DE102012101183A1

DE102012101183A1 - Doppelbrechender Körper, Strahlvereinigungsanordnung und Verfahren zur Herstellung eines doppelbrechenden Körpers

Info

Publication number: DE102012101183A1
Application number: DE102012101183A
Authority: DE
Inventors: Gerald Fütterer
Original assignee: SeeReal Technologies SA
Current assignee: SeeReal Technologies SA
Priority date: 2012-02-14
Filing date: 2012-02-14
Publication date: 2013-08-14
Also published as: KR102057353B1; WO2013120904A1; KR20140133531A; TWI629512B; TW201337330A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen doppelbrechenden Körper, ein Verfahren zur Herstellung eines doppelbrechenden Körpers sowie eine optische Strahlvereinigungsanordnung BC zur Erzeugung eines komplexwertigen Pixels PK. Es soll ein kostengünstig herstellbarer und in für großflächige Anwendungen nutzbarer doppelbrechender Körper sowie eine optische Strahlvereinigungsanordnung BC zur Erzeugung von komplexwertigen Pixeln PK für die dreidimensionale Darstellung von Szenen angegeben werden, die auch für große Displays in den notwendigen Dimensionen und der erforderlicher Homogenität realisierbar ist. Dies wird erreicht durch einen doppelbrechenden Körper, der Komponenten eines optisch anisotropen Materials enthält, die räumlich gleichartig ausgerichtet in einer optisch transparenten Matrix eingebettet angeordnet sind, ein Verfahren bei dem ein Matrix-Grundmaterial mit Komponenten eines optisch anisotropen Materials vermischt, die Komponenten des optisch anisotropen Materials in der Mischung räumlich gleichartig ausgerichtet werden und das Matrix-Grundmaterial unter Einschluss der räumlich gleichartig ausgerichteten Komponenten verfestigt wird, sowie eine optische Strahlvereinigungsanordnung BC, deren doppelbrechende Planplatte einen erfindungsgemäßen doppelbrechenden Körper SP aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft einen doppelbrechenden Körper, ein Verfahren zur Herstellung eines doppelbrechenden Körpers sowie eine optische Strahlvereinigungsanordnung zur Erzeugung eines komplexwertigen Pixels, die eine Lichtmodulationsvorrichtung, die eine Anordnung von Pixeln aufweist, ein optisches Verzögerungselement, eine doppelbrechende Planplatte und ein Polarisationselement enthält.
Doppelbrechung ist eine Eigenschaft von optisch anisotropen Materialien. Sie führt dazu, dass sich bei senkrechtem Einfall von Licht auf ein doppelbrechendes Material der sogenannte ordentliche Strahl im doppelbrechenden Material ohne Richtungsänderung durch das Material hindurchbewegt. Der Pointing-Vektor des außerordentlichen Strahls kann hingegen beim senkrechten Einfall auf ein doppelbrechendes Material eine Richtungsänderung erfahren, wenn die optische Achse weder parallel noch senkrecht zum einfallenden Strahl ist. Der ordentliche und der außerordentliche Strahl unterscheiden sich durch ihre Polarisationsrichtung. Diese Eigenschaft kann nun für verschiedene optische Anwendungen genutzt werden. Ein Anwendungsgebiet sind optische Elemente für 3D-Displays, also Displays für die dreidimensionale Darstellung von Szenen.
Bekannte doppelbrechende Materialien sind Kalzit oder Quarz. Für Anwendungen, die große doppelbrechende Körper, in der Regel große Planplatten, erfordern, sind jedoch Kalzit- oder Quarz-Platten schwierig herzustellen. Synthetische Kalzit-Kristalle können zwar mit ausreichender Reinheit mit einem Durchmesser größer 300 mm hergestellt werden, aber die Herstellungskosten sind sehr hoch. Es ist zu erwarten, dass solche synthetische Kalzit-Kristall-Platten in Direktsicht-Display-Größe innerhalb der nächsten zehn Jahre kein Massenprodukt werden können.
Doppelbrechende Planplatten für Displays zur dreidimensionalen Darstellung werden beispielsweise eingesetzt, um für holographische Verfahren mittels einer optischen Strahlvereinigungsanordnung komplexe Pixel aus zwei Phasen-Pixeln einer Lichtmodulationsvorrichtung (Spatial Light Modulator) zu erzeugen. Hierzu wird beispielsweise ein TE-Wellenfeld (senkrecht polarisiertes Licht) und ein TM-Wellenfeld (parallel polarisiertes Licht), die aus zwei Pixeln unterschiedlicher Phasen einer Lichtmodulationsvorrichtung hervorgehen – oder aber zumindest Wellenfelder unterschiedlicher Polarisation – übereinander geschoben und somit eine Strahlvereinigung erreicht, die es erlaubt, aus zwei Phasen-Pixeln einen komplexwertigen Pixel zu erzeugen.
Eine Alternative für in optischen Strahlvereinigungsanordnungen genutzte doppelbrechende Planplatten sind sogenannte Volumengitter, die so aufgebaut sind, dass das entsprechende Licht an den Gitterebenen dieser dafür synthetisierten Volumengitter gebeugt wird. Um den Effekt einer doppelbrechenden Planplatte zu erreichen, müssen jeweils zwei solcher Volumengitter definierter, vom Abstand der zu vereinigenden Pixel abhängiger, Dicke in definiertem Abstand zueinander eingesetzt werden. Die Nutzung von doppelbrechenden Planplatten wie auch solchen (im Sinne einer Beugung optisch aktiven) Volumengittern als optische Strahlvereinigungsanordnung wird ausführlich in der WO 2010/149588 A1 beschrieben. Die Herstellung optisch aktiver, also beugender, Volumengitter ist jedoch bezüglich ihrer Dicke limitiert, häufig werden Alignment-Schichten zu ihrer Herstellung benötigt. Zudem muss der zwischen zwei Volumengittern benötigte Abstandhalter ebenfalls in hoher Präzision ausgeführt werden, um eine fehlerfreie bzw. fehlerarme Vereinigung zweier Phasen-Pixel zu einem komplexwertigen für die holographische Darstellung nutzbaren Pixel zu erreichen.
Der Versuch, optisch aktive Volumengitter durch „Einlagerung“ doppelbrechender Elemente zu optimieren bzw. – sofern diese schaltbar ausgeführt sind (siehe „Multiplexed holographic transmission gratings recorded in holographic polymerdispersed liquid crystals: static and dynamic studies", Sébastien Massenot, Jean-Luc Kaiser, Maria Camacho Perez, Raymond Chevallier, and Jean-Louis de Bougrenet de la Tocnaye, Applied Optics, Vol. 44, Issue 25, pp. 5273–5280 (2005)) – zusätzliche optische Zustände zu erzielen, führt zu einer sehr hohen Komplexität, da nach wie vor hochpräzise Anforderungen an die Volumengitter und ihr Herstellungsverfahren gestellt werden, um die jeweils gewünschten Beugungsbedingungen zu erzielen, und gleichzeitig das Zusammenspiel von doppelbrechenden Elementen mit dem optisch aktiven Volumengitter für die gewünschte Anwendung einzustellen.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen doppelbrechenden Körper, ein Verfahren zur Herstellung eines doppelbrechenden Körpers sowie eine optische Strahlvereinigungsanordnung zur Erzeugung eines komplexwertigen Pixels anzugeben und weiterzubilden, durch welche die vorgenannten Probleme adressiert werden. Insbesondere soll ein doppelbrechender Körper angegeben werden, der kostengünstig und in großen Dimensionen hergestellt und als optisches Element in großflächigen Anwendungen wie Displays für die dreidimensionale Darstellung von Szenen eingesetzt werden kann. Des Weiteren soll eine optische Strahlvereinigungsanordnung zur Erzeugung von komplexwertigen Pixeln für die dreidimensionale Darstellung von Szenen angegeben werden, die auch für große Displays, also Displays größer 45 Zoll, in den notwendigen Dimensionen und der erforderlichen Homogenität realisierbar ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Lehre des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den diesem Anspruch folgenden Unteransprüchen hervor.
Ein doppelbrechender Körper enthält Komponenten eines optisch anisotropen, und folglich doppelbrechenden, Materials. Komponenten seien hier verstanden als einzelne Elemente, Partikel bzw. definierte, räumlich begrenzte Bestandteile.
Erfindungsgemäß sind diese Komponenten räumlich gleichartig ausgerichtet in einer optisch transparenten Matrix eingebettet angeordnet. Dabei bedeutet in diesem Fall räumlich gleichartig ausgerichtet, dass die optischen Achsen dieser Komponenten in einer gewünschten Richtung ausgerichtet sind. Die Komponenten sind in der Regel fest in die optisch transparente Matrix, d. h. eine Matrix mit einem hohen Transmissionsgrad, eingebettet. Die optisch transparente Matrix dient folglich als Einlagerungsgerüst für die ausgerichteten Komponenten des optisch anisotropen, doppelbrechenden Materials. Dabei ist es in einer Option möglich, dass das Matrixmaterial je nach Polarisationszustand orientierbar ist.
In einer besonderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung sind die Komponenten des optisch anisotropen Materials in einer optisch transparenten Matrix eingebettet angeordnet, die ein optisch inaktives Volumengitter enthält, wobei für das optisch inaktive Volumengitter charakteristisch ist, dass es für alle Wellenlängen eines verwendeten Lichts nichtbeugend ausgebildet ist. Dies beinhaltet, dass es auch für den gesamten Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichts nichtbeugend ausgebildet sein kann. Das hier beschriebene optisch inaktive Volumengitter wird also für den entsprechenden Wellenlängenbereich unter sogenannten „off-Bragg“-Bedingungen genutzt und bildet ein künstliches Dielektrikum. Die Nutzung unter „off-Bragg“-Bedingung kann auf Winkel- und/oder Wellenlängenselektivität bezogen sein.
Das optisch inaktive Volumengitter enthält dabei eine in mindestens einer Dimension periodische Fernstruktur mit einer solchen Periode, dass für alle Wellenlängen eines verwendeten Lichtes und für die jeweilige Lichteinfallsrichtung die Braggsche Beugungsbedingung nicht erfüllt werden kann. Eine solche, im Sinne einer Beugung optisch inaktive Volumengitter-Matrix unterstützt die Ausrichtung der Komponenten des optisch anisotropen, doppelbrechenden Materials. In besonderen Fällen führt sogar ausschließlich die optisch inaktive Volumengitter-Matrix zur Ausrichtung der optischen Achsen der Komponenten des optisch anisotropen, doppelbrechenden Materials.
In einer weiteren Ausführungsform wird das optisch inaktive Volumengitter durch ein mittels Zwei- oder Mehrstrahl-Interferenz-Belichtung erzeugtes Polymer ausgebildet. Dies erlaubt, mit einfachen Mitteln aus einem Gemisch von Monomeren und/oder Oligomeren sowie den Komponenten eines optisch anisotropen, doppelbrechenden Materials eine verfestigte, transparente, optisch inaktive Volumengitter-Matrix mit darin räumlich gleichartig ausgerichteten doppelbrechenden Komponenten zu erzeugen. Damit ist eine Ausrichtung der doppelbrechenden Komponenten ohne Zuhilfenahme einer Alignment-Schicht möglich, wobei auch Dicken bis in den mm-Bereich mit gleichbleibender Orientierung ausgerichtet werden können.
In einer weiteren Ausführungsform weist das verfestigte Material der optisch transparenten Matrix ebenfalls doppelbrechende Eigenschaften auf. Neben der Orientierungs- und Fixierungsfunktion, die eine solche Matrix innehat, erhöht ein solches Matrixmaterial mit doppelbrechenden Eigenschaften den Effekt der Doppelbrechung dieses durch die Matrix sowie die in der Matrix eingebetteten, räumlich gleichartig ausgerichteten, doppelbrechenden Komponenten geschaffenen künstlichen Dielektrikums.
Die orientierte Einbettung nicht selbst doppelbrechender, aber in der Form nicht rotationssymmetrischer Komponenten mikroskopischer Ausdehnung, wie z.B. Glas-Ellipsoide mit Sub-Wellenlängenausdehnung, in ein Material mit sich unterscheidendem Brechungsindex ergibt eine Formdoppelbrechung. Formdoppelbrechung eines Körpers bedeutet an dieser Stelle, dass die Eigenschaft der Doppelbrechung dieses Körpers nicht durch dem Matrixmaterial oder den in der Matrix enthaltenen Komponenten innewohnende doppelbrechende Eigenschaften erzeugt wird, sondern dass durch die geometrische Form, innere Struktur und Anordnung der Komponenten in der Matrix bzw. der Matrix selbst doppelbrechende Eigenschaften erzeugt werden. Allein die Einbettung nicht selbst doppelbrechender Komponenten mikroskopischer Ausdehnung, wie z.B. Glas-Partikel mit Sub-Wellenlängenausdehnung, in ein periodisch strukturiertes Material mit sich unterscheidendem Brechungsindex ergibt ebenfalls eine Formdoppelbrechung, d.h. durch räumliche Separation und ohne zusätzliche Orientierung der eingebetteten Partikel, die beispielsweise auch kugelförmig sein können. Um mit einem solchen formdoppelbrechenden Körper optische Anwendungen realisieren zu können, muss dieser jedoch in wesentlich größerer Dicke erzeugt werden als der erfindungsgemäße doppelbrechende Körper, der Komponenten eines doppelbrechenden Materials enthält, die räumlich gleichartig ausgerichtet in einer optisch transparenten Matrix eingebettet angeordnet sind.
Steht aber ein solcher formdoppelbrechender Körper genügend hoher Schichtdicke zur Verfügung und bietet die Vorrichtung, in der ein solcher Körper eingesetzt werden soll, genügend Platz, so kann, je nach optischer Anwendung, auch mit reiner Formdoppelbrechung gearbeitet werden, beispielsweise um die Strahlvereinigung zu realisieren.
Um jedoch die für optische Anwendungen, wie beispielsweise zur optischen Strahlvereinigung, benötigte Schichtdicke eines doppelbrechenden Körpers möglichst gering zu halten, können Teilchen hoher Doppelbrechung eingebettet werden, so dass die resultierende Doppelbrechung deutlich über der Formdoppelbrechung liegt, welche durch eine, beispielsweise im Sinne einer Beugung optisch inaktive Volumengitter-Matrix eingeführt werden kann, d.h. durch diese selbst oder durch die orientierte Einbettung nicht selbst doppelbrechender aber nicht rotationssymmetrischer Komponenten in diese.
In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung enthalten die Komponenten des in die Matrix eingebetteten, optisch anisotropen, doppelbrechenden Materials, in der Regel mikroskopischer Ausdehnung, polymerisierbare Monomere und/oder Oligomere, insbesondere polymerisierbare Flüssigkristalle, auch liquid crystals (LC) genannt.
Polymerisierbare Flüssigkristalle und generell Monomere und Oligomere, die an sich zu unsymmetrischen Polymer-Ketten polymerisieren, oder zur Polymerisation zu unsymmetrischen Polymer-Ketten tendieren, wenn eine Volumengitter-Matrix vorhanden ist, die eine Ausbildung einer Vorzugsrichtung bedingt, sind ein besonders bevorzugtes doppelbrechendes Material für diese in der optisch transparenten Matrix räumlich gleichartig ausgerichteten, eingebetteten Komponenten.
Dabei kann die doppelbrechende Komponente selbst polymerisiert werden, muss es aber nicht zwingend. Es können beispielsweise auch elliptische Nano-Partikel unterschiedlicher Materialien, d.h. beispielsweise unterschiedlicher dielektrischer Materialien oder auch Metalle, insbesondere auch Kohlenstoff-Nano-Röhrchen, eingebettet werden.
Ein Vorteil ist, dass neben der Ausrichtung von Flüssigkristall-Monomeren, -Oligomeren und/oder -Polymeren an schräg zur Oberfläche stehenden Molekülen oder der Ausrichtung von Flüssigkristall-Monomeren, -Oligomeren und/oder -Polymeren am elektrischen Feld von UV-Strahlung, entsprechende doppelbrechende Komponenten auch in dickeren Schichten räumlich gleichartig ausrichtbar sind, d.h. ihre optischen Achsen auch in dickeren Schichten bzw. dickeren Körpern in einer gewünschten Richtung orientierbar sind, wobei für Displayanwendungen die Schichtdicke beispielsweise von d = 50 µm bis zu d = 500 µm betragen kann.
In einer besonderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung werden das Material der optisch transparenten Matrix und die Komponenten des optisch anisotropen Materials so gewählt, dass der Effekt der Doppelbrechung maximiert und der Anteil an Streulicht minimiert ist. Dies ist insbesondere bei einer hohen Mischbarkeit des Matrixmaterials mit den Komponenten des optisch anisotropen Materials der Fall.
Hilfreich ist eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung, bei der die Komponenten des optisch anisotropen Materials bezüglich ihrer doppelbrechenden Eigenschaften durch ein Steuer- bzw. Regelelement veränderbar sind. Mögliche Steuer- bzw. Regelgrößen, durch die über ein entsprechendes Steuer- bzw. Regelelement Einfluss auf die doppelbrechenden Eigenschaften der Komponenten des optisch anisotropen Materials genommen werden kann, sind beispielsweise ein Magnetfeld, ein elektrisches Feld, ein Strahlungsfeld, insbesondere eine UV-Beleuchtung, oder ein auf den doppelbrechenden Körper ausgeübter Druck. Sollen die doppelbrechenden Eigenschaften der Komponenten des optisch anisotropen Materials mittels eines elektrischen Feldes verändert werden, so ist ein entsprechendes Steuer- bzw. Regelelement durch auf dem doppelbrechenden Körper angeordnete, vorzugsweise optisch transparent ausgebildete, ansteuerbare Elektroden realisierbar. Durch ein solches Steuer- bzw. Regelelement kann die Ablenkung des einfallenden Lichtes durch den doppelbrechenden Körper verändert werden und damit beispielsweise Schwankungen einer gewünschten Dicke des doppelbrechender Körpers ausgeglichen werden bzw. auf eine veränderte Wellenlänge des einfallenden Lichtes reagiert werden.
In vorrichtungsmäßiger Hinsicht wird die eingangs genannte Aufgabe des Weiteren durch die Merkmale des Anspruchs 8 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den diesem Anspruch folgenden Unteransprüchen hervor.
Demgemäß ist eine optische Strahlvereinigungsanordnung zur Erzeugung eines komplexwertigen Pixels, die eine Lichtmodulationsvorrichtung (Spatial Light Modulator), die eine Anordnung von Pixeln aufweist, ein optisches Verzögerungselement, eine doppelbrechende Planplatte und ein Polarisationselement enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die doppelbrechende Planplatte einen doppelbrechenden Körper gemäß einer Ausführungsform der vorstehenden Beschreibung aufweist und ihre Dicke und/oder andere Eigenschaften derart ausgebildet sind, dass die Wellenfelder zweier Pixel unterschiedlicher Polarisation nach dem Passieren der doppelbrechenden Planplatte zu einem komplexwertigen Pixel vereinbar sind. Ein entsprechendes optisches Verzögerungselement, das in der Regel eine mit die Anordnung der Pixel der Lichtmodulationsvorrichtung abgestimmte Verzögerungsstruktur enthält, kann beispielsweise durch eine sogenannte strukturierte Halbwellenlängenplatte (Half wave plate) gebildet werden; ein hier einsetzbares Polarisationselement, das als Analysator nutzbar ist, ist beispielsweise ein sogenannter 45° Polarisator.
Dabei liegt vor der doppelbrechenden Planplatte das Licht zweier zu vereinigender Pixel mit TE und TM Polarisation vor. Nach der doppelbrechenden Planplatte wird ein Polarisationsfilter (auch kurz „Polarisator“ genannt) – hier für lineare Polarisation – angeordnet, dessen Achse maximaler Transmission genau die Winkelhalbierende der E-Felder der TE und TM Polarisation bildet, d.h. jeweils zu beiden um 45 ° deg gedreht ist.
Eine solche optische Strahlvereinigungsanordnung kann einen Aufbau aufweisen, wie er z.B. in den 5, 10 bis 14, 17 oder 21 der WO 2010/149588 A1 gezeigt bzw. beschrieben ist.
An dieser Stelle sei darauf verwiesen, dass die Vereinbarkeit der Wellenfelder zweier Pixel der Lichtmodulationsvorrichtung zu einem komplexwertigen Pixel von der Qualität des doppelbrechenden Körpers, insbesondere von seinen optischen Eigenschaften und seiner Dicke, abhängig ist. Schwankungen bezüglich dieser Eigenschaften können ggf. mittels eines oben beschriebenen Steuer- bzw. Regelelements, durch das die doppelbrechenden Eigenschaften des Körpers, und folglich hier der Planplatte, beeinflusst werden können, ausgeglichen werden. Diese Beeinflussung kann mittels eines elektrischen Feldes erfolgen. Dafür werden ansteuerbare Elektroden auf dem doppelbrechenden Körper möglichst parallel der Kodierungsrichtung eines holographischen Displays, in welchem die optische Strahlvereinigungsanordnung eingesetzt wird, angeordnet.
In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen optischen Strahlvereinigungsanordnung weist der für die doppelbrechende Planplatte verwendete doppelbrechende Körper eine Matrix mit einem optisch inaktiven Volumengitter einer solchen Gitterperiode Λ und eines solchen Gitterneigungswinkels γ auf, dass die Beleuchtung dieses doppelbrechenden Körpers für alle Wellenlängen eines verwendeten Lichts und bezüglich der verwendeten Einfallsrichtung des Lichts nichtbeugend realisierbar ist. Es wird also ausschließlich unter sogenannten „Off-Bragg“ Bedingungen gearbeitet; das optisch inaktive Volumengitter beugt das einfallende Licht nicht oder allenfalls zu einem geringen Anteil.
Dabei ist es günstig, wenn der Gitterneigungswinkel des in der doppelbrechenden Planplatte enthaltenen, optisch inaktiven Volumengitters, also der Winkel, der die Neigung des Gitters in Bezug auf die Basis der Planplatte angibt, zwischen 30° und 50° beträgt. Die Basis der Planplatte sei hier die der Lichtmodulationsvorrichtung (SLM) zugewandte Oberfläche der Planplatte. Besonders günstig ist ein Gitterneigungswinkel, der einen Wert im Bereich zwischen 42° und 45° aufweist, sofern die optischen Achsen der räumlich gleichartig ausgerichteten doppelbrechenden Komponenten, die im optisch inaktiven Volumengitter eingebettet sind, entlang der Gitterebenen ausgerichtet sind. Dies ist in der Regel der Fall, wenn doppelbrechende Flüssigkristalle, die Monomere, Oligomere oder Polymere enthalten, in einem Monomere, Oligomere bzw. Polymere enthaltenden Volumengittermaterial durch Zwei- oder Mehrstrahlinterferenz-Belichtung ausgerichtet und fixiert werden.
In einer besonderen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen optischen Strahlvereinigungsanordnung werden die Pixel-Abstände einzelner Farben (Rot, Grün, Blau) der Lichtmodulationsvorrichtung in Abhängigkeit des lateralen Versatzes (Shear-Distanz s_i) ihrer Wellenlängen im doppelbrechenden Körper gewählt. Selbstverständlich müssen bei einer Wahl der Pixel-Abstände in Abhängigkeit vom lateralen Versatz ihre Wellenlängen im doppelbrechenden Körper auch die entsprechenden Öffnungen und insbesondere das optische Verzögerungselement mit angepasst werden. Bevorzugt sollte die für die Strahlengänge unterschiedlicher Wellenlängen in einer erfindungsgemäßen optischen Strahlvereinigungsanordnung eingeführte Differenz des lateralen Versatzes so angeglichen werden, dass sie weniger als 5 % beträgt.
In einer besonderen Ausgestaltung kann ein achromatisch bzw. apochromatisch eingeführter, d.h. unabhängig von der verwendeten Wellenlänge gleichbleibender Strahlversatz s durch die Wahl der orientiert in eine Matrix eingebetteten Komponenten erreicht werden, die beispielsweise doppelbrechend, nicht selbst doppelbrechend aber in der Form nicht rotationssymmetrisch sein können. So kann beispielsweise eine Mischung von Komponenten eingebettet werden, wobei die Dispersion der einzelnen eingebetteten Komponenten der Mischung so gewählt wird, dass die resultierende Dispersion minimiert wird.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Dispersion der durch orientierte Einbettung doppelbrechender Komponenten realisierten Doppelbrechung kompensierend zur der Dispersion der realisierten Formdoppelbrechung ausgelegt werden, so dass ein achromatischer oder apochromatischer Strahlversatz eingeführt wird.
Nicht zuletzt kann für die Realisierung einer geringen chromatischen Dispersion ein Schichtstapel aus erfindungsgemäße doppelbrechende Körper enthaltenden planparallelen Platten verwendet werden, deren jeweilige Dispersionen sich in der Summe aufheben.
Eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen optischen Strahlvereinigungsanordnung enthält zusätzlich chromatische Apodisations-Filter-Blenden, um den lateralen Versatz, der beim Durchgang von Licht unterschiedlicher Wellenlängen, beispielsweise von Rot, Grün und Blau für ein farbige Darstellung einer dreidimensionalen Szene, durch die doppelbrechende Planplatte entsteht, zu kompensieren. Zur Erläuterung solcher chromatischen Apodisations-Filter-Blenden enthaltenden Ausgestaltungen sein ebenfalls auf die WO 2010/149588 A1 verwiesen, siehe hierin insbesondere die 16. Die chromatischen Apodisations-Filter-Blenden können sich sowohl auf, beziehungsweise nahe der Ebene der Lichtmodulationsvorrichtung (SLM) und somit vor der Eintrittsebene, als auch auf der Austrittebene des den Strahl vereinigenden Elementes, welches beispielsweise eine doppelbrechende Planplatte ist, befinden.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen optischen Strahlvereinigungsanordnung enthält eine weitere doppelbrechende Planplatte, die einen doppelbrechenden Körper gemäß einer der oben beschriebenen Ausführungsformen aufweist, wobei beide doppelbrechenden Planplatten zueinander derart gedreht angeordnet sind und ihre Dicken derart ausgebildet sind, dass die Wellenfelder zweier benachbarter Pixel unterschiedlicher Polarisation nach dem Passieren beider doppelbrechender Planplatten im Wesentlichen gangunterschiedsfrei zu einem komplexwertigen Pixel vereinbar sind. Damit ist diese Anordnung am unempfindlichsten gegenüber Wellenlängenschwankungen und Einfallswinkelschwankungen. In der Regel werden hierfür zwei gleichartige doppelbrechende Planplatten, d.h. zwei doppelbrechende Planplatten gleicher Dicke und derselben Ausführungsform des doppelbrechenden Körpers, verwendet. Eine solche Anordnung doppelbrechender Planplatten wird auch Savart-Platte bzw. Savartsche Doppelplatte genannt.
Eine mögliche Ausgestaltung der erfindungsgemäßen optischen Strahlvereinigungsanordnung zur Strahlvereinigung der Wellenfelder zweier zu vereinender Phasen-Pixel unterschiedlicher Orientierung ergibt sich durch die Verwendung zweier gleichartiger, um 90 ° deg zueinander gedrehter, erfindungsgemäß ausgeführter doppelbrechender Planplatten. Diese doppelbrechenden Planplatten weisen jeweils eine optische Achse von zirka 45 ° deg zur Flächen-Normalen ihrer Strahleintrittsflächen auf. Durch die erste doppelbrechende Planplatte wird ein erstes Wellenfeld lateral verschoben. Durch die zweite doppelbrechende Planplatte wird ein zweites Wellenfeld lateral verschoben, derart, dass in der Austrittsebene der Anordnung eine im Wesentlichen gangunterschiedsfreie Vereinigung der Wellenfelder erfolgt, wobei diese in vorteilhafter Weise zueinander zentriert sind und sich in eine gemeinsame Richtung ausbreiten.
Eine weitere Ausgestaltungsvariante der erfindungsgemäßen optischen Strahlvereinigungsanordnung der Wellenfelder zweier zu vereinender Phasen-Pixel unterschiedlicher Orientierung führt in einem ersten Schritt in einer ersten doppelbrechenden Planplatte eine laterale Verschiebung des ersten Wellenfeldes um einen Betrag in einer Richtung, in einem zweiten Schritt eine Polarisationsdrehung der Wellenfelder der beiden zu vereinenden Phasen-Pixel mittels einer Halbwellenlängenplatte und schließlich in einem dritten Schritt in einer zweiten gleichartigen doppelbrechenden Planplatte, die im Vergleich zur ersten doppelbrechenden Planplatte um 180 ° deg um die Flächennormale der Strahleintrittsfläche gedreht ist, eine laterale Verschiebung des zweiten Wellenfeldes um einen gleichen Betrag in einer anderen Richtung ein. Auch hier kommt es in der Austrittsebene der Anordnung zu einer im Wesentlichen gangunterschiedsfreien Vereinigung der beiden Wellenfelder, die sich in eine gemeinsame Richtung ausbreiten.
Der für den außerordentlichen Strahl eingeführte Ablenkwinkel bei senkrechtem Einfall des Lichtes auf einen erfindungsgemäßen doppelbrechenden Körper, der Komponenten eines optisch anisotropen, d.h. doppelbrechenden Materials enthält, dessen Brechungsindex-Ellipsoid keine Kugel ist, d.h., das zumindest zwei oder auch drei unterschiedlich große Hauptachsen aufweist, hängt vom Betrag der Doppelbrechung und von der Orientierung der optischen Achse zur Flächennormalen ab. Bei fest gehaltener Orientierung der optischen Achse bestimmt das Vorzeichen der Doppelbrechung, ob die Ablenkung zur optischen Achse hin oder von dieser weg erfolgt. Beispielsweise wird bei 43 ° deg zur Flächennormalen fest gehaltener Orientierung der optischen Achse der Pointing-Vektor des außerordentlichen Strahls im Falle vorliegenden positiver Doppelbrechung in entgegen gesetzter Richtung abgelenkt, als dies für negative Doppelbrechung der Fall wäre.
Wird ein erfindungsgemäßer doppelbrechender Körper verwendet, der Komponenten eines optisch anisotropen, doppelbrechenden Materials enthält, dessen Brechungsindex-Ellipsoid keine Kugel ist, d.h., das zumindest zwei oder auch drei unterschiedlich große Hauptachsen aufweist, so können in Abhängigkeit von der verwendeten Orientierung des Brechungsindex-Ellipsoids auch die Pointing-Vektoren beider Eingangsstrahlen lateral verschoben werden, wobei dies in unterschiedliche Richtungen und um unterschiedliche Beträge erfolgt. Die Auslegung dieses erfindungsgemäßen Körpers auf eine Strahlvereinigung muss dann entsprechend angepasst werden.
Erfindungsgemäß können doppelbrechende Körper erzeugt und verwendet werden, deren Brechungsindex-Ellipsoide zwei oder auch drei unterschiedlich große Hauptachsen aufweisen, wobei die Orientierung der Brechungsindex-Ellipsoide in Bezug auf die Lage in einer mit diesem doppelbrechenden Körper oder auch mehreren dieser doppelbrechenden Körper erzeugten dünnen planparallelen Platte frei wählbar ist. Somit können erfindungsgemäße doppelbrechende Körper enthaltende planparallele Platten mit unterschiedlichen doppelbrechenden Eigenschaften, insbesondere negativer und positiver Doppelbrechung, in einem Schichtstapel enthalten sein, der optische Funktionen erfüllt.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Erzeugung künstlicher doppelbrechender Körper besteht darin, die Doppelbrechung für die verwendeten Wellenlängen, beispielsweise Rot-Grün-Blau (RGB) optimieren zu können. Hierfür wird ein Schichtstapel aus erfindungsgemäße doppelbrechende Körper enthaltenden planparallelen Platten verwendet, der eine geringe chromatische Dispersion ergibt.
Eine bevorzugte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Strahlvereinigungsanordnung enthält deshalb zwei doppelbrechende Planplatten, die jeweils einen Stapel mindestens zweier doppelbrechender Teilplanplatten, die erfindungsgemäße doppelbrechende Körper enthalten, umfassen, von denen jeweils mindestens eine Teilplanplatte eine negative und jeweils mindestens eine Teilplanplatte eine positive Dispersion ermöglicht.
Beim Passieren einer solchen Strahlvereinigungsanordnung erfolgt beispielsweise in einem ersten Halbschritt eine laterale Verschiebung eines Wellenfeldes dreier verschiedener Wellenlängen in einer erfindungsgemäßen doppelbrechenden Teilplanplatte negativer Dispersion und in einem zweiten Halbschritt in einer erfindungsgemäßen doppelbrechenden Teilplanplatte positiver Dispersion, oder umgekehrt, derart, dass die dadurch für drei Farben eingeführte Verschiebung möglichst geringe Abweichungen voneinander aufweist. Enthält nun die zweite doppelbrechende Planplatte nochmals einen Stapel mit einer solchen doppelbrechenden Teilplanplatte negativer Dispersion und einer solchen doppelbrechenden Teilplanplatte positiver Dispersion, die jedoch beide um 90 ° deg gedreht zur ersten einen Stapel doppelbrechender Teilplanplatten enthaltenden doppelbrechenden Planplatte angeordnet sind, oder aber mit einer zusätzlichen nach dem ersten Stapel mit den beiden doppelbrechenden Teilplanplatten negativer und positiver Dispersion angeordnete Halbwellenlängenplatte beide um 180° deg gedreht zu den ersten beiden doppelbrechenden Teilplanplatten angeordnet sind, entsteht eine Strahlvereinigungsanordnung, mit der die Wellenfelder zweier benachbarter Pixel unterschiedlicher Polarisation nach dem Passieren beider doppelbrechender Planplatten im Wesentlichen dispersionsunabhängig und gangunterschiedsfrei zu einem komplexwertigen Pixel vereinbar sind.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung einer optischen Strahlvereinigungsanordnung besteht darin, dass aufgrund der Nutzung des erfindungsgemäßen doppelbrechenden Körpers eine solche Anordnung in Größen hergestellt werden kann, die mit den bislang genutzten Quarz- oder Kalzit-Platten wie auch den optisch aktiven Volumengitter nutzenden Anordnungen nicht möglich bzw. problematisch war. Insbesondere können hierdurch ausreichend dicke doppelbrechende Planplatten auch für 45-Zoll-Displays und größer genutzt werden. Zudem besteht insbesondere gegenüber der Nutzung von Quarz- oder Kalzit-Platten ein großer Vorteil bezüglich der Herstellungskosten.
Desweitere bedeutet die Nutzung des erfindungsgemäßen, „künstlich hergestellten“ doppelbrechenden Körpers in einer optischen Strahlvereinigungsanordnung ein sehr hohes Maß an Freiheit bezüglich der Erzeugung gewünschter optischer Eigenschaften, insbesondere des Betrags und des Vorzeichens der Doppelbrechung und der Dispersion.
In verfahrensmäßiger Hinsicht wird die eingangs genannte Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 18 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den diesem Anspruch folgenden Unteransprüchen hervor.
Demgemäß enthält ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines doppelbrechenden Körpers die folgenden Schritte:

– Ein Matrix-Grundmaterial wird mit Komponenten eines optisch anisotropen, d.h. doppelbrechenden, Materials vermischt. In der Regel wird dieses Gemisch am Ende des Schrittes homogen sein. Als Matrix-Grundmaterial wird dabei ein Material gewählt, dass nach Durchlauf der Schritte des Verfahrens, insbesondere nach einem Energieeintrag, in einer optisch transparenten, festen Matrix resultiert.
– Durch die Einwirkung eines äußeren Feldes und/oder die Wechselwirkung mit dem Matrix-Grundmaterial werden die Komponenten des optisch anisotropen Materials in der Mischung räumlich gleichartig ausgerichtet. Dies geschieht, im Gegensatz zur Herstellung vieler im Sinne einer Beugung optisch aktiver, d.h. das verwendete einfallende Licht beugender, Gitter ohne äußere Alignment-Hilfen.
– Mittels eines weiteren Energieeintrags wird das Matrix-Grundmaterial unter Einschluss der räumlich gleichartig ausgerichteten Komponenten verfestigt. Dieser Schritt resultiert in einer optisch transparenten Matrix mit eingebetteten, räumlich gleichartig ausgerichteten Komponenten.

In einer speziellen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines doppelbrechenden Körpers erfolgen mindestens zwei der drei Schritte:

– Vermischung des Matrix-Grundmaterials mit den Komponenten des optisch anisotropen Materials,
– Ausrichtung der Komponenten des optisch anisotropen, doppelbrechenden Materials und
– Verfestigung der Matrix unter Einschluss der räumlich gleichartig ausgerichteten Komponenten zeitlich parallel oder teilweise zeitlich parallel. Häufig betrifft dies die Ausrichtung der doppelbrechenden Komponenten, die erst dann ihre Ausrichtung beibehalten, wenn das Material der optisch transparenten Matrix verfestigt ist.

Je nach Wahl des Matrix-Grundmaterials laufen in einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines doppelbrechenden Körpers während der Verfestigung dieses Matrix-Grundmaterials Umwandlungsreaktionen ab. So kann hierbei ein Monomer oder Oligomer polymerisiert werden. Viele andere Reaktionen sind denkbar, die unter Energieeintrag, ggf. in einer entsprechenden Umgebung, zu einer festen, optisch transparenten Matrix führen. Ein Durchoxidieren von Silizium oder Zink wären hier Beispiele.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines doppelbrechenden Körpers wird durch die Schritte der Vermischung des Matrix-Grundmaterials mit den Komponenten des optisch anisotropen Materials und/oder der Ausrichtung der Komponenten des optisch anisotropen Materials ein Verteilungsprofil der Komponenten des optisch anisotropen Materials in der verfestigten Matrix bestimmt. Wie schon erwähnt, wird in der Regel eine homogene Verteilung der doppelbrechenden Komponenten angestrebt. Es ist jedoch auch denkbar, ein nichthomogenes Verteilungsprofil zu realisieren, so dass innerhalb des doppelbrechenden Körpers die doppelbrechenden Eigenschaften moduliert werden können, falls die gewünschte Anwendung dies erfordert. Das erfindungsgemäße Verfahren bietet hiermit eine zusätzliche Freiheit gegenüber der Nutzung von Quarz- und Kalzit-Platten als doppelbrechende Körper.
Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die Ausrichtung der Komponenten des optisch anisotropen, doppelbrechenden Materials bzw. die Verfestigung des Matrix-Grundmaterials zu realisieren.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines doppelbrechenden Körpers erfolgt die Ausrichtung der Komponenten des optisch anisotropen Materials und/oder die Verfestigung der Matrix mittels eines Lasers und/oder eines elektrischen Feldes und/oder eines magnetischen Feldes. Ein solches elektrisches und/oder magnetisches Feld wird derart erzeugt, dass außerhalb der Mischung aus Matrix-Grundmaterial und doppelbrechenden Komponenten Magnete oder Elektroden in nächster Nähe dieser Mischung platziert werden, so dass sich die Mischung im Wirkbereich des elektrischen und/oder magnetischen Feldes befindet. Bei Einsatz eines Laser zur Ausrichtung der Komponenten des optisch anisotropen Materials und/oder der Verfestigung der Matrix wird das Material großflächig oder anhand eines definierten Musters, dass durch die gewünschte innere Struktur der Matrix bestimmt wird, mit dem Licht des Lasers behandelt.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines doppelbrechenden Körpers erfolgt die Ausrichtung der Komponenten des optisch anisotropen Materials und/oder die Verfestigung der Matrix durch eine Flutbelichtung. Flutbelichtung bedeutet dabei, dass die gesamte Mischung homogen und gleichzeitig beleuchtet werden – ohne Nutzung einer Maskierungsvorrichtung, durch deren Einsatz nur gewünschte Bereiche beleuchtet, bzw. Interferenzebenen im Raum und im zu belichtenden Material erzeugt würden.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Ausrichtung der Komponenten des optisch anisotropen Materials und/oder die Verfestigung der Matrix durch Zwei- oder Mehrstrahlinterferenz-Belichtung. Dies kann auch durch zwei verschiedene Belichtungen, bei denen innerhalb einer Belichtung jeweils kohärente Strahlen, untereinander jedoch inkohärente Strahlen genutzt werden, erfolgen, so dass jeweils eine periodische Struktur in zwei Richtungen erzeugt wird.
Eine Zwei- oder Mehrstrahlinterferenz kann ein räumliches Interferenzmuster erzeugen, welches beispielsweise an Orten mit hohem Dosiseintrag eine Polymerisationsreaktion anstößt. Die periodische Struktur des entstehenden Gitters ermöglicht eine Orientierung doppelbrechender Komponenten.
Ein räumliches Interferenzmuster kann auch direkt eine Entmischung eingelagerter Komponenten bewirken. Eine Fixierung dieser Entmischung kann dann beispielsweise auch mit einer flächigen inkohärenten UV-Belichtung erfolgen. So werden beispielsweise, bedingt durch die Wechselwirkung mit dem Strahlungsfeld des Lichtes, Metall-Nano-Partikel in Bereiche mit geringem Dosiseintrag, d.h. in die dunklen Bereiche des Interferenzmusters, verschoben. Induzierte und permanente Dipole lassen sich ebenfalls in einem Interferenzmuster räumlich ausrichten.
Bei Nutzung solcher Belichtungsmethoden erfolgt in einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens der Belichtungsschritt unter Zuhilfenahme eines Masters, also einer Art von „Kopiervorlage“. Hierbei handelt es sich um ein als Maske genutztes Volumengitter derselben Gitterperiode wie das zu erzeugende, mit dem vorgegeben wird, an welchen Positionen die Mischung des Matrix-Grundmaterials und der doppelbrechenden Komponenten ein Energieeintrag durch die Belichtung erfolgen soll. Wird beispielsweise ein Master-Gitter mit einer Planwelle beleuchtet und ist diese auf einen Beugungswirkungsgrad von ca. 50 % ausgelegt, so erzeugt die nullte und die erste Beugungsordnung hinter diesem ein Interferenzmuster mit hohem Kontrast, welches geeignet ist, das Ausgangsgemisch zu belichten.
Eine spezielle Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines doppelbrechenden Körpers beinhaltet die folgenden Schritte:

– Ein (holographisches) Volumengitter-Material wird mit Komponenten eines optisch anisotropen Materials homogen vermischt. Bei der Wahl des Volumengitter-Materials kommt es auf die optische Wirkung des Gitters in der sonst üblichen, das Licht beugenden Art und Weise nicht an, im Gegenteil, eine Beugung soll verhindert werden. Jedoch erlaubt es die Verwendung derart bekannter Materialien, bekannte Verfahren einzusetzen, um eine entsprechende Volumengitter-Matrix aufzubauen, die als Orientierungs- und Einlagerungsgerüst bzw. als Alignment-Matrix für die räumliche Ausrichtung und Einbettung der doppelbrechenden Komponenten dient.
– Durch Zwei- oder Mehrstrahl-Interferenzbelichtung mit einer solchen Periode, die zu einem nichtbeugend ausgebildeten, also optisch inaktiven, Volumengitter für alle Wellenlängen eines verwendeten Lichts führt, werden zeitlich parallel die Komponenten des optisch anisotropen Materials räumlich gleichartig ausgerichtet und das Volumengittermaterial verfestigt, wobei die Komponenten des optisch anisotropen Materials in der dabei entstehenden, optisch inaktiven Volumengitter-Matrix gleichartig ausgerichtet fixiert werden. Die oben zitierten, bekannten Materialien werden also in einer Art und Weise verwendet, dass keine Beugung stattfindet: Obwohl ein Volumengitter mit den üblichen Verfahren belichtet wird, so ist dieses aufgrund der Wahl der Gitterperiode und der Belichtungsrichtung in Bezug auf die Wellenlängen eines zu Verwendung vorgesehenen Lichtes, ggf. des gesamten Wellenlängenbereichs des sichtbaren Lichts, sowie bezüglich dessen Einfallsrichtung nichtbeugend ausgebildet. In keinem Fall werden also die Braggsche Beugungsbedingungen erfüllt. Das so geschaffene Volumengitter ist folglich optisch inaktiv im Sinne einer Beugung und stellt ein künstliches Dielektrikum dar. Es beinhaltet jedoch die in diesem Gitter verteilten und räumlich gleichartig ausgerichteten doppelbrechenden Komponenten, die dem so entstandenen Körper seine doppelbrechenden Eigenschaften verleihen.

Die optisch inaktive Volumengitter-Matrix kann dabei etwa 50% am gesamten Volumen ausmachen. Richten sich die eingebetteten Komponenten auch aneinander aus, so kann der Anteil der als Alignment-Matrix dienenden optisch inaktiven Volumengitter-Matrix am Gesamtvolumen sogar auf unter 25% gebracht werden.
In einer speziellen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines doppelbrechenden Körpers wird ein polymerisierbares, unsymmetrische Monomere und/oder Oligomere aufweisendes Volumengitter-Material durch Zwei- oder Mehrstrahl-Interferenz belichtet und polymerisiert.
Des Weiteren werden in einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens Flüssigkristalle enthaltende Komponenten des optisch anisotropen Materials eingesetzt. Flüssigkristalle übernehmen also die Funktion der Doppelbrechung. Zudem sind sie relativ leicht beeinflussbar, wenn durch zusätzlich verwendete Steuer- bzw. Regelelemente die doppelbrechenden Eigenschaften verändert werden sollen.
Ein weiterer Vorteil einer solche Ausgestaltung ist, dass neben der Ausrichtung von Flüssigkristall-Monomeren, -Oligomeren bzw. -Polymeren an schräg zur Oberfläche stehenden Molekülen und/oder der Ausrichtung von Flüssigkristall-Monomeren, -Oligomeren bzw. -Polymeren am elektrischen Feld von UV-Strahlung eine Vorgehensweise zur Verfügung steht, welche es erlaubt, auch dickere Schichten mit hoher Richtungspolarisation auszurichten.
Dabei können in einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines doppelbrechenden Körpers auch die in den doppelbrechenden Komponenten enthaltenen Flüssigkristalle durch einen Energieeintrag polymerisiert werden. Gegebenenfalls erlaubt dies eine bessere Fixierung der räumlichen Ausrichtung dieser Komponenten, insbesondere bezüglich der Lage ihrer optischen Achsen, die einen direkten Einfluss auf die doppelbrechenden Eigenschaften des herzustellenden Körpers haben.
Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden und/oder die oben beschriebenen Ausführungsformen – soweit möglich – miteinander zu kombinieren. Dazu ist einerseits auf die den Patentansprüchen 1, 8 bzw. 18 nachgeordneten Patentansprüche und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen zu verweisen.
In Verbindung mit der Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert.
In den Zeichnungen zeigen:
1 die Herstellung eines erfindungsgemäßen doppelbrechenden Körpers durch die Erzeugung zweier Ausrichtungsstrukturen mittels nacheinander erfolgender Belichtung in einer perspektivischen Ansicht;
2a, 2b und 2c die Herstellung zweier Ausrichtungsstrukturen mittels nacheinander erfolgender Belichtung in einer Draufsicht;
3 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäße optische Strahlvereinigungsanordnung, die eine einen erfindungsgemäßen doppelbrechenden Körper enthaltende Planplatte aufweist;
4a und 4b eine Draufsicht und eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen optischen Strahlvereinigungsanordnung zur gangunterschiedsfreien Strahlvereinigung;
5a, 5b und 5c schematische Abbildungen (in Projektion in eine Ebene sowie als schematischer Draufsicht) dreier möglicher Varianten der Strahlvereinigung zweier zu vereinender Phasen-Pixel unterschiedlicher Orientierung bei Verwendung einer erfindungsgemäßen optischen Strahlvereinigungsanordnung;
6a und 6b eine Draufsicht und eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen optischen Strahlvereinigungsanordnung zur gangunterschiedsfreien und dispersionsfreien bzw. dispersionsarmen Strahlvereinigung für verschiedene verwendete Wellenlängen, beispielsweise Rot-Grün-Blau (RGB)
Zur Herstellung eines doppelbrechenden Körpers wird ein holographisches Volumengitter-Material, beispielsweise ein hinreichend flüssiges Photopolymer-Gemisch (z.B. Vorstufen folgender Produkte, DuPont: HRF, Omnidex; Bayer Material Science: HX), ein PMMA, PVA oder Urethan-Acrylat basiertes Photopolymer-Gemisch, oder ein Gemisch, welches u. a. Pre-Polymer PN393 (Merk) und 1,1, 1,3, 3, 3,3-Hexafluoroisopropanol-Acrylat (Sigma-Aldrich) enthält, als Matrix-Material mit Flüssigkristalle LC, beispielsweise E7, E8, E49, TL205 (Merck), enthaltenden Komponenten als Komponenten eines optisch anisotropen, doppelbrechenden Materials homogen vermischt. In WO 2011/054792 A1 ist die Zusammensetzung eines verwendbaren holographischen Volumengittermaterials, d.h. eines Photopolymer-Gemisches beschrieben.
Anschließend werden durch zwei voneinander unabhängige und zueinander inkohärente Zweistrahl-Interferenzbelichtungen E1 und E2, jeweils mit einer solchen Richtung und Periode, die zu einem nichtbeugend ausgebildeten, also optisch inaktiven, Volumengitter für alle Wellenlängen eines verwendeten Lichts führt, zeitlich parallel die die Flüssigkristalle LC enthaltenden Komponenten räumlich gleichartig ausgerichtet und das Volumengittermaterial polymerisiert, wobei die Komponenten des optisch anisotropen Materials in der dabei entstehenden, optisch inaktiven Volumengitter-Matrix gleichartig ausgerichtet fixiert werden.
Dabei wird in einer in der 1 gezeigten ersten Belichtung E1 (engl.: exposure, E1) in das betrachtete Volumen eine periodische Struktur belichtet. Die dabei durch eine Polymerisation entstehenden Ebenen sind mit P1 bezeichnet. Die Periode verringert sich mit verringerter Belichtungswellenlänge und mit steigendem Winkeln zwischen den Aufnahmestrahlen. Die Schräglage der planen Ebenen (engl.: plane) P1 wird durch die Mittelhalbierende der Aufnahmestrahlen bestimmt. In einer zweiten Belichtung E2 wird in das betrachteten Volumen eine weitere periodische Struktur belichtet. Die dabei durch eine Polymerisation entstehenden Ebenen sind mit P2 bezeichnet. Beide Belichtungen E1 und E2 können gleichzeitig erfolgen, wenn beispielsweise zwei zueinander inkohärente Laser verwendet werden.
Die 2 zeigt die Herstellung der Ebenen P1 und P2 zweier Ausrichtungsstrukturen mittels nacheinander erfolgender Belichtungen E1 und E2 in einer Draufsicht, wobei eine erste Belichtung E1 die in der 2a gezeigten ersten Ebenen P1 erzeugen, eine zweite Belichtung E2 die in der 2a gezeigten ersten Ebenen P2 erzeugen, die dann schließlich in der Erzeugung der in der 2c gezeigte Summenausrichtungsstruktur, also des im Sinne einer Beugung optisch inaktiven Volumengitters VG resultieren.
Diese Belichtungen sind im Vergleich zu solchen, mit denen ein im Sinne einer Beugung optisch aktives Volumengitter realisiert werden soll, wesentlich einfacher zu realisieren, da die Anforderungen an sie geringer sind. Die die Flüssigkristalle LC enthaltenden doppelbrechenden Komponenten werden dadurch in der Volumengittermatrix VG orientiert und diese Matrix dient gleichzeitig als Einlagerungsgerüst, in dem die Flüssigkristalle LC enthaltenden Komponenten in dieser gewünschten Orientierung dauerhaft fixiert werden. Dadurch ist ein solcher erfindungsgemäßer doppelbrechender Körper auch über größere Dimensionen und insbesondere Dicken d realisierbar.
Das so geschaffene Volumengitter VG ist also im Sinne einer Beugung optisch inaktiv, transparent, und stellt ein künstliches Dielektrikum dar. Es beinhaltet jedoch die in diesem Gitter verteilten und räumlich gleichartig ausgerichteten, doppelbrechenden Flüssigkristalle LC enthaltenden Komponenten, die dem so entstandenen Körper seine doppelbrechenden Eigenschaften verleihen.
Ein mit einem solchen Verfahren hergestellter, erfindungsgemäßer doppelbrechender Körper, der gleichartig ausgerichtete, doppelbrechende Flüssigkristalle LC enthaltende Komponenten enthält, die in einer im Sinne einer Beugung optisch inaktiven, transparenten Volumengittermatrix VG fest eingebettet sind, ist in einer doppelbrechenden Planplatte SP enthalten, die wiederum in einer erfindungsgemäßen optischen Strahlvereinigungsanordnung BC zur Erzeugung eines komplexwertigen Pixels eingesetzt wird. Ein Ausschnitt einer solchen optischen Strahlvereinigungsanordnung BC ist in der 3 in einer Seitenansicht dargestellt. Die optische Strahlvereinigungsanordnung BC enthält eine Lichtmodulationsvorrichtung (Spatial Light Modulator) SLM mit einer Anordnung von Pixeln Pi1 und Pi2, eine strukturierte Halbwellenlängenplatte (Half Wave Plate) HWP, die die Polarisationsrichtung des Lichts eines Teils der Pixel Pi der Lichtmodulationsvorrichtung SLM ändert, eine doppelbrechende Planplatte SP und einen 45° Polarisator WGP, der als Analysator verwendet wird. Die strukturierte Halbwellenlängenplatte HWP weist eine Struktur auf, welche im Wesentlichen von den Maßen der die Pixel Pi enthaltenden Spalten und Zeilen der Lichtmodulationsvorrichtung SLM abhängt.
Dabei beträgt der Gitterneigungswinkel γ der Gitterebenen P1 der den doppelbrechenden Körper enthaltenden doppelbrechenden Planplatte SP, die senkrecht zu der in der 3 gezeigten Ansichtsebene stehen, 43°, wobei der Gitterneigungswinkel γ die Neigung des Gitters in Bezug auf die Basis der doppelbrechenden Planplatte SP angibt. Für die Gitterebenen P2 parallel zu dieser Ansichtsebene beträgt er 90°. In beiden Richtungen sind die Perioden der Gitter so gewählt, dass für alle Wellenlängen des sichtbaren Lichts eine Beugung ausgeschlossen wird. Die Dicke d der den doppelbrechenden Körper aufweisenden Planplatte SP ist dabei derart gewählt, dass die Wellenfelder zweier Pixel Pi1, Pi2 unterschiedlicher Polarisation nach dem Passieren der doppelbrechenden Planplatte SP zu einem komplexwertigen Pixel PK vereinbar sind, also der außerordentliche Strahl (parallel polarisiertes Licht) TM bei Durchlaufen der doppelbrechenden Planplatte SP um eine Pixelbreite lateral versetzt wird, und folglich nach Ausgang aus dieser doppelbrechenden Planplatte SP mit dem ordentlichen Strahl (senkrecht polarisiertes Licht) TE interferieren kann. Die Ausbreitungsrichtung der miteinander interferierenden Strahlen ist im Wesentlichen gleich.
Es gibt Anwendungen, für die eine Symmetrisierung des Strahlenganges vorteilhaft oder notwendig ist. Ziel ist es hier, einen optischen Gangunterschied (optical path difference) OPD zweier Strahlengänge durch ein optisches Medium, zu vermeiden, insbesondere wenn sie nach dem Durchlaufen des optischen Mediums, durch das beide Strahlengänge lateral versetzt werden, an einer definierten Position interferieren sollen. Dies ist gewünscht bei Anordnungen, die mit Licht geringer zeitlicher Kohärenz oder mit nicht an den lateralen Versatz eines Strahlengangs angepasster räumlicher Kohärenz betrieben werden können bzw. sollen. Eine einen optischen Gangunterschied vermeidende Symmetrisierung kann vor den Modulatorzellen, wie den Pixeln Pi einer räumlichen Lichtmodulationsvorrichtung SLM, also in einer Auflicht- oder in einer Durchlicht-Beleuchtungseinheit (Front light oder Back light BL) erfolgen.
Sie kann jedoch auch nach der Ebene einer solchen Lichtmodulationsvorrichtung SLM durchgeführt werden, d.h. beispielsweise im Fernfeld. Dies wird bei optischen Strahlvereinigungsanordnungen BC regelmäßig genutzt.
Die 4a und 4b zeigen in schematischen Abbildungen eine mögliche Variante einer solche Anordnung zur im Wesentlichen gangunterschiedsfreien optische Strahlvereinigung zweier zu vereinender Phasen-Pixel Pi1, Pi2 unterschiedlicher Orientierung, die zwei um 90° zueinander gedrehte, den erfindungsgemäßen Körper aufweisende, doppelbrechende Planplatten SP1, SP2 enthält, wobei diese jeweils eine optische Achse von ca. 45° zur Flächennormalen aufweisen. Die 4a zeigt dabei eine Draufsicht (engl.: top view), während die 4b eine Seitenansicht (engl.: side view) darstellt. Es ist dargestellt, dass durch die erste doppelbrechende Platte SP1 ein erstes Wellenfeld lateral verschoben wird und dass durch die zweite doppelbrechende Platte SP2 ein zweites Wellenfeld lateral verschoben wird, derart, dass in der Austrittsebene der Anordnung eine Vereinigung der Wellenfelder erfolgt, wobei diese in vorteilhafter Weise zueinander zentriert sind und sich in eine gemeinsame Richtung ausbreiten. Um die Interferenzfähigkeit der zwei orthogonal polarisierten, zentrierten und sich in die gleiche Richtung ausbreitenden Wellenfelder zu ermöglichen, ist am Ausgang der Anordnung ein Polarisationsfilter WGP angebracht.
Werden als Eingangspolarisationen beispielsweise eine TE und eine TM Polarisation verwendet, und stellt der TM polarisierte Strahl in Bezug auf die erste doppelbrechende Planplatte SP1 den außerordentlichen Strahl dar, während der TE polarisierte Strahl in Bezug auf die erste doppelbrechende Planplatte SP1 den ordentlichen Strahl darstellt, so wird der Pointing-Vektor des TM polarisierten Strahls lateral verschoben, der Pointing-Vektor des TE polarisierten Strahls jedoch nicht. Die Anordnung einer zweiten gleichartigen doppelbrechenden Planplatte SP2, wobei diese jedoch zur ersten um 90 ° deg um die Flächennormalen der Strahleintrittsfläche gedreht ist, bewirkt in Bezug auf die Orientierung zur betrachteten optischen Achse des doppelbrechenden Materials eine Vertauschung von TE und TM Polarisation. Dies bedeutet, dass der Strahl, der beim Durchlaufen der ersten doppelbrechenden Planplatte SP1 nicht verschoben worden ist, nun in der zweiten doppelbrechenden Planplatte SP2 verschoben wird und dass der Strahl, der in der ersten doppelbrechenden Planplatte SP1 verschoben worden ist, nun ohne laterale Verschiebung die zweite doppelbrechende Planplatte SP2 durchläuft. Die Drehung der zweiten doppelbrechenden Planplatte SP2 zur ersten SP1 um 90 ° deg vertauscht dabei die auf TE und TM polarisierte Strahlen angewandten Operationen, d.h. die Verschiebungen, welche hierbei jedoch in orthogonaler Richtung erfolgen.
Eine Situation der Vertauschung der Verschiebung kann auch durch eine 180 ° deg Drehung der zweiten doppelbrechenden Planplatte SP2 erreicht werden, indem zwischen zwei gleichartige doppelbrechende Planplatten SP1, SP2 eine unstrukturierte Halbwellenlängenplatte gebracht wird. Hierbei erfolgen die beiden Verschiebungen – um jeweils den halben Gesamtbetrag – in derselben Ebene und in entgegengesetzten Richtungen, d.h. aufeinander zu. Im Sinne der Reduktion zu verwendender Bauteile ist eine Anordnung bevorzugt, welche eine zusätzliche Halbwellenlängenplatte nicht benötigt. Diese Anordnung ist hier deshalb nicht figürlich dargestellt.
Die 5a bis 5c zeigen eine schematische Abbildung dreier möglicher Varianten der Strahlvereinigung zweier zu vereinender Phasen-Pixel Pi1, Pi2 unterschiedlicher Orientierung bei Verwendung einer erfindungsgemäßen optischen Strahlvereinigungsanordnung BC in einer in Ausbreitungsrichtung der Strahlen projizierten Ansicht von vorn F, und von der Seite S. Die Strahlvereinigungsanordnung BC umfasst dabei eine oder aber zwei zueinander gedrehte, den erfindungsgemäßen doppelbrechenden Körper aufweisende, nach der Ebene der Lichtmodulationsvorrichtung SLM, die die zu vereinenden Phasen-Pixel Pi1 und Pi2 enthält, angeordnete, doppelbrechende Planplatten SP1 und/oder SP2, wobei diese jeweils eine optische Achse von ca. 45° zur Flächennormalen aufweisen. Ein Polarisationsfilter WGP ist dabei zu beiden Ausgangspolarisationen um 45° gedreht angeordnet. Dargestellt ist dabei in den 5a bis 5c, neben der Position der Pixel Pi1 und Pi2, die Polarisation der einzelnen und des vereinigten Pixels PK vor dem Analysator, d.h. vor dem (nicht gezeigten) Polarisationsfilter.
Im Falle der 5a enthält die optische Strahlvereinigungsanordnung BC nur eine doppelbrechende Planplatte SP. Die Anordnung entspricht der in der 3 vorgestellten Strahlvereinigungsanordnung BC. Während die Wellenfront des ersten Pixels Pi1 die doppelbrechende Planplatte SP ohne Ablenkung passiert, wird die Wellenfront des senkrecht zu Pi1 polarisierten Pixels Pi2 beim Passieren der doppelbrechenden Planplatte SP abgelenkt. Bei entsprechend gewählter Dicke d der doppelbrechenden Planplatte SP werden dadurch die Wellenfronten der Pixel Pi1 und Pi2 nach dem Durchlaufen der Strahlvereinigungsanordnung BC zu einem komplexwertigen Pixel PK vereinigt, der sich in der Projektion von vorn an der Stelle des ersten Pixels Pi1 befindet. Bei dieser Variante der optischen Strahlvereinigung besteht allerdings ein optischer Gangunterschied.
Im Falle der 5b hingegen enthält die optische Strahlvereinigungsanordnung BC zwei doppelbrechende Planplatten SP1, SP2, die zueinander um 180 ° deg um ihre Flächennormalen gedreht sind, und in der zwischen beiden doppelbrechenden Planplatten SP1 und SP2 eine unstrukturierte Halbwellenlängenplatte angeordnet ist.
Dadurch werden die Wellenfronten beider Pixel Pi1 und Pi2 abgelenkt, wie oben beschrieben, und das resultierende komplexwertige Pixel PK befindet sich in der Projektion von vorn auf halbem Abstand zwischen den beiden Pixeln Pi1 und Pi2. In diesem Falle ist die Strahlvereinigung im Wesentlichen gangunterschiedsfrei erfolgt, da die Wellenfelder beider Pixel gleiche Entfernungen zurückzulegen haben.
Im Falle der 5c sind die beiden doppelbrechenden Planplatten SP1 und SP2 zueinander um 90° um ihre Flächennormalen gedreht. Dies entspricht der optischen Strahlvereinigungsanordnung BC der 4a und 4b. Beide doppelbrechenden Planplatten SP1 und SP2 führen dadurch jeweils einen lateralen Versatz von |s_x| = |s_y| = |s₁| ein, wobei der durch beide Platten eingeführte Versatz s_x und s_y senkrecht zueinander erfolgt. Der relative Versatz ist somit
Diese Anordnung zweier doppelbrechender Planplatten SP1, SP2 kann als optischen Strahlvereinigungsanordnung (engl.: beam combiner) BC eingesetzt werden, um die Phasenwerte zweier Pixel Pi1, Pi2 zu einem komplexen Wert z eines komplexen Pixels PK zu vereinen, der in Phase und Intensität frei wählbar ist. Die zu vereinenden Pixel Pi1, Pi2 liegen dabei nicht mehr direkt in herkömmlicher Weise nebeneinander, sondern in den beiden Richtungen x und y um |s_x| = |s_y| = |s₁| und damit in Summe diagonal um
versetzt.
Eine solche Anordnung führt im Falle eines bezüglich der zu s₂ senkrechten Richtung leicht schrägen Einfalls des Lichtes unter der Bedingung baugleicher doppelbrechender Planplatten SP1, SP2 und |s_x| = |s_y| = |s₁| zu einem für beide Strahlengänge gleichlang bleibenden relativen optischen Weg, so dass der optische Gangunterschied beider Strahlen Null bleibt. Ein leichter Winkelfehler senkrecht zur Richtung der Strahlvereinigung wird somit in Bezug auf die zwischen zwei zu vereinenden Phasen-Pixeln vorliegende relative Phasenlage kompensiert.
Die 6a und 6b zeigen in schematischen Abbildungen eine mögliche Variante einer Anordnung zur im Wesentlichen gangunterschiedsfreien und dispersionsfreien bzw. dispersionsarmen optische Strahlvereinigung zweier zu vereinender Phasen-Pixel Pi1, Pi2 unterschiedlicher Orientierung für verschiedene verwendete Wellenlängen, beispielsweise Rot-Grün-Blau (RGB), die zwei um 90° zueinander gedrehte, den erfindungsgemäßen Körper aufweisende und Teilplanplatten SP1T1, SP1T2, SP2T1, SP2T2 enthaltende, doppelbrechende Planplatten SP1, SP2 enthält, wobei diese jeweils eine optische Achse von ca. 45° zur Flächennormalen aufweisen in einer Draufsicht (6a) und in einer Seitenansicht (6b).
Diese bevorzugte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Strahlvereinigungsanordnung BC enthält also zwei doppelbrechende Planplatten SP1, SP2, die jeweils einen Stapel zweier doppelbrechender Teilplanplatten SP1T1, SP1T2 sowie SP2T1, SP2T2 die erfindungsgemäße doppelbrechende Körper enthalten, umfassen, von denen jeweils eine Teilplanplatte SP1T1 sowie SP2T1 eine negative und eine Teilplanplatte SP1T2 sowie SP2T2 eine positive Dispersion ermöglicht. Wie schon beschrieben, erfolgt beim Passieren einer solchen Strahlvereinigungsanordnung BC in einem ersten Halbschritt eine laterale Verschiebung eines Wellenfeldes dreier verschiedener Wellenlängen in einer erfindungsgemäßen doppelbrechenden Teilplanplatte SP1T1 negativer Dispersion und in einem zweiten Halbschritt in einer erfindungsgemäßen doppelbrechenden Teilplanplatte SP1T2 positiver Dispersion. Dadurch weisen die für drei Farben eingeführten Verschiebungen nur geringe Abweichungen voneinander auf. Die zweite doppelbrechende Planplatte SP2 enthält nochmals einen Stapel mit einer doppelbrechenden Teilplanplatte SP2T1 negativer Dispersion und einer doppelbrechenden Teilplanplatte SP2T2 positiver Dispersion, die jedoch beide um 90 ° deg gedreht zum ersten einen Stapel doppelbrechender Teilplanplatten SP1T1, SP1T2 angeordnet sind. Auch hier ist die sonst für verschiedene Wellenlängen auftretende unterschiedliche Dispersion nach dem Passieren der beiden Teilplanplatten SP2T1, SP2T2 wieder beseitigt oder zumindest nahezu beseitigt. Damit ist es möglich, mit dieser Strahlvereinigungsanordnung BC die Wellenfelder dreier Farben Rot-Grün-Bau RGB zweier benachbarter Pixel Pi1, Pi2 unterschiedlicher Polarisation nach dem Passieren beider doppelbrechender Planplatten SP1, SP2 im Wesentlichen dispersionsfrei bzw. dispersionsarm sowie gangunterschiedsfrei zu einem komplexwertigen Pixel PK zu vereinen.
Abschließend sei ganz besonders darauf hingewiesen, dass die voranstehend erörterten Ausführungsbeispiele lediglich zur Beschreibung der beanspruchten Lehre dienen, diese jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele einschränken. Insbesondere könnten die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele – soweit möglich – miteinander kombiniert werden.
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

WO 2010/149588 A1 [0005, 0027, 0035]
WO 2011/054792 A1 [0074]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

„Multiplexed holographic transmission gratings recorded in holographic polymerdispersed liquid crystals: static and dynamic studies“, Sébastien Massenot, Jean-Luc Kaiser, Maria Camacho Perez, Raymond Chevallier, and Jean-Louis de Bougrenet de la Tocnaye, Applied Optics, Vol. 44, Issue 25, pp. 5273–5280 (2005) [0006]

Claims

Doppelbrechender Körper, der Komponenten eines optisch anisotropen, d.h. doppelbrechenden, Materials enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten räumlich gleichartig ausgerichtet in einer optisch transparenten Matrix eingebettet angeordnet sind.
Doppelbrechender Körper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten des optisch anisotropen Materials in einer ein optisch inaktives Volumengitter (VG) enthaltenden Matrix eingebettet angeordnet sind, wobei das optisch inaktive Volumengitter (VG) für alle Wellenlängen eines verwendeten Lichts nichtbeugend ausgebildet ist.
Doppelbrechender Körper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das optisch inaktive Volumengitter (VG) durch ein mittels Zwei- oder Mehrstrahl-Interferenz-Belichtung erzeugtes Polymer ausgebildet ist.
Doppelbrechender Körper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der optisch transparenten Matrix ebenfalls doppelbrechende Eigenschaften aufweist.
Doppelbrechender Körper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten des in die Matrix eingebetteten, optisch anisotropen Materials polymerisierbare Monomere und/oder Oligomere enthalten.
Doppelbrechender Körper nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der optisch transparenten Matrix und die Komponenten des optisch anisotropen Materials so gewählt sind, dass die Doppelbrechung maximiert und der Anteil an Streulicht minimiert ist.
Doppelbrechender Körper nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten des optisch anisotropen Materials bezüglich ihrer doppelbrechenden Eigenschaften durch ein Steuer- bzw. Regelelement veränderbar sind.
Optische Strahlvereinigungsanordnung (BC) zur Erzeugung eines komplexwertigen Pixels, die eine Lichtmodulationsvorrichtung (SLM), die eine Anordnung von Pixeln (Pi) aufweist, ein optisches Verzögerungselement (HWP), eine doppelbrechende Planplatte (SP) und ein Polarisationselement (WGP) enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die doppelbrechende Planplatte (SP) einen doppelbrechenden Körper gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 aufweist und ihre Dicke (d) und/oder andere Eigenschaften derart ausgebildet sind, dass die Wellenfelder zweier Pixel (Pi1, Pi2) unterschiedlicher Polarisation nach dem Passieren der doppelbrechenden Planplatte (SP) zu einem komplexwertigen Pixel (PK) vereinbar sind.
Optische Strahlvereinigungsanordnung (BC) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der doppelbrechende Körper eine Matrix mit einem optisch inaktiven Volumengitter (VG) einer solchen Gitterperiode (Λ) und eines solchen Gitterneigungswinkels (γ) aufweist, dass die Beleuchtung dieses doppelbrechenden Körpers für alle Wellenlängen eines verwendeten Lichts nichtbeugend realisierbar ist.
Optische Strahlvereinigungsanordnung (BC) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Gitterneigungswinkel (γ) der doppelbrechenden Planplatte (SP) in einem Bereich zwischen 30° und 50°, vorzugsweise zwischen 42° und 45°, liegt.
Optische Strahlvereinigungsanordnung (BC) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Pixel-Abstände einzelner Farben der Lichtmodulationsvorrichtung (SLM) in Abhängigkeit des lateralen Versatzes (s_i) ihrer Wellenlängen im doppelbrechenden Körper gewählt werden.
Optische Strahlvereinigungsanordnung (BC) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass sie chromatische Apodisations-Filter-Blenden enthält.
Optische Strahlvereinigungsanordnung (BC) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine weitere doppelbrechende Planplatte (SP) enthält, die einen doppelbrechenden Körper gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 aufweist, wobei beide doppelbrechenden Planplatten (SP1, SP2) um ihre Flächennormalen so zueinander gedreht angeordnet sind, und ihre Dicken (d) derart ausgebildet sind, dass die Wellenfelder zweier benachbarter Pixel (Pi1, Pi2) unterschiedlicher Polarisation nach dem Passieren beider doppelbrechender Planplatten (SP1, SP2) im Wesentlichen gangunterschiedsfrei zu einem komplexwertigen Pixel (PK) vereinbar sind.
Optische Strahlvereinigungsanordnung (BC) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die erste doppelbrechende Planplatte (SP1) als auch die zweite doppelbrechende Planplatte (SP2) einen Stapel mindestens zweier doppelbrechender Teilplanplatten (SP1T1, SP1T2, ..., SP2T1, SP2T2, ...) enthält, von denen jeweils mindestens eine Teilplanplatte eine negative und jeweils mindestens eine Teilplanplatte eine positive Dispersion ermöglicht.
Optische Strahlvereinigungsanordnung (BC) nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite doppelbrechende Planplatte (SP2) zur ersten doppelbrechenden Planplatte (SP1) um 90° deg um ihre Flächennormalen gedreht angeordnet ist.
Optische Strahlvereinigungsanordnung (BC) nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite doppelbrechende Planplatte (SP2) zur ersten doppelbrechenden Planplatte (SP1) um 180° deg um ihre Flächennormalen gedreht angeordnet ist, wobei zusätzlich zwischen der ersten (SP1) und der zweiten doppelbrechenden Planplatte (SP2) eine unstrukturierten Halbwellenlängenplatte angeordnet ist.
Optische Strahlvereinigungsanordnung (BC) nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die doppelbrechenden Planplatten (SP1, SP2) doppelbrechende Körper mit Komponenten mehrerer optisch anisotroper doppelbrechenden Materialien enthält, deren Brechungsindex-Ellipsoide mindestens zwei unterschiedlich große Hauptachsen aufweisen.
Verfahren zur Herstellung eines doppelbrechenden Körpers, wobei – ein Matrix-Grundmaterial mit Komponenten eines optisch anisotropen, d.h. doppelbrechenden, Materials vermischt wird, – durch die Einwirkung eines äußeren Feldes und/oder die Wechselwirkung mit dem Matrix-Grundmaterial die Komponenten des optisch anisotropen Materials in der Mischung räumlich gleichartig ausgerichtet werden, – mittels eines weiteren Energieeintrags das Matrix-Grundmaterial unter Einschluss der räumlich gleichartig ausgerichteten Komponenten verfestigt wird und in einer optisch transparenten Matrix mit eingebetteten, räumlich gleichartig ausgerichteten Komponenten resultiert.
Verfahren zur Herstellung eines doppelbrechenden Körpers nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der drei Schritte Vermischung des Matrix-Grundmaterials mit den Komponenten des optisch anisotropen Materials, Ausrichtung der Komponenten des optisch anisotropen Materials und Verfestigung der Matrix unter Einschluss der räumlich gleichartig ausgerichteten Komponenten zeitlich parallel oder teilweise zeitlich parallel erfolgen.
Verfahren zur Herstellung eines doppelbrechenden Körpers nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass während der Verfestigung des Matrix-Grundmaterials eine Umwandlungsreaktion abläuft.
Verfahren zur Herstellung eines doppelbrechenden Körpers nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Schritte der Vermischung des Matrix-Grundmaterials mit den Komponenten des optisch anisotropen Materials und/oder der Ausrichtung der Komponenten des optisch anisotropen Materials eine Verteilungsprofil der Komponenten des optisch anisotropen Materials in der verfestigten Matrix bestimmt wird.
Verfahren zur Herstellung eines doppelbrechenden Körpers nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrichtung der Komponenten des optisch anisotropen Materials und/oder die Verfestigung der Matrix mittels eines Lasers und/oder eines elektrischen Feldes und/oder eines magnetischen Feldes erfolgt.
Verfahren zur Herstellung eines doppelbrechenden Körpers nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrichtung der Komponenten des optisch anisotropen Materials und/oder die Verfestigung der Matrix durch eine Flutbelichtung erfolgt.
Verfahren zur Herstellung eines doppelbrechenden Körpers nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrichtung der Komponenten des optisch anisotropen Materials und/oder die Verfestigung der Matrix durch Zwei- oder Mehrstrahlinterferenz-Belichtung erfolgt.
Verfahren zur Herstellung eines doppelbrechenden Körpers nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Belichtungsschritt unter Zuhilfenahme eines Masters erfolgt.
Verfahren zur Herstellung eines doppelbrechenden Körpers nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass – ein Volumengitter-Material mit Komponenten eines optisch anisotropen Materials homogen vermischt wird, – durch Zwei- oder Mehrstrahl-Interferenzbelichtung mit einer solchen Periode, die zu einem nichtbeugend ausgebildeten, also optisch inaktiven, Volumengitter (VG) für alle Wellenlängen eines verwendeten Lichts führt, zeitlich parallel die Komponenten des optisch anisotropen Materials räumlich gleichartig ausgerichtet werden und das Volumengittermaterial verfestigt wird, wobei die Komponenten des optisch anisotropen Materials in der dabei entstehenden, optisch inaktiven Volumengitter-Matrix gleichartig ausgerichtet fixiert werden.
Verfahren zur Herstellung eines doppelbrechenden Körpers nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass ein polymerisierbares, unsymmetrische Monomere und/oder Oligomere aufweisendes Volumengitter-Material durch Zwei- oder Mehrstrahl-Interferenz belichtet und polymerisiert wird.
Verfahren zur Herstellung eines doppelbrechenden Körpers nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten des optisch anisotropen Materials Flüssigkristalle (LC) aufweisen.
Verfahren zur Herstellung eines doppelbrechenden Körpers nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkristalle (LC) durch einen Energieeintrag polymerisiert werden.