通过全息屏幕同时产生同一个图像的多个互相隔开的全息帧的投影装置的制作方法

专利名称：通过全息屏幕同时产生同一个图像的多个互相隔开的全息帧的投影装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种通过全息屏幕同时产生同一个图像的多个互相隔开的、离散的全息帧的投影装置，一种包括投影装置和对于观看者来说是可见的同一个图像的多个互相隔开的、离散的全息帧的系统，以及它们用于显现图像和/或数据(特别是在商业上)的用途。
近来，对于显现图像和数据的需要、特别是对于用于信息和商业目的的显现图像和数据的需要明显增长。这种显示技术打开了具有多市场块、大成交量和高增长率的市场。近几年，在用于信息目的的拾取、传输和处理图像和数据的功能链中已经取得了巨大的进步。为了表示数据和图像，广泛应用例如阴极射线管和液晶显示器的显示器。
基本上，可以用所有的投影仪通过两种方法在显示屏幕上产生图像，即通过正面投影或通过背面投影。在前一种所提到的情况中，图像被投影到显示屏幕的正面上，并且也在显示屏幕的正面上观看到该图像。在这种情况下，显示屏幕需要最大地散射入射光以向后扩散。在后一种所提到的情况中，图像(从背面)被投影到显示屏幕的相反面。显示屏幕此时需要最大地透射光，但是其同时需要以相当大的角度向前散射光。
这里，非常需要一种能够在不同位置处显示同一对象的同一数据和图像的多个显示的数据和图像投影系统，以使得所述多个显示到达多个空间分离的观看者和/或重复地到达同一观看者。
在现有技术中，图像/数据投影系统用于相同数据和/或图像的每一个单独帧的同时和多个局部分隔显示。
例如，DE 102 00 134公开了一种用于通过衍射和散射由图像投影设备投影的光来显示图像的全息显示屏幕。用于向上/向下散射光的光散射装置被设置在全息显示屏幕的全息装置的图像投影设备一侧，所述光从至少一个向上/向下的规定角度范围入射并被向上倾斜地或者向下倾斜地加宽；用于向左或向右散射光的光散射装置被设置在该全息装置和该向上/向下光散射装置之间或被设置在该全息装置和该向上/向下光散射装置的图像投影设备一侧之间，所述光从一个左/右规定角度范围入射并被向左倾斜地或者向右倾斜地加宽。用这种方式实施该结构，以便该向上/向下特定角度范围包围或包括到达全息显示屏幕上的图像光的入射角，从而提供一种具有良好的颜色再现能力的全息显示屏幕，该全息显示屏幕同时还允许观看背景。
本发明的一个目的是提供一种通过全息屏幕同时产生同一个图像的多个互相隔开的、离散的全息帧的投影装置。
本发明的另一个目的是提供一种投影系统，该投影系统包括一个投影装置和通过全息屏幕可由观看者观看到的同一个图像的多个互相隔开的非重叠帧。
本发明的目的限定在权利要求1中。本发明的进一步的优选实施例限定在从属权利要求中。
一个优选实施例涉及一种投影系统，包括-至少一个图像投影设备，-至少一个透明屏幕，该透明屏幕将来自该图像投影设备的光偏转到多个离散的、互相隔开的方向中，以便在完全相同的图像之间形成一个无图像区域，以及-通过该全息屏幕显现至少一个图像的多个投影的、互相隔开的全息帧，其中该透明屏幕包括至少一个膜层，该膜层被以相对于同一图像对象的不同拾取角度多次部分地照明，以使该膜层在互相不同的拾取角度下具有该同一对象的多个全息图像，以及/或者该透明屏幕包括多个全息膜层，其中每个膜层被以相对于同一对象的不同拾取角度照明一次，以使每个膜层在不同的拾取角度下具有该对象的一个全息图像。
用在本发明中的表述“同一对象”也包含“完全相同的对象”。
根据本发明的一实施例，所述屏幕将来自投影仪的光偏转到多个离散的、互相隔开的方向中，其中在完全相同的图像之间形成一个没有图像的区域，以使得观看者通过改变其位置和/或观看角度每次只可以观看到这些图像中的一个。
根据本发明，优选的是观看者同时看到的同一对象的图像不超过一个。
由于所述屏幕将来自投影仪的光偏转到多个离散的、互相隔开的方向中，其中在完全相同的图像之间形成一个没有图像的区域，所以各单独的图像显得比当第一图像和最后一个图像之间的整个区域被填满时更为明亮。与各图像之间没有形成无图像区域的一系列完全相同的图像相比，这些互相隔开的图像的光强度(以Cd/m2为单位)优选地是2到10倍，优选地是3倍，更优选地是4倍并且进一步优选地是5倍。当使用投影仪时，通过照明区域和未照明区域之间的比例来增加每个图像的光强度。
所述屏幕可被形成为一个反射层和/或透射层。
所述图像投影装置可以是激光投影仪。与其它投影方法相比，激光投影仪具有1∶300或更高的非常高的初始对比度。因此，与传统的图像投影设备相比，它们可以在半暗空间内提供明显更好的显示。
本发明涉及背面投影和正面投影以及它们的组合，也就是部分背面投影和部分正面投影。
在市场上可以获得不同尺寸和类型以及不同投影屏幕材料的用于传统图像投影仪(射束器)的背面投影的屏幕。
在本发明意义上的屏幕基于至少一个全息膜层。在最简单的情况下，一个屏幕由一层全息膜层组成。但是，该屏幕也可以包含多层叠加的全息膜层。一层全息膜层也可以被表示为屏幕，这样当使用多层全息膜层时就涉及叠加的屏幕。所述屏幕经常可以包括透明支架。在最简单的情况下，一个全息膜层可以被设置在一个支架上。但是，可替换地，全息膜层可以具有至少一层非透明层，其优选地是光吸收层。
所述透明屏幕可以包括至少两层，优选的是至少三层，进一步优选的是至少四层以及更进一步优选的是至少五层全息膜层。
优选地，所述透明屏幕具有一个膜层，该膜层被以相对于同一对象的不同拾取角度多次部分地照明，以便该膜层包含该同一对象的在不同拾取角度下的多个全息图像。由于这种基于多次部分地照明膜层的屏幕的同时实施方式，通过该全息透明屏幕可以在多个观看方向上同时提供图像，对于该全息透明屏幕观看者可以获得多个角度范围，在所述角度范围之内该同一对象的互相隔开的图像是可见的。但是，中间的角度范围(即两个相邻图像之间的范围)是没有帧或图像的，即在这些范围内，对于观看者来说该屏幕是透明和/或黑的。
但是，同样可以基于多层全息膜层来形成透明屏幕，以相对于同一对象的不同角度分别照明每个膜层一次，以便这些膜层中的每一个都包含该对象在不同拾取角度下的一个全息图像。在屏幕的该实施例中，通过层叠(stacking)的方式叠加多个全息膜层。
在一个优选实施例中，将第一膜层或屏幕实施成其将投影光偏转到第一观看方向中，并且将第二膜层或屏幕实施成其将所述光偏转到第二观看方向中。将第一全息膜层选择成使其只偏转光的给定百分比并透射剩余的光，以使后续的各全息膜层也同样反射部分投影光。
优选地，以这种方式实施全息膜层当使用多个叠加的全息膜层时，每个全息膜层基本上反射相同数量的光。
在一特别优选的实施例中，所述屏幕具有三层全息膜层，每层具有不同的观看方向。例如，所述屏幕的第一全息膜层偏转1/3的投影光，该屏幕的第二全息膜层偏转仍然存在的光的一半，即1/2*2/3＝1/3，这导致相同数量的光，并且该屏幕的第三全息膜层偏转还剩下的光的100％，即剩下的1/3。可以将这三层全息膜层叠置在一起以形成一个屏幕。
由于连续的部分照明，这种屏幕也可以由一层全息膜层制成。
但是，可以替换地制造这样的屏幕，该屏幕由至少一层被多次部分照明的全息膜层和至少一层只被照明一次的全息膜层叠置而成。
可以均匀地实施划分到不同方向的光的数量，但是，当然也可以不均匀地实施划分到不同方向的光的数量。
全息膜层可以以公知的方式照明，这样对于观看者来说，同一对象的所投影的、隔开的图像具有递增或递减的亮度(例如通过特定的轨迹)。
对于本发明，“特定轨迹”应被理解成由观看从一个到下一个相邻图像的相关图像的观看者所覆盖的最短距离。
可替换地是，通过全息屏幕产生的图像的中间观看方向看上去是明亮的，并且侧面相邻的观看方向看上去较暗。
通过全息屏幕投影的同一对象的各图像也可以通过其颜色辨别，这例如取决于观看方向。由于波长灵敏度，特别是被认为是“厚”的全息图，色彩分离是非常可能的。因此，同一对象的图像内容或图像在它们各自的颜色方面可能是不同的。
在投影系统的另一个优选实施例中，可以同时投影同一第一对象的多个第一互相隔开的全息帧，并且可以同时投影同一第二对象的多个第二互相隔开的全息帧，其中所述各第一帧和第二帧是不同的图像。为此，对于每个待投影的单独图像都需要一个图像投影设备或者分开的光束以及一个屏幕。
为了同时投影第一、第二和第三对象的多个第一、第二和第三互相隔开的全息图像，根据上述实施例，将需要至少三个投影设备或者三束分开的光束以及至少三个屏幕。
优选的是第一、第二和第三对象彼此都不相同。
根据本发明，不仅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显示屏幕具有这样的优点，即观看者可以以空间独立的方式基本上从任何方向(即圆形围绕屏幕)观看同一对象的同时投影的、互相隔开的图像中的至少一个。
例如，在三个不同角度下使用的全息屏幕也可以提供给观看者三个观看方向或角度范围。根据屏幕的布局，图像实际上出现在显示屏幕的前面或者显示屏幕的后面，例如在-50°到-30°、-10°到+10°和+30°到+50°的角度范围内出现。在位于其间角度下，观看者看不到图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结构。
此外，有利的是，根据本发明可用的全息屏幕允许出射角不同于从图像投影设备来的光束的入射角。例如，尽管是水平观看方向，这也允许将图像投影设备安装在独立于实际出射角的位置，例如在窗口的上边界或下边界。垂直投影角度应该只有例如-20°到+20°的范围，这样其仍然允许不同身高的观看者观看图像。
全息屏幕可以被实施成透射全息屏幕和/或反射全息屏幕。
为了制造屏幕和一个或多个全息膜层，基本上任何本领域所知的方法均可用。
例如，可以通过光学照明系统照明光敏膜层来制造全息屏幕或所述屏幕。按照惯例，例如由激光振荡器产生激光，并且通过分束器将该激光分成两束以便产生次级光束。通过反射镜和物镜偏转该次级光束，并且将该偏转的光束作为参考光束倾斜地从较高位置导向该光敏膜层。通过反射镜和物镜偏转另一个次级光束，并且通过光扩散片(diffuser)将该次级光束作为对象光束导向该光敏膜层。结果，该参考光束和对象光束彼此相干涉(即在光敏膜层上)，从而形成全息图。通过使用这种全息膜层制造显示屏幕。
全息屏幕或所述屏幕也可以用这种方法制造，即全息图被成像在一个密度调制盘上，例如由杜邦公司销售的商标名为OmmniDex的密度调制盘。同样在这种情况下，可以制造具有非常好的颜色可再现性并允许观看者观看背景的全息显示屏幕。
但是，全息屏幕或所述屏幕也可以根据计算机全息图而构造。为了产生计算机全息图，所述屏幕被分割成数十微米的微观单元，并且调整衍射波长、衍射方向、聚焦位置等等。所需的衍射光栅随后通过计算机计算和处理。
正如上文中已描述的那样，所述屏幕可以包含被多次部分照明的一层全息膜层或多层全息膜层，其中每个膜层在不同照明角度下成像同一对象。
为了制造根据本发明可用的屏幕，优选的是对象的拾取角度相差至少±1％并且最大±60％，特别地是至少±5％，优选地是至少±10％，进一步优选地是至少±15％并且更进一步优选地是至少±20％，以便通过全息屏幕产生同一对象的一个图像的互相隔开的全息帧。通过全息屏幕产生同一对象的一个图像的互相隔开的全息帧的拾取角度也可以相差至少±25％，特别地是至少±30％，优选地是至少±35％，进一步优选地是至少±40％并且更进一步优选地是至少±50％。
由于相对于同一对象的被改变的拾取角度，位于相对于屏幕的至少±1％并且最大±60％(特别地是至少±5％，优选地是至少±10％，进一步优选地是至少±15％并且更进一步优选地是至少±20％)的观看角度范围内的观看者同时可以观看到对象的多个互相隔开的全息图像。相对于屏幕的观看角度范围也可以是至少±25％，特别地是至少±30％，优选地是至少±35％，进一步优选地是至少±40％并且更进一步优选地是至少±50％。
通过全息屏幕的同一图像的各帧的拾取角度优选地以这种方式被选择使得在不同角度下拾取的、通过投影在全息反射层和/或透射层上而显现给观看者的一个对象的互相隔开的、离散的图像是不重叠的。
对于被显现给观看者的图像是不重叠的情况，对于在相邻帧之间角度范围内的观看者来说，屏幕看上去是透明的。
根据投影系统的一个优选实施例，对于观看者来说，同一对象的所显现的、空间离散的图像可以显示出颜色和/或亮度差异。
当观看其它方面相同的图像时，这些颜色和或亮度差异将提高观看者的注意力。
就高度、宽度、水平排列和/或垂直排列而言，对于观看者来说，同一对象的所显现的、相互空间离散的图像也可以是不同的。
通过制造全息膜层的方式可以影响一个或多个图像的在色度、亮度、高度、宽度、水平排列和/或垂直排列方面的改变。
可以均匀地实施划分到不同观看方向或角度范围内的光数量，可替换地，该划分可以是不均匀的，例如，可以以特定轨迹增加亮度，以便对观看者来说同一对象的中间图像看上去明亮并且外部图像看上去暗些。
可以根据颜色(三种或更多)实施到不同观看方向的划分。由于“厚”全息图的波长灵敏度，可以获得非常好的分离。原理上，图像内容在它们的各种颜色中可能是不同的。
本发明还涉及一种投影装置，包括-至少一个图像投影设备，-至少一个透明屏幕，其中该透明屏幕具有至少一个全息膜层，该全息膜层被以相对同一对象的不同拾取角度多次部分地照明，以使该膜层在互相不同的拾取角度下具有同一对象的多个全息图像，以及/或者该透明屏幕包括多个全息膜层，其中每个膜层被以相对同一对象的不同拾取角度照明一次，以使每个膜层在不同的拾取角度下具有同一对象的一个全息图像。
根据本发明的投影系统和投影装置优选地可用来显现图像和/或数据，特别是广告。除

图1和2所示的屏幕之外，使用反射屏幕也是可能的。
参考下文描述的实施例，本发明的这些和其它方面将变得明显并将被加以说明。
在附图中图1示出了根据本发明的在平面视场中具有三个观看方向的投影系统；图2示出了根据本发明的在垂直方向上进行辐射的投影系统。
图1示出了具有图像投影设备2的投影系统1和具有三层全息膜层的屏幕3，每个膜层在不同拾取角度下具有同一对象的全息图像，通过将屏幕3设置成与来自图像投影设备2的投影光锥体7齐平，从而使辐射光束具有三个观看方向4、5、6。当显现给观看者的同一对象的三个图像的角度范围从-50°延伸到-30°、从-10°延伸到+10°和从+30°延伸到+50°时，所述图像对于观看者来说是可见的。在中间的角度下，没有图像可见并且屏幕3看上去是透明的，而且允许观看者看见位于屏幕后面的窗口(未示出)的结构。
图2示出了具有图像投影设备2的投影系统1和具有三层全息膜层的屏幕3，每个膜层在不同拾取角度下具有同一对象的全息图像。来自投影系统1(起始于图像投影设备2)的辐射光束被显示在垂直方向上，并且具有不同于入射角9的出射角8。尽管沿水平方向观看，但是允许将投影仪安装成高于或低于窗口(未示出)。垂直投影角度的优选范围是从-20°到+20°。
权利要求
1.一种投影系统(1)，包括-至少一个图像投影设备(2)，-至少一个透明屏幕(3)，该透明屏幕(3)将来自图像投影设备(2)的光偏转到多个离散的、互相隔开的方向中，以便在完全相同的图像之间形成一个无图像区域；以及-通过全息屏幕(3)显现的至少一个图像的多个投影的、互相隔开的全息帧，其中该透明屏幕(3)包括至少一个膜层，该膜层被以相对同一图像对象的不同拾取角度多次部分地照明，以使该膜层具有在互相不同的拾取角度下的该同一对象的多个全息图像，以及/或者该透明屏幕(3)包括多个全息膜层，其中每个膜层被以相对于同一对象的不同拾取角度照明一次，以使每个膜层具有在不同的拾取角度下的该对象的一个全息图像。
2.根据权利要求1的投影系统(1)，其中拾取角度相差至少±1％并且最大±60％，特别地是至少±5％，优选地是至少±10％，进一步优选地是至少±15％，并且更进一步优选地是至少±20％。
3.根据权利要求1或2的投影系统(1)，其中通过全息屏幕(3)以一定相互距离显现的图像在相对于显示屏幕(3)的一个观看角度范围内对于观看者来说是可见的，所述观看角度范围是至少±1％并且最大±60％，特别地是至少±5％，优选地是至少±10％，进一步优选地是至少±15％并且更进一步优选地是至少±20％。
4.根据权利要求1-3中的任一权利要求中的投影系统(1)，其中对于在相邻帧之间的角度范围之内的观看者来说，显示屏幕(3)看上去是透明的。
5.根据权利要求1-4中的任一权利要求中的投影系统(1)，其中在不同角度下被拾取并且通过投影被显现在一个全息反射层和/或透射层上的一个对象的互相隔开的、离散的图像是不重叠的。
6.根据权利要求1-5中的任一权利要求中的投影系统(1)，其中对于观看者来说，通过全息屏幕(3)显现的同一对象的相互隔开的、离散的图像显示出颜色和/或亮度差异。
7.根据权利要求1-6中的任一权利要求中的投影系统(1)，其中所述透明屏幕(3)包含至少两层全息膜层，优选地包含三层全息膜层。
8.根据权利要求1-7中的任一权利要求中的投影系统(1)，其中对于观看者来说，在高度、宽度、水平排列和/或垂直排列方面，通过全息屏幕(3)显现的同一对象的互相隔开的、离散的图像是不同的。
9.一种投影装置(1)，包括-至少一个图像投影设备(2)，-至少一个透明屏幕(3)，其中该透明屏幕(3)包括至少一个膜层，该膜层被以相对于同一对象的不同拾取角度多次部分地照明，以使该膜层具有在互相不同的拾取角度下的该同一对象的多个全息图像，以及/或者该透明屏幕(3)包括多个全息膜层，其中每个膜层被以相对于该同一对象的不同拾取角度照明一次，以使每个膜层具有在不同的拾取角度下的该对象的一个全息图像。
10.将权利要求1-9中的任一权利要求中的投影系统(1)用于显现图像和/或数据，特别是广告。
全文摘要
本发明涉及一种投影系统(1)，包括a)至少一个图像投影设备(2)；b)至少一个透明屏幕(3)，该透明屏幕(3)将来自该图像投影设备(2)的光偏转到多个离散的、互相隔开的方向中，以便在完全相同的图像之间形成一个没有图像的区域；以及c)通过该全息屏幕(3)显现的至少一个图像的多个投影的、互相隔开的全息帧。其中该透明屏幕(3)包括至少一个膜层，该膜层被以相对于同一图像对象的不同拾取角度多次部分地照明，以使该膜层具有在互相不同的拾取角度下的同一对象的多个全息图像，以及/或者该透明屏幕(3)包括多个全息膜层，其中每个膜层被以相对于该同一对象的不同拾取角度照明一次，以使每个膜层具有在不同的拾取角度下的该对象的一个全息图像。
文档编号G02B5/32GK1784629SQ200480012189
公开日2006年6月7日 申请日期2004年4月29日 优先权日2003年5月6日
发明者H·门希 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司