Vorrichtung zur Selektion von Licht einer Beugungsordnung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Selektieren von Licht wenigstens einer Beugungsordnung, welches von einer ein Hologramm aufweisenden
Lichtmodulationseinrichtung nach einer Modulation ausgeht, wobei das Licht einen von dem Hologramm nicht abgelenkten und wenigstens einen gebeugten Strahl aufweist.
In der Holographie bei der Rekonstruktion von zwei- und/oder dreidimensionalen Szenen wird das verwendete Licht mittels einer Lichtmodulationseinrichtung, welche ein Hologramm aufweist, moduliert. Beispielsweise weist im Fall der Burckhardt-Kodierung ein modulierter Lichtstrahl drei Komponenten auf: Licht nullter Beugungsordnung und Licht 1. und -1. Beugungsordnung. Das Licht nullter Beugungsordnung ist nicht gebeugt, breitet sich in Richtung des einfallenden Strahles aus und enthält keine Information über eine Szene. Licht 1. bzw. -1. Beugungsordnung ist gebeugtes Licht und rekonstruiert die Szene. Ferner gibt es Komponenten höherer Beugungsordnungen, welche normalerweise einen kleinen Teil des gebeugten Lichts darstellen. Unerwünschte Beugungsordnungen jedoch führen zu Mehrfachrekonstruktionen, welche sich möglicherweise überlappen können und somit sich auf einen Betrachter negativ auswirken. Diese störenden Mehrfachrekonstruktionen müssen daher durch Ausfilterung von Beugungsordnungen beseitigt werden. Dazu wurden bereits Blenden vorgeschlagen, welche jedoch eine Zwischenabbildung erfordern. Außerdem können die Blenden vom Betrachter als störend empfunden werden, da sie sich zwischen der Lichtmodulationseinrichtung und dem Betrachter befinden. Des Weiteren ist es auch möglich, die Augen des Betrachters in Bereichen vorzusehen, in denen keine unerwünschten Beugungsordnungen sichtbar sind.
Zur Eliminierung der nullten Beugungsordnung wurde beispielsweise in der US 4,810,047 ein optisches System vorgeschlagen, welches eine holographische Linse, einen Polarisationsrotator und einen Polarisationsfilter aufweist. Die holographische Linse wird dabei derart mit einem Rekonstruktionsstrahl
beleuchtet, dass sie einen fokussierteπ Lichtstrahl entlang der optischen Achse der Linse und auch einen Lichtstrahl nuilter Beugungsordnung durchlässt. Die beiden Lichtstrahlen falten auf den Polahsationsrotator, wobei der fokussierte Lichtstrahl unter einem anderen Winkel als der Lichtstrahl nuilter Beugungsordnung auf den Polarisationsrotator trifft. Dies bewirkt, dass der Lichtstrahl nuilter Beugungsordnung und der fokussierte Lichtstrahl unterschiedfiche Poiarisationszustände bzw. Polarisationsrichtungen aufweisen. Der dem Polarisationsrotator nachgeschaltete Polarisationsfilter weist die Eigenschaft auf, dass er nur den fokussierten Lichtstrahl passieren lässt und den Lichtstrahl nuilter Beugungsordnung schwächt bzw. abblockt.
Eine weitere Möglichkeit zur Eliminierung der nullten Beugungsordnung beschreibt die US 6,091 ,521. Die Einrichtung weist neben der Lichtmodulationseinrichtung holographische optische Elemente (HOE) zum Ablenken eines Lichtstrahls einer der beiden ersten Beugungsordnungen (1. oder -1. Beugungsordnung) auf, so dass die Lichtstrahlen der ersten Beugungsordnungen von dem Lichtstrahl nuilter Beugungsordnung getrennt werden können. Die Einrichtung weist drei HOEs auf, welche feste Beugungseigenschaften für die drei Grundfarben Rot, Grün und Blau besitzen. Für jedes Lichtbündel, welches von den Pixeln der Lichtmodulationseinrichtung kommt, sind die HOEs holographisch so ausgestaltet, dass sie einen Lichtstrahl nur einer der beiden ersten Beugungsordnungen derart ablenken, dass sich der abgelenkte Lichtstrahl erster Beugungsordnung in dieselbe Richtung ausbreitet wie der andere nicht abgelenkte Lichtstrahl erster Beugungsordnung. Der Lichtstrahl nuilter Beugungsordnung trifft ohne Ablenkung auf eine Lichtfalle, mittels derer der Lichtstrahl absorbiert wird. Auf diese Weise werden die Lichtstrahlen erster Beugungsordnung von dem Lichtstrahl nuilter Beugungsordnung getrennt.
Jedoch besteht bei dieser Einrichtung zur Eliminierung der nullten Beugungsordnung der Nachteil, dass aufgrund der kleinen Beugungswinkel der Lichtmodulationseinrichtung der Abstand zwischen der Lichtmodulationseinrichtung und der Lichtfalle groß ist. Dadurch ist die Einrichtung
in ihrem Aufbau sehr ausgedehnt, wodurch ein Einsatz in Videoprojektoren bzw. Fernseheinrichtungen erschwert wird.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Eliminierung von Licht wenigstens einer Beugungsordnung zu schaffen, welche insbesondere bei einer holographischen Rekonstruktion einer Szene Mehrfachwiederholungen der rekonstruierten Szene verhindert, einfach herstellbar ist und einen kompakten Aufbau aufweist,
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass wenigstens ein steuerbares winkelselektives optisches Element vorgesehen ist, das das Licht von ßeugungsordnungen selektiert.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Selektion bzw. Eliminierung von Licht wenigstens einer Beugungsordnung weist neben einer
Lichtmodulationseinrichtung wenigstens ein winkelselektives optisches Element auf. In der Lichtmodulationseinrichtung ist ein kodiertes Hologramm enthalten, mittels welchem das auf die Lichtmodutationseinrichtung einfallende Licht entsprechend einer Szene moduliert wird. Dieses modulierte Licht weist dabei einen von dem Hologramm nicht abgelenkten Strahl und wenigstens einen gebeugten Strahl auf. Das somit modulierte Licht, welches mehrere Beugungsordnungen aufweist, fällt auf das winkelselektive optische Element. Das winkelselektive optische Element wird so bezeichnet, weil es in einer Ebene in der erfindungsgemäßen Vorrichtung angeordnet ist, in welcher die Beugungsordnungen unter einem Winkel voneinander getrennt sind. In einer derartigen Ebene wird das Licht der gewünschten oder ungewünschten Beugungsordnungen mittels des winkelselektiven optischen Elements selektiert. Vorteilhafterweise werden die gewünschten oder ungewünschten Beugungsordnungen sequentiell selektiert. Das winkelselektive optische Element ist außerdem konfigurierbar ausgestaltet.
Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich somit Mehrfachwiederholungen der rekonstruierten Szene verhindern bzw
abschwächen. Dadurch können ein oder mehrere Betrachter eine rekonstruierte Szene, insbesondere eine dreidimensionale rekonstruierte Szene, störungsfrei und mit dementsprechend guter Qualität beobachten. Außerdem liegt ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem geringen Platzbedarf im Vergleich zu der US 6,091 ,521 , wodurch die Vorrichtung vorteilhaft in
Videoprojektoren, Fernseheinrichtungen, Telekommunikationseinrichtungen oder ähnliche raumbegrenzte Einrichtungen einsetzbar ist. Ferner ist es durch die Konfigurierbarkeit des winkelselektiven optischen Elements möglich, einen Winkelbereich der Lichtmodulationseinrichtung zu vergrößern, wodurch die rekonstruierte Szene vergrößert dargeboten werden kann. Dies ist insbesondere in Verbindung mit konventionellen Lichtmodulationseinrichtungen erreichbar.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das winkelselektive optische Element zwei teilreflektierende Schichten, zwischen denen eine transparente Schicht, vorteilhafterweise eine Schicht aus Flüssigkristallen, angeordnet ist, aufweist. Durch die Schicht speziell aus Flüssigkristallen ist es möglich, das winkelselektive optische Element konfigurierbar zu gestalten bzw. an den gewünschten Zustand anzupassen.
in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der gebeugte Strahl innerhalb der Schicht aus Flüssigkristallen oder transparentem Schicht jeweils an den teil reflektierenden Schichten mehrfach reflektiert, wobei die reflektierten Strahlen destruktiv interferieren. Zwischen den teilreflektierenden Schichten treten Mehrfachreflexionen der Lichtstrahlen auf. Abhängig von der optischen Dicke der transparenten Schicht bzw. der Schicht aus Flüssigkristallen und von dem Winkel, mit dem ein Lichtstrahl auf das winkelselektive optische Element trifft, ist die Interferenz der Lichtstrahlen konstruktiv oder destruktiv. Da sich die Beugungsordnungen in diesem Winkel unterscheiden, wird durch Wahl der optischen Dicke festgelegt, welche Beugungsordnungen transmittiert bzw. ausgelöscht werden. Die optische Dicke der Schicht aus Flüssigkristallen oder transparentem Schicht und die Reflektivität der teilreflektierenden Schichten bestimmen die Filtercharakteristik des winkelselektiven optischen Elements, d.h. den Winkelbereich der Transmission
bzw. Austöschung und die Filtersteilheit. Durch geeignete Wahl dieser Parameter können periodische Wiederholungen der Szene vermieden werden. Auf diese Weise kann beispielsweise ungewünschtes Licht einer Beugungsordnung ausgelöscht und somit eliminiert werden.
Zur Veränderung der Filtercharakteristik kann in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung vorgesehen sein, dass wenigstens zwei winkelselektive optische Elemente vorgesehen sind, wobei die zwei winkelselektiven optischen Elemente unterschiedliche optische Dicken der transparenten Schicht oder der Schicht aus Flüssigkristallen und/oder unterschiedliche Reflexionskoeffizienten der teil reflektierenden Schichten aufweisen. Eine bessere Realisierung einer gewünschten Filtercharakteristik ist durch Kombination mehrerer winkelselektiver optischer Elemente möglich. Die winkelselektiven optischen Elemente können sich in der optischen Dicke und der Reflektivität unterscheiden, sodass durch Multiplikation der unterschiedlichen Filtercharakteristika der gewünschte
Winkelbereich der Transmission bzw. Auslöschung und die Filtersteilheit realisiert wird. Somit ist eine gezielte Transmission bzw. Auslöschung von Beugungsordnungen möglich.
Es ist auch möglich, das winkelselektive optische Element aus einem doppelbrechenden Material zu realisieren, wobei zur Eliminierung einer ungewünschten Beugungsordnung ein Polarisationsfilter vorgesehen ist.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen, im nachfolgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren näher beschriebenen Ausführungsbeispiele prinzipmäßig erläutert. Dabei wird das Prinzip der Erfindung anhand einer teilweisen holographischen Rekonstruktion mit monochromatischem Licht beschrieben. Der Gegenstand der Erfindung ist jedoch auch unter Einsatz von farbigem Licht anwendbar, worauf in den jeweiligen Ausführungsbeispielen noch näher eingegangen wird.
Die Figuren zeigen:
Figur 1 eine prinzipmäßige Darstellung einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung mit einem winkelselektiven optischen Element zur Eliminierung von Licht einer Beugungsordnung;
Figur 2 eine prinzipmäßige Darstellung einer ersten möglichen
Ausgestaltung des erfindungsgemäßen winkelselektiven optischen Elements; und
Figur 3 eine zweite Möglichkeit der Ausgestaltung des winkelselektiven optischen Elements.
Bei der holographischen Rekonstruktion von Szenen kommt es zu periodischen Wiederholungen der rekonstruierten Szene, da die Objektinformation in Pixeln der Lichtmodulationseinrichtung kodiert wird. Das somit durch die Pixel modulierte und gebeugte Licht interferiert und erzeugt Maxima und Minima der Intensitäten in bestimmte Richtungen von der Lichtmodulationseinrichtung aus. Eines der Maxima, im allgemeinen in Richtung der einfallenden Strahlen, ist das Hauptmaximum und wird als nullte Beugungsordnung bezeichnet. Die jeweils beidseitig benachbarten Maxima werden als 1. bzw. -1. Beugungsordnung bezeichnet. Entsprechend sind die weiteren benachbarten Maxima höherer Beugungsordnung definiert. Diese somit auftretenden periodischen Wiederholungen bei der holographischen Rekonstruktion von Szenen können auf einen Betrachter der rekonstruierten Szene störend wirken.
Es hängt von der Charakteristik der verwendeten Lichtmodulationseinrichtung ab, welche Beugungsordnung für die holographische Rekonstruktion einer Szene verwendet wird. Im FaI! einer Phasenmodulation wird hierfür üblicherweise die nullte Beugungsordnung verwendet, im Fall einer Amplitudenmodulation üblicherweise die 1. bzw. -1. Beugungsordnung. Die folgenden
Ausführungsbeispiele beziehen sich auf eine Rekonstruktion in der nullten Beugungsordnung, sind jedoch auch auf andere Beugungsordnungen anwendbar.
In Figur 1 ist daher eine Vorrichtung zur Eliminierung von ungewünschtem Licht wenigstens einer Beugungsordnung dargestellt. Die Vorrichtung weist eine Beleuchtungseinrichtung 1 , eine Lichtmodulationseinrichtung 2 und ein winkeiselektives optisches Element 3 auf. Die Beleuchtungseinrichtung 1 und die Lichtmodulationseinrichtung 2 können jeweils verschiedene Typen von
Beleuchtungseinrichtungen bzw. Lichtmoduiationseinrichtungen vorsehen. In den aufgeführten Ausführungsbeispielen wird keine Festlegung auf einen speziellen Ausführungstyp vorgenommen. Eine derartige Vorrichtung kann beispielsweise in einer Projektionseinrichtung zur holographischen Rekonstruktion von insbesondere dreidimensionalen Szenen eingesetzt werden. Selbstverständlich ist es auch möglich die Vorrichtung in anderen Einrichtungen, in welchen ungewünschtes Licht beseitigt werden soll, einzusetzen. Aus der Lichtmodulationseinrichtung 2 tritt gebeugtes und ungebeugtes Licht nach der Modulation aus. Die unterschiedlichen Beugungsordnungen unterscheiden sich dabei in ihren Beugungswinkeln, d. h., dass Licht 1. Beugungsordnung unter einem anderen Winkel aus der Lichtmodulationseinrichtung 2 austritt als beispielsweise Licht nuüter Beugungsordnung oder Licht 2. Beugungsordnung. In der Figur 1 sind nur die nullte, die 1. und die -1. Beugungsordnung dargestellt. Bei einer Beleuchtung mit parallelem Licht besitzt das Licht in der nullten Beugungsordnung eine Richtung von 0°, wobei das Licht in der 1.
Beugungsordnung und der -1. Beugungsordnung jeweils andere Richtungen aufweist bzw. sich unter einem anderen Winkel in Richtung des winkelselektiven optischen Elements 3 ausbreitet.
Wie in diesem Ausführungsbeispiel dargestellt, treffen die Lichtstrahlen nullter Beugungsordnung, 1. Beugungsordnung und -1. Beugungsordnung nach der Lichtmodulationseinrichtung 2 auf das winkelselektive optische Element 3. Dieses winkelselektive optische Element 3 ist dabei derart ausgeführt, dass es das Licht nullter Beugungsordnung hindurchiässt und das Licht der 1. Beugungsordnung und der -1. Beugungsordnung absorbiert. Es ist ebenfalls möglich, das Licht der 1. Beugungsordnung und der -1. Beugungsordnung mittels des winkelselektiven optischen Elements 3 zu reflektieren und beispielsweise zur Eliminierung zu einer Lichtfalle zu lenken. Auf diese Weise lassen sich somit Lichtstrahlen 1.
Beugungsordnung und Lichtstrahlen -1. Beugungsordnung eliminieren bzw. auslöschen. Selbstverständlich kann auch auf diese Weise Licht nullter Beugungsordnung oder auch Licht höherer Beugungsordnungen eliminiert werden. Das winkelselektive optische Element 3 ist jedoch derart konzipiert, dass es nur Licht einer Beugungsordnung transmittiert bzw. durchlässt. Dies bedeutet, dass zur EJiminierung von Licht anderer Beugungsordnungen jeweils ein weiteres, anders konzipiertes winkelselektives optisches Element notwendig ist. Um jedoch diesen erheblichen Aufwand zu vermeiden, ist es auch möglich, das winkelselektive optische Element 3 je nach Eliminierung von ungewünschtem Licht wenigstens einer Beugungsordnung zu einer optischen Achse 4 der Vorrichtung entsprechend zu neigen.
Das winkelselektive optische Element 3 kann beispielsweise als Filter ausgeführt sein, wobei es speziell als Bandpass, Hochpass oder Tiefpass gefertigt werden kann. Durch die Charakteristik des winkelselektiven optischen Elements 3 können Lichtstrahlen bestimmter Beugungsordnungen gezielt ausgewählt, ausgelöscht oder auch abgelenkt werden. Dabei kann auch vorgesehen sein, dass die gewünschte Charakteristik des winkelselektiven optischen Elements 3 durch Kombination mehrerer einzelner winkelselektiver optischer Elemente 3 mit jeweils unterschiedlicher Transmission erreicht wird.
Bei einer farbigen Rekonstruktion von Szenen ist zu beachten, dass die Eliminierung des ungewünschten Lichts einer Beugungsordnung pro monochromatische Lichtfarbe getrennt durchgeführt wird, da das winkelselektive optische Element 3 jeweils entsprechend der Wellenlänge λ des Licht angepasst ist.
Das winkelselektive optische Element 3 kann unterschiedlich, wie die nachfolgenden Ausführungsbeispiele entsprechend den Figuren 2 und 3 zeigen, ausgeführt sein.
In Figur 2 weist das winkelselektive optische Element 3 eine transparente Platte 5, insbesondere eine Glasplatte, auf, auf welcher jeweils an Oberflächen
teilreflektierende Schichten 6 vorgesehen sind. Das von der Lichtmodulationseinrichtung 2 modulierte Licht fällt auf das winkelselektive optische Element 3, wobei in diesem Ausführungsbeispie! die nullte Beugungsordnung und die 1. Beugungsordnung dargestellt sind. Zwischen den teilreflektierenden Schichten 6 treten Mehrfachreflexionen der Lichtstrahlen auf. Bei jeder Reflexion wird der Lichtstrahl teilweise reflektiert und teilweise transmittiert. Die transmittierten, hier gestrichelt dargestellten Strahlen interferieren miteinander in einer Viefstrahlinterferenz, die abhängig von der Phasendifferenz bzw. dem optischen Weg unterschied konstruktiv oder destruktiv ist. Dieser optische Wegunterschied hängt von der optischen Dicke des winkelselektiven optischen Elements 3 und dem Winkel ab, unter dem die Lichtstrahlen auftreffen. Bei einem optischen Wegunterschied von λ/2 bzw. einer Phasendifferenz von π ist die Interferenz destruktiv, während sie bei einem optischen Weg unterschied von λ bzw. einer Phasendifferenz von 2π konstruktiv ist. Dasselbe gilt, wenn zum optischen Wegunterschied bzw. zur Phasendifferenz ganzzahlige Vielfache von λ bzw. 2π addiert bzw. subtrahiert werden. Aufgrund der Abhängigkeit vom Auftreffwinkel wird bei geeigneter Wahl der optischen Dicke des winkelselektiven optischen Elements 3 eine konstruktive Interferenz für die nullte Beugungsordnung und eine destruktive Interferenz für die 1. und -1. Beugungsordnung erreicht, wie dargestellt.
Der Grad der Auslöschung hängt von der RefSektivität der teilreflektierenden Schichten 6 ab. Je höher die Reflektivität ist, umso stärker ist die Auslöschung in den Winkelbereichen mit destruktiver Interferenz. Ebenso steigt mit der Reflektivität auch die Steilheit der Flanken der Filtercharakteristik, d.h. die
Trennung zwischen den Winkelbereichen mit Transmission und Auslöschung wird schärfer. Der Nachteil einer hohen Reflektivität ist jedoch, dass der Winkelbereich, in dem das winkelselektive optische Element 3 transmittiert, kleiner wird. Es muss daher ein Kompromiss zwischen Transmission der nullten Beugungsordnung und Auslöschung der 1. und
-1. Beugungsordnung durch Wahl der Reflektivität gefunden werden.
Ein Winkelbereich, der in Transmission destruktive Interferenz besitzt, interferiert im reflektierten Strahl konstruktiv. Es ist daher ebenfalls möglich, das winkelselektive optische Element 3 in Reflexion statt in Transmission zu verwenden. In diesem Fall sind die optische Dicke und die Reflektivität so zu wählen, dass die gewünschte Beugungsordnung in Reflexion konstruktive
Interferenz aufweist. Der Betrachter sieht dann die gewünschte Beugungsordnung nach Reflexion an dem winkelselektiven optischen Element 3.
Die Vielstrahl interferenz an einem winkelselektiven optischen Element 3, das zwei teilreffektierende Schichten aufweist, wird nicht nur jeweils einen Winkelbereich der Transmission und Auslöschung haben. Da die Interferenzen der mehrfach reflektierten Strahlen periodisch mit einer Phasendifferenz von 2π sind, wiederholen sich abwechselnd Winkelbereiche mit Transmission und Ausiöschung. Es ist daher schwierig, mit einem derartigen winkelselektiven optischen Element 3 nur eine Beugungsordnung zur Transmission bzw. Auslöschung zu selektieren.
Um dies jedoch zu erreichen, können mehrere winkelselektive optische Elemente 3 vorgesehen werden. Wenn mehrere winkelselektive optische Elemente 3 in Strahlrichtung hintereinander angeordnet sind, multiplizieren sich die Filtercharakteristiken. Daher lässt sich durch geeignete Kombination unterschiedlicher optischer Dicken der transparenten Platte 5 und Reaktivitäten der teilreflektierenden Schichten 6 der einzelnen winkelselektiven optischen Elemente 3 erreichen, dass beispielsweise nur eine Beugungsordnung zur Transmission selektiert wird. Es ist ebenso möglich, mehrere winkelselektive optische Elemente 3 miteinander zu kombinieren, die teilweise in Transmission und teilweise in Reflexion verwendet werden. Hierbei ist zu beachten, dass sich eine Beugungsordnung über einen Winkelbereich erstreckt. Daher ist innerhalb dieses Winkeibereichs eine möglichst konstante Transmission und am Rand eine möglichst hohe Filtersteilheit anzustreben.
Die Vielstrahlinterferenz wurde anhand eines winkelselektiven optischen Elements 3 erklärt, das auf jeder Seite eine teilreflektierende Schicht 6 aufweist. Stattdessen
kann auf jeder Seite des winkelselektiven optischen Elements 3 ein Vielfachschichtsystem aufgebracht werden. Das Vielfachschichtsystem weist mehrere übereinander liegende Schichten auf, die sich in ihren Dicken und/oder Brechungsindizes unterscheiden. Durch geeignete Kombination dieser Dicken und Brechungsindizes lässt sich der Winkelbereich der Transmission bzw.
Auslöschung sowie die Steilheit der Flanken der Filtercharakteristik einstellen.
Die Filtercharakteristik des winkelselektiven optischen Elements 3 lässt sich auch verändern, indem das winkelselektive optische Element 3 zur optischen Achse 4 geneigt bzw. der Winkel zwischen dem winkelseiektiven optischen Element 3 und der optischen Achse 4 verändert wird.
Ein derartig ausgeführtes winkefselektives optisches Element ist dahingehend von Vorteil, dass es leichter, in großer Größe und relativ kostengünstig herstellbar ist.
Eine weitere Möglichkeit der Ausführung eines winkelselektiven optischen Elements 3 entsprechend der Figur 2 wird nachfolgend beschrieben. Ein derartiges winkelselektives optisches Element 3 kann auch abstimmbar ausgeführt werden, um eine variable Auswahl von Beugungsordnungen zu erreichen. Dafür ist eine Schicht aus Flüssigkristallen anstelle der transparenten Platte 5 zwischen den teilreflektierenden Schichten 6 vorgesehen. Bei Anlegen eines elektrischen Feldes an die Flüssigkristallschicht 5 wird der Brechungsindex der Flüssigkristallschicht 5 und somit die optischen Eigenschaften des winkelselektiven optischen Elements 3 gesteuert und verändert. Auf diese Weise wird die optische Dicke über den Brechungsindex verändert. Somit lässt sich der Winkelbereich verschieben, in dem Beugungsordnungen zur Transmission bzw. Auslöschung selektiert werden.
Diese steuerbare Selektion von Beugungsordnungen ermöglicht beispielsweise in einer Projektionseinrichtung zur holographischen Rekonstruktion von Szenen eine sequentielle Rekonstruktion einer Szene in mehreren Beugungsordnungen. Dazu wird beispielsweise das winkelselektive optische Element 3 zur Transmission der nullten Beugungsordnung gesteuert und ein Teil der Szene in der nullten
Beugungsordnung rekonstruiert. Anschließend wird das winkelselektive optische Element 3 zur Transmission der 1 , Beugungsordnung gesteuert und ein weiterer Teil der Szene in der 1. Beugungsordnung rekonstruiert. Da sich die nullte und 1. Beugungsordnung im Winkel und somit im Rekonstruktionsort unterscheiden, vergrößert sich die darstellbare Szene. Dieses Verfahren kann auch auf weitere Beugungsordnungen erweitert werden. Geschieht die sequentielle Rekonstruktion der Szene mit ausreichender Rate, d.h. ca, 25 Hz, sieht das Auge eine zusammengesetzte Rekonstruktion. Die Rekonstruktion ist somit nicht mehr auf eine Beugungsordnung begrenzt.
Die sequentielle Rekonstruktion lässt sich beispielsweise auf die in der DE 103 53 439 offenbarte Einrichtung und Verfahren anwenden. Auf diese Weise lässt sich ein Betrachterfenster auf mehr als eine Beugungsordnung erweitern.
In Figur 3 ist ebenfalls eine Ausführungsform des winkelselektiven optischen Elements 3 in Verbindung mit der Vorrichtung zur Eliminierung von Licht wenigstens einer Beugungsordnung dargestellt. Das winkelselektive optische Element 3 weist in diesem Ausführungsbeispiel einen Körper 7 aus doppelbrechendem Material und ein Polarisationselement 8 auf. Das Polarisationselement 8 kann als Polarisationsfilter ausgeführt sein. Wie bekannt, bricht der Körper 7 aus doppelbrechendem Material einen einfallenden Strahl in zwei unterschiedliche Teilstrahlen (ordentlicher und außerordentlicher Strahl). Die Teilstrahlen weisen zueinander senkrechte Polarisation auf und erfahren unterschiedliche Brechungsindizes. Der hierbei eingesetzte doppelbrechende Körper 7 ist einachsig, wobei die Achse des Körpers 7 parallel zur optischen Achse 4 der Vorrichtung verläuft. Es ist selbstverständlich auch möglich, einen anderen doppelbrechenden Körper vorzusehen.
Zur Eliminierung von Licht einer ungewünschten Beugungsordnung wirkt dabei die Vorrichtung wie folgt. Das von der Lichtquelle 1 ausgesandte Licht trifft zur
Modulation auf die Lichtmodulationseinrichtung 2, wobei durch die Modulation das Licht in mehrere Lichtbündel unterschiedlicher Beugungsordnungen aufgeteilt wird. Zur Vereinfachung sind in Figur 3 nur zwei Lichtstrahlen nullter
Beugungsordnung und 1. Beugungsordnung dargestellt. Die beiden Lichtstrahlen unterschiedlicher Beugungsordnung treten aus der Lichtmodulationseinrichtung 2 unter verschiedenen Winkeln aus, wie bereits erwähnt. Diese Lichtstrahlen weisen beide denselben Polarisationszustand auf. Danach fallen die Lichtstrahlen nullten und 1. Beugungsordnung auf den doppelbrechenden Körper 7, wobei die
Lichtstrahlen somit auch in den doppelbrechenden Körper 7 unter verschiedenen Winkeln eintreten. Da die Achse des doppelbrechenden Körpers 7 in diesem Ausführungsbeispiel parallel zu dem Lichtstrahl nullter Beugungsordnung verläuft und dieser Lichtstrahl senkrecht auf eine Oberfläche des doppelbrechenden Körpers 7 trifft, tritt somit keine räumliche Aufspaltung in ordentliches und außerordentliches Licht auf. Das bedeutet, dass der doppelbrechende Körper 7 die Orientierung der Polarisation des Lichts nullter Beugungsordnung nicht beeinflusst. Das Licht tritt mit derselben Orientierung der Polarisation aus wie es in den doppelbrechenden Körper 7 eintritt. Das Licht 1. Beugungsordnung fällt jedoch unter einem Winkel auf den doppelbrechenden Körper 7, wodurch eine räumliche Aufspaltung des Lichts in den ordentlichen und den außerordentlichen Strahl auftritt. Beide Teilstrahlen haben eine unterschiedliche Ausbreitungsgeschwindigkeit, wodurch der eine Teilstrahl dem anderen Teilstrahl vorauseilt. Nachdem beide Teilstrahlen den doppelbrechenden Körper 7 durchdrungen haben, besteht zwischen ihnen ein Gangunterschied, der zu einer Änderung des Poiarisationszustandes des transmittierten Lichts im Vergleich zum einfallenden Licht der 1. Beugungsordnung führt. Somit weisen die aus den doppelbrechenden Körper 7 austretenden Lichtstrahlen der nullten Beugungsordnung und der 1. Beugungsordnung unterschiedliche Polarisationszustände auf, beispielsweise linear polarisiertes Licht. Diese
Lichtstrahlen treffen danach auf das nachgeschaltete Polarisationselement 8. Das Polarisationselement 8 ist dabei derart ausgeführt, dass dieses nur Licht der gewünschten Beugungsordnung durchlässt, wie erkennbar hier Licht nullter Beugungsordnung. Das Licht der 1. Beugungsordnung ist in diesem Ausführungsbeispiel nicht gewünscht und wird somit mittels des
Polarisationselements 8 absorbiert bzw. abgeblockt. Wenn die Achse des doppelbrechenden Körpers 7 nicht parallel zu der optischen Achse der Vorrichtung verläuft, sondern senkrecht dazu, dann sind die Maße bzw. Eigenschaften des
doppelbrechenden Körpers 7 so zu wählen, dass die austretenden Lichtstrahlen nullter Beugungsordnung und 1. Beugungsordnung unterschiedliche Polarisationszustände aufweisen.
Es ist selbstverständlich auch möglich mittels des doppelbrechenden Körpers 7 andere Polarisationszustände, wie z.B. elliptisch polarisiertes Licht, zu erreichen. Jedoch kann ein derartig vorliegendes Licht nicht mehr mit einem linearen Polarisationselement 8, wie in dem oben aufgeführten Ausführungsbeispiel erwähnt, selektiert werden. Hierfür sind dann dafür geeignete Polarisationselemente, wie z.B. λ/4-Platten, vorzusehen. Des Weiteren ist es denkbar, den doppelbrechenden Körper 7 mit dem Polarisationselement 8 direkt zu kombinieren bzw. miteinander zu verbinden.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel sieht vor, dass das winkelselektive optische Element 3 zur Selektion von Licht der gewünschten Beugungsordnung(en) konfigurierbar ausgestaltet ist. Dafür kann beispielsweise der steuerbare doppelbrechende Körper 7 als Polarisationsrotator eingesetzt werden, mit dem die Polarisation von Licht einer bestimmten Beugungsordnung geeignet gedreht und danach von einem Polarisationsefement 8, z.B. einem Polarisationsfilter, transmitted wird. Ein derartiger steuerbarer Polarisationsdreher kann beispielsweise ein Flüssigkristallelement (LCD) sein. Die Steuerung der Polarisationsdrehungen kann durch Änderung der angelegten Spannung an den doppelbrechenden Körper 7 erfolgen. Auf diese Weise lassen sich z.B. sequentiell die Lichtstrahlen der Beugungsordnungen einzeln selektieren und Lichtstrahlen ungewünschter Beugungsordnungen eliminieren.
Es ist auch möglich, das Polarisationselement 8 mit einem steuerbaren Polarisationsrotator 7 als ein Element auszuführen. Demzufolge ist das Polarisationselement 8 als Flüssigkristallelement (LCD) ausgeführt, welches so wirkt, dass das Licht einer ungewünschten Beugungsordnung geblockt bzw. absorbiert wird. Beispielsweise kann das Polarisationselement 8 wie ein IPS-LCD (In Plane Switching LCD) wirken. Bei einem derartigen Polarisationselement 8 sind die Moleküle der Flüssigkristalle in einer Ebene ausgerichtet, wobei bei
Anlegen einer Spannung die Moleküle sich in dieser Ebene drehen. Dies bewirkt eine λ/2-Verzögerung zwischen dem ordentlichen und dem außerordentlichen Strahl. Zum Beispiel linear polarisiertes Licht wird dadurch gedreht und das Licht der ungewünschten Beugungsordnung wird somit abgeblockt.
Das winkelselektive optische Element 3 kann aber ebenfalls durch Vorsehen eines rotierbaren Polarisationselements 8 in Verbindung mit einem doppelbrechenden Körper 7 konfigurierbar ausgestaltet sein. Dadurch, dass das Polarisationselement 8 rotierbar ausgebildet ist, kann auch auf diese Weise sequentiell Licht der verschiedenen Beugungsordnungen einzeln selektiert und eliminiert werden. Auch hier ist es selbstverständlich möglich, mittels des doppetbrechenden Körpers 7 andere Polarisationszustände zu erreichen.
Mit den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen für ein winkelselektives optisches Element 3 ist es beispielsweise möglich, bei Einsatz dieses in einer Einrichtung zur holographischen Rekonstruktion von Szenen, einen nutzbaren Winkelbereich der Lichtmodulationseinrichtung 2 zu vergrößern. Dies bedeutet, dass ein Teil der Szene in der nullten Beugungsordnung rekonstruiert wird und ein anderer Teil der Szene anschließend in der 1. Beugungsordnung. Dies kann je nach gewünschter Größe der Szene mit mehreren Beugungsordnungen erfolgen. Dabei ist es jedoch notwendig, dass das Umschalten von einem Teil der Szene zu dem nächsten Teil hinreichend schnell erfolgt, wodurch die rekonstruierte Szene in ihrer Größe beeinflussbar ist bzw. vergrößert werden kann, ist dies der Fall, dann kann ein Betrachter eine große Szene, beispielsweise eine dreidimensionale Szene, in mehreren Beugungsordnungen beobachten.
In allen Ausführungsbeispielen können auch kleine Lichtmodulationseinrichtungen, wie beispielsweise LCoS (Liquid Crystal on Silicon) oder MEMS (Micro Electro Mechanical Systems), verwendet werden. Dadurch ist es möglich, dementsprechend kleine winkelselektive optische Elemente 3 einzusetzen. Die somit erforderlichen doppelbrechenden Körper 7 bzw. transparenten Platten bzw. Flüssigkristallschichten 5 können Aperturen in einer Größenordnung von ca. 10
mm aufweisen. Außerdem sind derartig kleine winkelselektive optische Elemente 3 einfacher realisierbar.
Mögliche Einsatzgebiete der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Eliminierung von Licht wenigstens einer Beugungsordnung sind beispielsweise in holographischen Projektionseinrichtungen für eine zwei- und/oder dreidimensionale Darstellung für den Privat- und Arbeitsbereich, wie beispielsweise für Computer, Mobiltelefone, Fernsehen, elektronische Spiele, Automobilindustrie zur Anzeige von Informationen oder der Unterhaltung, Medizintechnik oder auch für die Militärtechnik beispielsweise zur Darstellung von Geländeprofilen. Selbstverständlich kann die vorliegende Vorrichtung auch in anderen, hier nicht genannten Bereichen eingesetzt werden, in welchen Licht bestimmter Beugungsordnungen selektiert bzw. eliminiert werden muss.