DE102006043297B4

DE102006043297B4 - A playback apparatus and method comprising means for tracking a viewer window

Info

Publication number: DE102006043297B4
Application number: DE200610043297
Authority: DE
Inventors: Stanislas Flon; Philippe Renaud-Goud
Original assignee: SeeReal Technologies SA
Current assignee: SeeReal Technologies SA
Priority date: 2006-09-14
Filing date: 2006-09-14
Publication date: 2010-12-09
Anticipated expiration: 2026-09-15
Also published as: TW200825455A; TWI378263B; DE102006043297A1; WO2008031707A1

Abstract

Wiedergabevorrichtung zur zwei- und/oder dreidimensionalen Darstellung von Szenen, mit wenigstens einer Lichtquelle (2), wenigstens einer Lichtmodulationseinrichtung (8), einem Positionserfassungssystem (10) zum Erfassen von Daten von Augenpositionen wenigstens eines Betrachters in einer Betrachterebene (7), einem optischen System (5) mit wenigstens einem Abbildungselement vor einem Bildschirm (6), einer Nachführeinheit (3) zum Nachführen eines virtuellen Betrachterfensters (4) der Betrachterebene (7), wobei die Nachführeinheit (3) zwischen der Lichtquelle (2) und der Lichtmodulationseinrichtung (8) angeordnet ist und durch eine Steuereinrichtung (11) steuerbar ist, und die Nachführeinheit (3) ein optisches Element mit steuerbarer Brennweite und wenigstens ein optisches Abbildungselement zum Ändern des Beleuchtungsstrahlengangs nach der Lichtmodulationseinrichtung (8) aufweist, und wobei die Abbildung der Lichtmodulationseinrichtung (8) auf dem Bildschirm (6) bei der Nachführung unverändert bleibt.A reproduction apparatus for two- and / or three-dimensional representation of scenes, comprising at least one light source (2), at least one light modulation device (8), a position detection system (10) for acquiring data from eye positions of at least one observer in a viewer plane (7), an optical one System (5) having at least one imaging element in front of a screen (6), a tracking unit (3) for tracking a viewer's virtual viewer window (4), the tracking unit (3) between the light source (2) and the light modulation device (3). 8) and controllable by a control device (11), and the tracking unit (3) has a controllable focal length optical element and at least one optical imaging element for changing the illumination beam path after the light modulation device (8), and wherein the image of the light modulation device ( 8) on the screen (6) during tracking remains unchanged.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wiedergabevorrichtung und ein Verfahren für eine Wiedergabevorrichtung zum Nachführen wenigstens eines virtuellen Betrachterfensters einer Betrachterebene, in welcher sich wenigstens ein Betrachter befindet.The The invention relates to a reproducing apparatus and a method for one Playback device for tracking at least one observer-level virtual observer window, in which at least one viewer is located.

Anwendungsgebiete der Erfindung sind Wiedergabeeinrichtungen zur Darstellung von zwei- und/oder dreidimensionalen Objekten für einen oder mehrere Betrachter, insbesondere holographische Wiedergabeeinrichtungen. Die Erfindung kann aber auch in autostereoskopischen Wiedergabeeinrichtungen verwendet werden.application areas the invention are playback devices for displaying two- and / or three-dimensional objects for one or more observers, in particular holographic reproduction devices. The invention can also be used in autostereoscopic display devices be used.

Aus den Dokumenten WO 2006/027228 A1 und DE 103 53 439 A1 sind Wiedergabeeinrichtungen zur Rekonstruktion von dreidimensionalen Szenen bzw. Objekten bekannt, die mindestens ein dem Betrachter nachführbares Betrachterfenster aufweisen. Es wird für den Betrachter an seiner neuen Position durch Einschalten neuer Lichtquellen gebildet.From the documents WO 2006/027228 A1 and DE 103 53 439 A1 Reproduction devices for the reconstruction of three-dimensional scenes or objects are known which have at least one observer window trackable by the viewer. It is formed for the viewer at his new position by switching on new light sources.

Im Dokument WO 2005/060270 A1 ist eine autostereoskopische Anzeigevorrichtung für mehrere Betrachter offenbart, für die ebenfalls Betrachterfenster an neuen Betrachterpositionen durch eine veränderte Lichtquellenaufschaltung gebildet werden.In the document WO 2005/060270 A1 a multi-viewer autostereoscopic display device is disclosed, for which observer windows are also formed at new viewer positions by a modified light source interposition.

Aus dem Stand der Technik sind beispielsweise holographische Wiedergabeeinrichtungen mit Lichtmodulationseinrichtungen bekannt, wobei die Fourier-Transformierte eines Hologramms der Lichtmodulationseinrichtung auf die Augenpupille eines Betrachters abgebildet wird. Die Austrittspupille von diesen Wiedergabeeinrichtungen liegt dann auf der Augenpupille des Auges eines Betrachters und wird als Betrachterfenster bezeichnet. Ein letztes, in Lichtrichtung angeordnetes, optisches Element in der Wiedergabeeinrichtung vor dem Betrachter ist ein als Bildschirm dienendes optisches Element. Dabei wird vorausgesetzt, dass der Bildschirm ein fokussierendes optisches Element ist.Out For example, holographic display devices are known in the art known with light modulation devices, wherein the Fourier transform a hologram of the light modulation device on the eye pupil a viewer is depicted. The exit pupil of these Reproduction devices then lies on the eye pupil of the eye of a viewer and is referred to as a viewer window. One last, arranged in the light direction, optical element in the display device in front of the viewer is an optical element serving as a screen. It is assumed that the screen is a focusing optical element is.

Fällt das Betrachterfenster mit der Augenpupille zusammen, dann kann der Betrachter bei einer holographischen Wiedergabeeinrichtung eine rekonstruierte Szene eines Objektes in einem Rekonstruktionsraum, welcher von dem Betrachterfenster und dem Bildschirm aufgespannt wird, beobachten. Bewegt sich jedoch der Betrachter seitlich zur bzw. entlang einer optischen Achse der Wiedergabeeinrichtung, so fällt das Betrachterfenster nicht mehr mit der Augenpupille des Betrachters zusammen. Dadurch wird die rekonstruierte Szene vignettiert und ist somit nur noch begrenzt oder gar nicht mehr sichtbar.Does that happen? Viewer window with the eye pupil together, then the viewer can in a holographic display device a reconstructed Scene of an object in a reconstruction room, which of the Viewer window and the screen is spanned, watch. However, the viewer moves laterally to or along a optical axis of the playback device, the viewer window does not fall more with the eye pupil of the viewer together. This will the reconstructed scene vignettiert and is thus limited or not visible at all.

Um eine derartige Vignettierung der rekonstruierten Szene bei einer lateralen Bewegung des Betrachters zu verhindern, ist bereits bekannt, Positionserfassungssysteme vorzusehen, mittels welcher die Position der Augen eines Betrachters erfasst wird. Über eine Nachführeinheit wird dann das Betrachterfenster dem Auge des Betrachters bei Bewegung des Betrachters an eine andere Position nachgeführt. Eine Nachführung des Betrachterfensters erfolgt dann lateral in der Betrachterebene. Hierzu sind bereits mehrere Möglichkeiten aus dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise beschreibt die DE 10 2005 023 743 A1 eine Art der Nachführung des Betrachterfensters. Dabei wird das Betrachterfenster mittels eines Ablenkelements, welches in Lichtrichtung nach der Lichtmodulationseinrichtung angeordnet ist, nachgeführt.In order to prevent such vignetting of the reconstructed scene in a lateral movement of the viewer, it is already known to provide position detection systems, by means of which the position of the eyes of a viewer is detected. By means of a tracking unit, the observer window is then tracked to the eye of the observer when the observer moves to another position. A tracking of the viewer window then takes place laterally in the observer plane. For this purpose, several possibilities from the prior art are already known, for example, describes the DE 10 2005 023 743 A1 a way of tracking the viewer window. In this case, the viewer window is tracked by means of a deflection element, which is arranged in the light direction after the light modulation device.

Nachteilig ist dabei jedoch, dass das auf den Bildschirm abgebildete Bild durch eine Anordnung des Nachführelements zwischen der Lichtmodulationseinrichtung und dem Bildschirm gekippt wird, so dass das Bild sich mit der Position des Betrachters dreht. Dadurch entsteht eine Verzerrung des Bildes auf dem Bildschirm, wodurch eine rekonstruierte Szene nicht realitätsgetreu beobachtet werden kann.adversely is there, however, that the image displayed on the screen by an arrangement of the tracking element tilted between the light modulation device and the screen so that the image rotates with the position of the viewer. This creates a distortion of the image on the screen, whereby a reconstructed scene is not observed true to reality can.

Eine Nachführung des Betrachterfensters entlang der optischen Achse der Wiedergabeeinrichtung, also auf den Bildschirm zu oder von ihm weg, erfordert jedoch eine andere Vorgehensweise als eine laterale Nachführung. Dabei muss gewährleistet sein, dass das Betrachterfenster entlang der optischen Achse bewegbar ist, da ansonsten eine Vignettierung der rekonstruierten Szene zustande kommt. Außerdem muss das Bild der Lichtmodulationseinrichtung, egal in welcher Entfernung sich der Betrachter zudem Bildschirm befindet, immer unverändert bzw. in gleicher Weise auf dem Bildschirm abgebildet werden. Das bedeutet, dass das Bild der Lichtmodulationseinrichtung, welches beispielsweise für eine Position a des Betrachters auf dem Bildschirm lokalisiert ist, auch für eine Position b des Betrachters unverändert auf dem Bildschirm sein muss, wobei sich aber die Austrittspupille bewegt.A tracking the observer window along the optical axis of the display device, but to the screen or away from him, but requires one other approach than a lateral tracking. It must be ensured that that the viewer window is movable along the optical axis is, otherwise a vignetting of the reconstructed scene comes about. Furthermore must be the image of the light modulation device, no matter at what distance the viewer is also screen, always unchanged or in same way on the screen. That means, that the image of the light modulation device, which, for example, for a position a of the viewer is located on the screen, even for a position b of the viewer unchanged on the screen, but with the exit pupil emotional.

Der Patent Abstracts of Japan JP 09068674 A mit den zugehörigen Figuren beschreibt eine Möglichkeit der Nachführung in lateraler und axialer Richtung. Es wird ein electro-holographisches Display zur Darstellung einer dreidimensionalen Szene mittels zweier räumlicher Lichtmodulatoren offenbart, welches ein kippbares Spiegelelement zur Projektion des Lichts von den Lichtmodulatoren auf die Augen des Betrachters aufweist. Jeder Lichtmodulator mit dem entsprechenden Hologramm ist für ein Auge eines Betrachters bestimmt. Die dreidimensionale Szene entsteht im Bereich um das bzw. auf dem rotierenden Spiegelelement. Bei Bewegung des Betrachters wird diese Bewegung mit einem Positionserfassungssystem erfasst, und das kippbare Spiegelelement wird entsprechend der neuen Augenposition des Betrachters um seine horizontale oder vertikale Achse gedreht. Gleichzeitig wird die Ansicht der dreidimensionalen Szene entsprechend der neuen Position des Betrachters auf den Hologrammen modifiziert. Des Weiteren ist neben einer lateralen Nachführung des Lichts auch eine axiale Nachführung entlang einer optischen Achse des Displays in den Figuren offenbart. Hier erfolgt die Nachführung des Lichts entsprechend einer neuen Position der Augen des Betrachters auf die dreidimensionale Szene zu oder von ihr weg. Eine derartige Nachführung wird durch Veränderung eines lateralen Abstandes der beiden Lichtmodulatoren zueinander gewährleistet. Dadurch wird erreicht, dass das für das jeweilige Auge vorgesehene Licht auch auf das Auge fällt. Entsprechend dem Ort eines Auges des Betrachters, wobei die neue Position des Auges mittels des Positionserfassungssystems ermittelt wird, werden die Lichtmodulatoren lateral zueinander verschoben, wodurch eine Nachführung des Licht entlang der optischen Achse erfolgen kann und somit immer für die Augen des Betrachters die rekonstruierte Szene sichtbar ist.The Patent Abstracts of Japan JP 09068674 A with the associated figures describes a possibility of tracking in the lateral and axial directions. An electro-holographic display for displaying a three-dimensional scene by means of two spatial light modulators is disclosed, which has a tiltable mirror element for projecting the light from the light modulators onto the eyes of the observer. Each light modulator with the corresponding hologram is intended for an eye of an observer. The three-dimensional scene arises in the area around or on the rotating mirror element. Upon movement of the observer, this movement is detected with a position detection system, and the tiltable mirror element becomes corresponding to the new eye position of the observer rotated about its horizontal or vertical axis. At the same time, the view of the three-dimensional scene is modified according to the new position of the observer on the holograms. Furthermore, in addition to a lateral tracking of the light, an axial tracking along an optical axis of the display in the figures is disclosed. Here, the tracking of the light takes place according to a new position of the viewer's eyes on the three-dimensional scene to or from her. Such tracking is ensured by changing a lateral distance of the two light modulators to each other. This ensures that the light provided for the respective eye also falls on the eye. Corresponding to the location of an eye of the observer, wherein the new position of the eye is determined by the position detection system, the light modulators are shifted laterally to each other, whereby a tracking of the light along the optical axis can take place and thus always visible to the eyes of the viewer, the reconstructed scene is.

Es besteht jedoch bei dieser Art der Nachführung nicht das Problem der Vignettierung, da die rekonstruierte Szene sehr klein ist. Außerdem erfolgt die Ablenkung in der Verfahrensweise nach einer Modulation des Lichtes durch die Lichtmodulationseinrichtungen. Dadurch wird das Bild verdreht bzw. gekippt. Ferner wird in der JP 09068674 A kein begrenztes Betrachterfenster gebildet, welches nachgeführt wird, sondern der gesamte Sichtbarkeitsbereich wird nachgeführt. Die Pupille des Systems liegt überdies hier auch nicht auf der Augenpupille, sondern zwischen dem Auge und der rekonstruierten Szene. Bei größerer rekonstruierter Szene, wie in der vorliegenden Erfindung vorgesehen, kann ein derartiges Verfahren nicht angewandt werden.However, in this type of tracking, there is no problem of vignetting because the reconstructed scene is very small. In addition, the deflection in the procedure takes place after a modulation of the light by the light modulation devices. As a result, the image is twisted or tilted. Furthermore, in the JP 09068674 A no limited viewer window formed, which is tracked, but the entire visibility area is tracked. Moreover, the pupil of the system is not on the eye pupil, but between the eye and the reconstructed scene. With a larger reconstructed scene as provided in the present invention, such a method can not be applied.

Deshalb ist es Aufgabe der Erfindung, eine Wiedergabevorrichtung zur zwei- und/oder dreidimensionalen Darstellung und ein Verfahren mit Mitteln zum Nachführen eines virtuellen Betrachterfensters bei Bewegung eines Betrachters an eine andere Position zu schaffen, mittels welcher ein einfaches Nachführen des Betrachterfensters in lateraler und in axialer Richtung ohne erhöhten Aufwand mit einfachen Mitteln ermöglicht wird.Therefore It is an object of the invention to provide a playback device for two- and / or three-dimensional Representation and a method with means for tracking a virtual viewer window when moving a viewer to create another position, by means of which a simple tracking of the Viewer window in lateral and in the axial direction without increased effort with simple means becomes.

Die Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 9 gelöst.The The object of the invention according to the invention with the features of claims 1 and 9 solved.

Erfindungsgemäß umfasst die Lösung nach Anspruch 1 eine Wiedergabevorrichtung zur zwei- und/oder dreidimensionalen Darstellung von Szenen, mit wenigstens einer Lichtquelle, wenigstens einer Lichtmodulationseinrichtung, einem Positionserfassungssystem zum Erfassen von Daten von Augenpositionen wenigstens eines Betrachters in einer Betrachterebene, einem optischen System mit wenigstens einem Abbildungselement vor einem Bildschirm, einer Nachführeinheit zum Nachführen eines virtuellen Betrachterfensters der Betrachterebene, wobei die Nachführeinheit zwischen der Lichtquelle und der Lichtmodulationseinrichtung angeordnet ist und durch eine Steuereinrichtung steuerbar ist, und die Nachführeinheit ein optisches Element mit steuerbarer Brennweite und wenigstens ein optisches Abbildungselement zum Ändern des Beleuchtungsstrahlengangs nach der Lichtmodulationseinrichtung aufweist, und wobei die Abbildung der Lichtmodulationseinrichtung auf dem Bildschirm bei der Nachführung unverändert bleibt.According to the invention the solution according to claim 1, a reproduction apparatus for two- and / or three-dimensional Presentation of scenes, with at least one light source, at least a light modulation device, a position detection system for acquiring data from eye positions of at least one observer in a viewer plane, an optical system with at least an imaging element in front of a screen, a tracking unit for tracking a viewer window of the observer level, wherein the Tracking Unit arranged between the light source and the light modulation device is and is controllable by a control device, and the tracking unit an optical element with controllable focal length and at least an optical imaging element for changing the illumination beam path after the light modulation device, and wherein the image the light modulation device remains unchanged on the screen during tracking.

Das erfindungsgemäße Verfahren nach Anspruch 9 dient zum Nachführen wenigstens eines virtuellen Betrachterfensters einer Betrachterebene, in welcher sich wenigstens ein Betrachter befindet, wird bei einer Positionsänderung des Betrachters mit einer Wiedergabevorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgeführt, wobei ein Positionserfassungssystem Augenpositionen des Betrachters in der Betrachterebene erfasst und die erfassten Daten einer Steuereinrichtung zuführt, welche eine Nachführeinheit ansteuert, wobei ein Beleuchtungsstrahlengang mittels. eines optischen Elements mit steuerbarer Brennweite und wenigstens eines optischen Abbildungselements derart geändert wird, dass das Betrachterfenster in lateraler und/oder axialer Richtung zur erfassten Augenposition geführt wird, und wobei die Nachführeinheit zwischen einer Lichtquelle und wenigstens einer Lichtmodulationseinrichtung angeordnet ist und die Abbildung der Lichtmodulationseinrichtung auf dem Bildschirm bei der Nachführung unverändert bleibt.The inventive method according to claim 9 is used for tracking at least one observer-level virtual observer window, in which at least one viewer is, is at a position change the viewer with a playback device according to a the claims 1 to 8 executed, wherein a position detection system eye positions of the viewer recorded at the observer level and the collected data of a control device supplies, which a tracking unit controls, with a lighting beam path means. an optical Controllable focal length element and at least one optical imaging element changed like that is that the viewer window in the lateral and / or axial direction guided to the detected eye position is, and where the tracking unit arranged between a light source and at least one light modulation device is and the image of the light modulation device on the screen at the tracking unchanged remains.

Bei dem Verfahren für eine Wiedergabevorrichtung, insbesondere für eine holographische Wiedergabevorrichtung, zum Nachführen wenigstens eines virtuellen Betrachterfensters bei Positionsänderung eines Betrachters, könnte wie folgt vorgegangen werden, wobei sich in einer Betrachterebene wenigstens ein Betrachter befindet. Ein Positionserfassungssystem bestimmt Augenpositionen des Betrachters in der Betrachterebene, wobei die somit ermittelten Werte einer Steuereinrichtung. zugeführt werden. Die Steuereinrichtung aktiviert danach eine Nachführeinheit, welche das Betrachterfenster entsprechend einer neuen Position des Betrachters nachführt. Eine Nachführung des Betrachterfensters erfolgt in lateraler und/oder axialer Richtung durch eine Veränderung eines Beleuchtungsstrahlengangs innerhalb der Nachführeinheit. Die Nachführung wird dabei in der Nachführeinheit vor wenigstens einer Lichtmodulationseinrichtung in der Wiedergabevorrichtung vorgenommen.at the method for a reproduction device, in particular for a holographic reproduction device, for tracking at least one virtual viewer window when changing position a viewer, could proceed as follows, being in a viewer level at least one viewer is located. A position detection system determines eye positions of the observer in the observer plane, wherein the thus determined values of a control device. be supplied. The control device then activates a tracking unit, which the viewer window corresponding to a new position of the Observer traces. A tracking the observer window takes place in the lateral and / or axial direction through a change an illumination beam path within the tracking unit. The tracking is doing in the tracking unit before at least one light modulation device in the reproduction device performed.

Das Betrachterfenster kann auf diese Weise lateral und auch axial dem Betrachter bei einer Positionsänderung nachgeführt werden. Je nach Positionswechsel wird das Betrachterfenster mittels der Nachführeinheit lateral, axial oder auch in beiden Richtungen, lateral und axial, nachgeführt.The viewer window can thus be laterally and also axially the viewer at a Posi be updated. Depending on the position change, the observer window is tracked laterally, axially or also in both directions, lateral and axial, by means of the tracking unit.

Das erfindungsgemäße Verfahren weist einen sehr großen Vorteil auf. Eine Vignettierung der dreidimensionalen Darstellung, insbesondere einer rekonstruierten Szene, durch das Betrachterfenster kann durch diese Art der Nachführung des Betrachterfensters vermieden werden. Dadurch kann der Betrachter auch bei Bewegung auf die dreidimensionale Darstellung zu oder weg von dieser diese ohne Einschränkungen vollkommen beobachten, da die Austrittspupille des Gesamtsystems immer mit der Augenpupille zusammenfällt. Außerdem wird dadurch der Bildschirminhalt in jeder Position, in welcher sich der Betrachter in Lichtrichtung nach dem Bildschirm befindet, unverändert gesehen. Auf diese Weise kann ohne Anstrengung mit normaler Beanspruchung der Augen und des Gehirns die dreidimensionale Darstellung beobachtet werden. Außerdem ist auf diese Weise gleichzeitig eine laterale und axiale Nachführung des Betrachterfensters möglich.The inventive method has a very big one Advantage on. A vignetting of the three-dimensional representation, in particular a reconstructed scene through which viewer window can through this kind of tracking be avoided in the viewer window. This allows the viewer even when moving to the three-dimensional representation to or away from this this without restrictions completely observe, since the exit pupil of the whole system always coincides with the eye pupil. It also turns on the screen content in every position in which the viewer is in the direction of light located after the screen, seen unchanged. This way you can without effort with normal use of the eyes and the brain the three-dimensional representation can be observed. It is also on this way simultaneously a lateral and axial tracking of the Viewer window possible.

Weiterhin kann das optische System zur Rekonstruktion von Szenen ein Raumfrequenzfilter zum Filtern eines ausgewählten Periodizitätsintervalls des Fourierspektrums eines Hologramms der Lichtmodulationseinrichtung aufweisen.Farther The optical system for reconstruction of scenes can use a spatial frequency filter to filter a selected one periodicity of the Fourier spectrum of a hologram of the light modulation device exhibit.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn zur Nachführung des Betrachterfensters in der Betrachterebene in lateraler Richtung das Licht unter einem Winkel auf die Lichtmodulationseinrichtung fällt. Dadurch ist erst eine laterale Nachführung möglich.Especially It is advantageous if for tracking the viewer window in the observer plane in the lateral direction, the light under one Angle on the light modulation device falls. This is just one lateral tracking possible.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass für eine axiale Nachführung des Betrachterfensters Eigenschaften, insbesondere Brennweite, wenigstens eines optischen Elements in der Nachführeinheit geändert werden, wobei das Licht dann als konvergentes oder divergentes Strahlenbündel auf die Lichtmodulationseinrichtung fällt. Durch eine Änderung der Eigenschaften der optischen Elemente in der Nachführeinheit verschiebt sich die Abbildung der Fourier-Transformierten des in der Lichtmodulationseinrichtung dargestellten Hologramms auf der optischen Achse, wodurch sich das Betrachterfenster dementsprechend axial entlang der optischen Achse der Wiedergabeeinrichtung gemäß der Position des Betrachters verschiebt bzw. sich sein Entstehungsort ändert.In a further advantageous embodiment of the invention can be provided be that for an axial tracking the viewer window properties, in particular focal length, at least an optical element in the tracking unit to be changed, the light then being on as a convergent or divergent beam the light modulation device drops. By a change the properties of the optical elements in the tracking unit shifts the map of the Fourier transform of the in the light modulation device hologram shown on the optical axis, resulting in the viewer window accordingly axially along the optical axis of the display according to the position the viewer shifts or changes its place of origin.

Bei dem Verfahren kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Lichtmodulationseinrichtung auf ein als Bildschirm dienendes optisches Element abgebildet wird, wobei eine Fourier-Transformierte eines Hologramms der Lichtmodulationseinrichtung auf wenigstens ein Auge des Betrachters abgebildet wird und dort das Betrachterfenster bildet.at The method may further be provided that the light modulation device is mapped onto an optical element serving as a screen, wherein a Fourier transform of a hologram of the light modulation means at least one eye of the beholder is pictured and there the Viewer window forms.

Weiterhin kann eine Wiedergabevorrichtung, insbesondere zur Rekonstruktion von Szenen, vorteilhafterweise eine holographische Wiedergabevorrichtung für eine zwei- und/oder dreidimensionale Darstellung aufweisen. Wenigstens eine Lichtmodulationseinrichtung kann einfallendes, vorteilhaftes kohärentes Licht entsprechend einer zu rekonstruierenden Szene modulieren. Des weiteren weist dabei die Wiedergabevorrichtung ein Positionserfassungssystem zur Bestimmung von Augenpositionen wenigstens eines Betrachters in der Betrachterebene auf. Ein optisches System und eine Nachführeinheit zum Nachführen eines virtuellen Betrachterfensters einer Betrachterebene, in welcher sich wenigstens ein Betrachter befindet, sind ebenso in der Wiedergabevorrichtung vorgesehen. Die Nachführeinheit ist dabei in Lichtrichtung vor der Lichtmodulationseinrichtung angeordnet, um eine laterale und/oder axiale Nachführung des Betrachterfensters bei einem Positionswechsel des Betrachters vorzusehen, ohne dass sich dabei die Abbildung der Lichtmodulationseinrichtung auf dem Bildschirm ändert.Farther may be a reproduction device, in particular for reconstruction scenes, advantageously a holographic reproduction device for one two- and / or three-dimensional representation exhibit. At least one light modulation device can detect incidental, advantageous coherent Modulate light according to a scene to be reconstructed. Furthermore, the playback device has a position detection system for determining eye positions of at least one observer in the observer level. An optical system and a tracking unit for tracking a viewer window of a viewer plane in which at least one viewer is also in the playback device intended. The tracking unit is arranged in the light direction in front of the light modulation device, to a lateral and / or axial tracking of the viewer window to provide for a change of position of the viewer without that the image of the light modulation device on the Screen changes.

Mittels der erfindungsgemäßen Wiedergabevorrichtung ist es möglich, das erfindungsgemäße Verfahren gemäß Anspruch 9 bestmöglich durchzuführen. Eine Nachführung des Betrachterfensters für wenigstens einen Betrachter lateral in der Betrachterebene und axial entlang der optischen Achse ist mittels der Wiedergabevorrichtung ohne Vignettierung der zwei- und/oder dreidimensionalen Darstellung erreichbar. Ebenso wird die Abbildung der Lichtmodulationseinrichtung auf dem Bildschirm nicht gedreht bzw. gekippt oder verschoben, wodurch das Bild nicht verzerrt wird. Auf diese Weise ist eine realitätsgetreue Beobachtung einer rekonstruierten Szene erzielbar. Mittels der Wiedergabevorrichtung ist außerdem ein einfaches Nachführen des Betrachterfensters ohne erhöhtem Aufwand mit geringen Mitteln erreichbar.through the reproduction device according to the invention Is it possible, the inventive method according to claim 9 best possible perform. A tracking of the viewer window for at least a viewer laterally in the observer plane and axially along the optical axis is by means of the reproducing device without vignetting the two- and / or three-dimensional representation achievable. As well becomes the image of the light modulation device on the screen not rotated or tilted or moved, causing the image is not is distorted. In this way is a realistic observation of a reconstructed scene achievable. By means of the reproduction device is also a simple tracking of the viewer window without elevation Effort achievable with little resources.

Von besonderem Vorteil ist, dass das optische System, welches in Lichtrichtung nach der Lichtmodulationseinrichtung angeordnet ist, unveränderlich bzw. konstant ist. Durch ein derartiges statisches optisches System wird besonders erreicht, dass die Abbildung der Lichtmodulationseinrichtung auf dem Bildschirm nicht verdreht bzw. gekippt ist.From It is particularly advantageous that the optical system, which in the light direction is arranged after the light modulation device, immutable or constant. By such a static optical system is particularly achieved that the image of the light modulation device on the screen is not twisted or tilted.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Betrachterfenster größer als die Augenpupille eines Auges des Betrachters ist, wobei die Augenpupille zur Filterung des Fourierspektrums vorgesehen ist. Auf diese Weise kann der Einsatz eines Raumfrequenzfilters, insbesondere einer Blende, zur Filterung des Fourierspektrums vermieden und die Wiedergabevorrichtung in ihrer Ausführung kompakter ausgestaltet werden. Zur Vermeidung der periodischen Wiederholung des Fourierspektrums kann neben einem Raumfrequenzfilter auch Apodisation angewandt werden. Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise aus der noch nicht veröffentlichten DE 10 2006 030 535 A1 bekannt und kann auch auf die vorliegende Erfindung zur Vermeidung der periodischen Wiederholungen angewandt werden.In a particularly advantageous embodiment of the invention can be provided that the viewer window is larger than the eye pupil of an eye of the observer, wherein the eye pupil is provided for filtering the Fourier spectrum. In this way, the use of a spatial frequency filter, in particular a diaphragm, for filtering the Fourierspektrums avoided and the how dergabevorrichtung be made more compact in their execution. In order to avoid the periodic repetition of the Fourier spectrum, not only a spatial frequency filter but also apodization can be used. Such a method is for example from the not yet published DE 10 2006 030 535 A1 and can also be applied to the present invention for avoiding the periodic repetitions.

Von weiterem Vorteil ist, dass für eine Korrektur von Aberrationen eines Beleuchtungsstrahlengangs in der Nachführeinheit ein adaptives Abbildungssystem vorgesehen ist.From Another advantage is that for a correction of aberrations of an illumination beam path in the tracking unit an adaptive imaging system is provided.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen. Im nachfolgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren näher beschriebenen Ausführungsbeispiele prinzipmäßig erläutert. Dabei wird das Prinzip der Erfindung anhand einer holographischen Wiedergabevorrichtung mit monochromatischem kohärentem Licht beschrieben. Der Gegenstand der Erfindung kann auch für farbige holographische Rekonstruktionen vorgesehen werden oder in anderen Bereichen der Optik Anwendung finden.Further Embodiments of the invention will become apparent from the remaining dependent claims. In the following The invention will be explained in principle with reference to the embodiments described in more detail in the figures. there The principle of the invention is based on a holographic reproduction device with monochromatic coherent light described. The object of the invention can also be used for colored holographic reconstructions are provided or in others Areas of optics find application.

Die Figuren zeigen:The Figures show:

1 eine prinzipmäßige Darstellung einer erfindungsgemäßen Wiedergabevorrichtung zur Nachführung eines Betrachterfensters; 1 a schematic representation of a reproducing apparatus according to the invention for tracking a viewer window;

2 eine prinzipmäßige Darstellung der erfindungsgemäßen Wiedergabevorrichtung gemäß 1 mit Nachführung des Betrachterfensters bei Bewegung wenigstens eines Betrachters in lateraler Richtung; 2 a schematic representation of the reproducing apparatus according to the invention according to 1 with tracking of the viewer window when moving at least one observer in the lateral direction;

3 eine prinzipmäßige Darstellung der erfindungsgemäßen Wiedergabevorrichtung gemäß 1 mit Nachführung des Betrachterfensters bei Bewegung wenigstens eines Betrachters in axialer Richtung; und 3 a schematic representation of the reproducing apparatus according to the invention according to 1 with tracking of the viewer window when moving at least one observer in the axial direction; and

4 eine detaillierte prinzipmäßige Darstellung einer Nachführeinheit zum Nachführen des Betrachterfensters. 4 a detailed schematic representation of a tracking unit for tracking the viewer window.

Einige Wiedergabeeinrichtungen, insbesondere holographische Wiedergabeeinrichtungen, bilden die entstehende Fourier-Transformierte FT eines in einer Lichtmodulationseinrichtung kodierten Hologramms bei der Rekonstruktion auf die Augenpupille eines Betrachters ab. Die Austrittspupille von diesen Wiedergabeeinrichtungen liegt dann auf der Augenpupille des Auges des Betrachters und wird als Betrachterfenster bezeichnet. Zur Beobachtung einer rekonstruierten Szene ist es daher notwendig, dass die Augenpupille mit dem somit virtuellen Betrachterfenster zusammenfällt. Ist dies jedoch nicht der Fall, dann kommt es zu einer Vignettierung der rekonstruierten Szene bei der Beobachtung, was jedoch unerwünscht ist.Some Reproduction devices, in particular holographic reproduction devices, form the resulting Fourier transform FT one in one Light modulator coded hologram during reconstruction on the eye pupil of an observer. The exit pupil of these playback devices then lies on the eye pupil the eye of the viewer and is referred to as a viewer window. To observe a reconstructed scene, it is therefore necessary that the eye pupil with the thus virtual viewer window coincides. If this is not the case, then it comes to a vignetting the reconstructed scene in the observation, which is undesirable.

Deshalb ist es erforderlich, das virtuelle Betrachterfenster dem Auge des Betrachters bei einem Positionswechsel folgen zu lassen. Daher wird eine Wiedergabevorrichtung, insbesondere zur Rekonstruktion von Szenen, in welcher eine Nachführung eines Betrachterfensters vorgesehen ist, vorgeschlagen. Die Nachführung des Betrachterfensters erfolgt dabei lateral senkrecht zu und/oder axial entlang einer optischen Achse 1 der Wiedergabevorrichtung. Die 1 zeigt dabei einen Grundaufbau der Wiedergabevorrichtung. Die Wiedergabevorrichtung weist wenigstens eine Lichtquelle 2, eine Nachführeinheit 3 zur Nachführung eines Betrachterfensters 4, ein optisches System 5 und ein als Bildschirm dienendes optisches Element 6, im nachfolgenden als Bildschirm bezeichnet, auf. Die Nachführeinheit 3, welche direkt in Lichtrichtung nach der Lichtquelle 2 angeordnet ist, weist wenigstens zwei optische Elemente auf, die jedoch in diesem Ausführungsbeispiel wie auch in den nachfolgenden nicht dargestellt sind. Für eine Nachführung des Betrachterfensters 4 in lateraler Richtung in einer Betrachterebene 7 kann die Nachführeinheit 3 ein Ablenkelement, beispielsweise einen Galvanometerscanner, zur Ablenkung von auf das Ablenkelement auftreffende Licht und wenigstens ein optisches Abbildungselement, beispielsweise eine Linse, aufweisen. Für eine Nachführung des Betrachterfensters 4 in axialer Richtung entlang der optischen Achse 1 kann die Nachführeinheit 3 ein optisches Element aufweisen, welches seine Eigenschaften, insbesondere die Brennweite, verändern kann. Ein derartiges optisches Element kann beispielsweise eine Flüssigkeitslinse sein. Außerdem weist die Nachführeinheit 3 neben der Flüssigkeitslinse noch wenigstens ein optisches Abbildungselement auf. Ist es notwendig, dass das Betrachterfenster 4 lateral und axial verschoben werden muss, dann weist die Nachführeinheit 3 sowohl ein Ablenkelement als auch beispielsweise eine Flüssigkeitslinse in Verbindung mit den optischen Abbildungsmitteln auf.Therefore, it is necessary to let the virtual viewer window follow the eye of the viewer when changing position. Therefore, a reproduction apparatus, in particular for the reconstruction of scenes, in which a tracking of a viewer window is provided, is proposed. The tracking of the observer window takes place laterally perpendicular to and / or axially along an optical axis 1 the playback device. The 1 shows a basic structure of the playback device. The playback device has at least one light source 2 , a tracking unit 3 for tracking a viewer window 4 , an optical system 5 and an optical element serving as a screen 6 , hereinafter referred to as a screen on. The tracking unit 3 pointing directly in the direction of the light towards the light source 2 is arranged, has at least two optical elements, which are not shown in this embodiment, as well as in the following. For tracking the viewer window 4 in the lateral direction in a viewer plane 7 can the tracking unit 3 a deflection element, for example a galvanometer scanner, for deflecting light incident on the deflection element and at least one optical imaging element, for example a lens. For tracking the viewer window 4 in the axial direction along the optical axis 1 can the tracking unit 3 have an optical element, which can change its properties, in particular the focal length. Such an optical element may for example be a liquid lens. In addition, the tracking unit has 3 at least one optical imaging element in addition to the liquid lens. Is it necessary for the viewer window 4 must be moved laterally and axially, then points the tracking unit 3 both a baffle and, for example, a liquid lens in conjunction with the optical imaging means.

In Lichtrichtung nach der Nachführeinheit 3 ist in der Wiedergabevorrichtung wenigstens eine Lichtmodulationseinrichtung 8 vorgesehen, welche ein Hologramm aufweist. Die Lichtmodulationseinrichtung 8 moduliert dabei das von der Nachführeinheit 3 auftreffende Licht, wobei die Nachführeinheit 3 noch vor der Modulation das Licht bzw. den Beleuchtungsstrahlengang in seiner Richtung so ändert, dass dadurch das Betrachterfenster 4 nachgeführt wird. In der Betrachterebene 7 befindet sich dabei eine Abbildung der Lichtquelle 2. Durch die Nachführung des Betrachterfensters 4 bereits vor der Modulation des Lichts mittels der Lichtmodulationseinrichtung 8 wird eine realitätsgetreue Beobachtung einer rekonstruierten Szene ermöglicht.In the direction of the light after the tracking unit 3 is at least one light modulation device in the playback device 8th provided, which has a hologram. The light modulation device 8th it modulates that of the tracking unit 3 incident light, the tracking unit 3 even before the modulation, the light or the illumination beam path in its direction changes so that thereby the viewer window 4 is tracked. At the observer level 7 there is an image of the light source 2 , By tracking the viewer window 4 even before the modulation of the light by means of the light modulation device 8th becomes allows a realistic observation of a reconstructed scene.

Mittels des in Lichtrichtung nach der Lichtmodulationseinrichtung 8 angeordneten optischen Systems 5 und des Bildschirms 6 wird eine Szene, insbesondere eine dreidimensionale Szene, rekonstruiert. Das optische System 5 weist dafür wenigstens ein optisches Element auf, beispielsweise eine Linse, welche als Objektiv wirkt. Bei der Rekonstruktion der vorzugsweise dreidimensionalen Szene wird die Lichtmodulationseinrichtung 8 über das optische System 5 auf den Bildschirm 6 abgebildet. Es entsteht bei der Rekonstruktion gleichzeitig mit der Abbildung der Lichtmodulationseinrichtung 8 eine Fourier-Transformierte FT des darin kodierten Hologramms. Die Fourier-Transformierte FT entsteht dabei innerhalb des optischen Systems 5 und ist in diesem Ausführungsbeispiel nicht dargestellt. Die Abbildung der Fourier-Transformierten FT erfolgt danach mittels des Bildschirms 6 in die Betrachterebene 7, wobei diese dort das Betrachterfenster 4 bildet. Durch dieses Betrachterfenster 4 kann ein Betrachter die rekonstruierte Szene, welche in einem Rekonstruktionsraum 9 erzeugt wird, beobachten. Der Rekonstruktionsraum 9 wird dabei von dem Betrachterfenster 4 und dem Bildschirm 6 aufgespannt und kann beliebig weit über den Bildschirm 6 hinausgehen.By means of the light direction after the light modulation device 8th arranged optical system 5 and the screen 6 a scene, in particular a three-dimensional scene, is reconstructed. The optical system 5 has for this purpose at least one optical element, for example a lens, which acts as a lens. In the reconstruction of the preferably three-dimensional scene, the light modulation device 8th about the optical system 5 on the screen 6 displayed. It arises during reconstruction simultaneously with the imaging of the light modulation device 8th a Fourier transform FT of the hologram encoded therein. The Fourier transform FT arises within the optical system 5 and is not shown in this embodiment. The mapping of the Fourier transform FT then takes place by means of the screen 6 to the observer level 7 , where these are the viewer window 4 forms. Through this viewer window 4 a viewer can see the reconstructed scene, which is in a reconstruction space 9 is generated, observe. The reconstruction space 9 is doing from the viewer window 4 and the screen 6 spanned and can be arbitrarily far across the screen 6 go out.

Die Wiedergabevorrichtung weist außerdem ein Positionserfassungssystem 10 zur Bestimmung von Augenpositionen des Betrachters in der Betrachterebene 7 auf. Das Positionserfassungssystem 10 steht mit der Nachführeinheit 3 in Verbindung, so dass die von dem Positionserfassungssystem 10 ermittelten Werte für die Positionen der Augen des Betrachters einer Steuereinrichtung 11 zugeführt werden, welche die Nachführeinheit 3 aktiviert bzw. ansteuert, damit eine Nachführung des Betrachterfensters 4 lateral (x-y-Richtung) und/oder axial (z-Richtung) bei Positionswechsel des Betrachters erfolgen kann. Bei einem nur lateralen Positionswechsel und somit nur einer lateralen Verschiebung des Betrachterfensters 4 ändert sich der Ort der Betrachterebene 7 entlang der optischen Achse 1 nicht. Bei einem axialen bzw. kombinierten lateralen und axialen Positionswechsel des Betrachters verschiebt sich dementsprechend auch die Betrachterebene entlang der optischen Achse 1.The playback device also includes a position detection system 10 for determining eye positions of the observer in the observer plane 7 on. The position detection system 10 stands with the tracking unit 3 in conjunction, so that of the position detection system 10 determined values for the positions of the eyes of the observer of a control device 11 which are the tracking unit 3 activates or controls, so that a tracking of the viewer window 4 lateral (xy-direction) and / or axial (z-direction) can take place when changing the position of the viewer. With only a lateral change of position and thus only a lateral displacement of the observer window 4 the location of the observer level changes 7 along the optical axis 1 Not. In the case of an axial or combined lateral and axial position change of the observer, the observer plane accordingly shifts along the optical axis as well 1 ,

In 2 ist eine laterale Nachführung des Betrachterfensters 4 in x-Richtung des Koordinatensystems dargestellt. Der erfindungsgemäße Gedanke liegt dabei darin, dass die Nachführung des Betrachterfensters 4 nicht nach einer Modulation des Lichts, sondern bereits vor der Modulation des Lichts in der Lichtmodulationseinrichtung 8 mittels der Nachführeinheit 3 erfolgt, wobei das optische System 5 bzw. optische Elemente in Lichtrichtung nach der Lichtmodulationseinrichtung 8 konstant bleiben bzw. nicht verändert werden. Dies bedeutet, dass bereits in der Nachführeinheit 3 das Licht derart mittels des Ablenkelements geführt werden kann, dass eine durch die Abbildung des modulierten Lichts entstehende Fourier-Transformierte FT ein Betrachterfenster genau an dem Ort bildet, an welchem sich ein Auge des Betrachters befindet, insbesondere bei einem Positionswechsel des Betrachters. Die 2 zeigt daher eine laterale Nachführung des Betrachterfensters 4 zu 4' bei einer Positionsänderung des Betrachters entlang der Betrachterebene 7 in x-Richtung entsprechend dem dargestellten Koordinatensystem. In der ursprünglichen Position des Betrachters in der Betrachterebene 7 wird das Betrachterfenster 4 im Bereich der optischen Achse 1 gebildet, wie durch die dünn gestrichelten Linien dargestellt. Bei einer Positionsänderung des Betrachters in x- oder y-Richtung wird jedoch das von der Lichtquelle 2 ausgesandte Licht in der Nachführeinheit 3 derart abgelenkt, dass dieses im Vergleich zu der ursprünglichen Position des Betrachters nicht mehr senkrecht, sondern unter einem Winkel auf die Lichtmodulationseinrichtung 8 fällt. Dabei ist zu beachten, dass der Durchmesser des Strahlenbündels, welches auf die Lichtmodulationseinrichtung 8 fällt, sich nicht ändert, damit die Lichtmodulationseinrichtung 8 immer unveränderlich mit gleicher Lichtintensität und ohne hohen Lichtverlust beleuchtet wird. Die Lichtmodulationseinrichtung 8 wird dabei mit kollimiertem Licht beleuchtet, wobei dies aber nicht Voraussetzung ist. Auf diese Weise wird die Abbildung der Lichtquelle 2 verschoben. Wie bereits unter 1 erwähnt, wird die Lichtmodulationseinrichtung 8 dabei mittels des optischen Systems 5 auf den Bildschirm 6 abgebildet, wobei innerhalb des optischen Systems 5 gleichzeitig die Fourier-Transformierte FT entsteht, die durch Abbildung in die Betrachterebene 7 das Betrachterfenster 4 bzw. bei Positionswechsel des Betrachters das neue Betrachterfenster 4' bildet. Das Bild der Lichtmodulationseinrichtung 8 auf dem Bildschirm 6 bewegt sich bei einer Nachführung des Betrachterfensters 4 nicht bzw. wird nicht gekippt, im Gegensatz zum Stand der Technik.In 2 is a lateral tracking of the observer window 4 shown in the x direction of the coordinate system. The idea according to the invention lies in the fact that the tracking of the observer window 4 not after a modulation of the light, but already before the modulation of the light in the light modulation device 8th by means of the tracking unit 3 takes place, the optical system 5 or optical elements in the light direction after the light modulation device 8th remain constant or not changed. This means that already in the tracking unit 3 the light can be guided by means of the deflection element such that a Fourier transform FT produced by the imaging of the modulated light forms a viewer window exactly at the location at which an eye of the observer is located, in particular when the observer changes position. The 2 therefore shows a lateral tracking of the viewer window 4 to 4 ' at a position change of the observer along the observer plane 7 in the x-direction according to the illustrated coordinate system. In the viewer's original position in the observer level 7 becomes the viewer window 4 in the area of the optical axis 1 formed as shown by the thin dashed lines. In a position change of the viewer in the x or y direction, however, that of the light source 2 emitted light in the tracking unit 3 deflected so that this no longer perpendicular, but at an angle to the light modulation device compared to the original position of the viewer 8th falls. It should be noted that the diameter of the beam, which on the light modulation device 8th falls, does not change, so that the light modulation device 8th always invariably illuminated with the same light intensity and without high loss of light. The light modulation device 8th is illuminated with collimated light, but this is not a prerequisite. In this way, the image becomes the light source 2 postponed. As already under 1 mentioned, the light modulation device 8th doing so by means of the optical system 5 on the screen 6 imaged, being within the optical system 5 at the same time the Fourier transform FT is created, which by mapping into the observer plane 7 the viewer window 4 or if the viewer changes position, the new viewer window 4 ' forms. The image of the light modulation device 8th on the screen 6 moves when tracking the viewer window 4 not or is not tilted, in contrast to the prior art.

Ein Raumfrequenzfilter 12 zur Filterung eines Fourierspektrums eines in der Lichtmodulationseinrichtung 8 kodierten Hologramms ist ebenfalls in 2 dargestellt, soll aber erst unter 3 näher beschrieben werden.A spatial frequency filter 12 for filtering a Fourier spectrum of one in the light modulation device 8th coded hologram is also in 2 shown, but should be under 3 be described in more detail.

Auf diese Weise kann das Betrachterfenster 4 einfach und ohne großen Aufwand dem Betrachter bei einem Positionswechsel lateral, in diesem Ausführungsbeispiel in x-Richtung bzw. in y-Richtung, nachgeführt werden.In this way, the viewer window 4 simply and without much effort the viewer in a position change laterally, in this embodiment in the x-direction or in the y-direction, be tracked.

Eine axiale Nachführung des Betrachterfensters 4 bei einer Änderung der Position des Betrachters wird in 3 dargestellt. Das Betrachterfenster 4 wird in diesem Ausführungsbeispiel entsprechend dem dargestellten Koordinatensystem in z-Richtung entlang der optischen Achse 1 nachgeführt. Auch in axialer Richtung erfolgt die Nachführung des Betrachterfensters 4 bereits in Lichtrichtung vor der Lichtmodulationseinrichtung 8. Die Nachführeinheit 3 weist dabei für eine axiale Nachführung ein optisches Element mit variabler bzw. steuerbarer Brennweite und wenigstens ein optisches Abbildungselement, beispielsweise eine Linse oder einen Spiegel, auf. Das optische Element mit variabler Brennweite kann beispielsweise als Flüssigkeitslinse, deformierbarer Spiegel oder ähnliches Element ausgebildet sein. Das Positionserfassungssystem 10 erfasst für eine Nachführung die Augenpositionen des Betrachters und übermittelt die erfassten Daten der Steuereinrichtung 11, welche die Nachführeinheit 3 aktiviert. Daraufhin wird die Brennweite des optischen Elements derart verändert, dass die geforderte Nachführung des Betrachterfensters 4 entlang der optischen Achse 1 gewährleistet wird. Das auf die Nachführeinheit 3 auftreffende Licht der Lichtquelle 2 wird nach der Beeinflussung durch das optische Element variabler Brennweite und durch das Abbildungselement der Nachführeinheit 3 unter einem anderen Konvergenzwinkel auf die Lichtmodulationseinrichtung 8 gerichtet, wobei die Lichtmodulationseinrichtung 8 das Licht entsprechend einer zu rekonstruierenden Szene moduliert. Das Licht kann auch divergent auf die Lichtmodulationseinrichtung 8 fallen, wobei gewährleistet sein muss, dass die Lichtmodulationseinrichtung 8 gleichmäßig beleuchtet wird. Mittels des optischen Systems 5 wird dann die Lichtmodulationseinrichtung 8 auf dem Bildschirm 6 abgebildet, wobei das Bild auf dem Bildschirm 6 auch bei einer axialen Bewegung des Betrachters unverändert bleibt. Das Bild wird weder gekippt, vergrößert noch verkleinert. Durch die Abbildung entsteht gleichzeitig eine Fourier-Transformierte FT. Für den ursprünglichen Strahlengang, welcher durch dünne Linien dargestellt ist, entsteht sie innerhalb des optischen Systems 5, wobei der Ort der Fourier-Transformierten FT in 3 nur angedeutet ist. Zur Nachführung des Betrachterfensters 4 zu 4' verschiebt sich die Abbildung der Lichtquelle 2 entlang der optischen Achse 1 der Ort der Fourier-Transformierten FT zu FT'. Durch die Abbildung der Fourier-Transformierten FT' wird dann das neue Betrachterfenster 4' erzeugt. Somit verschiebt sich ebenfalls die Betrachterebene 7 entlang der optischen Achse 1 zu 7'. Je nach axialer Position des Betrachters kann somit das Betrachterfenster 4 den Augen des Betrachters nachgeführt werden.An axial tracking of the viewer window 4 when changing the position of the viewer is in 3 shown. The viewer window 4 is in this embodiment according to the coordinate system shown in the z-direction along the optical axis 1 tracked. The tracking of the observer window also takes place in the axial direction 4 already in the light direction in front of the light modulation device 8th , The tracking unit 3 has an optical element with variable or controllable focal length and at least one optical imaging element, for example a lens or a mirror, for an axial tracking. The variable focal length optical element may be formed, for example, as a liquid lens, deformable mirror, or the like. The position detection system 10 detects the eye positions of the observer for a tracking and transmits the acquired data to the control device 11 which the tracking unit 3 activated. Then the focal length of the optical element is changed so that the required tracking of the viewer window 4 along the optical axis 1 is guaranteed. That on the tracking unit 3 incident light of the light source 2 after being influenced by the variable focal length optical element and by the imaging element of the tracking unit 3 at a different convergence angle to the light modulation device 8th directed, wherein the light modulation device 8th modulates the light according to a scene to be reconstructed. The light can also be divergent to the light modulation device 8th it must be ensured that the light modulation device 8th is illuminated uniformly. By means of the optical system 5 then becomes the light modulator 8th on the screen 6 pictured, taking the picture on the screen 6 remains unchanged even with an axial movement of the viewer. The picture is neither tilted, enlarged nor reduced. The mapping produces a Fourier-transformed FT at the same time. For the original beam path, which is represented by thin lines, it arises within the optical system 5 , where the location of the Fourier transform FT in 3 only hinted at. For tracking the viewer window 4 to 4 ' shifts the image of the light source 2 along the optical axis 1 the location of the Fourier transform FT to FT '. The image of the Fourier transform FT 'then becomes the new observer window 4 ' generated. Thus, the observer level also shifts 7 along the optical axis 1 to 7 ' , Depending on the axial position of the viewer can thus the viewer window 4 be tracked in the eyes of the beholder.

Die beiden oben erwähnten Möglichkeiten der lateralen und axialen Nachführung des Betrachterfensters 4 beschreiben eine Nachführung ohne Verschiebung, Verkippung oder Vergrößerung der Abbildung der Lichtmodulationseinrichtung 8 auf dem Bildschirm 6. Wie aus der 3 ersichtlich, ist die Größe des Betrachterfensters 4 bei axialer Nachführung proportional zum Abstand zwischen dem Betrachterfenster 4 und dem Bildschirm 6 bzw. hängt die Größe des Betrachterfensters 4 vom Abstand ab.The two above-mentioned possibilities of lateral and axial tracking of the viewer window 4 describe a tracking without shifting, tilting or enlarging the image of the light modulation device 8th on the screen 6 , Like from the 3 can be seen, is the size of the viewer window 4 in axial tracking proportional to the distance between the viewer window 4 and the screen 6 or depends on the size of the viewer window 4 from the distance.

Außerdem ist in der Wiedergabevorrichtung, insbesondere zur Rekonstruktion von Szenen, ein Raumfrequenzfilter 12 in einer Fourierebene vorgesehen, das ein ausgewähltes Periodizitätsintervall des Fourierspektrums eines Hologramms der Lichtmodulationseinrichtung 8 durchlässt. Bei vorteilhafter Verwendung der Wiedergabevorrichtung als holographische Wiedergabeeinrichtung mit einer ein Hologramm aufweisenden Lichtmodulationseinrichtung ist ein Raumfrequenzfilter, insbesondere eine Blende, von großer Bedeutung, da ein- oder zweidimensionale Hologramme, die in Pixeln kodiert sind, wobei die Pixel regulär angeordnet sind, in der Fourierebene eine periodische Wiederholung des Fourierspektrums erzeugen. Zur Unterdrückung oder Ausschaltung der Periodizität kann daher vorteilhafterweise ein Raumfrequenzfilter in dieser Ebene (Fourierebene) angeordnet sein, welches nur die verwendete Beugungsordnung passieren lässt. Das Raumfrequenzfilter 12 ist in den 2 und 3 dargestellt, wobei sich die folgende Beschreibung auf eine laterale und axiale Nachführung des Betrachterfensters 4 beziehen soll. Das Raumfrequenzfilter 12 ist innerhalb des optischen Systems 5 vorgesehen und in der Ebene der Fourier-Transformierten FT angeordnet. Bei einer axialen Nachführung des Betrachterfensters 4 ist es dann notwendig, dass das Raumfrequenzfilter 12 dementsprechend entlang der optischen Achse 1 verschoben wird. Bei einer lateralen Nachführung muss das Raumfrequenzfilter 12 entsprechend der lateralen Verschiebung des Betrachterfensters 4 lateral verschoben werden. Bei einer gleichzeitigen axialen und lateralen Nachführung des Betrachterfensters 4 muss das Raumfrequenzfilter 12 demzufolge gleichzeitig axial und lateral verschoben werden. Ebenso ist bei einer axialen Nachführung des Betrachterfensters 4 zu beachten, dass eine Öffnung des Raumfrequenzfilters 12 sich entsprechend der Größe des Betrachterfensters 4 vergrößert bzw. verkleinert. Die Anpassung der Öffnung und die laterale und/oder axiale Verschiebung des Raumfrequenzfilters 12 sind in geeigneter Geschwindigkeit entsprechend der Nachführung des Betrachterfensters 4 vorzunehmen.In addition, in the playback apparatus, in particular for the reconstruction of scenes, a spatial frequency filter 12 in a Fourier plane, which is a selected periodicity interval of the Fourier spectrum of a hologram of the light modulation device 8th pass through. In an advantageous use of the reproducing apparatus as a holographic display device with a light modulation device having a hologram, a spatial frequency filter, in particular a diaphragm, is of great importance, since one or two-dimensional holograms, which are encoded in pixels, the pixels are arranged regularly, in the Fourier plane generate periodic repetition of the Fourier spectrum. For suppression or elimination of the periodicity, therefore, a spatial frequency filter can advantageously be arranged in this plane (Fourier plane), which only allows the diffraction order used to pass. The spatial frequency filter 12 is in the 2 and 3 The following description refers to a lateral and axial tracking of the observer window 4 should relate. The spatial frequency filter 12 is inside the optical system 5 and arranged in the plane of the Fourier transform FT. For an axial tracking of the observer window 4 it is then necessary that the spatial frequency filter 12 accordingly along the optical axis 1 is moved. For lateral tracking, the spatial frequency filter must be used 12 according to the lateral displacement of the observer window 4 be shifted laterally. With a simultaneous axial and lateral tracking of the observer window 4 must the spatial frequency filter 12 Consequently, be moved simultaneously axially and laterally. Likewise, in an axial tracking of the viewer window 4 Note that an opening of the spatial frequency filter 12 depending on the size of the viewer window 4 enlarged or reduced. The adaptation of the opening and the lateral and / or axial displacement of the spatial frequency filter 12 are at a suitable speed according to the tracking of the observer window 4 make.

Der Vorteil des Raumfrequenzfilters 12 liegt weiterhin darin, dass die Reduzierung des Fourierspektrums auf eine Beugungsordnung und die Abbildung dieser Beugungsordnung sowie des Raumfrequenzfilters 12 als Betrachterfenster das Übersprechen verhindern, das üblicherweise bei holographischen Rekonstruktionen unter Verwendung von matrixförmigen Lichtmodulationseinrichtungen auftritt. Damit lassen sich im Multiplex-Verfahren nacheinander ein linkes und rechtes Auge eines Betrachters ohne Übersprechen bedienen. Ebenso ist ein Multiplex-Verfahren für mehrere Personen dadurch möglich.The advantage of the spatial frequency filter 12 lies further in that the reduction of the Fourier spectrum on a diffraction order and the mapping of this diffraction order and the spatial frequency filter 12 as observer windows prevent crosstalk that commonly occurs in holographic reconstructions using matrix light modulators. Thus, in the multiplex method, a left and right eye of a viewer can be successively operated without crosstalk. Likewise, a multip lex method for several people possible.

Eine weitere Möglichkeit zur Filterung des Fourierspektrums liegt in der Benutzung der Augenpupille als Filterungsmittel. In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn das Betrachterfenster 4 größer als die Augenpupille eines Auges des Betrachters ist.Another possibility for filtering the Fourier spectrum is the use of the eye pupil as a filtering means. In this case, it is advantageous if the viewer window 4 is greater than the eye pupil of an eye of the beholder.

In 4 ist die Nachführeinheit 3 in detaillierter Form dargestellt, wobei in diesem Ausführungsbeispiel der Mechanismus des in der Nachführeinheit 3 realisierten axialen Nachführens des Betrachterfensters 4 gezeigt wird. Das Strahlenbündel der Lichtquelle 2 wird durch das optische System H-H' mit variabler Brennweite, beispielsweise eine Flüssigkeitslinse oder mehrere Einzellinsen, so geformt, dass die Lichtmodulationseinrichtung 8 entweder mit einem kollimierten oder einem konvergenten bzw. divergenten Strahlenbündel beleuchtet und die Lichtquelle 2 dabei an verschiedene Orte entlang der optischen Achse 1 abgebildet wird. Dabei wird die Hauptebene H' in jedem Fall durch ein optisches Abbildungselement L auf die Lichtmodulationseinrichtung 8 abgebildet. Wesentlich ist dabei, dass sich die ausgeleuchtete Fläche der Lichtmodulationseinrichtung 8 nicht ändert, und dass die Hauptebenen H und H' nicht verschoben werden.In 4 is the tracking unit 3 shown in more detail, in this embodiment, the mechanism of the tracking unit 3 realized axial tracking of the viewer window 4 will be shown. The beam of the light source 2 is formed by the variable focal length optical system HH ', for example, a liquid lens or a plurality of individual lenses, so that the light modulation means 8th illuminated with either a collimated or a convergent or divergent beam and the light source 2 to different places along the optical axis 1 is shown. In this case, the main plane H 'in any case by an optical imaging element L to the light modulation device 8th displayed. It is essential that the illuminated surface of the light modulation device 8th does not change, and that the main levels H and H 'are not moved.

Das zur Realisierung des lateralen Nachführens des Betrachterfensters 4 erforderliche Ablenkelement kann ebenfalls in dem vor dem optischen Abbildungselement L liegenden Teil der Nachführeinheit 3 angeordnet sein, so dass die Lichtquelle 2 weder für das laterale noch für das axiale Nachführen bewegt werden muss.That for the realization of the lateral tracking of the observer window 4 required deflecting element can also in the front of the optical imaging element L lying part of the tracking unit 3 be arranged so that the light source 2 must be moved neither for the lateral nor for the axial tracking.

Ein weiteres Problem stellen Aberrationen der optischen Systeme dar, welche die Qualität der rekonstruierten Szene durch Vignettierung beeinträchtigen. Ist das optische System 5, wie oben beschrieben, unveränderlich und sehr gut optimiert für die Abbildung der Lichtmodulationseinrichtung 8 auf den Bildschirm 6 bzw. ändert sich im Bereich zwischen der Lichtmodulationseinrichtung 8 und dem Bildschirm 6 nichts, dann wird die Lichtmodulationseinrichtung 8 für alle Positionen des Betrachters aberrationsfrei auf dem Bildschirm 6 abgebildet. Es ist jedoch zu erwarten, dass das Betrachterfenster 4 bzw. 4' bei der Nachführung durch die Aberrationen beeinflusst wird. Derartige Aberrationen sind hauptsächlich sphärische Aberration, Koma und Astigmatismus. Diese Aberrationen sind jedoch vollkommen unabhängig von der Abbildung der Lichtmodulationseinrichtung 8 auf den Bildschirm 6. Es ist daher nicht möglich, für den Bildschirm 6 und das Betrachterfenster 4 bzw. 4' gleichzeitig Aberrationsfreiheit zu gewährleisten. Durch die Aberrationen kann sich das Betrachterfenster 4 bzw. 4' verändern, beispielsweise vergrößern, wodurch es zur Vignettierung des Bildes auf dem Bildschirm 6 kommt, da Strahlenbündel von Teilen des Bildschirms 6 durch die Augenpupille abgeblendet werden. Daher ist es notwendig, dass die Aberrationen korrigiert werden. Eine hinreichend gute Korrektur der Aberrationen reicht aber aus, um einer Vignettierung entgegenzusteuern. Eine Korrektur der Aberrationen in auf die Lichtmodulationseinrichtung 8 folgenden Systemen, wie in diesem Ausführungsbeispiel das optische System 5, kann dadurch erfolgen, dass eine Wellenfront der Beleuchtung, hier der Lichtquelle 2, geeignet modifiziert wird, z. B. durch ein adaptives optisches System. Dieses adaptive optische System ist dabei in der Nachführeinheit 3 in einem Urbild der Lichtmodulationseinrichtung 8 vorgesehen und soll somit auf die Lichtmodulationseinrichtung 8 abgebildet werden. Es ist auch möglich, dieses adaptive optische System in einem Bild der Lichtmodulationseinrichtung 8, beispielsweise in dem optischen System 5 anzuordnen. Es sollte jedoch beachtet werden, dass die Lichtmodulationseinrichtung 8 dabei homogen mit gleichbleibender Intensität beleuchtet wird. Auf diese Weise können Aberrationen im Betrachterfenster 4 geeignet korrigiert und eine Vignettierung der rekonstruierten Szene vermieden werden. Dadurch wird auch die Qualität der rekonstruierten Szene verbessert.Another problem is aberrations of the optical systems, which affect the quality of the reconstructed scene by vignetting. Is the optical system 5 as described above, invariable and very well optimized for imaging the light modulator 8th on the screen 6 or changes in the area between the light modulation device 8th and the screen 6 nothing, then the light modulation device 8th for all positions of the viewer aberration-free on the screen 6 displayed. However, it is expected that the viewer window 4 respectively. 4 ' during tracking is affected by the aberrations. Such aberrations are mainly spherical aberration, coma and astigmatism. However, these aberrations are completely independent of the image of the light modulation device 8th on the screen 6 , It is therefore not possible for the screen 6 and the viewer window 4 respectively. 4 ' to ensure at the same time aberration. Through the aberrations, the viewer window can 4 respectively. 4 ' change, for example, zoom, causing it to vignette the image on the screen 6 comes because beams of parts of the screen 6 be dimmed by the eye pupil. Therefore, it is necessary that the aberrations be corrected. However, a sufficiently good correction of the aberrations is sufficient to counteract vignetting. A correction of the aberrations in the light modulation device 8th following systems, as in this embodiment, the optical system 5 , can be done by having a wavefront of illumination, here the light source 2 is suitably modified, for. By an adaptive optical system. This adaptive optical system is in the tracking unit 3 in a prototype of the light modulation device 8th provided and is thus intended to the light modulation device 8th be imaged. It is also possible to use this adaptive optical system in an image of the light modulation device 8th in the optical system, for example 5 to arrange. It should be noted, however, that the light modulation device 8th It is illuminated homogeneously with constant intensity. In this way, aberrations can appear in the viewer window 4 appropriately corrected and a vignetting of the reconstructed scene are avoided. This also improves the quality of the reconstructed scene.

Somit ist es mittels der erfindungsgemäßen Wiedergabevorrichtung und dem Verfahren möglich, neben einer lateralen Nachführung der Austrittspupille bzw. des Betrachterfensters 4 auch gleichzeitig, wenn notwendig, eine axiale Nachführung bei Bewegung des Betrachters auf den Bildschirm 6 zu oder von ihm weg vorzusehen, ohne dass eine Vignettierung der insbesondere rekonstruierten Szene erfolgt. Das Bild auf dem Bildschirm 6 wird dabei nicht gekippt bzw. verdreht.Thus, it is possible by means of the reproduction apparatus according to the invention and the method, in addition to a lateral tracking of the exit pupil and the observer window 4 at the same time, if necessary, an axial tracking when moving the viewer on the screen 6 to provide to or away from him without a vignetting of the particular reconstructed scene takes place. The picture on the screen 6 will not be tilted or twisted.

Die erfindungsgemäße Wiedergabevorrichtung mit einer Nachführeinheit zum Nachführen eines Betrachterfensters in Verbindung mit dem Verfahren kann beispielsweise für eine zwei- und/oder dreidimensionale Darstellung für den Privat- und Arbeitsbereich, wie beispielsweise für Computer, Head-up-Displays, Mobiltelefone, Fernsehen, elektronische Spiele, Automobilindustrie zur Anzeige von Informationen oder der Unterhaltung, Medizintechnik oder auch für die Militärtechnik beispielsweise zur Darstellung von Geländeprofilen eingesetzt werden. Selbstverständlich kann die vorliegende Wiedergabevorrichtung auch in anderen, hier nicht genannten Bereichen eingesetzt werden, in welchen eine Nachführung der Austrittspupille der Einrichtung in lateraler und/oder axialer Richtung notwendig ist.The Reproduction device according to the invention with a tracking unit for tracking a viewer window in connection with the method may, for example for one two- and / or three-dimensional representation for the private and work area, such as for Computers, head-up displays, mobile phones, television, electronic Games, automotive industry to display information or the Entertainment, medical technology or even for military technology, for example, for presentation of terrain profiles be used. Of course The present reproduction apparatus can also be used in others, here not mentioned areas are used, in which a tracking of the Exit pupil of the device in the lateral and / or axial direction necessary is.

Claims

Reproduction device for two- and / or three-dimensional representation of scenes, with at least one light source ( 2 ), at least one light modulation device ( 8th ), a position detection system ( 10 ) for collecting data from eye positions of at least one observer in a viewer plane ( 7 ), an optical system ( 5 ) with at least one imaging element in front of a screen ( 6 ), a tracking unit ( 3 ) for tracking a virtual viewer window ( 4 ) the observer level ( 7 ), wherein the tracking unit ( 3 ) between the light source ( 2 ) and the light modulation device ( 8th ) is arranged and by a control device ( 11 ) is controllable, and the tracking unit ( 3 ) an optical element with controllable focal length and at least one optical imaging element for changing the illumination beam path after the light modulation device ( 8th ), and wherein the image of the light modulation device ( 8th ) on the screen ( 6 ) remains unchanged during tracking.

Device according to claim 1, characterized in that in the tracking unit ( 3 ) an optical element, which is designed as a deflection element, and at least one optical imaging element for the lateral tracking of the observer window ( 4 ) are provided.

Device according to claim 1, characterized in that in the tracking unit ( 3 ) a controllable optical element with variable focal length and at least one optical imaging element for the axial tracking of the observer window ( 4 ) are provided.

Device according to claim 1, characterized in that the optical system ( 5 ) for the reconstruction of scenes a spatial frequency filter ( 12 ) for filtering a selected periodicity interval of the Fourier spectrum of a hologram of the light modulation device ( 8th ) having.

Apparatus according to claim 4, characterized in that the spatial frequency filter ( 12 ) is slidably disposed in the plane of the Fourier transform FT of the imaged hologram.

Apparatus according to claim 4, characterized in that the spatial frequency filter ( 12 ) axially and / or laterally corresponding to the axial and / or lateral displacement of the observer window ( 4 ) is adjustable.

Device according to claim 4, characterized in that that the eye pupil intended to filter the Fourier spectrum is.

Apparatus according to claim 1, characterized in that for a correction of aberrations of an illumination beam path in the tracking unit ( 3 ) An adaptive optical system is provided.

Method for tracking at least one viewer window of a viewer plane ( 7 ), in which at least one viewer is located, in a position change of the viewer, which is carried out with a reproducing apparatus according to one of claims 1 to 8, wherein a position detection system ( 10 ) Eye positions of the observer in the observer level ( 7 ) and the collected data of a control device ( 11 ), which contains a tracking unit ( 3 ), wherein an illumination beam path is changed by means of an optical element with controllable focal length and at least one optical imaging element such that the viewer window (FIG. 4 ) is guided in the lateral and / or axial direction to the detected eye position, and wherein the tracking unit ( 3 ) between a light source ( 2 ) and at least one light modulation device ( 8th ) and the image of the light modulation device ( 8th ) on the screen ( 6 ) remains unchanged during tracking.

Method according to claim 9, characterized in that for tracking the observer window ( 4 ) at the level of the observer ( 7 ) in the lateral direction, the light at a variable angle to the light modulation device ( 8th ).

Method according to claim 9, characterized in that the light is collimated onto the light modulation device ( 8th ).

A method according to claim 9, characterized in that for an axial tracking of the observer window ( 4 ) optical properties of at least one optical element in the tracking unit ( 3 ).

A method according to claim 9, characterized in that for an axial tracking of the observer window ( 4 ) mutual distances of the optical elements are changed.

A method according to claim 9, characterized in that the light as a convergent or divergent beam on the light modulation device ( 8th ) can be distracted.

A method according to claim 9, characterized in that a reconstruction of scenes is generated, wherein a spatial frequency filter ( 12 ) a selected periodicity interval of the Fourier spectrum of a hologram of the light modulation device ( 8th ) filters.

A method according to claim 15, characterized in that a Fourier transform (FT) of the hologram of the light modulation device ( 8th ) is imaged on at least one eye of the viewer and there the viewer window ( 4 ).

Method according to claim 9, characterized in that for correction of aberrations in the light modulation device ( 8th ) following optical system ( 5 ) a wavefront of a lighting is modified.