung 100 oder der realen Ebene 100 der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung 100 zugeordnet. Das bedeutet hier gemäß der Fig. 5, dass der Tiefenbereichsabschnitt TA1 der virtuellen Ebene 100' der räumlichen Lichtmodulationseinnchtung 100, der Tiefenbereichsabschnitt TA2 der virtuellen Ebene 100" der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung 100 und der Tiefenbereichsabschnitt TA3 der realen Ebene 100 der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung 100 zugeordnet ist. Ferner sind alle Objektpunkte, die in dem Tiefenbereichsabschnitt TA1 liegen, wie beispielsweise der Objektpunkt P1 , der virtuellen Ebene 100' der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung 100 zugeordnet und mittels dieser werden dann die Subhologramme für die jeweiligen Objektpunkte in diesem Tiefenbereichsabschnitt TA1 berechnet. Alle Objektpunkte, die in dem Tiefenbereichsabschnitt TA2 liegen, wie beispielsweise der Objektpunkt P2, sind der virtuellen Ebene 100" der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung 100 zugeordnet, die sich von der virtuellen Ebene 100' der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung 100 in ihrer Position bzw. in ihrem Ort unterscheidet und hier näher im Abstand an der Betrachterebene 3 angeordnet ist. Dem Tiefenbereichsabschnitt TA3 sind dann alle restlichen verbleibenden Objektpunkte, wie beispielsweise der Objektpunkt P3, zugeordnet, wobei diese Objektpunkte der realen Ebene 100 der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung 100 zugeordnet sind. In den jeweiligen Tiefenbereichsabschnitten TA1 , TA2 und TA3 werden dann für die virtuellen Ebenen 100' und 100" der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung 100 und der realen Ebene 100 der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung 100 die einzelnen Subhologramme, wie S1 , S2 und S3 bis S_n, zu den jeweiligen Objektpunkten, wie P1 , P2 und P3 bis P_n, berechnet. Die Subhologramme S1 bis S_n können dabei als Einzelparallaxe-Subhologramme oder aber auch als Vollparallaxe-Subhologramme berechnet werden.

Bei einer Einzelparallaxe-Berechnung wird die Aufteilung in virtuelle Ebenen der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung und die Unterteilung der zu rekonstruierenden Szene 4 in mehrere Tiefenbereichsabschnitte TA1 , TA2 und TA3 derart vorgenommen, dass ein Betrachter die rekonstruierte zweidimensionale und/oder dreidimensionale Szene mit keinem oder nur geringem Auflösungsverlust sehen kann. Bei einer Vollparallaxe-Berechnung wird die Aufteilung in virtuelle Ebenen der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung und die Unterteilung des Tiefenbereiches der zu rekonstruierenden Szene 4 in Abschnitte derart vorgenommen, dass eine maximale Größe der Subhologramme nicht überschritten wird, wie bereits detailliert vor der Figurenbeschreibung erläutert.

Die berechneten Subhologramme S1 , S2 und S3 bzw. S1 bis S_n der Tiefenbereichsabschnitte TA1 , TA2 und TA3 werden anschließend in die Betrachterebene 2 bzw. in den Sichtbarkeitsbereich 3 transformiert und dort aufsummiert. Danach werden die aufsummierten Subhologramme bzw. das Gesamthologramm in die reale Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung 100 transformiert.

Wie aus Fig. 5 erkenntlich ist, sind die Subhologramme S1 und S2 für die entsprechenden Objektpunkte P1 und P2 der zu rekonstruierenden Szene 4 in den beiden virtuellen Ebenen 100' und 100" der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung 100 in ihrer Ausdehnung bzw. Größe kleiner als wenn sie direkt in der realen Ebene 100 der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung 100 berechnet worden wären.

Die Figur 6 zeigt in einer graphischen Darstellung ein Zahlenbeispiel für die Ausdehnung von Subhologrammen für verschiedene Abstände der (virtuellen und realen) Ebene 100, 100', 100" der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung 100 vom Sichtbarkeitsbereich 3 in der Betrachterebene 2. Auf der Abszisse des dargestellten Diagramms ist der Objektpunktabstand vom Sichtbarkeitsbereich und auf der Ordinate ist die Größe des Subhologramms bzw. die Anzahl der durch das Subhologramm beschriebenen Modulationselemente (Pixel) aufgetragen. Für einen ca. 1 1 mm großen Sichtbarkeitsbereich sind somit die Größen der Subhologramme (in Modulationselementen (Pixeln) pro Subhologramm) als Funktion des Objektpunktabstandes vom Sichtbarkeitsbereich für verschiedene Abstände der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung vom Sichtbarkeitsbereich angegeben. Das im Diagramm dargestellte Beispiel soll nur beispielhaft gesehen werden.

Ein Objektpunkt einer zu rekonstruierenden Szene, der 2 m von einem Betrachter entfernt liegt, erzeugt beispielsweise ein Subhologramm mit einer Größe von ca. 200 x 1 Modulationselement (Pixel) bei einer Einzelparallaxe-Kodierung (single-parallax Kodierung) oder ein Subhologramm mit einer Größe von ca. 200 x 200 Modulationselemente bei einer Vollparallaxe-Kodierung (full-parallax Kodierung) auf einer räumlichen Lichtmodulationseinrichtung (SLM), die 0,7 m vom Sichtbarkeitsbereich in der Betrachterebene entfernt ist. Auf einer räumlichen Lichtmodulationseinrichtung (SLM), die jedoch 2,2 m vom Sichtbarkeitsbereich in der Betrachterebene entfernt ist, ist aber das Subhologramm desselben Objektpunktes in der Ausdehnung nur wenige Modulationselemente (Pixel) groß, beispielsweise <10x1 Modulationselemente bei einer Einzelparallaxe-Kodierung oder <10x10 Modulationselemente bei einer Vollparallaxe- Kodierung. Umgekehrt verhält es sich für Objektpunkte, die im Abstand näher an einem Betrachter liegen. Diese Objektpunkte sind auf einer im Abstand nahen räumlichen Lichtmodulationseinrichtung in ihrer Ausdehnung bzw. Größe klein, aber auf einer im Abstand entfernteren räumlichen Lichtmodulationseinrichtung in ihrer Ausdehnung größer. Die gestrichelten Linien im Diagramm gemäß der Fig. 6 zeigen schematisch eine Unterteilung einer zu rekonstruierenden Szene in vier Tiefenbereichsabschnitte. Beispielsweise kann die reale Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung in einem Abstand von 0,7 m zum Sichtbarkeitsbereich und die virtuellen Ebenen der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung in einem Abstand zum Sichtbarkeitsbereich von 1 m, von 2,2 m und im Unendlichen positioniert sein. Umgekehrt können aber auch die reale Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung beispielsweise in einem Abstand von 2,2 m und eine virtuelle Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung in einem Abstand von 0,7 m zum Sichtbarkeitsbereich liegen. Durch diese Unterteilung des Tiefenbereichs in Tiefenbereichsabschnitte wird erreicht, dass alle Subhologramme für Objektpunkte im Abstand > ca. 62 cm bis Unendlich vom Sichtbarkeitsbereich aus kleiner als 70 x 1 Modulationselemente für eine Einzelparallaxe-Kodierung oder 70 x 70 Modulationselemente für eine Vollparallaxe-Kodierung bleiben. Ohne die Verwendung von virtuellen Ebenen der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung würden die Subhologramme zum Beispiel bei einer Vollparallaxe-Kodierung eine Ausdehnung von bis zu 300 x 300 Modulationselemente erreichen, was einen erhöhten Rechenaufwand bedeuten würde.

In Fig. 7 ist eine Anzeigevorrichtung zur holographischen Rekonstruktion von zweidimensionalen und/oder dreidimensionalen Szenen dargestellt, wie sie beispielsweise als Head Mounted Display (HMD) oder Hokular eingesetzt werden kann. Bei einem HMD wird üblicherweise ein vergößertes Bild einer räumlichen Lichtmodulationseinrichtung erzeugt, das virtuell entsteht. Wie bereits erwähnt, kann die physisch vorhandene, also reale, Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung im Sinne der Erfindung auch als Bildebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung verstanden werden. Zur besseren Übersichtlichkeit sind in Fig. 7 eine Lichtquelle und ein Kollimationselement, hier in Form einer Linse, wie sie beispielsweise in Fig. 1 c gezeigt werden, zur Beleuchtung einer räumlichen Lichtmodulationseinrichtung 1 10 nicht dargestellt. Die räumliche Lichtmodulationseinrichtung 1 10 ist hier an einer Position in der Anzeigevorrichtung derart angeordnet, dass der Abstand zwischen der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung 1 10 und einer Feldlinse FL ähnlich groß ist, wie der Abstand zwischen der Feldlinse FL und einer Betrachterebene 2. Entspricht beispielsweise der Abstand zwischen der Feldlinse FL und der Betrachterebene 2 der Brennweite der Feldlinse FL und ist der Abstand zwischen der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung 1 10 und der Feldlinse FL geringfügig kleiner als die Brennweite der Feldlinse FL, so ist aus dem Sichtbarkeitsbereich 3 ein vergrößertes virtuelles Bild der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung 1 10 zu sehen. Je mehr der Abstand zwischen der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung 1 10 und der Feldlinse FL sich der Brennweite der Feldlinse FL annähern würde, desto weiter entfernt und stärker vergrößert wäre das virtuelle Bild. Es sind selbstverständlich auch andere Anordnungen möglich. Inbesondere kann die Feldlinse FL, die hier vereinfachend als einzelne Linse dargestellt ist, auch ein zusammengesetztes System aus mehreren Linsen sein. In diesem Fall würden die Angaben zu Abständen der Feldlinse FL zu Sichtbarkeitsbereich 3 und zu räumlicher Lichtmodulationseinrichtung 1 10 beispielsweise für die Hauptebenen des Linsensystems gelten.

Ferner sind Lichtstrahlen dargestellt, die von einem Modulationselement (Pixel) der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung 1 10 ausgehen und in die Mitte und and die Ränder eines Betrachterfensters 3 gerichtet werden. Die Lichtstrahlen werden dabei durch die Feldlinse FL derart abgelenkt als ob sie von einem vergrößerten Bild 1 1 OB der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung 1 10 in größerer Entfernung kommen bzw. ausgesandt werden. Zwischen der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung 1 10 und der Feldlinse FL ist ein Abbildungssystem bzw. ein Fokussiersystem AS vorgesehen, das hier vorteilhafterweise mit variabler Brennweite ausgeführt ist. Die Brennweite des Abbildungssystem AS kann somit steuerbar variiert werden. Das Abbildungssystem AS kann selbstverständlich auch an einer anderen geeigneten Position in der Anzeigevorrichtung angeordnet sein.

Stellt die Feldlinse FL ein Linsensystem dar, das aus mehreren Linsen zusammengesetzt ist, so kann das Abbildungssystem AS mit variabler Brennweite auch Teil der Feldlinse FL sein beziehungsweise die Feldlinse FL selbst kann als Abbildungssystem bzw. Fokussiersystem AS mit variabler Brennweite ausgebildet sein. Das Abbildungssystem bzw. Fokussiersystem AS mit variabler Brennweite kann beispielsweise auch als ein System aus mehreren Linsen ausgebildet sein, bei denen der Abstand der einzelnen Linsen zueinander variiert werden kann und auf diese Weise die Brennweite des Gesamtsystems verändert wird.

Ferner zeigt Fig. 7 eine zu rekonstruierende dreidimensionale Szene 4, die nur beispielhaft dargestellt ist und die sich in diesem Ausführungsbeispiel in einem relativ großen Abstand hinter einem Bild 1 1 OB der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung 1 10 befindet. Beispielsweise befindet sich das Bild der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung 1 10 in einem Abstand von 0,7 m zum Sichtbarkeitsbereich 3. Die dreidimensionale Szene 4 ist aber weiter als 2,5 m vom Sichtbarkeitsbereich 3 entfernt. Die zu rekonstruierende Szene 4 wird in einzelne Objektpunkte P1 - Pn zur Berechnung von in die räumliche Lichtmodulationseinrichtung 1 10 zu kodierenden Hologrammen zerlegt.

Zur Berechnung der Hologramme für ein HMD oder Holular wird eine virtuelle Ebene 1 10' der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung 1 10 derart in Abhängigkeit vom Inhalt der zu rekonstruierenden Szene 4 bestimmt und dann so in der Anzeigevorrichtung an einer Position festgelegt, dass eine für die Berechnung günstige Größe der Subhologramme entsteht bzw. erzielt wird. Beispielsweise kann, wie oben beschrieben, die virtuelle Ebene 1 10' so festgelegt werden, dass entweder die maximale oder die mittlere Größe der Subhologramme minimiert wird. Gemäß Fig. 7 ist hier die virtuelle Ebene 1 10' innerhalb der zu rekonstruierenden Szene 4 derart angeordnet bzw. festgelegt, dass ein Teil der Objektpunkte P1 - Pn vor und ein Teil der Objektpunkte P1 - Pn hinter der virtuellen Ebene 1 10' liegt. Fig. 7 zeigt das Abbildungssystem AS variabler Brennweite im nicht angesteuerten bzw. variierbaren bzw. ausgeschalteten Modus.

In Fig. 8 ist die Anzeigevorrichtung gemäß Fig. 7 dargestellt, wobei in dieser Ausführung das Abbildungssystem AS variabler Brennweite derart angesteuert wird, dass die Bildebene 1 1 OB der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung 1 10 so verschoben wurde, dass diese Bildebene 1 1 OB mit der virtuellen Ebene 1 10' der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung 1 10 zusammenfällt. In dieser Ebene 1 1 OB bzw. 1 10' der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung 1 10 werden dann die Subhologramme der einzelnen Objektpunkte P1 - Pn berechnet, aufsummiert und in die räumliche Lichtmodulationseinrichtung 1 10 einkodiert.

Es ist auch möglich, nicht nur eine virtuelle Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung zu erzeugen und festzulegen, sondern eine Vielzahl davon, d.h. wenigstens zwei virtuelle Ebenen. Das Bild der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung kann dann in eine geeignete virtuelle Ebene verschoben werden, wobei die Berechnung und Kodierung der Subhologramme in die räumliche Lichtmodulationseinrichtung nach einer der vielen vorher beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrensweisen vorgenommen werden kann. Es ist auch möglich, im Fall von wenigstens zwei virtuellen Ebenen zeitlich sequentiell das Bild der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung erst in eine virtuelle Ebene und danach in eine andere virtuelle Ebene zu verschieben. Insbesondere kann bei dynamischen Hologramminhalten, bei denen sich der Tiefenbereich der zu rekonstruierenden vorzugsweise dreidimensionalen Szene ändert, die Verschiebung des Bildes 1 1 OB der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung 1 10 auf die jeweilige virtuelle Ebene 1 10' der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung 1 10 an den jeweiligen Tiefenbereich der Szene des darzustellenden Frames angepasst werden.

Durch die Unterteilung der zu rekonstruierenden und darzustellenden Szene in Tiefenbereichsabschnitte und die Verwendung von virtuellen Ebenen der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung wird somit der Aufwand für die Berechnung von Subhologrammen wesentlich reduziert, wodurch sich die Darstellung von rekonstruierten Szenen zeitlich erheblich verbessert.

Demgegenüber steht zwar der zusätzliche Aufwand, die Subhologrammdaten aus mehreren virtuellen Ebenen der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung in den Sichtbarkeitsbereich zu transformieren, dort aufzusummieren und danach in die reale Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung zu transformieren. Durch die Verwendung von virtuellen Ebenen der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung und geeignete Positionierung dieser virtuellen Ebenen wird der Gesamtrechenaufwand reduziert.

Auf diese Weise können Vorteile der Berechnungsverfahren zu Integraltransformationen und zur direkten Subhologrammberechnung kombiniert werden.

Die Erfindung ist nicht auf die hier dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt und kann zur Minimierung des Rechenaufwands für computergenerierte Hologramme verwendet werden. Abschließend sei ganz besonders darauf hingewiesen, dass die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele lediglich zur Beschreibung der beanspruchten Lehre dienen, diese jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele einschränken.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Berechnung von Hologrammen zur holographischen Rekonstruktion von zweidimensionalen und/oder dreidimensionalen Szenen in einer Anzeigevorrichtung, wobei eine zu rekonstruierende Szene (4) in Objektpunkte (P, P1 - P_n) zerlegt wird und die Objektpunkte (P, P1 - P_n) als Subhologramme (S1 - S_n) in wenigstens eine räumliche Lichtmodulationseinrichtung (1 , 10, 100) der Anzeigevorrichtung kodiert werden, wobei eine rekonstruierte Szene von einem Sichtbarkeitsbereich (3) aus betrachtet wird, wobei

- wenigstens eine virtuelle Ebene (100', 100", 1 10') der wenigstens einen räumlichen Lichtmodulationseinrichtung (1 , 10, 100, 1 10) ausgehend von einer realen Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung (1 , 10, 100, 1 10) festgelegt wird, und

eine Berechnung von Subhologrammen (S1 - S_n) in der wenigstens einen virtuellen Ebene der wenigstens einen räumlichen Lichtmodulationseinrichtung durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in der wenigstens einen virtuellen Ebene (100', 100") der wenigstens einen räumlichen Lichtmodulationseinrichtung (1 , 10, 100) die Objektpunkte (P, P1 - P_n) der zu rekonstruierenden Szene (4) als Subhologramme (S1 - S_n) berechnet werden, die berechneten Subhologramme (S1 - S_n) von der wenigstens einen virtuellen Ebene (100', 100") der wenigstens einen räumlichen Lichtmodulationseinrichtung (1 , 10, 100) mittels einer Integraltransformation in den Sichtbarkeitsbereich (3) transformiert und dort aufsummiert werden, und die aufsummierten Subhologramme (S1 - S_n) mittels einer weiteren Integraltransformation vom Sichtbarkeitsbereich (3) in die reale Ebene (100) der wenigstens einen räumlichen Lichtmodulationseinrichtung (1 , 10, 100, 1 10) transformiert und als Hologramm eingeschrieben werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in der wenigstens einen virtuellen Ebene der wenigstens einen räumlichen Lichtmodulationseinrichtung (1 , 10, 100, 1 10) die Objektpunkte der zu rekonstruierenden Szene (4) als Subhologramme (S1 - S_n) berechnet und in der wenigstens einen virtuellen Ebene die Subhologramme aufsummiert werden, die aufsummierten Subhologramme von der wenigstens einen virtuellen Ebene der wenigstens einen räumlichen Lichtmodulationseinrichtung (1 , 10, 100, 1 10) mittels einer Integraltransformation in den Sichtbarkeitsbereich transformiert werden, und mittels einer weiteren Integraltransformation vom Sichtbarkeitsbereich in die reale Ebene der wenigstens einen räumlichen Lichtmodulationseinrichtung (1 , 10, 100, 1 10) transformiert und als Hologramm eingeschrieben werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei Festlegung von wenigstens zwei virtuellen Ebenen der wenigstens einen räumlichen Lichtmodulationseinrichtung (1 , 10, 100, 1 10) den Objektpunkten der zu rekonstruierenden Szene (4) jeweils eine dieser virtuellen Ebenen zugeordnet wird und die Objektpunkte als Subhologramme (S1 - S_n) in der ihnen zugeordneten virtuellen Ebene berechnet und in jeder virtuellen Ebene die Subhologramme der ihr zugeordneten Objektpunkte aufsummiert werden, die aufsummierten Subhologramme von den wenigstens zwei virtuellen Ebenen mittels einer Integraltransformation in den Sichtbarkeitsbereich transformiert werden, im Sichtbarkeitsbereich die Transformierten der wenigstens zwei virtuellen Ebenen aufsummiert werden, und das Gesamtergebnis der aufsummierten Transformierten mittels einer weiteren Integraltransformation vom Sichtbarkeitsbereich in die reale Ebene der wenigstens einen räumlichen Lichtmodulationseinrichtung (1 , 10, 100, 1 10) transformiert und als Hologramm eingeschrieben wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei Festlegung von wenigstens zwei virtuellen Ebenen der wenigstens einen räumlichen Lichtmodulationseinrichtung (1 , 10, 100, 1 10) den Objektpunkten der zu rekonstruierenden Szene (4) jeweils eine dieser virtuellen Ebenen zugeordnet wird und die Objektpunkte als Subhologramme (S1 - S_n) in der ihnen zugeordneten virtuellen Ebene berechnet und in jeder virtuellen Ebene die Subhologramme der ihr zugeordneten Objektpunkte aufsummiert werden, die aufsummierten Subhologramme von den wenigstens zwei virtuellen Ebenen mittels einer Integraltransformation in den Sichtbarkeitsbereich transformiert werden, für jede der wenigstens zwei virtuellen Ebenen die zugehörige Transformierte mittels einer weiteren Integraltransformation vom Sichtbarkeitsbereich in die reale Ebene der wenigstens einen räumlichen Lichtmodulationseinrichtung (1 , 10, 100, 1 10) transformiert wird, in der realen Ebene der wenigstens einen räumlichen Lichtmodulationseinrichtung (1 , 10, 100, 1 10) die Transformierten der wenigstens zwei virtuellen Ebenen aufsummiert werden und das Gesamtergebnis der aufsummierten Transformierten als Hologramm eingeschrieben wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Transformation der Subhologramme (S1 - S_n) oder der aufsummierten Subhologramme von einer virtuellen Ebene in den Sichtbarkeitsbereich (3) oder die weitere Integraltransformation vom Sichtbarkeitsbereich (3) in die reale Ebene (100) der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung (1 , 10, 100, 1 10) mittels einer eindimensionalen Integraltransformation bei einer Einzelparallaxe-Kodierung oder einer zweidimensionalen Integraltransformation bei einer Einzelparallaxe-Kodierung oder Vollparallaxe-Kodierung erfolgt.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage der wenigstens einen virtuellen Ebene (100', 100", 1 10') der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung (1 , 10, 100, 1 10) innerhalb des Tiefenbereichs der zu rekonstruierenden Szene (4) gewählt wird, wobei der Tiefenbereich der zu rekonstruierenden Szene (4) durch den Objektpunkt (P, P1 - P_n) mit dem kleinsten Abstand zum Sichtbarkeitsbereich (3) und den Objektpunkt (P, P1 - P_n) mit dem größten Abstand zum Sichtbarkeitsbereich (3) begrenzt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage der wenigstens einen virtuellen Ebene (100', 100", 1 10') der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung (1 , 10, 100, 1 10) in Bezug auf den Tiefenbereich der zu rekonstruierenden Szene (4) derart gewählt wird, dass die sichtbare Auflösung bei der Rekonstruktion der Szene einen vorgegebenen Wert nicht unterschreitet.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zu rekonstruierende Szene (4) in wenigstens zwei Tiefenbereichsabschnitte (TA1 , TA2, TA3) zerlegt wird, wobei den wenigstens zwei Tiefenbereichsabschnitten (TA1 , TA2, TA3) jeweils eine virtuelle Ebene (100', 100", 1 10') der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung (1 , 10, 100, 1 10) zugeordnet wird und für alle Objektpunkte (P, P1 - P_n), die innerhalb eines Tiefenbereichsabschnitts (TA1 , TA2, TA3) liegen, die Subhologramme (S1 - S_n) in der dem Tiefenbereichsabschnitt zugeordneten virtuellen Ebene berechnet werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine virtuelle Ebene (100', 100", 1 10') der den wenigstens zwei Tiefenbereichsabschnitten (TA1 , TA2, TA3) zugeordneten virtuellen Ebenen (100', 100", 1 10') der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung (1 , 10, 100, 1 10) mit der realen Ebene (100) der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung (1 , 10, 100, 1 10) zusammenfällt.

1 1. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufsummieren der für die reale Ebene (100) der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung (1 , 10, 100, 1 10) berechneten Subhologramme (S1 - S_n) entweder in der realen Ebene (100) der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung (1 , 10, 100, 1 10) oder im Sichtbarkeitsbereich (3) erfolgt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Objektpunkte (P, P1 - P_n) der zu rekonstruierenden Szene (4) in Form von Subhologrammen (S1 - S_n) auf der realen Ebene (100) der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung (1 , 10, 100, 1 10) als ein Linsenelement mit unterschiedlichen Brennweiten in horizontaler und vertikaler Richtung kodiert werden.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung der Subhologramme (S1 - S_n) in der wenigstens einen virtuellen Ebene (100', 100", 1 10') der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung (1 , 10, 100, 1 10) mittels einer zweidimensionalen Vollparallaxe-Kodierung oder mittels einer eindimensionalen Einzelparallaxe-Kodierung erfolgt.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der virtuellen Ebenen (100', 100", 1 10') der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung (1 , 10, 100, 1 10) sowie der Abstand dieser virtuellen Ebenen (100', 100", 1 10') der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung (1 , 10, 100, 1 10) zum Sichtbarkeitsbereich (3) in Abhängigkeit vom Tiefenbereich der zu rekonstruierenden Szene (4) derart gewählt wird, dass die Größe in Form einer Anzahl von Modulationselementen (7, 70) der für die zu rekonstruierende Szene (4) zu berechnenden Subhologramme (S1 - S_n) einen vorgegebenen Wert nicht überschreitet.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der wenigstens einen virtuellen Ebene (100', 100", 1 10') der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung (1 , 10, 100, 1 10) zum Sichtbarkeitsbereich (3) in Abhängigkeit von der Position aller Objektpunkte (P, P1 - P_n) der zu rekonstruierenden Szene (4) derart gewählt wird, dass die mittlere, vorzugsweise über alle Objektpunkte (P, P1 - P_n) gemittelte, Größe in Form einer Anzahl von Modulationselementen (7, 70) der für die zu rekonstruierende Szene (4) zu berechnenden Subhologramme (S1 - S_n) ein Minimum einnimmt.

16 Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der virtuellen Ebenen (100', 100", 1 10') der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung (1 , 10, 100, 1 10) auf einen vorgebbaren Wert beschränkt wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage der wenigstens einen virtuellen Ebene (100', 100", 1 10') der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung (1 , 10, 100, 1 10) bei einer zeitlichen Änderung des Tiefenbereichs der zu rekonstruierenden Szene (4) dem neuen Tiefenbereich angepasst wird.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass bei Nachführung des Sichtbarkeitsbereiches (3) in axialer und/oder dazu lateraler Richtung entsprechend einer detektierten Position eines Betrachters der rekonstruierten Szene die Anzahl und Lage der wenigstens einen virtuellen Ebene (100', 100", 1 10') der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung (1 , 10, 100, 1 10) der neuen Position des Sichtbarkeitsbereiches (3) angepasst wird.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Abweichung des berechneten Hologramms der zu rekonstruierenden Szene (4) mittels der wenigstens einen virtuellen Ebene (100', 100", 1 10') der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung (1 , 10, 100, 1 10) von einem direkt in der realen Ebene (100) der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung (1 , 10, 100, 1 10) berechneten Hologramm für die gleiche Szene ein definiertes Kriterium nicht überschreitet.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung einer Anzeigevorrichtung für zweidimensionale und/oder dreidimensionale Szenen, bei der eine Bildebene der wenigstens einen räumlichen Lichtmodulationseinrichtung erzeugt wird, die als reale Ebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung (1 10) wirkt, in Abhängigkeit vom Inhalt einer zu rekonstruierenden Szene wenigstens eine virtuelle Ebene (1 10') der wenigstens einen räumlichen Lichtmodulationseinrichtung (1 10) bestimmt wird, und die Bildebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung (1 10) derart verschoben wird, dass diese mit der virtuellen Ebene (1 10') der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung (1 10) zusammenfällt, die Objektpunkte der zu rekonstruierenden Szene (4) als Subhologramme berechnet und aufsummiert werden und als Hologramm eingeschrieben werden.

21. Anzeigevorrichtung, insbesondere eine holographische Anzeigevorrichtung zur Darstellung von zweidimensionalen und/oder dreidimensionalen Szenen, aufweisend eine räumliche Lichtmodulationseinrichtung (1 , 10, 100, 1 10), wobei die Lichtmodulationseinrichtung (1 , 10, 100, 1 10) geeignet ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20 durchzuführen.

22. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigevorrichtung eine Bildebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung (1 10) und ein Abbildungssystem (AS) aufweist, wobei das Abbildungssystem (AS) derart ausgestaltet ist, dass die Lage der Bildebene variierbar ist.

23. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Abbildungssystem (AS) wenigstens ein Element aufweist, dessen Brennweite variabel ausgebildet ist.

24. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigevorrichtung als Head-Mounted-Display ausgebildet ist.