DE102007021036A1

DE102007021036A1 - Anzeigevorrichtung und Anzeigeverfahren zur binokularen Darstellung eines mehrfarbigen Bildes

Info

Publication number: DE102007021036A1
Application number: DE102007021036A
Authority: DE
Inventors: Markus Dr. Seesselberg; Johannes Dr. Ruoff
Original assignee: Carl Zeiss AG
Current assignee: Carl Zeiss AG
Priority date: 2007-05-04
Filing date: 2007-05-04
Publication date: 2008-11-06
Also published as: GB2458865A; US8681184B2; US20100134534A1; GB2458865B; GB0914329D0; WO2008135110A2; WO2008135110A3

Abstract

Es wird bereitgestellt eine Anzeigevorrichtung (1) zur binokularen Darstellung eines mehrfarbigen Bildes, mit einem einzigen Bildelement (2), mit dem das darzustellende mehrfarbige Bild erzeugbar ist, einer Abbildungsoptik, die eine Kollimationsoptik (4) und ein der Kollimationsoptik nachgeordnetes transparentes Substrat (6) mit einem diffraktiven Einkoppelelement (8) und einem ersten und zweiten diffraktiven Auskoppelelement (10, 11), die voneinander beabstandet sind, aufweist, einer Steuereinheit (12) zur Ansteuerung des Bildelementes (2), einem ersten Strahlengang (13), der vom Bildelement (2) über die Kollimationsoptik (4) und das Einkoppelelement (8) durch das Substrat (6) zum ersten Auskoppelelement (10) und über dieses aus dem Substrat (6) hinaus verläuft, sowie einem zweiten Strahlengang (14), der vom Bildelement (2) über die Kollimationsoptik (4) und das Einkoppelelement (8) durch das Substrat (6) zum zweiten Auskoppelelement (11) und über dieses aus dem Substrat (6) hinaus verläuft, wobei aufgrund des Einkoppelelementes (8) und der Auskoppelelemente (10, 11) unterschiedliche chromatische Aberrationen im ersten und zweiten Strahlengang (13, 14) bewirkt werden, wobei die Steuereinheit das Bildelement (2) so ansteuert, daß es das darzustellende Bild zeitlich nacheinander für den ersten Strahlengang (13) und für den zweiten Strahlengang (14) als erstes bzw. zweites Bild jeweils entgegen der chromatischen Aberration des entsprechenden Strahlengangs so ...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anzeigevorrichtung und ein Anzeigeverfahren zur binokularen Darstellung eines mehrfarbigen Bildes. Eine solche Vorrichtung wird häufig als HMD-Vorrichtung (Head-mounted-display-Vorrichtung) ausgebildet, die möglichst klein und kompakt sein soll.
In T. Levola: „Diffractive optics for virtual reality displays", Journal of the S1D 14/5 (2006), Seiten 467–475, ist eine solche Vorrichtung mit einem einzigen Bildelement und einem als planparallele Platte ausgebildeten transparenten Substrat mit einem diffraktiven Einkoppelelement und einem ersten und einem zweiten diffraktiven Auskoppelelement, die voneinander beabstandet sind, beschrieben. Das diffraktive Einkoppelelement dient zur binokularen Strahlengangaufspaltung und die diffraktiven Auskoppelelemente dienen unter anderem dazu, die Austrittspupille der Optik der beschriebenen Anzeigevorrichtung im Vergleich zur Austrittspupille einer zwischen dem Bildelement und der Platte angeordneten Kollimationsoptik zu vergrößern.
Nachteilig bei der beschriebenen Vorrichtung ist, daß aufgrund des diffraktiven Einkoppelelements und der diffraktiven Auskoppelelemente dem Bild für das rechte Auge und dem linken Auge des Benutzers unterschiedliche chromatische Aberrationen eingeprägt werden. Unter chromatischen Aberrationen wird hier insbesondere ein sogenannter feldabhängiger binokularer Farbstich verstanden, der deshalb auftritt, da die von einem Pixel des Bildelementes auf die Augenpupille auftreffende Lichtenergie von der Position des Pixels im Bildelement sowie von der Wellenlänge abhängt und zusätzlich für das rechte und linke Auge des Benutzers unterschiedlich ist. Dies führt nach dem Stand der Technik dazu, daß in jedem Auge ein- und dasselbe Pixel je nach Farbe unterschiedlich hell wahrgenommen wird. Dem Benutzer erscheint somit in jedem Auge ein unterschiedlich farbstichiges Bild („feldabhängiger binokularer Farbstich"). Da das Substrat mit dem Einkoppelelement und den diffraktiven Auskoppelelementen möglichst symmetrisch ausgebildet ist, ist der für den Benutzer wahrnehmbare Farbfehler gespiegelt. Wenn der Benutzer beispielsweise einen roten Farbstich am rechten Bildrand im rechten Auge wahrnimmt, nimmt er gleichzeitig einen roten Farbstich am linken Bildrand im linken Auge wahr.
Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, eine Anzeigevorrichtung zur binokularen Darstellung eines mehrfarbigen Bildes zur Verfügung zu stellen, die äußerst kompakt ausgebildet werden kann und gleichzeitig eine möglichst geringe chromatische Aberration erzeugt.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch eine Anzeigevorrichtung zur binokularen Darstellung eines mehrfarbigen Bildes mit einem einzigen Bildelement, mit dem das darzustellende mehrfarbige Bild erzeugbar ist, einer Abbildungsoptik, die eine Kollimationsoptik und ein der Kollimationsoptik nachgeordnetes transparentes Substrat mit einem diffraktiven Einkoppelelement und einem ersten und zweiten diffraktiven Auskoppelelement, die voneinander beabstandet sind, aufweist, einer Steuereinheit zur Ansteuerung des Bildelementes, einem ersten Strahlengang, der vom Bildelement über die Kollimationsoptik in das Einkoppelelement durch das Substrat zum ersten Auskoppelelement und über dieses aus dem Substrat hinaus verläuft (bei bestimmungsgemäßem Gebrauch der Anzeigevorrichtung bis in das erste Auge des Benutzers), sowie einem zweiten Strahlengang, der vom Bildelement über die Kollimationsoptik und das Einkoppelelement durch das Substrat zum zweiten Auskoppelelement und über dieses aus dem Substrat hinaus verläuft (bei bestimmungsgemäßem Gebrauch der Anzeigevorrichtung bis in das zweite Auge des Benutzers), wobei aufgrund des Einkoppelelementes und der Auskoppelelemente unterschiedliche chromatische Aberrationen im ersten und zweiten Strahlengang bewirkt werden, wobei die Steuereinheit das Bildelement so ansteuert, das es das darzustellende Bild zeitlich nacheinander für den ersten Strahlengang und für den zweiten Strahlengang als erstes bzw. zweites Bild jeweils entgegen der chromatischen Aberration des entsprechenden Strahlengangs so vorverzerrt erzeugt, daß bei Darstellung des ersten und zweiten Bildes die im entsprechenden Strahlengang bewirkte chromatische Aberration kompensiert wird, und wobei die Anzeigevorrichtung ein Schaltmodul aufweist, das zeitlich synchron zur Erzeugung des ersten und zweiten Bildes dafür sorgt, daß das erste Bild nur über den ersten Strahlengang im ersten Auge des Benutzers und das zweite Bild nur über den zweiten Strahlengang im zweiten Auge des Benutzers wahrnehmbar ist.
Erfindungsgemäß wird somit bei der binokularen Anzeigevorrichtung dafür gesorgt, daß ein Benutzer stets nur das darzustellende Bild über einen der beiden Strahlengänge wahrnehmen kann. Dies wird dazu genutzt, daß das Bild für den entsprechenden Strahlengang vom Bildelement jeweils so farbverzerrt erzeugt wird, daß bei der Abbildung über den Strahlengang insgesamt der Farbfehler korrigiert ist. Somit kann eine Farbkorrektur durchgeführt werden, obwohl die chromatischen Aberrationen der beiden Strahlengänge unterschiedlich sind. Würde man das darzustellende Bild über beide Strahlengänge gleichzeitig darstellen, könnte man stets nur einen der beiden unterschiedlichen Farbfehler der beiden Strahlengänge durch eine entsprechende vorverzerrte Bilderzeugung korrigieren.
Mit der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung kann somit der unerwünschte feldabhängige binokulare Farbstich, der durch das transparente Substrat mit dem Einkoppelelement, das zur binokularen Strahlengangaufspaltung dient, und den Auskoppelelementen verursacht wird, korrigiert werden.
Die Steuereinheit steuert das Bildelement bevorzugt so an, daß aufgrund der Trägheit bei der optischen Wahrnehmung für den Benutzer beide Bilder über beide Strahlengänge quasi gleichzeitig wahrnehmbar sind. Dazu kann mit einer Frequenz größer als beispielsweise 10 Hz (insbesondere mit einer Frequenz aus dem Bereich von 25 bis 100 Hz) zwischen beiden Strahlengängen hin- und hergeschaltet werden.
Das Bildelement kann ein selbstleuchtendes Bildelement oder ein nicht selbstleuchtendes Bildelement sein. Insbesondere kann das Bildelement ein LCD-Modul, ein LCoS-Modul oder ein OLED-Modul enthalten. Ferner ist es möglich, daß das Bildelement als Kippspiegelmatrix ausgebildet ist.
Insbesondere ist das Substrat so ausgebildet, daß das Licht vom Bildelement im ersten und zweiten Strahlengang im Substrat jeweils durch innere Totalreflexion geführt wird. Dazu kann das Substrat als Planplatte ausgebildet sein.
Das Schaltmodul kann im ersten und zweiten Strahlengang jeweils eine ansteuerbare Blende aufweisen, die synchron zur Erzeugung des entsprechenden ersten bzw. zweiten Bildes zwischen Sperren und Durchlassen umgeschaltet wird. Die Blende kann als mechanische Blende ausgebildet sein. Ferner ist es möglich, die Schaltwirkung über Polarisationseffekte zu erzielen.
Wird ein LCD-Modul oder ein LCoS-Modul oder ein anderes Bildelement verwendet, welches polarisiertes Licht emittiert, so können zwei orthogonale Linearpolarisationszustände verwendet werden, um zwischen Sperren und Durchlassen umschalten zu können. Es können natürlich auch jede anderen orthogonalen Polarisationszustände ausgenutzt werden. Verwendet man beispielsweise ein Bildelement, welches wie ein OLED unpolarisiertes Licht aussendet, so kann dieses Licht durch Vorschalten eines Polarisators polarisiert werden und so die gleiche Vorrichtung verwendet werden.
Das Sperren kann mittels der Blende z. B. so realisiert werden, daß das Licht absorbiert oder aus dem Strahlengang ausgekoppelt wird.
Bei der Anzeigevorrichtung kann das Schaltmodul ein dem Bildelement nachgeordnetes Polarisationselement, das den ersten Polarisationszustand des vom Bildelement kommenden Lichtes beibehält oder in einen zweiten Polarisationszustand ändert, und eine in einem der beiden Strahlengänge zwischen dem Bildelement und dem Einkoppelelement angeordneten λ/2-Platte aufweisen, wobei das Einkoppelelement so ausgelegt ist, das es nur Licht des ersten oder zweiten Polarisationszustandes in den entsprechenden Strahlengang einkoppelt oder weiterleitet. Licht des anderen Polarisationszustandes wird mittels des Einkoppelelementes aus dem Strahlengang ausgekoppelt. Damit ist es in einfacher Art und Weise möglich, die gewünschte Umschaltung zwischen den beiden Strahlengängen zu bewirken.
Das Polarisationselement kann der λ/2-Platte vor- oder nachgeordnet sein, wobei das Polarisationselement grundsätzlich an jedem Ort zwischen dem Bildelement und dem Einkoppelelement angeordnet werden kann. Die λ/2-Platte wird bevorzugt nahe oder in einer Pupille der Kollimationsoptik angeordnet. So kann z. B. das Einkoppelelement in der Austrittspupille der Kollimationsoptik und die λ/2-Platte hinreichend nahe an der Austrittspupille der Kollimationsoptik liegen.
Ferner ist es möglich, daß das Schaltmodul ein dem Bildelement nachgeordnetes Polarisationselement aufweist, das dafür sorgt, daß der Polarisationszustand des ersten Bildes verschieden ist zum Polarisationszustand des zweiten Bildes, wobei das Einkoppelelement so ausgebildet ist, daß nur Licht des ersten Polarisationszustandes in den ersten Strahlengang und nur Licht des zweiten Polarisationszustandes im zweiten Strahlengang weitergeleitet wird. Damit läßt sich eine äußerst kompakte Anzeigevorrichtung verwirklichen. Das Einkoppelelement kann dazu eine vorbestimmte, sich zeitlich nicht ändernde Struktur aufweisen. Es ist jedoch auch möglich, daß das Einkoppelelement als elektrisch schaltbares diffraktives optisches Element ausgebildet ist. In diesem Fall wird das Einkoppelelement synchron zur Erzeugung des ersten und zweiten Bildes geschaltet.
Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Anzeigeverfahren zur binokularen Darstellung eines mehrfarbigen Bildes für eine Anzeigevorrichtung mit einem einzigen Bildelement, mit dem das darzustellende Bild erzeugbar ist, einer Abbildungsoptik, die eine Kollimationsoptik und ein der Kollimationsoptik nachgeordnetes transparentes Substrat mit einem diffraktiven Einkoppelelement und einem ersten und zweiten diffraktiven Auskoppelelement, die voneinander beabstandet sind, aufweist, einem ersten Strahlengang, der vom Bildelement über die Kollimationsoptik und das Einkoppelelement durch das Substrat zum ersten Auskoppelelement und über dieses aus dem Substrat hinaus verläuft, sowie einem zweiten Strahlengang, der vom Bildelement über die Kollimationsoptik und das Einkoppelelement durch das Substrat zum zweiten Auskoppelelement und über dieses aus dem Substrat hinaus verläuft, wobei aufgrund des Einkoppelelementes und der Auskoppelelemente unterschiedliche chromatische Aberrationen im ersten und zweiten Strahlengang bewirkt werden, wobei in dem Verfahren das Bildelement so angesteuert wird, daß es das darzustellende Bild zeitlich nacheinander für den ersten Strahlengang und für den zweiten Strahlengang als erstes bzw. zweites Bild jeweils entgegen der chromatischen Aberration des entsprechenden Strahlengangs so vorverzerrt erzeugt, daß bei Darstellung des ersten und zweiten Bildes die im entsprechenden Strahlengang bewirkte chromatische Aberration kompensiert wird, und zeitlich synchron zur Erzeugung des ersten und zweiten Bildes dafür gesorgt wird, daß das erste Bild nur über den ersten Strahlengang und das zweite Bild nur über den zweiten Strahlengang für einen Benutzer wahrnehmbar ist.
Mit diesem Verfahren ist es möglich, bei der Bilderzeugung des ersten und zweiten Bildes die chromatische Aberration des entsprechenden Strahlengangs vorzuhalten, so daß bei der Darstellung des Bildes über den entsprechenden Strahlengang die vom Strahlengang bewirkte chromatische Aberration kompensiert wird.
Das Licht wird im Substrat im ersten und zweiten Strahlengang bevorzugt durch innere Totalreflexion geführt. Dazu kann das Substrat beispielsweise als Planplatte ausgebildet sein.
Bei dem Verfahren kann im ersten und zweiten Strahlengang jeweils eine ansteuerbare Blende angeordnet werden, die synchron zur Erzeugung des entsprechenden ersten bzw. zweiten Bildes zwischen Sperren und Durchlassen umgeschaltet wird. Die Blende kann eine mechanische Blende sein. Es ist auch möglich, daß die Blende mittels Polarisationseffekten zwischen Sperren und Durchlassen umschalten kann. Ferner ist es möglich, daß die Blende selbst den Polarisationszustand des Lichtes ändert, so daß als Folge die gewünschte Wirkung erreicht wird.
Ferner kann bei dem Verfahren ein Polarisationselement dem Bildelement nachgeordnet werden, wobei das Polarisationselement den ersten Polarisationszustand des vom Bildelement kommenden Lichtes beibehält oder in einen zweiten Polarisationszustand ändert, und es kann eine λ/2-Platte in einem der beiden Strahlengänge zwischen dem Bildelement und dem Einkoppelelement angeordnet werden, wobei das Einkoppelelement so ausgelegt wird, daß es nur Licht des ersten oder zweiten Polarisationszustandes im entsprechenden Strahlengang weiterleitet. Mit diesen Schritten ist eine leichte Umschaltung zwischen den beiden Strahlengängen möglich. Das Polarisationselement kann der λ/2-Platte vor- oder nachgeordnet sein.
Alternativ ist es möglich, daß dem Bildelement ein Polarisationselement nachgeordnet wird, das dafür sorgt, daß der Polarisationszustand des ersten Bildes verschieden ist zum Polarisationszustand des zweiten Bildes, wobei das Einkoppelelement so ausgebildet wird, daß nur Licht des ersten Polarisationszustandes im ersten Strahlengang und nur Licht des zweiten Polarisationszustandes im zweiten Strahlengang weitergeleitet wird. Dies ist sehr leicht zu realisieren und führt zu einer äußerst kompakten Anzeigevorrichtung.
Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Nachfolgend wird die Erfindung beispielsweise anhand der beigefügten Zeichnungen, die auch erfindungswesentliche Merkmale offenbaren, noch näher erläutert. Es zeigen:
1 zeigt eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung zur binokularen Darstellung eines mehrfarbigen Bildes;
2 zeigt eine vergrößerte Ausschnittsdarstellung der Vorrichtung von 1 zur Erläuterung des ersten Schaltzustandes;
3 zeigt eine vergrößerte Ausschnittsdarstellung der Vorrichtung von 1 zur Erläuterung des zweiten Schaltzustandes;
4 zeigt eine Abwandlung der Vorrichtung von 1;
5 zeigt eine weitere Abwandlung der Vorrichtung von 1;
6 zeigt eine Weiterbildung der Vorrichtung von 1;
7 zeigt schematisch und vergrößert ein Profil für die diffraktiven Elemente, und
8 zeigt schematisch ein weiteres Profil für die diffraktiven Elemente.
Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform umfaßt die Anzeigevorrichtung 1 zur binokularen Darstellung eines mehrfarbigen Bildes ein Bildelement 2, dem, in dieser Reihenfolge, ein schaltbares Polarisationselement, das hier als Flüssigkristallelement 3 ausgebildet ist, eine Kollimationsoptik 4, eine λ/2-Platte 5 sowie eine transparente Planplatte 6 nachgeordnet sind. Die Planplatte 6 weist auf ihrer dem Bildelement 2 zugewandten Seite 7 ein diffraktives Einkoppelelement 8 und auf ihrer dem Bildelement 2 abgewandten Seite 9 zwei voneinander beabstandete diffraktive Auskoppelelemente 10, 11 auf. Die Ein- und Auskoppelelemente 8, 10 und 11 weisen dabei stets den gleichen Furchenabstand auf. Ferner ist noch eine Steuereinheit 12 zur Ansteuerung des Bildelementes 2 sowie des Flüssigkristallelementes 3 vorgesehen. Natürlich kann die Reihenfolge der Elemente auch anders sein; beispielsweise können die Kollimationsoptik (4) und das Flüssigkristallelement (3) miteinander vertauscht sein. Das Flüssigkristallelement kann aber auch direkt vor oder nach der λ/2-Platte (5) positioniert werden.
In 1 sind ein erster Strahlengang 13 für ein rechtes Auges RA eines Benutzers der Anzeigevorrichtung 1, die bevorzugt als HMD-Vorrichtung (Head-mounted display Vorrichtung) ausgebildet ist, sowie ein zweiter Strahlengang 14 für das linke Auge LA des Benutzers schematisch durch entsprechende Pfeillinien dargestellt, wobei, wie nachfolgend noch detailliert dargelegt wird, erfindungsgemäß der Benutzer abwechselnd das mittels dem Bildelement 2 erzeugte Bild nur mit dem rechten Auge RA und nur mit dem linken Auge LA wahrnehmen kann.
Wie der schematischen Darstellung in 1 zu entnehmen ist, verläuft der erste Strahlengang 13 vom Bildelement 2 durch das Flüssigkristallelement 3 und die Kollimationsoptik 4 hindurch und trifft auf das diffraktive Einkoppelelement 8, das eine gewünschte Beugungsordnung (hier die +1. Beugungsordnung) nach links (in 1 gesehen) so beugt, daß das Licht durch Innere Totalreflexion in der Planplatte 6 bis zum ersten Auskoppelelement 10 geführt wird, das das Licht in Richtung zum rechten Auge RA hin aus der Planplatte 6 auskoppelt.
Im zweiten Strahlengang 14 läuft das Licht des Bildelementes 2 durch das Flüssigkristallelement 3 und die Kollimationsoptik 4 sowie die λ/2-Platte 5 hindurch und wird mittels dem diffraktiven Einkoppelelement 8 nach rechts (in 1 gesehen) so gebeugt (hier die –1. Beugungsordnung), daß es in der Planplatte 6 mittels innerer Totalreflexion bis zum zweiten Auskoppelelement 11 geführt wird, von dem es aus der Planplatte 6 in Richtung zum linken Auge LA hin ausgekoppelt wird.
Um diese unterschiedliche Einkopplung in die Planplatte 6 für den ersten und zweiten Strahlengang zu realisieren, umfaßt das diffraktive Einkoppelelement 8 ein erstes Teilgitter 15, das nicht durch die λ/2-Platte 5 abgedeckt ist und das TE-polarisiertes Licht in die Beugungsordnung m = +1 nach links (in 1 gesehen) beugt, und ein zweites Teilgitter 16, das von der λ/2-Platte 5 abgedeckt ist. Beide Teilgitter 15, 16 haben den gleichen Furchenabstand wie die Auskoppelelemente 10, 11. Das zweite Teilgitter 16 ist so ausgebildet, daß es TE-polarisiertes Licht überwiegend in die Beugungsordnung m = –1 (nach rechts in 1) beugt. Ferner sind beide Teilgitter 15 und 16 so ausgebildet, daß sie TM-polarisiertes Licht überwiegend in die Beugungsordnung m = 0 beugen.
Die gezackt dargestellte Oberflächenstruktur des Einkoppelelementes 8 sowie der Auskoppelelemente 10, 11 kann der Oberflächenstruktur der Elemente 8, 10 und 11 entsprechen. Natürlich kann die Oberflächenstruktur der Elemente 8, 10 und 11 anders als dargestellt sein. Wesentlich ist, daß die beschriebene Beugungswirkung verwirklicht ist.
Die Planplatte 6 kann aus Kunststoff oder Glas bestehen, wobei ein Material mit möglichst großem Brechungsindex bevorzugt wird, so daß der Grenzwinkel der Totalreflexion innerhalb der Platte 6 möglichst klein ist. Der Brechungsindex des Materials sollte jedoch kleiner als 2 sein, da ansonsten weitere, unerwünschte Beugungsordnungen auftreten können.
Aufgrund des diffraktiven Einkoppelelementes 8 sowie der diffraktiven Auskoppelelemente 10 und 11 werden im ersten und zweiten Strahlengang 13 und 14 unterschiedliche chromatische Aberrationen erzeugt, die für den Benutzer deutlich wahrnehmbar sind, wobei die erzeugten chromatischen Aberrationen der beiden Strahlengänge 13 und 14 häufig so sind, daß sie für das rechte und linke Auge RA, LA zueinander gespiegelt sind.
Um diese durch die diffraktiven Elemente 8, 10 und 11 bedingten chromatischen Aberrationen zu kompensieren, wird die Anzeigevorrichtung 1 erfindungsgemäß so betrieben, daß der Benutzer das auf dem Bildelement 2 erzeugte Bild entweder nur mit seinem rechten Auge RA (also über den ersten Strahlengang 13) oder nur mit seinem linken Auge LA (also über den zweiten Strahlengang 14) wahrnehmen kann, wobei die Umschaltung zwischen den beiden Strahlengängen 13 und 14 über den Polarisationszustand des vom Bildelement 2 abgestrahlten Lichtes bewirkt wird. Gleichzeitig wird mittels der Steuereinheit 12 das Bildelement 2 so angesteuert, daß es das darzustellende Bild in Abhängigkeit des entsprechenden Strahlenganges 13 und 14 chromatisch so vorverzerrt erzeugt, daß die durch den jeweils entsprechenden Strahlengang 13, 14 bedingte chromatische Aberration kompensiert wird.
Es wird angenommen, daß das Bildelement 2 das erzeugte mehrfarbige Bild als TE-polarisiertes Licht abstrahlt. Das Flüssigkristallelement 3 wird von der Steuereinheit 12 zunächst so angesteuert, daß es den Polarisationszustand des vom Bildelement 2 abgestrahlten Lichtes nicht ändert, so daß die Kollimationsoptik 4 TE-polarisierte Licht nach unendlich abbildet, wie schematisch in 2 angedeutet ist. Die Austrittspupille der Kollimationsoptik 4 liegt in der Nähe des Einkoppelgitters 8, so daß das kollimierte Licht jedes Pixels des Bildelementes 2 auf das Einkoppelgitter 8 trifft. Die Kollimationsoptik 4 kann nicht nur aus einer Einzellinse bestehen, sondern auch mehrere Einzellinsen, ein oder mehrere Kittglieder und/oder zumindest ein diffraktives Element enthalten.
Durch die oben beschriebene Ausbildung des diffraktiven Einkoppelelementes 8 wird das von der Kollimationsoptik 4 kollimierte Licht 17, das direkt auf das diffraktive Einkoppelelement 8 und somit auf das erste Teilgitter 15 als TE-polarisiertes Licht fällt, in die Beugungsordnung m = +1 gebeugt. Über die interne Totalreflexion in der Planplatte 6 wird dieses Licht 17 zum Auskoppelelement 10 geführt (1), das es in Richtung zum rechten Auge RA hin auskoppelt.
Das kollimierte Licht 18, das durch die λ/2-Platte 5 läuft (2), weist nach Durchlaufen der λ/2-Platte 5 einen TM-Polarisationszustand auf, so daß es von dem zweiten Teilgitter 16 in die nullte Beugungsordnung gebeugt wird und somit durch die Planplatte 6 gerade hindurch läuft. Dieses Licht 18 kann beispielsweise durch eine schematisch angedeutete Abschattungsblende 19 aufgefangen werden, so daß es nicht in ein Auge RA, LA des Benutzers gelangt.
In diesem Zustand kann der Benutzer somit das vom Bildelement 2 erzeugte Bild nur über den ersten Strahlengang 13 wahrnehmen. Dies wird erfindungsgemäß derart ausgenutzt, daß das Bildelement 2 unter Steuerung der Steuereinheit 12 das darzustellende Bild chromatisch entgegen der chromatischen Aberration des ersten Strahlenganges 13 vorverzerrt als erstes Bild erzeugt, wodurch für den Benutzer die im ersten Strahlengang 13 bewirkte chromatische Aberration kompensiert wird und er mit seinem rechten Auge RA das erste Bild farbkorrigiert wahrnehmen kann. In das linke Auge LA des Benutzers gelangt vom zweiten Strahlengang 14 kein Licht, so daß der Benutzer mit seinem linken Auge kein Bild wahrnimmt.
Die Steuereinheit 12 schaltet nach einer vorbestimmten Zeitdauer von dem in 2 gezeigten ersten Zustand in den in 3 gezeigten zweiten Zustand, in dem das Flüssigkristallelement 3 den Polarisationszustand des TE-polarisierten Lichtes vom Bildelement 2 in den TM-Polarisationszustand ändert, so daß die Kollimationsoptik 4 nun TM-polarisiertes Licht nach unendlich abbildet. Dies hat zur Folge, daß der direkt auf das diffraktive Einkoppelelement 8 bzw. auf das ersten Teilgitter 15 einfallende Anteil 17' des kollimierten TM-polarisierten Lichtes in die nullte Beugungsordnung gebeugt wird und somit durch die Planplatte 6 hindurchläuft und wiederum von der Abschattungsblende 19 aufgefangen wird. Das durch das λ/2-Platte hindurchlaufende TM-polarisierte Licht 18' wird aufgrund der λ/2-Platte in TE-polarisiertes Licht umgewandelt, so daß es von dem zweiten Teilgitter 16 des diffraktiven Einkoppelelements 8 in die Beugungsordnung m = –1 nach rechts (in 3) gebeugt wird. Das so gebeugte Licht wird mittels interner Totalreflexion in der Planplatte 6 bis zum zweiten Auskoppelelement 11 geführt, das es aus der Planplatte 6 zum linken Auge LA des Benutzers hin auskoppelt (1).
Ferner steuert die Steuereinheit 12 in dem in 3 gezeigten Zustand das Bildelement 2 derart an, daß das mittels dem Bildelement 2 erzeugte mehrfarbige Bild als zweites Bild chromatisch derart vorverzerrt ist, daß die durch das zweite Teilgitter 16 sowie das diffraktive Auskoppelelement 11 bedingte chromatische Aberration kompensiert wird. Der Benutzer nimmt daher über sein linkes Auge LA ein farbkorrigiertes Bild wahr. Über sein rechtes Auge RA nimmt der Benutzer in dem in 3 gezeigten Zustand kein Bild wahr.
Durch schnelles Hin- und Herschalten zwischen dem ersten und zweiten Zustand von 2 und 3 nimmt der Benutzer scheinbar mit beiden Augen gleichzeitig das mehrfarbige Bild farbkorrigiert wahr. Die Steuereinheit 12, das Flüssigkeitselement 3 und die λ/2-Platte 5 bilden somit ein Schaltmodul, das abwechselnd den ersten und zweiten Strahlengang als Abbildungsstrahlengang der Anzeigevorrichtung 1 schaltet.
In 4 ist vergrößert der Bereich vor dem Einkoppelgitter 8 einer Abwandlung der in 1 bis 3 gezeigten Ausführungsform dargestellt, wobei die Abwandlung bis auf die nachfolgend beschriebenen Unterschiede gleich wie die Anzeigevorrichtung von 1–3 ausgebildet ist. Ferner sind gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet und zu deren Beschreibung wird auf die obigen Ausführungen verwiesen. Im Unterschied zu der Ausführungsform von 1 bis 3 ist statt des Flüssigkristallelementes 3 und der λ/2-Platte 5 eine zweigeteilte Flüssigkristallblende 20 angeordnet, die eine erste und zweite Flüssigkristallschicht 21, 22 enthält, wobei die erste Flüssigkristallschicht 21 vor dem ersten Teilgitter 15 und die zweite Flüssigkristallschicht 22 vor dem zweiten Teilgitter 16 angeordnet ist. Die beiden Flüssigkristallschichten weisen entsprechende transparente Elektrodenschichten 23, 24 zum Schalten der Schichten 21 und 22 auf. Die beiden Flüssigkristallschichten 21 und 22 mit den Elektrodenschichten 23 und 24 sind zwischen einem für TE-polarisiertes Licht transparenten Polarisator 25 und einem für TE-polarisiertes Licht durchlässigen Analysator 26 angeordnet.
Der Polarisator 25 ist für den Fall vorgesehen, daß das Bildelement 2 unpolarisiertes Licht abstrahlt. Wenn das Bildelement 2 jedoch, wie in Verbindung mit 1–3 beschrieben wurde, TE-polarisiertes Licht abgibt, kann der Polarisator 25 entfallen. In diesem Fall ist es jedoch auch möglich, daß der Polarisator 25 für eine Verbesserung des Kontrastes angeordnet ist, wie in 4 dargestellt ist.
Die Elektrodenschichten 23 und 24 und somit die beiden Flüssigkristallschichten 21 und 22 werden von der Steuereinheit 12 so angesteuert, daß bei Darstellung für das rechte Auge RA die erste Flüssigkristallschicht 21 die Polarisationsrichtung des durch sie hindurchlaufenden Lichtes nicht ändert und die zweite Flüssigkristallschicht 22 die Polarisation des durch sie hindurchlaufenden Lichtes in die TM-Polarisation dreht. Damit wird das auf das erste Teilgitter 15 treffende TE-polarisierte Licht in die m = +1 Beugungsordnung gebeugt und auf das zweite Teilgitter 16 trifft aufgrund des Analysators 26 kein Licht. Für die Darstellung für das linke Auge LA dreht die erste Flüssigkristallschicht 21 die Polarisation von TE nach TM und dreht die zweite Polarisationsschicht 22 die Polarisation des durchlaufenden Lichtes nicht, so daß auf das erste Teilgitter 15 aufgrund des Analysators 26 kein Licht trifft und das auf das zweite Teilgitter 16 treffende TE-polarisierte Licht in die m = –1 Beugungsordnung gebeugt wird.
Je nachdem, ob das Licht vom Bildelement 2 dem rechten oder linken Auge RA, LA zugeführt wird, wird in gleicher Weise wie bei der Ausführungsform von 1 bis 3 das darzustellende mehrfarbige Bild mittels dem Bildelement 2 als erstes oder zweites Bild chromatisch derart vorverzerrt erzeugt, daß die chromatische Aberration des ersten bzw. zweiten Strahlengangs 13, 14 kompensiert wird.
Natürlich kann statt der in Verbindung mit 4 beschriebenen zweigeteilten Flüssigkristallblende auch eine entsprechende mechanische zweigeteilte Blende (nicht gezeigt) vorgesehen werden. In diesem Fell ist es nicht notwendig, daß das Bildelement 2 polarisiertes Licht abstrahlt. Auch können die Teilgitter 15 und 16 so ausgelegt werden, daß sie unabhängig vom Polarisationszustand das auf sie treffende Licht, in die +1 bzw. –1 Beugungsordnung beugen.
Natürlich ist es nicht zwingend, daß die Blende mit ihren beiden Teilblenden für die beiden Strahlengänge 13, 14 zwischen der Kollimationsoptik 4 und dem diffraktiven Einkoppelelement 8 angeordnet ist. Die Teilblenden können an jeder Stelle zwischen der Kollimationsoptik 4 und dem entsprechenden Auge RA, LA des Beobachters im ersten bzw. zweiten Strahlengang 13, 14 angeordnet sein. Es muß nur sichergestellt werden, daß der Benutzer zeitlich sequentiell abwechselnd nur das rechte und linke Teilbild wahrnehmen kann. Die Blende kann somit beispielsweise auch zwischen den Auskoppelelementen 10 und 11 und den Augen RA und LA angeordnet sein. Es ist ferner möglich, daß die Teilblenden zwischen dem Einkoppelelement 8 und den beiden Auskoppelelementen 10 und 11 angeordnet sind. Schließlich ist es möglich, die Teilblenden für den ersten und zweiten Strahlengang 13 und 14 an unterschiedlichen Stellen im Strahlengang 13, 14 anzuordnen, beispielsweise kann die Teilblende für den ersten Strahlengang 13 zwischen Kollimationsoptik 4 und diffraktivem Einkoppelelement 8 und für den zweiten Strahlengang 14 zwischen diffraktivem Auskoppelelement 11 und linkem Auge LA vorgesehen sein.
Die beschriebenen Blenden 20 bilden zusammen mit der Steuereinheit 12 ein Schaltmodul, das abwechselnd den ersten und zweiten Strahlengang als Abbildungsstrahlengang der Anzeigevorrichtung 1 schaltet, so daß die Anzeigevorrichtung einen schaltbaren Strahlengang aufweist.
In 5 ist eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung zur binokularen Darstellung eines mehrfarbigen Bildes gezeigt. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der Ausführungsform von 1 bis 3 darin, daß die λ/2-Platte 5 weggelassen wurde. Ferner ist das Einkoppelgitter 8 nicht mehr in zwei Teilgitter aufgeteilt, sondern als ein Gitter derart ausgelegt, daß TE-polarisiertes Licht in die Beugungsordnung m = + 1 und somit in 5 nach rechts gebeugt wird und daß TM-polarisiertes Licht in die Beugungsordnung m = –1 und somit in 5 nach links gebeugt wird. Mittels dem Flüssigkristallelement 3 kann, wie bereits beschrieben, der TE-Polarisationszustand des Lichtes des Bildelementes 2 beibehalten oder in den TM-Polarisationszustand geändert werden. Somit kann mittels dem Flüssigkristallelement 3 zwischen dem ersten Strahlengang 13 und dem zweiten Strahlengang 14 umgeschaltet werden.
In einer Weiterbildung der Ausführungsform von 5 ist es möglich, das Einkoppelelement 8 als elektrisch schaltbares diffraktives Element auszubilden, wie es beispielsweise in der US-Patentanmeldung US 2004/0109234 A1 beschrieben ist. In diesem Fall wird das elektrisch schaltbare Gitter 8 synchron mit dem Flüssigkristallelement 3 geschaltet.
In einer Abwandlung (nicht gezeigt) der Ausführungsform von 5 wird das Flüssigkristallelement weggelassen. Das Bildelement 2 kann Licht mit einem beliebigen Polarisationszustand oder auch unpolarisiertes Licht abstrahlen. Das Einkoppelelement 8 ist als elektrisch schaltbares diffraktives Element so ausgebildet, daß vom Display stammendes Licht je nach Schaltzustand entweder in die Ordnung m = +1 nach links oder in die Ordnung m = –1 nach rechts gebeugt wird.
In 6 ist eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung dargestellt, wobei gleiche Elemente im Vergleich zu der Ausführungsform von 1 bis 3 mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet wurden. Es werden nachfolgend lediglich die Unterschiede beschrieben.
Bei der Ausführungsform von 6 ist die planparallele Platte 6 bzw. das Einkoppelelement 8 für den blau-grünen Wellenlängenbereich (λ = 465 nm – 540 nm) ausgelegt. Licht in diesem Wellenlängenbereich wird in Abhängigkeit des Polarisationszustandes (TE- oder TM-Polarisation) nach links oder rechts (in 6) gebeugt. Das über die Auskoppelelemente 10 und 11 ausgekoppelte Licht läuft durch eine zwischen der planparallelen Platte 6 und den Augen RA und LA angeordneten weiteren planparallelen Platte 30 hindurch. Die weitere planparallele Platte 30 ist im wesentlichen gleich ausgebildet wie die planparallele Platte 6. Jedoch ist sie für Licht des roten Wellenlängenbereichs (λ = 615 nm – 645 nm) ausgelegt. Da das Einkoppelelement 8 das Licht des roten Wellenlängenbereiches nicht beugt, läuft dieses durch die planparallele Platte 6 hindurch und trifft auf das diffraktive Einkoppelelement 31 der weiteren planparallelen Platte 30. Je nach Polarisationszustand des roten Lichtes wird dieses nach links oder rechts (in 6) gebeugt und mittels interner Totalreflexion in der planparallelen Platte bis zu dem diffraktiven Auskoppelelement 32 oder 33 geführt, das es aus der planparallelen Platte 30 zu dem entsprechenden Auge RA, LA des Benutzers hin auskoppelt. Das von der planparallelen Platte 30 ausgekoppelte Licht wird mit dem von der planparallelen Platte 6 ausgekoppelten Licht überlagert, so daß der Benutzer wiederum alle Farben des darzustellenden mehrfarbigen Bildes wahrnehmen kann.
Mit einer solchen Anordnung mit zwei planparallelen Platten 36 wird einerseits der Vorteil erreicht, daß ein größerer Betrachtungswinkel für den Benutzer zur Verfügung gestellt werden kann. Ferner können die diffraktiven Einkoppel- und Auskoppelelemente 8, 31, 10, 11, 32 und 33 besser an die jeweils kleineren Wellenlängenbereiche angepaßt werden, so daß höhere Beugungseffizienzen erreicht werden können.
Das Einkoppelelement 31 der weiteren planparallelen Platte 30 weist ein erstes Teilgitter 34 für den ersten Strahlengang 13 sowie ein zweites Teilgitter 35 für den zweiten Strahlengang 14 auf. Die Gitter 8 bzw. 15, 16 sowie die Auskoppelelemente 10 und 11 haben dabei einen gemeinsamen Furchenabstand g_GB. Die Gitter 31 bzw. 34, 35 sowie die Auskoppelelemente 32 und 33 haben dabei einen gemeinsamen Furchenabstand g_R. Die beiden Furchenabstände g_gb und g_R können unterschiedlich sein; vorteilhafterweise gilt g_R < g_R. Ferner sind die beiden Teilgitter 15 und 16 des Einkoppelelementes 8 sowie die beiden Teilgitter 34 und 35 des Einkoppelelementes 31 bis auf ihre Verdrehung um die Flächennormale der Trägerplatte 6, 30 um 180° identisch.
Die Teilgitter 15, 16 sowie 34 und 35 sowie die Auskoppelelemente 10, 11 und 32 und 33 können jeweils das in 7 schematisch dargestellte Gitterprofil aufweisen. Innerhalb der Gitterperiode g (Furchenabstand g) finden sich zwei sich senkrecht erstreckende Stege 36, 37 unterschiedlicher Dicke d1 und d2, deren Steghöhe h gleich ist und die voneinander um die Länge a beabstandet sind. Das Einkoppelelement 8, das für den grünen und blauen Längenbereich ausgelegt ist, weist folgende Daten auf: g_GB = 400 nm, h = 635 nm, d1 = 166 nm, d2 = 58 nm und a = 42 nm. Die Einkoppeleffizienz für die TE-Polarisation in die erste Beugungsordnung beträgt 51% und für die TM-Polarisation 1,6% bei λ = 525 nm sowie 51% für die TE-Polarisation und 5,9% für die TM-Polarisation bei λ = 475 nm sowie senkrechtem Einfall.
Das Einkoppelelement 31, das für den roten Wellenlängenbereich ausgelegt ist, weist folgende Daten auf: g_R = 510 nm, h = 770 nm, d1 = 193 nm, d2 = 62 nm sowie a = 53 nm. Die Einkoppeleffizienz für die TE-Polarisation in die erste Beugungsordnung beträgt 64% und für die TM-Polarisation 2,6% bei λ = 630 nm sowie senkrechtem Einfall.
Wie in einer Weiterbildung in 8 dargestellt ist, können die Stege 36, 37 auch geneigt ausgebildet sein. Dabei kann der Abstandsparameter a auch den Wert 0 μm annehmen, so daß die beiden Stege miteinander verschmelzen.
Bei den bisher beschriebenen Ausführungsformen sind die Einkoppelelemente 8 und 31 sowie die Auskoppelelemente 10, 11, 32 und 33 jeweils als transmissive diffraktive Elemente ausgebildet. Es ist jedoch auch möglich, zumindest eines dieser Elemente als reflektives diffraktives Element auszubilden. Wenn beispielsweise das Einkoppelelement 8 als reflektives Element ausgebildet ist, wird es bei der Ausführungsform von 1 an der Rückseite 9 der Planplatte 6 angeordnet.
Es ist ferner möglich, die Einkoppel- und Auskoppelelemente 8, 31, 10, 11, 32 und 33 auf der gleichen Seite der Planplatte 6, 30 auszubilden. In diesem Fall liegen die Einkoppelelemente 8 und 30 sowie die Augen RA und LA des Benutzers auf der gleichen Seite der Planplatte 6 bzw. 30.
Durch die Verwendung der beschriebenen Planplatte 6 bzw. ihrer Kombination 6 und 30 wird weiter der Vorteil erreicht, daß die Austrittspupille der Abbildungsoptik, die die Kollimationsoptik 4 und die Planplatte 6 oder Planplatten 6 und 30 umfaßt, in der Zeichenebene (von z. B. 1) größer ist als die Austrittspupille der Kollimationsoptik 4. Um eine entsprechende Vergrößerung der Austrittspupille der Abbildungsoptik senkrecht zur Zeichenebene zu erreichen, kann beispielsweise in den entsprechenden Strahlengängen 13 und 14 und innerhalb der Planplatte 6 jeweils ein geeignet ausgebildetes diffraktives Element angeordnet werden, wie es beispielsweise in 15 und 16 der Veröffentlichung von T. Levola: „Diffractive optics for virtual reality displays", Journal of the SID 14/5 (2006), Seiten 467–475 beschrieben ist.
Die beschriebenen Ausführungsformen der Anzeigevorrichtung 1 sind bevorzugt als HMD-Vorrichtung (Head-mounted-display-Vorrichtung) ausgebildet und weisen dazu bevorzugt eine Kopfhalterung auf, die beispielsweise in Art eines Brillengestelles ausgebildet ist. Es sind jedoch auch alle anderen Arten einer Kopfhalterung möglich, wie z. B. ein Helm, eine Mütze, usw. Die Anzeigevorrichtung 1 ist bevorzugt so ausgebildet, daß der Benutzer ein virtuelles Bild des mittels dem Bildelement 2 erzeugten mehrfarbigen Bildes wahrnehmen kann.
Mit der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung kann aufgrund der zeitlich nacheinander erfolgenden Darstellung der Bilder für das linke und rechte Auge des Benutzers auch eine stereoskopische Darstellung des mehrfarbigen Bildes durchgeführt werden, indem abwechselnd farblich vorverzerrte, stereoskopische Bilder des mehrfarbigen Bildes vom Bildelement erzeugt werden. Die stereoskopischen Bilder können z. B. von einer Stereoaufnahme stammen, so daß durch die erfindungsgemäße farbliche Vorverzerrung die gewünschten farblich vorverzerrten, stereoskopischen Bilder erzeugt und dargestellt werden können.
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 20040109234 A1 [0057]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- T. Levola: „Diffractive optics for virtual reality displays", Journal of the S1D 14/5 (2006), Seiten 467–475 [0002]
- T. Levola: „Diffractive optics for virtual reality displays", Journal of the SID 14/5 (2006), Seiten 467–475 [0068]

Claims

Anzeigevorrichtung (1) zur binokularen Darstellung eines mehrfarbigen Bildes, mit einem einzigen Bildelement (2), mit dem das darzustellende mehrfarbige Bild erzeugbar ist, einer Abbildungsoptik, die eine Kollimationsoptik (4) und ein der Kollimationsoptik nachgeordnetes transparentes Substrat (6) mit einem diffraktiven Einkoppelelement (8) und einem ersten und zweiten diffraktiven Auskoppelelement (10, 11), die voneinander beabstandet sind, aufweist, einer Steuereinheit (12) zur Ansteuerung des Bildelementes (2), einem ersten Strahlengang (13), der vom Bildelement (2) über die Kollimationsoptik (4) und das Einkoppelelement (8) durch das Substrat (6) zum ersten Auskoppelelement (10) und über dieses aus dem Substrat (6) hinaus verläuft, sowie einem zweiten Strahlengang (14), der vom Bildelement (2) über die Kollimationsoptik (4) und das Einkoppelelement (8) durch das Substrat (6) zum zweiten Auskoppelelement (11) und über dieses aus dem Substrat (6) hinaus verläuft, wobei aufgrund des Einkoppelelements (8) und der Auskoppelelemente (10, 11) unterschiedliche chromatische Aberrationen im ersten und zweiten Strahlengang (13, 14) bewirkt werden, wobei die Steuereinheit das Bildelement (2) so ansteuert, daß es das darzustellende Bild zeitlich nacheinander für den ersten Strahlengang (13) und für den zweiten Strahlengang (14) als erstes bzw. zweites Bild jeweils entgegen der chromatischen Aberration des entsprechenden Strahlengangs so vorverzerrt erzeugt, daß bei Darstellung des ersten und zweiten Bildes die im entsprechenden Strahlengang (13, 14) bewirkte chromatische Aberration kompensiert wird, und wobei die Anzeigevorrichtung ein Schaltmodul aufweist, das zeitlich synchron zur Erzeugung des ersten und zweiten Bildes dafür sorgt, daß das erste Bild nur über den ersten Strahlengang (13) und das zweite Bild nur über den zweiten Strahlengang (14) für einen Benutzer wahrnehmbar ist.
Anzeigevorrichtung (1) nach Anspruch 1, bei der das Licht vom Bildelement (2) im ersten und zweiten Strahlengang im Substrat (6) jeweils durch innere Totalreflexion geführt wird.
Anzeigevorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, bei der das Schaltmodul im ersten und zweiten Strahlengang jeweils eine ansteuerbare Blende aufweist, die synchron zur Erzeugung des entsprechenden ersten bzw. zweiten Bildes zwischen Sperren und Durchlassen umgeschaltet wird.
Anzeigevorrichtung (1) nach Anspruch 3, bei der zumindest eine der Blenden das Umschalten durch Ändern des Polarisationszustandes des Lichtes des ersten bzw. zweiten Bildes bewirkt.
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Schaltmodul ein dem Bildelement nachgeordnetes Polarisationselement (3), das den ersten Polarisationszustand des vom Bildelement kommenden Lichtes beibehält oder in einen zweiten Polarisationszustand ändert, und eine in einem der beiden Strahlengänge (13, 14) zwischen dem Bildelement (2) und dem Einkoppelelement (8) angeordneten λ/2-Platte (5) aufweist, wobei das Einkoppelelement (8) so ausgelegt ist, daß es nur Licht des ersten oder zweiten Polarisationszustandes im entsprechenden Strahlengang (13, 14) weiterleitet.
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Schaltmodul ein dem Bildelement nachgeordnetes Polarisationselement (3) aufweist, das dafür sorgt, daß der Polarisationszustand des ersten Bildes verschieden ist zum Polarisationszustand des zweiten Bildes, wobei das Einkoppelelement (8) so ausgebildet ist, daß nur Licht des ersten Polarisationszustandes im ersten Strahlengang (13) und nur Licht des zweiten Polarisationszustandes im zweiten Strahlengang (14) weitergeleitet wird.
Anzeigevorrichtung (1) nach einem der obigen Ansprüche, bei dem das Substrat (6) als Planplatte ausgebildet ist.
Anzeigeverfahren zur binokularen Darstellung eines mehrfarbigen Bildes für eine Anzeigevorrichtung mit einem einzigen Bildelement, mit dem das darzustellende Bild erzeugbar ist, einer Abbildungsoptik, die eine Kollimationsoptik und ein der Kollimationsoptik nachgeordnetes transparentes Substrat mit einem diffraktiven Einkoppelelement und einem ersten und zweiten diffraktiven Auskoppelelement, die voneinander beabstandet sind, aufweist, einem ersten Strahlengang, der vom Bildelement über die Kollimationsoptik und das Einkoppelelement durch das Substrat zum ersten Auskoppelelement und über dieses aus dem Substrat hinaus verläuft, sowie einem zweiten Strahlengang, der vom Bildelement über die Kollimationsoptik und das Einkoppelelement durch das Substrat zum zweiten Auskoppelelement und über dieses aus dem Substrat hinaus verläuft, wobei aufgrund des Einkoppelelementes und der Auskoppelelemente unterschiedliche chromatische Aberrationen im ersten und zweiten Strahlengang bewirkt werden, wobei in dem Verfahren das Bildelement so angesteuert wird, daß es das darzustellende Bild zeitlich nacheinander für den ersten Strahlengang und für den zweiten Strahlengang als erstes bzw. zweites Bild jeweils entgegen der chromatischen Aberration des entsprechenden Strahlengangs so vorverzerrt erzeugt, daß bei Darstellung des ersten und zweiten Bildes die im entsprechenden Strahlengang bewirkte chromatische Aberration kompensiert wird, und zeitlich synchron zur Erzeugung des ersten und zweiten Bildes dafür gesorgt wird, daß das erste Bild nur über den ersten Strahlengang und das zweite Bild nur über den zweiten Strahlengang für einen Benutzer wahrnehmbar ist.
Anzeigeverfahren nach Anspruch 8, bei dem das Licht im ersten und zweiten Strahlengang im Substrat jeweils durch innere Totalreflexion geführt wird.
Anzeigeverfahren nach Anspruch 8 oder 9, bei dem im ersten und zweiten Strahlengang jeweils eine ansteuerbare Blende angeordnet wird, die synchron zur Erzeugung des entsprechenden ersten bzw. zweiten Bildes zwischen Sperren und Durchlassen umgeschaltet wird.
Anzeigeverfahren nach Anspruch 10, bei dem zumindest eine der Blenden das Umschalten durch Ändern des Polarisationszustandes des Lichtes des ersten bzw. zweiten Bildes bewirkt.
Anzeigeverfahren nach Anspruch 8 oder 9, bei dem ein Polarisationselement, das den ersten Polarisationszustand des vom Bildelement kommenden Lichtes beibehält oder in einen zweiten Polarisationszustand ändert, dem Bildelement nachgeordnet und eine λ/2-Platte in einem der beiden Strahlengänge zwischen dem Bildelement und dem Einkoppelelement angeordnet wird, wobei das Einkoppelelement so ausgelegt wird, daß es nur Licht des ersten oder zweiten Polarisationszustandes im entsprechenden Strahlengang weiterleitet.
Anzeigeverfahren nach Anspruch 8 oder 9, bei dem dem Bildelement ein Polarisationselement nachgeordnet wird, das dafür sorgt, daß der Polarisationszustand des ersten Bildes verschieden ist zum Polarisationszustand des zweiten Bildes, wobei das Einkoppelelement so ausgebildet wird, daß nur Licht des ersten Polarisationszustandes im ersten Strahlengang und nur Licht des zweiten Polarisationszustandes im zweiten Strahlengang weitergeleitet wird.
Anzeigeverfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, bei das Substrat als Planplatte ausgebildet wird.