DE19503929A1 - Farbbilderzeugungssysteme - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft Farbbilderzeugungssysteme zur Darstellung reeller oder virtueller
zweidimensionaler oder dreidimensionaler farbiger oder monochromer Bilder,
insbesondere für Fernseh- oder Videoanwendungen. Die Farbbilderzeugungssysteme
nutzen die additive Farbmischung, die auf dem Wahrnehmungsvermögen des
menschlichen Auges beruht, und die Fähigkeit des menschlichen Auges einzelne, im
Raum örtlich eng und zeitlich schnell aneinandergereihte Lichtpunkte als Bild
wahrzunehmen. In diesen Unterlagen bedeutet Licht diskrete Wellenlängen oder
Wellenlängenbereiche sichtbarer Strahlung, insbesondere im Wellenlängenbereich
von 400 nm bis 760 nm. Vorzugsweise werden die Wellenlängen, die dem roten, dem
grünen und dem blauen Licht entsprechen, gewählt.
Licht bedeutet hier auch unsichtbare elektromagnetische Strahlung, die mittels eines
Leuchtstoffes auf einem Bildschirm in sichtbares Licht umgewandelt wird.
Ein modernes Verfahren der Farbmischung und Erzeugung eines Fernseh- bzw.
Videobildes wurde mit Hilfe der Lichtventiltechnik auf der Grundlage verschiedener
physikalischer Effekte realisiert (R. Gerhard-Multhaupt und H. Röder, "Lichtventil-
Großbildprojektion: Eine Übersicht", Fernseh- und Kino-Technik, 45 (9) Seiten 448-452
(1991)).
In der DE 31 52 020 A1 wird eine Bilderzeugungseinrichtung zur Herstellung von
farbigen Bildern beliebiger Größe beschrieben, bei der Licht von drei Laser-Dioden in
je ein Lichtleiter-Rohr gelenkt wird, die Rohre zu einem Lichtleitfaser-Rohrbündel
zusammengefaßt sind, und das Ende des Lichtleitfaser-Rohrbündels mit einer
magnetischen Ummantelung versehen ist. Die magnetische Ummantelung ist in einem
veränderlichen Magnetfeld horizontal und vertikal ablenkbar. Es folgen eine
Projektionsoptik und mindestens ein Umlenkspiegel, mit dem die Lichtstrahlen auf eine
leuchtstofffreie oder mit in den Grundfarben leuchtenden Leuchtstoffen beschichtete
Mattscheibe gelenkt werden. Diese Bilderzeugungseinrichtung verwendet an sich
bekannte Baugruppen zur Farbbilderzeugung, die nicht oder nur schwer mikrooptisch
und/oder mikromechanisch realisierbar sind. Es erfolgt keine räumliche
Zusammenführung von Lichtanteilen in den Lichtleitfasern. Die Lichtleitfasern, die die
einzelnen Farbanteile übertragen, werden zu einem Bündel zusammengefaßt und die
Faserenden räumlich eng nebeneinanderliegend angeordnet (siehe Fig. 26).
Die Erfindung soll das Problem lösen, vergleichsweise einfach aufgebaute
Farbbilderzeugungssysteme für reelle oder virtuelle Bilder zu schaffen.
Mit der Anordnung soll ein Farbsignal für ein zweidimensionales oder
dreidimensionales Fernseh- bzw. Videobild erzeugt werden.
Ziel der Erfindung ist es, in der extremsten Ausbildung der Erfindung, die
elektronischen und optischen Komponenten eines Farbbilderzeugungssystems auf
einem Träger zu integrieren und als Modul mit elektrischen Anschlüssen zur Verfügung
zu stellen.
Die Lösung der Aufgabe gelingt bei einem Farbbilderzeugungssystem gemäß dem
Oberbegriff durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen
Merkmale. Die Unteransprüche 2 bis 14 und 23 bis 46 sind vorteilhafte
Ausgestaltungen des Hauptanspruchs 1.
Grundidee ist, eine "Einheit zur räumlichen Strahlvereinigung" zum räumlichen
Zusammenführen von Lichtanteilen unterschiedlicher Wellenlänge zu verwenden und
räumlich zusammengeführtes Licht so abzulenken, daß durch eine zur Ablenkung des
zusammengeführten Lichts synchrone Modulation der Lichtanteile ein virtuelles Bild im
Raum oder ein reelles Bild auf einer Projektionswand entsteht, das mit dem Auge des
Beobachters wahrgenommen werden kann.
Unter der Einheit zur räumlichen Strahlvereinigung werden in dieser Beschreibung
Kombinationen von Wellenleitern verstanden, die in der Lage sind, Licht breitbandig
mit nahezu gleicher Effektivität oder Licht in ausgewählten Spektralbereichen effektiv
zu übertragen und räumlich zusammenzuführen.
Die Wellenleiter sind hier Breitband-Streifenwellenleiter, Breitband-Lichtleitfasern oder
Breitband-Quasiwellenleiter (z. B. ARROW). Breitbandig heißt hier, daß Licht des
gesamten sichtbaren Wellenlängenbereiches im Wellenleiter führbar ist oder die
Bauelemente die Eigenschaft haben, Licht verschiedener diskreter Wellenlängen,
insbesondere aus dem Spektrum des sichtbaren Lichts, in einem einzigen Wellenleiter
effektiv zu führen. Die geeignete Zusammenführung mehrerer dieser Breitband-
Wellenleiter ermöglicht auf einfache Weise, Licht in einem gemeinsamen Breitband-
Wellenleiter räumlich zu vereinigen.
Grundsätzlich gilt, daß bei einer Modulation der Lichtanteile außerhalb des Breitband-
Wellenleiters keine Einschränkung bezüglich der Anzahl der im Breitband-Wellenleiter
geführten Moden vorliegt. Einmodige Breitband-Wellenleiter sind zwingend
erforderlich, wenn Licht im Breitband-Wellenleiter moduliert wird, ausgenommen bei
der Elektroabsorptionsmodulation im Breitband-Wellenleiter.
Die Lichtanteile sind in dem Farbbilderzeugungssystem an folgenden Stellen
modulierbar und/oder schaltbar: entweder bei ihrer Erzeugung mit Hilfe einer
Steuerung der Lichtquelle und/oder zwischen der Lichtquelle und der Einheit zur
räumlichen Strahlvereinigung als externe Modulatoren und/oder in der Einheit zur
räumlichen Strahlvereinigung an mindestens einem einmodigen Breitband-Wellenleiter
und/oder in der Koppelstelle der Breitband-Wellenleiter. Um einen Farbwert
einzustellen, werden die verschiedenen mindestens zwei Lichtanteile in ihrer Amplitude
bzw. Intensität moduliert und in mindestens einer Koppelstelle räumlich
zusammengeführt. Für eine flimmerfreie bildliche Darstellung ist aufgrund der sehr
hohen möglichen Modulationsfrequenz zur Beeinflussung der Lichtanteile die
zeitmultiplexe Übertragung der einzelnen Lichtanteile möglich.
Die räumliche Zusammenführung und Abbildung der mindestens zwei verschiedenen
Lichtanteile soll in einem ersten Fall zeitlich gleichzeitig oder in einem zweiten Fall
zeitlich nacheinander (zeitmultiplex) erfolgen. Dieses erfolgt mit Hilfe einer Einheit zur
Strahlformung und Strahlablenkung, wobei die Abbildung eines Bildpunktes oder einer
Bildzeile oder des ganzen Bildes in sehr schneller Aufeinanderfolge in zur
Farberzeugung geeigneten Grundfarben, beispielsweise in Rot, in Grün und in Blau
durchgeführt wird. Das Auge "addiert" aus den einzelnen einfarbigen Bildpunkten oder
Bildzeilen oder Bildern ein farbiges Bild.
In einer ersten Variante werden mindestens zwei einzelne Lichtleitfasern so räumlich
vereinigt, daß diese in einem vereinigten Faserstrang fortgeführt werden.
Es entsteht ein Lichtleitfaser-Koppler, der in der Lage ist, den breiten Spektralbereich
des sichtbaren Lichts effektiv zu übertragen.
In einer zweiten Variante wird mindestens ein integriert-optischer Breitband-
Streifenwellenleiter-Koppler zur Lichtübertragung und räumlichen Zusammenführung
der Lichtanteile genutzt. Diese Bauelemente sind in der Lage, zum Beispiel das
Spektrum des sichtbaren Lichts mit einer hohen Effektivität zu übertragen.
Mindestens zwei integriert-optische Lichtleit-Kanäle werden vereinigt und bilden einem
vereinigten dritten Kanal zur Weiterleitung der räumlich zusammengeführten
Lichtanteile.
Im Falle einer vorgesehenen Amplituden- bzw. Intensitätsmodulation der im Breitband-
Wellenleiter geführten Lichtanteile ist der Breitband-Streifenwellenleiter-Koppler
zweckmäßigerweise aus Breitband-Streifenwellenleitern aufgebaut, die Licht im
gesamten zu übertragenden Spektralbereich einmodig führen.
Die einmodigen, integriert-optischen Breitband-Streifenwellenleiter und einmodigen
Weißlicht-Wellenleiter sind Gegenstand der am gleichen Tag beim DPA eingereichten
Patentanmeldung "Streifen-Wellenleiter und Verwendungen".
Die einmodigen, integriert-optischen Breitband-Streifenwellenleiter-Koppler und die
einmodigen Weißlicht-Streifenwellenleiter-Koppler sind Gegenstand der am gleichen
Tag beim DPA eingereichten Patentanmeldung "Verbindungsaufspalter aus Streifen-
Wellenleitern und Verwendungen".
In einer dritten Variante werden Breitband-Quasiwellenleiter-Koppler (z. B. ARROW-
Koppler) zur Lichtübertragung und räumlichen Zusammenführung der Lichtanteile
genutzt.
Es kann gezeigt werden, daß Quasiwellenleiter so dimensioniert werden können, damit
diese in der Lage sind, diskrete Wellenlängenbereiche aus dem Spektrum des
sichtbaren Lichts, technisch gesehen, effektiv zu übertragen.
Mit den oben genannten drei Wellenleiter-Varianten lassen sich prinzipiell
Koppelstellen als Y-Verzweiger, Richtkoppler, Parallelstreifenkoppler, BOA oder X-
Koppler oder unter Verwendung von Reflektoren realisieren. Die praktische
Realisierung einer konkreten Ausführung ist jedoch von den heutigen technischen
Möglichkeiten und erzielbaren technischen Parametern abhängig.
Ein Y-Verzweiger (Y-Aufspalter) ist in der Regel ein passives Bauelement, das nur
sehr eingeschränkt schaltbar ist. Er hat aber ein gutes und stabiles Teilerverhältnis
(1 : 1) im Aufspalterbetrieb. Im Fall der Einmodigkeit der an den Y-Verzweiger
anschließenden Wellenleiter bzw. im Falle extremer Vielmodigkeit (mehr als etwa 50
Moden) hat der Y-Verzweiger ein gutes und stabiles Teilerverhältnis (1 : 1) im
Aufspalterbetrieb.
Richtkoppler und Parallelstreifenkoppler haben ein vorteilhaft nutzbares, z. B.
elektrooptisches, Schaltverhalten. Die Koppeleigenschaften sind stark
wellenlängenabhängig, was für die räumliche Zusammenführung und zur Modulation
von Licht zum Zwecke der Farbmischung vorteilhaft ausgenutzt werden kann.
Die Schaltspannungen liegen, für eine wirksame Elektrodenlänge L im Bereich von mm
und einen Elektrodenabstand d im Bereich von µm in KTiOPO₄ (KTP) oder LiNbO₃ als
Substratmaterialien, bei 5 bis 20 Volt.
BOA zeigen ebenfalls ein vorteilhaft nutzbares, z. B. elektrooptisches, Schaltverhalten.
Es sind einfache Elektrodenstrukturen möglich. BOA sind stark wellenlängenabhängig,
was zur Farbmischung vorteilhaft ausgenutzt werden kann. Die Schaltspannungen
liegen in KTP oder LiNbO₃ bei 10 bis 20 Volt.
Ein X-Koppler hat Eigenschaften wie ein BOA, erfordert aber aufgrund seiner kurzen
Wechselwirkungslänge wesentlich höhere Schaltspannungen (typisch 50 Volt).
Reflektoren werden in Form von Prismen, Spiegeln oder Gittern in oder auf ein
Substratmaterial ein- oder aufgebracht und koppeln zwei Streifenwellenleiter. Die
Reflektoren werden insbesondere integriert-optisch hergestellt.
Als Lichtquellen dienen Laser oder Laserdioden oder Lumineszenzdioden oder
Spektrallampen, die vorzugsweise jeweils in der Lage sind, Licht in den Wellenlängen
des roten, des grünen und des blauen Lichts auszusenden.
Wegen der nach dem gegenwärtigen Stand der Technik beschränkten Verfügbarkeit
von miniaturisierten schmalbandigen Lichtquellen, die grünes und blaues Licht
aussenden, kann das Prinzip der Erzeugung der zweiten Harmonischen angewendet
werden, um Lichtstrahlung in den erforderlichen Spektralbereich zu transformieren.
Pumplicht genügender Leistung vermag in geeigneten Materialien Licht der halben
Wellenlänge zu erzeugen, zum Beispiel wird das Laserdiodenlicht mit einer
Wellenlänge von 830 nm zu Licht mit einer Wellenlänge von 415 nm transformiert.
Das Farbbilderzeugungssystem beinhaltet mindestens eine Modulationseinrichtung zur
Umwandlung eines zweckmäßigen, im allgemeinen elektrischen, Eingangssignals in
ein optisches Amplituden- oder Intensitätssignal, welche eine separate aktive
Steuerung des Lichts einer oder mehrerer Lichtquellen bis zu sehr hohen
Steuerfrequenzen (nach dem heutigen Stand der Technik bis in den GHz-Bereich)
zuläßt. Zur Farbbilderzeugung muß das Licht mindestens einer Lichtquelle synchron
zur Ablenkung der Lichtstrahlen modulierbar sein.
In einem ersten Fall erfolgt die Lichtmodulation durch die Modulation der
Strahlungsleistung der Lichtquelle.
In einem zweiten Fall erfolgt die Modulation des Lichts in dem mindestens einen
einmodigen Breitband-Wellenleiter vor der räumlichen Vereinigung der Lichtanteile,
insbesondere in einmodigen, integriert-optischen Breitband-Streifenwellenleitern.
In einem driften Fall erfolgt die Lichtmodulation in einer steuerbaren Koppelstelle der
einmodigen Breitband-Wellenleiter, insbesondere der einmodig integriert-optischen
Breitband-Streifenwellenleiter.
In einem vierten Fall erfolgt die Modulation, der nach der Koppelstelle zeitlich
nacheinander anliegenden Lichtanteile (z. B. bei zeitmultiplex betriebenen
Lichtquellen), im Zeitmultiplexbetrieb in dem gemeinsamen einmodigen Breitband-
Wellenleiter, in dem die Lichtanteile räumlich zusammengeführt sind, insbesondere im
einmodig integriert-optischen Breitband-Streifenwellenleiter.
Die Amplitudenmodulation bzw. Intensitätsmodulation des Lichts erfolgt nach einem der
folgenden Prinzipien:
- - elektrooptische, akustooptische, thermooptische, magnetooptische, opto-optische, photothermische Modulation,
- - Änderung des effektiven Brechungsindex durch Injektion oder Verarmung von freien Ladungsträgern in Halbleitermaterialien,
- - elektrooptische, akustooptische, thermooptische, magnetooptische, opto-optische oder photothermische cut-off-Modulation,
- - cut-off-Modulation aufgrund der Änderung des effektiven Brechungsindex durch Injektion oder Verarmung von freien Ladungsträgern in Halbleitermaterialien,
- - steuerbare Wellenleiterverstärkung,
- - steuerbare Polarisationsdrehung in Verbindung mit einem Polarisator,
- - Wellenleiter-Modenwandlung,
- - Elektroabsorptionsmodulation,
- - Modulation mit Hilfe eines integriert-optischen Schalt- oder Verteilerelements, wie X-Koppler, Parallelstreifenkoppler, Richtkoppler oder BOA,
- - Modulation der Lichtquelle selbst,
- - Modulation durch Änderung der Koppeleffektivität Lichtquelle-Wellenleiter oder
- - Modulation durch Strahlabschwächer, wie steuerbare Blenden oder Absorber, die nach der Lichtquelle angeordnet sind.
Die Erfindung betrifft auch integriert-optische Realisierungsvarianten der Einheit zur
räumlichen Strahlvereinigung, bei denen die Koppelstelle zweier Breitband-
Wellenleiter aktiv beeinflußbar ist. Die steuerbare Koppelstelle ist je nach Bedarf zur
steuerbaren räumlichen Strahlvereinigung und/oder zur steuerbaren Strahlablenkung
ausgebildet.
Die steuerbare Koppelstelle arbeitet auf der Grundlage der Zweimodeninterferenz als
X-Koppler, Richtkoppler, Parallelstreifenkoppler oder BOA.
Die Erfindung betrifft auch eine matrixförmige Anordnung sich kreuzender Breitband
wellenleiter, insbesondere einmodige integriert-optische Breitband-
Streifenwellenleiter, bei der die Kreuzungsstellen eine Matrix bilden. Die
Kreuzungsstellen sind
- a) völlig passiv (passive Wellenleiterkreuzungen) oder
- b) passive Koppelstellen zur räumlichen Zusammenführung von Lichtanteilen oder
- c) aktive Koppelstellen zur Modulation und räumlichen Strahlvereinigung und/oder Strahlablenkung. Prinzipiell sind in jeden Breitband-Wellenleiter Lichtanteile einkoppelbar.
In einem ersten Fall sind für die drei Lichtanteile mit verschiedenen Wellenlängen drei
parallel geführte Breitband-Wellenleiter vorgesehen, die einen weiteren Breitband
wellenleiter kreuzen, wobei die Kreuzungsstellen passive Koppelstellen zur
räumlichen Strahlvereinigung sind.
Die Modulation kann über die Lichtquellen erfolgen oder die Modulation erfolgt an
jedem der drei einmodigen Breitband-Wellenleiter. Zur Modulation in den einmodigen
Breitband-Wellenleitern ist je ein Amplitudenmodulator am einmodigen Breitband
wellenleiter angeordnet.
Im Falle aktiver Koppelstellen erfolgt die Modulation in den Kreuzungsstellen der
einmodigen Breitband-Wellenleiter. Diese sind dann "Aktive Koppelsteilen zur
räumlichen Strahlvereinigung und/oder Strahlablenkung".
In jedem Fall ist am Ausgang des gemeinsamen Breitband-Wellenleiters
amplitudenmoduliertes, räumlich zusammengeführtes Licht auskoppelbar.
In einem zweiten Fall sind für zwei Lichtanteile zwei parallel angeordnete Breitband-
Wellenleiter vorgesehen, die einen weiteren Breitband-Wellenleiter kreuzen. In einem
Eingang des gemeinsamen Breitband-Wellenleiters ist Licht einer dritten Wellenlänge
einkoppelbar.
Dabei sind die Kreuzungsstellen Koppelstellen zur räumlichen Strahlvereinigung und
- a) die Lichtquellen modulierbar und die Koppelstellen passiv oder
- b) an jedem der drei einmodigen Breitband-Wellenleiter ist ein Amplituden- bzw. Intensitätsmodulator angeordnet und die Koppelstellen sind passiv oder
- c) die Kreuzungsstellen der einmodigen Breitband-Wellenleiter sind "Aktive Koppelstellen zur räumlichen Strahlvereinigung und/oder Strahlablenkung". In jedem Fall ist an dem Ausgang des gemeinsamen Breitband-Wellenleiters amplitudenmoduliertes, räumlich zusammengeführtes Licht auskoppelbar.
In einem dritten Fall sind die drei Lichtanteile in drei parallel geführte Breitband-
Wellenleiter einkoppelbar. Diese drei Breitband-Wellenleiter kreuzen drei weitere
Breitband-Wellenleiter und einen vierten gemeinsamen Breitband-Wellenleiter, wobei
die Kreuzungsstellen der Breitband-Wellenleiter je nach konstruktiver Auslegung aktive
Koppelstellen oder passive Koppelstellen oder völlig passiv sind. Die drei gekreuzten
weiteren Breitband-Wellenleiter haben Blindausgänge, in die nicht verwertbare
Lichtanteile auskoppelbar sind. An dem Ausgang des gemeinsamen vierten Breitband-
Wellenleiters ist das modulierte, räumlich zusammengeführte Licht auskoppelbar.
Durch Kombination und Abwandlung sind nach den hier vorgestellten Prinzipien auch
höherwertige Matrixanordnungen realisierbar.
Jede der hier beschriebenen Ausführungsformen der Einheit zur räumlichen
Strahlvereinigung koppelt an ihrem Ausgang moduliertes, räumlich zusammengeführtes
Licht in eine Einheit zur Strahlformung und Strahlablenkung. Diese besteht aus einer
Einrichtung zur Strahlformung und einer Einrichtung zur Strahlablenkung oder einer
Baugruppe, die beide Funktionen realisiert.
Die Funktionen Strahlformung und Strahlablenkung sind durch die Ansteuereinheit
einzeln oder gemeinsam ansteuerbar.
Die Einrichtung zur Realisierung der Funktion Strahlformung des vereinigten
Lichtstrahles erfolgt nach einem der folgenden Prinzipien, die steuerbar sind:
- - mittels einer konventionellen stellbaren Optik;
- - mittels eines mikrooptischen Systems;
- - mittels eines strahlformenden Gitters;
- - mittels eines strahlformenden Reflektors;
- - Strahlformung mittels Brechzahlvariation innerhalb des strahlformenden Elements;
- - Strahlformung durch Geometrievariation (Dicke, Krümmung) des strahlformenden Elements.
Die Einheit zur Realisierung der Funktion Strahlablenkung des vereinigten
Lichtstrahles erfolgt nach einem der folgenden Prinzipien, die steuerbar sind:
- - mittels einer verstellbaren konventionellen Optik;
- - mittels eines beweglichen Reflektors mit einer optisch wirksamen Fläche;
- - mittels eines beweglichen Gitters oder eines veränderbaren Gitters;
- - mittels eines elektrooptischen, akustooptischen, thermooptischen, magnetooptischen, optooptischen, photothermischen und/oder nichtlinear-optischen Gitters;
- - mittels eines elektrooptischen, akustooptischen, thermooptischen, magnetooptischen, optooptischen, photothermischen und/oder nichtlinear-optischen Ablenkers im bulk-Material;
- - mittels eines elektrooptischen, akustooptischen, thermooptischen, magnetooptischen, optooptischen, photothermischen und/oder nichtlinear-optischen Ablenkers in mikrooptischer oder integriert-optischer Bauweise;
- - mittels eines integriert-optischen Vielkanal-Verzweigers;
- - mittels eines mikromechanischen Ablenksystems oder
- - mittels eines mikrooptischen Ablenksystems.
Die Einheit zur Strahlformung und Strahlablenkung kann weiterhin auch aus einem
funktionsintegrierten Bauelement zur Strahlformung und Strahlablenkung aufgebaut
sein, insbesondere
- - als beweglicher Reflektor mit einer optisch wirksamen Fläche oder
- - als elektrooptisches Gitter oder
- - durch Erzeugung von Brechzahlinhomogenitäten im bulk-Material.
Die vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Anordnungen sind auch mit nur
einer Lichtwellenlänge betreibbar, wobei dann bei Verwendung einer Wellenlänge aus
dem Spektrum des sichtbaren Lichts ein einfarbiges (monochromes) reelles oder
virtuelles Bild erzeugbar ist.
Eine weitere Variante benutzt Strahlung einer Wellenlänge aus dem Spektralbereich
der sichtbaren oder unsichtbaren (infrarotes und UV-Licht) elektromagnetischen
Strahlung, die auf eine ganzflächig mit einem Leuchtstoff beschichteten
Projektionsfläche gelenkt wird. Durch die Fluoreszenz entsteht ein sichtbares
monochromes Bild.
In einer weiteren Variante ist die Projektionsfläche rastermäßig, zum Beispiel mit
Leuchtstoffen in den Grundfarben Blau, Grün und Rot belegt. Bei entsprechender
Modulation und Ablenkung des Lichts einer Wellenlänge oder der Lichtanteile
verschiedener Wellenlängen sichtbarer oder unsichtbarer elektromagnetischer
Strahlung auf die verschiedenartigen Pixel der Projektionsfläche ist ein farbiges Bild
erzeugbar.
Die Lösung der Aufgabe gelingt weiterhin bei einem Farbbilderzeugungssystem gemäß
dem Oberbegriff durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 16 angegebenen
Merkmale. Die Unteransprüche 17 bis 46 sind vorteilhafte Ausgestaltungen des
Hauptanspruchs 16.
Die Erfindung geht davon aus, daß in einem einmodigen Breitband-Wellenleiter
bestimmte Wellenlängen des Licht mit Hilfe eines steuerbaren Filterelements
auslöschbar sind.
Bei geeigneten Filterelementen gelingt es, ausgewählte Farbwerte im Spektrum des
sichtbaren Lichts einzustellen. Durch die synchron zur Farbwerteinstellung und
Intensitätsmodulation des Lichts erfolgende Ablenkung der erzeugten farbigen
Bildpunkte wird durch additive Farbmischung ein farbiges Bild erzeugt, das alle
Farbwerte enthalten kann.
Je nach der gewünschten Komplexität des erfindungsgemäßen Moduls sind auf einem
Träger alle oder einzelne der nachfolgend aufgezählten Baugruppen zusätzlich zu der
"Einheit zur räumlichen Strahlvereinigung" angeordnet: mindestens eine Lichtquelle,
mindestens ein Lichtmodulator, die Einheit zur Strahlformung und Strahlablenkung und
die Ansteuerelektronik zur Lichtmodulation, zur Strahlformung und Strahlablenkung.
Das Substrat trägt im allgemeinen die Breitband-Wellenleiter der Einheit zur
räumlichen Strahlvereinigung. Auf dem Substrat können jedoch zusätzlich die
Lichtquellen, die Modulatoren und/oder Filter und auch die Einheit zur Strahlformung
und Strahlablenkung integriert sein.
Im extremsten Fall ist ein Modul realisiert, der alle Funktionen eines
Farbbilderzeugungssystems enthält und nur noch mit elektrischen Anschlüssen zur
Energiezufuhr, Ansteuerung und Einstellung versehen werden muß, um ein
einsatzfähiges Farbbilderzeugungssystem zu erhalten.
Es sind Realisierungsvarianten möglich, die auf bewegliche klassische mechanische
Bauteile, wie Kippspiegel oder Spiegelscanner, verzichten.
Mit Hilfe der Erfindung gelingt es prinzipiell, mit einem Modul alle denkbaren
Anwendungen der Darstellung von reellen oder virtuellen Bildern zu realisieren.
Unter Umständen ist es zweckmäßig, die Lichtquellen nicht mit im Modul zu integrieren,
um die Einsatzmöglichkeiten des Moduls, der als einsatzfähiges Bauelement vertrieben
werden kann, zu erhöhen.
Durch die Möglichkeit der elektrooptischen Modulation, nach den heutigen technischen
Möglichkeiten bis in den GHz-Bereich, wird eine Anordnung zur Erzeugung sehr
schnell veränderbarer Lichtintensitäten geschaffen. Mit Hilfe eines schnellen
Ablenkmechanismus werden brillante Farbbilder und Farbfernseh- bzw. -Videosignale
auf einem Bildschirm (reelle Bilder) oder im Raum (virtuelle Bilder) erzeugt.
Weitere Merkmale der Erfindung sind in der Beschreibung der Figuren und in den
Unteransprüchen dargestellt, wobei alle Einzelmerkmale und alle Kombinationen von
Einzelmerkmalen erfindungswesentlich sind.
Die Vorteile der Anordnung liegen in einer Erhöhung der Auflösung des Fernseh- bzw.
Videobildes, der Möglichkeit zur Erhöhung der Bildfrequenz, einer Erhöhung der
Helligkeit und des Kontrastes des Bildes und einer kompakten und integrierbaren
Anordnung als Modul. Die erforderlichen Spannungen zur Modulation der Lichtanteile
liegen im Falle einer elektrischen Ansteuerung im Bereich von einigen Volt.
Das erzeugte Bild ist mit vergleichsweise geringem technischen Aufwand mit Hilfe der
elektronischen Ansteuereinheit vergrößerbar oder verkleinerbar (Zoom-Effekt). Dabei
sind Ausschnittsvergrößerungen und der Grad der Auflösung des Bildes einstellbar.
Durch eine entsprechende Einstellung der Abbildung der Bildpunkte in der Einheit zur
Strahlformung und Strahlablenkung können Sehfehler des Beobachters ausgeglichen
werden.
Anhand der Einstellungen zur Abbildung der Bildpunkte können Sehfehler am
Beobachter bestimmt werden.
Insbesondere ermöglicht die Erfindung die Anwendung bekannter Technologien der
Integrierten Optik und der Mikroelektronik, um alle Bestandteile einer
Farbbilderzeugungseinheit auf einem Träger zu integrieren.
Der Modul des Farbbilderzeugungssystems besteht aus dem Träger in einem
geeigneten Gehäuse. Das Gehäuse hat eine Lichtaustrittsöffnung und Anschlüsse zur
Stromversorgung, Signaleingänge und Anschlüsse zur Einstellung der
Farbbilddarstellungsparameter.
Das Farbbilderzeugungssystem ist für folgende beispielhaft angegebene
Anwendungen vorgesehen: Fernsehen, Video, Peep-Show, Anzeigeeinrichtungen, zum
Beispiel für Verkehrsleitsysteme, Einspiegelung oder Projektion von Bildern in
Scheiben, beispielsweise in Windschutzscheiben von Fahrzeugen oder in transparente
Trennwände von Bedienständen in Produktionseinrichtungen.
Die Erfindung soll nachfolgend an Hand von Figuren beschrieben werden. Es zeigen:
Fig. 1: Prinzip eines Moduls zur Farbbilderzeugung mit einem Breitband-
Streifenwellenleiter-Koppler,
Fig. 2: Prinzip des Farbbilderzeugungssystems durch räumliches
Zusammenführen der Lichtanteile in den Grundfarben Rot-Grün-Blau,
Fig. 3: Farbbilderzeugungssystem mit Lichtleitfaser-Kopplern und Modulation
der Lichtquellen,
Fig. 4: Farbbilderzeugungssystem mit einem Quasiwellenreiter-Koppler,
Fig. 5: Prinzip des Quasiwellenleiter-Kopplers,
Fig. 6: Darstellung des Übertragungsverhaltens des Breitband-Quasiwellenleiter-
Kopplers,
Fig. 7: Aktive Einheit zur räumlichen Strahlvereinigung mit Faser-Modulatoren,
Fig. 8: Modulation durch Steuerung der Lichtquellen und Amplituden- bzw.
Intensitätsmodulation durch einen Fasermodulator im Zeitmultiplexbetrieb,
Fig. 9: Komplettes Farbbilderzeugungssystem als Modul,
Fig. 10: Farbbilderzeugungssystem zur Erzeugung eines reellen Bildes,
Fig. 11: Farbbilderzeugungssystem zur Erzeugung eines virtuellen Bildes,
Fig. 12: Einheit zur räumlichen Strahlvereinigung mit aktiver Koppelstelle,
Fig. 13: Farbbilderzeugungssystem mit X-Koppler als steuerbarer Koppelstelle
in 2×1-Matrixanordnung,
Fig. 14: Struktur mit sich kreuzenden Breitband-Streifenwellenleitern in
3×1-Matrixanordnung mit aktiven Koppelsteilen,
Fig. 15: Struktur mit sich kreuzenden Breitband-Streifenwellenleitern in
3×1-Matrixanordnung mit steuerbaren Breitband-Streifenwellenleitern und
mit passiven Koppelstellen,
Fig. 16: Struktur mit sich kreuzenden Breitband-Streifenwellenleitern in
3×4-Matrixanordnung,
Fig. 17: Farbbilderzeugungssystem mit steuerbaren Breitband-
Streifenwellenleitern und Richtkopplern als steuerbare Koppelstellen,
Fig. 18: Stereo-Farbbilderzeugungssystem,
Fig. 19: Einheiten zur Strahlformung und Strahlablenkung mit in
verschiedenen Bauelementen realisierten Funktionen,
Fig. 20: Einheiten zur Strahlformung und Strahlablenkung mit in einem
Bauelement integrierten Funktionen Strahlablenkung und Strahlformung,
Fig. 21: Farbbilderzeugung mittels Breitband-Streifenwellenleiter-Kopplern und
Frequenzumsetzern mit drei Lichtquellen,
Fig. 22: Farbbilderzeugungssystem mittels Frequenzumsetzern mit einer
Lichtquelle,
Fig. 23: Farbbilderzeugungssystem mittels Farbfiltern und
wellenlängenunabhängigen Modulatoren mit weißem Licht,
Fig. 24: Farbbilderzeugungssystem mittels wellenlängenabhängigen Modulatoren
mit weißem Licht,
Fig. 25: Farbbilderzeugungssystem mit Weißlicht-Streifen-Wellenleiter und
Farbfilter,
Fig. 26 Farbbilderzeugungssystem mit zusammengefaßten Glasfaserbündeln,
Fig. 27 Sehfehlerkorrektur beim virtuellen Bild,
Fig. 28 Sehfehlerkorrektor beim reellen Bild.
Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau des Farbbilderzeugungssystems als Modul, bei
dem aus Licht zweier Farben durch den physiologischen Effekt der Farbmischung im
menschlichen Auge der Eindruck eines flimmerfreien farbigen Bildes entsteht.
Alle Baugruppen sind auf einem Träger 11 angeordnet. Der Modul dient zur Erzeugung
eines Farbmischsignals, bei dem das gewünschte Intensitätsverhältnis eingestellt
werden kann, und zur Erzeugung ablenkbarer Bildpunkte.
Der Modul wird durch Anwendung an sich bekannter Technologien der integrierten
Optik und der Mikroelektronik hergestellt. Alle Baugruppen des
Farbbilderzeugungssystems sind auf dem Träger 11 hybrid-integriert:
- - zwei Lichtquellen 7′, 7′′,
- - eine Einheit zur räumlichen Strahlvereinigung 14,
- - eine Einrichtung zur Strahlformung und Strahlablenkung 10 und
- - eine elektronische Ansteuereinheit 15 zur Lichtmodulation, zur Strahlformung und zur Strahlablenkung.
Die mit den Baugruppen bestückte Fläche des Trägers 11 wird von einem geeigneten
Gehäuse 20 abgedeckt. Das Gehäuse 20 hat eine Lichtaustrittsöffnung 21 und
Anschlüsse zur Stromversorgung 22, Signaleingänge 23 und Anschlüsse zur
Einstellung der Bilddarstellungsparameter 24.
Im Modul sind zwei modulierbare Lichtquellen 7′ und 7′′ mit der Einheit zur räumlichen
Strahlvereinigung 14 gekoppelt. Die Einheit zur räumlichen Strahlvereinigung 14 ist mit
der Einheit zur Strahlformung und Strahlablenkung 10 zur Erzeugung eines reellen
oder virtuellen Bildes gekoppelt. Jede Lichtquelle 7′ und 7′′ und die Einheit zur
Strahlformung und Strahlablenkung 10 sind mit der Ansteuereinheit 15 verbunden, die
die Modulation der Lichtquellen 7′ und 7′′ mit der Strahlprojektion durch die Einheit zur
Strahlformung und Strahlablenkung 10 synchronisiert. Die Einheit zur räumlichen
Strahlvereinigung 14 ist hier passiv.
Die Lichtquellen 7′ und 7′′ sind Laserdioden, die Licht in den Wellenlängen des roten
und des grünen Lichts aussenden.
Die Einheit zur räumlichen Strahlvereinigung 14 besteht aus drei integriert-optischen
Breitband-Streifenwellenleitern 2′, 2′′ und 9, die im Beispiel nicht einmodig sein
müssen, da in den Wellenleitern nicht moduliert wird. Sie bilden einen integriert
optischen Breitband-Streifenwellenleiter-Koppler.
Der Breitband-Streifenwellenleiter 2′ korrespondiert mit der Lichtquelle 7′, die Licht der
Wellenlänge λ₁ aussendet. Der Breitband-Streifenwellenleiter 2′′ korrespondiert mit
der Lichtquelle 7′′, die Licht der Wellenlänge λ₂ aussendet. Die Breitband-
Streifenwellenieiter 2′ und 2′′ werden zum gemeinsamen Breitband-Streifenwellenleiter
9 zusammengeführt. Die Koppelstelle 6 ist passiv.
Eine Ansteuereinheit 15 ist über Stromleitungen mit den Lichtquellen 7′ und 7′′ und mit
der Einheit zur Strahlformung und Strahlablenkung 10 verbunden. Die Signale S₁ und
S₂ dienen der Amplituden- bzw. Intensitätsmodulation der Lichtquellen 7′ und 7′′. Das
Signal S₂ dient zur Einstellung der Fokussierung der modulierten und räumlich
vereinigten Lichtanteile LMV und das Signal S₆ dient zur Strahlablenkung, zum
Beispiel in Zeilen und Spalten.
Am Ausgang des gemeinsamen Breitband-Streifenwellenleiters 9 steht moduliertes,
räumlich zusammengeführtes Licht LMV aus den Lichtanteilen der Lichtquellen 7′ und
7′′ zur Verfügung. Der Ausgang des gemeinsamen Breitband-Streifenwellenleiters 9
korrespondiert mit der Einheit zur Strahlformung und Strahlablenkung 10. Die Einheit
zur Strahlformung und Strahlablenkung 10 besteht im Beispiel aus einem
strahlformenden optischen Element 3, im Beispiel einer optische Linse, die zur
Strahlformung durch das Steuersignal S₅ in X-Richtung einstellbar ist, und aus einer
Einrichtung zur Strahlablenkung 4 des Lichtstrahls, im Beispiel eine dreiseitige
Pyramide, die durch das Steuersignal S₆ um die Y-Achse (horizontale Ablenkung) und
um die x-Achse (vertikale Ablenkung) gedreht werden kann. Die Einheit zur
Strahlformung und Strahlablenkung 10 projiziert Licht in den umgebenden Raum, wo
ein zweifarbiges Bild aus einzelnen überlagerten und dicht nebeneinanderliegenden
Lichtpunkten zusammengesetzt wird, das als reelle Abbildung auf einem Bildschirm 5
oder für die Erzeugung eines virtuellen Abbildes im menschlichen Auge 12 realisierbar
ist. Die Ablenkung des zusammengeführten Lichts erfolgt synchron zur Modulation der
Lichtanteile mit den Wellenlängen λ₁ und λ₂, um den Eindruck eines farbigen Bildes
im Auge zu erzeugen.
Fig. 2 zeigt den prinzipiellen Aufbau des Farbbilderzeugungssystems zur
Farbbilderzeugung aus den drei Grundfarben Rot, Grün und Blau nach dem Prinzip der
additiven Farbmischung. Es besteht aus drei modulierbaren Lichtquellen 7′, 7′′ und
7′′′, die mit der Einheit zur räumlichen Strahlvereinigung 14 gekoppelt sind.
Der Breitband-Streifenwellenleiter 2′ korrespondiert mit der Lichtquelle 7′, die Licht der
Wellenlänge λ₁ aussendet. Der Breitband-Streifenwellenleiter 2′′ korrespondiert mit
der Lichtquelle 7′′, die Licht der Wellenlänge λ₂ aussendet. Der Breitband-
Streifenwellenleiter 2′′′ korrespondiert mit der Lichtquelle 7′′′, die Licht der
Wellenlänge λ₃ aussendet. Die Breitband-Streifenwellenleiter 2′′ und 2′′′ werden zum
Breitband-Streifenwellenleiter 8 zusammengeführt. Die Breitband-Streifenwellenleiter
2′ und 8 werden zum gemeinsamen Breitband-Streifenwellenleiter 9 zusammengeführt.
Die Koppelstellen 6 sind passiv. Am Ausgang des gemeinsamen Breitband-
Streifenwellenleiters 9 steht moduliertes, räumlich zusammengeführtes Licht LMV aus
den Lichtanteilen der Lichtquellen 7′, 7′′, 7′′′ zur Verfügung. Der Ausgang des
gemeinsamen Breitband-Streifenwellenleiters 9 korrespondiert mit der Einheit zur
Strahlformung und Strahlablenkung 10.
Jede Lichtquelle 7′, 7′′, 7′′′ und die Einheit zur Strahlformung und Strahlablenkung 10
sind mit einer Ansteuereinheit 15 verbunden, die die Modulation der Lichtquellen 7′,
7′′, 7′′′ mit der Einheit zur Strahlformung und Strahlablenkung 10 synchronisiert.
Die Lichtquellen 7′, 7′′, 7′′′ sind Laserdioden, die Licht in den Wellenlängen des roten,
des grünen und des blauen Lichts aussenden.
Die Einheit zur räumlichen Strahlvereinigung 14 besteht aus den fünf Breitband-
Streifenwellenleitern 2′, 2′′, 2′′′, 8 und 9, die einen integriert-optischen Breitband-
Streifenwellenleiter-Koppler bilden, der drei Lichteingänge, zwei Koppelstellen 6 und
einen Lichtausgang hat.
Da nicht moduliert wird, müssen die Breitband-Streifenwellenleiter nicht einmodig sein.
Fig. 3 zeigt ein Farbbilderzeugungssystem, das dem in der Fig. 2 dargestellten
entspricht, bei dem die Einheit zur räumliche Strahlvereinigung 14 aus Lichtleitfasern F
als Breitband-Wellenleiter 2′, 2′′, 2′′′ aufgebaut ist. Die Zusammenführung des Lichts
entspricht der Art, wie sie in Fig. 2 beschrieben wurde.
Die Verbindung der Fasern (Breitband-Wellenleiter 2′′, 2′′′, bzw. 2′, 8) an den
Koppelstellen 6 kann durch flächiges Aneinanderschmelzen an den
Außendurchmessern beider Fasern in einem Bereich von einigen Millimetern erfolgen.
Die Lichtübertragung wird in der gemeinsamen Faser 9 fortgeführt und dient zur
Weiterleitung des modulierten, räumlich zusammengeführten Lichts LMV.
Fig. 4 zeigt ein Farbbilderzeugungssystem, bei dem die Einheit zur räumlichen
Strahlvereinigung 14 aus Quasiwellenleiter-Kopplern (ARROW-Kopplern) besteht. Es
wird der prinzipielle Aufbau einer Struktur dreier nebeneinanderliegender ARROW
verwendet. Mit einem ARROW (Breitband-Wellenleiter 2′) wird Licht der Wellenlänge
λ₁ geführt. Mit einem anderen ARROW (Breitband-Wellenleiter 2′′) wird Licht der
Wellenlänge λ₂ geführt.
Mit einem weiteren ARROW (Breitband-Wellenleiter 2′′′) wird Licht der Wellenlänge
λ₃ geführt. Im Bereich der Koppelstelle 6 der drei Breitband-Wellenleiter erfolgt die
räumliche Vereinigung der Lichtanteile, wobei der weiter fortgeführte ARROW (hier als
Breitband-Wellenleiter 9 gekennzeichnet) die Lichtanteile der Wellenlängen λ₁, λ₂ und
λ₃führt.
Das in der Fig. 2 dargestellten Farbbilderzeugungssystem entspricht in der bildlichen
Darstellung und der Funktion dem hier in Fig. 4 beschriebenen System, mit dem
Unterschied, daß die Einheit zur räumliche Strahlvereinigung 14 aus
Quasiwellenleitern (ARROW) als Breitband-Wellenleiter 2′, 2′′, 2′′′ aufgebaut ist.
Für gleiche Wellenlängen ist das Überkoppelverhalten der ARROW-Struktur bekannt.
Für ungleiche Wellenlängen ist die räumliche Vereinigung von Lichtstrahlen
theoretisch darstellbar.
Durch entsprechende Dimensionierung ist es möglich, eine ARROW-Struktur zu
schaffen, die in der Lage ist, mehrere verschiedene Wellenlängen mit einer
ausreichenden Effizienz in einem ARROW zu leiten und räumlich zusammenzuführen.
Fig. 5 zeigt drei nebeneinanderliegende ARROW, die, von der Stelle der
Strahleinkopplung (Eingänge E) beginnend, bis zum Anfang der Koppelstelle 6 durch
Absorber 25 voneinander getrennt sind. In der Koppelstelle 6 erfolgt die räumliche
Vereinigung der Lichtanteile der drei Wellenlängen λ₁, λ₂ und λ₃.
In dem Breitband-Wellenleiter 2′′, der als gemeinsamer Breitband-Wellenleiter 9
fortgeführt wird, werden die räumlich zusammengeführten Lichtanteile bis zum
Ausgang A weitergeleitet.
In Fig. 6 sind mögliche Übertragungscharakteristika dargestellt.
Fig. 6a zeigt das Übertragungsverhalten eines ARROW, dessen Geometrie so
bestimmt wurde, daß für drei verschiedene Wellenlängen, zum Beispiel der Farben
Rot, Grün und Blau, je eine Resonanzbedingung erfüllt ist.
Fig. 6b zeigt ein breitbandiges Übertragungsverhalten eines ARROW′s, das die
Wellenlängen der Farben Rot, Grün und Blau mit, technisch gesehen, ausreichender
Effizienz überträgt.
Fig. 7 zeigt eine Anordnung zur Bilderzeugung, bei der Modulationseinrichtungen
17′, 17′′ und 17′′′ an einmodigen Breitband-Lichtleitfasern F angeordnet sind.
Die einmodigen Breitband-Lichtleitfasern sind so miteinander gekoppelt, daß eine
Einheit zur räumlichen Strahlvereinigung 14 entsteht (siehe Fig. 3).
Die Modulatoren sind als Fasermodulatoren ausgebildet und basieren auf den
Prinzipien mechanischer (piezoelektrischer), magnetooptischer, elektrooptischer,
thermooptischer, optooptischer oder photothermischer Modulation oder funktionieren
als steuerbare Faserverstärker.
Fig. 8 zeigt eine Anordnung zur Bilderzeugung, bei der eine Übertragung der
Lichtanteile Rot-Grün-Blau im Zeitmultiplexbetrieb erfolgt. Die Lichtquellen 7′, 7′′ und
7′′′ senden zeitlich nacheinander Lichtimpulse aus, die durch die Ansteuereinheit
gesteuert werden (Steuersignale S₁, S₂ und S₃). Die Lichtimpulse werden in der
Einheit zur räumlichen Strahlvereinigung 14, die aus einmodigen Breitband-
Lichtleitfasern besteht, zeitlich nacheinander räumlich zusammengeführt (LV) und
werden dann zeitlich nacheinander mit Hilfe der am gemeinsamen einmodigen
Breitband-Wellenleiter 9 angeordneten Modulationseinrichtung 17 in ihrer Intensität mit
Hilfe des Steuersignals S₄ moduliert. Die räumlich vereinigten modulierten Lichtanteile
LVM der Farben Rot, Grün und Blau, die für die Erzeugung eines farbigen Bildpunktes
BPi notwendig sind, werden zeitlich nacheinander (zeitmultiplex) durch die Einheit zur
Strahlformung und/oder Strahlablenkung 10 projiziert. Die Projektion eines Bildpunktes
erfolgt in sehr schneller Aufeinanderfolge, zum Beispiel erst in Rot, dann in Grün und
dann in Blau (siehe Diagramme in Fig. 8). Das Auge "addiert" aus den einzelnen
einfarbigen Bildpunkten einen farbigen Bildpunkt BPi und die schnelle räumliche
Ablenkung eng aneinander gereihter farbiger Bildpunkte erzeugt den Eindruck eines
farbigen Bildes. In diesem Beispiel sind einmodige Breitband-Lichtleitfaser-Koppler
dargestellt. Die Funktion ist bei dem einmodigen integriert-optischen Breitband-
Streifenwellenleiter-Koppler und bei dem einmodigen Quasiwellenleiter-Koppler
entsprechend.
Fig. 9 zeigt ein Farbbilderzeugungssystem als Modul mit einer Einheit zur räumlichen
Strahlvereinigung 14 aus einmodigen, integriert-optischen Breitband-
Streifenwellenleitern 2, 8, 9 mit Mach-Zehnder-Interferometer-Strukturen MZI als
Modulatoren 17′, 17′′, 17′′′ in den einmodigen, integriert-optischen Breitband-
Streifenwellenleitern 2′, 2′′ und 2′′′. Die Figur zeigt ein hybrid-integriertes, integriert-optisches
Farbbild-Projektionssystem, das alle Komponenten auf dem Träger 11
enthält.
Auf dem gemeinsamen Träger 11 sind die drei Laserdioden 7′, 7′′, 7′′′ der Farben Rot,
Grün und Blau, die Einheit zur räumlichen Strahlvereinigung 14 und die Einrichtung zur
Strahlformung und Strahlablenkung 10 und die Ansteuereinrichtung 15 angeordnet.
Die Laserdioden 7 sind auf einer Einrichtung zur Temperaturstabilisation 18
aufgebracht, die zwischen dem Träger 11 und den Laserdioden 7 liegt.
Die Einkopplung des in der Regel divergenten Lichts der Laserdioden in die
einmodigen, integriert-optischen Breitband-Streifenwellenleiter 2′, 2′′, 2′′′ der Einheit
zur räumlichen Strahlvereinigung 14 erfolgt mit einer Baugruppe zur Strahleinkopplung
19, im Beispiel einer Mikrooptikbaugruppe, die aus drei in einem Abstand voneinander
auf einem Trägermaterial angeordneten Fresnellinsen besteht.
Die Einheit zur räumlichen Strahlvereinigung 14 ist in diesem Fall passiv. Die
Amplitudenmodulation erfolgt mit elektrooptisch steuerbaren Mach-Zehnder-Inter
ferometer-Modulatoren MZI₁, MZI₂, MZI₃, die als lichtleitende und lichtsteuernde
Strukturen in den einmodigen, integriert-optischen Breitband-Streifenwellenleiter 2′, 2′′
und 2′′′ angeordnet sind.
Durch Anlegen von Steuerspannungen (Signale S₄′, S₄′′, S₄′′′) an die Elektroden wird
über den elektrooptischen Effekt in dem elektrooptisch aktiven Material die
Ausbreitungskonstante bzw. die Phase des geführten Lichts in beiden Zweigen der
Mach-Zehnder-Interferometer-Struktur unterschiedlich geändert. An der Stelle der
Zusammenführung im Mach-Zehnder-Interferometer-Modulator kommt es je nach
Phasenlage zur konstruktiven oder destruktiven Interferenz. Mit der
Modulationsspannung wird also die Amplitude in den einmodigen, integriert-optischen
Breitband-Streifenwellenleitern 2′, 2′′ und 2′′′ geregelt.
Es folgt eine Zusammenführung der einmodigen, integriert-optischen Breitband-
Streifenwellenieiter in den passiven Koppelstellen 6. Die integriert-optischen
Komponenten der Einheit zur räumlichen Strahlvereinigung 14 befinden sich mit den
Amplituden- bzw. Intensitätsmodulatoren 17 (MZI) auf dem gemeinsamen Substrat 1
aus KTiOPO₄ (KTP).
Die Auskopplung des modulierten, räumlich zusammengeführten Lichts LMV erfolgt mit
einer mikrooptischen Linse 16, die senkrecht zur Ausbreitungsrichtung in zwei
Dimensionen piezoelektrisch beweglich ist. Sie erfüllt die Funktionen der Einheit zur
Strahlformung und Strahlablenkung 10 gemeinsam in einem Bauelement.
Durch die mikrooptische Linse 16 wird das divergente Licht vom Wellenleiterausgang
auf die Projektionsebene (Bildschirm 5) fokussiert.
Durch ein seitliches Verschieben der mikrooptischen Linse 16 in X- und Y-Richtung
wird das Bildfeld abgerastert. Unterhalb der mikrooptischen Linse 16 ist ein
piezoelektrisches Element als Einrichtung zur Strahlablenkung 4 zur mechanischen
Verstellung der Linsenposition senkrecht zur Lichtausbreitungsrichtung vorgesehen.
Auf dem Träger 11 sind alle zur Farbbilderzeugung notwendigen Baugruppen montiert:
die Ansteuerung 15 für die Laserlichtquellen und deren Temperaturkompensation
(Temperaturstabilisierung 18), die Mikrooptikbaugruppe zur Strahleinkopplung 19, das
Substrat 1 mit den drei Mach-Zehnder-Interferometer-Modulatoren MZI und der Einheit
zur räumlichen Strahlvereinigung 14 und weiterhin die Einheit zur Strahlformung und
Strahlablenkung 10. Der Träger ist von dem Gehäuse 20 mit dem Lichtaustrittsfenster
21 umgeben.
Fig. 10 zeigt eine Integration der Komponenten Lichtquellen 7′, 7′′, 7′′′, einmodigen
Breitband-Streifenwellenleiter 2, 8, 9, Amplitudenmodulatoren 17′, 17′′, 17′′′ in der
Einheit zur räumlichen Strahlvereinigung 14 und Einheit zur Strahlformung und
Strahlablenkung 10 auf einem Träger 11 zur Erzeugung eines reellen Bildes. Die
Signale S₁, S₂ und S₃ steuern die Lichtquellen 7′, 7′′ und 7′′′.
Die Signale S4′, S4′′ und S4′′′ steuern jeweils einen Amplitudenmodulator 17′, 17′′
und 17′′′ in den einmodigen Breitband-Streifenwellenleitern 2′, 2′′ und 2′′′ an. Die
Einheit zur Strahlformung und Strahlablenkung 10 erzeugt in einer Projektionsebene,
die ein Bildschirm 5 oder eine Projektionswand ist, ein reelles Bild.
Das divergente Strahlenbündel am Ausgang des gemeinsamen einmodigen Breitband-
Streifenwellenleiters 9 wird durch eine bündelformende Optik in die Projektionsebene
als Punkt abgebildet. Der Punkt wird durch die Einheit zur Strahlformung und
Strahlablenkung 10 so abgelenkt, daß die Punkte nacheinander in der
Projektionsebene abgebildet werden können.
Fig. 11 zeigt eine Integration der Komponenten Lichtquellen 7, Ansteuereinheit 15
Amplitudenmodulatoren 17, Einheit zur räumlichen Strahlvereinigung 14 und Einheit
zur Strahlformung und Strahlablenkung 10 auf einem Träger 11 zur Erzeugung eines
virtuellen Bildes, das direkt mit dem Auge zu betrachten ist.
Voraussetzung ist, daß das menschliche Auge in der optischen Achse des Systems
"gemeinsamer Breitband-Wellenleiter 9 - Einheit zur Strahlformung und
Strahlablenkung" liegt, was durch eine entsprechende Halterung vor dem Auge
(Sehhilfe), durch Einspiegelung eines Bildes auf eine Scheibe (Windschutzscheibe
eines Verkehrsmittels) oder durch Betrachtung des Bildes durch ein Loch (Peep-Show)
erreicht wird. Durch eine entsprechende Einstellung der Abbildung der Bildpunkte in
der Einheit zur Strahlformung und Strahlablenkung 10 kann der Sehfehler
"Fehlsichtigkeit" ausgeglichen werden.
Die Ansteuerung des Farbbilderzeugungssystems erfolgt analog zu Fig. 10.
Die Fig. 12 bis 17 zeigen weitere integriert-optische Realisierungsvarianten der
Einheit zur räumlichen Strahlvereinigung 14, bei der die Koppelstelle 6 zweier
einmodiger Breitband-Wellenleiter bei Bedarf aktiv beeinflußbar ist. Es sind jeweils
einmodige integriert-optische Breitband-Streifenwellenleiter dargestellt. Die steuerbare,
aktive Koppelstelle 13 ist zur steuerbaren räumlichen Strahlvereinigung und/oder zur
steuerbaren Strahlablenkung ausgebildet. Die steuerbare Koppelstelle 13 arbeitet auf
der Grundlage der Zweimodeninterferenz als X-Koppler, Richtkoppler,
Parallelstreifenkoppler oder BOA.
Die Fig. 13 bis 16 zeigen Kreuzungen von einmodigen, integriert-optischen
Breitband-Streifenwellenleitern, bei denen die Kreuzungsstellen passive Koppelstellen
6 oder aktive Koppelstellen 13 oder völlig passiv sind.
Fig. 12 zeigt ein Farbbilderzeugungssystem, bei dem die Einheit zur
Strahlvereinigung aus einmodigen, integriert-optischen Breitband-Streifenwellenleitern
mit aktiven Koppelstellen 13 aufgebaut ist, die durch ein Steuersignal aktiv
beeinflußbar sind. Licht dreier Wellenlängen λ₁, λ₂ und λ₃ wird in je einen der
einmodigen Breitband-Streifenwellenleiter 2′, 2′′ und 2′′′ eingekoppelt. Die
Lichtanteile in den einmodigen Breitband-Streifenwellenleitern 2′′ und 2′′′ werden in
der aktiven Koppelstelle 13′ mit einer durch das angelegte Steuersignal S₇′ regelbaren
Intensität räumlich zusammengeführt und im einmodigen Breitband-Streifenwellenleiter
8 weitergeführt. Der gleiche Vorgang erfolgt in der aktiven Koppelstelle 13′′ mit den
Lichtanteilen im einmodigen Breitband-Streifenwellenleiter 8 und dem Lichtanteil im
einmodigen Breitband-Streifenwellenleiter 2′ durch das Steuersignal S₇′′. Die
Amplitudenmodulation kann je nach technischer Realisierbarkeit mit den Lichtquellen 7
und/oder mit den steuerbaren Koppelstellen 13 erfolgen.
Fig. 13 zeigt eine Kreuzung zweier einmodiger Breitband-Streifenwellenleiter 2′ und
2′′ mit einem weiteren einmodigen Breitband-Streifenwellenleiter 9 als eine 2×1-Matrix.
Die beiden Kreuzungsstellen bilden aktiv steuerbare Koppelstellen 13. Licht ist in die
Eingänge E₁, E₂ und/oder E₃ einkoppelbar. Die steuerbaren Koppelstellen 13′ und
13′′ werden so angesteuert, daß im einmodigen Breitband-Streifenwellenleiter 9
moduliertes, räumlich zusammengeführtes Licht LVM auskoppelbar ist.
Vorteilhafterweise wird diese Anordnung zeitmultiplex betrieben (wie in Fig. 8
beschrieben), um mögliche Probleme durch die gegenseitige Beeinflussung der
Modulation der verschiedenen Lichtanteile zu umgehen.
Fig. 14 zeigt die Kreuzung von drei einmodigen Breitband-Wellenleitern 2′, 2′′, 2′′′
mit einem weiteren Breitband-Wellenleiter 9 (3×1-Matrix). Die steuerbaren
Koppelstellen 13 steuern die räumliche Strahlvereinigung und die Strahlablenkung.
Licht dreier Wellenlängen λ₁, λ₂ und λ₃ wird in je einen der einmodigen Breitband-
Streifenwellenleiter 2′, 2′′ und 2′′′ eingekoppelt. Die steuerbaren Koppelstellen 13
wirken als Lichttore, die das Licht im einmodigen Breitband-Streifenwellenleiter 9 in
Richtung des Lichtaustrittes vollständig unbeeinflußt passieren lassen, jedoch die
Lichtanteile λ₁, λ₂ und λ₃ in den einmodigen Breitband-Streifenwellenleitern 2′, 2′′
und 2′′′ in Abhängigkeit von den angelegten Steuersignalen S₇′, S₇′′ und S₇′′′
elektrooptisch unterschiedlich effektiv in die Richtung des gemeinsamen einmodigen
Breitband-Streifenwellenleiters 9 umlenken und räumlich vereinigen. Der nicht
umgelenkte Teil in den einmodigen Breitband-Streifenwellenleitern 2′, 2′′ und 2′′′ wird
zu Blindausgängen B fortgeführt. Die steuerbaren Koppelstellen 13′, 13′′ und 13′′′
sind so dimensioniert, daß sie für die jeweils ausgewählte Wellenlänge λ₁ λ₂ oder λ₃
gleichzeitig als wellenlängenspezifische Modulatoren, als räumliche Vereiniger der
Lichtanteile und als wellenlängenspezifische Lichtablenker wirken.
Die Koppelstelle 13′ moduliert Licht der Wellenlänge λ₁. Das Licht der Wellenlängen
λ₂ und λ₃ kann diese Koppelstelle ungehindert passieren. Die Koppelstelle 13′′
moduliert Licht der Wellenlänge λ₂. Das Licht der Wellenlängen λ₁ und λ₃ kann diese
Koppelstelle ungehindert passieren. Die Koppelstelle 13′′′ moduliert Licht der
Wellenlänge λ₃. Das Licht der Wellenlängen λ₁ und λ₂ kann diese Koppelstelle
ungehindert passieren.
Am Ausgang des Breitband-Wellenleiters 9 steht räumlich zusammengeführtes
moduliertes Licht LVM zur Projektion zur Verfügung. Nicht nutzbare Lichtanteile
gelangen in die Blindausgänge B.
Durch eine entsprechende elektronische Korrektur der Steuersignale S₁, S₂, S₃, S₇′,
S₇′′, und S₇′′′ kann die mögliche gegenseitige Beeinflussung der Lichtanteile λ₁, λ₂
und λ₃ in den aktiven Koppelstellen 13′, 13′′, 13′′′ korrigiert werden.
Diese Anordnung ist jedoch besonders einfach realisierbar, wenn die drei Lichtanteile
zeitlich nacheinander (im Zeitmultiplexbetrieb) von den Lichtquellen ausgesendet und
einzeln moduliert werden.
In diesem Fall ist die Funktion der jeweils einen aktiven Koppelstellen 13 auf die
Intensitätsmodulation und die Ablenkung des jeweiligen im Zeitintervall anliegenden
Lichtanteiles beschränkt. Die anderen Koppelstellen sind passiv und sind in Richtung
des Breitband-Wellenleiters 9 auf Durchgang geschalten.
Fig. 15 zeigt eine weitere integriert-optische Realisierungsvariante der Einheit zur
räumlichen Strahlvereinigung 14 mit passiven Koppelstellen 6, die als
Wellenleiterkreuzungen ausgebildet sind. Die einmodigen Breitband-
Streifenwellenleiter 2′, 2′′ und 2′′′ kreuzen den weiteren einmodigen Breitband-
Streifenwellenleiter 9. Die Koppelstelle 6 ist eine passive Einheit zur räumlichen
Strahlvereinigung und Strahlablenkung. Zur Modulation der Lichtanteile sind die
Modulatoren 17′, 17′′ und 17′′′ an je einem der einmodigen Breitband-
Streifenwellenleiter 2′, 2′′ und 2′′′ angeordnet, die das Licht der drei Wellenlängen λ₁,
λ₂ und λ₃ in Abhängigkeit von den angelegten Steuersignaien S₄′, S₄′′ und S₄′′′
elektrooptisch gesteuert unterschiedlich stark passieren lassen. Die passiven
Koppelstellen 6 wirken als Lichtablenker, in denen die einzelnen Lichtanteile räumlich
zusammengeführt und zum Ausgang des einmodigen Breitband-Streifenwellenleiters 9
geführt und der Einheit zur Strahlformung und Strahlablenkung 10 zugeführt werden.
Fig. 16 zeigt eine weitere integriert-optische Realisierungsvariante einer Einheit zur
räumlichen Strahlvereinigung 14, die aus steuerbaren Koppelstellen 13 zur räumlichen
Strahlvereinigung und/oder Strahlablenkung aufgebaut ist. Licht dreier Wellenlängen
λ₁, λ₂ und λ₃ wird in je einen der einmodigen Breitband-Streifenwellenleiter 2′, 2′′ und
2′′′ eingekoppelt. Die einmodigen Breitband-Streifenwellenleiter 2′, 2′′ und 2′′′
kreuzen vier weitere einmodige Breitband-Streifenwellenleiter 8′, 8′′, 8′′′ und 9.
Zur Erläuterung der Funktion sind die Kreuzungspunkte in Form einer Matrix
dargestellt. In den Kreuzungspunkten, die durch die Spalten-Zeilen 2′-8′, 2′′-8′′ und
2′′′-8′′′ bestimmt sind, sind aktiv steuerbaren Koppelstellen 17′, 17′′ und 17′′′
angeordnet. Diese Einheiten dienen der Modulation der drei Lichtanteile.
In den Spalten-Zeilen 2′-9, 2′′-9 und 2′′′-9 sind in den Kreuzungsstellen die aktiven
Koppelstellen 13′, 13′′ und 13 angeordnet. Diese Einheiten dienen der räumlichen
Zusammenführung der Lichtanteile. Sie werden angesteuert, um die modulierten
Lichtanteile LM zu vereinigen (moduliertes, räumlich zusammengeführtes Licht LMV).
Nicht benötigte Lichtanteile werden in die Blindausgänge B geleitet.
Die Kreuzungsstellen in den Spalten-Zeilen 2′-9, 2′′-9 und 2′′′-9 können aber auch
passive Koppelstellen 6′, 6′′ und 6′′′ sein (im Prinzip aktive Koppelstellen 13 ohne
Ansteuerung), um die Lichtanteile räumlich zu vereinigen. Die Modulation erfolgt dann
mit Hilfe der Lichtquellen 7 oder in den einmodigen Breitband-Streifenwellenleitern 2.
Fig. 17 zeigt ein Farbbilderzeugungssystem mit steuerbaren einmodigen Breitband-
Streifenwellenleitern 2 und Richtkopplern als steuerbare Koppelstellen 13. Zur
Modulation der Lichtanteile sind die Modulatoren 17′, 17′′ und 17′′′ an je einem der
einmodigen Breitband-Streifenwellenleiter 2′, 2′′ und 2′′′ angeordnet, die das Licht der
drei Wellenlängen λ₁, λ₂ und λ₃ modulieren.
Die einmodigen Breitband-Streifenwellenleiter 2′ und 8 bzw. die einmodigen Breitband-
Streifenwellenleiter 2′′ und 2′′′ werden räumlich aneinander geführt und bilden einen
Richtkoppler (aktive Koppelstelle 13).
In Abhängigkeit von der praktischen Realisierungsmöglichkeit für die Richtkoppler ist
eine Ansteuerung der aktiven Koppelstelle 13 nicht erforderlich, wenn es gelingt die
Lichtanteile mit, technisch gesehen, ausreichender Effizienz in die gemeinsamen
einmodigen Breitband-Streifenwellenleiter 8 und 9 zu überkoppeln.
Ist eine effiziente Kopplung ohne Ansteuerung nicht gegeben, werden die Richtkoppler
angesteuert, um die Lichtanteile in die gemeinsamen einmodigen Breitband-
Streifenwellenleiter 8 und 9 zu schalten. In diesem Fall ist nur ein Zeitmultiplex-Betrieb
der Lichtquellen möglich.
Fig. 18 zeigt ein Farbbilderzeugungssystem zur Erzeugung eines Stereo-Farbbildes.
Die Anordnung kann nach einem der vorherigen Beispiele aufgebaut sein. In diesem
Beispiel entspricht die Anordnung im Prinzip der in Fig. 2 beschriebenen Anordnung.
An dem Ausgang der Einheit zur räumlichen Strahlvereinigung 14 ist zusätzlich ein
Polarisationsdreher PD angeordnet. Der Polarisationsdreher PD wird mit einem
Steuersignal S₈ aus der Ansteuereinheit 15 geschalten. Die Augen 12 des
Beobachters betrachten das auf dem Bildschirm 5 projizierte Bild durch vor die Augen
gesetzte Polarisatoren P, z. B. durch eine spezielle Brille.
Der Polarisationsdreher PD liefert in schneller Folge in einer Stellung ein Bild für das
linke Auge und in einer anderen Stellung ein Bild für das rechte Auge.
Die Wellenlängenselektivität der Polarisationsmodulation erfordert einen
Zeitmultiplexbetrieb des Systems.
Die hohe mögliche Modulationsfrequenz der Lichtanteile und der Steuerfrequenz zur
Ablenkung des räumlich zusammengeführten Lichts gewährleistet, daß diese Art der
Stereo-Bilderzeugung in hoher Qualität realisierbar ist.
Je ein Polarisationsdreher PD kann (statt, wie in Fig. 18 dargestellt, im gemeinsamen
einmodigen Breitband-Streifenwellenleiter 9) auch in jedem der einmodigen Breitband-
Streifenwellenleiter 2′, 2′′ und 2′′′ angeordnet werden (nicht dargestellt).
Das System kann alternativ auch zur Erzeugung virtueller Stereo-Farbbiider verwendet
werden (nicht dargestellt).
Fig. 19 zeigt einige Beispiele der Einheit zur Strahlformung und Strahlablenkung,
deren Funktionen auf eine Einrichtung zur Strahlformung 3 und eine Einrichtung zur
Strahlablenkung 4 aufgeteilt sind:
- - a) Strahlformung mittels Linse 3 oder Linsensystem und Strahlablenkung 4 mittels eines in Achsen beweglichen Reflektors (Scanner),
- - b) Strahlformung mittels Linse 3 und Strahlablenkung 4 mittels eines mikromechanisch beweglichen Reflektors,
- - c) Strahlformung mittels Linse 3 und Strahlablenkung 4 mittels eines beweglichen Prismas,
- - d) Strahlformung mittels Linse 3 und Strahlablenkung 4 mit einem in der Brechzahl veränderlichen Prisma, z. B. mittels des elektrooptischen Effekts durch ein äußeres elektrisches Feld E,
- - e) Strahlformung mittels Linse 3 und Strahlablenkung 4 mit einem beweglichen Gitter. Hierbei ist zu beachten, daß unterschiedliche Wellenlängen unterschiedliche Beugungswinkel aufweisen, beim Wechseln der Wellenlänge also der Gitterwinkel zu korrigieren ist, d. h. das Gitter bewegt sich mit hoher Frequenz. In diesem Fall ist nur ein Zeitmultiplexbetrieb möglich.
- - f) Strahlformung mittels Linse 3 und Strahlablenkung 4 mittels eines Mediums mit einem Brechzahlgradienten, der senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des Lichts liegt und z. B. mittels des elektrooptischen Effekts durch ein inhomogenes äußeres elektrisches Feld E erzeugt wird.
- - g) Strahlformung mittels Linse 3 und Strahlablenkung 4 durch ein in einem Schichtwellenleiter akustooptisch erzeugtes Gitter. Der einmodige, integriert-optische Breitband-Streifenwellenleiter endet auf dem Chip und geht in den Schichtwellenleiter über. Bei Bedarf kann eine integriert-optische Linse zur Kollimation des aus dem Breitband-Streifenwellenleiter ausgekoppelten Lichts dienen.
Senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des Lichts wird eine stehende oder laufende
akustische Oberflächenwelle erzeugt, die das Licht im Schichtwellenleiter beugt.
Um für jede Wellenlänge denselben Ablenkwinkel zu erzeugen, ist die akustische
Wellenlänge zu variieren, d. h. der Interdigitalwandler zur Erzeugung der
akustischen Welle darf nur ein oder wenige Elektrodenpaare aufweisen, um die
Bandbreite zu erhöhen.
In diesem Fall ist nur ein Zeitmultiplexbetrieb möglich.
- - h) Strahlformung mittels Linse 3 und Strahlablenkung 4 durch ein akustooptisch erzeugtes Gitter im bulk-Material. Senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des Lichts wird eine stehende oder laufende akustische Oberflächenwelle erzeugt die Licht beugt. Um für jede Wellenlänge denselben Ablenkwinkel zu erzeugen, ist die akustische Wellenlänge entsprechend zu korrigieren. In diesem Fall ist nur ein Zeitmultiplexbetrieb möglich.
Fig. 20 zeigt einige Beispiele der Einheit zur Strahlformung und Strahlablenkung,
deren Funktionen Strahlformung und Strahlablenkung in einer Baugruppe integriert
sind:
- - a) mittels eines beweglichen und fokussierenden Reflektors (Scanner);
- - b) mittels eines mikromechanisch beweglichen und fokussierenden Reflektors;
- - c) mittels eines beweglichen und fokussierenden Gitters; Hierbei ist zu beachten, daß unterschiedliche Wellenlängen unterschiedliche Beugungswinkel aufweisen, beim Wechseln der Wellenlänge also der Gitterwinkel zu korrigieren ist; d. h. vorteilhaft bewegt sich das Gitter zeilenweise oder bilderweise nacheinander jeweils mit einer der drei Wellenlängen λ₁, λ₂ und λ₃. In diesem Fall ist nur ein Zeitmultiplex-Betrieb möglich;
- - d) mittels einer senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des Lichts z. B. piezoelektrisch beweglichen Mikrolinse;
- - e) mittels einer senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des Lichts z. B. piezoelektrisch beweglichen Linse;
- - f) mittels eines modulierbaren fokussierbaren Auskoppelgitters; in diesem Fall ist nur ein Zeitmultiplex-Betrieb möglich;
- - g) mittels einer mechanisch, z. B. piezoelektrisch, kippbaren Lichtleitfaser, die mit einer Auskoppeloptik (Linse) verbunden ist.
Fig. 21 zeigt ein Farbbilderzeugungssystem mit Frequenzumsetzern FU, die Quasi-
Phase-Matching-Elemente sind, in den Breitband-Streifenwellenleitern 2′′ und 2′′′.
Falls als Lichtquellen 7 Laserdioden verwendet werden, ist die Bereitstellung des
geeigneten blauen und grünen Lichts nach dem gegenwärtigen Stand der Technik
unter Umständen problematisch. Zu diesem Zweck kann das Prinzip der Erzeugung der
zweiten Harmonischen angewendet werden, wenn nichtlinear-optisch aktive Materialien
Verwendung finden (z. B. KTiOPO₄). In KTiOPO₄ ist das Prinzip des Quasi-Phase-
Matching nutzbar.
Dabei muß eine Phasenanpassung zwischen der Pumpwelle und der zweiten
Harmonischen erreicht werden. Hierzu wird ein Stück des Breitband-
Streifenwellenleiters in geeigneter Weise segmentiert, um eine ferroelektrische
Domänenumkehr zu bewirken. Pumplicht genügender Leistung vermag dann, Licht der
halben Wellenlänge zu erzeugen.
Das Licht mit der Wellenlänge λ₂ wird zu Licht mit der Wellenlänge λ₄; das Licht mit
der Wellenlänge λ₃ wird zu Licht mit der Wellenlänge λ₅.
Zum Beispiel strahlt die Lichtquelle 7′ rotes Licht aus. Die Lichtquelle 7′′ strahlt zum
Beispiel Licht der Wellenlänge 1064 nm aus, welches durch das Quasi-Phase-
Matching-Element FU′′ zu grünem Licht der Wellenlänge 532 nm transformiert wird.
Die Lichtquelle 7′′′ strahlt zum Beispiel Licht der Wellenlä 16676 00070 552 001000280000000200012000285911656500040 0002019503929 00004 16557nge 830 nm aus, welches
durch das Quasi-Phase-Matching-Element FU′′′ zu blauem Licht der Wellenlänge 415
nm transformiert wird. Am Ausgang des gemeinsamen Breitband-Wellenleiters 9
stehen räumlich zusammengeführte Lichtanteile LMV des roten, des grünen und des
blauen Lichts zur Strahlformung und Strahlablenkung zur Verfügung.
Fig. 22 zeigt ein Farbbilderzeugungssystem, bei dem Licht einer Wellenlänge λ₀ in
einen einmodigen Breitband-Streifenwellenleiter 9′ eingekoppelt wird. In den
Koppelstellen 6′ erfolgt eine Aufspaltung in drei Lichtanteile mit der gleichen
Wellenlänge λ₀. Diese Lichtanteile werden in jedem der einmodigen Breitband-
Streifenwellenleiter 2′, 2′′ und 2′′′ geführt. In jedem der einmodigen Breitband-
Streifenwellenleiter 2 ist ein Element zur Frequenzumsetzung FU und nachfolgend eine
Modulationseinrichtung 17 angeordnet. Die Elemente zur Frequenzumsetzung FU sind
so ausgelegt, daß aus der Wellenlänge λ₀ Licht einer jeweils anderen Wellenlänge
erzeugt wird, zum Beispiel Licht in den Farben Rot, Grün und Blau, welches in jeder
zugehörigen Modulationseinrichtung 17 jeweils moduliert wird. Die modulierten
Lichtanteile λ₁, λ₂ und λ₃ werden in den Koppelstellen 6 räumlich zusammengeführt
und am Ausgang des gemeinsamen einmodigen Breitband-Streifenwellenleiters 9 als
moduliertes räumlich zusammengeführtes Licht LMV ausgekoppelt. Die
Frequenzumsetzer FU arbeiten nach den Prinzipien der Erzeugung höherer
Harmonischer, der Summen- und/oder Differenzfrequenzbildung (beschrieben in
M.L.Sundheimer, A. Villeneuve, G.I. Stegemann and J.D.Bierlein, "Simultaneous
generation of red, green and blue light in a segmented KTP waveguide using a single
source", Electronics letters, 9th June 1994, vol. 30 (1994), No. 12, pp. 975-976).
Fig. 23 zeigt ein Farbbilderzeugungssystem, dessen modulierbare Lichtanteile durch
integrierte Farbfilter Fi aus einem Wellenlängenbereich ΔλE insbesondere aus
weißem Licht, erzeugt werden.
Licht einer Lichtquelle 7 strahlt weißes Licht in den Eingang des einmodigen Breitband-
Streifenwellenleiters 9′ ein. Der einmodige Breitband-Streifenwellenleiter 9′ wird durch
Koppelstellen 6′ in die drei einmodigen Breitband-Streifenwellenleiter 2′, 2′′ und 2′′′
aufgespalten. In jedem dieser einmodigen Breitband-Streifenwellenleiter ist je ein
Farbfilter Fi′, Fi′′ und Fi′′′ angeordnet, der Licht in den Wellenlängen λ₁ λ₂ und λ₃
oder schmalbandige Wellenlängenbereiche, z. B. der Bandbreite 10 nm, die den Farben
Rot, Grün und Blau entsprechen, passieren läßt (zum Beispiel ist dies ein
schmalbandiger Wellenlängendemultiplexer nach DE 43 27 103 A1).
Im Bedarfsfall sind die Filter Fi mit Hilfe der Steuersignale 59 einstellbar oder
ansteuerbar.
Hinter den Filtern sind in jedem der einmodigen Breitband-Streifenwellenleiter 2 nur
Lichtanteile einer Wellenlänge oder eines schmalen Wellenlängenbandes vorhanden,
die, wie oben beschrieben, moduliert und räumlich zusammengeführt werden. Das
modulierte, räumlich zusammengeführte Licht LMV gelangt dann in die Einheit zur
Strahlformung und Strahlablenkung 10, die das Licht auf einen Bildschirm 5 projiziert.
Die Lichtanteile eines Bildpunktes werden durch additive Farbmischung zum
gewünschten Farbeindruck.
Im Fall der Verwendung einer Spektrallampe (z. B. einer Hg-Hochdrucklampe) als
Lichtquelle 7 brauchen die Filter Fi in jedem Einzelwellenleiter 2 nur in dem Maße
schmalbandig zu sein, daß sie nur die gewünschte Linie passieren lassen.
Fig. 24 zeigt ein Farbbilderzeugungssystem, das den Effekt der Ausfilterung
bestimmter Lichtanteile eines Wellenlängenbereiches aus einem breiten
Wellenlängenspektrum, insbesondere aus weißem Licht nutzt (subtraktive
Farbmischung).
Das Farbbilderzeugungssystem benutzt eine Lichtquelle 7, die weißes Licht aussendet,
welches in den einmodigen Breitband-Streifenwellenleiter 9′ eingekoppelt wird. In den
Koppelstellen 6′ wird das weiße Licht in die einmodigen Breitband-Streifenwellenleiter
2′, 2′′ und 2′′′ aufgespalten.
In den einmodigen Breitband-Streifenwellenleitern 2′, 2′′ und 2′′′ sind
wellenlängenselektive Amplitudenmodulatoren 17 angeordnet, die aufgrund der
Wellenlängenabhängigkeit der elektrooptischen oder anderen Modulationsarten in
Abhängigkeit vom angelegten Steuersignal S₉ nur einen Teil des Spektrums ausfiltern.
Der Rest erscheint demzufolge in der Komplementärfarbe. Die in den Breitband-
Wellenleitern 2′, 2′′ und 2′′′ geführten, frequenzselektiven und in der Amplitude
modulierten Lichtanteile werden in den Koppelstellen 6 räumlich zusammengeführt und
in die Einheit zur Strahlformung und Strahlablenkung 10 eingekoppelt. Diese
Anordnung ist bei entsprechender Dimensionierung der frequenzselektiven
Amplitudenmodulatoren 17 (z. B. elektrooptischer Mach-Zehnder-Interferometer-
Modulatoren) sehr einfach aufgebaut.
Der Träger 11 dient zur Aufnahme der Weißlichtquelle 7, der "Einheit zur räumlichen
Strahlvereinigung" 14′ (die hier aus den Breitband-Wellenleitern 9′, 8′, 2′, 2′′ und 2′′′
und weiterhin den Koppelstellen 6′ besteht und die Funktion Strahlaufspaltung
realisiert), den wellenlängenselektiven Amplitudenmodulatoren 17′, 17′′ und 17′′′ an
den einmodigen Breitband-Streifenwellenleitern 2′, 2′′ und 2′′′ und weiterhin der
Einheit zur räumlichen Strahlvereinigung 14 (einmodige Breitband-Streifenwellenleiter
2′, 2′′, 2′′′, 8, 9 und Koppelstellen 6) und der Einheit zur Strahlformung und
Strahlablenkung 10.
Fig. 25 zeigt Farbbilderzeugungssysteme, bei denen aus Licht eines breiten
Wellenlängenbereiches bestimmte Wellenlängenbereiche ausgefiltert und farbige
Lichtpunkte zur Farbbilderzeugung projiziert werden.
Da zum gegenwärtigen Zeitpunkt kein Farbfilter bekannt ist, mit dem sich die zur
vollwertigen Farbbilddarstellung notwendigen Farbwerte einstellen lassen, ist diese
Lösung nur für Farbbilder mit untergeordneten Anforderungen an die
Farbdarstellungsqualität einsetzbar.
Eine allen Anforderungen genügende Farbdarstellungsqualität wird erreicht, wenn die
Anordnung zeitmultiplex betrieben wird und drei Lichtanteile zur additiven
Farbmischung überlagert werden.
Gemäß Fig. 25a wird Licht eines Wellenlängenspektrums ΔλE im Beispiel weißes
Licht, in den einmodigen Breitband-Streifenwellenleiter 9 eingekoppelt. An dem
einmodigen Breitband-Streifenwellenleiter 9 ist ein Filterelement Fi angeordnet. Mit
Hilfe des Filterelementes Fi werden in Abhängigkeit von dem angelegten Steuersignal
S₉ aus dem Wellenlängenspektrum ΔλE bestimmte Wellenlängen bzw.
Wellenlängenbereiche ausgefiltert. Die Amplituden- bzw. Intensitätsmodulation erfolgt
in der Lichtquelle 7 oder mittels einer anderen Modulationseinrichtung (nicht
dargestellt) zwischen der Lichtquelle 7 und dem Farbfilter Fi.
Gemäß Fig. 25b wird Licht eines Wellenlängenspektrums ΔλE im Beispiel weißes
Licht, in den einmodigen Breitband-Streifenwellenleiter 9 eingekoppelt. An dem
einmodigen Breitband-Streifenwellenleiter 9 sind ein Filterelement Fi und eine
Amplituden- bzw. Intensitätsmodulationseinrichtung 17 angeordnet. Mit Hilfe des
Filterelementes Fi werden in Abhängigkeit von dem angelegten Steuersignal S₉ aus
dem Wellenlängenspektrum ΔλE bestimmte Wellenlängen bzw. Wellenlängenbereiche
ausgefiltert.
Die Amplituden- bzw. Intensitätsmodulationseinrichtung 17 muß hier nicht
notwendigerweise wellenlängenselektiv arbeiten.
Am Ausgang des einmodigen Breitband-Streifenwellenleiters 9 steht moduliertes Licht
LM eines Wellenlängenspektrums ΔλA zur weiteren Verarbeitung durch die Einheit zur
Strahlformung und Strahlablenkung 10 zur Verfügung.
Fig. 25c zeigt eine konkrete Ausführungsform des in Fig. 25b beschriebenen
Farbbilderzeugungssystems. Als Filter Fi dient eine elektrooptisch steuerbare
integriert-optische Mach-Zehnder-Interferometer-Struktur MZI, die aufgrund ihrer
wellenlängenselektiven Eigenschaften einen mit dem Steuersignal S₉
(Steuerspannung) einstellbaren Wellenlängenbereich ausfiltert. Falls die Lichtquelle 7
weißes Licht aussendet, erscheint das transmittierte Licht somit in der
Komplementärfarbe zum ausgefilterten Lichtanteil. Als Amplituden- bzw.
Intensitätsmodulator 17 dient ebenfalls eine mit dem Steuersignal S₄
(Steuerspannung) elektrooptisch steuerbare integriert-optische Mach-Zehnder-
Interferometer-Struktur MZI, deren wellenlängenselektive Eigenschaften in diesem Fall
nicht genutzt werden. Am Ausgang des einmodigen Breitband-Streifenwellenleiters 9
steht farb- und amplituden- bzw. intensitätsmoduliertes Licht LM des
Wellenlängenspektrums ΔλA zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung.
Das Licht wird in jedem der Beispiele in Fig. 25 von der Einheit zur Strahlformung und
Strahlablenkung als Bildpunkt einer Farbzusammensetzung projiziert und vom Auge
wahrgenommen.
Voraussetzung dafür ist, daß das Filterelement in der Lage ist, mit seinen
Filtereigenschaften alle gewünschten Farbwerte einzustellen. Mit einem einzelnen
Filterelement lassen sich nicht alle benötigten Farbwerte für ein Farbbild zur Verfügung
stellen, das alle Farbnuancen enthält. Um einen beschränkten, aber für viele Zwecke
(z. B. Einspiegelung in Scheiben) ausreichenden Farbwert-Umfang zur Verfügung zu
stellen, reichen die zu den Fig. 25a, 25b und 25c beschriebenen Varianten völlig
aus.
Um alle Farbwerte darstellen zu können, die für ein qualitativ hochwertiges Farbbild
notwendig sind, ist jedoch eine additive Farbmischung von mindestens drei
Farbanteilen notwendig.
Daher werden mindestens drei Lichtimpulse, die einen Farbwert bilden sollen, nach
dem Prinzip der zeitmultiplexen Farbpunkterzeugung weiterverarbeitet (siehe
Beschreibung zu Fig. 8). Licht einer ersten Farbzusammensetzung wird in einem
ersten Zeitraum mit Hilfe der Einheit zur Strahlformung und Strahlablenkung 10 in
einen Punkt projiziert. Licht mindestens einer zweiten und einer dritten
Farbzusammensetzung wird in den folgenden Zeiträumen in den gleichen Bildpunkt
projiziert. Im Auge erfolgt eine physiologische Farbmischung der mindestens drei auf
diesen Punkt projizierten Lichtanteile.
Fig. 26 zeigt das bekannte Farbbilderzeugungssystem nach der DE 31 52 020 A1,
das gattungsbildend ist. Das System nutzt Lichtleiterrohre F zur Lichtstrahlführung.
Je ein Lichtleiterrohr F korrespondiert mit jeweils einem Rohrende mit einer Lichtquelle
7. Die anderen Rohrenden werden der Einheit zur Strahlformung und Strahlablenkung
10 so zugeführt, daß die Austrittsflächen der Rohre in einer Ebene räumlich eng
aneinander liegen.
Fig. 27 zeigt ein Farbbilderzeugungssystem zur Erzeugung virtueller Bilder, das die
Möglichkeit zur Bestimmung und zum Ausgleich des Sehfehlers Schielen bietet. Die
Stereobilderzeugung erfolgt gemäß dem in Fig. 18 vorgestellten Prinzip durch das
Erzeugen von zwei Bildern verschiedener Polarisation, die beim Betrachten durch eine
Polarisationsbrille ein Stereobild ergeben. Die beiden Polarisationen werden mit Hilfe
eines Polarisationsprismas PP räumlich getrennt. Die zum Ausgleich des Sehfehlers
erforderliche Neigung der optischen Achsen der beider Polarisationen erfolgt durch
Verkippen eines Strahlablenkers SA (Prisma) mittels des Steuersignals S₉,
die Einstellung des Abstandes der beiden optischen Achsen ist durch lineares
Verschieben des Strahlablenkers SA mittels des Steuersignals S₉ erfolgbar.
Polarisationsprisma PP und Strahlablenker SA werden zwischen der Einheit zur
Strahlformung und Strahlablenkung und den Polarisatoren P positioniert. Mit dieser
Anordnung werden z. B. neue medizinische und therapeutische Anwendungsgebiete
erschlossen.
Fig. 28 zeigt ein Farbbilderzeugungssystem zur Erzeugung reeller Bilder, das die
Möglichkeit zur Bestimmung und zum Ausgleich des Sehfehlers Schielen bietet. Die
Stereobilderzeugung erfolgt gemäß dem in Fig. 18 vorgestellten Prinzip durch das
Erzeugen von zwei Bildern verschiedener Polarisation, die beim Betrachten durch eine
Polarisationsbrille ein Stereobild ergeben. Die beiden Polarisationen werden mit Hilfe
eines Polarisationsprismas PP räumlich getrennt. Die zum Ausgleich des Sehfehlers
erforderliche Neigung der optischen Achsen der beider Polarisationen erfolgt durch
Verkippen eines Strahlablenkers SA (Prisma) mittels des Steuersignals S₉, die
Einstellung des Abstandes der beiden optischen Achsen ist durch lineares Verschieben
des Strahlablenkers SA mittels des Steuersignals S₉ erfolgbar. Polarisationsprisma PP
und Strahlablenker SA werden zwischen dem Bildschirm 5 und den Polarisatoren P
positioniert. Mit dieser Anordnung werden z. B. neue medizinische und therapeutische
Anwendungsgebiete erschlossen.
Bezugszeichenliste
1 Substrat
2 Breitband-Wellenleiter
3 Einrichtung zur Strahlformung (Optik)
4 Einrichtung zur Strahlablenkung (Ablenkspiegel)
5 Bildschirm
6 (passive) Koppelstelle
7 Lichtquelle
8 Breitband-Wellenleiter
9 gemeinsamer Breitband-Wellenleiter
10 Einheit zur Strahlformung und Strahlablenkung
11 Träger
12 Auge
13 steuerbare Koppelstelle
14 Einheit zur räumlichen Strahlvereinigung
15 Ansteuereinheit
16 mikrooptische Linse
17 Modulationseinrichtung (Amplituden- bzw. Intensitätsmodulator)
18 Temperaturstabilisierung
19 Baugruppe zur Strahleinkopplung (Mikrooptik-Baugruppe)
20 Gehäuse
21 Lichtaustrittsfenster
22 Stromversorgung
23 Signaleingang
24 Bedieneingang
25 Absorber
A Ausgang
B Blindausgang
x, y, z Koordinatensystem
λ₀, λ₁, λ₂, λ₃,
λ₄, λ₅ Wellenlängen
ΔλE Eingekoppelter Wellenlängenbereich
ΔλA Ausgekoppelter Wellenlängenbereich
E₁, E₂, E₃ Eingänge
A₁,A₂,A₃ Ausgänge
S₁, S₂, S₃ Steuersignale für die Lichtquellen
S₄ Steuersignal für Modulatoren
S₅ Steuersignal zur Strahlformung
S₆ Steuersignal zur Strahlablenkung
S₇ Steuersignal für steuerbare Koppelstellen
S₈ Steuersignal für Polarisationsdreher
S₉ Steuersignal für Farbfilter/Strahlablenker
F Lichtleitfaser
PD Polarisationsdreher
P Polarisator
MZI Mach-Zehnder-Interferometer-Struktur
LV räumlich zusammengeführtes Licht
LM moduliertes Licht
LVM räumlich zusammengeführtes, moduliertes Licht
LMV moduliertes, räumlich zusammengeführtes Licht
Fi Farbfilter
FU Frequenzumsetzer (Quasi-Phase-Matching-Element)
BPi Bildpunkte
PP Polarisationsprisma
SA Strahlablenker
2 Breitband-Wellenleiter
3 Einrichtung zur Strahlformung (Optik)
4 Einrichtung zur Strahlablenkung (Ablenkspiegel)
5 Bildschirm
6 (passive) Koppelstelle
7 Lichtquelle
8 Breitband-Wellenleiter
9 gemeinsamer Breitband-Wellenleiter
10 Einheit zur Strahlformung und Strahlablenkung
11 Träger
12 Auge
13 steuerbare Koppelstelle
14 Einheit zur räumlichen Strahlvereinigung
15 Ansteuereinheit
16 mikrooptische Linse
17 Modulationseinrichtung (Amplituden- bzw. Intensitätsmodulator)
18 Temperaturstabilisierung
19 Baugruppe zur Strahleinkopplung (Mikrooptik-Baugruppe)
20 Gehäuse
21 Lichtaustrittsfenster
22 Stromversorgung
23 Signaleingang
24 Bedieneingang
25 Absorber
A Ausgang
B Blindausgang
x, y, z Koordinatensystem
λ₀, λ₁, λ₂, λ₃,
λ₄, λ₅ Wellenlängen
ΔλE Eingekoppelter Wellenlängenbereich
ΔλA Ausgekoppelter Wellenlängenbereich
E₁, E₂, E₃ Eingänge
A₁,A₂,A₃ Ausgänge
S₁, S₂, S₃ Steuersignale für die Lichtquellen
S₄ Steuersignal für Modulatoren
S₅ Steuersignal zur Strahlformung
S₆ Steuersignal zur Strahlablenkung
S₇ Steuersignal für steuerbare Koppelstellen
S₈ Steuersignal für Polarisationsdreher
S₉ Steuersignal für Farbfilter/Strahlablenker
F Lichtleitfaser
PD Polarisationsdreher
P Polarisator
MZI Mach-Zehnder-Interferometer-Struktur
LV räumlich zusammengeführtes Licht
LM moduliertes Licht
LVM räumlich zusammengeführtes, moduliertes Licht
LMV moduliertes, räumlich zusammengeführtes Licht
Fi Farbfilter
FU Frequenzumsetzer (Quasi-Phase-Matching-Element)
BPi Bildpunkte
PP Polarisationsprisma
SA Strahlablenker
Claims (52)
1. Farbbilderzeugungssystem, bestehend aus
- - mindestens zwei Lichtquellen (7′, 7′′), die Licht unterschiedlicher Wellenlängen (λ₁, λ₂) zu einer Einheit zur räumlichen Strahlvereinigung (14) aussenden,
- - das Licht jeder Lichtquelle (7) in je einen Eingang von mindestens zwei Breitband- Wellenleitern (2′, 2′′) einkoppelbar ist,
- - einer Einheit zur Strahlformung und Strahlablenkung (10), mit der mittels einer Ansteuereinheit (15) Licht in mindestens einer Raumrichtung synchron zur Steuerung der Modulation der einzelnen Lichtanteile (mit den Wellenlängen λ₁ und λ₂) als Überlagerung und/oder Aneinanderreihung von einzelnen Bildpunkten abbildbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß
- - die mindestens zwei Breitband-Wellenleiter (2′, 2′′) an ihren Ausgängen in mindestens einer Koppelstelle (6) zu einem weiteren Breitband-Wellenleiter (9) so zusammengeführt sind, daß räumlich zusammengeführtes Licht (LMV oder LVM) an dem Ausgang des weiteren Breitband-Wellenleiters (9) auskoppelbar ist und weiterhin
- - in eine Einheit zur Strahlformung und Strahlablenkung (10) trifft und damit in den Raum abbildbar ist, wobei
- - dabei die Lichtanteile jeder Wellenlänge (λ₁, λ₂) mittels einer Ansteuereinheit (15) selektiv modulierbar sind.
2. Farbbilderzeugungssystem nach Anspruch 1, bei dem die mindestens drei
Breitband-Wellenleiter (2′, 2′′, 9) eine Einheit zur räumlichen Strahlvereinigung (14)
bilden und jeder Breitband-Wellenleiter
- - eine Lichtleitfaser ist und ein Lichtleitfaser-Breitband-Koppler vorliegt oder
- - ein Breitband-Streifenwellenleiter, insbesondere ein integriert-optischer Breitband- Streifenwellenleiter, ist und ein Breitband-Streifenwellenleiter-Koppler, insbesondere ein Weißlicht-Streifenwellenleiter-Koppler, vorliegt oder
- - ein Quasi-Breitband-Wellenleiter (z. B. ARROW) ist und ein Quasi-Breitband- Wellenleiter-Koppler vorliegt.
3. Farbbilderzeugungssystem nach Anspruch 2, bei dem die Einheit zur räumlichen
Strahlvereinigung (14), gebildet aus den Breitband-Wellenleitern (2′, 2′′ und 9) aus
einer Kombination einer Lichtleitfaser und/oder eines Breitband-Streifenwellenleiters
und/oder eines Quasiwellenleiters besteht.
4. Farbbilderzeugungssystem nach Anspruch 1 und Anspruch 2, bei dem die passive
räumliche Zusammenführung der Lichtanteile in der Koppelstelle (6) der Breitband-
Wellenleiter durch
- - Nutzung eines Y-Verzweigers oder
- - Nutzung eines integriert-optischen Schalt- und Verteilerelementes, wie X-Koppler oder BOA oder Richtkoppler oder Parallelstreifenkoppler ohne Ansteuerung oder
- - Reflektoren (z. B. Spiegel, Gitter, Prismen) erfolgbar ist.
5. Farbbilderzeugungssystem nach Anspruch 1, bei dem jeder Breitband-Wellenleiter
(2′, 2′′, 9) passiv ist und die Koppelstelle (6) der Breitband-Wellenleiter passiv ist und
die Modulation der Lichtanteile (mit den Wellenlängen λ₁ und λ₂) in den Lichtquellen
(7′ und 7′′) durch eine Regelung der Lichtleistung (Steuerung des Diodenstromes der
Lichtquelle) oder durch eine Regelung der Lichtintensität (Änderung der
Koppeleffektivität Lichtquelle-Wellenleiter) oder durch eine Strahlabschwächung (z. B.
durch eine regelbare Blende oder Absorber nach der Lichtquelle) erfolgbar ist.
6. Farbbilderzeugungssystem nach Anspruch 1, bei dem mindestens einer der
Breitband-Wellenleiter (2′, 2′′, 9) modulierbar ist und dieser Breitband-Wellenleiter
einmodig ist und/oder
die Koppelstelle eine steuerbare Koppelstelle (13) ist, wobei die mindestens drei
Breitband-Wellenleiter, die die Koppelstelle bilden, einmodig sind.
7. Farbbilderzeugungssystem nach einem oder mehreren der Ansprüche von 1 bis 6
bei dem
- - drei Lichtquellen (7′, 7′′, 7′′′) Licht unterschiedlicher Wellenlängen (λ₁ λ₂, λ₃) zu einer Einheit zur räumlichen Strahlvereinigung (14) aussenden,
- - das Licht in je einen Eingang von drei Breitband-Wellenleitern (2′, 2′′, 2′′′) einkoppelbar ist,
- - zwei Breitband-Wellenleiter (2′, 2′′) an ihren Ausgängen in einer Koppelstelle (6) zu einem weiteren Breitband-Wellenleiter (8) so zusammengeführt sind, daß räumlich zusammengeführtes Licht entsteht und führbar ist und weiterhin
- - der Breitband-Wellenleiter (2′′′) und der Breitband-Wellenleiter (8) an ihren Ausgängen in einer Koppelstelle (6) zu einem weiteren Breitband-Wellenleiter (9) so zusammengeführt sind, daß räumlich zusammengeführtes Licht an dem Ausgang des weiteren Breitband-Wellenleiters (9) auskoppelbar ist und weiterhin
- - in eine Einheit zur Strahlformung und Strahlablenkung (10) gelangt und damit in den Raum projizierbar ist, wobei
- - die Lichtanteile jeder Wellenlänge (λ₁, λ₂, λ₃) selektiv modulierbar sind und
- - die Strahlformung und Strahlablenkung des räumlich zusammengeführten Lichts in mindestens einer Raumrichtung synchron zur Steuerung der Modulation der jeweiligen Lichtanteile der drei Lichtquellen erfolgbar ist.
8. Farbbilderzeugungssystem nach Anspruch 7, bei dem
die drei Lichtanteile (mit den Wellenlängen λ₁, λ₂, λ₃), die in je einen Breitband-
Wellenleiter einkoppelbar sind, dem Farbsystem mit den Grundfarben Rot, Grün und
Blau entsprechen.
9. Farbbilderzeugungssystem nach Anspruch 8 zur Erzeugung eines durch das
menschliche Auge wahrnehmbaren reellen Farbbildes (Fernsehbild oder Videobild)
durch additive Farbmischung, bei dem
- - je ein Breitband-Wellenleiter an seinem Eingang mit je einer Grundfarbe beaufschlagbar ist.
- - die Ausgänge der Breitband-Wellenleiter zusammengeführt sind,
- - nach dem Ausgang der Einheit zur räumlichen Strahlvereinigung (14) die Einheit zur Strahlformung und Strahlablenkung (10) folgt, mit der das räumlich zusammengeführte Licht auf einen Bildschirm (5) oder eine Projektionswand projizierbar ist und dort die räumlich enge und zeitlich schnelle Aneinanderreihung einzelner Bildpunkte im Auge (12) den Eindruck eines zusammenhängenden Bildes erzeugt, wobei eine Ablenkung des räumlich zusammengeführten Lichts synchron zur Steuerung der Modulation der einzelnen Lichtanteile erfolgbar ist.
10. Farbbilderzeugungssystem nach Anspruch 8 zur Erzeugung eines durch das
menschliche Auge wahrnehmbaren virtuellen Farbbildes (Fernsehbild oder Videobild)
durch additive Farbmischung, bei dem
- - je ein Breitband-Wellenleiter an seinem Eingang mit je einer Grundfarbe beaufschlagbar ist,
- - die Ausgänge der Breitband-Wellenleiter zusammengeführt sind,
- - nach dem Ausgang der Einheit zur räumlichen Strahlvereinigung (14) die Einheit zur Strahlformung und Strahlablenkung (10) folgt, mit der das räumlich zusammengeführte Licht in einen Betrachtungsraum lenkbar ist
- - auf der Netzhaut des Auges (12) durch die räumlich enge und zeitlich schnelle Aneinanderreihung einzelner Bildpunkte der Eindruck eines zusammenhängenden Bildes erzeugbar ist, wobei eine Ablenkung des räumlich zusammengeführten Lichts synchron zur Steuerung der Modulation der einzelnen Lichtanteile erfolgbar ist.
11. Farbbilderzeugungssystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden
Ansprüche als matrixförmige Anordnung sich kreuzender Breitband-Wellenleiter, wobei
die Kreuzungsstellen eine Matrix bilden und die Kreuzungsstellen
- a) völlig passiv sind oder
- b) passive Koppelstellen (6) zur räumlichen Zusammenführung von Lichtanteilen sind oder
- c) aktive Koppelstellen (13) zur Modulation und räumlichen Strahlvereinigung und/oder Strahlablenkung sind und
in jeden Breitband-Wellenleiter (2) Lichtanteile einkoppelbar sind und am Ausgang
eines gemeinsamen Breitband-Wellenleiters (9) moduliertes, räumlich
zusammengeführtes Licht (LMV oder LVM) auskoppelbar ist.
12. Farbbilderzeugungssystem nach Anspruch 11, bei dem
für die Führung der drei Lichtanteile mit den Wellenlängen (λ₁, λ₂, λ₃) drei Breitband-
Wellenleiter (2′, 2′′, 2′′′) parallel angeordnet sind und einen weiteren Breitband-
Wellenleiter (9) kreuzen, wobei
die Kreuzungsstellen passive Koppelstellen (6) zur räumlichen Strahlvereinigung sind und bei Bedarf an jedem der drei Breitband-Wellenleiter (2′, 2′′, 2′′′) ein Amplitudenmodulator (AM) angeordnet ist oder die Kreuzungsstellen aktive Koppelstellen (13) zur räumlichen Strahlvereinigung und/oder Strahlablenkung sind und an einem Ausgang des gemeinsamen Breitband-Wellenleiters (9) moduliertes, räumlich zusammengeführtes Licht (LMV oder LVM) auskoppelbar ist.
die Kreuzungsstellen passive Koppelstellen (6) zur räumlichen Strahlvereinigung sind und bei Bedarf an jedem der drei Breitband-Wellenleiter (2′, 2′′, 2′′′) ein Amplitudenmodulator (AM) angeordnet ist oder die Kreuzungsstellen aktive Koppelstellen (13) zur räumlichen Strahlvereinigung und/oder Strahlablenkung sind und an einem Ausgang des gemeinsamen Breitband-Wellenleiters (9) moduliertes, räumlich zusammengeführtes Licht (LMV oder LVM) auskoppelbar ist.
13. Farbbilderzeugungssystem nach Anspruch 11, bei dem
für die Führung zweier Lichtanteile mit den Wellenlängen (λ₁, λ₂) zwei Breitband-
Wellenleiter (2′, 2′′) parallel angeordnet sind und einen weiteren Breitband-
Wellenleiter (9) kreuzen,
in einen Eingang des gemeinsamen Breitband-Wellenleiters (9) Licht der Wellenlänge
(λ₃) einkoppelbar ist, wobei
- - die Kreuzungsstellen passive Koppelstellen (6) zur räumlichen Strahlvereinigung sind und bei Bedarf an jedem der drei Breitband-Wellenleiter (2′, 2′′, 9) vor den Koppelstellen ein Amplitudenmodulator (AM) angeordnet ist oder
- - die Kreuzungsstellen aktive Koppelstellen (13) zur räumlichen Strahlvereinigung und/oder Strahlablenkung sind und
an dem Ausgang des gemeinsamen Breitband-Wellenleiters (9) das modulierte,
räumlich zusammengeführtes Licht (LMV oder LVM) auskoppelbar ist.
14. Farbbilderzeugungssystem nach Anspruch 11, bei dem
für die Führung der drei Lichtanteile mit den Wellenlängen (λ₁, λ₂, λ₃) drei Breitband-
Wellenleiter (2′, 2′′, 2′′′) parallel angeordnet sind und diese Breitband-Wellenleiter
drei weitere Breitband-Wellenleiter (8) und einen gemeinsamen Breitband-Wellenleiter
(9) kreuzen, wobei
- - die Kreuzungsstellen der Breitband-Wellenleiter (2′ mit 8′, 2′′ mit 8′′ und 2′′′ mit 8′′′) aktive Koppelstellen (13) sind,
- - die Kreuzungsstellen der Breitband-Wellenleiter (2′ mit 9, 2′′ mit 9 und 2′′′ mit 9) passive Koppelstellen (6) oder aktive Koppelstellen (13) sind und
- - die übrigen Kreuzungsstellen völlig passiv sind, weiterhin
- - die Breitband-Wellenleiter (8′, 8′′, 8′′′) Blindausgänge haben und an dem Ausgang des gemeinsamen Breitband-Wellenleiters (9) das modulierte, räumlich zusammengeführte Licht (LMV oder LVM) auskoppelbar ist.
15. Farbbilderzeugungssystem nach einem oder mehreren der Ansprüche von 1 bis 14,
bei dem Lichtanteile der mindestens zwei Wellenlängen als Lichtimpulse zeitlich
nacheinander in je einen einmodigen Breitband-Wellenleiter (2) einkoppelbar und in
der Koppelstelle der Wellenleiter räumlich überlagerbar sind, weiterhin
die räumlich zusammengeführten Lichtanteile im gemeinsamen einmodigen Breitband-
Wellenleiter (9) durch einen Modulator (17) im Impulstakt steuerbar sind.
16. Farbbilderzeugungssystem, bestehend aus
- - einer Lichtquelle (7), die Licht eines Wellenlängenbereichs (ΔλE) oder mehrere diskrete Wellenlängen zu einem Wellenleiter aussendet,
- - einer Einheit zur Strahlformung und Strahlablenkung (10), mit der mittels einer Ansteuereinheit (15) Licht in mindestens eine Raumrichtung (15) synchron zur Steuerung der Modulation des Lichts (ΔλE) als Überlagerung und/oder Aneinanderreihung von einzelnen Bildpunkten abbildbar ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
- - Licht in einen für den ausgewählten Wellenlängenbereich einmodigen Breitband-Wellenleiter (9) einkoppelbar und effektiv übertragbar ist, weiterhin
- - im einmodigen Breitband-Wellenleiter (9) ein steuerbarer Filter (Fi) zur Erzeugung von Farbwerten angeordnet ist und Lichtanteile (ΔλA) an dem Ausgang des einmodigen Breitband-Wellenleiters (9) als moduliertes Licht (LM) auskoppelbar ist und weiterhin
- - das modulierte Licht (LM) in eine Einheit zur Strahlformung und Strahlablenkung (10) trifft und damit in den Raum als Farbpunkt abbildbar ist. (Fig. 25)
17. Farbbilderzeugungssystem nach Anspruch 16, bei dem der einmodige Breitband-
Wellenleiter ein einmodiger, integriert-optischer Breitband-Streifenwellenleiter,
insbesondere ein Weißlicht-Wellenleiter, oder eine einmodige Breitband-Faser oder
ein einmodiger Breitband-Quasi-Wellenleiter ist.
18. Farbbilderzeugungssystem nach Anspruch 16, bei dem die Modulation der
Amplitude bzw. Intensität des Lichts durch eine steuerbare Lichtquelle (7) oder durch
einen im einmodigen Breitband-Wellenleiter (9) vor oder nach dem Filter (Fi)
angeordneten Modulator (17) erfolgbar ist.
19. Farbbilderzeugungssystem nach Anspruch 16, bei dem die Farbwerte einer
Mischfarbe durch die räumliche Überlagerung einzelner Bildpunkte zeitmultiplex
erzeugbar sind.
20. Farbbilderzeugungssystem nach Anspruch 16, bei dem der Farbwert jedes
Bildpunktes durch den Filter direkt einstellbar ist.
21. Farbbilderzeugungssystem nach Anspruch 16, bei dem
- - ein einmodiger Breitband-Wellenleiter (9′) in mindestens einer Koppelstelle (6′) mindestens einmal aufspaltbar ist und Lichtanteile gleicher Wellenlängen (λE) oder gleicher Wellenlängenbereiche (ΔλE) in jedem einmodigen Breitband-Wellenleiter (2′, 2′′) führbar sind,
- - in jedem einmodigen Breitband-Wellenleiter (2′, 2′′) ein Filter (Fi) und ein Modulator (17) angeordnet ist, weiterhin
- - die in den einmodigen Breitband-Wellenleitern (2′, 2′′) geführten Lichtanteile in einer weiteren Koppelstelle (6) räumlich zusammenführbar und am Ausgang des gemeinsamen einmodigen Breitband-Wellenleiter (9) das moduliertes, räumlich zusammengeführtes Licht (LMV) auskoppelbar ist.
22. Farbbilderzeugungssystem nach Anspruch 21, bei dem
- - der einmodige Breitband-Wellenleiter (9′) in einer Koppelstelle (6′) aufspaltbar ist und Lichtanteile (ΔλE) in jedem einmodigen Breitband-Wellenleiter (2′, 8′) führbar sind,
- - der einmodige Breitband-Wellenleiter (8′) durch mindestens eine weitere Koppelstelle (6′) aufspaltbar ist und Lichtanteile (ΔλE) in den weiteren einmodigen Breitband-Wellenleitern (2′′, 2′′′) führbar sind,
- - in jedem einmodigen Breitband-Wellenleiter (2′, 2′′, 2′′′) ein Filterelement (Fi) und/oder ein Amplituden- bzw. Intensitätmodulator (17) angeordnet ist, weiterhin
- - die einmodigen Breitband-Wellenleiter (2′′ und 2′′′) in einer weiteren Koppelstelle zum Breitband-Wellenleiter (8) vereinigt werden und
- - der Breitband-Wellenleiter (8) und der einmodige Breitband-Wellenleiter (2′) in einer weiteren Koppelstelle zum Breitband-Wellenleiter (9) vereinigt werden und am Ausgang des Breitband-Wellenleiters (9) modulierte räumlich vereinigte Lichtanteile (LMV) auskoppelbar sind. (Fig. 23, 24)
23. Farbbilderzeugungssystem nach Anspruch 1 oder Anspruch 16, bei dem die
mindestens eine Lichtquelle (7) ein Laser oder eine Laserdiode oder eine
Lumineszenzdiode oder eine Spektrallampe ist.
24. Farbbilderzeugungssystem nach Anspruch 1 oder Anspruch 16, bei dem die
Modulation jedes Lichtanteiles (mit den Wellenlängen λ₁, λ₂ ) oder des Lichts
(eines Wellenlängenbereichs ΔλE) in den Breitband-Wellenleitern (2, 2′′, . . ., 9) oder
in der steuerbaren Koppelstelle (13) durch
- - elektrooptische Modulation
- - akustooptische Modulation
- - thermooptische Modulation
- - magnetooptische Modulation,
- - optooptische Modulation,
- - photothermische Modulation,
- - Änderung des effektiven Brechungsindex durch Injektion oder Verarmung von freien Ladungsträgern in Halbleitermaterialien,
- - elektrooptische, akustooptische, thermooptische, magnetooptische, optooptische oder photothermische Cut-off-Modulation;
- - Cut-off-Modulation aufgrund der Änderung des effektiven Brechungsindex durch Injektion oder Verarmung von freien Ladungsträgern in Halbleitermaterialien,
- - steuerbare Breitband-Wellenleiterverstärkung,
- - steuerbare Polarisationsdrehung in Verbindung mit einem polarisierenden Bauelement oder eines polarisierenden Breitband-Wellenleiters,
- - Breitband-Wellenleiter-Modenwandlung,
- - Elektroabsorptionsmodulation oder durch
- - Modulation mit Hilfe eines integriert-optischen Schalt- oder Verteilerelements, wie X-Koppler, Parallelstreifenkoppler, Richtkoppler oder BOA, erfolgbar ist.
25. Farbbilderzeugungssystem nach Anspruch 1 oder Anspruch 16, bei dem die Einheit
zur Strahlformung und Strahlablenkung (10) aus einer Einrichtung zur Strahlformung
und einer Einrichtung zur Strahlablenkung aufgebaut ist.
26. Farbbilderzeugungssystem nach Anspruch 25, bei dem
- a) die Funktion Strahlformung bei Bedarf passiv oder ansteuerbar ist,
- b) die Funktion Strahlablenkung ansteuerbar ist, und
- c) beide Funktionen bei Bedarf einzeln oder gemeinsam ansteuerbar sind.
27. Farbbilderzeugungssystem nach Anspruch 25 und Anspruch 26, bei dem die
Einrichtung zur Strahlformung des vereinigten Lichtstrahles nach einem der
folgenden Prinzipien erfolgt:
- - mittels einer konventionellen Optik;
- - mittels eines mikrooptischen Systems;
- - mittels eines strahlformenden Gitters;
- - mittels eines strahlformenden Reflektors;
- - mittels Strahlformung durch Brechzahlvariation innerhalb des strahlformenden Elements oder
- - mittels Strahlformung durch Geometrievariation (Dicke, Krümmung) des strahlformenden Elements.
28. Farbbilderzeugungssystem nach Anspruch 25 und Anspruch 26, bei dem die
Einrichtung zur Strahlablenkung des vereinigten Lichtstrahles nach einem der
folgenden Prinzipien erfolgt:
- - mittels einer verstellbaren konventionellen Optik;
- - mittels eines beweglichen Reflektors mit einer optisch wirksamen Fläche;
- - mittels eines beweglichen Gitters oder eines veränderbaren Gitters;
- - mittels eines elektrooptischen, akustooptischen, thermooptischen, magnetooptischen, optooptischen, photothermischen und/oder nichtlinear-optischen Gitters;
- - mittels eines elektrooptischen, akustooptischen, thermooptischen, magnetooptischen, optooptischen, photothermischen und/oder nichtlinear-optischen Ablenkers im bulk-Material;
- - mittels eines elektrooptischen, akustooptischen, thermooptischen, magnetooptischen, optooptischen, photothermischen und/oder nichtlinear-optischen Ablenkers in mikrooptischer oder integriert-optischer Bauweise;
- - mittels eines integriert-optischen Vielkanal-Verzweigers;
- - mittels eines mikromechanischen Ablenksystems oder
- - mittels eines mikrooptischen Ablenksystems.
29. Farbbilderzeugungssystem nach Anspruch 27 und Anspruch 28, bei dem die
Einheit zur Strahlformung und Strahlablenkung (10) aus einem funktionsintegrierten
Bauelement zur Strahlformung und Strahlablenkung aufgebaut ist.
30. Farbbilderzeugungssystem nach Anspruch 1 oder Anspruch 16, bei dem die Einheit
zur Strahlformung und Strahlablenkung (10) - zur Erzeugung eines reellen Bildes -
Bildpunkte auf einen Bildschirm (5) oder auf eine Projektionswand projiziert.
31. Farbbilderzeugungssystem nach Anspruch 1 oder Anspruch 16, bei dem die Einheit
zur Strahlformung und Strahlablenkung (10) - zur Erzeugung eines virtuellen Bildes -
einen parallelen oder schwach divergenten Strahlengang erzeugt, die Lichtstrahlen
über eine Scheibe (Windschutzscheibe bei PKW, Brillenglas) in das Auge (12)
einspiegelbar sind oder der Betrachter beim Blick in eine Vorrichtung das Auge in der
optischen Achse des Farbbilderzeugungssystems positioniert.
32. Farbbilderzeugungssystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden
Ansprüche von 1 bis 31, bei dem der Aufbau der einzelnen Baugruppen, d. h.
- - Ansteuereinheit (15),
- - mindestens eine Lichtquelle (7),
- - Einheit zur räumlichen Strahlzusammenführung (14), mit den Breitband- Wellenleitern (2, 8, 9) und der Koppelstelle (6),
- - Modulatoren für die Lichtanteile (mit den Wellenlängen λ₁, λ₂) und
- - Einheit zur Strahlformung und Strahlablenkung (10)
diskret erfolgt oder mehrere oder alle dieser Baugruppen monolithisch, auf einem
Substratmaterial, oder hybrid, auf der Basis mehrerer Substratmaterialien, und
integriert als ein Modul (11) realisierbar sind, die Baugruppen von einem Gehäuse (20)
mit einem Lichtaustrittsfenster (21) umgeben sind und an dem Modul (11) die
Ansteuereinheit (15) mit elektrischen Anschlüssen zur Stromversorgung (22), für das
Steuersignal (23) und für Bediensignale (24) für die Farbbildparameter angeordnet ist.
33. Farbbilderzeugungssystem nach Anspruch 25 oder Anspruch 29, bei dem
- - die Einheit zur Strahlformung und Strahlablenkung (10) des räumlich vereinigten Lichts räumlich getrennt, räumlich zusammengefaßt oder monolithisch- oder hybrid-integriert aus einer Einrichtung zur Strahlformung (Optik 3) und aus einer Einrichtung zur Strahlablenkung (Ablenkeinrichtung 4) aufgebaut ist, oder
- - die Funktionen Stahlformung und Strahlablenkung in der Einheit zur Strahlformung und Strahlablenkung (10) des räumlich vereinigten Lichts in einer einzigen Baugruppe integriert sind.
34. Farbbilderzeugungssystem nach Anspruch 1 oder Anspruch 16, bei dem zwischen
der Lichtquelle (7) und dem Breitband-Wellenleiter (2 oder 9′) eine als
Einkoppelvorrichtung (19) wirkende Mikrolinse oder ein Gitter oder eine konventionelle
Optik, eine Prismenkopplung oder Lichtleitfasern angeordnet sind.
35. Farbbilderzeugungssystem nach Anspruch 1 oder Anspruch 16, bei dem die
Lichtanteile, die aus dem Breitband-Wellenleiter (9) auskoppelbar sind, bei der
Bilderzeugung einem spektral verfälschten Farbsystem entsprechen, das so
dimensioniert ist, daß auf einem farbigen Bildschirm ein unverfälschtes Farbbild
erzeugbar ist (auch als Weißabgleich bezeichnet) oder eine gezielte Farbverfälschung,
auch von einzelnen Bildbereichen, erzeugbar ist.
36. Farbbilderzeugungssystem nach Anspruch 1 oder Anspruch 16, bei dem
die räumliche Ausdehnung des Bildes (Zoomfunktion) durch eine Einstellung der
Abbildungseigenschaften in der Einheit zur Strahlformung und Strahlablenkung (10) mit
Hilfe der Ansteuereinheit (15) erfolgbar ist.
37. Farbbilderzeugungssystem nach Anspruch 1 oder Anspruch 16, bei dem
die örtliche Auflösung des Bildes (Bildpunktzahl) durch die Einstellung der
Steuerfrequenz für die Modulation der einzelnen Lichtanteile und durch die dazu
synchrone Einstellung der Steuerung des Systems zur Strahlablenkung mit Hilfe der
Ansteuereinheit (15) erfolgbar ist.
38. Farbbilderzeugungssystem nach Anspruch 1 oder Anspruch 16, bei dem
eine Ausschnittsvergrößerung durch eine Auswahl entsprechender Bildpunkte mit Hilfe
der Ansteuereinheit (15) erfolgbar ist.
39. Farbbilderzeugungssystem nach Anspruch 1 oder Anspruch 16, bei dem
eine Erhöhung der Bildpunktzahl in einem ausgewählten Bereich zur Erhöhung der
Auflösung mit Hilfe der Ansteuereinheit (15) erfolgbar ist.
40. Farbbilderzeugungssystem nach Anspruch 1 oder Anspruch 16, bei dem die
Anordnung auch mit Licht nur einer Wellenlänge betreibbar ist und ein einfarbiges Bild
direkt erzeugbar ist.
41. Farbbilderzeugungssystem nach Anspruch 1 oder Anspruch 16, bei dem
der Bildschirm (5) mit Pixeln von Leuchtstoffen versehen ist, die bei Anregung durch
sichtbare oder unsichtbare elektromagnetische Strahlung mindestens einer geeigneten
Wellenlänge (λ) in drei Grundfarben leuchten und die drei Pixel in geeigneter Weise in
einer Gruppe angeordnet sind.
42. Farbbilderzeugungssystem nach Anspruch 41, bei dem
Licht einer einzigen modulierbaren Wellenlänge (λ) oder eines Wellenlängenbereiches
(Δλ) durch die Einheit zur Strahlformung und Strahlablenkung (10) so ausrichtbar sind,
daß
die drei zusammengehörigen Pixel (Rot, Grün, Blau), die einen Farbpunkt bilden,
zeitlich nacheinander (selektiv) zum Leuchten anregbar sind.
43. Farbbilderzeugungssystem nach Anspruch 41, bei dem räumlich
zusammengeführte Lichtanteile dreier Wellenlängen (λ₁, λ₂, λ₃) durch die Einheit zur
Strahlformung und Strahlablenkung (10) so ausrichtbar sind, daß die drei
zusammengehörigen Pixel eines Farbpunktes gleichzeitig zum Leuchten anregbar sind,
wobei je eine Wellenlänge des modulierten Lichts nur jeweils einen Pixelfarbstoff zum
Leuchten anregt.
44. Farbbilderzeugungssystem nach Anspruch 41, bei dem zeitlich nacheinander
ausgesendete, räumlich zusammengeführte Lichtanteile dreier Wellenlängen (λ₁, λ₂,
λ₃) jeweils einen der drei zusammengehörigen Pixel eines Farbpunktes zeitlich
nacheinander zum Leuchten anregen, wobei jede Wellenlänge des modulierten Lichts
durch die Einheit zur Strahlformung und Strahlablenkung (10) nur auf einen
Pixelfarbstoff ausrichtbar ist.
45. Farbbilderzeugungssystem nach Anspruch 1 oder Anspruch 16, bei dem
der Amplitudenmodulator wellenlängenselektiv oder wellenlängenunabhängig arbeitet.
46. Farbbilderzeugungssystem nach einem oder mehreren der vorgenannten
Ansprüche, bei dem mit Licht unterschiedlicher Polarisation zusammengehörende
virtuelle oder reelle Bilder zugleich oder zeitmultiplex erzeugbar sind, die vom
Betrachter mit Hilfe einer Polarisationsbrille als Stereobild wahrnehmbar sind.
47. Farbbilderzeugungssystem nach Anspruch 46, bei dem durch eine Kippung der
zwei optischen Achsen der Strahlabbildung der unterschiedlichen Polarisationen
zueinander der Sehfehler "Schielen" ausgleichbar oder der Grad des Sehfehlers
"Schielen" meßbar ist.
48. Farbbilderzeugungssystem nach einem oder mehreren der vorgenannten
Ansprüche, bei dem bei der Abbildung der Bildpunkte in einem virtuellen Bild durch
geeignete Ansteuerung der Einheit zur Strahlformung und Strahlablenkung ein
Ausgleich des Sehfehlers "Fehlsichtigkeit" erfolgbar ist, wobei bei der Erzeugung von
zusammengehörigen Bildern mit Licht unterschiedlicher Polarisation ein Ausgleich der
Fehlsichtigkeit einzeln für jedes der beiden Augen (12) erfolgbar ist oder der Grad der
Fehlsichtigkeit meßbar ist.
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