CN104884862A - 照明设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于照明至少一个空间光调制器设备(SLM)的照明设备。所述照明设备包括用于照明至少一个空间光调制器设备(SLM)的带有至少一个光源(LS)的至少一个光源设备；光导元件(LG)，从光源(LS)发出的光通过所述光导元件(LG)传播；以及在光导元件(LG)的顶部或内部布置的至少一个光去耦元件(VG)。至少一个光去耦元件(VG)被提供为用于在光导元件(LG)中传播到至少一个空间光调制器设备(SLM)的方向中的光的波场的去耦。光导元件(LG)具有显著低于或者至少等于至少一个光去耦元件(VG)的折射率的折射率。以从光去耦元件(VG)去耦的平面波的角谱具有取决于所要求的照明设备的使用的预定值的这种方式，通过折射率之间的差来确定进入光去耦元件的波场的入射角。

Description

照明设备
本发明涉及一种用于照明优选用于显示二维和/或三维图像的至少一个空间光调制器设备的照明设备，其包括：带有至少一个用于照明至少一个空间光调制器设备的光源的至少一个光源设备；优选地实质上平面的光导元件，所述光导元件包括光传导芯，其中，至少一个光源设备被布置在光导元件的侧面，并且其中，从至少一个光源设备的至少一个光源发出的光传播通过光导元件的区域；以及布置在光导元件的顶部上或内部的至少一个光去耦元件，至少一个光去耦元件被提供为用于在光导元件中传播进入至少一个空间光调制器设备的方向中的光的波场的去耦。本发明进一步涉及一种用于测量存在于空间光调制器设备的入射平面上的光的强度分布的方法。
具体地，本发明涉及一种用照明设备，其用于照明至少一个空间光调制器设备，所述至少一个空间光调制器设备优选应用于用于显示二维(2D)和/或三维(3D)图像的显示器中。应当理解，二维图像和三维图像还包括二维或三维内容或影片。
根据本发明的薄的照明设备可以用于例如立体显示设备、自动立体示设备(ASD)或全息显示设备，特别是用于移动全息三维显示设备或较大的全息或自动立体显示设备。
照明设备可以被提供为背光或前光(也分别称为透射光和反射光照明设备)并且总体上用于照明优选地直观式显示设备的光透射或反射可控的空间光调制器设备(SLM)。光可以是相干或非相干的。利用非相干光操作的显示设备优选用作用于自动立体三维呈现的二维显示器。例如在全息显示设备中要求相干光。
本发明的应用领域优选包括用于自动立体和/或全息图像的三维呈现的直观式显示设备。
在市售的用于二维图像或影片/视频的呈现的平板电视显示器中，有必要以高分辨率实现整个表面的明亮的和均匀的照明。用作显示器面板的空间光调制器设备要求以大角度范围发射光。这种显示设备的许多物理形式在现有技术中是公知的。
它们中的大多数具有平面光学光导元件/波导。平面光学光导元件总体上包括至少一个光传导芯和包覆层。入射光在全内反射(TIR)条件下通过平面光学光导元件以光束或波场的形式传播并被耦合出来，以照明空间光调制器设备。可选择地，光在无反射的情况下传导并通过作为不同模式m的衰减波场的包覆层被耦合出来。
在带有背光或前光的显示设备中需要考虑许多问题，并且优选地平面光学光导元件被考虑为能够实现最佳设计的照明设备。首先，这涉及优选的平面光学光导元件本身的物理形式，其包括用于入射和耦合出所述光的机制。其次，这涉及包括提供所述光的光源的光源设备的物理形式。
与平板电视显示器相比，在用于信息的三维呈现的自动立体或全息显示设备中的照明设备必须满足许多或进一步的或不同的要求。待呈现的信息被写入显示设备的空间光调制器设备中。由光源发射的光利用被写入空间光调制器设备的信息来调制，其中，空间光调制器设备通常同时作为屏幕或显示面板。因此，必须严格保证光束平行入射到空间光调制器设备上并且必须实现空间光调制器设备的高的刷新率。
除了所必须的高的刷新率，在通过光学光导元件的光的准直发射上做出大量的要求。为了实现写入光调制器设备的信息的三维呈现的高质量，除了空间光调制器设备的整个表面的均匀照明，被耦合出的波前的限定准直也是必须。这对于以待生成的重建的形式的全息呈现是特别重要的。可以是例如由三维场景的对象点组成的对象的全息信息以振幅和相位值的形式在空间光调制器设备的像素中编码。每个已编码的对象点贡献由空间光调制器设备发射的波前。
由照明设备发射的波前的角度范围被称为“平面波的角谱”(ASPW)。在实践中已经发现，平面波前包括相干重建方向上大于1/60°度的发射角度的相互偏离的情况下的平面波的角谱将导致模糊重建的对象点。这种模糊可以由人眼在最佳条件下感知。全息显示设备的平面波的角谱的发射角度应当因此在相干方向中至少位于1/70°度和1/40°度之间的范围内。在非相干方向上，其应当足够宽，以至少照明人眼的眼睛瞳孔。
因此，照明空间光调制器设备的准直波前必须先天具有与彼此相关联的限定发射角度，以绕开对待生成的重建的负面照明诱发效应(illumination-induced effects)。在自动立体三维呈现中，光束的准直提高了显示设备的图像质量。平面波的角谱在此应当被选择使得如果一只眼睛瞳孔被照明时，使另一只人眼的眼睛瞳孔不被照明。
相干光的准直发射可以例如通过使用布置在优选的平面光学光导元件上或其中的体积光栅来实现。它们代表透明层的堆叠，并且可以被描述为在X和Y方向中的折射率的调制分布。三维体积光栅由两个或更多个相干或至少部分相干的波的干涉来生成。体积光栅的结构由参数——例如材料中的波长和用于记录的光的干涉波前之间的局部角度)来确定。体积光栅总体上被制成为使能量的限定部分可以以指定的角度范围被耦合出来。布拉格衍射条件在重建期间应用于那些光栅。
可以通过相应地选择体积光栅的参数来实现实际上待耦合出来的光的适配。
另外，当生成体积光栅时，必须考虑大约1/60°度的人眼分辨能力限制。如果该限制被考虑在内，则例如在全息显示设备中的照明设备必须实现在1/20°度和1/60°度之间的范围的平面波的角谱，以用很好地准直的光照明空间光调制器设备。
此外，问题是实现一种尽可能薄的平面照明设备。这意味着，照明设备应该具有优选适合于全息显示设备的厚度。如上所简要提到的，最佳条件下的人眼的角度分辨率为1/60°度。全息显示设备的照明设备因此必须具有平面波的有限角谱，例如从<1/20°度到最小1/60°度，即其必须是很好地准直的光。因此，基础边界条件是根据本发明的平面照明设备应当仅提供被呈现在全息编码的方向中的平面波(ASPW)的1/60°度角谱。详细地，对于全息编码，一维(1D)编码要求沿相干方向的1/60°度和沿非相干方向的例如1°度。据此，二维编码要求在水平方向和垂直方向中的1/60°度。该波场随后传播到二维和/或三维图像的至少一个观察者。此外，目前，照明设备的合适的薄的倍数实现正/负30°度的平面波的角谱，这是与实际可用性背道而驰的。
有试图解决该问题的公知的不同方法。一种现有技术解决方案是楔型照明设备。该照明设备包括楔形光导元件，即，光导元件不是共面的，光通过多次反射的方式在所述楔形光导元件中传播，并且所述楔形光导元件被用于显示器的均匀照明。此外，由于其在穿过光波导传播期间的受抑全内反射(FTIR)条件，楔被定尺寸为使光线离开。
照明设备内的光导元件的衍射楔型实施例可以提供合适的平板照明设备。包括楔形光导元件的这种照明设备的问题是它们使用初始准直波场，所述初始准直波长进入作为光导元件——其例如包括防反射涂层——的基底的平面中。为了实现更大的入射角度——例如大约给出二十倍(20X)的光束拉伸的87.134°度——是非常困难的，并且对于楔型方法可能是限制。换言之，为了使大的光束拉伸因数成为可能，必须选择大的入射角度。例如84.26°度的角度——其意味着到照明设备的光出射平面的表面法线的84.26°度的入射角至0°度的出射角，并且其呈现在衍射平面和入射光束的法线之间——产生1/cos(84.26°)＝10的光束拉伸因数。另一方面，86.18°度的入射角则产生十五倍(15X)的拉伸系数，并且87.13°度的入射角产生二十倍(20X)的拉伸因数。
因此，具有以楔形式设计的光导元件的平板显示器由于它们的发射特征不适合于满足对快速大尺寸切换显示设备的照明设备上所做的大量需求。
因此，本发明的一个目的是提供一种大尺寸的平板照明设备，其尽可能地薄，并且能够实现从用于照明空间光调制器设备的照明设备去耦的均匀强度分布。具体地，通过光导元件传播的光在从光导元件去耦之后具有平面波的限定角谱，以便根据预定的照明设备的使用均匀照明空间光调制器。
本发明的另一目的是将平板照明设备设计为仅具有少量光学元件，其中，其结构将是简单的并且具有成本效益的，从而使照明设备可以以小费用来开发。
本发明的又一目的是提供在照明设备中使用的光去耦元件，其是有成本效益的并且能应用于照明设备中，特别是能应用于根据本发明的照明设备中。由于附加的方面是财务投资，为了扩大照明设备的规模，财务投资是强制性的。实现例如平面波到平面波或平面波到球面波(其为场透镜)衍射的大型——一体式——光去耦元件——优选体积光栅——要求制作出大的光学组件。然而，步进式和重复的过程仅要求小得多的光学组件。
此外，本发明的目的是开发一种方法，通过所述方法，可以以简单的方式测量照明设备中的变化的强度分布。
为了实现稍后照明空间光调制器设备的均匀的强度分布，击中照明设备的去耦平面的波场的优化是强制性的。这种强度分布的校准和在特定全息编码方法中使用的子全息图的适应编码是实际可行的。然而，这将付出例如复值空间光调制器设备的动态范围。这就是为什么合适的均匀的强度分布必须已经由照明设备提供的原因。
为此，根据本发明，所述目的通过权利要求1所述的照明设备来实现。
根据本发明的照明设备被提供用于照明至少一个空间光调制器设备中，所述空间光调制器设备优选被用于显示二维和/或三维图像。照明设备包括带有用于照明至少一个空间光调制器设备的至少一个光源的至少一个光源设备。还提供优选地实质上是平面的光导元件，其包括至少一个光传导芯，其中，至少一个光源设备被布置在光导元件的侧面，以及其中，从至少一个光源设备的至少一个光源发出的光通过光导元件的区域传播。在光导元件的顶部上或内部布置至少一个光去耦元件。至少一个光去耦元件被提供为用于在光导元件中传播到至少一个空间光调制器设备的方向中的光的波场的去耦。光导元件具有显著低于至少一个光去耦元件的折射率的折射率，其中，以从至少一个光去耦元件去耦的平面波的角谱具有取决于所要求的照明设备的使用的预定值的这种方式，通过所述折射率之间的差来确定进入至少一个光去耦元件的波场的入射角。
在此重要的是，包括光导元件——其是波场传播介质——的光-传导芯的透明基底具有低于至少一个光去耦元件或光去耦平面中的一个的折射率。
利用在此所描述的本发明所提议的是使用入射在光去耦元件上的掠入射角(grazing incident angle)。掠入射意味着光入射非常接近于与光导元件的长边壁或光导元件/照明设备的去耦出来的光出射平面以及纵向变化的去耦效率相关联的平行光入射。这与光导元件的合适的厚基底相结合，所述光导元件满足条件ns<nLDE或至少ns≤nLDE，其中n是折射率，S是基底，并且LDE是光去耦元件。如果需要，光导元件可以优选用吸收性背面来覆盖。
光去耦元件——优选体积光栅——的高的和恒定的衍射效率是优选实施例。因此，衍射效率非常接近于1，这意味着例如是0.99。在这种情况下，去耦效率也接近于1。但局部接触去耦区域的波场通过使用波场形成装置来调整，所述波场形成装置提供在布置在光导元件边缘处的准直设备内。因此，呈现在照明设备的出射平面内的强度分布是均匀的。更明确地，到达去耦区域的光被去耦出FTIR位置。这是掠入射方法的主要原理，其降低了背面反射和背面散射光的影响。
光去耦体积光栅的衍射效率的轻微纵向变化或局部去耦效率或甚至在照明设备的出射平面中使用的附加吸收滤波器可以用于为了校正小的不均匀性(in-homogeneities)的值。
使用光的掠入射的背光照明设备(BLD)或前光照明设备(FLD)必须为了在全息或立体或自动立体显示器中使用满足几个特定的条件。本发明的描述主要涉及在全息显示器中应用的照明设备。理所当然地，本文所描述的照明设备也可以应用在其他类型的显示器中，例如立体或自动立体显示器。
可以使用的参数范围由所述应用/用途给出。一种应用是用合适的足够的相干光来照明数据面板，所述合适的足够的相干光用于通过例如使用一维或二维全息编码来生成三维场景。
如果渴望高清晰度(HD)视图，则全息编码的方向的平面波的角谱必须在1/60°度的范围内。非全息编码的方向的平面波的角谱必须足以填充人眼的入射瞳孔，并且因此是例如在0.5°度至3°度的范围内。平面波的角谱的Z依赖性适应(Z dependent adaption)可以被实现。
在此所使用的主要原理是避免或抑制合适的相干波场的Z字形传播(光导元件内的光的多重反射)。如果尺寸允许模式数量m≥1——这意味着垂直于传播距离的平面内的至少两种模式，则Z字形传播将出现在光导元件内。只要平面波的角谱在所要求的范围内，m>1是可接受的。
避免相干波场的Z字形传播的一个机会是提供一种只允许单一模式传播的光学设计。平面波的较宽的角谱可以在几乎平行于光导元件的基底的平面内传播。因此，可以提供对于非相干方向所要求的平面波的较宽的角谱。
在此所描述的是，已调整波场在用作光导元件的透明板内的传播是在具有例如n＝1.48的折射率的介电材料中的自由空间传播。
几种方法可以用于避免多模光导元件的驻波状态的实现。一种程序是使用光导元件的厚度tLG，其大于所使用的光源设备的相干长度zC。还有可能选择在zC范围内的厚度tLG。这是由于模式要求沿z的最小传播距离得到充分开发的事实。这也意味着，例如通过使用在光导元件的入射面上的衍射光学的模式形成仅对小的传播距离起作用。为了控制沿较大传播距离出现的模式图案，模式形成必须在光导元件本身内并沿传播距离z来实现。这最可能是一种复杂的实现方式，其可以是例如基于不具有成本效益的解决方案的多层方法。
根据本发明的实际可行的方法是使用作为光导元件的合适的厚基底和/或增加吸收层。这将抑制Z字形模式的出现。
类似于单模式光导元件，恒定的强度分布必须被发射到所使用的空间光调制器设备的方向中。这意味着，例如通过使用优选的表面凹凸或体积光栅的去耦必须以一种方式优化为提供这种模式。换言之，出现的能量乘以去耦效率必须是一个常数。
一个机会是使用体积光栅，所述体积光栅显示出任选的光去耦元件的衍射效率的分布。去耦效率随传播距离的增加而增加。为了避免过高的并因此对于制造可能是复杂的功能梯度，仅可以部分使用该功能。
为了不将光去耦元件的角度选择性局限到极小的值，应当避免90°度的入射角。一种例外是使用具有合适的低时间相干性的光源设备的照明设备(BLD或FLD)设置。
根据本发明的解决方案现在是使用作为具有显著低于光去耦元件的折射率的折射率的光导元件的基底。较大的差异导致通过光去耦元件的较小的光学路径。实际可行的实施例使用光导元件和可以具有例如≤1μm的厚度的光去耦元件之间的匹配层中的折射率的指数分布。ns＝1.47的基底的折射率和nPP＝1.5的光去耦元件(在此例如光聚合物(PP))的折射率给出实现作为光导元件的基底内的接近90°度的光传播和光去耦元件中的78.5°度的光传播的机会，这是实际可行的值。从光去耦元件出来的光的出射角为例如0°度，或具有局部依赖性，以形成场透镜，所述场透镜被用于将光指向例如空间光调制器设备上的明确区域。其他的非0°度的光的出射角也是实际可行的。
由于科盖尔尼克(Kogelnik)的耦合波理论(CWT)，折射率n1(x，y)的局部调制必须被改变，以实现带有局部变化的衍射角的衍射，所述衍射具有优选用作所使用的光导元件的体积光栅的整个平面内的恒定的衍射效率。如果提供了场透镜，则用于曝光的相干波场的已调整的强度分布或在曝光期间或母光栅的复制过程期间存在的附加的非相干波场可以被使用，以生成局部适应的n1(x,y)≠常数，这使得例如ηVG＝0.99的恒定衍射效率成为可能。例如，非相干校正轮廓可以通过使用投影仪被添加到相干干涉图案中，所述投影仪将相干轮廓成像到被曝光的光聚合物上。因此，可以针对各种衍射几何形状提供已限定的并且还是恒定的衍射效率，所述各种衍射几何形状具有θ(x，y)≠常数的衍射角的局部依赖性。换言之，将掠入射平面波转换为会聚球面波的体积光栅场透镜可以利用在体积光栅的整个平面内是恒定的并且非常接近于1的衍射效率来实现。
如果光去耦元件的折射率大于限定入射空间的光导元件的折射率，则衍射角显著小于出现在入射和出射角之间的角度。如果在根据本发明的掠入射实施例中所使用的并且由例如熔融石英所制成的光导元件与作为可以是例如来自拜耳材料科学(Bayer Material Science)的BayFol HX的光去耦元件的光聚合物相结合，那么可以呈现例如77°度的衍射角。
优点是作为光导元件的低折射率传播基底中的平面波的角谱可以是例如五倍大于1/60°度。这意味着，进入光去耦平面的波场的平面波的角谱由于在此所使用的衍射的几何形状而被挤压。
因此，以对应于所要求的照明设备的应用/用途来改进从光去耦元件去耦出来的平面波的角谱这种方式，进入光去耦元件的光的入射角可以通过光导元件和光去耦元件的折射率的差来确定。此外，可以创建均匀去耦的强度分布，利用所述均匀去耦的轻度分布照明空间光调制器设备。这意味着，在用户空间中传播的平面波的角谱具有根据照明设备的应用/用途所要求的条件。这取决于照明设备是否被用于照明自动立体显示器的显示面板或全息(直观)显示器的显示面板。
根据本发明的解决方案的另一优点是，击中光去耦元件的光去耦平面的光以接近于1的高衍射效率来去耦。因此，可以由光去耦元件引入的散射光被去耦并且不传播到其他可能存在的散射元件。
作为光去耦元件可以优选使用体积光栅。光去耦体积光栅可以以恒定的衍射效率DE，η(x)＝常数来使用，其是例如η＝0.99，因此接近于1。这种类型的体积光栅布局减少了对准问题。具有结构化衍射效率的体积光栅可以用于补偿在光的传播中所看到的可以出现在体积光栅前面的强度波动。这种类型的横向结构化体积光栅必须以小于50μm的不确定度(uncertainty)横向对准。恒定的衍射效率使对准更加容易。
由于光导元件和光去耦元件，以及光源设备的创造性结构和组合，存在实现的非常平的照明设备。
本发明的进一步优选的实施例和改进在从属权利要求中限定。
在本发明的第一优选实施例中，照明设备可以被设计为使得对于全息应用，从至少一个光去耦元件去耦的平面波的角谱在至少一个横向方向中不大于1/60°度，其中，平面波的角谱在全息编码的方向中不大于1/60°度，并且在垂直于编码的方向的方向中具有大约0.5°度至3°度的值，优选1°度。人眼可以分辨高达每度60个像素，这被称为高清晰度(HD)。这意味着，照明空间光调制器设备的平面波的角谱的限制将仅为1/60°度，所述空间光调制器设备优选包括在生成三维分布式对象点的云的空间光调制器设备中编码的子全息图。如果使用平面波的更宽的角谱，则人眼将在全息照相显示设备的正面或背后识别被涂抹的对象点。
在用户空间中传播的平面波的角谱必须被限定为沿全息一维或二维编码的三维显示器的相干方向的1/60°度。对于二维编码，照明设备必须在两个方向——水平和垂直方向内提供1/60°度。对于一维全息编码，照明设备必须在全息编码方向内提供1/60°度，并在最有效点的方向内提供例如1°度。
在用作光导元件的透明基底内，可以使用高得多的角度范围。由于在光去耦元件——其是例如以77°度(入射角)/0°度(出射角)工作的体积光栅——的去耦平面处的衍射期间的平面波的角谱的变化，所述角度范围可以是例如4倍的1/60°度。
平面波的角谱可以非对称地分布。这意味着校准只是不具有类似圆形的形状和例如(用于二维编码的)光纤的出射平面或者只是(用于一维编码)的类似条纹的形状的光源设备发出的光。
优选地，至少一个光去耦元件可以平行于光导元件中的光的传播方向来布置，其中，光导元件内的光以接近于90°度的角度传播至光去耦元件的表面法线。可以在照明设备的不同实施例中使用的基本原理是使用受限制的角度和或光谱选择性，以仅切出所限定的和所期望的角度和或光谱范围。作为光去耦元件的体积光栅提供被调整为符合要求的能力。
合适的厚体积光栅可以用于耦合出或重定向可以在自动立体显示器中使用的仅±0.25°度的平面波的角谱的角度范围。提供±0.25°度的角度选择的离散体积光栅厚度dHOE取决于重建的离散几何形状，并且可以是在例如15μm至50μm的范围内。
厚体积光栅可以用于例如耦合出或重定向可以在全息显示器中使用的仅±1/120°度的平面波的角谱。提供±1/120°度的角度选择的体积光栅厚度dHOE取决于重建的离散几何形状，并且可以是例如在450μm至1.5mm的范围内。针对dHOE所给出的这些值是实际可行的。然而，当非常大的角度——这意味着接近90°度的角度——被用作入射角——其同时是重建角θR——时，即使是薄体积光栅也可以提供非常小的角度或光谱选择。
此外，照明体积光栅的波场或波场段的平面波的角谱还可以通过所使用的光或光导分量的转换函数被拓宽。这也意味着，最初由准直设备提供的平面波的角谱的改进可以是由光或光导元件的缺陷引起的，所述光导元件可以是例如平面平行板。
体积光栅的折射率n1的Z变迹调制(特别是被偏离在光在初始传播的方向中的变迹)可以被使用，以便抑制角度和或光谱选择的旁瓣，如其可以例如通过在申请人的国际专利申请PCT/EP2012/060684中所公开的方法来生成，该公开的完整内容通过引用并入于此。这可以例如在基于楔形Z字形传播、平面平行板Z字形传播、84.26°度的空气楔、84.26°度的块状楔、波导和光的掠入射的照明设备(BLD或FLD)中使用。因此所述选择可以调整为符合要求。
在光导元件内传播的准直波场的强度分布总体上沿z方向(光在其中传播的方向)展开，其中，峰值强度被减小。换言之，局部出现的强度轮廓沿传播距离变化。可以使用模拟数据，以便优化每个单反射平面的变迹反射率(参见图33)。因此，有可能将反射到去耦体积光栅的强度保持在恒定的值上。此外，可以对被指向去耦体积光栅的所有波段实现等效强度分布I(x，y)Mi。优选使用显著小于相邻反射或衍射元件的相对距离(参见图33和图30)的相干长度。相邻反射平面Mi和Mi+1(Mi：平面，其提供半透明镜面的功能；可以布置在与体积光栅相对的光导元件的一侧上)的变迹轮廓可以以避免在交叉时可见的强度阶跃(intensity step)轮廓的方式来选择。
可以优选在光导元件和至少一个光去耦元件之间提供包覆层。由此，可以提供照明设备的附加的改进。一种是使用布置在作为光导元件的基底和光去耦元件之间的层，并且所述层实现沿z方向的光传播被降低的吸收率a(z)。本实施例将导致光的损失，但可以有利地减少由于显示散射效果的光去耦元件内传播的光引起的散射光的量。所述方法是“一旦仅通过光去耦元件，光将离开，将被去耦并且将不再回到光导元件”。作为吸收层的包覆层的a(z)函数可以以能够使用作为具有接近于1的恒定衍射效率η的光去耦元件的体积光栅的方式来选择。还有可能使用η(z)和a(z)的组合来平衡的光的损失和散射光的量。换言之，在光导元件顶部可以存在a(z)≠常数和η(z)≠常数，所述光导元件并不真正引导光，而是仅限定折射率。
除此之外，还可以使用沿z方向下降的反射率r(z)。在这种类型的照明设备中使用这种方法的问题是被反射的光的再循环可能是复杂的，因此可能要求额外的技术努力。
包覆层被用于优化照明所使用的空间光调制器设备的光的强度分布。
包覆层可以形成为防反射涂层，优选介电涂层，以向至少一个光去耦元件提供光导元件的折射率的梯度状过渡。其涉及到主基底——即光导元件和光去耦元件之间的过渡区。包覆层可以是防反射涂层，其可以例如由介电层堆构成。
在分段类型实施例中使用的介电层或平面可以用作显示所限定的反射率的分束器。平面必须以45°度几何形状来布置，以便提供大约90°度的光的重定向。在没有作为光去耦元件的去耦体积光栅的情况下，可以使用具有45°度镜面的布置。但这是没有成本效益的，因此不是优选的。在一组反射平面的反射率中的梯度可以用于提供光的合适的均匀的强度，所述光被耦合出来，进入必须被照明的空间光调制器设备的方向中。
为了避免可能被用户注意到的强度变化，变迹轮廓可以被提供在介电层的部分反射平面中。不考虑光束发散，不同反射平面的反射分布可以被使用，以便获得均匀的出射强度分布。
在本发明的优选实施例中，包覆层可以是渐变折射率层，其实现了从光导元件的低折射率到作为体积光栅的光去耦元件的较高的折射率的平滑和连续的改变。折射率轮廓必须被优化，以便最小化反射。
在本发明的进一步的实施例中，可以提供吸收层，其布置在包覆层的相对侧上的光导元件上。光导元件的背部或底部可以涂有吸收层或吸收材料，以分别确保Z字形模式的模式抑制和出现，甚至如果使用薄基底作为光导元件。
此外，准直设备可以被提供用于准直来自至少一个光源设备的至少一个光源发出的光，其中，准直设备可以以具有所要求的优选不大于1/60°度的平面波的角谱的合适的准直和调整波场是可用的这样一种方式来设计。合适的准直波场由平面波的调整角谱构成。平均所有的部分非相干波的光传播的平均方向接近于至光导元件的光入射平面的表面法线90°度，这意味着例如88.5°度或者甚至90°度。作为一部分平面波的角谱的每个单波具有分散性，这导致强度分布的扩散。这种分散性可以被准直设备的小孔/开口影响。准直设备可以具有例如狭缝状的小孔，并且可以与照明设备一起安装在显示器的底部边缘处。因此，光向上传播。
如上所述，限定单个非相干波的发散性的一个参数是准直设备的外边界，这意味着，例如作为限制波场的初始光束直径的小孔的狭缝的尺寸。因此，准直设备可以经历优化过程。
狭缝——其是用于光或者例如圆柱形透镜或者透镜阵列的准直设备的出射平面——可以包括振幅变迹轮廓，其代替阶跃式的0至1的孔径光阑函数。通过准直光束的这种变迹的方式，可以优化去耦强度分布的均匀性。
可以优选在准直设备后面出现的相位变迹轮廓φ(x，y)也可以经受优化过程。这种附加的相位函数可以与在上文所讨论的振幅变迹轮廓a(x，y)相结合。
这意味着准直的平面波的角谱不是从光去耦元件去耦之后稍后传播到用户的1：1的平面波的角谱。
已去耦的强度分布的更好的优化可以通过必须被准直的至少一个光源设备的光源的复值强度分布的修正来实现。光源平面的尺寸限定在可能是例如透镜阵列的准直设备后面传播的平面波的角谱的最大延伸。因此，至少一个光源的形状经受优化过程。
单点或点光源产生在准直设备后面传播的单平面波分段。这可以具体地用于二维编码全息显示器，但可能引起可以在照明设备的出射平面中看到的强度的非均匀性。
稍微延长的光源提供与已调整的波场相关的更多的性能。延长的光源的平面可以用相干光来照明，所述相干光可以通过例如初始激光二极管来生成。动态相位变化通过使用动态散射板，例如旋转或横向移动的散射板来生成。因此，如果与准直点源相比较，准直波场的互相干性的绝对值|μ12|被降低，以便避免光去耦元件范围内的干涉。
固定振幅分布在被准直的光源的平面内实现。这可以例如通过光束整形或优选通过使用空间结构化的振幅掩膜来完成，振幅掩膜可以看起来像或者甚至是B&W(黑白)胶片片段。光源平面的这种振幅分布aLS(x,y)将被修正用于照明设备的出射平面的强度分布的优化。此外，可以添加光源平面的固定相位分布φLS(x,y)。因此，光源设备包括动态散射板和静态复值振幅分布aLS(x,y)x
换言之，光源设备的光源可以被设计为实现光去耦元件的去耦平面的均匀照明。在这里，人们可以使用延长的光源，并在光源的平面后面布置振幅过滤器aLS(x,y)(＝振幅掩模)。初始光源也可以通过使用成像装置被成像到该平面上。这给出了使用光束成形装置的机会，以便提供光源的振幅分布，这导致从光去耦元件出射的最终出射强度分布的被优化的均匀性。
例如，圆形光源可以通过使用例如作为成像装置的圆柱形或像散透镜被整形为条状光源。初始光源可以是已经如上所述的激光二极管。必须被准直并是对于优化过程的光源的平面可以配备有动态散射板。作为光源的激光的使用对于提供例如5mm至10mm的某一相干长度是重要的。动态散射板是有利的，以便提供平面波的不相干叠加，所述平面波形成对应于本应用的平面波的调整角谱。这是非常重要的。例如，形成为散射板的小“磨砂(frosted)”塑料板或动态散射液晶材料可以被使用，以便提供待准直的光源平面内的合适的快速动态相位变化。
此外，当在准直设备的出射平面的情况下，光源的平面也可以使用附加的相位分布所述附加的相位分布用于调整稍后进入作为光导元件的透明基底的波场的互相干性的复杂程度的绝对值|μ12|。这可以是合适的连续相位功能掩膜(phase function mask)或者甚至表面凹凸型光栅或总体上的计算机生成的全息图(CGH)。
可以用于修正光源平面的这种相位分布可以与也在光源平面内使用的振幅分布相结合。因此，衰减的相移掩膜(phase shift mask)可以在光源的平面内使用，以便调整相干性的复杂程度并均匀化照明设备的出射平面的强度分布。衰减的相移掩膜或衰减的相移掩膜状元件的阵列可以提供复值过滤器功能，其经受优化的过程。
有利地，至少一个光源设备可以包括用于原色红色、绿色和蓝色的光源，它们分别关于光源设备的出射平面的强度分布被优化，其中，已优化的单个光源的光路在进入光导元件之前被组合。通过使用如用于组合颜色光源的各个颜色(红、绿、蓝(RGB))的光束组合器的X-立方布置也有可能以分开的方式执行用于不同原色，即RGB的上述优化。
红色光具有例如λ＝633nm的波长，因此具有比具有例如λ＝457nm的波长的蓝色光更大的分散性。如上所简要触及的，RGB光源可以分开进行优化，其中，来自各个光源的已优化的光路可以通过例如使用基于颜色组合X-立方或体积光栅的布置来组合。
然而，优选实施例可以使用色彩胶片状振幅分布轮廓aLS(x,y)，这意味着优化用于蓝色光的振幅分布aLS_B(x,y)，用于绿色光的振幅分布aLS_G(x,y)和用于红色光的振幅分布aLS_R(x,y)。过滤器的这三种已调整的振幅分布可以被曝光到细晶粒红-绿-蓝型缩微平片材料中。因此，合适的良好的结果可以通过仅使用色彩过滤器来获得。因此，在这里不是必须提供作为光束组合器的X-立方布置。
如上所述，平面波的角谱以其接近于到光导元件的入射平面的表面法线的90°度(这意味着88,5°度或甚至90°度)进行传播的这样一种方式，通过光源设备和准直设备中的至少一个的光源的优化来调整。在传播期间出现的发散被用于照明光导元件的整个平面。换言之，在光导元件中传播的光的光束直径在一个方向上具有数毫米范围内的值，其中，在垂直于该方向的方向上，直径的值可以更大。
在本发明的另一个有利的实施例中，光可以在至少一个方向上以准直方式通过光导元件——具体地通过光传导芯来传播。但是，光也可以在Z字形路径上传播。
在根据本发明的照明设备的又一优选实施例中，光导元件的光传导芯可以以全息体积光栅的形式制成，或者其中，光导元件可以在内部包括光去耦元件，优选体积光栅，所述光去耦元件包括优选用于整形波场的多个光去耦分段元件，所述波场必须被耦合出来并实现出现在波场的各部分之间的多个光学路径差。如果光传导芯以全息体积光栅的形式制成，则其被提供有具有同时用于光的传导和输出耦合的功能二者的层或基底。存在不包括收缩并且因此不显示所记录光栅的几何形状的任何改变的材料。进一步的方法是光导基底的体积可以包括多个体积式体积光栅分段，所述体积光栅分段被用于不仅提供必须耦合出来的波场的整形，而且还被用于提供出现在光场的各部分之间的多个光学路径差。多个体积式体积光栅分段可以被曝光到光导元件的基底中。
根据本发明的照明设备可以用在显示器中，优选用在全息显示器中，更优选地用在全息直观显示器中。显示器可以包括照明设备，所述照明设备具有根据至少一个从属权利要求的上述至少一个实施例的创造性特征和/或所述照明设备可以与空间光调制器设备相结合，所述空间光调制器设备被布置在在光传播的方向中所看到的照明设备的下游。这就是说，本发明可以用在反射和光透射型的直观显示器中。光透射显示器因此优选包括带有被布置在在光传播方向中的照明设备的下游的光透射的空间光调制器设备的照明设备。在反射显示器中，反射空间光调制器设备被布置在在光传播的方向中的照明设备的上游。
本发明的目的还通过一种用于测量和补偿在空间光调制器设备的入射平面上存在的并通过根据权利要求34的照明设备来提供的光的局部和/或短暂的强度分布变化的方法来实现。
利用该方法，提供动态的修正，这是基于出现在空间光调制器设备的入射平面内的光的强度分布的测量。
现在将结合所附示意性附图在实施例的帮助下，在下文对本发明进行更详细地描述。所述教导的总体上优选的配置和开发也参考附图结合对本发明的优选示例性实施例的说明进行了说明。在附图中，图形是侧视图，除非另有规定，其中，所述附图在每种情况下都是以示意性示出：
图1示出了根据本发明的用于显示设备的平板照明单元的第一实施例，
图2示出了图1的照明设备，其提供离轴(off-axis)场透镜，
图3示出了图1的照明设备，其提供两个分开的光学寻址离轴场透镜，
图4示出了根据本发明的平板照明设备的第二实施例，
图5a、5b示出了分层式构造的照明设备，
图6示出了基于平板体积光栅的双向背光照明设备，
图7示出了基于平板体积光栅的背光照明设备的通用布局，
图8以曲线图示出了狭缝后面的光的强度分布，波长为λ＝532nm，并且材料的折射率为n＝1.461，并且传播距离为125mm，
图9示出了在图8中所示的光传播的中心线的强度分布的曲线图，
图10示出了用于已优化的光源的狭缝后面的模拟波传播的曲线图，所述已优化的光源的主要特征是增加的平面波的角谱(ASPW)，
图11示出了图10中所示的光传播的中心线的强度分布的曲线图，
图12以曲线图示出了在进一步的实施例中的狭缝后面的介电介质内的模拟波传播，传播距离为>1.2m，
图13示出了图12中所示的强度分布的中心部分的强度分布的曲线图，
图14示出了用于已优化延长的光源的狭缝后面的模拟波传播，
图15示出了沿图14中所示的强度分布的中心部分的强度分布的曲线图，
图16示出了照明设备的一部分，所述照明设备使用光导元件和透射型体积光栅分段元件内的掠入射准直光，所述透射型体积光栅分段元件将光的局部部分重定向到分配准直镜上，所述分配准直镜可以是抛物面反射镜阵列的部分，
图17a、17b二者都示出了基于楔形的照明设备，所述照明设备实现沿一个方向和沿两个方向的波场的失真放大率，
图18示出了背光照明设备内的光谱和角度复用的组合，
图19示出了定向发射显示器的出射平面内的局部水平出射角度，
图20示出了定向显示器的出射平面内的水平出射角度，
图21以曲线图示出了衍射效率的一示例，
图22以曲线图示出了依赖于波长和线宽的相干长度，以及
图23以曲线图示出了依赖于重建角度对所设计的重建角度的偏移和折射率的调制n1的衍射效率，
图24示出了两个部分光束路径重叠的衍射光去耦分段元件，其可以在自动立体显示器或1D或2D编码全息显示器的照明设备中使用，
图25示出了两个部分光束路径重叠的衍射分段元件，其将光去耦出平面平行板，其中，η＝0.9的衍射效率被假定用于两个体积光栅分段，其中，重叠区域可以引起可以在出射平面处出现的增加的强度，
图26示出了体积光栅去耦分段，其被定向为平行于作为包括光折射材料的光导元件的平面平行基底，其中，几组体积光栅分段被定位在不同深度平面内，
图27示出了嵌套的纵向和横向分开的体积光栅RGB去耦分段，其被定向为平行于包括光折射材料的平面平行基底，
图28示出了可以被使用，以减少光学功率损失的RGB分段去耦，
图29示出了提供局部波场分段的去耦反射型体积光栅分段，所述局部波场分段等效于具有例如点、线段或线的形状的虚构光源之一，
图30示出了提供局部波场分段的去耦透射型体积光栅分段，所述局部波场分段等效于具有例如点、线段或线的形状的虚构光源之一，
图31示出了使用透射型体积光栅的分段楔型照明设备的通用布局，
图32示出了使用反射型体积光栅的分段楔型照明设备的通用布局，
图33示出了非分段的光去耦元件的分段照明，以及
图34示出了在图33中所示的实施例的单个部分。
在各个附图和所附描述中，类似附图标记表示类似部件。
掠入射照明设备可以包含在全息显示器中或者甚至在自动立体显示器中使用的几种具体的修正。照明设备可以用于相干光和用于只显示降低的空间和/或时间相干性的光。振幅和相位变迹可以用于优化在照明设备的入射平面后面传播的强度分布。色彩过滤器给出了针对不同色彩分别优化的机会。本说明书依赖于离散的实施例。
照明设备的光学设置必须满足由于掠入射引起的具体的要求。一个条件是避免可能是由于折射率双阶跃(index double steps)引起的光导元件。这些折射率双阶跃、骤降(dip)或峰值必须被避免。不具有光导元件和光去耦元件之间的过渡区域内的局部最小值或局部最大值的单个折射率阶跃或梯度不是关键性的。更好的解决方案是避免在去耦区域内的波导效应。
有很多可以以使波前形成、均匀化和功能复用的方式来修正的照明参数。光谱和/或角度复用可以用于实现例如几个一维或二维场透镜。
现在对于照明设备的通用光学设置，图1示出了用于显示设备，优选全息显示设备的平板照明设备的第一实施例。照明设备包括光源设备LS、准直设备CD和平面光导元件LG。光导元件包括具有光传导芯LCC的基底、包覆层CL和吸收层AL。面向空间光调制器SLM的包覆层CL的一侧具有光去耦元件VG，光去耦元件VG可以是体积光栅或另一类型的光栅。光导元件的背部或底部涂有吸收层AL，以保证即使使用薄的基底作为光导元件时的模式抑制。换言之，吸收层AL避免多阶Z字形，因为它们存在于m>1的波导结构中。包覆层CL具有沿z方向升高的函数f(z)＝nx d，其中n是包覆层的折射率，并且d是包覆层的厚度。因此，使用具有衍射效率eta＝常数的光去耦元件VG，这里是体积光栅。备选地或与f(z)＝n x d的变化相结合，eta可以被改变为eta＝eta(z)。在这种情况下，衍射效率eta不是恒定的，而是例如沿z方向增加。Z＝0是接近于光源的或在这里的附图1中，是接近于入射平面的。
光源设备LS被布置在光导元件LG的一侧上，在该图中的左侧上。光源设备LS可以包括至少一个光源，优选每个原色RGB一个光源。在光源设备LS之后的光传播的方向中所看到的准直设备CL被布置用于准直由光源设备LS发射的光。准直设备CD包括用于光的准直的至少一个透镜或透镜阵列。光的E场优选位于光传导芯的平面内，并且因此是偏振的横向电(TE)。光传播的方向由箭头指示。
根据本发明的平板照明设备工作如下：参考图1，通过光导元件LG传播的光平行穿过光导元件的光传导芯、包覆层和输出耦合光栅的接口。一部分光离开光导元件，穿过包覆层CL并进入光去耦元件VG，其中，光的其余部分连续通过光导元件进行传播。以一角度区域性(areally)出射的光通过光去耦元件VG去耦，从而使其作为准直波场WF落在空间光调制器设备SLM上。这由虚线箭头指示。在通过空间光调制器设备SLM的反射像素的调制之后，光再次穿过λ/4层的空间光调制器设备和照明设备。在λ/4层的第二通道之后，光的初始偏振TE转动90°度。光现在具有横向磁(TM)偏振并且通过带有用于信息呈现的值的像素来调制。
为了修正照明设备，以得到所要求的在至空间光调制器设备的方向中从光去耦元件去耦的平面波的角谱，使用波场的发散。一个示例性实施例是使用沿作为光导元件LG的基底的光传播，所述光传播平行于出射或去耦平面，并因此具有到表面法线矢量的90°度的相对角度，如图1中所示。能量的输送沿90°进行，因而平行于基底的出射表面。所传播的平面波的角谱的单个波W具有曲率。换言之，在这里没有真正的平面波段。本发明的想法在这里是只在波场的边缘去耦光的稍微弯曲的部分。由于衍射定律，这是一种能量的局部减小。波场的其他部分的能量将被转移到该外部区域，以补偿局部消耗。因此，显著部分-例如整个波场WF的90％-以这种方式耦合出来。
如图1所示，准直波场轻微触及去耦平面。只有一小部分波通过被去耦到空间光调制器设备SLM的方向中来消耗，空间光调制器设备SLM必须在例如光透射或反射布置中被照明。
光导元件LG由低折射率型介电材料制成，所述介电材料例如具有例如nLG＝1.47的折射率。其用于合适的准直波场的掠入射传播。低折射率光导元件LG具有到体积光栅层VG的界面边界平面，所述体积光栅层VG具有例如nO_VG＝1.5的较高的折射率。
在本示例中，90°度掠入射角被折射为60°度，其可以被衍射为0°度出射角。以抗反射涂层形式，优选以电介质涂层形式的包覆层CL在光导元件LG和体积光栅VG平面之间使用，以便减少反射损失。这里描述的这种几何形状是偏振分束器几何形状，这意味着，TM(横向磁)偏振光可以以接近于1的高衍射效率衍射，并且TE(横向电)偏振光可以穿过偏振分束器体积光栅层VG。TE偏振光可以击中第二体积光栅层，所述第二体积光栅层被优化为例如以60℃度的TE衍射至多方向照明设备的第二出射角。
虽然使用平板照明设备内的偏振分束器几何形状的变化会受到限制，但这是一种附加的复用选择，其可以在背光照明设备内被实现，并且其可以添加设计的附加的自由度。可以结合偏振分束器和其它复用选择。
其他选择是允许光以Z字形模式在光导层内传播。具有更高模式数量的Z字形模式将以小于具有更低模式数量的模式的角度进行传播。如果模式数量增加，则进入包覆层的光波穿透增加。换言之，更高模式数量允许包覆层的增加的厚度，这可以降低对制造该包覆层的技术努力。如果传播距离增加，则可以使用显示出n x d函数的降低值的包覆层。这里的修正是使用包覆层顶部上的作为光去耦元件的体积光栅，这对于去耦例如用于全息显示器的1/60°度的合适的小平面波角谱是合适厚的。这意味着，体积光栅将仅耗尽一种模式或几种模式。带有最高模式数量的模式的消耗将是一种优选的选择。
体积光栅可以将最高模式去耦出来，并因此至少部分耗尽所述模式。由于麦克斯韦方程的实现，如果一种模式的光被耗尽，则其他模式的能量被转换为不利用其应该具有的强度传播的模式。因此，有可能耗尽在多模式光导元件内传播的所有模式。
体积光栅的参数可以以去耦具有正确角度的单个模式的方式来选择。体积光栅的增加的厚度可以用于缩窄体积光栅的角度选择性。因此，波场的去耦可以通过使用体积光栅的正确参数来调整。除此之外，n(zΗΟΕ)变迹体积光栅可以用于消除体积光栅的角度和/或光谱选择性的旁瓣。
吸收a(zPD)函数或反射r(zPD)函数也可以被实现为附加的涂层，所述附加的涂层可以用于优化照明所使用的空间光调制器设备的光的强度分布。这些层可以被放置在例如作为光导元件的基底和作为光去耦元件的去耦体积光栅之间。
在图2中，图1的照明设备被示出，利用图2，以在被耦合出光导元件的光中提供聚焦函数的方式来创建离轴场透镜。由此，耦合出的波场可以被定向或聚焦在所期望的方向上，例如空间光调制器设备上的限定区域。
根据图1和2的掠入射照明设备在图3中示出，但是图3提供两个分开的光学寻址的离轴场透镜功能。能够看出，对于照明设备的该实施例，提供两个光源设备LS1、LS2和两个准直设备CL1、CL2。此外，作为光去耦元件，提供复用体积光栅MP-VG。复用体积光栅MP-VG可以具有对于增加的传播距离而增加的衍射效率eta的渐变轮廓。应当注意的是，这必须被提供，针对两个VG以及因此在相反方向上的实施。如所示的，波场WF1展示场透镜1，并且波场WF2展示场透镜2。这意味着，波场WF1被定向为第一方向，波场WF2被定向为不同于第一方向的第二方向。这可以同时或依次进行，例如为了将光定向到观察者的各个眼睛来观察重建场景。
掠入射照明设备可以以设备使用分层式光导平面和不同的去耦几何形状的方式来设计，其意味着光的局部出射角的不同的强度分布。这意味着，使用掠入射和体积光栅去耦的几个层可以堆叠在彼此上，以便生成不同的出射方向或不同的场透镜，如图4中所示。在本实施例中，只设计两个层，每个层作为根据图1的通用照明设备，即，每个层包括光导元件LG1、LG2、体积光栅形式的光去耦元件VG1、VG2以及光导元件和体积光栅之间的包覆层CL1、CL2。然而，只有底层包括图4中所示的吸收器层。示出为波场WF1和波场WF2的不同的场透镜可以通过切换开(ON)和关(OFF)布置到不同层平面的光源LS1及LS2来寻址。在涉及不同光导平面的不同层平面处布置的不同体积光栅VG1和VG2的重建几何形状满足布拉格失配(OFF-Bragg)条件。因此，串扰可以被有效地抑制。
照明设备内的如图4中所示的角度复用的实施方式具有几个优点。非常快速的响应时间是其中之一。因此，照明设备(背光或前光)可以提供用于每个原色——红色、绿色和蓝色的例如两个、四个或八个出射波场。可以是例如2、4或8的主角度复用方向可以具有所使用的颜色之间的细微差别。这可以例如为了最大化跟踪范围或为了最小化像差来完成。
角度分布不是必须等同于场透镜或倾斜的场透镜。分布可以与这些不同，以便最小化必须由精细的跟踪设备所提供的局部角度负载，所述精细的跟踪设备可以是例如有源型偏振液晶光栅(PLCG)，其使用平面旋转中的周期性液晶(periodic liquid crystals)，并且因此不同于锯齿相位光栅。
在图5a和5b中，照明设备的堆叠布置被示出，其中，照明设备是分层式布拉格失配照明设备，其提供例如用于自动立体显示器或全息显示器的角度复用。图5a示出了具有功能上分开的层的照明设备，其中，在图5b中，照明设备包括物理上分开的平面/层。合适的准直低发散波场的z轴延伸的实际可行的值是1mm至3mm。这可以用于大于1m的传播距离。换言之，如在图4至5b中所示的可以在例如55英寸显示器的背光照明设备内使用的单一功能性层可以是2mm厚。所述层可以包括1mm厚度的体积光栅平面，其中，准直波场的z-宽度可以是1.5mm。4mm厚的背光照明设备可以包括2个功能层，其提供发射光的两种角度分布。与具有1μm的电极间距(pitch)的偏振液晶光栅(PLCG)相结合，可以提供完整的60°度的跟踪范围，以便向例如四个用户提供服务，如图5a和5b中所示。
有光谱间隔的原色RiGjBk的使用给出使用用于几种角度分布的发射光的生成的一个层的机会。例如5nm至10nm的光谱间隔对于一组自动立体显示器的子原色可以是足够的。因此，可以使用例如λΒ1＝460nm，λΒ2＝470nm，λG1＝530nm、λG2＝540nm、λR1＝630nm和λR2＝640nm，以便通过使用角度复用的光谱复用或光谱寻址来实施背光照明设备的两倍角度复用。
应当指出，合适的准直光源的阵列可以用于照明功能层。这些光学通道可以是个别控制的，以便提供扫描照明设备。例如使用体积光栅的变形的光束扩展也可以以提供扫描照明的方式被修正。这些扫描实施例可以很容易地沿着垂直于在图5a、5b中所示的平面的方向适用。但也有可能为了提供照明的扫描而实施z功能性，所述照明例如从在图5a和5b中示出的布置的左手侧到右手侧进行。根据空间光调制器驱动方案，例如三到四个扫描段可以是足够的。
以下方面涉及基于体积光栅的去耦的分层式实施例，具体地涉及这种实施例的机械布局。
可以使用一种作为光导元件的板，其使用主系统(host system)和光折射化学子系统。曝光将干涉图案转换为折射率的周期性调制n1。完全聚合的材料是不粘合的。但不具有键合配体(boding partner)的分子链将导致粘合表面。
粘合表面对于其他处理步骤可能是一个问题。一方面是会粘在表面上的灰尘。
这就是为什么使用夹层的原因，所述夹层提供平滑的不发粘的表面。夹层——例如PMMA|PMMA+PRCS|PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)+光折射化学子系统(PRCS))的结构——可以被用作在稍后被曝光的作为光导元件的平面平行板。表面是完全聚合的PMMS，其在制造过程中很容易使用。
也有可能通过使用非常短的波长来聚合光导元件的外部区域，所述非常短的波长具有非常小的穿透深度，例如仅100μm。因此，粘合的和发粘的表面被避免，并且所述板仍旧是内部光敏感的。
此外，有可能使用两个薄片或板以及它们之间的空间。所述空间可以用显示出合适的低散射效果的合适的透明光折射材料来填充。这种材料可以具有在被填充到两个外片之间的空间中之后聚合的矩阵主体材料。
还有可能使用合适的纤维胶固化粘合剂，其可以包括附加的例如热的或基于两种组分聚合反应的化学子系统。
还可以实际可行的是使用光折射材料，其可以被转移到由塑料形成的所使用的基底上。这对于以不同厚度提供在转移胶片的顶部上的SU8光抗蚀剂是标准的。
光导元件的外片具有比最终的固定光折射材料低的折射率n，以便提供更好的光导。
在此，在介电材料内存在自由空间传播，这意味着，波导结构——在现实的意义上——不是优选的实施例。
与作为光去耦元件的体积光栅相结合的光导元件的分层式实施例可以以增加光学设计的自由度的方式来修正。
以下实施例涉及一种利用组合的折射和衍射角度复用的照明设备。合适的PQ-PMMA(菲醌-聚甲基丙烯酸甲酯)的薄层放置在折射的例如双方向或三方向照明设备的顶部上。折射层可以接近于衍射的一个的出射表面。作为带有基底元件——其承载例如使用准直二次光源的二维或一维透镜阵列——的光导元件的透明基底的至少一部分的体积光栅去耦层的组合能够显著降低重量。
同时提供衍射角度复用以及纤薄形式系数的照明设备具有有限数量的出射角度。出射角度的数量除了其他方面以外可以根据所使用的光源的光学布局和光谱带宽来生成。这意味着，LED(发光二极管)和OLED(有机发光二极管)光源而不是激光二极管在其他布置中被使用，所述激光二极管可以例如在要求降低的光谱线宽的基于体积光栅的设计中使用。
使用可以提供合适的高数量的角度复用出射的体积光栅的照明设备使折射子系统被废弃。在这种情况下，折射子系统可以用作基于二维LED的照明设备。这种照明设备恰好使用于大量用户/观察者的二维查看成为可能。在这种情况下，折射部分可以恰好是标准照明设备，所述标准照明设备使用用于去耦的边缘-照亮式(edge-lit)LED照明和例如散射元件或例如微棱镜。
几种实施例是实际可行的。在下文中描述了几个通用的示例：
1)一个机会是在承载准直设备的准直透镜的平面后面放置衍射类型的，例如体积光栅层。由三方向折射照明设备类型准直的光将不被体积光栅元件衍射，所述体积光栅元件以提供用于这些波场的布拉格失配条件的方式来设计。
2)另一实施例是把衍射类型的，例如基于体积光栅的功能层放置在准直设备的准直透镜平面和由所述透镜准直的二次光源之间。为了使用这种布置，体积光栅提供重定向光的函数，以及附加地，为了提供合适的例如离轴准直形成波前。作为准直设备的透镜阵列的折射函数已被考虑在本实施例内。可以使用倒数计算和计算机生成的全息图曝光来实施所要求的功能。直接实施方式是使用原位曝光(in-situ exposure)。
整个设计可以被优化，以便提供例如作为折射角度复用的+10°度和﹣10°度以及作为衍射角度复用的+30°度和﹣30°度。必须针对折射部分、针对衍射部分和针对整个照明设备的组合角度复用限制串扰。
例如，双方向折射照明设备使用被放置在距离z处的孔径光阑的平面，所述距离z显示相对于两个光源的对称强度分布，所述两个光源由准直设备的相同透镜来准直。基于偏振编码的串扰减少无论如何可以是更有效的。这也可以用于实施变迹轮廓。这种变迹轮廓可以被实施为振幅分布和/或延迟轮廓，所述延迟轮廓通过使用偏振过滤器平面随后被分析。
3)也可以使用Z-堆叠衍射角度复用平面。因此，折射透镜阵列通过使用例如基于体积光栅的角度复用场透镜平面来代替。对此，为了避免串扰必须被满足的边界条件是角度和/或光谱响应函数的分离。可以有能力解释这一点的一个示例是两个反向传播几何形状的复用。这意味着，例如从左侧的照明的90°度场透镜和从右侧照明的﹣90°度场透镜可以仅在如果为了阻挡可以形成发散场透镜的光，吸收器层被放置在光导元件的背向表面处时使用。这种冲突可以通过使用略有不同的或者通用的合适的不同波长来解决。这意味着，具有532nm和522nm的波长的光可以用作原色绿色的子波长。体积光栅在这里必须具有合适的选择光谱和/或角度响应函数。不同子波长度的使用使得有可能从同一侧照明两个角度复用场透镜。
不同的解决方案是堆叠几个基于体积光栅的场透镜平面到彼此上。如果不应被寻址的体积光栅位于合适的布拉格失配的位置，则场透镜FL_ij的不同角度复用将确保没有串扰。换言之，有可能在接触或不接触的情况下堆叠例如四个体积光栅场透镜平面到彼此上，并且实现用于所有体积光栅的相互布拉格失配条件。90°度场透镜几何形状要求例如≤1mm的降低的相干长度，以避免例如1/1000°度的角度寻址范围。这些范围对于例如消费者三维显示器的特定应用不是实际可行的。
布拉格失配条件的合适满足包括角度、光谱和偏振选择性。这也可以应用于纯折射实施例。
4)上述所讨论的实施例可以是平铺的、嵌套平铺的，也可以是z形-嵌套-平铺的——意思是在不同z平面中是平铺的。这给出照明设备的嵌套功能。可以使用功能性二元接触和功能性重叠。
照明设备——具体地光导元件的分层式实施例可以以提高光学设计的自由度的方式来修正。
为了实施被耦合出光导元件的预成形场透镜功能，变化的倾斜是优选的。为了提供所要求的平面波的角谱，相干长度必须被适应。这是由于使光衍射的体积光栅的有效厚度取决于沿光导元件传播的小波的相干长度的事实。
附加的折射空间采样棱镜矩阵可以被添加在光导和光去耦结构的出射平面处，具体地，在光去耦元件的出射平面处，以便同时提供几个方向或几种场透镜功能。主动控制功能可以被实现，以便提供采样方向的切换ON和切换OFF特征。这可以利用棱镜或金字塔的平截头体来实施，这与数据面板(空间光调制器设备)的各个像素或区域相关。因此，像素具有接近于它的出射或入射表面的例如单个棱镜或几个棱镜。还有可能使用莫尔效应降低方法作为例如间距或棱镜系数的统计变化。
以下方面涉及角度复用。所有照明去耦实施例可以与折射或者甚至是衍射角度复用实施例相结合。因此，棱镜可以被附加地使用，以便提供附加的角度。这可以是RGB(红，绿，蓝)像素匹配的或没有像素匹配地来完成。
换言之，可以使用三方向照明设备，例如与两倍角度复用和仅具有高达±5°度的蓝色光衍射角度的偏振液晶光栅相结合。
应当注意的是，角度复用可以通过可以是可寻址的或不可寻址的折射和衍射光学元件来引入。这给出了实施很多备选变型的机会。示例性实现方式可以是例如：
双方向准直照明设备|两倍棱镜角度复用|偏振液晶光栅
偏振液晶光栅—精细—跟踪A：
角度复用永久棱镜不匹配数据像素
一个数据像素用于2个固定角度复用方向
垂直堆叠的角度复用
颜色子像素v＝2×h
回调垂直一维散射函数
以及
偏振液晶光栅—精细—跟踪B：
角度复用永久棱镜匹配RGB像素数据
像素计数两倍
通过寻址数据面板被切换ON和OFF的角度复用方向
回调垂直一维散射函数
这些修正可以与来自不同方向的光的Z字形传播(Z字形具体地是多次内部反射的意思)相结合。
下文描述一种用于全息显示器的照明设备。总体上，Z字形和非Z字形的实施方式是任选的。
有可能实施类似进入光导元件内的不同平面内的体积光栅分段元件的小波，以避免相干串扰和相位不规则。体积光栅分段的横向延伸可以是例如较少的，或甚至在1mm的范围之内。衍射几何形状可以是例如90°度/0°度，并且可以随显示器的中心的距离变化，以便实现场透镜功能。所使用的光源设备的相干长度取决于角度范围，所述角度范围通过使用衍射元件被粗略的和/或精细的跟踪。例如0.5mm至1mm的相干长度应当是对于离散实施例是足够的。光导元件的两个或甚至更多个平面包括不重叠的体积光栅分段元件。在一个平面内是空的的部分可以承载被放置在第一个平面上方的另一平面内的体积光栅分段元件。光导元件的两个相邻平面可以通过另外的平面来分开，所示另外的平面例如比相干长度略厚。因此，用于隔离的待使用的层的厚度可以是例如1mm。z_c＝1mm的相干长度是所使用的材料内的1/n。如果激光二极管具有真空内的z_c＝1mm的相干长度，则出现在例如PMMA内的相干长度是1/1.5＝0.67mm。因此，带有作为层的1mm的PMMA的隔离足以避免放置在不同z平面内的体积光栅分段元件之间的相干串扰。为了实现不同z平面内的z受限体积光栅分段元件，可以使用n1(z)变迹的体积光栅曝光。还有可能使用几个例如光折射材料的平面平行板，例如PQ掺杂PMMA(PQ-PMMA)。交叉耦合的光将在形成为光导夹层板的光导元件内传播，并且不会被耦合出用户空间。使用体积光栅分段元件的不同平面的本实施例可以例如在耦合出几何形状的光的Z字形传播中或耦合出几何形状的掠入射中使用。本实施例还可以用于实施静态角度复用。这是通过同时生成光的几个出射方向来完成。体积光栅可以以当利用一个光束或波场照明时生成例如三个出射光束或波场的方式进行复用。备选地，可以使用标准角谱或偏振复用来提供多方向照明。
下文描述的实施例涉及一种自动立体显示器的照明设备。偏振切换层用于例如将光从TE模式转到TM模式。衍射或未发生衍射的光通过基于偏振分束器的体积光栅。因此，可以使用例如+45°度/﹣45°度或+30°度/﹣30°度的体积光栅布置来提供两个光方向。典型的体积光栅可以用在偏振分束器系列上。含有例如分散在体积光栅材料内的液晶的双折射材料的体积光栅可以在布拉格适配(on-Bragg)衍射下使用，以实现衍射偏振分束器几何形状。这些几何形状不同于基于典型偏振分束器的体积光栅系列，其是90°度、60°度、48.2°度等等。
可以堆叠几个功能层来提供更大数量的方向。人造双折射萨瓦板(Savart plate)可以与放置在照明设备的出射平面处的棱镜阵列相结合来使用。条带状照明进入具有附加的棱镜结构的萨瓦板。通过改变偏振，可以引入横向偏移。表面凹凸结构的不同位置被照明。这意味着，不同棱镜角度以及因此的不同光线方向可以通过改变例如从TE模式到TM模式的偏振来寻址。
以下实施例涉及二次光源点和用于准直的透镜阵列。一维或二维透镜阵列通过使用几组必须被准直的二次光源来照明。这可以是一组不同的光导纤维阵列的去耦点。还有可能使用小体积的光栅体素(voxel)，其可以被设计为用于不同的重建几何形状和不同的初始的和或子集波长。这些体积光栅体素被放置在介电板的不同横向和纵向位置处。强度管理可以通过改变局部体积光栅的折射率n1的调制来完成。体积光栅体素线或2D阵列的不同子集的复用和因此的寻址可以通过选择不同的照明角度来引入，所述不同的照明角度可以在一个平面内或者甚至在几个平面内，例如也在垂直平面内。原色的光谱子集也可以被寻址。换言之，有几个机会来提供二次光源点阵列的子集，所述二次光源点阵列将由透镜阵列来准直并且其将给出实现一组照明角度的机会。从体积光栅体素传播到准直设备的准直透镜的波场可以以提供准直光的强度的合适的良好的均匀性的方式来适应。也有可能为了优化光的准直适应相位分布。场透镜功能可以被实施。
一维二次光源条纹的准直可以通过沿光源线布置的体积光栅体素来控制。因此，可以沿必须被准直的光源线提供均匀的强度。
使用通过使用折射或甚至衍射结构来准直的二次光源点的实施例可以被转换为箔夹层。为了避免由(例如通过3M公司的)棱镜和透镜层实现的平面波的角谱，与光源点方法相结合的透镜可以被使用。简单的实施例是具有透镜状表面凹凸的箔，其以实现相当于胶片厚度的焦距长度的方式来选择。因此，光导板的背面侧可以利用点或线阵列涂覆/结构化，所述点或线阵列充当二次光源阵列。可以使用几种修正。
光源点是小的散射点，其可以与光导板形式的受抑全内反射光导元件接触。还有可能使用与受抑全内反射UV-光导板接触的Q-点材料的小球形。体积式和/或表面凹凸结构可以用于耦合出光，或者充当荧光二次光源点。此外，串扰停止层结构可以被放置在透镜和光源点层之间。这些透镜内串扰抑制结构可以是二元或连续变迹的。因此，可以提供均匀的准直。
以下方面涉及利用体积光栅体素去耦的平面。如果使用高体积光栅体素密度，则不要求准直透镜作为准直设备。这可以被称为平面去耦。场透镜可以通过局部改变出射角度来实施。体积光栅体素实施例可以在掠入射照明设备中实施。有可能使用类似凝视方式(stare way-like)的深度辨别来减少散射光的量。所建议的程序是以最小化由照明光束击中的体积光栅体素的数量的方式来优化照明设备的设计。横向体积光栅体素尺寸不应该太小，以便避免由于体积光栅体素的横向小孔的尺寸引起的较大的衍射角。所使用的几何形状可以是90°度/0°度或例如翻转复用的角度。一种先进的解决方案是将使用不同深度平面内的体积光栅分段元件的凝视方式的方法与例如使用在84.26°度的照明的楔形方法相结合。这可以在根据本发明的掠入射照明设备中、在平板楔形或在Z字形照明设备中来完成。体积光栅体素的入射角度可以略微改变，或者入射光束的方向或者二者都可以改变。
体积光栅体素和体积光栅分段元件总体上可以是横向和/或纵向变迹的，以便优化照明设备的角度、光谱或能量分布或它们的组合。
下文描述的方面涉及一种主动型串扰阻挡平面。使用一个或者甚至几个作为主动结构的孔径光阑的空间光调制器(SLM)不是提供最小化努力的解决方案。在这种情况下，灵活性高，但成本太高。如果一组三个LSij1D或2D矩阵状光源阵列在提供例如三个方向的照明设备的嵌套布置中使用，则三个可控变迹孔径光阑层被用于抑制所使用的透镜阵列的准直透镜内串扰。可以使用几种实施例。
光对准可以用于生成对于液晶类型实施例所要求的液晶取向图案。偏振过滤器或分析器被放置在照明设备的出射平面处。因此，传播到作为空间光调制器设备的数据面板的光的偏振是固定的。数据面板可以已经包括可以使用的偏振过滤器。
以下实施例涉及一种使用零模式光传播的平板照明设备。在图6中，其示出了基于平板体积光栅的两个方向的背光照明设备。两个功能平面通过使用可以依次切换ON或OFF时间的两个准直设备CD1和CD2来照明。光源LS1和LS2被放置在背光照明设备的左手侧。折射透镜阵列可以用于准直一组二次光源。换言之，图像内的一行光源点的光源阵列通过使用小透镜的线型阵列来准直。两个准直的1D光源阵列被布置在所示照明设备的左侧。
将在后面描述的离轴抛物面反射镜阵列照明的使用提供一种甚至更紧凑的实施例。
更多的场透镜可以通过使用更多堆叠平面来实施，这在图6中示出。
不同的实施例可能看起来非常相似。因此，图6可以用于描述使用接近于90°度/0°度的低相干性照明和重建的自动立体显示器-MD-背光照明设备布局的通用布局。在低相干性的情况下，光在弱体积光栅内传播，这意味着在含有折射率n1的非常弱的调制的平面平行板内传播。n1的所要求的调制可以是例如0.0004/mm，这意味着用于1m路径长度的4×10-7。这是与n1的调制相比较的系数100000，这由例如来自拜耳材料科技(BayerMaterial Science)的HX 103的暂时(time being)光聚合物来提供。这也意味着能够使用不可以用于标准体积光栅应用的完全不同的材料。但是，传播波包(wave package)的长度由发射过程限定。因此，即使是有在20mm至200mm范围内的纵向延伸的钨灯或LED也可以产生波包。同时，两种光源类型的相干长度可以分别为3μm和20μm。换言之，由电子或电子-空穴对的激发态的使用寿命时间τ*限定的波包的长度比该波包的相干长度大几个数量级。因此，由LED发射的光不可以用于照明具有显示器尺寸的厚体积光栅。例如20mm厚的体积光栅的角度和/或光谱选择性太小而不实用。
图6还可以用于描述使用合适的相干照明和掠入射实施例的全息MD-背光照明设备的通用布局。如果在反向传播模式下使用，掠入射实施例提供布拉格失配条件。这意味着单个功能层可以用于提供两个如图3中的场透镜。在这种情况下，场透镜可以在单个体积光栅层内复用。这是由于体积光栅层将看到例如在-75℃度和+75°度传播的平面波的角谱的事实引起的。两者都从两侧照明的两个层可以提供四种不同的场透镜。
图7示出了基于平板体积光栅的背光照明设备的通用布局。光源设备LS通过准直设备CL的准直透镜来准直。光源可以形成为线光源，并且可以与形成为圆柱状透镜的准直透镜相结合使用。在此如图7中所示的一维的光源阵列与透镜线类型(line type)的准直透镜阵列的准直透镜阵列相结合来使用。如果使用带有低相干长度的光，则光沿弱体积光栅VG并在弱体积光栅VG内传播。光沿该路径被连续耦合出来。
基于平板体积的背光照明设备的平板装置(tablet)相关的修正在下文中进行描述。总体上公知的平板装置可以具有例如16：9的屏幕高宽比，并且因此与大型电视显示器的屏幕高宽比相同。大型自动立体电视显示器可以使用例如偏振液晶光栅跟踪和由MD-背光照明设备提供的两个到三个一维场透镜。
平板装置可以使用例如偏振液晶光栅跟踪和由双方向背光照明设备提供的两个一维场透镜。与仅在横向(landscape orientation)中使用的大型电视显示器相反，平板装置可以在横向和纵向(portrait orientation)中使用。这意味着要求第二个一维场透镜或两个附加的一维场透镜，以便提供纵向中的自动立体显示操作。除此之外，要求第二个偏振液晶光栅来提供用户/观察者的两眼的精细跟踪。
第一个平板装置相关的实施例提供一种仅在横向中的自动立体显示器，以便降低复杂性、成本和厚度。改进的实施例提供在纵向操作中的附加的自动立体显示器。如果实施了第二个交叉偏振液晶光栅，则眼箱(eyebox)可以被修正，意思是使用在“仅在横向中的自动立体显示器”设备内使用的条纹式眼箱的缩小的垂直延伸。这意味着，图6中所示的条纹式眼箱可以沿垂直方向缩小。可以在暂时性(time being)平板装置中实施的传感器可以用于检测照明设备的旋转。眼睛跟踪(摄像仪)系统可以用于检测在未旋转设备的情况下出现的用户的相对旋转。这意味着，提供所要求的自动立体显示器定向。
由于要求相邻层之间的光学隔离的可以使用照明设备的堆叠布局的事实，高折射率组成可以用于光导元件。高折射率意味着相对于边界层。这意味着，例如，如果边界层具有n＝1.5的折射率，则光传导芯具有n＝1.7的折射率，或者如果边界层具有n＝1.45的折射率，则光传导芯具有n＝1.5的折射率。
此外，可以使用作为光去耦元件的体积光栅的原位曝光。重建几何形状——其是平面波对平面波——可以被曝光在波长上，所述波长不同于随后在照明设备内使用的那个波长。这意味着，还有可能使用UV(紫外线)光源，其已经例如用于曝光光热折射玻璃。
如果厚体积光栅场透镜应当被曝光，则优选使用用于曝光的合适的相干光源，其具有随后在照明设备内使用的相同的波长。
为了曝光场透镜，合适的准直波场可以用作曝光光束，所述曝光光束例如从参考图7的右手侧进入体积光栅层。针孔、狭缝或特殊形成的小孔可以以激光束来照明，由此生成从作为面向光导元件的一侧的前表面进入体积光栅层的发散波场。该发散波场用作二次曝光光束。对象的重建通过用合适的准直光照明体积光栅层来完成，所述准直光从例如参考图7的右手侧的相对部位进入体积光栅层。传播方向的准确翻转引起信号光束的反向传播，这意味着生成聚焦透镜功能。
此外，也可以使用母光栅。对于90°度的平面波到0°度的平面波的配置，优选通过使用比随后在产品中使用的波长短的波长来生成所要求的干涉图样的母机(master)。视觉产品可以使用曝光于紫外线的母光栅。
例如使用母机并且利用已调整的相干光来照明的n1＝n1(z)的实施例还可以用于弱体积光栅照明设备。在毫米范围内主动看到的体积光栅厚度不是实际可行的。弱体积光栅内的直接传播不是实际可行的。
提供眼箱的合适的——例如水平延伸的一维场透镜也可以通过使用照明设备的实施例来曝光。该照明设备使用作为光源平面的反射散射条纹，所述光源平面由激光照明，然后被反射，以生成利用沿体积光栅层传播的准直的曝光波干涉的发散波场。在这里将存在非常大数量的干涉波的叠加。散射条纹的每个点充当生成发散球面波的点光源。可以接近于彼此做出几次曝光，并且条纹状散射段可以在曝光之间被略微移动。还有可能一次仅使用一个点光源，以及用不同的点光源执行几次曝光。这意味着，点光源可以具有空间上的不同坐标和用于曝光的不同时间。计算机生成的全息图(CGH)的使用可以提供光束成形的高灵活性，所述光束成形可以在体积光栅的曝光中实施。
下面描述一种使用光的非Z字形传播的平面照明设备。在使用具有合适低的相干性的光的情况下，照明设备，具体地背光照明设备使用体积光栅的不同实施方式。一种方法是使用通过体积光栅层的相对长的传播距离。以足以使用光学系统的方式来选择z_c。人们可以想到使用z_c<1mm避免窄的角度选择性。但是，事实并非如此。原因在于由电子或电子-空穴对的激发态的使用寿命时间τ*限定的波包的长度比波包的相干长度大几个数量级这样的事实，这意味着例如200mm。这对于体积光栅的角度和/或光谱选择性不是实际可行的。
还描述的是使用照明设备去耦平面内的拼接的(stitched)体积光栅段的机会。这可以例如用于以合适精确度实现衍射效率eta(z)。
附加的方面是不仅使用单个体积光栅胶片，而且使用合适的厚层或者甚至作为光导元件的基底，所述光导元件包括作为光去耦分段元件的体积光栅分段，所述光去耦分段元件被曝光到该厚层中或者作为光导元件的基底内。所建议的修正是使用体积光栅分段，其具有比用作光导元件的基底小的尺寸。这可以看上去类似于例如2mm厚的聚丙烯(PP)材料的使用，所述聚丙烯(PP)材料被制成用于数据存储应用，例如全息磁盘。体积光栅分段具有比所使用的基底的厚度小得多的横向延伸。横向x-y-延伸也可以大于作为光导元件的基底的厚度。然而，本发明的想法在这里是使用整个体积，而且还使用光导元件的整个z范围，以实施体积光栅分段，所述体积光栅分段以提供所要求的光场的形状的方式来设计。如在使用于存储体积光栅，例如大米谷物状(rice corn like)结构的情况下，可以优化三维立体形状、局部时间段、局部折射率调制和局部倾斜。这相当于使用三维体积内的可变体积光栅分段来引导和整形显示合适的低相干性的光波场。这也可以用于Z字形或楔形照明设备。
为了校正和整形任意波场，光学系统要求深度。单层(如图1中所示的)只具有有限的能力。所使用的增加的体积意味着增加光学系统的能力。照明设备的单层设置的第一种修正使用如图4所示的两个或几个空间上隔开的层。另外的修正使用光导元件的整个体积。
平面波的角谱和照明的光谱线宽度必须适应所使用的体积光栅设计，反之亦然。
减少相干叠加的一个实施例是使用移动散射板或移动散射平面。另一实施例是引入光学路径差(OPD)。这可以通过曝光多个体积式体积光栅分段元件来完成。换言之，光导元件的体积可以包含多个体积式体积光栅分段元件，其不仅用于实施必须被耦合出来的波长的整形，除此之外还用于实施在光场的各部分之间出现的多个光学路径差。
附加的方面是避免在照明设备的折射层的边界处的折射率的阶跃。由于这些阶跃引起的菲涅耳(Fresnel)损耗可以通过使用附加的一组折射层或通过使用作为包覆层的单个梯度层来降低，所述包覆层可以放置在光导元件和用于去耦光的体积光栅之间。可以通过使用扩散过程来生成梯度层。一个机会是使用首先制成并在第二扩散过程中变模糊的阶跃轮廓。另一个机会是使用能够生成体积光栅的作为光导元件的基底。可以做到这一点的一种材料是菲醌(PQ)掺杂的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。这种材料可以用作光导元件的基底，并且同时用作体积光栅体积。折射率阶跃与通过全息曝光引入的调制一样高。
如在其他实施例中的，可以以使最佳去耦成为可能的方式来选择调制。这意味着，局部衍射效率针对体积式体积光栅分段元件升高，所述体积式体积光栅分段元件被放置在距光源设备较大的距离处。
体积式体积光栅分段元件的实施例也可以用于实现场透镜功能或其他功能的复用。体积式体积光栅分段元件的拼接是可能的。这可以不利用或利用相位关系的维持来完成。具有低相干性的光源不要求体积式体积光栅分段元件的相位连续。
一种可能的曝光过程是使用单一波场或者甚至单一平面波作为在曝光期间使用的参考光束，并且分段或拼接第二光束。
除了照明的复用，以及因此例如光的几个出射角度的复用，应当集成几个一维场透镜和二维场透镜的复用。
如上所述，根据本发明的掠入射照明设备可以用于相干光，并用于只显示空间上降低的和或时间上的相干性的光。
图8示出了具有1mm宽度的光源的狭缝后面的模拟相干波传播。这只是低折射率介电材料内的波场的自由空间传播。传播距离为125mm，因此足够用于侧面照明全息平板装置型显示器。所使用的波长为633nm。狭缝小孔利用具有恒定强度分布的平面波来照明。
可以看出，沿传播方向z出现的强度分布被调制。此外，在1mm宽的狭缝后面传播的波场显示出显著的强度波动。这使无论如何均匀去耦都很困难。应当注意的是，用于图8的模拟的一个单个平面波的振幅分布被假定为是具有x_max＝1mm的exp(-x^2/x_max^2)。这意味着，2mm的单高斯模式的半最大值上的全宽度(FWHM)范围比1mm的狭缝小孔大得多。
强度分布的最大值为1，并且用于说明图8的强度分布的阶跃为0.2。这意味着，相邻线之间的相对差为0.2，并且最大值为1。应当注意的是，为了不使图8负载太多的轮廓线，使用0.2，而不是0.1的阶跃水平。为了能够比较所述值，在此示出相对强度的准确值。
在图9中，示出了沿图8中示出的强度分布的中心部分的强度分布的曲线图。沿限定光传播方向的z轴出现高达±20％的大强度波动，其中，这些强度波动不允许均匀出射强度分布。
结论是，仅仅准直点状或狭缝状的光源不是实际可行的。因此，必须完成光源的优化过程。
以下附图10和11示出了光源的最佳强度分布。在图10中，在光源狭缝后面的模拟波传播被示出，其具有1mm的宽度。一百个波场被不相干地叠加。传播距离为125mm。所使用的波长为633nm。用于图10的模拟的一百个平面波的每一个的振幅分布被假定为带有x_max＝0.5mm的exp(-x^2/x_max^2)，并不是如图8所描述的1mm。这意味着，在此为1mm的FWHM范围穿过1mm的狭缝小孔。在1mm宽的入射狭缝的平面内出现的一百个准直波跨越1/60°度的平面波角谱的角度范围。这些波被不相干地叠加。
强度分布的最大值为1，并且用于说明强度分布的阶跃为0.2。这意味着，相邻线之间的相对差为0.2，并且最大值为1。应当注意的是，为了能与图8进行比较，使用0.2而不是例如0.1的阶跃水平。
图11示出了沿图10中所示的强度分布的中心部分的强度分布的曲线图。在中心线内出现的强度波动小于±2％。所以，可以看出，只有小的波动出现。与图9相比较，这是10倍的波动的降低。波动的降低是用于在照明设备的出射平面中出现的均匀的出射强度分布的要求。
其结论是，1/60°度的平面波的角谱可以用于显著地改善强度分布。
换言之，为了调整所要求的光源的强度和相位分布，可以使用几种修正。调整波场的第一种方式是应用较高数量的波场的不相干叠加。所得到的场必须满足离散显示的要求。这意味着，在自动立体显示器的情况下，可以使用合适的宽的角度和光谱范围。这将以示例进行说明。平面波的角谱可以以在一个方向上——例如在水平方向上——实现Δα＝1°度，以及甚至在另一方向上——例如在垂直方向上——实现更大的角度的方式来选择。谱线宽度可以是Δλ＝10nm。在全息显示器的情况下，这些值Δα和Δλ总体上小得多。
在下文中，描述基于照明设备的掠入射的其他修正。如已经提到的，基于掠入射的照明设备(BLD或FLD)可以包括在全息或者甚至在自动立体显示器中使用的几种具体的修正。
振幅和相位变迹可以用于优化在光导元件的入射平面后面传播的强度分布。色彩过滤器给出分开优化不同颜色的机会。本说明书是根据照明设备的离散的实施例。
图12示出了光源的1毫米的狭缝后面的模拟波传播。一百个波场被非相干地叠加。传播距离为1215mm，这相当于55寸16：9显示器的水平宽度。所使用的波长为633nm，并且作为光导元件的基底的厚度假设为5mm。在该图中，照明设备内的波传播的模拟结果被示出。如已提到的，光传播的长度为1215mm。曲线图中的倾斜黑线示出可以用于去耦体积光栅的平面。体积光栅可以被用于补偿作为光导元件的基底内出现的强度分布。这可以通过修正衍射效率η(z)来完成。附加于此或与此相结合,也可以使用衍射效率η(θin)。应当注意的是，合适的厚体积光栅可以用于仅耦合出例如1/60°度。这可以在如果光的准直不充分的情况下使用。体积光栅可以在透射或反射模式下使用。强度分布的最大值为1，并且用于示出强度分布的阶跃在此为0.1。相邻线之间的相对差现在为0.1，并且最大值为1。相对强度分布的准确值被示出，以使所述值能够与已如对图8-11所说明的进行比较。
在图13中，示出了沿强度分布的中心部分的强度分布的曲线图。换言之，图13示出了从z0＝0到zmax＝1215mm传播的波场的中心部分。如可以看到的，调制的最高空间频率出现在接近于具有1mm宽度的孔径光阑处。
下文的说明涉及一种使用带有与去相关的(de-correlated)空间相位分布的延伸光源的实施例。实施所要求的波场的第一程序是使用次级、扩张光源或间隔布置在光源设备中的光源。光源通过将初始光源成像到散射板上来实现。二次光源的相位分布通过使用动态散射平面或例如板的动态散射元件被随机化。如果时间相干性是合适的低的，也可以使用静态散射平面或静态散射元件。还可以使用体积式散射元件或具有限定距离的几个纵向隔开的散射平面。足够的去相关可以在合适大的纵向延伸的情况下获得，所述纵向延伸应当是在相干长度zc的范围内，或者甚至比相干长度zc大得多。图14示出了2mm狭缝后面的模拟波传播。强度分布的最大值为1，并且用于示出强度分布的阶跃在这里为0.1。这意味着，相邻线之间的折射率差为0.1，并且最大值为1。与图12相比较，创建了更宽的小孔，其给出沿z的更好的强度分布。
图15示出了沿图14中所示的强度分布的中心部分的强度分布的曲线图。可以看出，没有显著的强度调制出现在具有2mm宽度的孔径光阑后面。平面波的角谱被准备为跨越非相干叠加波的1/60°度。平面波的角谱的分布被选择为一百个平面波的角度随机叠加。
进入作为光导元件的透明基底的该合适的准直波场的调整可以使用几个参数。
在图12和图14中所示的结果之间的差是放置在准直设备后面的二元狭缝(或孔径光阑)的宽度。布置在准直设备后面的孔径光阑可以是二元的，但也可以包括变迹轮廓。这意味着，可以使用例如高斯(Gauss)类型的凯塞-贝塞尔(Kaiser-Bessel)型变迹轮廓。必须被限定为优化的优质函数是传播波场或也可以仅是30％的传播波场的至少一个显著部分的均匀去耦。因此，凯塞-贝塞尔型变迹轮廓a(x,y)可以仅用作初始值。为了实现透射的连续窗口a(x,y)，可以使用细晶粒或全息型黑白胶片材料。备选地，可以实施吸收材料的轮廓型涂层，以变实现振幅过滤器a(x,y)。还有可能将第一眼看起来像透镜的透明表面结构压到吸收性粘合材料上。在必须避免附加的相位变形的情况下，优选具有低差异的折射率材料。附加的相位变形也可以被考虑在内并被补偿。表面轮廓以与朗伯-比尔定律(Lambert-Beer's law)一起提供变迹函数a(x,y)的方式来选择，所述变迹函数a(x,y)提供沿作为光导元件的透明基底的整个传播的最佳均匀性。因此，布置在准直设备后面的变迹过滤器可以经受优化过程。
出现在准直设备后面的相位轮廓也可以经受优化过程。这种附加的相位函数可以与如上所讨论的振幅变迹轮廓a(x,y)相结合。
以下部分涉及使用纵向去相关(de-correlating)元件的光源。移动的散射平面用于降低波场的空间相干性。除此之外，还可以使用纵向去相关。如果使用具有对于本应用来说太长的相干长度zc的光源，纵向去相关可以完成。换言之，某些应用可以利用具有小的线宽的光源，但所述光源可以通过例如几百个实现个体的、非相关的发射的等效光源的非相干叠加来实现。在这些情况下，可以使用纵向去相关元件。一个基本原理是将单个光源的光分离成沿具有不同路径长度的不同光路传播的多个光束。引入不同路径长度之后，光被重组。路径长度上的差异应当在相干长度zc或者甚至更长的范围内。
对以上所描述的实施例的附加实施例是实施一种限定的光谱强度s(v)，其不仅仅是如上所述的简单的去相关。这仅对一些特殊的应用有意义。加宽的光谱范围可以用于自动立体显示器。但是，太宽的s(v)对于全息显示器不是实际可行的。
总体上，初始光源的光谱线宽可以以提供用于自动立体显示器或全息一维或二维编码显示器的照明设备的应用的最佳条件的方式来选择或甚至来设计。
本发明的以下部分涉及进入光导元件之前，平面波的角谱的提前的调整。二次光源可以在所使用的波场的所有参数中调整。这意味着，散射平面或散射板的使用以及利用a(x,y)(振幅变迹)的变迹过滤器的使用提供被调整为符合要求的波场的第一参数。因此，总体上，得到空间光调制器设备(SLM)的足够照明。
根据本发明，可以通过使用更复杂的实施例获得照明设备的进一步的修正。互相干性μ12以比只使用振幅变迹更提前的方式来修正，所述振幅变迹可以是例如高斯函数、余弦函数的一部分或凯塞-贝塞尔窗口。换言之，此处的目的是为了均匀化照明设备的出射平面处的强度分布(请参见图12)。因此，此处的目的不同于仅抑制较高的衍射级。所述意图是为了抑制意味着在准直设备后面的狭缝的更高的衍射级，这相当于光入射到可以由合适的低折射率型塑料制成的介电板内。然而，除此之外，强度分布必须沿z轴进行优化。沿z的简单均匀化只有一个可能的实施例。
调整沿作为光导元件的基底传播的波场的一个实施例是使用贝塞尔光束。换言之，可以在例如显示器的左手侧的透明光导板的入射面处使用的一个相位分布是轴棱镜或至少一维轴棱镜。锥角可以是接近180°度。
除了放置在光源设备的动态散射平面或散射板后面的复值过滤器，可以使用固定相位分布，其中，所述散射平面形成二次光源。
实施都在1/60°度范围内并且可以具有在二次光源的平面内的不同的复值分布的一组波场可能是困难的。对此，一个机会是使用光束组合器。一种实施方式使用复用体积光栅来组合具有不同的参数以及因此的不同特征的二次光源。
应当注意的是，所使用的轮廓不是必须对称的。作为示例，也可以将振幅变迹制成为楔形和对称函数的组合。
以下方面涉及光的角度复用选择。可以使用光的传播的不同定向。因此，根据所要求的平面波的角谱，可以使用最佳定向。被发射到空间光调制器设备的方向中的方向的复用受到限制。这是由于对于这里所描述的实施例所使用的小角度范围引起的。这意味着，不可能使用巨大数量的不同的传播角度来寻址例如几个一维或二维场透镜。一个机会是无论如何使用作为光导元件的基底的不同侧来在光中耦合。这意味着，对于来自如图1至图5b中总体上描述的光导元件的左侧或右侧的光可以是一种选择。另一种选择是向上或向下传播来复用例如几个场透镜。
本发明的以下方面涉及光的光谱复用选择。对复用几个一维场透镜的一个选择是使用一组不同的初始光源。因此，可以针对每个原色使用几个光源。光谱间隔可以是例如10nm。全息显示器的照明设备可以使用比在自动立体显示器的照明设备的情况下更小的光谱阶跃。这意味着，全息显示器的绿色颜色可以是一组具有例如522nm、532nm和542nm波长的波。场景颜色的编码可以考虑到哪个子颜色被用于打开特定的场透镜。
以下部分涉及一种在照明设备中使用的振幅校正层的原位曝光。自曝光程序用于补偿照明设备的强度变化。这是振幅校正层——例如振幅细晶粒胶片——的原位曝光，所述振幅校正层放置在照明设备的出射平面处并且将在被曝光到更高强度的位置处显示出更高的吸收性。因此，必须由数据面板本身、通过例如使用查找表(LUT)来补偿的值被降低，并且没有空间光调制器设备的位深度为了照明设备的内-均匀性(in-homogeneities)的补偿而丢失。
以下实施例涉及一种多方向照明设备。本实施例可以与例如双方向照明设备的实施例相结合。附加的孔径光阑或图案化的延迟装置(retarder)可以被使用，以便抑制准直透镜间(inter-collimating-lens)串扰，所述准直透镜间串扰是相邻准直分段之间的串扰。可以依次或同时寻址几个出射方向的多方向照明设备可以以不同的方式来实施。有可能使用图16中所示的设置，并添加反向传播波和反射或透射型体积光栅分段元件，所述光栅分段元件被放置在稍微不同并因此横向偏移的位置上。图16示出了照明设备的一个分段，所述照明设备使用形成为光导平面平行板的光导元件LG内的掠入射准直光。光导元件LG包括形成为体积光栅去耦分段元件的光去耦分段元件。进一步地，光导元件具有高折射率的光传导芯。这种光传导芯嵌入具有较低折射率的基底内。45°度倾斜的透射型体积光栅分段元件TVGE被示出，其去耦一部分光进入光准直元件的方向中。去耦体积光栅分段元件被定位在具有低折射率的光导覆盖层内。可以提供介电堆叠层。抛物面反射镜分段元件M被用于准直。虚拟光源LS布置在空间光调制器设备阵列SLM的前面。总体上，虚拟光源和准直光学元件M之间的整个z范围可以用于体积光栅分段元件TVGE的放置。这也意味着，有可能使用合适的小体积光栅分段元件TVGE作为光源点。这产生比图16中所示的布置更厚的布置。小体积光栅分段元件用于例如使用全息点分段的数据存储实施例中，所述全息点分段可以仅具有例如2μm x 2μm x 5μm(x乘以y乘以z)的延伸。
图16中的从右手侧到左手侧的准确反向传播将生成实现真实光源点的重建波的反向传播，所述真实光源点在衍射的错误方向中，并且必须被抑制。为了避免这种情况，可以使用角度和/或光谱选择性来实施布拉格失配条件。
由于掠入射传播可以比例如Z字形传播更实际可行的事实，准直光束可以在平面内旋转布置中使用。这意味着，不使用180°度的反向传播，而是使用例如90°度的倾斜或2°度的倾斜。离散值依赖于离散体积光栅几何形状、离散光谱和/或所使用的波场的角度范围，以及依赖于体积光栅分段元件的布局。这称为角度寻址。
以下部分涉及光谱寻址。也有可能切换到例如以5nm隔开的光谱的第二或第三组原色，以便寻址提供第二或第三组分段波场的第二或第三体积光栅组。因此，也有可能使用合适的准直波场的相同方向，所述准直波场例如从左手侧进入作为光导元件的平面平行板。
进一步地，以下部分涉及偏振寻址。在这里也可以使用体积光栅偏振分束器重建几何形状，例如在90℃度或60°度衍射处的体积光栅，以便通过使用平行于光导元件的平面传播的准直光的不同偏振状态来实施方向性照明设备的寻址。附加的偏振切换是强制性的，以便提供可以由空间光调制器设备所要求的恒定的出射偏振状态。
上面讨论的不同寻址方法可以组合，以提供合适的选择性。
可以使用照明设备的分层布置来提供布拉格失配传播，可以使用所述布拉格失配传播来使照明设备的多方向实施例成为可能。这种多方向照明设备可以使用例如与在图16中所示的设置相似的设置。换言之，所示体积光栅分段元件可以被放置在不同的z平面内，并且可以横向移位，以便提供由在准直设备中使用的光学元件准直的分段波场。因此，可以提供几个合适的准直分段出射波场来照明自动立体显示器或一维或二维编码的全息显示器。回调SLM精细观察者跟踪可以通过使用在平面液晶旋转相位光栅(PLCG)中的主动型偏振选择来引入。
以下部分涉及量子点平面。量子点平面也可以在照明设备中实施。因此，不同方向的寻址可以通过激活量子点来实施，所述量子点横向隔开并放置在稍微不同的z平面中，或者所述量子点只放置在光导元件的相邻光导结构内。光导结构可以被分开寻址。这与红外光(IR)相关，并与寻址不同平面内的不同荧光颜色相关。还有可能在受抑全内反射(FTIR)条件下沿作为光导元件的平面平行板传播短波长，并且生成在该平面平行板内的或在薄的附加层内的可视颜色。染料浓度的局部分布可以被优化，以便提供均匀的可视照明。可以使用作为光去耦元件的体积光栅或体积光栅分段元件来将来自不同方向的光线耦合出来，例如，进入不同的方向中或者进入至少大致相同的方向中。局部角度分布可以被优化，以便实施可以在自动立体显示器内所要求的场透镜功能。还有可能定位量子点材料在局部二次光源、线段或线上。由于FTIR条件，有限的角度范围或锥体被发射到作为准直设备的准直透镜的方向中，所述准直设备可以是准直透镜阵列的一部分。
以下描述的根据本发明的照明设备的实施例涉及偏振选择性。可以使用所使用的体积光栅的偏振选择性，为了：a)针对几个重建波场实施布拉格失配条件，b)为了通过选择完整系统中的最佳的一个偏振状态来优化整个照明设备的性能，或者c)为了最小化在整个设备内使用的组件的数量。TM偏振光的光栅强度为vTM＝vTE cos(θ)，其中，θ是衍射角，其由体积光栅引入。因此，布拉格适配衍射效率由ηTΜ＝sin2(vTM)＝sin2(vTE cos(θ))给出。因此等于布拉格失配角度的偏振分束器由这种关系来限定。可以使用所得到的偏振分束器几何形状，以便实施复用为例如场透镜的功能的角度复用，所述场透镜可以以提供几个场透镜FLij的形式复用。几个场透镜可以通过改变入射角、照明光的波长——这意味着使用例如在它们的波长中仅差别几纳米的g1、g2、g3等单一原色的子波长——或者通过改变偏振状态来寻址。只有属于较低的光栅强度v的偏振分束器的几何形状是实际可行的。可以利用光栅强度v的最低值实现的偏振分束器几何形状是具有90°的衍射角度的几何形状。所述衍射角度可以是例如-45°度/45°度或-80℃度/10°度。如果选择了正确的光栅强度，则TE偏振光的衍射效率为1，并且TM偏振光的衍射效率为0。
以下部分用示例描述重建的偏振选择性几何形状的使用。
基于楔形的照明设备使用84.26°度的失真角度，提供1/cos(84.26°度)＝十倍的光束拉伸。使用十倍失真拉伸的两个实施例示于图17a和17b。可以使用这些实施例来描述不同类型的体积光栅的偏振依赖性。
十倍的失真光束拉伸系数要求84.26°度的入射角度，其用于图17a和17b中所示的所有三种拉伸。使用从空气到体积光栅的介电平面的84.26°的入射角的两个光束首先被折射。本实施例用于图7a中所示出的反射型体积光栅和图7b中所示出的大显示器尺寸体积光栅。对于所使用的可以是例如光聚合物的体积光栅材料的nVG＝1.5的折射率，41.55°度的入射角将出现在光栅体积内。在图7a中，准直通过使用沿水平线放置的一组离轴抛物面反射镜M来完成。在DE 102012100201A1中公开了类似的光学布置，其全部内容通过应用并入于此。在图7b中，基于楔形的照明设备被示出，所述照明设备使用在玻璃中的-84.26°度/0°度的第一衍射和在空气中的-84.26°度/0°度的第二衍射来提供二十倍的小孔拉伸。在WO2012/004016A1中公开了类似的光学布置，其全部内容通过引用并入于此。
再一次地，在空气中传播并以84.26°度击中界面边界平面空气/体积光栅的两个光束仅在41.55°度处击中体积光栅。因此，应用于TM偏振光的光栅强度v是0.748，低于用于TE偏振光的光栅强度。如果体积光栅使用布拉格适配衍射效率(DEON-Bragg)η(θ)ON-Bragg的第一最大值，则TE偏振光和TM偏振光的衍射效率之间的差小于10％。η(θ)ON-Bragg的第二最大值显示高偏振光选择性，并且接近于基于体积光栅的偏振分束器。这里的要点是，在空气中的几何形状84.26°度/0°度可以用于TE并同时用于具有高衍射效率DE>0.9的TM偏振光。提供用于TE或用于TM偏振光的衍射效率DE＝1的光栅强度之间的差值是小的。这意味着，这里在TE和TM之间只有很小的差别。这适用于体积光栅本身。但对于可以被放置在空气到体积光栅的或空气到作为光导元件的基底的界面边界平面处的抗反射涂层不是自动的。抗反射涂层总体上显示出TE和TM偏振光的透射之间的显著差异。意味着反平行于表面法线的垂直入射将导致相同的透射，但差异将随着入射角的增大而增大。这里重要的是，体积光栅可以用于两种偏振。但是抗反射涂层不能。对于在作为光导元件的基底内传播并在84.26°度击中体积光栅的光束，这种情况完全改变。本实施例示于图17b的下部。小的准直波场沿块状材料楔形进行传播，并以84.26°度由体积光栅衍射。因此，适用于TM偏振光的光栅强度v为0.1倍的适用于TE偏振光的光栅强度，这意味着VTM＝0.1VTE。因此，在TE和TM偏振光之间的衍射效率有巨大差异。这是由于有接近于使用θ＝90°度的衍射角的偏振分束器几何形状的事实引起的。这意味着，用于生成图17b中所示的实施例的第一失真拉伸的小体积光栅段VG可以仅用于衍射TM偏振光。在此主要考虑的是，用TE偏振光照明该体积光栅平面是强制性的，这意味着，电场波动向量平行于第一小体积光栅分段的光栅平面。
在此的第二个考虑是，用TE偏振光照明第二体积光栅平面不是强制性的。使用用于两个平面的TE偏振光只在如果防反射涂层对于TE偏振光更好地工作时是必要的。为了提供TE偏振光——这意味着沿第二个、较大的体积光栅的光栅平面波动的电场，必须在第一个小体积光栅分段后面实施半波板。
上面所描述的示例应当仅仅是示例，其应当指出，离散的偏振管理取决于使用体积光栅的照明设备的离散的实施例。如从以上示例中可以看出的，偏振选择性可以以多种方式来实施。
这里讨论的实施例可以被进一步修正，以提供如以下部分所描述的多方向照明设备。
不是所有的实施例都可以使用作为例如从不同方向照明作为光导元件的基底的以及使用复用体积光栅的角度复用。对于这些实施例，光谱复用可以通过例如切换打开或关闭如图18中所示的具有稍微不同的但严格确限定波长的不同光源。波长可以通过使用带有成本高效的布拉格谐振器的激光二极管LD来限定。因此，可以实现例如5nm的光谱阶跃。这对于合适高的体积光栅的光栅强度v是足够的。换言之，使用用于照明设备的纯角度复用方法不是强制性的。如从图18的示意中可以看出的，根据光源的哪个激光二极管被接通，从照明设备去耦的光经过例如编码在空间光调制器设备中的计算机生成的全息图CGH，并且布置在光传播方向中所看到的CGH的下游的偏光器P被定向到所限定的方向，因此被定向到用户/观察者的相应的眼睛。
从照明设备发出的角度方向的复用可以通过使用不同的波长或不同的入射角或者二者来实施。因此，解决方案可以被调整为符合要求。
以下部分涉及一种全息或自动立体显示器的出射角的总体上的局部强度分布。图19示出了在方向性发射显示器的出射平面中的局部水平出射角θ°度。假设显示器的水平宽度是1220mm。用户/观察者的z距离固定在z＝2.5m。用户的横向位置跨越±1450mm的范围。中心区域必须提供±30°度的角度范围。必须在显示器外部位置处提供的角度范围的绝对值是相似的。外部横向位置的平均角度位置是倾斜的。
图20示出了必须在方向性显示器的出射平面处提供的水平出射角θ°度，所述方向性显示器具有1220mm的水平方向延伸。针对被放置在z-距离z＝2.5m的用户的横向位置x1和x2示出了局部角度。一个横向位置是x1＝-670mm，并且另一个横向位置是x2＝670mm。可以从图20中看出，必须提供给两个用户位置的局部角度偏移的绝对值是大约30°度。这意味着，包含不同去耦几何形状的平面平行板可以堆叠在彼此上。作为信号角度θS的局部出射角度可以变化大约30°度，并且作为重建角度的入射角度θR可以是相同的，因此是例如90°度。为了避免在照明期间的串扰，使用隔开的传播平面或分段。空间上的和或等于θR的光谱间隔可以用于避免不同波前形成状态的串扰。
在-θR处进入承载作为光导元件的平面平行板的体积光栅的反向传播波将向后衍射，并且可以通过使用吸收平面或吸收层来阻挡。
出射角度可以不同于到表面法线的90°度，其在图19中是0°度。如在图20中可以看到的，可以以避免垂直于出射表面的出射角度的方式来选择几何形状。这些几何形状可以用于使用体积光栅的前光照明设备，所述体积光栅被放置在反射型空间光调制器设备的前面。空间光调制器设备(SLM)以相对的反向传播角度来反射入射光束。重建几何形状可以以通过使用所使用的体积光栅的角度选择性来分开“至SLM”和“来自SLM”的光束路径的方式来选择。这意味着，SLM可以以5℃度离轴进行照明。这也意味着，SLM可以以0℃度在轴上照明，并且SLM像素可以引入例如10°度的离轴偏移。这可以利用基于MEMS(微机电系统)的SLM阵列来完成。
以下部分涉及去耦效率的分布。图21示出了沿传播距离z增加的衍射效率η(z)，以便提供出射平面内的均匀的强度分布和高的总效率。高达100mm的传播距离z被示出。z＝0mm至100mm的这种表达可以被转换为使用zmax的z＝0％到100％的等效表达，所述zmax是传播距离的最大值并且可以是例如700mm或1220mm，这分别相当于55英寸的16:9显示器的垂直和水平延伸。所使用的体积光栅材料的高动态范围被要求，以便提取从照明设备(BLD或FLD)出来的所有光。然而，可以通过接受初始光的20％的损失来缩小所要求的动态范围。
以下部分涉及光谱分布。图22示出了依赖于波长λ和线宽Δλ的相干长度zc。小波的长度限定有效光栅厚度dHOE。体积光栅的有效厚度限定衍射效率η的角度和光谱选择性。换言之，例如100mm的过大的值zc对于光学布局是不实际的。然而，例如5μm到100μm的zc值对于类似于或接近于θR＝90°度的光学布局是实际可行的。
以下部分涉及大的有效光栅厚度的角度选择性。图26示出了依赖于设计重建角度θR和折射率n1的调制的衍射效率η。设计衍射角度在这里是88.091°度。体积光栅的假定厚度为dHOE＝5mm。设计几何形状给出了30的拉伸系数。因此，体积光栅内的有效传播长度高达5mm×30＝150mm。科盖尔尼克(Kogelnik)的耦合波理论(CWT)被用于模拟，其假定单色波并因此zc＞＞dHOE。所使用的小波的长度必须足够小以使例如≥1/60°度的实际可行的角度选择性成为可能。即使在全息显示器的情况下，例如1mm的相干长度可以是足够的。因此，可以实现角度选择性的实际可行的值。
以下部分涉及角度色散。另一方面是在照明设备中所使用的衍射或者甚至折射组件的角度色散。光栅方程sin(θS)＝mλ/(ηΛx)+sin(θR)可以用于计算光谱范围，所述光谱范围被使用，以便实现可接受的角度色散。λ＝532nm的波长，m＝1,n＝1.5,QR＝90°度,Λx＝354.67nm给出θS＝0°度。针对Δλ＝±4.64nm的光谱偏移获得ΔθS＝±0.5°度的偏移。对于自动立体显示器的实施例，0.5°度的角度偏移可以是可接受的。换言之，在自动立体显示器内使用的光源的光谱范围可以限定为近似于例如Δλ＝±5nm。所使用的光谱范围可以在红、绿和蓝原色之间不同。这可以为了实现用于所有波长的相等角度色散来实施。这也可以为了用于颜色相关的体积光栅的相等角度选择性来实施，所述颜色相关的体积光栅可以在作为光导元件的平面平行板内复用。可以为了提供所要求的光谱分布使用三级陷波滤波器(triple notchfilter)。
以下部分涉及与照明设备相结合的空间光调制器(SLM)的选择。如果以不同的角度照明，几种类型的空间光调制器设备(SLM)或几种模式的基于液晶的SLM可以提供合适的对比度。如果例如在5度和20°度照明，则其他SLM不能正常工作。这些类型的SLM仅针对小角度范围工作。如果局部照明角度被考虑在内，则也有其他SLM类型给出合适的对比度。这意味着，可以引入例如像素信号的轻微变化，这取决于局部照明角度。相位值、光学路径长度或光学路径差(OPD)可以根据局部照明角度稍微改变。这会导致所使用的SLM的适应的刷新速率。这意味着，SLM的刷新速率可以增加。
以下部分涉及材料特性。在本文献中所描述的分层式体积光栅实施例通过使用体积光栅材料或者利用可以与例如基底布置顶部上的体积光栅箔不同的体积光栅材料的实施例来实现。
为了实现多方向照明设备的堆叠布拉格失配体积光栅重建，使用包括体积光栅材料的几个平面平行板。
与具有例如20μm的厚度并且被放置在例如150μm厚的合适的折射率匹配载体箔的顶部上的体积光栅材料相反，体积光栅材料可以在可以是例如1200mm x 700mm x 2mm的体积分段中使用。换言之，由体积光栅材料占用的和用于去耦或波场整形的体积以增加100倍。
作为例如HRF胶片(杜邦)或Bayfol HX胶片(拜耳材料科技)的标准材料可能不是用于在此所描述的实施例的最佳选择。这是由于成本引起的，如果使用2mm厚度的而不是20μm的特殊目的优化的箔型体积光栅材料，则成本太高。
以下部分涉及与材料特性相结合的折射率n1的调制。基于体积光栅箔的材料通常以提供折射率n1的合适高的调制来优化。材料必须生成足够的折射率调制，以便使衍射效率能够接近于用于体积光栅胶片的厚度和所使用的重建几何形状中的一个。这意味着，对于限定的重建的几何形状所要求的调制可以是例如n1＝0.02。该值是对于例如利用接近于一的衍射效率使波段从-45°度到0°度衍射所要求的。必须要实现的折射率的调制的离散值取决于衍射角度、入射角度、波长、初始折射率、偏振、体积光栅层的厚度，以及当然取决于应当实现的衍射效率。对于更多的详细信息，参考科盖尔尼克的CWT。
使用体积光栅去耦的堆叠层布拉格失配照明或掠入射照明将总体上要求低得多的调制，这意味着例如n1＝0.002，n1＝0.0002或比这些值甚至小得多的值。这些值可以根据包括体积光栅材料的光导元件内的传播距离略微增加。可以使用折射率n1的调制的非常小的值。这给出使用宽范围的体积光栅材料的机会。高收缩材料，如二色明胶(DCG)对于非常厚的层不是特别优选的。折射率n1可以是合适的高的，这意味着总体上非常低，并且收缩必须合适地低，以提供所要求的角度几何形状和角度公差。
以下部分涉及相邻层的折射率匹配。折射率的匹配对于体积光栅实施例是一重要的方面。合适的足够的折射率匹配必须被实施，以避免可以导致图像对比度降低的反射。特定实施例使用折射率阶跃和限定的反射率，以便引导介电层或平面平行板的胶合夹层内的光。因此，总体上折射率匹配是重要的。
提供折射率匹配的一个实施例是将体积光栅层嵌入作为已用于背光照明(BLD)的光导元件的基底材料中。几种显示器类别具有接近于1.5的折射率n，例如康宁(Corning)eagle XG，其具有n_532mm＝1.51。这意味着，显示器可以基于具有的折射率材料。这意味着，优选使用例如基于PMMA的材料组合，而不是基于PC(聚碳酸酯)的材料组合。这是由于n_PMMA_532nm＝1.495和n_PC_532nm＝1.592的事实引起的。
以下部分描述了总体上可用的材料。宽范围的材料可以在厚体积光栅板内使用。这里的意图是描述几种实际可行的基础材料化合物和实施例。
作为例如光折射玻璃的基于玻璃的光折射材料，其可以是在UV或可见光曝光之后的热处理，以便增加折射率n1。例如300℃至500℃的较高的温度将增加所使用的化合物的扩散。作为例如康宁和肖特(Schott)的公司提供可以用作光折射材料的玻璃。这些基于玻璃的材料被用于将布拉格光栅写入用于波长复用和波长解复用(de-multiplexing)的电信设备的光纤和光栅。基于玻璃的布拉格光栅还用来充当波长依赖性的以及因此波长稳定的谐振器反射镜。B270玻璃的密度为2.55g/cm3。如果由玻璃制成，则板可以具有1200mm x 700mm x 2mm＝1680cm3，并因此具有4.3kg的重量。PMMA的密度为(1.17-1.2)g/cm3。作为具有例如1200mm x 700mm x 2mm＝1680cm3的光导元件的平面平行板将具有1.99kg的重量。重量对于大型显示器是很重要的一方面。因此，基于塑料的作为光导元件的基底是优选的。
·基于聚合物的光折射材料：
光聚合物包括几种化学组分。不同的组分满足不同的要求。几种化学物用在不同的作用中。化学物布置内的每个部分可以由作为特定组中的一个的特定化学物填充。这意味着，存在大量的可以聚合的不同单体。这也意味着，有大量的不同的染料，其具有足够的横截面，并且因此可以为了吸收在三维干涉图案中存在的光子能量而被使用。可以为了减小由于聚合引起的收缩使用主体矩阵。主体矩阵的材料可以不同于由干涉图案聚合的材料。由干涉图案引起的聚合可以是直接聚合或反应链的结果，所述反应链可以要求另外的热和/或化学处理。
染料或更精确地发色团用作光敏组分。染料收集光能。空间分布由干涉图案限定。不同的发色团具有在不同的波长的最大吸收率，例如在λ＝193nm处，乙烯中C＝C或者在λ＝300nm和λ＝600nm处，在2-甲基-2-硝基丙烷中，N＝O。
在此有几种方法来聚合。一种方法是直接的光致聚合，其被描述如下：
等等。
大部分单体(M)在显著低于400nm的波长处具有最大吸收率。使用可见光而不是UV激光可以是更适宜的，并且是更符合成本效益的。另一方面是在降低的波长处增加的吸收率。这将生成干涉图案的z变迹(即，在照明光的传播方向或垂直于体积光栅被照明到其中的材料表面的方向中的变迹)。为了避免z变迹，对于具有例如高达几毫米的厚度的光折射材料要求合适的低吸收率。
光致聚合的另一种方式是使用敏化剂(S)，其被描述如下：
或者
等等。
敏化剂S被用于电荷转移，并且可以是化学上不变的。因此敏化剂可以在反应后具有相同的结构。敏化剂也可以在反应期间被修正为S'。因此敏化剂可以在电荷传输期间被耗尽。敏化剂的使用给出使用用于曝光干涉图案的可见光激光的机会。可以使用聚合物主体矩阵(host matrix)，它承载PQ(菲醌)分子和另外的可以是光致聚合的单体或低聚物组分。PQ分子用作掺杂剂。
如果光致聚合的量子效率过低，则可以使用附加的回调曝光热激活。这增加了聚合串扰，并且也增大了所获得的折射率n1。
下面描述一特殊的方面，对于移动应用必须要解决的是可能出现的显示设备的弯曲。弯曲将引起被传送到空间光调制器设备(SLM)的一平面的强度的变化。SLM或甚至另一平面可以包括检测照明的强度分布的传感器元件。作为例如在30Hz工作的传感器元件的一百个点会是足够的。这些类型的传感器格栅从现有技术是已知的。然而，传感器元件检测来自用户空间的光。为了寻找照明设备，这可以被翻转，或者其只可以通过应用检测照明设备的频率的滤波器操作来使用。由于变化的力引起的动态变化可以通过使用被给到SLM的偏移值来检测和补偿。
现在对于本发明的另一方面，这里的问题是提供一种可以用于全息显示设备——例如移动全息三维显示设备或甚至更大的全息显示器设备，或自动立体显示器设备——的薄的照明设备。然而照明设备的非常薄的实施例的问题是有可能是必要的小的公差值。换言之，照明设备的一些非常薄的设置可以是对机械参数的变化非常敏感。
因此，描述了一种方法，其可以用于测量在照明设备的实施例内部或显示器本身内部的机械应力的结果。
提供光检测器阵列来检测通过照明设备耦合出来的光的强度分布的局部时间强度变化。背景是例如在(移动)全息显示设备应用中使用的平板相干照明设备可以经受机械应力，所述机械应力引起所使用的体积光栅或其他角度和/或光谱敏感性光学元件的局部衍射效率中的变化。
光检测器阵列在本所述的实施例中是一种检测器格栅，其中，自然地，也可以使用其他类型的光检测器阵列，例如半透明的或高度透明的光检测器。格栅的检测器可以以最小化被引入到的传播至用户/观察者的波场的扰动的方式来制成。做到这一点的一个选择是将检测器格栅放置在空间光调制器设备(SLM)本身的吸收区域上。
对于提供可以在正向方向中或如在此所假定的背向中使用的检测器格栅的附加的选择是使用光导格栅或具有限定的“在点上耦合(couple inpoints)”的光导线。“在点上耦合”例如通过使用45°度的纤维端部或纤维顶部上的小尺寸衍射元件来形成。在点上耦合的阵列被布置在SLM前面，以便充当检测点的格栅。
布置在空间光调制器阵列内部的光检测器阵列已在现有技术中进行了描述。这些建议的目的主要是为了实施一种对触摸屏实施例的光学备选，这意味着，通过使用光检测器的格栅来检测例如手指的对象的位置。
然而这里的主要目的是检测强度分布，所述强度分布以时间和空间分辨的方式出现在空间光调制器(SLM)处。可以使用检测机械应力的附加的检测器元件。条纹状PZT检测器例如用于检测伸长。光纤也可以用于此目的。因此，可以提供几种方法来检测例如光导基底的弯曲。相比之下，光检测器阵列可以用于以直接方式来检测感兴趣的参数。从提供在全息显示设备中的照明设备入射的光的变化的强度分布I(x,y,t)通过将已补偿的透明度值写入SLM中来测量和补偿。全息编码设备将测量值考虑在内进行编码。因此，通过例如一维(1D)或二维(2D)编码所获得的三维(3D)场景将不会受到强度变化的影响。
有可能在向后和向前的方向中使用光检测器。这可以在如果照明设备以时间序列的方式工作时来完成。因此，用来检测作为例如手指的对象的用户/观察者的运动，并且可以接近于显示设备布置的光检测器阵列还可以用于检测照明设备的出射平面上的变化的强度分布I(x,y,t)。在这种情况下，光检测器阵列必须像脉冲照明设备一样快。
还有可能提供对变化的强度分布的更间接的测量。一个机会是使用未去耦到空间光调制器设备(SLM)的方向内的光。作为例如平面平行板或者甚至楔形的光导元件从一侧来照明。未耦合出的光在照明设备的另一侧被测量。所述值用于检测全局飘移(drift)，所述飘移随后可以通过改变光源的总体亮度进行补偿。形成为格栅的光检测器阵列被布置在照明设备的一侧，所述照明设备的一侧是准直设备的出射平面和光导元件的入射平面。光检测器格栅间距必须是足够的。
根据本发明的非常薄并优选使用掠入射的照明设备大部分对在光去耦元件的平面，特别是体积光栅平面处出现的入射的局部角度变化非常敏感。必须被衍射的波场的略微改变的入射角度会引起衍射效率η(x,y)的改变。这种转变可以局部进行测量。也可以得到总值。总的偏移可以通过调制所使用的光源进行补偿。
在下文中描述附加的角度测量。还有可能提供用于照明波场的角度测量的格栅。例如，多个微透镜布置在四象限光检测器阵列的前面。因此，使用局部测量点来同时检测光的强度分布和入射光的角度。这种检测类似于DVD播放机内的信号检测。这些元件——检测器+微透镜——布置在例如照明设备的一侧，所述照明设备的一侧是例如承载准直设备的入射平面的相对侧。
体积光栅也可以用于提供照明设备内的角度测量。光检测器和图像检测器阵列可以在使用体积光栅和体积光栅的角度选择性的布置内使用。较厚的体积光栅显示出比更薄的体积光栅更高的角度和光谱选择性。体积光栅的参数可以被调整为特定要求。角度偏移将引起局部衍射光的改变的强度。
光检测器格栅的提供优选是由于可以以合适的低复杂度来执行变化的强度分布I(x,y,t)的测量的事实引起的。
以下部分描述一种根据本发明的照明设备，其使用分段光去耦元件，优选分段体积光栅。这对于大的光去耦元件的使用是有利的，因为可以节省成本。
使用体积光栅(VG)分段元件(在下文中使用“体积光栅分段”或“体积光栅元件”)代替大规模的连续体积光栅的倾向是由成本驱动的。能够曝光例如55英寸显示器尺寸体积光栅元件——其可以是例如体积光栅照明设备，特别是通过使用单一曝光的背光照明设备(BLD)、体积光栅场透镜、体积光栅组合场透镜或复用场透镜——的制造设备会是非常昂贵的。阶跃和重复曝光工具可能仅花费其一小部分。
分段体积光栅元件也可以通过使用例如倾斜的、光栅周期的、折射率n1的调制的迭代局部优化来进行优化。这可以例如为了补偿可以局部性不同的曝光或生产期间的收缩效应来完成。大规模体积光栅可以使用CGH(CGH＝计算机生成的全息图)来实施校准，尽管这种方法是更复杂和更昂贵的。
体积光栅分段会导致当以相干照明使用时的图像质量降低的冲突。使用分段光学功能来重新定向光并会引起冲突的通用实施例在图24中示出。
如在图24中示意性示出的，合适的准直光进入用作光导元件的光导基底内，所述光导元件具有平面平行形状和距左手侧的厚度d。(在所述表达下，“合适的准直光”应被理解为光利用适合于相应应用的平面波的预定角谱来准直)。一小部分光被衍射出光导元件(也作为所表示的光导)，进入空间光调制器设备(SLM)(未在图24中示出，但位于图24的顶部上)的方向中。不是所有的衍射光束或波场分段被显示出来。会引起冲突的光束被显示出来。只有某些光束在图24中示出，以给出简化的说明。实际情况是存在波场分段并且可以存在相邻的去耦波场分段的一部分重叠。
如在图24中可以看到的，一部分初始光束在第一衍射分段“1”处被衍射，其可以是例如透射型体积光栅分段。该光束可以表示为b-1。光束b-1撞击在一部分第二去耦元件“2”上。主要部分可以穿过第二元件而不被衍射。可以表示为b-1-0的该部分将退出照明设备并传播至SLM。b-1的一部分可以通过第二去耦元件衍射并将平行于从左手侧进入照明设备的初始光的方向传播。被衍射两次的该部分可以表示为b-1-1。部分b-1-1平行于光束b-0-0传播。一部分初始上部光束在第二去耦元件2处衍射。该部分表示为b-0-1。示于图24中的实施例的结果是光束b-1-0和b-0-1沿相同出射方向传播。并且，光束b-1-1和光束b-0-0沿相同方向传播，所述相同方向是例如平行于照明设备基底的表面平面。
现在的问题是，是否可以防止自动立体(ASD)或1D或2D编码的全息显示器的图像质量的降低。
一个方面是可以沿照明设备的出射平面出现的强度分布。由两个相邻体积光栅分段生成的强度分布示于图25中。两个衍射分段显示出部分重叠的光束路径。因此，例如去耦出平面平行板的光的强度分布可能不是均匀的。强度沿重叠区域增强。
可以提供几种修正来减少会出现在重叠区域处的可能的强度峰值。
1)一种方法是提供一种无缝布置。因此，去耦分段的横向不确定性必须是例如Δx≤20μm至Δx≤50μm。离散值取决于离散显示器。可以制成一种母机，其生成一组体积光栅分段，因此可以减低用于制造体积光栅分段的拷贝过程期间的高精度曝光移位的数量。母机可以是例如用于曝光50％的分段，随后仅移位一次来曝光嵌套在第一组分段之间的第二组分段。
2)第二种方法是使用去耦分段的小孔变迹。体积光栅分段可以具有沿所述分段的小孔变化衍射效率(DE)。重叠区域的DE轮廓可以是线性的。体积光栅分段的sin^2轮廓也是一种选择。总体上所有的分布都可以被使用，这使合适的均匀的强度分布成为可能。由于sin^2+cos^A2＝1的事实，人们可以想到两个函数的总和。DE还应当沿光束路径增加，以便使沿例如可以相当于例如800个体积光栅分段的1.2m长度的均匀强度分布成为可能。这意味着，相邻体积光栅分段的DE可以具有相同的功能性变迹轮廓，但具有平均值的非常小的差异。
对于变迹轮廓说明如下：
边界条件是重叠面积的总和是合适的接近于相邻非重叠区域中的一个或总体上接近于相邻非重叠区域中的一个。这就是为什么单一体积光栅去耦分段的变迹轮廓不必是对称的的原因。可以使用以交替方式在相邻段之间变化的轮廓，但这些轮廓是次优选的。
2B)使用体积光栅分段的适应的和优化的变迹轮廓的方法的修正可以通过使用必须要满足的边界条件来获得。并且这是I-出射＝沿显示器宽度的常数。
这也意味着，有可能修正沿平面平行板传播的合适的准直波场的强度分布。这是由于局部强度倍数和局部DE给出局部出射强度I-出射的事实引起的。重叠区域的出现将引起在具有到出射平面的较大或最大距离的平面内的强度的耗尽。这意味着，光束b-1的相对强度(参见图24)沿传播距离耗尽。换言之，光束或波场分段b-1-0和b-0-1之间的串扰可以沿传播距离减少。这必须被考虑在内。这也意味着，体积光栅分段的变迹轮廓也可以沿传播距离稍微被改变——功能性分布也是，不仅仅是振幅。
波场的发散可以在该区域中输送能量并因此向甚至在较大传播距离处的重叠区域提供能量。这意味着，可以使用实际模拟和测量，以便生成可以用于离散光学布局优化的数据。
3)第三种方法可以是测量强度分布并添加振幅校正平面，所述振幅校正平面可以通过成本高效的印刷工艺来实现。如果必须被校正的强度分布对于不同的被制造的照明设备大致相同，则可以使用对于所有照明设备都相同的一种图案。
4)第四种方法可以是测量照明设备的出射平面的强度分布，并针对SLM使用这些校准数据。如果到照明设备的距离增加，则强度分布可以被轻微模糊。LUT(查找表)的使用可以降低SLM的动态范围。但对于必须要校正的合适的小的值是实际可行的。
可以使用校准来降低以较高强度峰值照明的局部SLM像素的透射。这将损失所使用的SLM像素的动态范围。
另一个机会是使用吸收局部强度峰值的变迹层。这可以是例如黑白胶片材料，其通过强度分布来曝光，所述强度分布出现在单个照明设备面板的出射平面处。这也可以通过使用使用RGB(红，绿，蓝)颜色胶片层的办法针对三种颜色来完成。这是次优选的解决方案，因为这会增加额外的散射光。
5)第五种方法是使用微聚焦。微聚焦意味着由体积光栅分段衍射的光束或波前分段是不平行的。因此，有可能将光束腰(beam waist)放置在平面处，否则这会引起串扰。对此的一种变型是提供作为SLM的平面的出射平面的条纹式RGB照明。因此，可以提供RGB分配。几个体积光栅分段可以生成一组红色、绿色和蓝色照明分段或甚至多个多色分段。换言之，复用体积光栅分段可以生成具有不同颜色的三个条纹，所述不同颜色可以具有相同横向延伸，其被放置在限定的z平面处并且具有限定的横向距离。复用体积光栅分段也可以生成例如10个红色、十个绿色和十个蓝色照明分段。
6)补偿局部振幅非均匀性、局部角度失配和补偿相邻段的相位失配的补偿平面或补偿元件会要求显著的技术努力，这意味着，这可能是不具有成本效益的解决方案。
7)可以是例如偏振LC光栅的主动控制液晶(LC)光栅(PLCG)可以以与具有边缘的去耦分段的紧密接触来放置，所述边缘平行于PLCG的电极线。因此，PLCG可以用来补偿例如角度和相位失配。
如果体积光栅分段非常小，例如100μm，那么相邻体积光栅去耦分段的重叠区域不能被用户识别。相干长度zc应当是合适的小的，以避免相干分段间串扰。使用非常小的体积光栅分段可以仅用于ASD。
体积光栅分段的第二个方面是角度分布，其可以沿照明设备的出射平面出现。ASD和1D或2D编码的全息显示器的要求是不同的。ASD可以例如接受相邻去耦分段之间的ΔθOUT≤0.5°度。全息显示器可以接受例如仅接受ΔθOUT≤1/60°度至1/20°度。
校正相邻去耦分段的角度失配的方法是使用包括楔形分段的表面凹凸结构。这可以是一种选择，但它不是最有成本效益的。小的楔形函数也可以被编码在在全息显示器中使用的子全息图中。可以使用的角度范围是0th和1st衍射级之间的一个。如果子全息图是例如在正1/10°度，同时在负1/10°度被照明，则这种校正不起作用，并且被模糊的对象点将在观察者眼睛的视网膜上被重建。
体积光栅分段的第三个方面是可以沿照明设备的出射平面出现的相位分布。对于合适的低相干性，这不是问题。去耦波场分段的相干重叠可以具有固定的但限定的相位偏移。因此，暗的或亮的重叠区域可以是可见的。可以使用棋盘状相位校正轮廓。但是，这是不具有成本效益的。优选的方法是避免相干重叠，以消除相位阶跃问题。照明设备的温度变化可以引起相邻去耦分段之间的相对相位变化。因而在这种情况下相位校正元件不起作用。
非倾斜体积光栅分段：
体积光栅去耦分段可以放置在几个深度平面内。间隙可以在去耦体积光栅分段之间使用，其可以大于相干长度zc。因此，可以避免不完美匹配的分段间相位阶跃的问题。本实施例也可以用于1D或2D编码的全息显示器和ASD。
波场分段沿体积光栅或体积光栅分段传播。体积光栅分段可以具有厚度d体积光栅(dvolume grating)，其是例如在几微米到1毫米的范围内。体积光栅内的波场的传播长度限定角度和或光谱选择性。如在图27中可以看到的，倾斜的体积光栅分段内的传播长度是例如d体积光栅/cos(θ倾斜)。用于在图24中所示的布置的倾斜角度是θ倾斜＝45°度。较大的倾斜角度θ倾斜将增加体积光栅内的传播长度。如果相干长度显著大于例如250μm，则可以使用倾斜的体积光栅分段。还有可能使用具有例如≤250μm的横向延伸的非倾斜体积光栅段。这些分段去耦体积光栅可以被放置在照明设备的光导的基底的不同z平面(深度平面)内。
图26示出了平行于平面平行基底定向的体积光栅去耦分段的布置，所述平面平行基底包括光折射材料并因此结合光导和衍射去耦。几组体积光栅分段位于不同的深度平面内。尺寸以及因此的光束路径差异可以以避免相邻去耦波场分段的相干叠加的方式来选择。在图26中所示的体积光栅分段可以被放置在一个平面平行基底内。
几个基底板可以用于堆叠到彼此上。它们可以具有不同的出射几何形状，其可以等同于几种光学函数，特别是对于透镜功能的场。可以使用在不同深度平面处偏离或衍射的光的布拉格失配方法，以避免不同体积光栅分段组之间的串扰。
图27示出了嵌套的纵向和横向隔开的体积光栅RGB(RGB＝红、绿、蓝)选择性去耦分段的布置。所述分段是非倾斜的并且平行于用作光导的平面平行基底定向。体积光栅分段还可以被曝光到同一体积式分段内。图27中所示的布置使用空间分隔，以减小所要求的最大折射率n1。如果从左手侧照明，则图27中所示的布置可以用于生成红色、绿色和蓝色场透镜功能。四个这些结构性平面平行板可以堆叠在彼此的顶部上，以提供四个RGB场透镜功能，其可以分别切换On或OFF，并且不显示任何串扰。
曝光：
可以使用互相干性的程度和曝光的时间相干性的调整，以便提供折射率n1的调制的深度依赖性变迹，如在申请人的国际专利申请PCT/EP2012/060684中所公开的，其全部内容通过引用并入于此。
除了相干性Γ的复杂程度的调整，局部重叠的波场的强度分布也可以被调整。因此，有可能提供n1的变迹，其出现在体积光栅分段的平面内并且可以被称为n1的横向变迹。
Γ的调整和干涉波场分段的强度分布的修正可以用于已掩蔽的和倾斜的体积光栅分段的曝光。这意味着，有可能曝光所要求的体积光栅分段到包括光折射材料的平面平行板内。
因此，倾斜、z深度、n1的横向变迹和n1的纵向变迹可以如在国际专利申请PCT/EP2012/060684中所公开的来实现。
由于使用基底以及要求合适的低n1以提供必须局部实施的合适的低DE的事实，可以实现基底的低收缩率。这也意味着，体积光栅分段可以被使用，如已曝光的并且不经受大的位移或变形。因此，应当有可能实现小于10μm的分段的位置的精确度。可以使用外差干涉仪，以降低体积光栅分段的位置的不确定性。
RGB条纹式照明：
可以被使用以实现RGB条纹式或者总体上的图案化照明的实施例是仅使用例如在图27中所示的上层。这可以用于ASD和用于1D或2D编码的全息显示器。这种RGB分段去耦示于图28。
条纹式布置可以用于ASD和用于1D编码的全息3D显示器。如果RGB去耦分段的距离与可以是例如距离d＝15×体积光栅分段尺寸的尺寸相比是合理小的，则可以不要求滤色器。由于在小孔处的衍射，更长的距离可以引起对应当匹配到其他颜色的相邻像素的串扰。因此可以使用附加的滤色器(CF)。但分段照明将降低光能的损失，不考虑CF可以附加使用并补偿可能是过大的照明设备和SLM之间的距离的事实。
多层：
可以用于多层体积光栅实施例的布拉格失配复用方法也可以用于可能倾斜或不倾斜的去耦体积光栅分段。
可以设计分段或非分段的照明来进行主动控制。这意味着，重建几何形状可以切换打开或关闭。光谱MP(MP＝复用，SMP＝频谱复用)和角度MP(AMP)也可以用于照明设备的不同出射波场的生成。可切换光栅或光栅分段的使用可以是用于某些应用的解决方案，或者甚至是围绕用于例如重建几何形状的光谱MP或角度MP的实施例的工作。
可以通过使用嵌入结构化体积光栅矩阵材料内的LC分子来完成本实施方式。结构化体积光栅矩阵材料意味着体积光栅材料被使用，以便通过使用例如两种光束干涉来被结构化。非聚合LC分子的定向给出允许角度被限制的LC旋转的机会。如果施加电场，则LC分子可以通过几种角度被旋转。因此，折射率n1的调制被改变，这意味着将衍射效率改变为所需的值。这例如在DE10 2012 101 183中进行了说明，其全部内容通过引用并入于此。
使用平板照明设备实施例中的可控制的衍射元件的方法可以被使用，以便提供对于实现SLM的局部调光或快速驱动所要求的扫描照明。
使用LC的一种备选是使用非线性光学聚合物(NLOP)。折射率可以通过施加电场或通过使材料曝光于例如紫外线来改变。具有与用于显示图像信息的原色不同的波长的写入光束可以容易地通过使用光谱过滤器来阻挡。
可以使用包括使用光学可寻址和可重写入的NLOP的体积光栅的层。可以包括限定的重建几何形状的该层可以通过耦合例如UV光进入光导层来切换打开或关闭。
如相关文献(例如：在WO 2012/149583，DE 10 2012 100 201.0，DE10 2012 100 205.3，DE 10 2012 100 206.1，DE 10 2012 100 209.6，DE102012100211.8中，其全部内容通过引用并入于此)中已描述的，可以使用不同的方法，以便在光中耦合到平板体积光栅照明设备中，其包括例如可以用于去耦的单功能体积光栅层或分段体积光栅元件。
可以通过使用从照明设备的抛光面入射到该层的合适的准直光来照明厚的层。这可以用于具有例如0.5mm至5mm厚度的光导层。
可以通过使用可以放置在分层结构顶部上的光栅或棱镜耦合来照明非常薄的层。为了实施这种情况，附加的例如(5mm至10mm)倍数显示器高度的条纹式分段可以被要求在显示器的边缘上。可以是表面凹凸光栅或体积光栅分段的衍射光栅耦合器可以用于合适的小的光谱线，这意味着例如Δλ≤5nm。还有可能使用例如在WO 2010/149587A2中所公开的——其全部内容通过引用并入于此——可切换的光栅，以使控制耦合成为可能。一个实施例是使用单一准直波场，其穿过几个层和几个可控耦合元件。有可能只切换几个“在体积中耦合的光栅分段”中的一个。因此，光将不被衍射地穿过三个层，并且将由被切换打开的第四个层来衍射。因此，可以包括不同的重建几何形状的不同层可以时间上依次被寻址。寻址可以电学或光学地完成。这种照明光的路由可以在不同实施例中使用，并且不局限于3D ASD或1D或2D编码的全息显示器。
在可可见光中耦合进入分层式光导照明设备的一个机会是使用荧光材料或Q点(量子点)材料，其被嵌入例如透明的高n塑料芯层内，并且其可以从侧面或甚至从顶部或底部进行照明。例如通过使用UV(紫外)光生成的红色、绿色和蓝色光已在该层内和FTIR条件内(FTIR＝受抑全内反射)生成。边缘可以用反射材料涂覆，以增加可见光生成的效率。
可以在全息显示器中使用的合适的或至少部分的相干光的分段耦合可以采取必须在相邻段之间满足的布拉格失配条件的优点。这可以通过使用例如角度和/或光谱选择性来完成。
还可以使用切换ON和OFF相邻分段时间顺序，以避免相邻去耦分段的串扰。这可以通过例如切换ON和OFF两组分段来完成，如果同时切换ON，则所述两组分段可以显示串扰。
在楔形Z字形、平面平行板Z字形、84.26°空气楔形、84.26°块状楔形、波导和掠入射之间可以有一转换区域，如在例如(例如在：WO2012/004016，WO 2010/149583，DE 10 2012 100 201.0，DE 10 2012 100205.3，DE 10 2012 100 206.1，DE 10 2012 100 209.6，DE 10 2012 100 211.8，其全部内容通过引用并入于此)中所公开的，其全部内容通过引用并入于此。这意味着，针对离散实施例描述的各方面、修正和原理指南可以应用于大量的各种体积光栅使用系统。
切出所需要的：
可以在不同照明设备的实施例内使用的基本原理是使用有限的角度和或光谱选择性，以仅切出限定的和所需的角度和或光谱范围。体积光栅提供被调整为符合要求的能力。
合适的厚体积光栅可以用于耦合出或重定向可以在ASD中使用的仅±0.25°度的ASPW的角度范围。提供±0.25°度的角度选择性的离散体积光栅厚度dHOE取决于重建的离散几何形状并可以是例如在15μm至50μm的范围内。
厚体积光栅可以用于耦合出或重定向可以在全息显示器中使用的仅±1/120度的ASPW。提供±1/120℃°的角度选择性的体积光栅厚度dHOE取决于重建的离散几何形状并可以是在450μm至1.5mm的范围内。针对dHOE给出的这些值是实际可行的。但是，即使是薄的体积光栅也可以提供非常小的角度或光谱选择性，当意味着接近于90°度的角度的非常大的角度被用作作为重建角θR的入射角时。
照明体积光栅的波场或波场分段的ASPW也可以通过所使用的光或波导光学组件的传递函数来拓宽。这也意味着，由准直设备最初提供的ASPW的修正可以是由于可以是例如平面平行板的光或波导组件的缺陷引起的。
仅切出所要求的有利于去除由缺陷引起的拓宽。可以是例如20％的光功率或光强的损失可以被忽略不计。
Z变迹体积光栅：
如可以通过在例如申请人的国际专利申请PCT/EP2012/060684——其全部内容通过引用并入于此——中所公开的方法来生成的体积光栅的折射率n1的Z变迹调制(即具体地待偏离的光的初始传播的方向中的变迹)可以被用来抑制角度和或光谱选择性的旁瓣。这可以在楔形Z字形、平面平行板Z字形、84.26°度空气楔形、84.26°度块状楔形、波导和掠入射照明设备中使用。
结论：
本文认为，“只切出所要求的”是体积光栅的重要特征，不考虑所使用的实施方式的类型。n1的Z变迹提供对旁瓣的抑制。因此选择性可以被调整为符合要求。
偏振选择性：
可以使用体积光栅的偏振选择性，以便例如：A)针对几个重建波场实施布拉格失配条件，B)以通过选择作为整个系统的最佳的一个的偏振状态来优化整个设备的性能，C)以最小化在整个设备中使用的组件的数量。
这也可以用于前光照明设备，其必须实现行进到反射型SLM的光束路径和从SLM返回并传播到用户空间的调制光之间的合适的间隔。
在这里可以使用衍射效率的角度和偏振选择性的组合。TM偏振光的光栅强度为VTM＝VTEcos(θ)，其中θ是由体积光栅引入的衍射角。因此，布拉格适配衍射效率由ηTΜ＝sin2(vTM)＝sin2(vIEcos(θ))给出。因此相当于布拉格失配角度的偏振分束器由这种关系来限定。所得偏振分束器(PBS)几何形状可以用于提供作为例如角度复用的MP、作为例如场透镜(FL)的功能的AMP，其可以以提供几个FLij的方式来复用。几个FLij可以通过改变入射角、照明光的波长——这也意味着使用单个原色的几个子波长，例如在它们的波长中仅几nm不同的g1、g2、g3——或者通过改变偏振状态来寻址。
只有属于较低光栅强度v的几何形状可以是实际可行的。可以用光栅强度v的最低值实现的PBS几何形状是具有90°度衍射角的几何形状。这可以是例如﹣45°度/45°度或﹣80℃度/10°度。如果选择正确的光栅强度，则衍射效率，TE偏振光的DE为1，并且TM偏振光的DE为0。在光栅强度v的第二最低值处实现的PBS几何形状是具有60°度衍射角的几何形状。在这种PBS几何形状上，仅TM偏振光被衍射。基于体积光栅的PBS的第三最低光栅强度可以在48.2°度和90°度再次被实现。
示例：
楔形照明设备可以使用84.26°度的失真角度，以提供1/cos(84.26°deg)＝10倍(10x)光束拉伸。使用10倍失真拉伸的两个实施例描绘于图7中。可以使用这些实施例来描述体积光栅的不同类型的偏转依赖性。
10倍的失真光束拉伸系数要求84.26°度的入射角，其用于图17a、17b中所示的所有三个拉伸。使用在84.26°度从空气到体积光栅的介电平面入射的两个光束首先被折射。该方法用于图26的左手侧描绘的反射型体积光栅和用于图17b中所示的大显示器尺寸体积光栅。对于可以是例如光聚合物的所使用的体积光栅材料的n体积光栅＝1.5的折射率，41.55°度的入射角将在光栅体积内出现。
再一次地，在空气传播并以84.26°度击中界面边界平面空气/体积光栅的两个光束，仅在41.55°度击中所述体积光栅。因此，适用于TM偏振光的光栅强度v是0.748，低于TE偏振光。如果体积光栅使用布拉格适配衍射效率(DE布拉格适配)η(θ)布拉格适配的第一最大值，则TE偏振光和TM偏振光的DE之间的差小于10％。
η(θ)布拉格适配的第二最大值显示出高偏振选择性并接近于体积光栅-PBS。但是，这不是在此的重点。重点是，在空气中的几何形状84.26°度/0°度可以同时以高衍射效率DE>0.9用于TE和用于TM偏振光。提供用于TE或用于TM偏振光的DE＝1的光栅强度之间的差值是小的。这意味着，在这里TE和TM之间仅有很小的差别。这适用于体积光栅本身。但不是自动地用于可以被放置在空气到体积光栅或空气到基底的界面边界平面处的AR(抗反射)涂层。抗反射涂层总体上显示出TE和TM偏振光的透射之间的显著差异。意味着反平行于表面法线的垂直入射将导致相同的透射，但所述差异将随入射角度的增加而增加。再一次地，这里的重点是体积光栅可以用于两种偏振，但AR涂层不能。
对于在基底内传播并以84.26°击中体积光栅的光束，这种情况完全改变。该实施例示于图17b的下部。小的准直波场沿块状材料楔传播并通过体积光栅以84.26°度衍射。因此，适用于TM偏振光的光栅强度v是0.1倍的适用于TE偏振光的光栅强度，这意味着VT＝0.1VTE。因此，在TE和TM偏振光之间的衍射效率有巨大差异。这是由于存在接近于使用θ＝90°度的衍射角的PBS几何形状的事实引起的。这意味着，被用于生成图17b中所示的实施例B)的第一失真拉伸的小体积光栅分段仅可以用于衍射TM偏振光。这里的要点是，用TE偏振光照明该体积光栅平面是强制性的，这意味着，电场的矢量平行于第一小体积光栅分段的光栅平面波动。这里的第二个要点是，用TE偏振光照明第二体积光栅平面不是强制性的。对两个平面都使用TE仅在如果AR涂层用于TE偏振光很好地工作时是必须的。为了提供TE偏振光——其意味着沿第二个、较大的体积光栅的光栅平面波动的电场，必须在第一小体积光栅段后面提供半波板。
这只是一个示例，应当指出，离散偏振管理取决于使用体积光栅的照明设备的离散实施例。如从该示例可以看出的，偏振选择性可以通过几种方式来提供。
虽然使用平面照明设备内PBS几何形状的变化可以被限制，但这是一种附加的MP选择，其可以在照明设备中被提供，并且其可以增加设计的额外的自由度。可以将PBS和其它MP选择相结合。
在本文中描述的分层式体积光栅实施例可以通过使用体积光栅材料或利用可以与例如基底布置的顶部上的体积光栅箔不同的体积光栅材料的实施例来实现。
包括体积光栅材料的几个平行平面板可以用来实现多方向照明设备的堆叠布拉格失配体积光栅重建。与具有例如20μm厚度的并且被放置在例如150μm厚、合适的折射率匹配的载体箔的顶部的体积光栅材料相比，所述体积光栅材料可以在可以例如是1200mm×700mm×2mm的体积式分段中使用。换言之，由体积光栅材料占用的并用于去耦或波场整形的体积是例如以100倍增加。例如HRF胶片(杜邦公司)或Bayfol HX胶片(拜耳材料科学)的标准材料对于这里所描述的实施例可能不是最佳选择。这是由于成本引起的，如果使用2mm而不是20μm厚度的特殊目的优化的箔型体积光栅材料，成本可能太高。
折射率n1的调制：
基于体积光栅箔的材料通常以提供合适的折射率n1的高调制来优化。材料必须生成足够的折射率调制，以使接近于用于体积光栅胶片的厚度和所使用的重建的几何形状中的一个的DE(衍射效率)成为可能。这意味着，对于重建的限定的几何形状所要求的调制可以是例如n1＝0.02。可以以接近于﹣45°度到0°度之一的DE从﹣45°度至0°度衍射波段来要求这个值。必需要实现的折射率的调制的离散值取决于应当被实现的衍射角度、入射角度、波长、初始折射率、偏振、体积光栅层的厚度、并且当然取决于衍射效率DE。更多细节参见科盖尔尼克的CWT。
使用体积光栅去耦的堆叠层布拉格失配照明或掠入射照明将总体上要求低得多的调制，这意味着，例如n1＝0.002，n1＝0.0002或甚至比这些更小的值。这些值可以根据包括体积光栅材料的光或波导介质中的传播距离略微升高。可以使用折射率n1的调制的非常小的值。这给出了使用宽范围的体积光栅材料的机会。高收缩材料，例如DCG(二色明胶)对于非常厚的层不是特别优选的。
折射率n1可以合适地高，这意味着总体上非常低，而且收缩必须是合适低的，以提供所要求的角度几何形状和角度公差。
相邻层的折射率匹配：
折射率的匹配对于体积光栅实施例会是一重要的方面。必须提供合适的足够的折射率匹配，以避免可能引起图像对比度降低的反射。具体实施例可以使用折射率阶跃和限定的反射，以引导介电层或平面平行板的粘合夹层内的光。因此，折射率匹配总体上是重要的。提供折射率匹配的一个实施例是将体积光栅层嵌入到可以是已用于背光照明设备的基底材料中。几种显示器类别具有接近1.5的n，例如康宁eagle XG，其具有n_532mm＝1.51。这意味着，该显示器可以是基于具有的折射率的材料。这意味着，优选使用例如基于PMMA的材料组合，而不是基于PC的材料组合。这是由于n_PMMA_532nm＝1.495和n_PC_532nm＝1.592的事实引起的。
材料：
宽范围的材料可以在厚体积光栅板内使用。这里的意图是描述几种实际可行的基础材料化合物和实施例。
基于玻璃的光折射材料，例如可以是例如在紫外线或可见光曝光之后热处理以增加n1的光折射玻璃。例如300℃至500℃的较高的温度将增加所使用的化合物的扩散。例如康宁和肖特公司提供可以用作光折射材料的玻璃。这些基于玻璃的材料例如被用于将布拉格光栅写入光纤和用于波长复用(WMP)与波长解复用(WDMP)电信设备的光栅。还使用基于玻璃的布拉格光栅来充当波长依赖性及因此的波长稳定的谐振器反射镜。
B270玻璃的密度是2.55g/cm3。如果由玻璃制成，板可以具有1200mmx 700mm x 2mm＝1680cm3并因此具有4.3kg的重量。PMMA的密度为(1.17-1.2)g/cm3。具有例如1200mm x 700mm x 2mm＝1680cm3的平面平行板将具有1.99kg的重量。重量是对于大型显示器很重要的一方面。因此，基于塑料的基底可以是优选的。
基于聚合物的光折射材料：
光聚合物包括几种化学组分。不同组分满足不同的要求。几种化学物用于不同的作用。在化学结构内的每个部分可以由作为特定组中的一个的特定化学物填充。这意味着，存在可以被聚合的大量不同单体。这也意味着，有具有足够横截面并因此可以用来吸收在3D干涉图案中出现的光子能量的大量不同染料。
可以使用主体矩阵来减少由于聚合引起的收缩。主体矩阵的材料可以不同于由干涉图案聚合的材料。由于干涉图案引起的聚合可以是直接聚合或可以要求另外的热和/或化学处理的反应链的结果。
染料或更精确的发色团充当感光性组分。染料收集光能。空间分布由干涉图案限定。不同的发色基团在不同的波长具有最大吸收，例如在λ＝193nm处的乙烯中的C＝C，或在λ＝300nm，λ＝600nm处的2-甲基-2-硝基丙烷中的N＝O。
在这里有几种聚合方法。一种方法是直接光致聚合，其可以描述如下：
等等。
大多数单体(M)具有显著低于400nm的最大吸收率。使用可见光替代UV激光会更适宜，并且更符合成本效益的。另一个方面是吸收率，其在降低的波长处升高。这将生成干涉图案的z变迹(即，在照明光的传播方向中或垂直于体积光栅被照明在其中的材料的表面的方向中的变迹)。为了避免z变迹，对于具有例如高达几毫米厚度的光折射材料要求合适的低吸收率。
光致聚合的另一种方式是使用敏化剂(S)，其可以被描述如下：
或者
等等。
敏化剂S用于电荷转移，并且可以是化学上不变的。因此S可以在反应后具有相同结构。敏化剂S还可以在反应期间被修正为S'。因此，S可以在电荷转移期间被耗尽。敏化剂的使用给出使用用于干涉图案的曝光的可见激光的机会。
可以使用承载PQ分子和其它单体或可以光致聚合的低聚物组分的聚合物主体基质。PQ分子充当掺杂剂。如果光致聚合的量子效率太低，那么可以使用附加的后曝光热活化。这可以提高聚合交联，并且也可以提高所获得的n1。
由于体积光栅使用引起的设计自由度：
作为光去耦元件的体积光栅的使用提供光学设计的增加的自由度。
如本文所描述的和/或如本文中所引用的文献中所描述的角度复用照明设备提出了提供几个出射角度的机会。
对体积光栅分段的使用进行描述。体积光栅分段可以提供出射波场，所述出射波长可以相当于小光源LS、点、线段或线之一。准直折射、衍射、反射或透射型准直透镜阵列可以结合光导结构使用，所述光导结构使用体积光栅分段来耦合出适配的和优化的波场、分段波场或波场分段到一个或几个方向中。体积光栅去耦分段可以在有或没有物理重叠的情况下并排布置，或者它们甚至可以被布置在不同的z平面中。如果体积光栅分段的或传播波场的重叠出现，在它们可以在布拉格失配条件下使用。这可以通过使用体积光栅的光谱和/或角度选择性来提供。体积光栅分段可以被定向在平面内或相对于总体在光导板、光导条或通用的光导结构内传播的光的方向倾斜。
倾斜的定向与扇形射出相关。
体积光栅分段可以布置在分开的光导分段中。被耦合到不同分段组中的光将从不同的体积光栅分段组去耦。这意味着，图29和30中所示的通用实施例可以是平面平行板的一部分，所述平面平行板包括体积光栅分段VGS和附加的折射型或衍射型准直光学元件CO。准直光学元件可以通过使用折射透镜来实现，所述折射透镜可以是球面的或非球面成形的，以最小化像差。准直光学元件可以通过使用DOE或HOE结构(DOE＝衍射光学元件；HOE＝全息光学元件)来实现。准直光学元件还可以在反射中使用。
图29和30中所示的反射和透射型体积光栅分段显示出不同的角度和光谱选择性。反射体积光栅和透射体积光栅之间的离散选择取决于——除了其他以外——应当被衍射的光谱和/或角度范围。
如上所示的体积光栅分段可以曝光到包括光折射材料的平面平行板内。这可以通过使用成本高效的步骤和重复过程(S&R-P＝步骤和重复过程)来完成。将形成离散体积光栅分段的离散干涉图案必须是区域局限的。小的分段或一组分段的S&R-P可以提供这种区域局限的离散干涉图案。
照明设备的分段示出在图16中，其使用光导平面平行板内的掠入射准直光。所述板包括去耦体积光栅分段。45°度倾斜的透射型体积光栅段被示出，其去耦一小部分进入光准直元件方向中的光。这里，抛物面反射镜分段被用于准直。虚拟LS点放置在SLM阵列的前面。总体上，虚拟LS和准直光学元件之间的整个z范围可以用于体积光栅分段的放置。这也意味着，有可能使用合适的小体积光栅分段作为LS点。这导致一种比图16中所示的布置厚的布置。小体积光栅分段例如在使用全息点分段的数据存储实施例中使用，所述全息点分段可以仅具有例如2μm×2μm×5μm(z乘以y乘以z)的延伸。
如在其他实施例中，体积光栅分段的DE可以沿着沿厚板光导传播的合适的准直光的光束路径增加。这也可以在ASD中和全息照明设备中使用。体积光栅分段不具有物理重叠，因此使S&R-P成为可能，并且同时使全息显示器内使用的机会成为可能。优选使用透镜间距ΛCL和相干长度zc之间的关系，其使相邻准直波场分段之间的不相干成为可能。因此，没有相对的相位分布必须被考虑，其可以通过例如显示器温度的变化来引入。这意味着使用zc<ΛCL。
使用在光或波导结构内的体积光栅材料性能是有利的。
多方向照明：
这也可以与例如双方向照明设备的方法相结合。附加的孔径光阑或图案化的缓凝剂可以附加地使用以抑制准直透镜间串扰，所述准直透镜间串扰是相邻准直分段之间的串扰。可以以时间顺序或同时寻址几个出射方向的多方向照明单元可以以不同的方式来实施。
有可能使用图16中所示的设置并添加反向传播波和反射或透射型体积光栅分段，所述反射或透射型体积光栅分段被放置在稍微不同的并因此横向偏移的位置上。从右手侧到左手侧的准确的反向传播将生成重建波的反向传播，这实现了在错误的衍射的方向中的并且必须被抑制的真实光源点。为了避免这种情况，可以使用角度和/或光谱选择性来实施布拉格失配条件。
角度寻址：
由于掠入射可以比例如Z字形传播更实际可行的事实，准直光束可以在平面内旋转布置中使用。这意味着不使用180°度的反向传播，但使用例如90°度的倾斜或2°度的倾斜。离散值取决于离散体积光栅几何形状、所使用的波场的离散光谱和/或角度范围以及取决于体积光栅分段的布局。
光谱寻址：
这意味着，还有可能切换到例如以5nm隔开的光谱的第二或第三组原色，以寻址提供第二或第三组分段波场的第二或第三体积光栅组。因此，也有可能使用例如从左手侧进入平面平行板的合适的准直波场的相同的方向。
偏振寻址：
体积光栅PBS重建几何形状——例如在90度或60°度衍射的体积光栅——也可以在这里被使用，以通过使用平行于基底平面传播的准直光的不同偏振状态来实施方向性照明设备的寻址。附加的偏振切换可以是强制性的，以提供可以由SLM要求的恒定的出射偏振状态。
可以结合不同的寻址方法来提供合适的选择性。
可以使用分层式布置来提供布拉格失配传播，所述布拉格失配传播可以用于使多方向实施例成为可能，这可以使用例如类似于在图29、30和16中所描绘的设置的设置。换言之，所示的体积光栅分段可以被放置在不同的z平面中，并且可以横向移位，以提供由在准直阵列内使用的光学元件准直的分段波场。因此，可以提供几个合适的准直分段出射波场来照明ASD或1D或2D编码的全息显示器。回调SLM精细观察者跟踪可以是例如通过使用在旋转相位光栅(PLCG)的平面LC中的主动型偏振选择来引入。
使用图16中所示的原理的照明设备和多层体积光栅设计可以比在图16中所示的更厚。可以使用体积光栅分段的更大的倾斜来将厚度保持在小的值上，这意味着<10mm。
合适的厚体积光栅分段仅以限定范围的角度和或光谱取出光场。这意味着，耦合出的场可以在ASPW(ASPW＝平面波的角谱)的意义上比在平面平行板中传播的场“更干净”。几个百分比的损失可以忽略不计。
校准和校正：
还有可能使用zc>ΛCL。温度稳定可以使相邻的波场分段之间稳定的相位关系或相位偏移成为可能。例如分段相位校正元件可以被实施为例如棋盘相位阶跃板。主动相位偏移校正还可以通过添加局部可控相位移位元件来引入。监控可以通过仅将准直阵列的出射平面成像到成像检测器上来完成。可以使用控制环路来引入所要求的局部校正相位。
即使zc<ΛCL，角度校准也可以是有利的，以提供合适的相邻出射方向的角度匹配。所测量的值可以用于生成局部角度校正数据。所分配的主动型偏振LC光栅(PLCG)可以用于校正，这垂直于PLCG的电极线。这仅对照明单元和PLCG之间的合适的小的距离起作用。还有可能生成静态的例如棋盘状的修正角度棱镜布置，其引入了非常小的修正角度。使用低收缩光折射材料的优化的生产过程应当能够提供显著小于1/20°度的角度误差，特别是如果相邻准直分段的出射角度与彼此进行比较。
Q-点平面：
也可以实施Q-点(量子点)平面。因此，不同方向的寻址可以通过激活Q-点来实施，所述Q点横向分开并且例如放置在略微不同的z平面内或它们只是放置在可以被分别寻址的相邻光导结构内。这与IR(IR＝红外线)和寻址不同平面内的不同荧光颜色相关。还有可能在FTIR(受抑全内反射)条件下沿平面平行板传播短波长并生成在该板内的或在薄的附加层内的可视颜色。染料浓度的局部分布可以被优化，以提供均匀的可视照明。一个或多个体积光栅或体积光栅分段可以用于从不同方向耦合出光，例如，进入不同的方向或进入至少大致相同的方向。局部角度分布可以被优化为例如实施场透镜功能，其可以是例如在ASD内所要求的。还有可能在局部二次LS点、线段或线处定位Q-点材料。由于FTIR条件，受限制的角度范围或锥形被发射到准直透镜的方向中，所述准直透镜可以是准直透镜阵列的一部分。
如何制造：
一个机会是使用注射模塑。可以使用例如PMMA颗粒来形成主体材料，其可以是例如最终平面平行板的或其他光学元件的30％至90％。可以使用添加剂，这是基于不同单体、低聚物化学反应。但也有可能例如使用MMA和少量PQ作为“光折射添加剂”，其被添加到主体基质材料中。主体材料的颗粒材料是已聚合的。“光折射添加剂”可以与注射模塑过程中的主体材料相混合。PQ(CAS：84-11-7)可以例如在用于注射模塑过程的240℃下使用。“光折射添加剂”可以是例如与两种组分的基于环氧树脂的主体材料超声混合，所述主体材料是例如铸造或注入形成或只形成平面平行基底。
例如MMA可以与启动对PMMA的聚合的化学物混合。这可以是例如偶氮二异丁腈(AIBN＝偶氮二异丁腈)，其以例如整个混合物重量的0.2％至1％的量来使用。使用AIBN的聚合可以通过将混合物加热至例如约80℃或甚至更高的温度来激活。
可以使用菲醌(PQ＝菲醌)来掺杂甲基丙烯酸甲酯，MMA。混合材料可以包括例如0.1％至2％重量的PQ。
AIBN不应当以导致MMA到PMMA的完全聚合的量来使用。这是由于少量单体或低聚物分子仍然必须存在，以通过使用PQ敏化剂来聚合的事实引起的。这意味着，在使用MMA的光折射化学子系统的情况下，利用AIBN的MMA到PMMA的本体自由基聚合不会完成。因此，需要限制AIBN的量。
然而，如果光折射化学子系统(PRCS＝光折射化学子系统)被改变为独立于聚合平面平行板的主体基质的子系统的子系统，则这会发生改变。
UV或可见光固化聚合物系统也可以用作实施到主体材料中的PRCS。因此，例如由诺兰德公司提供的光学粘合剂可以用作PRCS或者甚至作为主体材料。
机械布局：
能够使用一种板，其使用主体系统和PRCS。由于链的末端被要求转换为空间图案化的折射率调制n1的事实，粘合剂表面对于其他处理过程可能是个问题。这就是为什么使用夹层的原因，其提供平滑的且不发粘的表面。结构是例如PMMA|PMMA+PRCS|PMMA的夹层可以用作稍后被曝光的平面平行板。
还有可能通过使用非常短的波长来聚合外部区域，所述非常短的波长具有非常小的穿透深度，例如仅100μm。因此，粘合剂和发粘的表面被避免，并且所述板仍是内部光敏感的。
有可能使用两个薄的片或板以及它们之间的空间。所述空间可以用显示出合适的低散射效果的合适的透明光折射材料来填充。这种材料可以具有基质主体材料，其在填充到两个外片之间的空间后被聚合。
还有可能使用合适的粘胶(VIS)固化粘接剂，其也可以含有附加的，例如热的或基于两种组分聚合的化学子系统。
使用可以被转移到例如所使用的塑料基底上的光折射材料也可以是实际可行的。这例如对于SU8光抗蚀剂是标准的，所述SU8光抗蚀剂被提供在转移胶片的顶部上的不同厚度中。
外片可以具有比最终的固定光折射材料更低的折射率n，以更好地提供光导。
结合折射和衍射角MP的照明设备：
合适的薄层的PQ-PMMA可以放置在折射的——例如双方向或三方向——照明设备的顶部上。折射层可以接近于衍射层的出射表面。体积光栅去耦层的组合能够显著降低重量，所述体积光栅去耦层是至少一部带有承载例如2D或1D透镜阵列的基底的透明基底，所述2D或1D透镜阵列用于准直例如二次光源。
可以同时提供衍射AMP和纤薄形式因素的照明设备可以例如具有有限数量的出射角度。出射角度的数量根据——出其他以外——光学布局和所使用的LS的光谱带宽来生成。这意味着，LED和OLED光源可以在不是LD的其他布置中使用，所述LD可以例如在基于体积光栅的要求降低光谱线宽的设计中使用。(LED＝发光二极管；OLED＝有机发光二极管)
可以提供合适的高数量的AMP出射的体积光栅照明设备使得折射子系统被废弃。在这种情况下，折射子系统可以例如被用作仅使针对例如大量用户的2D观看成为可能的2D LED BLU。在这种情况下，折射部分可以只是标准照明设备，其使用侧光式(edge-lit)LED照明和例如散射元件或者例如用于去耦的微棱镜。
几种实施例是实际可行的。这里描述一些通用的示例。
1)一个机会是将衍射类型的——例如体积光栅——层放置在可以承载准直透镜的平面后面。由例如三方向折射型照明设备准直的光将不会由体积光栅元件衍射，所述体积光栅元件以提供针对这些波场的布拉格失配条件的方式来设计。
2)另一实施例是将衍射的——例如基于体积光栅的——功能层放置在准直透镜平面和由透镜准直的二次LS之间。使用该布置，体积光栅可以提供重新定向所述光的功能，并附加地成形波前，以便提供合适的例如离轴准直。透镜阵列的折射功能必须考虑到这个实施例中。反向计算和CGH曝光可以用于实施所要求的功能。直接的实施方式是使用原位曝光。
所有的设计可以被优化，以提供例如作为折射AMP的+10°度和﹣10°度以及作为衍射AMP的+30°度和﹣30°度。
串扰必须针对折射部分、针对衍射部分并针对整个照明设备的组合的AMP被限制。
例如双方向折射照明设备可以使用孔径光阑的平面，其被放置在显示出关于由相同的透镜来准直的两个LS的对称强度分布的距离z处。
基于偏振编码的串扰降低无论如何会是更有效的。这也可以用于实施变迹轮廓。这种变迹轮廓可以被实施为振幅分布和/或缓凝轮廓，其通过使用PF平面稍后进行分析。
3)也可以使用Z-堆叠式衍射AMP平面。因此，折射透镜阵列可以通过使用例如基于体积光栅的AMP场透镜平面来取代。必须被满足以避免串扰的边界条件是角度和/或光谱响应功能的分离。可以能够解释这一点的一个示例是两种反向传播几何形状的MP。这意味着，如果吸收器被放置在背面，以阻挡可以形成发散场透镜(FL＝场透镜)的光，则可以仅使用例如从左侧照明的90°度场透镜FL1和从右侧照明的﹣90°度场透镜FL2。这种冲突可以例如通过使用略微不同的，或通常所说的合适的不同波长来解决。这意味着，例如具有532nm和522nm的波长的光可以用作原色绿色的子波长。体积光栅必须具有合适的选择性光谱和/或角度响应功能。
使用不同的子波长使得能够从相同侧照明两个AMP FL。
不同的解决方案是将几个基于体积光栅的FL平面堆叠在彼此上。如果不应该被寻址的体积光栅位于合适的布拉格失配位置，则场透镜FL_ij的不同AMP将保证不存在串扰。换言之，堆叠例如四个体积光栅FL平面到彼此上，这意味在接触或不接触的情况下，并针对所有体积光栅实现相互布拉格失配条件应该是可能的。90°FL几何形状可以要求例如≤1mm的降低的相干长度，以避免例如1/1000°度的角度寻址范围和因此的可能对于特定应用，例如消费者3D显示器是不切实际的。
布拉格失配条件的合适的满足可以包括角度、光谱和偏振选择性。这也可以适用于纯折射方法。
4)所讨论的实施例可以是平铺的、嵌套平铺的和z嵌套平铺的，这意味着在不同z平面中平铺，其给出了照明单元的嵌套功能。可以使用功能化二元接触和功能化重叠。
变化的倾斜是优选的，以便实施被耦合出光导的预成形的场透镜功能。相干长度必须适应，以提供所要求的ASPW。这是由于可以衍射光的体积光栅的有效厚度取决于沿光导传播的小波的相干长度这样的事实。
如已描述和说明的，附加的折射空间采样棱镜矩阵可以在光导和光去耦结构的出射平面处添加，以便同时提供几个方向或几个场透镜功能。可以实施主动控制功能来提供采样方向的切换ON和切换OFF特征。
这可以提供有棱镜或金字塔的平截头体，其与数据面板的各个像素或区域有关。因此，像素可以具有例如接近于它的出射或入射表面的单个棱镜或多个棱镜。还有可能使用摩尔效应减少方法作为例如间距或质因数的统计变化。
角度MP：
所有照明设备去耦的方法可以与折射或者甚至衍射角度复用实施例相结合。因此，棱镜可以被附加地使用，以提供附加的角度。这可以是RGB像素匹配或像素不匹配地完成。换言之，三方向照明设备可以与2倍AMP和具有高达±5°的仅蓝色光衍射角的PLCG结合使用。
AMP可以通过可能是可寻址的或不可寻址的折射和衍射光学元件来引入。这给出了实施很多备选变型的机会。
示例性实施方式可以是例如：
双方向准直照明设备|2倍棱镜角度MP|PLCG
PLCG-精细跟踪A
AMP永久棱镜不匹配数据像素
一个数据像素用于2个固定AMP方向
AMP垂直堆叠
彩色子像素v＝2×h
回调垂直1D散射功能
以及
PLCG-精细跟踪B：
AMP永久棱镜匹配RGB数据像素
像素数的2倍
通过寻址数据面板切换ON和OFF的AMP方向
回调垂直1D散射功能
这些修正可以与来自不同方向(尤其在多次内部反射的意义上的Z字形)的Z字形相结合。
用于全息显示器的照明设备：
总体上，Z字形和非Z字形是任选的。
有可能实施像在不同平面内的体积光栅分段的小波，以避免相干串扰和相位不规则性。
体积光栅分段的横向延伸可以是例如小于或甚至在1mm的范围内。衍射几何形状可以是例如90°度/0°度，并且可以随显示器的中心的距离变化，以实施场透镜(FL)功能。
所使用的光源LS的相干长度取决于角度范围，所述角度范围通过使用衍射元件粗略地和/或精细地跟踪。例如0.5mm至1mm的相干长度对于离散实施例是足够的。
两个或甚至更多个平面可以包括不能重叠的体积光栅分段。在一个平面内是空的的部分可以承载可以放置在第一个平面上方的另一个平面中的体积光栅分段。
两个相邻平面可以由例如比相干长度略厚的其他平面来分隔。因此，针对所述分隔所使用的层的厚度可以是例如1mm。z_c＝1mm的相干长度是所使用的材料内的1/n。
如果激光二极管(LD＝激光二极管)具有真空内的z_c＝1mm的相干长度，则在例如PMMA中出现的相干长度为1/1.5＝0.67mm。因此，利用1mm的PMMA的分隔足以避免放置在不同z平面内的体积光栅分段之间的相干串扰。
为了在不同z平面内提供z受限的体积光栅分段，可以使用n1(z)变迹体积光栅曝光。还有可能使用几个例如光折射材料的平面平行板作为例如PQ掺杂的PMMA(PQ-PMMA)。交叉耦合的光将在光导夹层板内传播，并且不会被耦合出去到用户空间。
使用体积光栅分段的不同平面的本实施例可以例如在Z字形内使用，以耦合出或掠入射到耦合出几何形状。
这也可以用于实施静态角度MP(AMP)。这可以通过同时生成几个出射方向来完成。
体积光栅可以例如以当以一个光束或波场照明时生成例如三个出射光束或波场的方式来复用。
备选地，可以使用标准角谱或偏振MP，以便提供多方向照明。
ASD-照明设备：
PBS方法进入多方向照明设备的实施方式
偏振切换层可以用于例如将TE转为TM模式。光可以穿过衍射的或未衍射的PBS-体积光栅。因此，例如+45°度/﹣45°度或+30°度/﹣30°度的体积光栅布置可以用于提供两个方向。典型的体积光栅可以用在PBS系列上。包括例如在体积光栅材料内分散的LC的双折射材料的体积光栅可以在布拉格适配衍射下使用，以实现衍射PBS几何形状，其与90°度、60°度、48.2°度等典型的PBS-体积光栅系列不同。
可以堆叠几个功能层，以提供更多数量的方向。人造双折射萨瓦板(Savart)可以与放置在出射平面处的棱镜阵列结合使用。条纹状照明可以进入承载附加的棱镜结构的萨瓦板。通过改变偏振，可以引入横向偏移。表面凹凸结构的不同位置被照明。这意味着，不同棱镜角度以及因此的不同方向可以通过例如从TE到TM模式改变偏振来寻址。
二次光源点和透镜阵列准直：
1D或2D透镜阵列可以通过使用必须被准直的多组二次光源来照明。这可以是一组不同的光导纤维阵列的去耦点。
还有可能使用小体积光栅体素，其可以被设计为用于不同的重建几何形状和不同的初级和或子集波长。这些体积光栅体素可以被放置在不同的横向和纵向位置上。强度管理可以通过改变折射率n1的调制来完成。体积光栅体素线或2D阵列的不同子集的复用以及因此的寻址可以通过选择不同的照明角度来引入，所述不同的照明角度可以是在一个平面内或者甚至还可以是在几个例如垂直的平面内。原色的光谱子集也可以被寻址。换言之，有多个机会来提供二次光源点阵列的子集，所述二次光源点阵列将由透镜阵列准直并将给出实现一组照明角度的机会。从体积光栅体素到准直透镜传播的波场可以以提供准直光的强度的合适的良好的均匀性的方式来适应。还有可能适应相位分布，以优化所述准直。场透镜功能可以被实施。
1D二次光源条纹的准直可以通过沿光源线布置的体积光栅体素来控制。因此，可以沿必须被准直的光源线提供均匀的强度。
该方法使用二次光源点，其通过使用可以转移到箔夹层的折射或者甚至衍射结构来准直。为了避免由棱镜加透镜层方法(例如由3M)实现的ASPW，可以使用透镜加光源点方法。简单的实施例是箔，其承载表面凹凸状的透镜，所述表面凹凸以实现相当于胶片厚度的焦距的方式来选择。因此，背面可以涂覆/结构化有充当二次光源阵列的点或线阵列。可以使用多种修正。
光源点可以是小散射点，其可以与FTIR光导板接触。还有可能使用Q-点材料的小球体，其与FTIR UV光导板接触。体积式和/或表面凹凸结构可以用于耦合出光或者充当荧光二次光源点。此外，串扰停止层结构可以被放置在透镜和LS点层之间。这些透镜间串扰抑制结构可以是二元的或连续地被变迹。因此，可以提供均匀的准直。
利用体积光栅体素平面去耦：
如果使用高体积光栅体素密度，则可以不需要准直透镜。这可以被称为平面去耦。可以通过局部改变出射角度来实施场透镜。
体积光栅体素(体积光栅V)方法可以例如在掠入射方法中被实施。有可能使用凝视方式状深度辨别(stare way like depth discrimination)来降低散射光的数量。所建议的程序是以最小化由照明光束击中的体积光栅V的数量的方式来优化设计。请注意，横向体积光栅V的尺寸不应太小，以避免由于体积光栅V的横向小孔的尺寸引起的较大的衍射角。
所使用的几何形状可以是90°度/0°度或例如翻转复用(MP)的角度。一种先进的解决方案是结合凝视方式方法和入射光栅的楔形方法。这可以在掠入射照明设备中、在平的楔形或在Z字形照明设备中完成。体积光栅V的入射角可以略微改变，或者入射光束的方向或者二者都可以被改变。
体积光栅V和体积光栅分段总体上可以是横向和/或纵向变迹的，以优化照明设备的角度、光谱或能量分布或它们的组合。
主动型串扰阻挡平面：
使用一个甚至几个空间光调制器(SLM)作为主动结构的孔径光阑并非解决方案，其提供最小的努力。在这种情况下，灵活性高，但成本也太高。如果例如一组三个LSij 1D或2D矩阵状光源阵列用在提供例如三方向照明设备的嵌套布置中，则可以使用三个可控变迹孔径光阑层来抑制所使用的透镜阵列的准直透镜间串扰。可以使用几个实施例。
光的对准可以被用于生成LC定向图案，其对于LC型实施例是需要的。偏振过滤器(PF)或分析器被放置在出射平面处。因此，传播到数据面板的光的偏振是固定的。数据面板可以已经包括可以被使用的PF。
问题是提供可以用于全息显示器——例如移动全息3D显示器或者甚至更大的全息或自动立体显示器——的薄的照明单元。非常薄的实施例的问题可能是必要的小的公差值。换言之，一些非常薄的设置可以对例如机械参数的变化非常敏感的。
描述了一种方法，其可以用来测量例如照明单元实施例内的或者显示器本身之内的机械应力的结果。
SLM/照明设备1：
一种光检测器阵列可以被实施为检测由照明设备提供的强度分布的局部时间强度变化。背景是，例如在移动全息显示器应用中使用的平板相干照明单元可以经受机械应力，所述机械应力会引起例如体积光栅或其它角度和/或光谱敏感的光学元件的局部衍射效率的变化。格栅的检测器可以以最小化被引入到传播给用户的波场的干扰的方式来制成。做到这一点的一种选择是将检测器格栅放置在SLM本身的吸收区域上。也可以使用半透明的或高度透明的光检测器。
对提供可以在正向或如这里所假定的背向中使用的检测器格栅的一种附加的选择是使用光导格栅或具有限定的“耦合”点的光导线。在点中的耦合可以例如通过使用45°度纤维端部或在纤维顶部上的小尺寸衍射元件来形成。
放置在SLM阵列内部的光电检测器阵列已经在之前进行了描述。这些建议的目的是例如实施对触摸屏实施例的光学备选，这意味着通过使用光检测器的格栅检测对象——例如手指——的位置。
这里的目的是以时间和空间分辨方式来检测在SLM上出现的强度分布。附加地，可以实施检测机械应力的检测器元件。条纹状PZT探测器被例如用于检测伸长。光纤也可以被用于此目的。因此，可以实施几种方法来检测例如光导基板的弯曲。相比之下，光检测器阵列可以用于以直接方式检测感兴趣的参数。变化的强度分布I(x，y，t)可以通过将补偿透明度值写入SLM来测量和补偿。全息编码设备可以将测量值考虑在内。因此，通过例如1D或2D编码获得的3D场景将不会经受强度变化。
也有可能在背向和正向方向中使用光检测器阵列(PD阵列＝光检测器阵列)。例如如果照明设备以时间顺序的方式工作，这可以被完成。因此，可以用于检测用户的或可以接近于显示器放置的对象——例如手指——的运动的检测器阵列也可以用于检测照明设备的出射平面上的I(x，y，t)。在这种情况下，PD阵列必须例如与脉冲照明设备一样快。
还有可能实施更间接的测量。一个机会是使用未去耦到SLM的方向中的光。作为例如平面平行平面或甚至楔形的光导元件可以从一侧来照明。未耦合出的光可以在照明设备的另一侧进行测量。因此，PD阵列可以放置在照明设备的一侧。PD格栅间距必须足够。
非常薄的照明设备以及使用掠入射实施例的照明设备可以对出现在体积光栅平面处的入射的局部角度的变化非常敏感。必须被衍射的波场的略微改变的角度可以引起衍射效率η(x，y)的变化。这种变化可以局部进行测量。也可以得到总值。总偏移可以通过调制所使用的光源LSi来补偿。
附加的角度测量：
还有可能实施角度测量的格栅。例如，多个微透镜可以放置在四个象限PD的前面。因此，局部测量点可以用于同时检测入射光的强度和角度。这些元件可以放置在例如照明设备的一侧。体积光栅也可以用于实施照明设备内的角度的测量。PD和图像检测器阵列可以在使用体积光栅和体积光栅的角度选择性的布置内使用。较厚的体积光栅比较薄的体积光栅显示出更高的角度和光谱选择性。体积光栅的参数可以根据具体要求来调整。
由于可以以合适的低的复杂度来执行I(x，y，t)的测量的事实，PD格栅的实施方式可以是优选的。
如前面所说明的，非Z字形或掠入射照明设置可以用于相干光并用于仅显示降低的空间上和或时间上的相干性的光。
这里讨论的实施方式可以进一步被修正，以提供多方向照明。
并非所有的实施例都可以使用角度复用，作为例如从不同方向照明基底以及使用复用体积光栅。对于这些实施例，光谱复用可以通过例如切换开或关具有略微不同但严格限定的波长的不同光源来使用。波长可以通过例如使用带有成本效益布拉格谐振器的LD来限定。因此，可以实现例如5nm的光谱阶跃。这对于合适高的体积光栅的光栅强度v是足够的。换言之，使用用于照明设备的纯角度复用方法不是强制性的。
从照明设备发射的角度方向的复用可以通过使用不同的波长、不同入射角或二者来实施。因此，解决方案可以被调整为符合要求。
问题是要实现用于全息显示器的平板照明设备。眼睛在最佳条件下的角度分辨率为1/60°度。因此全息显示器的照明设备必须具有有限的平面波光谱，例如从<1/20°度到最小1/60°度，即它必须是严格准直光。
避免在基底的表面边界处的复用反射以及由这些反射涉及的误差公差的一种解决方案是使用平行于或几乎平行于基底的表面平面(非Z字形)传播的基底内部的波。这也降低了照明设备的必要深度。
图19示出了方向性发射显示器的出射平面中的局部水平出射角度θ°度。显示器的水平宽度假定为1220mm。用户的z距离固定在z＝2.5m。用户的横向位置跨越范围为±1450mm。中心区域必须提供±30°度的角度范围。必须提供在显示器的外部位置上的角度范围的绝对值是相似的。外部横向位置的平均角度位置是倾斜的。
图20示出了必须提供在具有1220mm的水平延伸的方向性显示器的出射平面处的水平出射角度θ°度。针对两个横向用户位置x1和x2示出了局部角度。假设该用户被置于z＝2.5m的距离。一个横向位置为x1＝-670mm和另一个是x2＝670nm。请注意，图28已经包括了所示出的这两个横截面矢量。
可以在图20中看出，必须针对两个位置提供的局部角度偏移的绝对值是大约30°度。这意味着，包括不同去耦几何形状的平面平行板可以堆叠在彼此上。作为信号角度θS的局部出射角度可以变化大约30°度，并且作为重建角度的入射角度θR可以是相同的，因此是例如90°度。为了避免照明期间的串扰，使用分隔开的传播平面或分段。空间上和或等效θR的光谱分隔可以用于避免不同的波前形成状态的串扰。
到表面法线的出射角度可以不同于90°度，即其为图19中的0°度。如在图20中可以看出的，几何形状可以以避免垂直于出射表面的出射角度的方式来选择。这些几何形状可以用于体积光栅前光照明设备，其被放置在以相反的反向传播角度反射入射光束的反射型SLM的前面。再一次地，重建几何形状可以以通过使用所使用的体积光栅的角度选择性来分隔“至SLM”和“来自SLM”的光束路径的方式来选择。这例如意味着，SLM平面可以以5℃度离轴照明。这也意味着，SLM可以在轴上以0℃度照明，并且SLM像素可以引入例如10°度的离轴偏移。这可以例如利用基于MEMS的SLM阵列来完成。
去耦效率的分布：
图21示出衍射效率η(z)，其沿传播距离z增加，以便提供出射平面内的均匀的强度分布以及高的总效率。高达100mm的传播距离z被示出。请注意，z＝0mm至100mm的这种表达可以转化为等同的表达，其使用z＝zMAX的0％到100％，zMAX为传播距离的最大值并且可以是例如700mm或1220mm，这分别相当于55英寸的16：9的显示器的纵向和横向延伸。
要求例如所使用的体积光栅材料的高动态范围，以便提取所有出于照明设备的光。但所要求的动态范围可以通过例如接受初始光的20％的损失来降低。
光谱分布：
图22示出了依赖于波长λ和线宽Δλ的相干长度的zC。小波的长度限定了有效光栅厚度dHOE。体积光栅的有效厚度限定衍射效率η的角度和光谱选择性。换言之，例如100mm的过大的zC值对于与其相似的光学布局可能不是实际可行的。但例如5μm至100μm的zC值对于相似或接近于θR＝90°度的光学布局是实际可行的。
大的有效光栅厚度的角度选择性：
图23示出了依赖于到设计重建角θR的偏移和折射率n1的调制的衍射效率η。设计衍射角为88.091°度。假定的体积光栅厚度为dHOE＝5mm。设计几何形状给出了30倍的拉伸。因此，体积光栅内的有效传播长度高达5mm×30＝150mm。科盖尔尼克的CWT被用于模拟，其假定单色波以及因此zc＞＞dHOE。
所使用的小波的长度必须足够小，以使实际的角度选择性成为可能，例如≥1/60°度。即使在全息显示器的情况下，例如1mm的相干长度也是足够的。因此，可以实现角度选择性的实际可用的值。
角度分散：
另一个方面是所使用的衍射或甚至折射组件的角度分散。光栅方程式sin(θS)＝mλ/(nΛx)+sin(θR)可以用来计算光谱范围，所述光谱范围可以用来实现可接受的角度分散。λ＝532nm的波长，m＝1，n＝1.5，θR＝90°度，Λx＝354.67给出θS＝0°度。ΔθS＝±0.5°度的偏移针对Δλ＝±4.64nm的光谱偏移来获得。0.5°度的角度偏移对于ASD实施例可以是可接收的。换言之，ASD内的所使用的光源的光谱范围可以限于大约例如Δλ＝±5nm。所使用的光谱范围可以在红色、绿色和蓝色原色之间不同。这可以例如为了实现针对所有波长的等效的角度分散来实施。这也可以为了实现针对颜色相关的体积光栅的等效角度选择性来实施，其可以在平行平面板内复用。三级陷波滤波器可以为了提供所要求的光谱分布被使用。
SLM的选择：
如果在不同的角度照明，基于LC的SLM的几种SLM类型或几种模式可以提供合适的对比度。如果例如在5℃度和20°度照明，其他SLM不能正常工作。这些类型可以仅在小的角度范围内工作。如果局部照明角度被考虑在内，则其他SLM类型可以给出合适的对比度。这意味着，例如像素信号的轻微变化可以被引入，这取决于局部照明角度。相位值、光学路径长度或光学路径差(OPD)可以根据局部照明角度被稍微改变。请注意，这会导致所使用的SLM的适应的刷新率。这意味着，SLM的刷新率会增加。
照明单元AMP：
照明设备内的角度复用(AMP)的实施方式有几个优点。非常快速的响应时间就是其中之一。因此，照明设备可以提供例如对于每个原色——即红色绿色和蓝色——的例如两个、四个或八个出射波场。
可以是例如2个、4个或8个的主AMP方向可以具有所使用的颜色之间的细微差别。这可以例如为了最大化跟踪范围或为了最小化像差而完成。角度分布不一定必须相当于场透镜或倾斜的场透镜。分布可以与这些不同，以最小化必须由精细跟踪单元提供的局部角度负载，所述精细跟踪单元可以是例如主动型偏振LC光栅(PLCG)，其使用在平面内旋转的周期性LC并因此不同于锯齿相位光栅。
带有光谱间隔的原色RiGjBk：
带有光谱间隔的原色RiGjBk的使用给出使用用于所发射的光的几种角度分布的生成的一个层的机会。例如，例如5nm至10nm的光谱间隔可以足以用于ASD的一组子原色。因此，可以使用例如λΒ1＝460nm，λΒ2＝470nm，λG1＝530nm，λG2＝540nm，λR1＝630nm和λR2＝640nm，以便通过使用光谱MP或AMP的光谱寻址来实施照明设备的2倍AMP。
扫描BLU：
合适的准直光源的阵列可以用来照明功能层。可以单个控制这些光学通道来提供扫描照明设备。例如使用体积光栅的失真光束扩展可以以提供扫描照明的方式进行修正。这些扫描方法可以容易地沿垂直于平面的方向进行修正。但也有可能为了提供照明的扫描而实现其他z功能。根据SLM驱动方案，例如三到四个扫描分段可以是足够的。
利用零模式光传播的平板照明设备：
问题是提供可以用于全息显示器——例如移动全息3D显示器(hPAD)或者甚至更大的全息或自动立体显示器——的薄的照明设备。
以下给出附加的实施例。图6示出了基于平板体积光栅的双方向照明设备的提供。两个功能平面通过使用可以依时间顺序切换ON或OFF的两个准直设备来照明。照明设备1和2被放置在照明设备的左手侧。折射透镜阵列可以用于准直一组二次光源。
已描述的离轴抛物面反射镜OAPM阵列照明的使用提供了一种甚至更紧凑的实施例。
可以通过使用在图6中示出的多个堆叠平面来实施多个场透镜。
不同的实施例可以看起来非常相似。因此，图6可以用来描绘接近90°度/0°度的可以使用低相干性照明和重建的ASD-MD-照明设备布局的通用布局。在低相干性的情况下，光可以在弱体积光栅内——这意味着在平面平行板内，其包含折射率n1的非常弱的调制——传播。所要求的调制n1可以是例如0.0004/mm，这意味着对于1m的路径长度的4×10﹣7。这是与由暂时性光敏聚合物——例如来自拜耳材料科学的HX 103所提供调制n1相比的100000倍。这也意味着能够使用可能不能够用于标准体积光应用的完全不同的材料。
图6还可以用于描绘可以使用合适的相干照明和掠入射方法的全息MD-照明设备的通用布局。如果在反向传播模式中使用，掠入射方法提供布拉格失配条件。这意味着，单个功能层可以用于提供两个场透镜。在这种情况下，场透镜可以在单个体积光栅层内复用。这是由于体积光栅层将看到在﹣75℃度和﹢75°度传播的ASPW的这样的事实引起的。二者都是从两侧照明的两个层可以提供四种不同的场透镜。
以下描述基于平板体积光栅的照明设备的平板装置相关的修正：
平板装置可以具有例如16：9的屏幕宽高比，并且因此相当于一个大型电视显示器。大型ASD电视显示器可以使用例如由MD-照明设备提供的P-LCG跟踪和2至3个1D场透镜。
平板装置可以使用例如由双向照明设备提供的P-LCG跟踪和两个1D场透镜。与仅在横向定向中使用的大型电视显示器相比，平板装置可以以横向和纵向定向使用。这意味着，需要第二个1D场透镜或两个附加的1D场透镜来提供在纵向定向中的ASD操作。除此之外，需要第二个P-LCG来提供两个眼箱的精细跟踪。
第一个平板装置相关的实施例可以仅提供在横向中的ASD，以降低复杂性、成本和厚度。增强的实施例可以提供在纵向操作中的附加ASD。如果第二个交叉的P-LCG被实施，则眼箱可以被修正，这意味着，使用可以在“仅横向中的ASD”设备中使用的条纹状眼箱的减小的垂直延伸。这意味着，在图6中所描绘的条纹状眼箱可以沿垂直方向被减小。已在暂时性(time being)平板装置中实施的传感器可以用于检测设备的转动。眼睛跟踪摄像系统可以用于检测可以在不旋转设备时存在的用户的相对转动。这意味着，提供所要求的ASD定向。
由于可以使用要求相邻层之间的光学隔离的堆叠方法的事实，高折射率组合物可以用于光导层。高折射率意味着相对于边界层。这例如意味着，如果边界层具有n＝1.5，则芯可以具有n＝1.7，或者，如果边界层具有n＝1.45，则芯可以具有n＝1.5。
可以使用体积光栅的原位曝光。平面波到平面波的重建几何形状可以在不同于稍后在设备内使用的波长的波长上曝光。这意味着，使用例如已用于曝光光学热折射玻璃的UV光源也能够是有可能的。
如果厚体积光栅场透镜应当被曝光，则优选使用合适的用于曝光的相干光源，其具有与稍后在设备内使用的波长相同的波长。
一些应用还可以利用接缝式曝光(stitched exposure)工作，所述接缝式曝光可以等同于e阶跃和闪光过程。为了曝光场透镜，合适的准直波场可以被用作曝光光束，其例如从右手侧进入体积光栅板。针孔、狭缝或特殊形成的小孔径可以以激光光束来照明，并因此生成发散波场，所述发散波场从前表面进入体积光栅板。该发散波场用作二次曝光光束。重建通过以合适的准直光照明体积光栅平面来完成，所述合适的准直光从相对位置，例如右手侧位置进入体积光栅板。传播方向的准确翻转引起信号光束的反向传播，这意味着生成聚焦透镜功能。
也可以使用母光栅。对于90°度的平面波到0°度的平面波的配置，优选使用一种母机，其通过使用比稍后在产品中使用的波长短的波长来生成所要求的干涉图案。VIS产品可以使用母光栅，其被曝光至紫外线下。
提供合适的——例如眼箱的水平延伸的1D场透镜可以也通过使用一种方法来曝光，所述方法使用作为光源平面的反射散射条纹，所述光源平面由激光照明并因此被反射，以便生成利用沿体积光栅板传播的准直曝光波干涉的发散波场。这里将会有非常大数量的干涉波的叠加。散射条纹的每个点充当点光源，其生成发散球面波。可以接近于彼此做出几次曝光，并且条纹状散射分段可以在曝光之间略微移位。也有可能一次仅使用一个点光源，并且利用不同的点光源执行几次曝光，这意味着，点光源可以具有空间上的不同坐标和用于曝光的不同时间。
CHG的使用可以提供波束成形的高灵活性，所述波束成形可以在体积光栅的曝光中来实施。
可以使用分段楔型实施例来产生一种平板照明设备。
图31示出了使用两个透射型体积光栅楔形平铺片(wedge tiles)的通用布局。图32示出了使用两个反射型体积光栅楔形平铺片的通用布局。这些平铺片是独立的平铺片，这意味着它们不依赖于彼此。
分段楔型照明设备的通用布局示出于图33中。准直光CL从左手侧进入光导板LG。光击中仅反射一小部分光的第一略微倾斜的反射镜M1。反射镜可以承载反射率r(x_M1，y_M1)的变迹分布。值x_M1和y_M1是M1的反射镜平面的局部坐标。光导平面的折射率显著低于包括衍射光栅的层的折射率。
这两层之间放置防反射涂层AR。所使用的折射率分布可以显示n(z)的指数函数分布，n(z)具有最小值n最小＝nLG和最大值n最大＝n体积光栅。也可以使用多层阶跃分布。
图33示出了非分段去耦元件的分段照明，所述非分段去耦元件例如可以是复用的体积光栅平面，其以大的入射角工作(CL：合适的准直光，LG：光导元件，nLG：光导光学元件的有效折射率，Mi：平面，其提供半透明反射镜平面的功能，AR：防反射层，其也可以是分级折射率层)。光导结构的折射率nLG小于去耦体积光栅——即n体积光栅(nvolumegrating)之一的折射率。
被准直的光从左手侧进入照明装置。提供准直光束的强度的分段耗尽的分段沿光束路径布置。
图34示出了图33中所示的实施例的单个平铺片。例如平面Mi和Mi+1的反射镜的变迹的反射率分别必须以实现相互重叠的过渡区的均匀强度分布的方式来优化。
一种方法是使用光栅，其提供仅用于限定的——也意味着受限制的——光谱范围的“部分布拉格适配情况”。几组这些类型的体积光栅条纹可以在彼此内相互嵌套。图27中所示的布局可以使用这种方法。因此，有可以使用用于每个原色的例如4个元件子集，这例如意味着用于绿色_1#4的33μm，到绿色_2#4的100μm的距离，到绿色_3#4的100μm距离，到绿色_4#4的100μm距离，到绿色_1#4的100μm的距离等。一组光谱过滤器用于调整所使用的LED的光谱带宽。作为用于相同光源的布拉格适配的两个体积光栅光栅分段以400μm隔开。作为例如陷波滤波器或介电堆叠的布置可以用于切出可以用于同时照明的不同光谱分段。这也意味着，例如具有仅几纳米宽度的小的光谱分段会丢失。
条纹式的、光谱敏感的去耦分段可以具有足以消除传统过滤器条纹的空间限定。在典型的滤色器条纹的存在或不存在的情况下，照明的光谱子集要求呈现给用户的眼睛的颜色空间的分配的颜色校正。R_i#4，G_j#4和B_k#4将跨越用于i＝j＝k的颜色空间。不同颜色的集合——在这里例如是4个——必须以呈现相同颜色空间的方式进行合并。换言之，相邻的绿色SLM像素必须具有——或者至少可以具有(取决于所分配的红色和蓝色像素的光谱位置)——不同的亮度，以产生白色场景点(white scenepoint)。
一种方法是提供仅用于限定的——也意味着受限制的——角度范围的“部分布拉格适配情况”的光栅。可以实施这种方法的各种变型。准直光可以在40℃度、45°度和50°度传播。准直光将沿例如200mm略微发散，这也意味着，我们可以添加例如±1°度的平面波的角谱。除此之外，表面起伏将增加可以是例如±1°度的额外的ASPW。这就是为什么角度间隔的阶跃宽度应当是合适的大——这意味着例如Δθ＝5°度——的原因。用于耦合出光并例如以形成场透镜的去耦体积光栅分段可以显示交替接收角度。因此，目前用于例如三个不同传播角度之一的体积光栅分段之间的距离被提高了3倍。
一种方法是使用提供仅用于限定的偏振阶段的“部分布拉格适配情况”的光栅。因此，例如非偏振LED光可以与基于交替体积光栅的偏振分束器、PBS几何形状结合使用。如果要求了照明单元后面的限定的偏振状态，例如在用于几种类型的SLM和用于偏振型LC光栅的情况下，则交替缓凝剂分段或交替偏振过滤器分段可以被放置在照明设备的出射平面处，以提供所限定的出射偏振。还有可能旋转例如相邻体积光栅分段之间的偏振，所述相邻体积光栅分段例如被设计为用于TE和TM。但是这需要双折射材料和附加的努力，这可能对于ASD大规模产品是昂贵的。这意味着，只有具有成本效益的实施例可以具有大量生产的机会。
局部旋转也可以用于例如沿TE 90°度到0°度去耦光栅传播的TM偏振光。提供偏振旋转的材料可以布置在从体积光栅分段隔开的小平面内，或者它们可以嵌入去耦光栅内。
偏振状态必须被旋转回来，例如回到TM偏振光，以便仅提供合适的短体积光栅分段。换言之，用体积光栅分段填满的两个旋转分段之间的距离是例如仅100μm。放置在这两个偏振分段之间的空间承载体积光栅分段。该体积光栅分段可以包含几个复用的体积光栅。MP可以在相同的体积甚至在几个相邻分段内完成，所述几个相邻分段例如可以与不同的颜色或重建的不同几何形状相关。这也意味着，例如三种体积光栅条纹——即RGB-体积光栅条纹——被放置在两个相邻的偏振旋转平面之间。请注意，这种布置可以与用于SLM平面的滤色器图案对准。
偏振的局部旋转可以在具有例如3μm的宽度的短的分段内引入，或者该旋转可以沿具有例如100μm的宽度的较长的分段引入。
非偏振光光源可以通过例如使用双折射板转化为偏振光光源，所述双折射板也称为萨瓦板，其具有在出射表面处的分段的缓凝板。局部分段缓凝可以选择为例如±λ/4，这相当于45°度和﹣45°度的偏振旋转，以便最小化缓凝的色差。
备选地，可以实施几种偏振分束器、PBS布置，以便将初始光束分离成具有不同出射位置的两个光束。出射位置承载不同的缓凝元件。2D反射设置也可以用于旋转偏振，并因此生成最终出现的两个等效的出射偏振。也可以使用基于体积光栅的PBS几何形状来同时提供限定的偏振状态和高效率。基本原理是承载分段缓凝元件的PBS。
在这么我们可以具有例如不同的正交偏振的LED设置。这意味着，具有不同偏振状态的光从不同的电子发射，这意味着，光属于不同的传播波包，所述波包是独立的并且与彼此不相干的。
旋转可以沿充当λ/2缓凝平面的薄的平面引入。缓凝平面可以布置在具有例如100μm的延伸的相邻RGB像素之间。RGB区域可以包含RGB体积光栅条纹，其具有例如每个33μm的延伸。重建的几何形状可以接近于已知体积光栅-PBS几何形状来选择。
从光源发射的光击中布拉格适配体积光栅分段，其在0.2mm的相对距离处具有例如33μm的宽度。该距离比20mm小得多，但会是足够的。本实施例可以通过使用几个光谱子集来进行扩展。如果使用例如三个光谱子集，则至布拉格适配体积光栅分段的距离增加至0.6mm。
如果使用介电或半透明反射镜平面代替体积光栅，则传播波分段zw的长度也必须被考虑在内。
为了避免光学功率的显著损失，所使用的LED的光必须以仅提供单一偏振状态的方式进行调整。
对于移动应用必须加以解决的一特殊的方面是可以出现的显示器的弯曲。弯曲将引起被传送至SLM平面的强度的变化。
SLM或者甚至另一平面可以承载检测照明的强度分布的传感器元件。例如以30赫兹工作的一百个点是足够的。这些类型的传感器格栅在IP领域的状态下是公知的，但是，传感器检测来自用户空间的光。这可以被翻转，以便寻找照明单元，或者其只可以通过应用检测照明单元的频率的过滤器操作来使用。由于改变力所引起的动态变化可以通过使用给到SLM的偏移值被检测到一补偿。
衍射楔型实施例可以提供合适的平板照明设备。大的入射角被选择，以便使大的光束拉伸系数成为可能。84.26°度的角度——这意味着84.26°度的入射角到0°度的出射角并且其在衍射平面和入射光束的法线之间出现——产生1/cos(84.26°度)＝10的光束拉伸系数。86.18°度的角度产生15倍的拉伸系数，并且87.13°度的角度产生20倍的拉伸系数。掠入射照明可以被看作限制并作为楔型照明的关联。请注意，如果体积光栅层的折射率大于限定入射空间的介质的折射率，则衍射角显著小于入射和出射角度之间出现的角度。如果在掠入射实施例内使用的并且由熔融石英制成的光导层与可以是例如BayFol HX的光聚合物相结合，则可以出现例如77°度的衍射角度。
介电平面可以用作分束器，其显示限定的反射率。该平面必须被布置在45°度几何形状中，以便提供约90°度的光的重定向。在一组反射平面的反射率中的梯度可以用于提供耦合出来进入必须被照明的SLM的方向中的光的合适的均匀的强度。
为了避免可能被用户注意到的强度变化，变迹轮廓可以被实施到部分反射平面内。不考虑光束发散，可以使用不同反射镜平面的反射分布，以便得到均匀的出射强度分布。
反射镜平面的上部边缘和体积光栅平面之间的距离可以是例如100μm至200μm而不是10μm，以便减少相邻分段之间的可见光强度阶跃。小的角度散射也可以用来减少可以在相邻分段之间出现的线的可见度。
分段楔型照明设备的实施例还可以与光谱子集相结合，这意味着使用例如两个或三个不同的RGB组。因此，场镜头MP可以在体积光栅平面内实施。部分反射镜平面的光谱和/或角度选择性是任选的。
也可以使用两个偏振子集来提供场透镜MP。请注意，光谱、角度或偏振子集的分隔可以在例如体积光栅内、在反射镜的平面内或者在这两种类型的元件内被引入。
也可以使用几个反射镜子集来实施例如场透镜MP。左手侧和右手侧照明可以用于寻址两个不同的反射镜组。一个组可以例如被优化为2.87°度的入射和5.74°度的反射角度。第二组可以例如被优化为﹣3.59°度的入射角和﹣7.18°度的反射角。体积光栅平面承载接受在84.26°度进入的光束的第一RGB-体积光栅和在82.82°度进入体积光栅的光束的第二RGB-体积光栅。因为——对于该示例性设置——一个拉伸系数为10，并且另一个为8的事实，所使用的反射镜平面的数量是不同的。
介电反射镜平面可以以显示合适的小的光谱、角度或偏振选择性的方式来设计。这可以在如果典型的2D照明单元被设置在分段楔型照明设备的背面处使用。典型的2D照明设备(BLD)也可以放置在楔型体积光栅-BLD的后面。暂时性(time being)BLD使用偏振循环，以提供发送到SLM平面的偏振光，所述SLM平面要求限定的输入偏振。
体积光栅的选择性可以变窄，比介电反射镜的选择性容易地多，所述介电反射镜——实际上——也是布拉格平面。换言之，带有窄的选择性的体积光栅比带有相同的窄的选择性的介电反射镜更便宜。
对于使用1D编码的全息显示器，沿光的非相干方向定向的分段是优选的。
照明分段的尺寸和位置应当以提供边缘的最小可见度的方式来选择。因此，过渡区应当与SLM的黑色掩膜几何形状相匹配。换言之，可以使用SLM的电极结构来覆盖可能在相邻照明分段之间出现的过渡区。校准和LUT可以用于均匀性的微调。
尽管1D分段方法应当对于大多数应用是足够的，但也可以使用二维分段方法。该方法可以例如使用相当于双楔形BLD的分段，其提供在两个正交方向上的两个10倍拉伸。
图33中所示的反射镜可以通过使用金属涂层而形成。介电层使更少的吸收损失成为可能。这尤其是考虑到的，前提是使用例如超过10个的反射平面。
反射镜平面的反射率沿着光学路径增加，以便提供均匀的出射强度分布。一种实际可行的实施例可以使用一组增加的反射率，其从1/N，1/(N－1)，1/(N－2)，...到1。N个反射镜中的第一个具有最低的反射率，其为1/N。N个反射镜中的最后一个具有最高的反射率，其为接近于1。这是一个近似值，其必须通过使用在反射平面处出现的光束轮廓来细化。光束轮廓沿着传播距离变化。这意味着，该组反射率的值——其是例如1/N，1/(N－1)，1/(N－2)，...至1——描述反射镜平面的积分值。变迹的反射率的离散轮廓取决于反射镜平面Mi的位置。
去耦体积光栅可以以恒定衍射效率DE，η(x)＝常数，其中例如η＝0.99来使用。这种类型的体积光栅布局减少了对准问题。承载结构化DE的体积光栅可以用于补偿可能在体积光栅的前面出现的强度波动。这种类型的横向结构化体积光栅必须以小于50μm的不确定性(uncertainty)横向对准。恒定的DE使对准更适宜。
图14示出了在熔融石英内传播的准直波场的模拟强度分布。1/60°度的ASPW不相干地叠加。如可以够看到的，强度分布沿z展开，并且峰值强度降低。换言之，局部出现的强度分布沿传播距离变化。可以使用模拟数据来优化每个单个反射镜平面的变迹反射率。因此，有可能将反射到去耦体积光栅的强度保持到一恒定的值。此外，等效强度分布I(x，y)Mi可以针对被定向到去耦体积光栅的所有波段实现。优选使用显著小于相邻反射镜的相对距离的相干长度。相邻反射镜平面的变迹轮廓Mi和Mi+1可以以避免可以在交叉部分上可见的强度阶跃轮廓的方式来选择。这示于图37。
在过渡区域内被重叠的强度必须实现相当于强度的平均值的总和，所述强度的平均值在去耦体积光栅的出射平面内实现。换言之，在Mi的顶部区域出现的r(x，y)Mi的局部值取决于在Mi+1的底部区域出现的r(x，y)Mi+1的局部值。合适的低相干性避免可能在相邻楔形分段的重叠区域出现的相位依赖的强度调制。对于55寸全息电视，zc≤10mm的相干性可以是实际可行的。可以提供变迹的金属或介电轮廓的技术自从十年前已被建立。
变迹轮廓也可以通过使用适用于具有折射率i的个体分段的反射或透射型体积光栅来提供。这意味着，在分段平面内的体积光栅的使用等效于金属或介电反射镜平面的使用。
根据上述本发明的照明设备的分段布局在下文中明确：
分段使利用低成本设备的分步方式曝光成为可能。分段可以用于直接去耦或与图29、30和16中所示的折射、反射或衍射透镜阵列相结合。
1)主要方面——分段方式去耦——
使用以90°度传播的准直平面波的光谱。在显示器边缘完成的准直提供合适的低的发散，其在从照明装置的一侧传播到相对侧的波场的传播期间出现。
准直波场的最小发散优选使小的形成系数成为可能。
示例：
如果使用单高斯模式，则光束腰可以放置在照明板的中心处。这意味着，准直单元沿一个方向轻微聚焦所述光。
在例如PMMA或PC板内传播的准直光被以分段方式耦合出，以便照明复值类型的SLM，其可以被称为C-SLM或P+A-SLM。所述P+A-SLM必须以避免功能性的以及因此的可识别的间隙的方式来照明。如果SLM使用颜色分配条纹或条柱，则光的去耦和重定向可以以条纹方式完成。去耦条纹与任选的滤色器相关。请注意，滤色器在这里不是必须的。图案化RGB去耦可以管理SLM的空间分配RGB操作。
分段类型的实施例可以通过使用分步和重复过程来实现，其可以以合适的低的资本支出(CAPEX)来建立。这是为什么分步和重复或者扫描过程对于大规模制造是潜在可能的原因。
2)第二方面——均匀去耦——
第二方面是将光去耦出透明基底的分段必须在照明设备的显示器尺寸出射平面内实现均匀强度分布。强度变化应当小于10％，以便最小化由SLM所要求的为了补偿这些局部变化的位深度(Bit-Depth)的消耗。
本发明可以被再分为三个子方面，其可以被称为“全部适应的衍射效率”方面、“传播期间的发散”方面和“局部重叠方面”。
子方面：“全部适应的衍射效率”
全部适应的衍射效率方面意味着当光沿光学路径传播时连续升高体积光栅分段的衍射效率η。
函数η(z)在图10中示出。接近于照明设备的出射平面，出现高强度I(z＝0)，其要求最低的衍射效率η(z＝0)。在这里，已去耦的强度为I已去耦(z＝0)＝I(z＝0)xη(z＝0)。该值应当独立于局部位置。因此，在透明基底内出现的光的分步方式耗尽使衍射效率是强制的，其以分步方式提高。
子方面：“传播期间的发散”
限制准直波的直径意味着增加发散。较小的直径等效于较大的发散。此外，在相同直径上的较大的波长也等效于较大的发散。这意味着，必须被重新定向并被耦合出来的局部光束轮廓沿光学路径变化。沿z略微增加的光束轮廓可以与略微增加到相邻去耦分段的距离Δz的分段相结合。总之，分散必须被考虑在内，并且局部去耦必须被调整，以解决这个问题。
子方面：“局部重叠方面”
必须放置分段，以避免可视间隙。但是，代替所有具有个体地但恒定的衍射效率的接合分段一起作为边缘到边缘布置，可以使用分段的略微重叠。
现在，单个分段的衍射效率被轻微变迹。两个相邻去耦分段的衍射效率的总和是合适地接近于恒定值的。
因此，准直光的小角度移位或者基底的弯曲以避免另外地在相邻分段之间出现的尖锐强度变化的可见性的方式来补偿。
3)第三个方面——ASPW——
第三个方面是变窄的平面波的角谱(ASPW)，这对于全息3D显示器是必须的。
关于1/60°度类型的ASPW可以实施两种选择。
1)一种选择是准直设备提供合适准直的和已调整的波长，其具有所要求的ASPW。这是优选的实施例。在这种情况下，体积光栅分段的厚度可以是例如10μm。
2)第二种选择是在照明设备内出现的初始ASPW可以是非常大的。在这种情况下，去耦体积光栅(体积光栅)分段必须被制成合适厚的，以便仅切出所要求的ASPW。在这种情况下，体积光栅分段的
厚度dHOE必须是例如≥200μm。
这可以被完成，但是其将引起光能的损失。只要损失是合适的小的，例如仅50％，就会是实际可行的。
其他方面：
相干长度：一个方面是相干性特性的实施方式，所述相干性特性避免从相邻分段去耦的光的相干串扰。在相邻体积光栅分段之间出现的光学路径差(OPD)必须是大到足以仅提供非相干重叠。这意味着，体积光栅分段之间的距离必须是足够大的。并且，这限定了布置的整个厚度，所述布置使用例如45°度倾斜的体积光栅去耦分段。实际可行的OPD为几毫米至1厘米。
至SLM前光照明设备的0°度和从SLM前光照明设备返回的0°度的分隔
偏振：
偏振选择性衍射可以用于分隔至SLM前光照明设备的0°度和从SLM前光照明设备返回的0°度。这可以例如通过使用90°度PBS几何形状来实现。
角度：基于体积光栅的衍射的角度选择性可以用于分隔从前侧照明SLM并作为已调制的复值波场从SLM返回的光。这可以通过使用到SLM的5°度和从SLM布置返回的﹣5°度来实现。分隔角度为10°度是足够的。
最后，必须说的是上述实施例、掠入射实施例和属于分段光去耦元件(分段体积光栅)的实施例应当仅被理解为示意性说明所要求保护的教导，但所要求保护的教导不限于这些实施例。

Claims (40)

1.一种用于照明至少一个空间光调制器设备的照明设备，所述空间光调制器设备优选被用于显示二维和/或三维图像，包括：
·带有用于照明至少一个空间光调制器设备的至少一个光源的至少一个光源设备
·优选地实质上是平面的光导元件，其包括至少一个光传导芯，其中，至少一个光源设备被布置在光导元件的侧面，以及其中，从至少一个光源设备的至少一个光源发出的光通过光导元件的区域传播，
·在光导元件的顶部或内部布置的至少一个光去耦元件，所述至少一个光去耦元件被提供为用于在光导元件中传播到至少一个空间光调制器设备的方向中的光的波场的去耦，
其中
光导元件具有显著低于或者至少等于至少一个光去耦元件的折射率的折射率，其中，以从至少一个光去耦元件去耦的平面波角谱具有取决于所要求的照明设备的使用的预定值的这种方式，通过所述折射率之间的差来确定进入至少一个光去耦元件的波场的入射角。
2.根据权利要求1所述的照明设备，其中，对于全息应用，从至少一个光去耦元件去耦的平面波的角谱在至少一个横向方向中不大于1/60°度。
3.根据权利要求2所述的照明设备，其中，所述平面波的角谱在全息编码方向中不大于1/60°度，并且在垂直于全息编码方向的方向中具有大约0.5°度至3°度——优选1°度——的值。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的照明设备，其中，至少一个光去耦元件平行于光导元件中的光的传播方向布置，其中，光导元件内的光以接近于90°度的角度传播至光去耦元件的表面法线。
5.根据权利要求1所述的照明设备，其中，包覆层被提供在光导元件和至少一个光去耦元件之间。
6.根据权利要求5所述的照明设备，其中，包覆层形成为防反射涂层，优选介电涂层，以向至少一个光去耦元件提供光导元件的折射率的梯度状过渡。
7.根据权利要求6所述的照明设备，其中，介电涂层包括介电层堆。
8.根据权利要求6或7所述的照明设备，其中，变迹轮廓被实施到介电层的反射平面中。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的照明设备，其中，提供吸收层，其布置在包覆层的相对侧上的光导元件上。
10.根据权利要求1所述的照明设备，其中，准直设备被提供用于准直来自至少一个光源设备的至少一个光源发出的光。
11.根据权利要求10所述的照明设备，其中，准直设备以具有所要求的优选不大于1/60°度的平面波的角谱的合适的准直和调整的波场是可用的这样一种方式来设计。
12.根据权利要求10或11所述的照明设备，其中，准直设备具有用于限制光学路径的初始直径的小孔，其中，小孔包括振幅变迹轮廓和/或相位变迹轮廓。
13.根据权利要求1所述的照明设备，其中，光导元件的光传导芯以全息体积光栅的形式制成。
14.根据权利要求1所述的照明设备，其中，光导元件在内部包括光去耦元件，优选体积光栅，所述光去耦元件包括优选用于整形波场的多个光去耦分段元件，所述波场必须被耦合出来并实施出现在波场的各部分之间的多个光学路径差。
15.根据权利要求14所述的照明设备，其中，光去耦分段元件被曝光到光导元件中并且具有比光导元件的厚度小得多的横向延伸。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的照明设备，其中，在光导元件中传播的波场的发散用于耦合出来光去耦元件或光去耦分段元件的光。
17.根据权利要求1至16中任一项所述的照明设备，其中，在光导元件中传播的光的直径在一个方向中具有毫米范围内的值，其中，在垂直于所述方向的方向中，直径的值能够更大。
18.根据权利要求1所述的照明设备，其中，至少一个光源设备具有静态复值振幅分布，并且在附加地使用实质上相干的光源设备的情况下包括动态散射板。
19.根据权利要求1或18所述的照明设备，其中，至少一个光源设备包括优选是空间结构化的振幅掩膜，以获得光源设备的出射平面内的固定振幅分布。
20.根据权利要求1或18所述的照明设备，其中，至少一个光源设备包括连续相位功能掩膜或表面凹凸光栅或计算机生成的全息图，以提供修正光源平面的相位分布。
21.根据权利要求1、18至20所述的照明设备，其中，至少一个光源设备包括用于原色红色、绿色和蓝色的光源，所述原色红色、绿色和蓝色关于光源设备的出射平面的强度分布单独优化，其中，单个光源的已优化的光路径在进入光导元件之前组合。
22.根据权利要求21所述的照明设备，其中，提供滤色器或颜色胶片状振幅分布轮廓来单独优化用于原色的振幅分布。
23.根据权利要求22所述的照明设备，其中，用于原色的过滤器的已优化的振幅分布被曝光到细晶粒红-绿-蓝类型的缩微平片材料中。
24.根据权利要求1至23中任一项所述的照明设备，其中，在光导的出射平面和光去耦结构提供折射空间采样的棱镜矩阵。
25.根据权利要求1至24中任一项所述的照明设备，其中，从光源设备发出的光至少在一个方向中部分相干，或者在任一方向中不相干。
26.根据权利要求1至25中任一项所述的照明设备，其中，光去耦元件是体积光栅或其他类型的光栅。
27.根据权利要求1至26中任一项所述的照明设备，其中，光在至少一个方向上以准直的方式在光导元件中传播。
28.根据权利要求1所述的照明设备，其中，反射或光透射空间光调制器设备在光传播的方向上布置在照明设备的输出耦合侧的下游。
29.根据权利要求1所述的照明设备，还包括光检测器阵列，其用于测量由照明设备提供的变化的强度分布和/或到照明设备内的光去耦元件上的光的入射角度。
30.空间光调制器设备，其由根据权利要求1至29中任一项所述的照明设备来照明。
31.根据权利要求30所述的空间光调制器设备，包括光检测器阵列，其用于测量由照明设备提供的变化的强度分布和/或到照明设备内的光去耦元件上的光的入射角度。
32.根据权利要求31所述的空间光调制器设备，其中，光检测器阵列形成为格栅，并被布置在空间光调制器设备的吸收区域上。
33.包括根据权利要求1-29中任一项所述的照明单元的显示设备，其中，空间光调制器设备布置在从光传播的方向上看到的照明单元的下游。
34.一种用于测量和补偿在空间光调制器设备的入射平面上存在的并由照明设备通过以下方法提供的光的局部的和/或时间上的强度分布变化的方法：
-借助于作为空间光调制器设备的或照明设备的一部分或者设置在空间光调制器设备或照明设备附近的检测器设备来测量变化的强度分布，由此接收用于补偿变化的强度分布的测量值
-通过修正作为空间光调制器设备的振幅值的局部透射来补偿变化的强度分布
-将已补偿的透明度值写入到空间光调制器设备中。
35.根据权利要求34所述的方法，其中，强度分布变化通过使用未从照明设备去耦进入通向空间光调制器的方向的光间接进行测量。
36.根据权利要求34所述的方法，其中，附加地，入射光的角度分布通过使用四象限光检测器并在光检测器前面布置微透镜的格栅同时利用强度分布来测量。
37.一种检测器设备，其用于测量在空间光调制器设备的入射平面存在的并由用于应用根据权利要求34的方法的照明设备的光的局部的和/或时间上的强度分布的变化。
38.根据权利要求37的检测器设备，其包括被布置在空间光调制器设备的吸收区域上或照明设备的出射平面上的检测器格栅。
39.根据权利要求38所述的检测器设备，其中，检测器格栅包括半透明的或高度透明的光检测器。
40.根据权利要求38所述的检测器设备，其中，检测器格栅包括光导格栅或带有限定的“耦合在内”的点的光导线。
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