DE102007011560A1

DE102007011560A1 - Vorrichtung zur Minimierung der verbeugungsbedingten Dispersion in Lichtmodulatoren

Info

Publication number: DE102007011560A1
Application number: DE102007011560A
Authority: DE
Inventors: Ralf Dr. Häußler
Original assignee: SeeReal Technologies SA
Current assignee: SeeReal Technologies SA
Priority date: 2007-03-02
Filing date: 2007-03-02
Publication date: 2008-09-04
Also published as: JP2010520491A; WO2008107361A1; TW200909864A; US20100165428A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Minimierung der beugungsbedingten Dispersion in Lichtmodulatoren zur holografischen Rekonstruktion farbiger Darstellungen, enthaltend einen als diffraktives optisches Element ausgebildeten, mit steuerbaren Strukturen (2, 3, 4) versehenen Lichtmodulator (1) und mindestens eine Lichtquelle (15; 11, 12, 13) zur Beleuchtung des Lichtmodulators (1), wobei bezüglich einer vorgegebenen höheren Beugungsordnung zugehörige wellenlängenabhängige Sichtbarkeitsbereiche (21, 22, 23) einen auf die Flächenormale (5) des Lichtmodulators (1) bezogenen lateralen chromatischen Versatz (V) bezüglich der Lage ihrer Ausdehnungen (BFR, BFG, BFB) auf einer festgelegten Betrachterebene (24) aufweisen. Die Aufgabe besteht in einer Verbesserung der Rekonstruktionsqualität unabhängig von der Ein- und Ausfallrichtung des Lichtes. Die Lösung besteht darin, dass dem Lichtmodulator (1) mindestens ein refraktives optisches Element (6, 6', 6'') zugeordnet ist, dessen refraktive chromatische Dispersion der diffraktiven chromatischen Disperson des Lichtmodulators entgegenwirkt, so dass die Sichtbarkeitsbereiche für die verschiedenen Farben sich zentriert zu einem effektiven Sichtbarkeitsbereich überlagern.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Minimierung der beugungsbedingten Dispersion in Lichtmodulatoren zur holografischen Rekonstruktion farbiger Darstellungen, enthaltend einen als diffraktives optisches Element ausgebildeten, mit steuerbaren Strukturen versehenen Lichtmodulator und mindestens eine Lichtquelle zur Beleuchtung des Lichtmodulators, wobei bezüglich einer vorgegebenen höheren Beugungsordnung zugehörige wellenlängenabhängige Sichtbarkeitsbereiche einen auf die Flächennormale des Lichtmodulators bezogenen lateralen chromatischen Versatz V bezüglich der Lage ihrer Ausdehnungen BF_R, BF_G, BF_B auf einer festgelegten Betrachterebene aufweisen. Die Erfindung bezieht sich sowohl auf amplitudenmodulierende als auch auf phasenmodulierende Lichtmodulatoren.
Lichtmodulatoren (engl. spatial light modulators), die beispielsweise auf der Basis von Flüssigkristallen realisiert sind, stellen von sichtbarem Licht durch- oder bestrahlbare flächig erstreckte optische Elemente dar, deren optische Eigenschaften durch Anlegen eines elektrischen Feldes temporär verändert werden können. Das elektrische Feld kann jeweils in kleinen Flächenbereichen, sogenannten Pixeln, gesondert eingestellt werden, wodurch sich die Möglichkeit einer zwar pixelweisen, jedoch für viele holografische Anwendungen ausreichend feinen Einstellung der optischen Transparenzeigenschaften des Lichtmodulators ergibt. Diese Möglichkeit wird genutzt, um eine eingehende Wellenfront beispielsweise beim Durchgang durch den Lichtmodulator derart zu verändern, zu modulieren, dass sie im Abstand eines Betrachters einer Wellenfront gleicht, die von einem realen Objekt ausgeht. Dadurch wird bei entsprechender Ansteuerung des Lichtmodulators eine holografische Rekonstruktion eines räumlichen Objektes möglich, ohne das Objekt zum Zeitpunkt der Betrachtung zur Verfügung haben zu müssen.
Es sind auch steuerbare elektromechanische diffraktive Strukturen in Form von MEMS (engl. microelectrical mechanical structures) beispielsweise als Lichtmodulatoren in der Druckschrift US 6922273 beschrieben, wobei die lichtmodulierenden MEMS in Abhängigkeit von der Wellenlänge des einfallenden Lichts einen unterschiedlichen Beugungswinkel erzeugen. Ein Problem dieser Strukturen besteht aber darin, dass sie das Licht nur in einer Richtung beugen. Am weitesten verbreitet sind deshalb gegenwärtig zweidimensionale transmissive oder reflektive Lichtmodulatoren auf der Basis von Flüssigkristallen (engl. liquid crystal – LC).
Amplitudenmodulierende Lichtmodulatoren auf Flüssigkristall-Basis sind in unterschiedlichen Ausführungen bekannt und weit verbreitet zur Anwendung in 2D-Displays. Entsprechend ihrer Verwendung sind diese bereits für einen großen Wellenlängenbereich und für einen großen Betrachterwinkelbereich optimiert.
Die Wellenlängenabhängigkeit der Transmission amplitudenmodulierender Lichtmodulatoren auf IC-Basis wird mit Hilfe einer Kalibration bei unterschiedlichen Wellenlängen (rot R, grün G und blau B, im Folgenden nur als R, G, B bezeichnet) kompensiert. Um eine gewünschte Intensität bei R, G oder B zu erhalten, muss für R, G und B eine unterschiedliche Spannung an die jeweilige Flüssigkristall-Zelle angelegt werden.
Die Abhängigkeit der Transmission vom Betrachterwinkel wird z. B. in Flüssigkristallmodulatoren mittels spezieller Kompensationsfolien ausgeglichen, die vor und/oder hinter der aktiven Flüssigkristall-Schicht angeordnet sind.
Es ist auch bekannt, dass es sowohl diffraktive optische Elemente (DOE) und auch refraktive optische Elemente (ROE) gibt, wobei sowohl bei diffraktiven optischen Elementen als auch bei refraktiven optischen Elementen jeweils eine chromatische Dispersion auftritt, d. h. der Beugungs- bzw. Brechungswinkel ändert sich mit der Wellenlänge des einfallenden Lichtes. Die diffraktive Dispersion ist dabei inhärent in der Struktur von diffraktiven optischen Elementen angelegt und tritt immer auf. Die refraktive Dispersion wird verursacht durch die Wellenlängenabhängigkeit des Brechungsindex des verwendeten Materials.
Bei der holografischen Visualisierung von 3D-Darstellungen, die z. B. in einem Lichtmodulator kodiert sind, wird angestrebt, die Betrachtung aus einem großen Sichtbarkeitsbereich zu ermöglichen. Dabei nimmt der Betrachter auch Licht wahr, das den Lichtmodulator schräg durchläuft. Da auch farbige Hologrammrekonstruktionen erzeugt werden sollen, bleiben dispersive Effekte an Lichtmodulatoren durch den damit verbundenen Versatz der einzelnen Farbkomponenten bei der Rekonstruktion farbiger Darstellungen nicht aus, was sehr störend sein kann.
Die Winkel- und Wellenlängenabhängigkeit eines amplitudenmodulierenden Lichtmodulators auf IC-Basis ist, wie oben beschrieben, bereits weitgehend kompensiert bzw. in bekannter Weise kompensierbar. Die diffraktive Dispersion, also die von der Wellenlänge abhängige unterschiedlich starke Ablenkung eines Lichtstrahls bei der Verwendung des Lichtmodulators als diffraktives optisches Element, z. B. in der Holografie, ist jedoch extrem störend. Die diffraktive Dispersion eines Lichtmodulators ist dann besonders störend, wenn zur Kodierung eines Hologramms z. B. auf einem amplitudenmodulierenden Lichtmodulator eine Detour-Phasen-Kodierung, z. B. eine Burckhardt-Kodierung, angewendet wird, da dabei die Rekonstruktion nicht in der nullten Beugungsordnung, sondern in der ersten Beugungsordnung stattfindet und das dem Betrachter zugeleitete Licht den Lichtmodulator ausnahmslos schräg verlässt. Aufgrund der diffraktiven Dispersion sind die holografischen Rekonstruktionen bei unterschiedlichen Wellenlängen gegeneinander verschoben.
Ein Problem tritt besonders dann auf, wenn der Beugungswinkel aufgrund eines relativ großen Pixelabstands, wie er bei kommerziell eingeführten Lichtmodulatoren üblich ist, klein ist und der Sichtbarkeitsbereich bei der holografischen Rekonstruktion auf eine Beugungsordnung des Hologramms beschränkt wird, wie es z. B. in der Druckschrift WO 2004044659 beschrieben ist. Bei Nutzung einer bestimmten Beugungsordnung zur Rekonstruktion ergibt sich ein begrenzter Sichtbarkeitsbereich als ein virtuelles Fenster in der Betrachterebene, durch welches der Betrachter die holografische Rekonstruktion einer Darstellung, z. B. eines 3D-Objektes, im Raum zwischen Lichtmodulator und Betrachterebene sieht. Das gewinnt dadurch besondere Bedeutung, dass eine visuelle Wahrnehmung durch einen Betrachter stets nur am Ort seiner Augen möglich ist, wodurch die holografische Rekonstruktion der Wellenfront des Objektes zumindest an diesem Ort den Erwartungen des Betrachters genügen muss. Der zugehörige Sichtbarkeitsbereich ist so groß wie eine Beugungsordnung und ist im Fall der Burckhardt-Kodierung um die erste Beugungsordnung zentriert. Wenn der Sichtbarkeitsbereich dem Betrachter nachge führt wird, kann er auf die Größe einer Augenpupille reduziert werden, um die erforderliche Auflösung des Lichtmodulators auf ein Minimum zu reduzieren, was technologisch erstrebenswert ist.
Eine herkömmliche Vorrichtung zur Erzeugung von Rekonstruktionen mittels eines Lichtmodulators bezogen auf einen Sichtbarkeitsbereich zeigt in 1 das Problem bei einer Rekonstruktion farbiger Darstellungen, z. B. 3D-Szenen, unter Nutzung einer höheren Beugungsordnung, vorwiegend der ersten Beugungsordnung, an einem amplitudenmodulierenden Lichtmodulator 1. Die Ausrichtung des Lichtmodulators 1 ist im Raum durch die Flächennormale 5 vorgegeben. Der Lichtmodulator 1 kann ein holografisches Display darstellen, wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit für eine Beleuchtung mit einer Lichtquelle 15 nur die verschiedenfarbigen Lichtquellen 11 mit LQ_R – Licht mit roter Wellenlänge –, 12 mit LO_G – Licht mit grüner Wellenlänge –, 13 mit LQ_B – Licht mit blauer Wellenlänge –, der Lichtmodulator 1 und die Sichtbarkeitsbereiche 21, 22, 23 mit den Ausdehnungen BF_R, BF_G, BF_B gezeichnet sind. Die in 1 hintereinander in einem Abstand zueinander gezeichneten Sichtbarkeitsbereiche 21, 22, 23 mit BF_R, BF_G, BF_B befinden sich in Wirklichkeit im gleichen Abstand vom Lichtmodulator 1 in einer Betrachterebene 24.
Bei einer farbigen Rekonstruktion, bei der der Lichtmodulator 1 von den an der gleichen Position vorgesehenen Lichtquellen 11, 12, 13 mit unterschiedlichen Wellenlängen beleuchtet wird, weisen die dazugehörigen wellenlängenabhängigen Sichtbarkeitsbereiche 21, 22, 23 mit BF_R, BF_G, BF_B für sich eine unterschiedliche Ausdehnung und zugleich einen lateralen chromatischen Versatz V auf, der als diffraktiver chromatischer Fehler bezeichnet werden kann, wobei andererseits die jeweilige wellenlängenabhängige Ausdehnung BF_R, BF_G, BF_B nur wenig über der Größe der Pupille 28 eines Betrachters liegt. Die durch den chromatischen Versatz entstehende gegenseitige Verschiebung der Sichtbarkeitsbereiche 21, 22, 23 verringert die Größe des möglichen Sichtbarkeitsbereichs auf einen effektiv verfügbaren Sichtbarkeitsbereich 26 im Überlappungsbereich mit einer wesentlich geringeren Ausdehnung BF_eff relativ zu den Gesamtgrößen der einzelnen Sichtbarkeitsbereiche 21, 22, 23 erheblich. Es kann daher nur eine gegenüber den Ausdehnungen BF_R, BF_G, BF_B wesentlich verringerte, auf dem chromatischen Versatz V basierende Überlappung von BF_R, BF_G, BF_B als effektiver Sichtbarkeits bereich 26 mit BF_eff zur Visualisierung genutzt werden, wobei der effektive Sichtbarkeitsbereich 26 mit BF_eff beispielsweise auch kleiner als die Pupille 28 eines Betrachters sein kann. Da damit u. U. viele Informationen bei der Visualisierung der Rekonstruktion verloren gehen, verringert sich somit insbesondere bei schräger Betrachtung die Rekonstruktionsqualität.
In der Druckschrift US2006033972 wird das Problem dadurch gelöst, dass die verschiedenfarbigen Lichtquellen LQ_R, LQ_G, LQ_B in einem solchen gegenseitigen Abstand voneinander angeordnet werden, dass die Beugungsordnungen für die drei Farben nach der Beugung an den Strukturen des Lichtmodulators sich am gleichen Ort überlappen. Das ist aber nicht möglich, wenn die verschiedenen Farben aus der gleichen Lichtquelle hervorgehen, z. B. bei einer weißen Lichtquelle oder die verschiedenfarbigen Lichtquellen einen fixierten Abstand zueinander aufweisen, wie z. B. die RGB-Pixel bei der Verwendung eines Farbdisplays als Lichtquelle.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Minimierung der beugungsbedingten Dispersion in Lichtmodulatoren zur holografischen Rekonstruktion farbiger Darstellungen anzugeben, die derart geeignet ausgebildet ist, dass bei der holografischen Rekonstruktion von farbigen 3D-Objekten die Rekonstruktionsqualität unabhängig von der Ein- und Ausfallrichtung des Lichtes verbessert wird.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Die Vorrichtung zur Minimierung der beugungsbedingten Dispersion in Lichtmodulatoren zur holografischen Rekonstruktion farbiger Darstellungen enthält einen als diffraktives optisches Element ausgebildeten, mit steuerbaren Strukturen versehenen Lichtmodulator und mindestens eine Lichtquelle zur Beleuchtung des Lichtmodulators, wobei bezüglich einer vorgegebenen höheren Beugungsordnung zugehörige wellenlängenabhängige Sichtbarkeitsbereiche einen auf die Flächennormale des Lichtmodulators bezogenen lateralen chromatischen Versatz V bezüglich der Lage ihrer Ausdehnungen BF_R, BF_G, BF_B auf einer festgelegten Betrachterebene aufweisen,
wobei gemäß dem Kennzeichenteil des Patentanspruchs 1 dem Lichtmodulator mindestens ein refraktives optisches Element zugeordnet ist, dessen refraktive chromatische Dispersion |dδ/dλ| gleich der diffraktiven chromatischen Dispersion |dθ/dλ| des pixelweise ausgebildeten Lichtmodulators gemäß Gleichung |dδ/dλ| = |dθ/dλ| (VI)gegeben ist, wobei das refraktive optische Element eine derartige entgegengesetzt gerichtete refraktive chromatische Dispersion |dδ/dλ| aufweist, dass die wellenlängenabhängigen Sichtbarkeitsbereiche mit ihren Ausdehnungen BF_R, BF_G, BF_B auf einen effektiven Sichtbarkeitsbereich mit einer Ausdehnung BF'_eff in der festgelegten Betrachterebene zentriert sind, wobei δ der Ablenkwinkel des refraktiven optischen Elements, θ der Beugungswinkel und λ die Wellenlänge sind.
Als Lichtquelle kann eine einzige weißstrahlende Lichtquelle mit den drei darin befindlichen Wellenlängen Rot, Grün und Blau vorgesehen sein.
Als Lichtquelle kann auch eine Lichtquelleneinheit mit verschiedenfarbigen Lichtquellen LQ_R, LQ_G, LQ_B mit den Wellenlängen Blau, Grün, Rot vorgesehen sein, die wahlweise an einer Stelle oder an verschiedenen Stellen in einer vorzugsweise senkrecht zur Flächennormalen ausgebildeten Ebene angeordnet sind. Dabei kann die Ausdehnung BF'_eff des gemeinsamen effektiven Sichtbarkeitsbereichs der Ausdehnung BF_B des Sichtbarkeitsbereichs für die blaue Wellenlänge entsprechen.
Der Lichtmodulator kann eine optisch aktive Schicht vorzugsweise in Form einer ebenen doppelbrechenden Schicht haben, die Flüssigkristalle enthält, deren Brechungsindex-Ellipsoid durch Anlegen eines elektrischen Feldes an die als Pixel ausgebildeten Strukturen steuerbar ist. Unter optisch aktiver Schicht ist dabei eine zumindest teilweise transmittierende und/oder reflektierende Schicht zu verstehen, deren optische Volumeneigenschaften von mindestens einem von außen einstellbaren physikalischen Parameter abhängen und durch Variation des Parameters gezielt gesteuert werden können.
Der Lichtmodulator kann andererseits steuerbare elektromechanische Strukturen – MEMS – mit diffraktiven optischen Eigenschaften aufweisen, die den Lichtmodulator zu einem diffraktiven optischen Element ausbilden.
Als refraktives optisches Element kann mindestens ein vorzugsweise dreiseitiges Prisma angeordnet sein, das aus zwei Grenzflächen und einer Flankenfläche besteht, wobei die beiden Grenzflächen die Schenkel für den Prismenwinkel α bilden, der der Flankenfläche gegenüberliegt.
Der zugehörige Prismenwinkel α ist dabei umgekehrt proportional dem Abstand p (Pitch) der Mitten zweier benachbarter Pixel des Lichtmodulators.
Anstelle eines einzelnen Prismas kann das refraktive optische Element ein Prismengitter sein, das mehrere Prismen oder Sektoren von Prismen in einer periodischen Anordnung umfasst.
Die Prismen des Prismengitters können eine Basislänge b der dem Lichtmodulator benachbarten Grenzfläche aufweisen, wobei die Basislänge b dem Pitch p der Pixel des Lichtmodulators oder einem ganzzahligen Vielfachen davon entsprechen kann.
Die Prismen des Prismengitters können jeweils eine hinterschnittene Flankenfläche aufweisen.
Die hinterschnittenen Flankenflächen können einen Flankenwinkel β zwischen einer zur Grenzfäche parallel gerichteten Ebene und den durch die Hinterschneidung der Prismen schräg verlaufenden Flankenflächen der Prismen aufweisen, der gleich dem Winkel von 90°, der die Richtung der Flächennormalen angibt, abzüglich dem Beugungswinkel θ in der vorgegebenen Beugungsordnung ist.
Für den Fall, dass die Erfindung durch einen Lichtmodulator für holografische Displays realisiert wird, der mindestens eine optisch aktive Schicht umfasst, deren Brechungsindex-Ellipsoid pixelweise gesteuert werden kann, ist erfindungsgemäß somit mindestens ein refraktives Kompensationselement vorhanden, das der diffraktiven Dispersion, die durch die pixelweise Struktur der optisch aktiven Schicht bedingt ist, entgegenwirkt.
Es ist daher für eine achromatische Kompensation zweckmäßig, insbesondere wenn der Lichtmodulator unter Betrachtungswinkeln eingesetzt wird, bei denen dispersive Effekte stören, dass in Verbindung mit der optisch aktiven Schicht das refraktive optische Element angeordnet ist, das der diffraktiven Dispersion der optisch aktiven Schicht des Lichtmodulators entgegenwirkt. Das angegebene Prisma oder die angegebenen Prismengitter sind z. B. jeweils ein solches refraktives optisches Element.
Die Wellenlängenabhängigkeit bei der Rekonstruktion insbesondere mit einem amplitudenmodulierenden Lichtmodulator kann somit kompensiert werden, indem beispielsweise ein Prisma oder ein angegebenes Prismengitter in der Nähe des Lichtmodulators angeordnet wird.
Ein Prisma ist jedoch ein asymmetrisches optisches Element. Die Asymmetrie ist nutzbar, wenn der Lichtmodulator so eingesetzt wird, dass er schräg und stets mit gleicher Orientierung betrachtet wird. Das ist z. B. gegeben, wenn eine vorgegebene höhere Beugungsordnung als die nullte Beugungsordnung zur holografischen Rekonstruktion einer farbigen Darstellung ausgewählt wird. Insbesondere in holografischen Anwendungen, in denen zur Rekonstruktion zu betrachtender Darstellungen höhere Beugungsordnungen benutzt werden, stören unkompensierte dispersive Effekte.
Die Dispersion des Brechungsindex und der Prismenwinkel α des Prismas werden zur Minimierung der beugungsbedingten Dispersion so ausgebildet, dass die Dispersion des Prismas und die Dispersion der optisch aktiven Schicht bzw. der steuerbaren elektromechanischen Strukturen des Lichtmodulators betragsmäßig gleich groß, aber entgegengerichtet sind. Praktisch lässt sich das nicht in jedem Falle exakt realisieren. Die Erfindung ist jedoch bereits mit einer deutlichen Qualitätsverbesserung der optischen Rekonstruktion verbunden, wenn das refraktive optische Element so ausgebildet ist, dass es die diffraktive Dispersion des Lichtmodulators zumindest zu 80% korrigiert und kompensiert oder wenn das Prisma bzw. das Prismengitter nach Berechnung des jeweiligen Prismenwinkels α so ausgebildet werden, dass die verbleibende diffraktive Dispersion der Vorrichtung minimal wird.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung lässt sich grundsätzlich auf amplitudenmodulierende und phasenmodulierende Lichtmodulatoren anwenden, die zur holografischen Rekonstruktion einer farbigen Darstellung in einer von Null verschiedenen Beugungsordnung genutzt werden.
Um herkömmliche Lichtmodulatoren z. B. auf IC-Basis verwenden und durch ein refraktives optisches Kompensationselement verbessern zu können, ist es zweckmäßig, das Kompensationselement separat auszubilden und außerhalb der optisch aktiven Schicht in einem möglichst geringen Abstand zur optisch aktiven Schicht anzuordnen, da ein durch den Lichtmodulator hindurch tretender Lichtstrahl, welcher mehrere Farbkomponenten LQ_R, LQ_G, LQ_B umfasst, die optisch aktive Schicht als divergentes Strahlenbündel verlässt. Der Abstand zwischen einzelnen Strahlen unterschiedlicher Farbe wächst daher mit zunehmendem Abstand des refraktiven optischen Elements von der optisch aktiven Schicht, was eine Kompensation der diffraktiv bedingten Divergenz in größerem Abstand von der optischen aktiven Schicht erschwert.
Insbesondere bei Verwendung von Prismen als refraktive Kompensationselemente ist es zweckmäßig, wenn das refraktive optische Element mehrere Prismen oder Sektoren von Prismen in periodischer Anordnung in Form eines Prismengitters umfasst, um auf diese Weise Volumen und Gewicht zu sparen und bei großen Glasdicken auftretende parallaktische Effekte zu verringern. Wenn das refraktive optische Prismengitter mehrere Prismen oder Sektoren von Prismen umfasst, deren Basislänge b dem Pitch p der Pixel des Lichtmodulators oder einem ganzzahligen Vielfachen davon entspricht, können Einflüsse durch Kantenbeugungseffekte gering gehalten werden.
Insbesondere bei kleinen Basislängen der Prismen in derartigen Mehrfachanordnungen von Prismen ist es von Vorteil, wenn die Flankenflächen der Prismen im Bereich des größten Abstandes zwischen den optisch wirksamen Grenzflächen annähernd parallel zu den Lichtstrahlen verlaufen, die die Prismen passieren. Auf diese Weise wird die Größe von nicht als Prisma wirkenden Bereichen bei schräger Betrachtungsweise des Lichtmodulators zumindest reduziert. Durch eine entsprechende Hinterschneidung der einzelnen Prismen besteht zumindest bei einem bestimmten Betrachtungswinkel nahezu die gesamte Fläche der Prismenanordnungen aus einer der diffraktiven Dispersion des Lichtmodulators entgegenwirkenden Fläche, da nahezu alle Lichtstrahlen vor Erreichen der Betrachterebene jeweils beide optisch wirksamen Grenzflächen passieren.
Die Erfindung wird anhand mehrerer Ausführungsbeispiele mittels Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer herkömmlichen Vorrichtung zur Visualisierung von Rekonstruktionen farbiger Darstellungen von einem Sichtbarkeitsbereich aus unter Nutzung einer von Null verschiedenen, höheren Beugungsordnung an einem amplitudenmodulierenden Lichtmodulator mit diffraktiver Dispersion,
2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Minimierung der beugungsbedingten Dispersion von Lichtmodulatoren für Rekonstruktionen farbiger Darstellungen von einem Sichtbarkeitsbereich aus unter Nutzung einer höheren Beugungsordnung an einem amplitudenmodulierenden Lichtmodulator mit einer durch ein refraktives Kompensationselement – mit einem Prisma – weitgehend kompensierten diffraktiven Dispersion nach 1,
3 eine schematische Darstellung eines diffraktiven Lichtmodulators auf IC-Basis und eines refraktiven Prismas als Bauteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
4 eine schematische Darstellung des Prismas nach 3, wobei 4a einen Strahlengang durch das Prisma hindurch und 4b die zugehörige Brechungsindex(n)-Wellenlängen(λ)-Charakteristik angeben,
5 eine Darstellung von einen diffraktiven Lichtmodulator passierenden Strahlen und von durch das nachgeordnete refraktive Prisma wellenlängenabhängig abgelenkten Strahlen und
6 eine vereinfachte schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei
6a einen diffraktiven Lichtmodulator mit einem ersten refraktiven Prismengitter und
6b einen diffraktiven Lichtmodulator mit einem zweiten refraktiven Prismengitter angeben.
2 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung 20 zur Minimierung der beugungsbedingten Dispersion des pixelweise kodierbaren Lichtmodulators 1 für eine Rekonstruktion farbiger Darstellungen bei schräger Visualisierung unter Berücksichtigung von wellenlängenabhängigen Sichtbarkeitsbereichen, die der ersten Beugungsordnung der rekonstruierten Wellenfront zugeordnet sind, wobei zwischen dem Lichtmodulator 1 als diffraktives optisches Element und den wellenlängenzugeordneten Sichtbarkeitsbereichen 21, 22, 23 mit den Ausdehnungen BF_R, BF_G, BF_B erfindungsgemäß mindestens ein refraktives optisches Element 6 in Form eines Prismas zur weitgehenden Kompensation der chromatischen Dispersion des Lichtmodulators 1 angeordnet ist.
Die Ausrichtung des Lichtmodulators 1 ist im Raum durch die Flächennormale 5 gegeben. Der Lichtmodulator 1 kann ein holografisches Display darstellen, wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit nur eine Lichtquelle 15 mit verschiedenen Lichtquellenfarbkomponenten: 11 mit LQ_R – Licht mit roter Wellenlänge –, 12 mit LQ_G – Licht mit grüner Wellenlänge –, 13 mit LQ_B – Licht mit blauer Wellenlänge –, der Lichtmodulator 1 und die Sichtbarkeitsbereiche 21, 22, 23 – 21 für rote Wellenlänge, 22 für grüne Wellenlänge, 23 für blaue Wellenlänge – mit den jeweils unterschiedlichen Ausdehnungen BF_R, BF_G, BF_B angegeben sind. Die in 2 hintereinander und in einem Abstand zueinander gezeichneten Sichtbarkeitsbereiche 21, 22, 23 befinden sich in Wirklichkeit im gleichen Abstand vom Lichtmodulator 1 entfernt auf dem Niveau der Betrachterebene 24.
Bei der farbigen holografischen Rekonstruktion, bei der der Lichtmodulator 1 von Licht der Lichtquelle 15 mit den vorgesehenen Lichtquellenkomponenten 11, 12, 13 mit unterschiedlichen Wellenlängen beleuchtet wird, weisen die dazugehörigen wellenlängenabhängigen Sichtbarkeitsbereiche 21, 22, 23 für sich zwar jeweils eine dem chromatischen Fehler entsprechende unterschiedliche Ausdehnung BF_R, BF_G, BF_B, aber durch die Anordnung des der Diffraktion des Lichtmodulators 1 entgegenwirkenden refraktiven Prismas 6 keinen lateralen Versatz V auf. Durch die zueinander angepasste Zentrierung der zugehörigen Ausdehnungen BF_R, BF_G, BF_B der Sichtbarkeitsbereiche 21, 22, 23 auf die Betrachterebene 24 wird eine kompensierende Überlappung erreicht, die zentrierungsbedingt ein vergrößerter effektiver Sichtbarkeitsbereich 25 erzeugt, der eine größere Ausdehnung BF'_eff als der effektive, der unkompensierten Überlappung entsprechende Sichtbarkeitsbereich 26 mit der geringeren Ausdehnung BF_eff gemäß 1 hat. Dem Betrachter steht nunmehr erfindungsgemäß ein größerer effektiver Sichtbarkeitsbereich 25 mit BF_eff zur Visualisierung der Rekonstruktion zur Verfügung. Der vergrößerte effektive Sichtbarkeitsbereich 25 mit der Ausdehnung BF_eff kann dabei gleich oder sogar größer als die Pupille 28 des Betrachters sein. Da damit wesentlich mehr Informationen zur Visualisierung der Rekonstruktion von farbigen Darstellungen gegenüber der herkömmlichen Vorrichtung 10 beitragen, erhöhen sich somit insbesondere bei schräger Betrachtung die aufnehmbaren Informationen und somit auch die Rekonstruktionsqualität.
In 2 entspricht die Ausdehnung BF'_eff des gemeinsamen effektiven Sichtbarkeitsbereichs 25 der Ausdehnung BF_B des Sichtbarkeitsbereichs 23 für die blaue Wellenlänge.
Der diffraktive Lichtmodulator 1 auf IC-Basis ist in einer vereinfachten Version in 3 auf drei Pixel 2, 3, 4 reduziert, die jeweils einer optisch aktiven Schicht 15 zugeordnet sind und mittels auf die entgegengesetzten, ebenen Seiten der Schicht 15 aufgebrachten Elektroden 8, 9 gesteuert werden können. Die Elektroden 8, 9 sind derart strukturiert, dass durch das Modulationspotential L. L. und das Modulationspotential U_– ein steuerbares elektrisches Feld pixelweise angelegt werden kann. Die optisch aktive Schicht 15 enthält doppelbrechendes Material in Form von Flüssigkristallen 27, deren Ausrichtung durch die Ausbildung entsprechender Brechungsindex-Ellipsoide verdeutlicht wird. Die Ausrichtung des Lichtmodulators 1 kann durch eine Flächennormale 5 angegeben werden. Dem Lichtmodulator 1 nachgeordnet ist das refraktive optische Element in Form eines Prismas 6, welches so ausgebildet ist, dass die herkömmliche diffraktive Dispersion des Lichtmodulators 1 in der erfindungsgemäßen Vorrichtung 20 durch die Kombination mit dem refraktiven Prisma 6 weitgehend kompensiert wird.
4 zeigt das refraktive Prisma 6 nach 3, wobei 4a vereinfacht einen Strahlengang durch das Prisma 6 hindurch und 4b die zugehörige Brechungsindex(n)-Wellenlängen(λ)-Charakteristik des Prismas 6 angeben. Dazu wird die Wirkungsweise des refraktiven optischen Prismas 6 erläutert. Das vorzugsweise dreiseitige Prisma 6 hat, wie auch schon in 3 gezeigt ist, zwei Grenzflächen 14, 14' und eine Flankenfläche 7, wobei die beiden Grenzflächen 14, 14' die Schenkel für den Prismenwinkel α bilden, der der Flankenfläche 7 gegenüberliegt.
In 4a ist gezeigt, dass das Prisma 6 mit dem Prismenwinkel α zwischen den beiden Grenzflächen 14, 14' einen senkrecht auf die Grenzfläche 14, parallel zur Flächennormalen 5 auftreffenden Lichtstrahl S mit der Wellenlänge λ zu einem austretenden Lichtstrahl P um den Ablenkwinkel δ ablenkt, wobei gemäß Gleichung (I) gilt: δ = asin(n·sin(α)) – α (I).
Hierbei ist n der Brechungsindex des Prismas 6. Für kleine Winkel α und δ kann die Gleichung (I) linear genähert werden. Die Näherung gilt auch, wenn der Lichtstrahl S nicht senkrecht, sondern unter einem kleinen Winkel zur Normalen 5 der Grenzfläche 14 auftrifft: δ = (n – l)·α (II).
Der Brechungsindex n hängt von der Wellenlänge λ ab, wie in 4b in der Brechungsindex(n)-Wellenlängen(λ)-Charakteristik gezeigt ist. Somit hängt auch der Ablenkwinkel δ von der Wellenlänge λ ab. Die differentielle Wellenlängenabhängigkeit ist nach Gleichung (III): dδ/dλ = α·dn/dλ (III).
Die Gleichung (III) beschreibt die refraktive Dispersion.
Der Beugungswinkel θ des Lichtmodulators 1 in der ersten Beugungsordnung kann gemäß Gleichung (IV): θ = λ/p (IV)angegeben werden.
Hierbei stellt der Pitch p den Abstand der jeweils benachbarten Pixel 2, 3 und 3, 4 des Lichtmodulators 1 von deren Mitte zu Mitte dar. Die differentielle Wellenlängenabhängigkeit des Beugungswinkels θ, d. h. die diffraktive Dispersion des Lichtmodulators 1, ist durch Gleichung (V): dθ/dλ = 1/p (V)gegeben.
Wenn der Brechungsindex n im vorgegebenen Wellenlängenbereich linear verläuft, ist dn/dλ in Gleichung (II) konstant. Dann wird eine vollständige Kompensation der diffraktiven Dispersion in der Vorrichtung 20 erhalten, wenn der Prismenwinkel α so groß ausgebildet ist, dass die refraktive Dispersion dδ/dλ und die diffraktive Dispersion dθ/dλ in Gleichung (VI) den gleichen Betrag haben: |dδ/dλ| = |dθ/dλ| ⇒ α·|dn/dλ| = 1/p (VI).
Aus der Gleichung (VI) lässt sich der Prismenwinkel α mit der Gleichung (VII) α = 1/(p·|dn/dλ|) (VII)bestimmen.
Außerdem ist das Prisma 6 in Relation zum Lichtmodulator 1 derart mit seinen Grenzflächen 14, 14' ausgerichtet, dass die refraktive Dispersion dδ/dλ des Prismas 6 und die diffraktive Dispersion dθ/dλ des Lichtmodulators 1 entgegengesetzt gerichtet sind.
Damit wird eine weitgehende Kompensation der inhärenten Wellenlängenabhängigkeit des Beugungswinkels θ des Lichtmodulators 1 durch die refraktive Dispersion des Prismas 6 erhalten. Die zu verschiedenen Wellenlängen gehörenden Rekonstruktionen bzw. die Sichtbarkeitsbereiche 21, 22, 23 mit BF_R, BF_G, BF_B befinden sich dann an der gleichen zentrierten Position und überlagern sich zu dem erreichten effektiven Sichtbarkeitsbereich 25 mit BF'_eff, wie in 2 gezeigt ist.
Die Wellenlängenabhängigkeit des Brechungsindex wird meistens nur in einem kleinen Wellenlängenbereich linear verlaufen. Über den sichtbaren Wellenlängenbereich von ca. 400 nm bis ca. 650 nm ist jedoch eine lineare Näherung möglich, so dass dn/dλ dort näherungsweise konstant ist. Damit ergibt sich zwar keine vollständige Kompensation, jedoch eine weitgehende Kompensation der diffraktiven Dispersion.
Die Erfindung lässt sich auch auf die Nutzung höherer Beugungsordnungen als der beschriebenen ersten Beugungsordnungen übertragen. Durch die geringe Helligkeit höherer Beugungsordnungen wird jedoch in der Regel nur auf die erste Beugungsordnung zurückgegriffen.
In 5 ist eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 30 mit einem Strahlengang gezeigt, die vereinfacht den Lichtmodulator 1 und das Prisma 6 umfasst. Der Lichtmodulator 1 wird mit hinreichend kohärentem Licht beleuchtet, wobei der Lichtstrahl L den Lichtmodulator 1 durchstrahlt. Dabei trifft der Lichtstrahl L senkrecht auf den Lichtmodulator 1 auf, dessen Ausrichtung im Raum wiederum durch ihre Flächennormale 5 angegeben wird. Der Lichtmodulator 1 ist amplituden-modulierend, und zur Kodierung eines Hologramms kann eine Burckhardt-Kodierung verwendet werden, die eine Detour-Phasen-Kodierung darstellt, bei der drei Pixel 2, 3, 4 des Lichtmodulators 1 verwendet werden, um einen komplexen Transparenzwert des Hologramms zu kodieren. Der Pitch der Pixel ist p. Die Rekonstruktion der farbigen Darstellung, z. B. einer 3D-Szene, und der Sichtbarkeitsbereich befinden sich in der ersten Beugungsordnung. Die erste Beugungsordnung hat eine Winkelbreite von λ/3p. Ihr Zentrum liegt bei einem Beugungsordnungswinkel von λ/3p zur Richtung des Lichtstrahls L.
Des Weiteren ist nach dem Lichtmodulator 1 für blaues Licht ein Lichtstrahl S_B zum Zentrum der ersten Beugungsordnung unter einem Beugungsordnungswinkel von θB = λB/3p (VIII) zum einfallenden Lichtstrahl L angegeben. Ebenso ist für rotes Licht ein Lichtstrahl S_R zum Zentrum der ersten Beugungsordnung unter einem Beugungswinkel von θR = λR/3p (IX)zum einfallenden Lichtstrahl L eingezeichnet. Hierbei sind λ_B und λ_R die Wellenlängen für blaues bzw. rotes Licht. Es ist θR > θB, da λR > λB (X).
Nach dem Prisma 6 mit dem Prismenwinkel α sind die austretenden Lichtstrahlen P_B und PR um einen weiteren Ablenkwinkel δ_B bzw. δ_R gegenüber der Richtung von S_B bzw. S_R abgelenkt. δ_B und δ_R sind die nach der Brechung entstehenden Ablenkwinkel am Prisma 6 und in der Näherung für kleine Winkel gegeben durch δB = (nB – l)·α bzw. δR = (nR – 1)·α (XI).
Hierbei sind n_B und n_R die Brechungsindizes für blaues bzw. rotes Licht. Bis auf wenige Ausnahmen sinkt der Brechungsindex eines Materials mit größer werdender Wellenlänge. Daher ist δB > δR, da nB > nR (XII).
Damit sich die Dispersionen des Lichtmodulators 1 und des Prismas 6 kompensieren, wird α·|dn/dλ| = l/3p (XIII)gesetzt.
Hierbei ist berücksichtigt, dass bei der Burckhardt-Kodierung drei Pixel zur Kodierung einer komplexen Zahl benötigt werden.
Aus den Ableitungen zu den Gleichungen (I) bis (VII) und (VIII) bis (XIII) für die beiden beispielhaften Kodierungen ergibt sich, dass die Prismenwinkel α umgekehrt proportional dem Abstand p (Pitch) der Mitten zweier benachbarter Pixel 2, 3; 3, 4 des Lichtmodulators 1 sind.
Als mit Dimensionierungen versehenes Ausführungsbeispiel werden ein Lichtmodulator 1 mit einem Pitch von p = 20 μm und ein Prisma 6 der hochdispersiven Glassorte SF6 verwendet. Das Prisma 6 wird durch die Brechungsindizes n_B = 1,8297 und n_R = 1,7975 für die zugehörigen Wellenlängen λ_B = 486 nm und λ_R = 656 nm charakterisiert. Mit der Näherung dn/dλ ≈ (nB – nR)/(λB – λR) = –1,9·10–4 nm–1 ergibt sich ein Prismenwinkel α = 5,0°. Das Prisma 6 ist dabei so angeordnet, dass die Dispersionen des Lichtmodulators 1 und des Prismas 6 entgegengerichtet sind und sich somit kompensieren.
Über den kompletten Wellenlängenbereich zwischen λ_B und λ_R ergibt sich somit eine weitgehende Kompensation der Dispersionen des Lichtmodulators 1 und des Prismas 6. Die austretenden Lichtstrahlen P_B und P_R haben die gleiche Richtung, woraus folgt, dass die Darstellung jeweils an der gleichen Position holografisch rekonstruiert wird bzw. der Sichtbarkeitsbereich 25 für verschiedene Farben zentriert an der gleichen Position liegt und somit keine Einschränkungen der Größe des effektiven Sichtbarkeitsbereichs 25 mit BF'_eff durch eine unvollständige Überlappung auftreten.
Das Prisma 6 kann wahlweise die komplette Breite des Lichtmodulators 1 überdecken.
Anstelle eines Prismas 6 kann auch ein Array aus Prismen – ein refraktives Prismengitter – eingesetzt sein, von denen jedes Prisma einen zur kohärenten Rekonstruktion genügend breiten Bereich des Lichtmodulators 1 überdeckt. Erfindungsgemäße Vorrichtungen 40, 50 mit jeweiligen Prismengittern sind in den 6, 6a und 6b gezeigt.
6a zeigt eine vereinfachte Version der erfindungsgemäßen Vorrichtung 40 aus einem Lichtmodulator 1 und einem ersten Prismengitter 6'. Die einzelnen in periodischer Anordnung ausgerichteten Prismen des ersten Prismengitters 6' weisen jeweils die beiden Grenzflächen 14, 14' und die Flankenfläche 7 auf, die dem Prismenwinkel α gegenüberliegt. Die Flankenfläche 7 ist dabei parallel zur Flächennormale 5 des Lichtmodulators 1 gerichtet. Dabei ist es zweckmäßig, dass die Basislänge b der Prismen dem Pitch p des Lichtmodulators 1 oder einem ganzzahligen Vielfachen kp (mit k = 2 bis m) davon entspricht. Ansonsten gelten die gleichen, in 5 dargestellten Winkelbeziehungen und daraus abgeleiteten Gleichungen.
6b zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung 50 mit dem Lichtmodulator 1 und einem zweiten Prismengitter 6''. Der Unterschied zu 6a besteht in der Ausbildung der Flankenflächen 7' der Prismen. Während die Flankenflächen 7 der Prismen des Prismengitters 6' in 6a parallel zur Flächennormalen 5 der Grenzfläche 14 gerichtet sind, verlaufen die Flankenflächen 7' der Prismen des zweiten Prismengitters 6'' in 6b in einem Flankenwinkel β zur Flächennormalen 5. Damit wird die Größe von nicht als Prisma wirkenden Bereichen bei schräger Betrachtungsweise des Lichtmodulators 1 deutlich reduziert.
Durch die Hinterschneidung der einzelnen Prismen der Prismengitter 6' und 6'' wirkt zumindest in einem bestimmten Betrachtungswinkel nahezu die gesamte Fläche der Prismengitter 6' und 6'' als ein der diffraktiven Dispersion entgegenwirkendes flächig erstrecktes, refraktiv dispersives optisches Element, da nahezu alle Lichtstrahlen vor Erreichen der Sichtbarkeitsbereiche 21, 22, 23 jeweils beide optisch wirksamen Grenzflächen 14, 14' der Prismen passieren.
Die Kompensation der Wellenlängenabhängigkeit für transmissive diffraktive Lichtmodulatoren lässt sich in analoger Weise auch auf reflektive diffraktive Lichtmodulatoren anwenden und ist nicht auf die als Beispiel dargestellten amplitudenmodulierenden Flüssigkristallmodulatoren beschränkt. Sie beschränkt sich auch nicht auf die als refraktiv dispersive Kompensationselemente verwendeten Prismen.

1: Lichtmodulator
2: erstes Pixel
3: zweites Pixel
4: drittes Pixel
5: Flächennormale
6: Prisma
6': erstes Prismengitter
6'': zweites Prismengitter
7: Flankenfläche
7': Flankenfläche
8: erste Elektrode
9: zweite Elektrode
10: herkömmliche Vorrichtung
11: erste Lichtquellenfarbkomponente LQ_R
12: zweite Lichtquellenfarbkomponente LQ_G
13: dritte Lichtquellenfarbkomponente LQ_B
14: erste Grenzfläche
14': zweite Grenzfläche
15: optisch aktive Schicht
20: Vorrichtung
21: roter Sichtbarkeitsbereich
22: grüner Sichtbarkeitsbereich
23: blauer Sichtbarkeitsbereich
24: Betrachterebene
25: zentrierter effektiver Sichtbarkeitsbereich
26: herkömmlicher effektiver Sichtbarkeitsbereich
27: Flüssigkristall
28: Pupille
30: Vorrichtung
40: Vorrichtung
50: Vorrichtung
BF: Sichtbarkeitsbereich
BFe_ff: Ausdehnung des herkömmlichen effektiven Sichtbarkeitsbereichs
BF'_eff: Ausdehnung des zentrierten effektiven Sichtbarkeitsbereichs
BF_R: Ausdehnung des roten Sichtbarkeitsbereichs
BF_H: Ausdehnung des grünen Sichtbarkeitsbereichs
BF_B: Ausdehnung des blauen Sichtbarkeitsbereichs
U₊: Modulationspotential
U_–: Modulationspotential
p: Pitch
b: Basis
n: Brechungsindex
λ: Wellenlänge
α: Prismenwinkel
β: Flankenwinkel
δ: Ablenkwinkel
θ: Beugungswinkel
S: Lichtstrahl
L: Lichtstrahl
P: Lichtstrahl

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 6922273 [0003]
- WO 2004044659 [0010]
- US 2006033972 [0013]

Claims

Vorrichtung zur Minimierung der beugungsbedingten Dispersion in Lichtmodulatoren zur holografischen Rekonstruktion farbiger Darstellungen, enthaltend einen als diffraktives optisches Element ausgebildeten, mit steuerbaren Strukturen (2, 3, 4) versehenen Lichtmodulator (1) und mindestens eine Lichtquelle (15; 11, 12, 13) zur Beleuchtung des Lichtmodulators (1), wobei bezüglich einer vorgegebenen höheren Beugungsordnung zugehörige wellenlängenabhängige Sichtbarkeitsbereiche (21, 22, 23) einen auf die Flächennormale (5) des Lichtmodulators (1) bezogenen lateralen chromatischen Versatz (V) bezüglich der Lage ihrer Ausdehnungen (BF_R, BF_G, BF_B) auf einer festgelegten Betrachterebene (24) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass dem Lichtmodulator (1) mindestens ein refraktives optisches Element (6, 6', 6'') zugeordnet ist, dessen refraktive chromatische Dispersion |dδ/dλ| gleich der diffraktiven chromatischen Dispersion |dθ/dλ| des pixelweise ausgebildeten Lichtmodulators (1) gemäß Gleichung |dδ/dλ| = |dθ/dλ| (VI)gegeben ist, wobei das refraktive optische Element (6, 6', 6'') eine derartige entgegengesetzt gerichtete refraktive chromatische Dispersion |dδ/dλ| aufweist, dass die wellenlängenabhängigen Sichtbarkeitsbereiche (21, 22, 23) mit ihren Ausdehnungen (BF_R, BF_G, BF_B) auf einen effektiven Sichtbarkeitsbereich (25) mit einer Ausdehnung (BF'_eff) in der festgelegten Betrachterebene (24) zentriert sind, wobei δ der Ablenkwinkel des refraktiven optischen Elements (6, 6', 6''), θ der Beugungswinkel und λ die Wellenlänge sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Lichtquelle eine einzige weißstrahlende Lichtquelle (15) mit den drei darin befindlichen Wellenlängen Rot, Grün und Blau vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Lichtquelle eine Lichtquelleneinheit mit verschiedenfarbigen Lichtquellen LQ_R, LQ_G, LQB (11, 12, 13) mit den Wellenlängen Blau, Grün, Rot vorgesehen ist, die wahlweise an einer Stelle oder an verschiedenen Stellen in einer vorzugsweise senkrecht zur Flächennormalen (5) ausgebildeten Ebene angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausdehnung (BF'_eff) des gemeinsamen effektiven Sichtbarkeitsbereichs (25) der Ausdehnung (BF_B) des Sichtbarkeitsbereichs (23) für die blaue Wellenlänge entspricht.
Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtmodulator (1) eine optisch aktive Schicht (15) vorzugsweise in Form einer ebenen doppelbrechenden Schicht hat, die Flüssigkristalle (27) enthält, deren Brechungsindex-Ellipsoid durch Anlegen eines elektrischen Feldes an die als Pixel (2, 3, 4) ausgebildeten Strukturen steuerbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtmodulator (1) steuerbare elektromechanische Strukturen – MEMS – mit diffraktiven optischen Eigenschaften aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als refraktives optisches Element (6) mindestens ein vorzugsweise dreiseitiges Prisma angeordnet ist, das zwei Grenzflächen (14, 14') und eine Flankenfläche (7) aufweist, wobei die beiden Grenzflächen (14, 14') die Schenkel für den Prismenwinkel (α) bilden, der der Flankenfläche (7) gegenüberliegt.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Prismenwinkel (α) umgekehrt proportional dem Abstand (p) der Mitten zweier benachbarter Pixel (2, 3; 3, 4) des Lichtmodulators (1) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das refraktive optische Element (6', 6'') ein Prismengitter mit mehreren Prismen oder mit Sektoren von Prismen in einer periodischen Anordnung umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Prismen des Prismengitters (6', 6'') eine Basislänge (b) aufweisen, die dem Pitch (p) des Lichtmodulators (1) oder einem ganzzahligen Vielfachen davon entspricht.
Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Prismen des Prismengitters (6'') jeweils eine hinterschnittene Flankenfläche (7') aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die hinterschnittenen Flankenflächen (7') einen Flankenwinkel (β) zwischen einer zur Grenzfläche (14) parallel gerichteten Ebene und den durch die Hinterschneidung der Prismen (6') schräg verlaufenden Flankenflächen (7') der Prismen (6'') aufweist, der gleich 90° als Richtung der Flächennormalen (5) abzüglich dem Beugungswinkel (θ) in der vorgegebenen Beugungsordnung ist.