專利名稱：通過全息屏幕同時產(chǎn)生同一個圖像的多個互相隔開的全息幀的投影裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種通過全息屏幕同時產(chǎn)生同一個圖像的多個互相隔開的、離散的全息幀的投影裝置，一種包括投影裝置和對于觀看者來說是可見的同一個圖像的多個互相隔開的、離散的全息幀的系統(tǒng)，以及它們用于顯現(xiàn)圖像和/或數(shù)據(jù)(特別是在商業(yè)上)的用途。
近來，對于顯現(xiàn)圖像和數(shù)據(jù)的需要、特別是對于用于信息和商業(yè)目的的顯現(xiàn)圖像和數(shù)據(jù)的需要明顯增長。這種顯示技術打開了具有多市場塊、大成交量和高增長率的市場。近幾年，在用于信息目的的拾取、傳輸和處理圖像和數(shù)據(jù)的功能鏈中已經(jīng)取得了巨大的進步。為了表示數(shù)據(jù)和圖像，廣泛應用例如陰極射線管和液晶顯示器的顯示器。
基本上，可以用所有的投影儀通過兩種方法在顯示屏幕上產(chǎn)生圖像，即通過正面投影或通過背面投影。在前一種所提到的情況中，圖像被投影到顯示屏幕的正面上，并且也在顯示屏幕的正面上觀看到該圖像。在這種情況下，顯示屏幕需要最大地散射入射光以向后擴散。在后一種所提到的情況中，圖像(從背面)被投影到顯示屏幕的相反面。顯示屏幕此時需要最大地透射光，但是其同時需要以相當大的角度向前散射光。
這里，非常需要一種能夠在不同位置處顯示同一對象的同一數(shù)據(jù)和圖像的多個顯示的數(shù)據(jù)和圖像投影系統(tǒng)，以使得所述多個顯示到達多個空間分離的觀看者和/或重復地到達同一觀看者。
在現(xiàn)有技術中，圖像/數(shù)據(jù)投影系統(tǒng)用于相同數(shù)據(jù)和/或圖像的每一個單獨幀的同時和多個局部分隔顯示。
例如，DE 102 00 134公開了一種用于通過衍射和散射由圖像投影設備投影的光來顯示圖像的全息顯示屏幕。用于向上/向下散射光的光散射裝置被設置在全息顯示屏幕的全息裝置的圖像投影設備一側，所述光從至少一個向上/向下的規(guī)定角度范圍入射并被向上傾斜地或者向下傾斜地加寬；用于向左或向右散射光的光散射裝置被設置在該全息裝置和該向上/向下光散射裝置之間或被設置在該全息裝置和該向上/向下光散射裝置的圖像投影設備一側之間，所述光從一個左/右規(guī)定角度范圍入射并被向左傾斜地或者向右傾斜地加寬。用這種方式實施該結構，以便該向上/向下特定角度范圍包圍或包括到達全息顯示屏幕上的圖像光的入射角，從而提供一種具有良好的顏色再現(xiàn)能力的全息顯示屏幕，該全息顯示屏幕同時還允許觀看背景。
本發(fā)明的一個目的是提供一種通過全息屏幕同時產(chǎn)生同一個圖像的多個互相隔開的、離散的全息幀的投影裝置。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種投影系統(tǒng)，該投影系統(tǒng)包括一個投影裝置和通過全息屏幕可由觀看者觀看到的同一個圖像的多個互相隔開的非重疊幀。
本發(fā)明的目的限定在權利要求1中。本發(fā)明的進一步的優(yōu)選實施例限定在從屬權利要求中。
一個優(yōu)選實施例涉及一種投影系統(tǒng)，包括-至少一個圖像投影設備，-至少一個透明屏幕，該透明屏幕將來自該圖像投影設備的光偏轉到多個離散的、互相隔開的方向中，以便在完全相同的圖像之間形成一個無圖像區(qū)域，以及-通過該全息屏幕顯現(xiàn)至少一個圖像的多個投影的、互相隔開的全息幀，其中該透明屏幕包括至少一個膜層，該膜層被以相對于同一圖像對象的不同拾取角度多次部分地照明，以使該膜層在互相不同的拾取角度下具有該同一對象的多個全息圖像，以及/或者該透明屏幕包括多個全息膜層，其中每個膜層被以相對于同一對象的不同拾取角度照明一次，以使每個膜層在不同的拾取角度下具有該對象的一個全息圖像。
用在本發(fā)明中的表述“同一對象”也包含“完全相同的對象”。
根據(jù)本發(fā)明的一實施例，所述屏幕將來自投影儀的光偏轉到多個離散的、互相隔開的方向中，其中在完全相同的圖像之間形成一個沒有圖像的區(qū)域，以使得觀看者通過改變其位置和/或觀看角度每次只可以觀看到這些圖像中的一個。
根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的是觀看者同時看到的同一對象的圖像不超過一個。
由于所述屏幕將來自投影儀的光偏轉到多個離散的、互相隔開的方向中，其中在完全相同的圖像之間形成一個沒有圖像的區(qū)域，所以各單獨的圖像顯得比當?shù)谝粓D像和最后一個圖像之間的整個區(qū)域被填滿時更為明亮。與各圖像之間沒有形成無圖像區(qū)域的一系列完全相同的圖像相比，這些互相隔開的圖像的光強度(以Cd/m2為單位)優(yōu)選地是2到10倍，優(yōu)選地是3倍，更優(yōu)選地是4倍并且進一步優(yōu)選地是5倍。當使用投影儀時，通過照明區(qū)域和未照明區(qū)域之間的比例來增加每個圖像的光強度。
所述屏幕可被形成為一個反射層和/或透射層。
所述圖像投影裝置可以是激光投影儀。與其它投影方法相比，激光投影儀具有1∶300或更高的非常高的初始對比度。因此，與傳統(tǒng)的圖像投影設備相比，它們可以在半暗空間內(nèi)提供明顯更好的顯示。
本發(fā)明涉及背面投影和正面投影以及它們的組合，也就是部分背面投影和部分正面投影。
在市場上可以獲得不同尺寸和類型以及不同投影屏幕材料的用于傳統(tǒng)圖像投影儀(射束器)的背面投影的屏幕。
在本發(fā)明意義上的屏幕基于至少一個全息膜層。在最簡單的情況下，一個屏幕由一層全息膜層組成。但是，該屏幕也可以包含多層疊加的全息膜層。一層全息膜層也可以被表示為屏幕，這樣當使用多層全息膜層時就涉及疊加的屏幕。所述屏幕經(jīng)?？梢园ㄍ该髦Ъ?。在最簡單的情況下，一個全息膜層可以被設置在一個支架上。但是，可替換地，全息膜層可以具有至少一層非透明層，其優(yōu)選地是光吸收層。
所述透明屏幕可以包括至少兩層，優(yōu)選的是至少三層，進一步優(yōu)選的是至少四層以及更進一步優(yōu)選的是至少五層全息膜層。
優(yōu)選地，所述透明屏幕具有一個膜層，該膜層被以相對于同一對象的不同拾取角度多次部分地照明，以便該膜層包含該同一對象的在不同拾取角度下的多個全息圖像。由于這種基于多次部分地照明膜層的屏幕的同時實施方式，通過該全息透明屏幕可以在多個觀看方向上同時提供圖像，對于該全息透明屏幕觀看者可以獲得多個角度范圍，在所述角度范圍之內(nèi)該同一對象的互相隔開的圖像是可見的。但是，中間的角度范圍(即兩個相鄰圖像之間的范圍)是沒有幀或圖像的，即在這些范圍內(nèi)，對于觀看者來說該屏幕是透明和/或黑的。
但是，同樣可以基于多層全息膜層來形成透明屏幕，以相對于同一對象的不同角度分別照明每個膜層一次，以便這些膜層中的每一個都包含該對象在不同拾取角度下的一個全息圖像。在屏幕的該實施例中，通過層疊(stacking)的方式疊加多個全息膜層。
在一個優(yōu)選實施例中，將第一膜層或屏幕實施成其將投影光偏轉到第一觀看方向中，并且將第二膜層或屏幕實施成其將所述光偏轉到第二觀看方向中。將第一全息膜層選擇成使其只偏轉光的給定百分比并透射剩余的光，以使后續(xù)的各全息膜層也同樣反射部分投影光。
優(yōu)選地，以這種方式實施全息膜層當使用多個疊加的全息膜層時，每個全息膜層基本上反射相同數(shù)量的光。
在一特別優(yōu)選的實施例中，所述屏幕具有三層全息膜層，每層具有不同的觀看方向。例如，所述屏幕的第一全息膜層偏轉1/3的投影光，該屏幕的第二全息膜層偏轉仍然存在的光的一半，即1/2*2/3＝1/3，這導致相同數(shù)量的光，并且該屏幕的第三全息膜層偏轉還剩下的光的100％，即剩下的1/3?？梢詫⑦@三層全息膜層疊置在一起以形成一個屏幕。
由于連續(xù)的部分照明，這種屏幕也可以由一層全息膜層制成。
但是，可以替換地制造這樣的屏幕，該屏幕由至少一層被多次部分照明的全息膜層和至少一層只被照明一次的全息膜層疊置而成。
可以均勻地實施劃分到不同方向的光的數(shù)量，但是，當然也可以不均勻地實施劃分到不同方向的光的數(shù)量。
全息膜層可以以公知的方式照明，這樣對于觀看者來說，同一對象的所投影的、隔開的圖像具有遞增或遞減的亮度(例如通過特定的軌跡)。
對于本發(fā)明，“特定軌跡”應被理解成由觀看從一個到下一個相鄰圖像的相關圖像的觀看者所覆蓋的最短距離。
可替換地是，通過全息屏幕產(chǎn)生的圖像的中間觀看方向看上去是明亮的，并且側面相鄰的觀看方向看上去較暗。
通過全息屏幕投影的同一對象的各圖像也可以通過其顏色辨別，這例如取決于觀看方向。由于波長靈敏度，特別是被認為是“厚”的全息圖，色彩分離是非?？赡艿摹Ｒ虼?，同一對象的圖像內(nèi)容或圖像在它們各自的顏色方面可能是不同的。
在投影系統(tǒng)的另一個優(yōu)選實施例中，可以同時投影同一第一對象的多個第一互相隔開的全息幀，并且可以同時投影同一第二對象的多個第二互相隔開的全息幀，其中所述各第一幀和第二幀是不同的圖像。為此，對于每個待投影的單獨圖像都需要一個圖像投影設備或者分開的光束以及一個屏幕。
為了同時投影第一、第二和第三對象的多個第一、第二和第三互相隔開的全息圖像，根據(jù)上述實施例，將需要至少三個投影設備或者三束分開的光束以及至少三個屏幕。
優(yōu)選的是第一、第二和第三對象彼此都不相同。
根據(jù)本發(fā)明，不僅可以用反射屏幕而且可以用透射屏幕，以及部分反射部分透射的屏幕。
部分反射部分透射的顯示屏幕具有這樣的優(yōu)點，即觀看者可以以空間獨立的方式基本上從任何方向(即圓形圍繞屏幕)觀看同一對象的同時投影的、互相隔開的圖像中的至少一個。
例如，在三個不同角度下使用的全息屏幕也可以提供給觀看者三個觀看方向或角度范圍。根據(jù)屏幕的布局，圖像實際上出現(xiàn)在顯示屏幕的前面或者顯示屏幕的后面，例如在-50°到-30°、-10°到+10°和+30°到+50°的角度范圍內(nèi)出現(xiàn)。在位于其間角度下，觀看者看不到圖像并且屏幕看上去是透明的，而且例如可以看到位于其后面的窗口結構。
此外，有利的是，根據(jù)本發(fā)明可用的全息屏幕允許出射角不同于從圖像投影設備來的光束的入射角。例如，盡管是水平觀看方向，這也允許將圖像投影設備安裝在獨立于實際出射角的位置，例如在窗口的上邊界或下邊界。垂直投影角度應該只有例如-20°到+20°的范圍，這樣其仍然允許不同身高的觀看者觀看圖像。
全息屏幕可以被實施成透射全息屏幕和/或反射全息屏幕。
為了制造屏幕和一個或多個全息膜層，基本上任何本領域所知的方法均可用。
例如，可以通過光學照明系統(tǒng)照明光敏膜層來制造全息屏幕或所述屏幕。按照慣例，例如由激光振蕩器產(chǎn)生激光，并且通過分束器將該激光分成兩束以便產(chǎn)生次級光束。通過反射鏡和物鏡偏轉該次級光束，并且將該偏轉的光束作為參考光束傾斜地從較高位置導向該光敏膜層。通過反射鏡和物鏡偏轉另一個次級光束，并且通過光擴散片(diffuser)將該次級光束作為對象光束導向該光敏膜層。結果，該參考光束和對象光束彼此相干涉(即在光敏膜層上)，從而形成全息圖。通過使用這種全息膜層制造顯示屏幕。
全息屏幕或所述屏幕也可以用這種方法制造，即全息圖被成像在一個密度調制盤上，例如由杜邦公司銷售的商標名為OmmniDex的密度調制盤。同樣在這種情況下，可以制造具有非常好的顏色可再現(xiàn)性并允許觀看者觀看背景的全息顯示屏幕。
但是，全息屏幕或所述屏幕也可以根據(jù)計算機全息圖而構造。為了產(chǎn)生計算機全息圖，所述屏幕被分割成數(shù)十微米的微觀單元，并且調整衍射波長、衍射方向、聚焦位置等等。所需的衍射光柵隨后通過計算機計算和處理。
正如上文中已描述的那樣，所述屏幕可以包含被多次部分照明的一層全息膜層或多層全息膜層，其中每個膜層在不同照明角度下成像同一對象。
為了制造根據(jù)本發(fā)明可用的屏幕，優(yōu)選的是對象的拾取角度相差至少±1％并且最大±60％，特別地是至少±5％，優(yōu)選地是至少±10％，進一步優(yōu)選地是至少±15％并且更進一步優(yōu)選地是至少±20％，以便通過全息屏幕產(chǎn)生同一對象的一個圖像的互相隔開的全息幀。通過全息屏幕產(chǎn)生同一對象的一個圖像的互相隔開的全息幀的拾取角度也可以相差至少±25％，特別地是至少±30％，優(yōu)選地是至少±35％，進一步優(yōu)選地是至少±40％并且更進一步優(yōu)選地是至少±50％。
由于相對于同一對象的被改變的拾取角度，位于相對于屏幕的至少±1％并且最大±60％(特別地是至少±5％，優(yōu)選地是至少±10％，進一步優(yōu)選地是至少±15％并且更進一步優(yōu)選地是至少±20％)的觀看角度范圍內(nèi)的觀看者同時可以觀看到對象的多個互相隔開的全息圖像。相對于屏幕的觀看角度范圍也可以是至少±25％，特別地是至少±30％，優(yōu)選地是至少±35％，進一步優(yōu)選地是至少±40％并且更進一步優(yōu)選地是至少±50％。
通過全息屏幕的同一圖像的各幀的拾取角度優(yōu)選地以這種方式被選擇使得在不同角度下拾取的、通過投影在全息反射層和/或透射層上而顯現(xiàn)給觀看者的一個對象的互相隔開的、離散的圖像是不重疊的。
對于被顯現(xiàn)給觀看者的圖像是不重疊的情況，對于在相鄰幀之間角度范圍內(nèi)的觀看者來說，屏幕看上去是透明的。
根據(jù)投影系統(tǒng)的一個優(yōu)選實施例，對于觀看者來說，同一對象的所顯現(xiàn)的、空間離散的圖像可以顯示出顏色和/或亮度差異。
當觀看其它方面相同的圖像時，這些顏色和或亮度差異將提高觀看者的注意力。
就高度、寬度、水平排列和/或垂直排列而言，對于觀看者來說，同一對象的所顯現(xiàn)的、相互空間離散的圖像也可以是不同的。
通過制造全息膜層的方式可以影響一個或多個圖像的在色度、亮度、高度、寬度、水平排列和/或垂直排列方面的改變。
可以均勻地實施劃分到不同觀看方向或角度范圍內(nèi)的光數(shù)量，可替換地，該劃分可以是不均勻的，例如，可以以特定軌跡增加亮度，以便對觀看者來說同一對象的中間圖像看上去明亮并且外部圖像看上去暗些。
可以根據(jù)顏色(三種或更多)實施到不同觀看方向的劃分。由于“厚”全息圖的波長靈敏度，可以獲得非常好的分離。原理上，圖像內(nèi)容在它們的各種顏色中可能是不同的。
本發(fā)明還涉及一種投影裝置，包括-至少一個圖像投影設備，-至少一個透明屏幕，其中該透明屏幕具有至少一個全息膜層，該全息膜層被以相對同一對象的不同拾取角度多次部分地照明，以使該膜層在互相不同的拾取角度下具有同一對象的多個全息圖像，以及/或者該透明屏幕包括多個全息膜層，其中每個膜層被以相對同一對象的不同拾取角度照明一次，以使每個膜層在不同的拾取角度下具有同一對象的一個全息圖像。
根據(jù)本發(fā)明的投影系統(tǒng)和投影裝置優(yōu)選地可用來顯現(xiàn)圖像和/或數(shù)據(jù)，特別是廣告。除

圖1和2所示的屏幕之外，使用反射屏幕也是可能的。
參考下文描述的實施例，本發(fā)明的這些和其它方面將變得明顯并將被加以說明。
在附圖中圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的在平面視場中具有三個觀看方向的投影系統(tǒng)；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的在垂直方向上進行輻射的投影系統(tǒng)。
圖1示出了具有圖像投影設備2的投影系統(tǒng)1和具有三層全息膜層的屏幕3，每個膜層在不同拾取角度下具有同一對象的全息圖像，通過將屏幕3設置成與來自圖像投影設備2的投影光錐體7齊平，從而使輻射光束具有三個觀看方向4、5、6。當顯現(xiàn)給觀看者的同一對象的三個圖像的角度范圍從-50°延伸到-30°、從-10°延伸到+10°和從+30°延伸到+50°時，所述圖像對于觀看者來說是可見的。在中間的角度下，沒有圖像可見并且屏幕3看上去是透明的，而且允許觀看者看見位于屏幕后面的窗口(未示出)的結構。
圖2示出了具有圖像投影設備2的投影系統(tǒng)1和具有三層全息膜層的屏幕3，每個膜層在不同拾取角度下具有同一對象的全息圖像。來自投影系統(tǒng)1(起始于圖像投影設備2)的輻射光束被顯示在垂直方向上，并且具有不同于入射角9的出射角8。盡管沿水平方向觀看，但是允許將投影儀安裝成高于或低于窗口(未示出)。垂直投影角度的優(yōu)選范圍是從-20°到+20°。
權利要求
1.一種投影系統(tǒng)(1)，包括-至少一個圖像投影設備(2)，-至少一個透明屏幕(3)，該透明屏幕(3)將來自圖像投影設備(2)的光偏轉到多個離散的、互相隔開的方向中，以便在完全相同的圖像之間形成一個無圖像區(qū)域；以及-通過全息屏幕(3)顯現(xiàn)的至少一個圖像的多個投影的、互相隔開的全息幀，其中該透明屏幕(3)包括至少一個膜層，該膜層被以相對同一圖像對象的不同拾取角度多次部分地照明，以使該膜層具有在互相不同的拾取角度下的該同一對象的多個全息圖像，以及/或者該透明屏幕(3)包括多個全息膜層，其中每個膜層被以相對于同一對象的不同拾取角度照明一次，以使每個膜層具有在不同的拾取角度下的該對象的一個全息圖像。
2.根據(jù)權利要求1的投影系統(tǒng)(1)，其中拾取角度相差至少±1％并且最大±60％，特別地是至少±5％，優(yōu)選地是至少±10％，進一步優(yōu)選地是至少±15％，并且更進一步優(yōu)選地是至少±20％。
3.根據(jù)權利要求1或2的投影系統(tǒng)(1)，其中通過全息屏幕(3)以一定相互距離顯現(xiàn)的圖像在相對于顯示屏幕(3)的一個觀看角度范圍內(nèi)對于觀看者來說是可見的，所述觀看角度范圍是至少±1％并且最大±60％，特別地是至少±5％，優(yōu)選地是至少±10％，進一步優(yōu)選地是至少±15％并且更進一步優(yōu)選地是至少±20％。
4.根據(jù)權利要求1-3中的任一權利要求中的投影系統(tǒng)(1)，其中對于在相鄰幀之間的角度范圍之內(nèi)的觀看者來說，顯示屏幕(3)看上去是透明的。
5.根據(jù)權利要求1-4中的任一權利要求中的投影系統(tǒng)(1)，其中在不同角度下被拾取并且通過投影被顯現(xiàn)在一個全息反射層和/或透射層上的一個對象的互相隔開的、離散的圖像是不重疊的。
6.根據(jù)權利要求1-5中的任一權利要求中的投影系統(tǒng)(1)，其中對于觀看者來說，通過全息屏幕(3)顯現(xiàn)的同一對象的相互隔開的、離散的圖像顯示出顏色和/或亮度差異。
7.根據(jù)權利要求1-6中的任一權利要求中的投影系統(tǒng)(1)，其中所述透明屏幕(3)包含至少兩層全息膜層，優(yōu)選地包含三層全息膜層。
8.根據(jù)權利要求1-7中的任一權利要求中的投影系統(tǒng)(1)，其中對于觀看者來說，在高度、寬度、水平排列和/或垂直排列方面，通過全息屏幕(3)顯現(xiàn)的同一對象的互相隔開的、離散的圖像是不同的。
9.一種投影裝置(1)，包括-至少一個圖像投影設備(2)，-至少一個透明屏幕(3)，其中該透明屏幕(3)包括至少一個膜層，該膜層被以相對于同一對象的不同拾取角度多次部分地照明，以使該膜層具有在互相不同的拾取角度下的該同一對象的多個全息圖像，以及/或者該透明屏幕(3)包括多個全息膜層，其中每個膜層被以相對于該同一對象的不同拾取角度照明一次，以使每個膜層具有在不同的拾取角度下的該對象的一個全息圖像。
10.將權利要求1-9中的任一權利要求中的投影系統(tǒng)(1)用于顯現(xiàn)圖像和/或數(shù)據(jù)，特別是廣告。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種投影系統(tǒng)(1)，包括a)至少一個圖像投影設備(2)；b)至少一個透明屏幕(3)，該透明屏幕(3)將來自該圖像投影設備(2)的光偏轉到多個離散的、互相隔開的方向中，以便在完全相同的圖像之間形成一個沒有圖像的區(qū)域；以及c)通過該全息屏幕(3)顯現(xiàn)的至少一個圖像的多個投影的、互相隔開的全息幀。其中該透明屏幕(3)包括至少一個膜層，該膜層被以相對于同一圖像對象的不同拾取角度多次部分地照明，以使該膜層具有在互相不同的拾取角度下的同一對象的多個全息圖像，以及/或者該透明屏幕(3)包括多個全息膜層，其中每個膜層被以相對于該同一對象的不同拾取角度照明一次，以使每個膜層具有在不同的拾取角度下的該對象的一個全息圖像。
文檔編號G02B5/32GK1784629SQ200480012189
公開日2006年6月7日 申請日期2004年4月29日 優(yōu)先權日2003年5月6日
發(fā)明者H·門希 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司