WO2012084752A1 - Lichtmodulationseinrichtung - Google Patents

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WO2012084752A1
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polarization
birefringent
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Bo Kroll
Norbert Leister
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Seereal Technologies S.A.
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Definitions

  • the invention relates to a light modulation device with a spatial light modulator, a structured polarizer means, a controllable polarization means and a
  • the spatial light modulator has separately codable modulator cells. In each case two modulator cells can be combined to form a modulation element.
  • Interference-capable light waves of a propagating light wave field can be spatially structured with holographic information with the modulator cells in order to holographically reconstruct a specifiable spatial object light point distribution of a three-dimensional scene.
  • the modulator cells of each modulation element are arranged side by side or adjacent to one another with respect to the propagation direction of the propagating lightwave field.
  • the light to be modulated by juxtaposed modulator cells can be imprinted with different polarization states with the structured polarizer means.
  • one or each modulator cell can expediently be assigned a part of the structured polarizer means.
  • the structured polarizer means could be designed in such a way that the structured polarizer means each have areas with different areas
  • Such a region could have an extent which substantially corresponds to the cross-section of the modulator cell or column or rows of modulator cells associated with that region.
  • the lightwave multiplexing means is arranged and configured in such a way that the lightwave parts modulated by the modulator cells and different in their polarization state can be combined on the output side to form a modulated lightwave multiplex in such a way that the modulated lightwave multiplex essentially leaves at a common location and with substantially the same propagation direction.
  • a light modulation device of the type mentioned is for example from the
  • Light modulation device comprises lightwave multiplexing means, which are arranged and designed such that the modulated by adjacent modulator cells and in their
  • Polarization state different light wave parts output side together to form a modulated light wave multiplex in such a way that the modulated light wave multiplex in
  • spatial light modulators can advantageously be used with which, for example, the phase of the light which passes through a modulator cell can be changed in a predeterminable manner relative to the phase of the light which passes through another, adjacent modulator cell. If the light passing through the adjacent modulator cells is spatially superimposable and can be merged into a substantially same propagation direction to form a lightwave multiplex, the lightwave multiplex merged by the adjacent modulator cells can each serve as a complex hologram value, with which a three-dimensional scene can be reconstructed holographically.
  • the modulator cells of adjacent rows or columns of the spatial light modulator are combined in each case, so that corresponding modulation element rows or modulation element columns are formed.
  • the achievable with the display resolution of the three-dimensional scene is freely selectable in coding direction. In the direction perpendicular thereto (ie the sweet-spot direction), however, the scene resolution is limited by the number of modulator cells of the spatial light modulator (SLM) in this direction. However, this has the consequence that the resolution of the three-dimensional scene to be displayed is smaller in the direction perpendicular to the modulation element lines or modulation element columns.
  • Does the holographic display includes a spatial light modulator whose modulator cells can change the phase of the light interacting with the modulator cells, and a
  • Lightwave multiplexing having the functionality of light that passes through two modulator cells to combine into a complex valued lightwave multiplex, the scene resolution is halved compared to the number of modulation element columns.
  • the present invention is therefore based on the object of specifying and developing a light modulation device of the type mentioned, by which the aforementioned problems are overcome.
  • a reduction of the resolution of the reconstructed three-dimensional scene by the combination of light of adjacent modulator cells should be avoided.
  • the light modulation device of the aforementioned type is characterized in that in a first operating state of the controllable polarizing means light wave parts of two adjacent modulator cells and in a second operating state of controllable polarizing means light wave parts of two other adjacent modulator cells are joined together by the lightwave multiplexing means.
  • halving of the scene resolution can be avoided, in particular, by using a lightwave multiplexing device, which could work polarization-selective, in one direction, in particular in the incoherent direction, by a time-sequential display of two holograms or of two three-dimensional scenes takes place.
  • This can be done by switching the controllable polarizing means, whereby the polarization of the light before the
  • Three-dimensional scene usually reconstructed by a modulator cell column or modulator cell row shifted from each other. For example, for the ones shown first
  • modulator cells of columns 1 and 2 and columns 3 and 4 are each combined into a complex lightwave multiplex.
  • the light modulator device basically makes it possible to double the resulting scene resolution compared to the light modulation device known from WO 2010/149588 A1.
  • the light modulator device basically makes it possible to double the resulting scene resolution compared to the light modulation device known from WO 2010/149588 A1.
  • Light modulating device illuminating light wave field polarized.
  • Polarizer means is designed such that it realizes the optical function of a retardation plate, in particular that of a ⁇ / 2 plate or a ⁇ / 4 plate, at least for a first part of the light to be modulated by the modulator cells arranged next to one another.
  • the structured polarizer means has the optical function of a ⁇ / 2 plate particularly when the spatial light modulator and the lightwave multiplexing means are the same
  • Polarization are designed, for example, linear or circular.
  • the structured polarizer means has the optical function of a ⁇ / 4-plate in particular when the spatial
  • Light modulator and the Lichtwellenmultiplexstoff are designed for different polarization types, for example, linear and circular.
  • the polarization of the light to be modulated by the modulator cells arranged next to one another can be changed in each case with the structured polarizer means.
  • a structured polarizer means in particular, means that the structured polarizer means has first spatial regions and second spatial regions which respectively impose a prescribable or different polarization on the light interacting with the structured polarizer means, the first spatial regions of a genus ( row or column) of modulator cells, and the second spatial regions could be associated with another genus of modulator cells.
  • the structured polarizing agent is a first modulator cell
  • the light passing through a second modulator cell can be imparted with a prescribable second polarization.
  • the predefinable first polarization is linear and perpendicular to a predeterminable second, linear polarization or the predeterminable first polarization is circular and with opposite direction of rotation to a predeterminable second, circular polarization.
  • the light wave field illuminating the light modulation device could be linearly or circularly polarized.
  • the controllable polarizing agent could comprise a liquid crystal-based optical component which imposes a prescribable polarization on the light interacting with the controllable polarizing agent. This is preferably planar, since a selective change in the polarization of the light at the level of the modulator cells is not absolutely necessary.
  • the lightwave multiplexing means could comprise a birefringent medium, which is designed and arranged such that the first
  • Modulator cell passing light emerges with a lateral offset from the birefringent medium to be assembled on the output side to a modulated lightwave multiplex in such a way that the modulated lightwave multiplex leaves the birefringent medium substantially at a common location and substantially the same direction of propagation.
  • the birefringent medium is preferably in the form of a plane-parallel birefringent plate or layer.
  • the birefringent medium could be followed by another birefringent medium having a dispersion suitable for chromatic correction.
  • another birefringent medium could be arranged downstream of the birefringent medium in the light propagation direction.
  • the birefringent medium is designed and arranged such that the light passing through a first modulator cell is substantially not deflected and that a second modulator cell exits the passing light with a lateral offset from the birefringent medium.
  • the further birefringent medium is designed and arranged such that the light passing through the second modulator cell is substantially not deflected and the first modulator cell exits the passing light with a lateral offset from the further birefringent medium, at the output side of the further birefringent medium to form a modulated lightwave multiplex in such a way that the modulated lightwave multiplex essentially leaves at a common location and with substantially the same propagation direction.
  • the further birefringent medium could have a suitable dispersion for the chromatic correction of the light passing through the two birefringent media.
  • the at least two birefringent media could have substantially plane-parallel interfaces.
  • a delay plate which is preferably in the form of a ⁇ / 2 plate, could be arranged between the two birefringent media.
  • the polarization properties of the lightwave field, the patterned polarizer, the controllable polarizer and the optical properties of the birefringent medium or birefringent media are to be chosen such that the desired effect occurs, namely that of the modulated lightwave multiplex of the light modulated by two adjacent modulator cells in a common location and substantially the same
  • the lightwave multiplexing means comprises a first deflection layer.
  • a second deflection layer is arranged downstream of the first deflection layer at a predeterminable distance.
  • the optical property of the first deflection layer could be designed such that the light passing through the first modulator cell in the
  • the optical property of the second deflection layer is designed in such a way that the light passing through the first modulator cell is substantially not deflected and the light passing through the second modulator cell is deflected by a second predeterminable angle.
  • the amount of the second predetermined angle could be substantially equal to the amount of the first predetermined angle. Accordingly, the third is
  • Embodiment in which a birefringent medium is used is used.
  • the optical property of the first deflection layer is configured in such a way that the light passing through the first modulator cell can be set by a first predeterminable one Angle deflected in a first direction and the second modulator cell passing light is deflected by a second predetermined angle in a second direction.
  • Property of the second deflection layer is configured such that the first
  • Modulator cell passing light is deflected by the first Wnkel.
  • the first angle could be substantially the same in magnitude as the second angle.
  • the lightwave multiplexing means comprises a first birefringent prism array and a second birefringent prism array.
  • the first birefringent prism field is designed and arranged such that the light passing through a first modulator cell can be deflected in a first direction.
  • the second birefringent prism field is arranged downstream of the first birefringent prism field at a predeterminable distance.
  • the second birefringent prism field is designed and arranged such that with the second birefringent prism field the light deflected by the first birefringent prism field can be deflected in a predeterminable direction and the undeflected light is not deflected by the second birefringent prism field.
  • the first and the second birefringent prism field could also be designed to be switchable, for example in a prism field-shaped medium embedded Liquid Crystals, which are electronically influenced such that the light passing through the birefringent prism field in an operating state of the switchable birefringent prism field in his
  • Polarization state of the switchable birefringent prism field changed and remains unchanged in another state of operation in its polarization state.
  • a deflection layer may include a layer having a hologram and / or a volume grating and / or a Bragg grating
  • two neighboring and horizontally juxtaposed modulator cells each become one
  • Modulation element combined so that a modulation elements column is formed.
  • two adjacent modulator cells which are arranged one below the other in the vertical direction are combined in each case into one modulation element in such a way that a row of modulation elements is formed.
  • controllable polarization means could be arranged in front of the lightwave multiplexing means.
  • controllable polarization means could be arranged in front of the lightwave multiplexing means.
  • the structured polarizer means may be arranged in front of the lightwave multiplexing means.
  • Polarizing means may be arranged before or after the structured polarizer means.
  • the controllable polarization means can be brought into the first operating state for the duration or during the duration of a frame.
  • the controllable polarization means can be brought into the second operating state for the duration or during the duration of the subsequent frame.
  • the spatial light modulator could be writable or codable depending on the operating state of the controllable polarizing means with information content.
  • the structured polarizer means is controllable and thus assumes the function of the controllable polarizing agent.
  • the light modulation device therefore does not comprise the structured polarizer means and the controllable polarization means, but only one optical component, namely a controllable structured polarization means.
  • the lightwave multiplexing means is followed by a polarization means, which acts as an analyzer, of a predeterminable optical property.
  • a polarization means which acts as an analyzer, of a predeterminable optical property.
  • the light leaving the light modulation device has a defined polarization state which, if appropriate, is arranged downstream of one of the light modulation devices
  • Light deflecting device may be required.
  • the distance between the spatial light modulator and the structured polarizer means is chosen to be low. It is then expedient to carry out the planar switching of the polarization of the light wave field illuminating the spatial light modulator with the controllable polarization means before the spatial light modulator, for example in an illumination device for the light modulation device.
  • LC modes liquid crystal or
  • Liquid crystal modes are used, which each realize a phase modulation for different input polarization. This is the case, for example, for in-plane modulating LC modes with circular polarization. In these, a phase modulation would take place, both for left circularly polarized light and right circularly polarized light.
  • the phase values for a fixed LC orientation differ depending on the direction of rotation of the circular polarization. However, this can be taken into account when writing the hologram into the spatial light modulator.
  • the switching of the polarization of the light wave field can also be done after the structured polarizer means and before the light enters the Lichtwellenmultiplexstoff.
  • the light modulation device according to the invention can be used in particular in the realization of a holographic display, as it is known in each case for example from the publications WO 2006/066919 A1 or WO 2006/027228 A1.
  • WO 2006/066919 A1 or WO 2006/027228 A1.
  • Fig. 1 shows a first embodiment of the present invention, in which above the
  • Light modulation device is shown in a second operating state
  • Fig. 2 shows a second embodiment of the present invention, wherein the above
  • Light modulation device is shown in a second operating state
  • FIGS. 3 to 10 are each an embodiment of a Lichtwellenmultiplexffens.
  • FIG. 1 shows a plan view of a first exemplary embodiment of the light modulation device in which the spatial light modulator SLM is used transmissively.
  • the collimated light wave field coming from the light source not shown in FIG. 1 and from the left side in FIG. 1 has a circular polarization according to the indicated rounded arrow.
  • the controllable polarization means S In the propagation direction of the light, first the controllable polarization means S, then the spatial light modulator SLM, then the structured polarizer means SQWP and finally the lightwave multiplexing means BC are arranged.
  • a circular polarization of the light is indicated in the figures with a rounded arrow, namely according to the direction of rotation of the rounded arrow left or right circularly polarized.
  • the spatial light modulator SLM works with an in-plane modulation of the liquid crystal molecules, as described for example in WO 201 1/039286 A1.
  • the structured polarizer means SQWP is designed such that it realizes the optical function of a structured ⁇ / 4 plate. Accordingly, with the structured polarizer means SQWP alternately for adjacent modulator cells 1, 2 respectively a horizontal or a vertical polarization of the structured polarizer means SQWP passing light is generated. This is indicated on the one hand with the double arrow and on the other hand with the circle and the dot in the middle in Fig. 1.
  • the lightwave multiplexing means BC selectively generates a lateral offset for light of a linear polarization P2 but not for the other polarization P1. That's how it works Lightwave multiplexing BC for light whose polarization direction is in the plane of the drawing (see double arrow at P2) a lateral offset. For light having a polarization direction perpendicular to the plane of the drawing, the lightwave multiplexing means BC does not generate a lateral offset. This light passes undistracted through the lightwave multiplexing agent BC.
  • the lightwave multiplexing agent for example, a lightwave multiplexing agent as shown in Figs. 3 to 10 can be used.
  • FIG. 1 six modulator cells 1, 2 of the spatial light modulator SLM are shown schematically, which is only a section of the spatial light modulator.
  • the spatial light modulator SLM as well as the other components shown in FIG. 1 are to be imagined enlarged upward, downward and out of the plane of the drawing.
  • light from the modulator cells 1, 2 is combined to form a modulation element ME1 by the lightwave multiplexing means BC.
  • controllable polarizing means S By appropriately driving the controllable polarizing means S with a control device, not shown, the input polarization of the light wave field can be changed. Thus, the controllable polarizing means S in the operating state shown in Fig. 1 above the
  • Light modulation device turned off, so that propagates the input polarization of the light wave field unchanged in the direction of the spatial light modulator SLM.
  • the controllable polarization means S is switched on, so that the input polarization of the light wave field propagates changed in the direction of the spatial light modulator SLM. This will be over the other
  • the polarization of the light after the structured polarizer means SQWP shifted by a modulator cell As a result, light from the modulator cells 2, 1 is combined to form a modulation element ME2 by the lightwave multiplexing means BC.
  • the coding of the spatial light modulator SLM is adapted to the operating states of the controllable polarization means SQWP or the light modulation device such that the
  • Phase values for the respective hologram are also written into the mutually associated combined modulation elements ME1, ME2 or in the modulation element columns.
  • the light leaving the lightwave multiplexing means BC, namely the lightwave multiplexing LMX, is in each case shifted by one modulation element column.
  • the controllable polarization means S may be formed, for example, in the form of a liquid crystal layer which can be driven by means of planar electrodes.
  • Shown in Fig. 1 is a structure with a transmissive spatial light modulator SLM.
  • the concept is also applicable to a reflective spatial light modulator SLM, which is shown in FIG. 2 shows a plan view of an exemplary embodiment of a reflective construction in which the switching of the polarization of the light takes place only after the structured polarizer means SWP.
  • the light of the light source LQ is coupled into a lighting device FL.
  • the illumination device FL is preferably designed as described in WO 2010/149583 A1, so that the coupled-in light is coupled out in the direction of the reflective spatial light modulator SLM as a light wave field LW.
  • the lightwave field LW is modulated by the modulator cells 1, 2 of the spatial light modulator SLM and reflected back toward the illumination device FL, in such a way that the light modulated by the modulator cells 1, 2 passes the illumination device FL without appreciable distraction.
  • the polarization of the light is correspondingly changed by the structured polarizer means SWP, in a manner comparable to FIG. 1.
  • Light modulation device or light which has been modulated by the modulator cells 2, 1, is combined to form a modulation element ME2, see the operating state of the light modulation device shown in Fig. 2 below.
  • the invention is not limited to the described embodiments.
  • FIGS. 3 to 10 show exemplary embodiments of lightwave multiplexing means which can be used in the light modulation device according to the invention.
  • Lightwave multiplexing agents are extensively included in international patent application WO 2010/149588 A1 and basically operate in the manner described therein
  • Optical multiplexing means In that regard, reference is also made in this respect to WO 2010/149588 A1.
  • 3 shows in a plan view a detail of a lightwave multiplexing means BC and a part of the spatial light modulator SLM with two modulator cells 1, 2 and a section of the structured polarizer means SWP.
  • the light passing through the modulator cell 2 is rotated in its polarization by 90 degrees by the / 2 plate, so that the light passing through the modulator cell 1 is polarized perpendicular to the light passing through the modulator cell 2.
  • the light incident on the modulator cells 1, 2 is already polarized correspondingly perpendicular to one another, the provision of a ⁇ / 2 plate between the modulator cell 2 and the
  • volume grid Not required.
  • the light passing through the modulator cell 1 be different, e.g. perpendicular - to which the modulator cell 2 passing light is polarized, so that the light which passes through a modulator cell, is deflected by the volume grating Vgl and the light, which the other
  • Modulator cell passes is not distracted by the volume grating Vgl.
  • the optical properties of the deflection layers Vgl, Vg2, Vg3, Vg4, Pg1, Pg2 and any delay plates provided and / or the optical properties of the birefringent media SP, SP1, SP2 and SP3 are selected such that potential
  • Beam deflections take place in each case in one direction, which substantially in the
  • the Lichtwellenmultiplexstoff BC not only with respect to a direction (for example, along a column of modulator cells) laterally offset, but laterally offset with respect to a first and a second direction.
  • the lightwave multiplexing means BC according to FIGS. 3 to 5 each have a first one
  • Vgl Deflection layer Vgl, Pg1 on.
  • the first deflection layer is
  • Vgl downstream of a predetermined distance d a second deflection layer Vg2, Pg2.
  • the optical property of the first deflection layer Vgl according to FIG. 3 is designed such that the light passing through the modulator cell 2 is substantially not deflected and the light passing through the modulator cell 1 is deflected by a first predeterminable angle ⁇ 1.
  • the optical property of the second deflection layer Vg2 is designed such that the Modulator cell 2 passing light substantially not deflected and the modulator cell 1 passing light is deflected by a second predetermined angle a2, wherein the amount of the second predetermined angle a2 is substantially equal to the amount of the first predetermined angle a1. Accordingly, by the lightwave multiplexing means BC shown in FIG. 3, the light modulated by the modulator cell 1 is given a lateral offset such that this light is superimposed on the light modulated by the modulator cell 2 such that both Light components essentially propagate in the same direction.
  • the optical property of the first deflection layer Pg1 according to FIG. 4 is configured in such a way that the light passing through the first modulator cell 1 is deflected by a first predeterminable angle a1 in a first direction and the light passing through the second modulator cell 2 is deflected by a second predeterminable angle a2 into a first direction second direction is deflected.
  • the optical property of the second deflection layer Pg2 is configured in such a way that the light passing through the first modulator cell 1 is deflected by the second angle a2 and the light passing through the second modulator cell 2 is deflected by the first angle a1 and that the first angle a1 increases in magnitude Substantially the same is the second Wnkel a2.
  • the optical property of the second deflection layer Pg2 could be configured such that the light passing through the first modulator cell 1 is deflected by the first angle a1 (in the opposite direction) and the light passing through the second modulator cell 2 is deflected by the second angle a2 (in the opposite direction ) and that the first angle a1 is substantially equal in magnitude to the second angle a2. This is shown in the first operating state of the light modulation device shown in Fig. 4 above. In the second operating state of the light modulation device shown in Fig. 4 below, the polarization of the incident
  • Modified lightwave field LW accordingly, so that in principle takes place the deflection of the light which passes from the respective modulator cells 1, 2 through the lightwave multiplexing means BC, comparable to the first operating state.
  • the lightwave multiplexing LMX is in each case formed by another modulator cell pair, which is shown in FIG. 4 below.
  • Fig. 5 shows in a schematic three-dimensional view basically the
  • Embodiment according to Figure 4 Two pixels (codable modulator cells) 1, 2, from which linearly polarized light (vertical arrows) exits, are followed by a structured ⁇ / 4 layer (structured polarizer SQWP), which, however, for clarity, as individual rectangles is drawn, but is designed as a continuous optical component.
  • the optical axis is rotated by +45 degrees for one pixel 1 and -45 degrees for the other pixel 2 for the polarization direction of the light from the spatial light modulator SLM (gray arrows in SQWP).
  • Circularly polarized light is generated by the ⁇ / 4 layer (indicated by rounded arrows).
  • Lightwave multiplexing agent BC the light according to its polarization. After the light has passed through a spacer DL (thin glass plate or polymer film) of appropriate thickness and is spatially superimposed, it is through a second polarization grating Pg2 of
  • Light wave multiplexing means BC deflected oppositely, so that light from both pixels 1, 2 emerges in parallel. Behind it is arranged a linear polarizer pole, with a polarization direction of optionally below 0 degrees or 90 degrees. Polarizing gratings themselves have the property that they change the direction of rotation of the circular polarization, from right circular to left circular and vice versa (this is also shown). This fact is for the application as
  • Beam combiner advantageous because it allows the use of two equal lattices (with the same orientation of the molecules in the grid) in the arrangement.
  • Circularly polarized light is deflected by the first grating Pg1, thereby changing the direction of rotation of its polarization and is therefore articulated by the second same grating Pg2 in the opposite direction.
  • Two identical grids Pg1, P2 one after the other in the beam path thus lead to the desired parallel offset and the beam combination.
  • the first polarization grating Pg1 is shown as two cuboid components. However, the first polarization grating Pg1 is realized in the form of a continuous optical component.
  • FIGS. 6 and 7 show another embodiment of a lightwave multiplexing means BC.
  • the lightwave multiplexing means BC has a plane-parallel shape
  • birefringent plate or layer formed birefringent medium SP which is formed and arranged, for example, with respect to its optical axis of the crystal that the first modulator cell 1 passing light substantially not deflected and a second modulator cell 2 passing light with a lateral offset from the birefringent medium (SP) emerges to the output side to a modulated
  • Lichtwellenmultiplex LMX substantially at a common location and leaves substantially the same direction of propagation.
  • lightwave multiplexing means BC shown in Fig. 7 light of different wavelengths is coupled, which is deflected in slightly different directions due to dispersion. This can lead to unwanted chromatic errors. To avoid this, according to the embodiment of the invention
  • birefringent media SP1, SP2 is then predeterminable and preferably depends on the ratio of the refractive index differences of the two birefringent media SP1, SP2 from a predeterminable wavelength of the light, for example green, to at least one further predeterminable wavelength of the light, for example red and blue.
  • FIG. 9 shows a further exemplary embodiment of a lightwave multiplexing device in which a further birefringent medium SP3 is arranged downstream of the birefringent medium SP1 in the light propagation direction.
  • the birefringent medium SP1 is such formed and arranged that the first modulator cell 1 passing light in
  • the further birefringent medium SP3 is designed and arranged such that the light passing through the second modulator cell 2 is substantially not deflected and the first modulator cell 1 exits the passing light with a lateral offset from the further birefringent medium SP3, at the output side of the further birefringent medium SP3 to a modulated lightwave multiplex LMX be assembled so that the modulated
  • the further birefringent medium SP3 could have a suitable dispersion for the chromatic correction of the light passing through the two birefringent media SP1, SP3.
  • the birefringent media SP, SP1, SP2, SP3 shown in FIGS. 6 to 9 have in the
  • a retardation plate in the form of a ⁇ / 2 plate, which rotates the polarization direction of the light passing through this layer by 90 degrees.
  • the optical axis (indicated by the double arrows) of SP1 and SP3 are oriented perpendicular to each other.
  • the birefringent medium SP; SP2; SP3 of the lightwave multiplexing means BC shown in FIGS. 6 to 9 each have an analyzer
  • Polarizing agent WGP Wi Grid Polarizer
  • the light passing through the modulator cell 2 is rotated in its polarization by 90 degrees by the / 2 plate, so that the light passing through the modulator cell 1 is polarized perpendicular to the light passing through the modulator cell 2.
  • the light incident on the modulator cells 1, 2 is already polarized correspondingly perpendicular to one another, the provision of a ⁇ / 2 plate between the modulator cell 2 and the
  • volume grid Not required.
  • the light passing through the modulator cell 1 be different, e.g. perpendicular - to which the modulator cell 2 passing light is polarized, so that the light which passes through a modulator cell, is deflected by the volume grating Vgl and the light which passes through the other modulator cell, is not deflected by the volume grating Vgl.
  • FIG. 10 shows a further exemplary embodiment of a lightwave multiplexing means BC, in which the lightwave multiplexing means BC has a first birefringent prism field PA1 and a second birefringent prism field PA2.
  • the first birefringent prism field PA1 is designed and arranged such that the first modulator cell passing light LW1 is deflected in a first direction.
  • the second modulator cell passing light LW2 is not distractable.
  • the second birefringent prism field PA2 is arranged downstream of the first birefringent prism field PA1 at a predeterminable distance d.
  • the second birefringent prism field PA2 is designed and arranged such that with the second birefringent prism field PA2, the light deflected by the first birefringent prism field PA1 can be deflected in a predeterminable direction. The undeflected light is not deflected by the second birefringent prism field PA2.
  • the birefringent prism field PA1, PA2 according to FIG. 10 is configured as follows: a prismatic birefringent material 100 and a second one do not
  • Birefringent material 110 for example a glass, are arranged one after the other in the optical beam path such that together they form a plane-parallel layer, namely a prism field PA1 or PA2.
  • a refractive index (for example, the ordinary refractive index) of the birefringent material 100 is adjusted to approximately match the refractive index of the second material 110. For this refractive index is therefore the interface between the two
  • Materials 100, 1 10 optically not effective. Light that is so polarized that the effective
  • Refractive index for the light path through the two materials 100, 1 10 corresponding to this refractive index is not deflected.
  • a different refractive index (for example for the extraordinary refractive index) of the birefringent material 100 results in a difference from the refractive index of the second material 110 and thus an optically effective interface between the two materials 100, 10 effective refractive index for the light path through the two materials 100, 1 10 this
  • the first birefringent prism field PA1 can contain similar primers for all modulator cells (not shown in FIG. 10).
  • the controllable polarizing means and the structured polarizer means (also not shown in Fig. 10) then adjust the polarization such that light in the prism array or prism array PA1, PA2 is deflectable for certain modulator cells and not for others.
  • Embodiments merely serve to describe the claimed teaching, but do not limit these to the embodiments.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lichtmodulationseinrichtung mit einem räumlichen Lichtmodulator, einem strukturierten Polarisatormittel, einem steuerbaren Polarisationsmittel und einem Lichtwellenmultiplexmittel. Der räumliche Lichtmodulator weist separat kodierbare Modulatorzellen (1, 2) auf. Jeweils zwei Modulatorzellen (1, 2) sind zu einem Modulationselement (ME1, ME2) kombinierbar. Mit den Modulatorzellen (1, 2) sind interferenzfähige Lichtwellen eines propagierenden Lichtwellenfeldes (LW) räumlich strukturiert mit holographischer Information modulierbar, um eine vorgebbare räumliche Objektlichtpunktverteilung einer dreidimensionalen Szene holographisch zu rekonstruieren. Die Modulatorzellen (1, 2) eines jeden Modulationselementes (ME1, ME2) sind bezüglich der Ausbreitungsrichtung des propagierenden Lichtwellenfeldes (LW) nebeneinander angeordnet. Dem von nebeneinander angeordneten Modulatorzellen (1, 2) zu modulierenden Licht sind mit dem strukturierten Polarisatormittel (SWP, SQWP) jeweils unterschiedliche Polarisationszustände aufprägbar. Das Lichtwellenmultiplexmittel (BC) ist derart angeordnet und ausgebildet, dass die von den Modulatorzellen (1, 2) modulierten und in ihrem Polarisationszustand unterschiedlichen Lichtwellenteile ausgangsseitig zu einem modulierten Lichtwellenmultiplex (LMX) derart zusammenfügbar sind, dass der modulierte Lichtwellenmultiplex (LMX) im Wesentlichen an einem gemeinsamen Ort und im Wesentlichen mit gleicher Ausbreitungsrichtung verlässt. Erfindungsgemäß ist die Lichtmodulationseinrichtung der eingangs genannten Art dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Betriebszustand des steuerbaren Polarisationsmittels (S) Lichtwellenteile von zwei benachbarten Modulatorzellen (1, 2) und in einem zweiten Betriebszustand des steuerbaren Polarisationsmittel (S) Lichtwellenteile von zwei anderen benachbarten Modulatorzellen (2, 1) durch das Lichtwellenmultiplexmittel (BC) zusammenfügbar sind.

Description

Lichtmodulationseinrichtung
Die Erfindung betrifft eine Lichtmodulationseinrichtung mit einem räumlichen Lichtmodulator, einem strukturierten Polarisatormittel, einem steuerbaren Polarisationsmittel und einem
Lichtwellenmultiplexmittel. Der räumliche Lichtmodulator weist separat kodierbare Modulatorzellen auf. Jeweils zwei Modulatorzellen sind zu einem Modulationselement kombinierbar. Mit den Modulatorzellen sind interferenzfähige Lichtwellen eines propagierenden Lichtwellenfeldes räumlich strukturiert mit holographischer Information modulierbar, um eine vorgebbare räumliche Objektlichtpunktverteilung einer dreidimensionalen Szene holographisch zu rekonstruieren. Die Modulatorzellen eines jeden Modulationselementes sind bezüglich der Ausbreitungsrichtung des propagierenden Lichtwellenfeldes nebeneinander bzw. benachbart angeordnet. Dem von nebeneinander angeordneten Modulatorzellen zu modulierenden Licht sind mit dem strukturierten Polarisatormittel jeweils unterschiedliche Polarisationszustände aufprägbar. Es kann hierzu zweckmäßigerweise einer bzw. jeder Modulatorzelle ein Teil des strukturierten Polarisatormittels zugeordnet sein. So könnte beispielsweise das strukturierte Polarisatormittel derart ausgebildet sein, dass das strukturierte Polarisatormittel jeweils Bereiche mit unterschiedlichen
Polarisationseigenschaften aufweist. Ein solcher Bereich könnte ein Ausmaß aufweisen, welcher im Wesentlichen dem Querschnitt der diesem Bereich zugeordneten Modulatorzelle oder Spalte oder Zeilen von Modulatorzellen entspricht. Das Lichtwellenmultiplexmittel ist derart angeordnet und ausgebildet, dass die von den Modulatorzellen modulierten und in ihrem Polarisationszustand unterschiedlichen Lichtwellenteile ausgangsseitig zu einem modulierten Lichtwellenmultiplex derart zusammenfügbar sind, dass der modulierte Lichtwellenmultiplex im Wesentlichen an einem gemeinsamen Ort und im Wesentlichen mit gleicher Ausbreitungsrichtung verlässt.
Eine Lichtmodulationsvorrichtung der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der
internationalen Patentanmeldung WO 2010/149588 A1 bekannt. Die darin beschriebene
Lichtmodulationsvorrichtung umfasst Lichtwellenmultiplexmittel, welche derart angeordnet und ausgebildet sind, dass die von benachbarten Modulatorzellen modulierten und in ihrem
Polarisationszustand unterschiedlichen Lichtwellenteile ausgangsseitig zu einem modulierten Lichtwellenmultiplex derart zusammenfügen, dass der modulierte Lichtwellenmultiplex im
Wesentlichen an einem gemeinsamen Ort und im Wesentlichen mit gleicher Ausbreitungsrichtung verlässt. Hierdurch können in vorteilhafter Weise räumliche Lichtmodulatoren eingesetzt werden, mit welchen z.B. die Phase des Lichts, welches durch eine Modulatorzelle gelangt, gegenüber der Phase des Lichts, welches durch eine andere, benachbarte Modulatorzelle gelangt, vorgebbarer veränderbar ist. Wenn das die benachbarten Modulatorzellen passierende Licht räumlich überlagerbar ist und sich in eine im Wesentlichen gleiche Ausbreitungsrichtung ausbreitend zu einem Lichtwellenmultiplex zusammenführen lässt, kann der durch die benachbarten Modulatorzellen zusammengeführte Lichtwellenmultiplex jeweils als ein komplexer Hologrammwert dienen, mit welchem eine dreidimensionale Szene holographisch rekonstruiert werden kann. Bei der Lichtmodulationseinrichtung gemäß der WO 2010/149588 A1 werden insbesondere für ein holografisches Display mit einer Single Parallax (1 d) Codierung die Modulatorzellen benachbarter Zeilen oder Spalten des räumlichen Lichtmodulators jeweils zusammengefasst, so dass entsprechend Modulationselemente-Zeilen oder Modulationselemente-Spalten gebildet werden. Die mit dem Display erzielbare Auflösung der dreidimensionalen Szene ist in Codierungsrichtung frei wählbar. In der dazu senkrechten Richtung (d.h. der Sweet-Spot Richtung) ist die Szeneauflösung jedoch durch die Zahl der Modulatorzellen des räumlichen Lichtmodulators (SLM) in dieser Richtung begrenzt. Dies hat jedoch zur Folge, dass in der zu den Modulationselemente-Zeilen oder Modulationselemente-Spalten jeweils senkrechten Richtung die Auflösung der darzustellenden dreidimensionalen Szene geringer ist. Ohne
Beschränkung der Allgemeinheit sei im Folgenden angenommen, dass eine Vertikale Parallaxe Codierung vorliegt. Dann wäre also die Szeneauflösung in vertikaler Richtung wählbar, aber in horizontaler Richtung durch die Zahl der Pixelspalten begrenzt. Da die hier beschriebene erfindungsgemäße Lichtmodulationseinrichtung die in der WO 2010/149588 A1 beschriebene Lichtmodulationseinrichtung weiterbilden kann und da im Folgenden auch auf die in der WO
2010/149588 A1 beschriebene Lichtmodulationseinrichtung Bezug genommen wird, wird der Offenbarungsgehalt der WO 2010/149588 A1 hiermit vollumfänglich einbezogen.
Enthält das holografische Display einen räumlichen Lichtmodulator, dessen Modulatorzellen die Phase des mit den Modulatorzellen wechselwirkenden Lichts verändern können, und ein
Lichtwellenmultiplexmittel mit der Funktionalität Licht, welches zwei Modulatorzellen passiert, zu einem komplexwertigen Lichtwellenmultiplex zu kombinieren, so ist die Szeneauflösung im Vergleich zur Zahl der Modulationselemente-Spalten halbiert.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Lichtmodulationseinrichtung der eingangs genannten Art anzugeben und weiterzubilden, durch welche die vorgenannten Probleme überwunden werden. Insbesondere soll eine Verringerung der Auflösung der rekonstruierten dreidimensionalen Szene durch das Zusammenfassen von Licht benachbarter Modulatorzellen vermieden werden.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Lehre des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Erfindungsgemäß ist die Lichtmodulationseinrichtung der eingangs genannten Art dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Betriebszustand des steuerbaren Polarisationsmittels Lichtwellenteile von zwei benachbarten Modulatorzellen und in einem zweiten Betriebszustand des steuerbaren Polarisationsmittels Lichtwellenteile von zwei anderen benachbarten Modulatorzellen durch das Lichtwellenmultiplexmittel zusammenfügbar sind.
Erfindungsgemäß ist zunächst erkannt worden, dass eine Halbierung der Szenenauflösung insbesondere dann vermieden werden kann, wenn in einer Richtung, insbesondere in der inkohärenten Richtung, durch die Verwendung eines Lichtwellenmultiplexmittels, welches polarisationsselektiv arbeiten könnte, durch eine zeitsequentielle Anzeige von zwei Hologrammen bzw. von zwei dreidimensionalen Szenen erfolgt. Dies kann durch das Umschalten des steuerbaren Polarisationsmittels erfolgen, wodurch die Polarisation des Lichts vor dem
Lichtwellenmultiplexmittel verändert wird, so dass in dem einen ersten Betriebszustand des steuerbaren Polarisationsmittels die Lichtwellenteile von zwei benachbarten Modulatorzellen und in einem zweiten Betriebszustand des steuerbaren Polarisationsmittels die Lichtwellenteile von zwei anderen benachbarten Modulatorzellen von dem Lichtwellenmultiplexmittel zusammengeführt werden. Die zwei anderen benachbarten Modulatorzellen können hierbei gegenüber den zwei benachbarten Modulatorzellen um eine Modulatorzelle versetzt sein. Mit dieser Maßnahme werden am Ausgang des Lichtwellenmultiplexmittels eine erste und eine zweite rekonstruierte
dreidimensionale Szene in der Regel um eine Modulatorzellen-Spalte bzw. Modulatorzellen-Zeile zueinander verschoben rekonstruiert. Beispielsweise werden für die zuerst gezeigte
dreidimensionale Szene die Modulatorzellen der Spalten 1 und 2 sowie der Spalten 3 und 4 (usw.) jeweils zu einem komplexen Wert kombiniert. Für die danach gezeigte dreidimensionale Szene werden Modulatorzellen der Spalten 2 und 3 sowie der Spalten 4 und 5 (usw.) jeweils zu einem komplexen Lichtwellenmultiplex kombiniert.
Daher ist in vorteilhafter Weise mit der erfindungsgemäßen Lichtmodulationseinrichtung grundsätzlich eine Verdoppelung der resultierenden Szeneauflösung verglichen zu der aus der WO 2010/149588 A1 bekannten Lichtmodulationseinrichtung möglich. In einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist das die
Lichtmodulationseinrichtung beleuchtende Lichtwellenfeld polarisiert. Das strukturierte
Polarisatormittel ist derart ausgebildet, dass es zumindest für einen ersten Teil des von den nebeneinander angeordneten Modulatorzellen zu modulierenden Lichts die optische Funktion einer Verzögerungsplatte realisiert, insbesondere die einer λ/2-Platte oder einer λ/4-Platte. Das strukturierte Polarisatormittel weist insbesondere dann die optische Funktion einer λ/2-Platte auf, wenn der räumliche Lichtmodulator und das Lichtwellenmultiplexmittel für die gleiche
Polarisationsart ausgelegt sind, zum Beispiel linear oder zirkulär. Das strukturierte Polarisatormittel weist insbesondere dann die optische Funktion einer λ/4-Platte auf, wenn der räumliche
Lichtmodulator und das Lichtwellenmultiplexmittel für unterschiedliche Polarisationsarten ausgelegt sind, zum Beispiel linear und zirkulär. Insoweit kann mit dem strukturierten Polarisatormittel die Polarisation des von den nebeneinander angeordneten Modulatorzellen zu modulierenden Lichts jeweils verändert werden. In der
Zusammenwirkung mit dem steuerbaren Polarisationsmittel kann dann jeweils das Licht, welches von unterschiedlichen benachbarten Modulatorzellen moduliert wird, zusammengefasst werden. Als ein strukturiertes Polarisatormittel ist in diesem Zusammenhang insbesondere zu verstehen, dass das strukturierte Polarisatormittel erste räumliche Bereiche und zweite räumliche Bereiche aufweist, welche dem mit dem strukturierten Polarisatormittel wechselwirkenden Licht jeweils eine vorgebbare bzw. unterschiedliche Polarisation aufprägen, wobei die ersten räumlichen Bereiche einer Gattung (zum Beispiel Zeile oder Spalte) von Modulatorzellen und die zweiten räumlichen Bereiche einer anderen Gattung von Modulatorzellen zugeordnet sein könnten.
Bevorzugt ist mit dem strukturierten Polarisationsmittel dem eine erste Modulatorzelle
passierenden Licht eine vorgebbare erste Polarisation aufprägbar. Dem eine zweite Modulatorzelle passierenden Licht ist eine vorgebbare zweite Polarisation aufprägbar. Die vorgebbare erste Polarisation ist linear und senkrecht zu einer vorgebbaren zweiten, linearen Polarisation oder die vorgebbare erste Polarisation ist zirkulär und mit entgegengerichtetem Drehsinn zu einer vorgebbaren zweiten, zirkulären Polarisation.
Das die Lichtmodulationseinrichtung beleuchtende Lichtwellenfeld könnte linear oder zirkulär polarisiert sein.
Das steuerbare Polarisationsmittel könnte ein auf Liquid Crystal basierendes optisches Bauteil aufweisen, welches dem mit dem steuerbaren Polarisationsmittel wechselwirkenden Licht eine vorgebbare Polarisation aufprägt. Dies erfolgt vorzugsweise flächenhaft, da eine selektive Änderung der Polarisation des Lichts auf der Ebene der Modulatorzellen nicht zwingend erforderlich ist.
Im Folgenden werden verschiedene Ausführungen des Lichtwellenmultiplexmittels beschrieben, welche im Zusammenhang mit der vorliegenden erfindungsgemäßen Lichtmodulationseinrichtung zum Einsatz kommen können.
Gemäß einer ersten Ausführung könnte das Lichtwellenmultiplexmittel ein doppelbrechendes Medium aufweisen, welches derart ausgebildet und angeordnet ist, dass das eine erste
Modulatorzelle passierende Licht im Wesentlichen nicht abgelenkt und das eine zweite
Modulatorzelle passierende Licht mit einem lateralen Versatz aus dem doppelbrechenden Medium austritt, um ausgangsseitig zu einem modulierten Lichtwellenmultiplex derart zusammengefügt zu werden, dass der modulierte Lichtwellenmultiplex das doppelbrechende Medium im Wesentlichen an einem gemeinsamen Ort und im Wesentlichen mit gleicher Ausbreitungsrichtung verlässt. Das doppelbrechende Medium ist vorzugsweise in Form einer planparallelen doppelbrechenden Platte oder Schicht ausgebildet. Dem doppelbrechenden Medium könnte ein weiteres doppelbrechendes Medium mit einer zur chromatischen Korrektur geeigneten Dispersion nachgeordnet sein. In einer weiteren Ausführung könnte in Lichtausbreitungsrichtung dem doppelbrechenden Medium ein weiteres doppelbrechendes Medium nachgeordnet sein. Das doppelbrechende Medium ist derart ausgebildet und angeordnet, dass das eine erste Modulatorzelle passierende Licht im Wesentlichen nicht abgelenkt und das eine zweite Modulatorzelle das passierende Licht mit einem lateralen Versatz aus dem doppelbrechenden Medium austritt. Das weitere doppelbrechende Medium ist derart ausgebildet und angeordnet, dass das die zweite Modulatorzelle passierende Licht im Wesentlichen nicht abgelenkt und das die erste Modulatorzelle das passierende Licht mit einem lateralen Versatz aus dem weiteren doppelbrechenden Medium austritt, um ausgangsseitig des weiteren doppelbrechenden Mediums zu einem modulierten Lichtwellenmultiplex derart zusammengefügt zu werden, dass der modulierte Lichtwellenmultiplex im Wesentlichen an einem gemeinsamen Ort und im Wesentlichen mit gleicher Ausbreitungsrichtung verlässt. Das weitere doppelbrechende Medium könnte für das die beiden doppelbrechenden Medien durchlaufende Licht zur chromatischen Korrektur eine geeignete Dispersion aufweisen.
Die mindestens zwei doppelbrechende Medien könnten im Wesentlichen planparallel angeordnete Grenzflächen aufweisen. Alternativ oder zusätzlich könnte zwischen den zwei doppelbrechenden Medien eine Verzögerungsplatte angeordnet sein, welche vorzugsweise in Form einer λ/2-Platte ausgebildet ist.
Zu der oben beschriebenen ersten und zweiten Ausführung sind die Polarisationseigenschaften des Lichtwellenfelds, des strukturierten Polarisatormittels, des steuerbaren Polarisationsmittels sowie die optischen Eigenschaften des doppelbrechenden Mediums bzw. der doppelbrechenden Medien derart zu wählen, dass der gewünschte Effekt eintritt, nämlich dass der modulierte Lichtwellenmultiplex, welcher von dem Licht, welches von zwei benachbarten Modulatorzellen moduliert wurde, an einem gemeinsamen Ort und im Wesentlichen mit gleicher
Ausbreitungsrichtung die Lichtmodulationseinrichtung verlässt. In einer dritten Ausführung weist das Lichtwellenmultiplexmittel eine erste Ablenkungsschicht auf. In Lichtausbreitungsrichtung ist der ersten Ablenkungsschicht in einem vorgebbaren Abstand eine zweite Ablenkungsschicht nachgeordnet. Die optische Eigenschaft der ersten Ablenkungsschicht könnte derart ausgestaltet sein, dass das die erste Modulatorzelle passierende Licht im
Wesentlichen nicht abgelenkt und das die zweite Modulatorzelle passierende Licht um einen ersten vorgebbaren Wnkel abgelenkt wird. Die optische Eigenschaft der zweiten Ablenkungsschicht ist derart ausgestaltet, dass das die erste Modulatorzelle passierende Licht im Wesentlichen nicht abgelenkt und das die zweite Modulatorzelle passierende Licht um einen zweiten vorgebbaren Wnkel abgelenkt wird. Der Betrag des zweiten vorgebbaren Winkels könnte im Wesentlichen gleich dem Betrag des ersten vorgebbaren Winkels sein. Dementsprechend ist die dritte
Ausführung mit den zwei Ablenkungsschichten grundsätzlich vergleichbar zu der ersten
Ausführung, bei welcher ein doppelbrechendes Medium zum Einsatz kommt.
Gemäß einer vierten Ausführung ist die optische Eigenschaft der ersten Ablenkungsschicht derart ausgestaltet, dass das die erste Modulatorzelle passierende Licht um einen ersten vorgebbaren Winkel in eine erste Richtung abgelenkt und das die zweite Modulatorzelle passierende Licht um einen zweiten vorgebbaren Winkel in eine zweite Richtung abgelenkt wird. Die optische
Eigenschaft der zweiten Ablenkungsschicht ist derart ausgestaltet, dass das die erste
Modulatorzelle passierende Licht um den zweiten Wnkel abgelenkt und das die zweite
Modulatorzelle passierende Licht um den ersten Wnkel abgelenkt wird. Der erste Winkel könnte dem Betrag nach im Wesentlichen gleichen dem zweiten Wnkel sein.
Gemäß einer fünften Ausführung weist das Lichtwellenmultiplexmittel ein erstes doppelbrechendes Prismenfeld bzw. Prismenarray und ein zweites doppelbrechendes Prismenfeld bzw. Prismenarray auf. Das erste doppelbrechende Prismenfeld ist derart ausgebildet und angeordnet, dass das eine erste Modulatorzelle passierende Licht in eine erste Richtung ablenkbar ist. Das eine zweite
Modulatorzelle passierende Licht ist nicht ablenkbar. In Lichtausbreitungsrichtung ist dem ersten doppelbrechenden Prismenfeld das zweite doppelbrechende Prismenfeld in einem vorgebbaren Abstand nachgeordnet. Das zweite doppelbrechende Prismenfeld ist derart ausgebildet und angeordnet, dass mit dem zweiten doppelbrechenden Prismenfeld das von dem ersten doppelbrechenden Prismenfeld abgelenkte Licht in eine vorgebbare Richtung ablenkbar ist und dass das nicht abgelenkte Licht von dem zweiten doppelbrechenden Prismenfeld nicht abgelenkt wird. Das erste und das zweite doppelbrechende Prismenfeld könnte auch schaltbar ausgeführt sein, beispielsweise in einem prismenfeldförmigen Medium eingebettete Liquid Crystals, welche elektronisch derart beeinflussbar sind, dass das das doppelbrechende Prismenfeld durchlaufende Licht in einem Betriebszustand des schaltbaren doppelbrechenden Prismenfelds in seinem
Polarisationszustand von dem schaltbaren doppelbrechenden Prismenfeld geändert und in einem anderen Betriebszustand in seinem Polarisationszustand unverändert bleibt.
In der dritten bis zur fünften Ausführung kann eine Ablenkungsschicht eine ein Hologramm und/oder ein Volumengitter und/oder ein Bragg-Gitter aufweisende Schicht oder ein
Polarisationsgitter aufweisen.
Gemäß einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform werden jeweils zwei benachbarte und in horizontaler Richtung nebeneinander angeordnete Modulatorzellen zu jeweils einem
Modulationselement derart kombiniert, dass eine Modulationselemente-Spalte gebildet wird. In einer alternativen Ausführungsform werden jeweils zwei benachbarte und in vertikaler Richtung untereinander angeordnete Modulatorzellen zu jeweils einem Modulationselement derart kombiniert, dass eine Modulationselemente-Zeile gebildet wird.
Hinsichtlich der Anordnung der optischen Komponenten der Lichtmodulationseinrichtung sind folgende Möglichkeiten vorgesehen:
Bezüglich der Lichtausbreitungsrichtung könnte das steuerbare Polarisationsmittel vor dem Lichtwellenmultiplexmittel angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich könnte bezüglich der
Lichtausbreitungsrichtung das strukturierte Polarisatormittel vor dem Lichtwellenmultiplexmittel angeordnet sein. Bezüglich der Lichtausbreitungsrichtung könnte das steuerbare
Polarisationsmittel vor oder nach dem strukturierten Polarisatormittel angeordnet sein. Gemäß einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform ist das steuerbare Polarisationsmittel für die Dauer oder während der Dauer eines Frames in den ersten Betriebszustand verbringbar. Das steuerbare Polarisationsmittel ist für die Dauer oder während der Dauer des darauffolgenden Frames in den zweiten Betriebszustand verbringbar. Der räumliche Lichtmodulator könnte in Abhängigkeit des Betriebszustands des steuerbaren Polarisationsmittels mit Informationsinhalt beschreibbar bzw. kodierbar sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das strukturierte Polarisatormittel steuerbar ausgebildet und übernimmt somit die Funktion des steuerbaren Polarisationsmittels. In diesem Fall umfasst die Lichtmodulationseinrichtung daher nicht das strukturierte Polarisatormittel und das steuerbare Polarisationsmittel, sondern lediglich ein optisches Bauteil, nämlich ein steuerbares strukturiertes Polarisationsmittel.
Bevorzugt ist in Lichtausbreitungsrichtung dem Lichtwellenmultiplexmittel ein als Analysator wirkendes Polarisationsmittel vorgebbarer optischer Eigenschaft nachgeordnet. Hierdurch weist das die Lichtmodulationseinrichtung verlassende Licht einen definierten Polarisationszustand auf, welcher für eine der Lichtmodulationseinrichtung gegebenenfalls nachgeordneten
Lichtablenkeinrichtung erforderlich sein kann.
Vorzugsweise wird der Abstand zwischen dem räumlichen Lichtmodulator und dem strukturierten Polarisatormittel gering gewählt. Dann ist es zweckmäßig, die flächenhafte Umschaltung der Polarisation des den räumlichen Lichtmodulator beleuchtenden Lichtwellenfelds mit dem steuerbaren Polarisationsmittel bereits vor dem räumlichen Lichtmodulator durchzuführen, beispielsweise in einer Beleuchtungseinrichtung für die Lichtmodulationseinrichtung.
Bevorzugt werden für den räumlichen Lichtmodulator solche LC Moden (Liquid Crystal bzw.
Flüssigkristall-Moden) eingesetzt, welche jeweils eine Phasenmodulation für unterschiedliche Eingangspolarisation realisieren. Dies ist zum Beispiel der Fall für in-plane modulierende LC Moden mit zirkularer Polarisation. Bei diesen würde eine Phasenmodulation erfolgen, sowohl für linkszirkular polarisiertes Licht als auch für rechtszirkular polarisiertes Licht. Die Phasenwerte für eine feste LC Orientierung unterscheiden sich zwar je nach Drehsinn der zirkulären Polarisation. Das kann jedoch beim Einschreiben des Hologramms in den räumlichen Lichtmodulator berücksichtigt werden. Die Umschaltung der Polarisation des Lichtwellenfelds kann aber auch nach dem strukturierten Polarisatormittel und vor dem Eintritt des Lichts in das Lichtwellenmultiplexmittel erfolgen.
Die erfindungsgemäße Lichtmodulationseinrichtung kann insbesondere bei der Realisierung eines holographischen Displays eingesetzt werden, wie es jeweils beispielsweise aus den Druckschriften WO 2006/066919 A1 oder WO 2006/027228 A1 bekannt ist. Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In
Verbindung mit der Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigen jeweils in einer schematischen Darstellung
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei welchem oben die
Lichtmodulationseinrichtung in einem ersten Betriebszustand und unten dieselbe
Lichtmodulationseinrichtung in einem zweiten Betriebszustand gezeigt ist,
Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei welchem oben die
Lichtmodulationseinrichtung in einem ersten Betriebszustand und unten dieselbe
Lichtmodulationseinrichtung in einem zweiten Betriebszustand gezeigt ist, und
Fig. 3 bis 10 jeweils ein Ausführungsbeispiel eines Lichtwellenmultiplexmittels.
In den Figuren sind ähnliche oder identische Bauteile mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
Fig. 1 zeigt in einer Aufsicht ein erstes Ausführungsbeispiel der Lichtmodulationseinrichtung, bei welcher der räumliche Lichtmodulator SLM transmissiv eingesetzt wird. Das von der in Fig. 1 nicht gezeigten Lichtquelle und von der linken Seite in Fig. 1 kommende kollimierte Lichtwellenfeld weist eine zirkulär Polarisation gemäß dem angedeuteten abgerundeten Pfeil auf. In Ausbreitungsrichtung des Lichts ist zunächst das steuerbare Polarisationsmittel S, dann der räumliche Lichtmodulator SLM, dann das strukturierte Polarisatormittel SQWP und schließlich das Lichtwellenmultiplexmittel BC angeordnet. Eine zirkuläre Polarisation des Lichts ist in den Fig. mit einem abgerundeten Pfeil gekennzeichnet, und zwar entsprechend dem Drehsinn des abgerundeten Pfeils links- oder rechts zirkulär polarisiert.
Der räumliche Lichtmodulator SLM arbeitet mit einer in-plane Modulation der Liquid Crystal Moleküle, wie dies beispielsweise in der WO 201 1/039286 A1 beschrieben ist. Das strukturierte Polarisatormittel SQWP ist derart ausgebildet, dass es die optische Funktion einer strukturierten λ/4-Platte realisiert. Demgemäß wird mit dem strukturierten Polarisatormittel SQWP abwechselnd für benachbarte Modulatorzellen 1 , 2 jeweils eine horizontale oder eine vertikale Polarisation des das strukturierte Polarisatormittel SQWP durchlaufenden Lichts erzeugt. Dies ist einerseits mit dem Doppelpfeil und andererseits mit dem Kreis und dem Punkt in der Mitte in Fig. 1 angedeutet.
Das Lichtwellenmultiplexmittel BC erzeugt selektiv für Licht einer linearen Polarisation P2 einen lateralen Versatz, für die andere Polarisation P1 aber nicht. So erzeugt das Lichtwellenmultiplexmittel BC für Licht, dessen Polarisationsrichtung in der Zeichenebene liegt (siehe Doppelpfeil bei P2) einen lateralen Versatz. Für Licht mit einer Polarisationsrichtung senkrecht zur Zeichenebene erzeugt das Lichtwellenmultiplexmittel BC keinen lateralen Versatz. Dies Licht durchläuft unabgelenkt das Lichtwellenmultiplexmittel BC. Als Lichtwellenmultiplexmittel kann beispielsweise ein Lichtwellenmultiplexmittel verwendet werden, wie es in den Fig. 3 bis 10 gezeigt ist.
In Fig. 1 sind schematisch sechs Modulatorzellen 1 , 2 des räumlichen Lichtmodulators SLM gezeigt, wobei es sich hierbei lediglich um einen Ausschnitt des räumlichen Lichtmodulators handelt. Der räumliche Lichtmodulator SLM sowie die anderen in Figur 1 gezeigten Komponenten sind nach oben, unten und aus der Zeichenebene heraus sich vergrößert vorzustellen. In dem oben gezeigten Betriebszustand der Lichtmodulationseinrichtung aus Fig. 1 werden durch das Lichtwellenmultiplexmittel BC jeweils Licht der Modulatorzellen 1 , 2 zu einem Modulationselement ME1 zusammengefasst.
Durch entsprechendes Ansteuern des steuerbaren Polarisationsmittels S mit einer nicht gezeigten Steuereinrichtung kann die Eingangspolarisation des Lichtwellenfelds verändert werden. So ist das steuerbare Polarisationsmittel S in dem in Fig. 1 oben gezeigten Betriebszustand der
Lichtmodulationseinrichtung ausgeschaltet, so dass die Eingangspolarisation des Lichtwellenfelds unverändert in Richtung des räumlichen Lichtmodulators SLM propagiert. In dem in Fig. 1 unten gezeigten Betriebszustand der Lichtmodulationseinrichtung ist das steuerbare Polarisationsmittel S eingeschaltet, so dass die Eingangspolarisation des Lichtwellenfelds verändert in Richtung des räumlichen Lichtmodulators SLM propagiert. Dadurch wird gegenüber dem anderen
Betriebszustand die Polarisation des Lichts nach dem strukturierten Polarisatormittel SQWP um eine Modulatorzelle verschoben. Hierdurch werden durch das Lichtwellenmultiplexmittel BC jeweils Licht der Modulatorzellen 2, 1 zu einem Modulationselement ME2 zusammengefasst. Die Kodierung des räumlichen Lichtmodulators SLM wird an die Betriebszustände des steuerbaren Polarisationsmittels SQWP bzw. der Lichtmodulationseinrichtung so angepasst, dass die
Phasenwerte für das jeweilige Hologramm auch in die einander zugeordneten kombinierten Modulationselemente ME1 , ME2 bzw. in die Modulationselement-Spalten eingeschrieben werden. Das das Lichtwellenmultiplexmittel BC verlassende Licht, nämlich der Lichtwellenmultiplex LMX, ist jeweils um eine Modulationselement-Spalte verschoben.
Daher ist in vorteilhafter Weise mit der erfindungsgemäßen Lichtmodulationseinrichtung grundsätzlich eine Verdoppelung der resultierenden räumlichen Szeneauflösung möglich, und zwar durch das Umschalten der Polarisation des Lichts in Verbindung mit dem Einschreiben von entsprechenden Hologrammdaten. Das steuerbare Polarisationsmittel S kann beispielsweise in Form einer über flächige Elektroden ansteuerbaren Liquid Crystal Schicht ausgebildet sein. Gezeigt ist in Fig. 1 ein Aufbau mit einem transmissiven räumlichen Lichtmodulator SLM. Das Konzept ist auch für einen reflektiven räumlichen Lichtmodulator SLM anwendbar, was in Fig. 2 gezeigt ist. Fig. 2 zeigt in einer Aufsicht ein Ausführungsbeispiel für einen reflektiven Aufbau, bei dem das Umschalten der Polarisation des Lichts erst nach dem strukturierten Polarisatormittel SWP erfolgt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das Licht der Lichtquelle LQ in eine Beleuchtungseinrichtung FL eingekoppelt. Die Beleuchtungseinrichtung FL ist vorzugsweise ausgebildet, wie in der WO 2010/149583 A1 beschrieben, so dass das eingekoppelte Licht in Richtung des reflektiv arbeitenden räumlichen Lichtmodulators SLM flächig als Lichtwellenfeld LW ausgekoppelt wird. Dort wird das Lichtwellenfeld LW von den Modulatorzellen 1 , 2 des räumlichen Lichtmodulators SLM moduliert und zurück in Richtung der Beleuchtungseinrichtung FL reflektiert, und zwar derart, dass das von den Modulatorzellen 1 , 2 modulierte Licht ohne nennenswerte Ablenkung die Beleuchtungseinrichtung FL passiert. Von dem strukturierten Polarisatormittel SWP wird die Polarisation des Lichts entsprechend verändert, und zwar in einer zur Fig. 1 vergleichbaren Weise. So liegt nämlich nach dem Passieren des Lichts durch das strukturierte Polarisatormittel SWP entweder eine lineare Polarisation in Richtung der Zeichenebene (Doppelpfeil, P2) oder senkrecht zur Zeichenebene (Kreis mit Punkt, P1 ) vor. Durch das Lichtwellenmultiplexmittel BC wird wieder Licht, welches von den Modulatorzellen 1 , 2 moduliert wurde, zu einem Modulationselement ME1 zusammengefasst, siehe den Betriebszustand der in Fig. 2 oben gezeigten
Lichtmodulationseinrichtung, oder Licht, welches von den Modulatorzellen 2, 1 moduliert wurde, wird zu einem Modulationselement ME2 zusammengefasst, siehe den Betriebszustand der in Fig. 2 unten gezeigten Lichtmodulationseinrichtung.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausgestaltungen beschränkt. Insbesondere sind andere Kombinationen von reflektiven und/oder transmissiven Anordnungen und der Reihenfolge von steuerbarem Polarisationsmittel, räumlichem Lichtmodulator und strukturiertem
Polarisatormittel möglich.
Die Fig. 3 bis 10 zeigen Ausführungsbeispiele von Lichtwellenmultiplexmitteln, welche in der erfindungsgemäßen Lichtmodulationseinrichtung eingesetzt werden können. Diese
Lichtwellenmultiplexmittel sind weitgehend in der internationalen Patentanmeldung WO 2010/149588 A1 enthalten und arbeiten grundsätzlich in der dort beschriebenen Art und Weise als
Lichtwellenmultiplexmittel. Insoweit wird diesbezüglich auch Bezug auf die WO 2010/149588 A1 genommen. Fig. 3 zeigt in einer Aufsicht einen Ausschnitt eines Lichtwellenmultiplexmittels BC sowie einen Teil des räumlichen Lichtmodulators SLM mit zwei Modulatorzellen 1 , 2 und einen Ausschnitt des strukturierten Polarisatormittels SWP.
In Fig. 3 ist zwischen der Modulatorzelle 2 und dem Volumengitter Vgl eine λ/2-Platte
eingezeichnet. Eine λ/2-Platte vorzusehen wäre dann erforderlich, wenn das auf die
Modulatorzellen 1 , 2 einfallende Licht lediglich eine vorgebbare Polarisation, beispielsweise eine lineare TE-Polarisation, aufweist. In diesem Fall wird das die Modulatorzelle 2 passierende Licht von der /2-Platte in seiner Polarisation um 90 Grad gedreht, so dass das die Modulatorzelle 1 durchlaufende Licht senkrecht zu dem die Modulatorzelle 2 durchlaufenden Licht polarisiert ist. Falls das auf die Modulatorzellen 1 , 2 einfallende Licht bereits entsprechend senkrecht zueinander polarisiert ist, ist das Vorsehen einer λ/2-Platte zwischen der Modulatorzelle 2 und dem
Volumengitter Vgl nicht erforderlich. Mit anderen Worten kommt es also darauf an, dass das die Modulatorzelle 1 durchlaufende Licht unterschiedlich - z.B. senkrecht - zu dem die Modulatorzelle 2 durchlaufenden Licht polarisiert ist, so dass das Licht, welches die eine Modulatorzelle durchläuft, von dem Volumengitter Vgl abgelenkt wird und das Licht, welches die anderen
Modulatorzelle durchläuft, von dem Volumengitter Vgl nicht abgelenkt wird. Diese Ausführungen treffen für die Fig. 6 bis 10 in vergleichbarer Weise zu.
In den Fig. 3 bis 5 sind die optischen Eigenschaften der Ablenkungsschichten Vgl , Vg2, Vg3, Vg4, Pg1 , Pg2 sowie ggf. vorgesehener Verzögerungsplatten und/oder die optischen Eigenschaften der doppelbrechenden Medien SP, SP1 , SP2 und SP3 derart gewählt, dass eventuelle
Strahlablenkungen jeweils in einer Richtung erfolgen, welche im Wesentlichen in der
Zeichenebene der jeweiligen Figur liegt. Es sind jedoch noch andere Konfigurationen der optischen Eigenschaften der beteiligten Komponenten denkbar, bei welchen eventuelle Strahlablenkungen jeweils in einer Richtung erfolgen, welche auch aus der Zeichenebene der jeweiligen Figur heraus orientiert sind. Insoweit verlässt dann ein modulierter Lichtwellenmultiplex LMX eines
Modulationselements das Lichtwellenmultiplexmittel BC nicht lediglich bezüglich einer Richtung (z.B. entlang einer Spalte der Modulatorzellen) lateral versetzt, sondern bezüglich einer ersten und einer zweiten Richtung lateral versetzt.
Die Lichtwellenmultiplexmittel BC gemäß den Fig. 3 bis 5 weisen jeweils eine erste
Ablenkungsschicht Vgl , Pg1 auf. In Lichtausbreitungsrichtung ist der ersten Ablenkungsschicht
Vgl , Pg1 in einem vorgebbaren Abstand d eine zweite Ablenkungsschicht Vg2, Pg2 nachgeordnet.
Die optische Eigenschaft der ersten Ablenkungsschicht Vgl gemäß Fig. 3 ist derart ausgestaltet, dass das die Modulatorzelle 2 passierende Licht im Wesentlichen nicht abgelenkt und das die Modulatorzelle 1 passierende Licht um einen ersten vorgebbaren Wnkel a1 abgelenkt wird. Die optische Eigenschaft der zweiten Ablenkungsschicht Vg2 ist derart ausgestaltet, dass das die Modulatorzelle 2 passierende Licht im Wesentlichen nicht abgelenkt und das die Modulatorzelle 1 passierende Licht um einen zweiten vorgebbaren Winkel a2 abgelenkt wird, wobei der Betrag des zweiten vorgebbaren Winkels a2 im Wesentlichen gleich dem Betrag des ersten vorgebbaren Wnkels a1 ist. Demgemäß wird durch das Lichtwellenmultiplexmittel BC gemäß Fig. 3 das Licht, welches von der Modulatorzelle 1 moduliert wird, mit einem lateralen Versatz derart versehen, dass dieses Licht dem Licht überlagert wird, welches von der Modulatorzelle 2 moduliert wird, und zwar derart, dass beide Lichtanteile sich im Wesentlichen in die gleiche Richtung ausbreiten.
Die optische Eigenschaft der ersten Ablenkungsschicht Pg1 gemäß Fig. 4 ist derart ausgestaltet, dass das die erste Modulatorzelle 1 passierende Licht um einen ersten vorgebbaren Wnkel a1 in eine erste Richtung abgelenkt und das die zweite Modulatorzelle 2 passierende Licht um einen zweiten vorgebbaren Wnkel a2 in eine zweite Richtung abgelenkt wird. Die optische Eigenschaft der zweiten Ablenkungsschicht Pg2 ist derart ausgestaltet, dass das die erste Modulatorzelle 1 passierende Licht um den zweiten Wnkel a2 abgelenkt und das die zweite Modulatorzelle 2 passierende Licht um den ersten Winkel a1 abgelenkt wird und dass der erste Wnkel a1 dem Betrag nach im Wesentlichen gleichen dem zweiten Wnkel a2 ist. Alternativ hierzu könnte die optische Eigenschaft der zweiten Ablenkungsschicht Pg2 derart ausgestaltet sein, dass das die erste Modulatorzelle 1 passierende Licht um den ersten Wnkel a1 (in entgegengesetzter Richtung) abgelenkt und das die zweite Modulatorzelle 2 passierende Licht um den zweiten Winkel a2 (in entgegengesetzter Richtung) abgelenkt wird und dass der erste Winkel a1 dem Betrag nach im Wesentlichen gleichen dem zweiten Winkel a2 ist. Dies ist in dem in Fig. 4 oben gezeigten ersten Betriebszustand der Lichtmodulationseinrichtung gezeigt. In dem in Fig. 4 unten gezeigten zweiten Betriebszustand der Lichtmodulationseinrichtung ist die Polarisation des einfallenden
Lichtwellenfeldes LW entsprechend verändert, so dass grundsätzlich die Ablenkung des Lichts, welches aus den jeweiligen Modulatorzellen 1 , 2 durch das Lichtwellenmultiplexmittel BC gelangt, vergleichbar zu dem ersten Betriebszustand erfolgt. Jedoch wird in dem zweiten Betriebszustand der Lichtwellenmultiplex LMX jeweils von einem anderen Modulatorzellenpaar gebildet, was Fig. 4 unten entnehmbar ist.
Fig. 5 zeigt in einer schematischen dreidimensionalen Ansicht grundsätzlich das
Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4. Zwei Pixel (kodierbare Modulatorzellen) 1 , 2, aus denen linear polarisiertes Licht (vertikale Pfeile) austritt, sind gefolgt von einer strukturierten λ/4 Schicht (strukturiertes Polarisatormittel SQWP), welche jedoch aus Gründen der Übersichtlichkeit als einzelne Rechtecke eingezeichnet ist, jedoch als durchgehendes optisches Bauteil ausgebildet ist. Die optische Achse ist bei dem einen Pixel 1 um +45 Grad und bei dem anderen Pixel 2 um -45 Grad zur Polarisationsrichtung des Lichtes aus dem räumlichen Lichtmodulator SLM gedreht (graue Pfeile bei SQWP). Durch die λ/4 Schicht wird jeweils zirkulär polarisiertes Licht generiert (eingezeichnet als abgerundete Pfeile).
Gemäß dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 5 lenkt ein erstes Polarisationsgitter Pg1 des
Lichtwellenmultiplexmittels BC das Licht entsprechend seiner Polarisation ab. Nachdem das Licht einen Abstandshalter DL (dünne Glasplatte oder Polymerfolie) geeigneter Dicke durchlaufen hat und räumlich überlagert ist, wird es durch ein zweites Polarisationsgitter Pg2 des
Lichtwellenmultiplexmittels BC entgegengesetzt abgelenkt, so dass Licht von beiden Pixeln 1 , 2 parallel austritt. Dahinter ist ein linearer Polarisator Pol angeordnet, mit einer Polarisationsrichtung von wahlweise unter 0 Grad oder 90 Grad. Polarisationsgitter selbst haben die Eigenschaft, dass sie die Drehrichtung der zirkulären Polarisation verändern, von rechtszirkular nach linkszirkular und umgekehrt (dies ist ebenfalls eingezeichnet). Diese Tatsache ist für die Anwendung als
Strahlkombinierer vorteilhaft, denn es erlaubt die Verwendung von zwei gleichen Gittern (mit gleicher Orientierung der Moleküle im Gitter) in der Anordnung. Zirkular polarisiertes Licht wird vom ersten Gitter Pg1 abgelenkt, ändert dabei die Drehrichtung seiner Polarisation und wird deshalb vom zweiten gleichen Gitter Pg2 in die entgegengesetzte Richtung angelenkt. Zwei gleiche Gitter Pg1 , P2 nacheinander im Strahlengang führen also zu dem gewünschten Parallelversatz und zur Strahlvereinigung. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist das erste Polarisationsgitter Pg1 als zwei quaderförmige Bauteile eingezeichnet. Das erste Polarisationsgitter Pg1 ist jedoch in Form eines durchgehenden optischen Bauteils realisiert.
In den Fig. 6 und 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Lichtwellenmultiplexmittels BC gezeigt. Das Lichtwellenmultiplexmittel BC weist ein in Form einer planparallelen
doppelbrechenden Platte oder Schicht ausgebildetes doppelbrechendes Medium SP auf, welches derart ausgebildet und beispielsweise bezüglich seiner optischen Achse des Kristalls angeordnet ist, dass das eine erste Modulatorzelle 1 passierende Licht im Wesentlichen nicht abgelenkt und das eine zweite Modulatorzelle 2 passierende Licht mit einem lateralen Versatz aus dem doppelbrechenden Medium (SP) austritt, um ausgangsseitig zu einem modulierten
Lichtwellenmultiplex LMX derart zusammengefügt zu werden, dass der modulierte
Lichtwellenmultiplex LMX im Wesentlichen an einem gemeinsamen Ort und im Wesentlichen mit gleicher Ausbreitungsrichtung verlässt. In dem in Fig. 7 gezeigten Lichtwellenmultiplexmittel BC wird Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen eingekoppelt, welches auf Grund von Dispersion in leicht unterschiedliche Richtungen abgelenkt wird. Dies kann zu unerwünschten chromatischen Fehlern führen. Um dies zu vermeiden, ist gemäß dem Ausführungsbeispiel des
Lichtwellenmultiplexmittels BC gemäß Figur 8 in Lichtausbreitungsrichtung dem doppelbrechenden Medium SP1 mit einer normalen oder anormalen Dispersion ein weiteres doppelbrechendes Medium SP2 mit einer anormalen oder normalen Dispersion, d.h. einer entsprechend
entgegengesetzten Dispersion, nachgeordnet. Das Verhältnis der Dicken der zwei
doppelbrechenden Medien SP1 , SP2 ist dann vorgebbar und hängt vorzugsweise von dem Verhältnis der Brechungsindexunterschiede der zwei doppelbrechenden Medien SP1 , SP2 von einer vorgebbaren Wellenlänge des Lichts, beispielsweise grün, zu mindestens einer weiteren vorgebbaren Wellenlänge des Lichts ab, beispielsweise rot und blau.
In Fig. 9 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Lichtwellenmultiplexmittels gezeigt, bei welchem in Lichtausbreitungsrichtung dem doppelbrechenden Medium SP1 ein weiteres doppelbrechendes Medium SP3 nachgeordnet ist. Das doppelbrechende Medium SP1 ist derart ausgebildet und angeordnet, dass das eine erste Modulatorzelle 1 passierende Licht im
Wesentlichen nicht abgelenkt und das eine zweite Modulatorzelle 2 passierende Licht mit einem lateralen Versatz aus dem doppelbrechenden Medium SP1 austritt. Das weitere doppelbrechende Medium SP3 ist derart ausgebildet und angeordnet, dass das die zweite Modulatorzelle 2 passierende Licht im Wesentlichen nicht abgelenkt und das die erste Modulatorzelle 1 das passierende Licht mit einem lateralen Versatz aus dem weiteren doppelbrechenden Medium SP3 austritt, um ausgangsseitig des weiteren doppelbrechenden Mediums SP3 zu einem modulierten Lichtwellenmultiplex LMX derart zusammengefügt zu werden, dass der modulierte
Lichtwellenmultiplex LMX im Wesentlichen an einem gemeinsamen Ort und im Wesentlichen mit gleicher Ausbreitungsrichtung verlässt. Das weitere doppelbrechende Medium SP3 könnte für das die beiden doppelbrechenden Medien SP1 , SP3 durchlaufende Licht zur chromatischen Korrektur eine geeignete Dispersion aufweist.
Die in den Fig. 6 bis 9 gezeigten doppelbrechende Medien SP, SP1 , SP2, SP3 weisen im
Wesentlichen planparallel angeordnete Grenzflächen auf. Zwischen den zwei doppelbrechenden Medien SP1 , SP3 des Lichtwellenmultiplexmittels BC aus Fig. 9 ist eine in Form einer λ/2-Platte ausgebildete Verzögerungsplatte angeordnet, welche die Polarisationsrichtung des diese Schicht durchlaufenden Lichts um 90 Grad dreht. Die optischen Achse (angedeutet durch die Doppelpfeile) von SP1 und SP3 sind senkrecht zueinander orientiert.
In Lichtausbreitungsrichtung ist dem doppelbrechenden Medium SP; SP2; SP3 der in den Figuren 6 bis 9 gezeigten Lichtwellenmultiplexmittel BC jeweils ein als Analysator wirkendes
Polarisationsmittel WGP (Wre Grid Polarisator) vorgebbarer optischer Eigenschaft nachgeordnet.
In Fig. 3 ist zwischen der Modulatorzelle 2 und dem Volumengitter Vgl eine λ/2-Platte
eingezeichnet. Eine λ/2-Platte vorzusehen wäre dann erforderlich, wenn das auf die
Modulatorzellen 1 , 2 einfallende Licht lediglich eine vorgebbare Polarisation, beispielsweise eine lineare TE-Polarisation, aufweist. In diesem Fall wird das die Modulatorzelle 2 passierende Licht von der /2-Platte in seiner Polarisation um 90 Grad gedreht, so dass das die Modulatorzelle 1 durchlaufende Licht senkrecht zu dem die Modulatorzelle 2 durchlaufenden Licht polarisiert ist. Falls das auf die Modulatorzellen 1 , 2 einfallende Licht bereits entsprechend senkrecht zueinander polarisiert ist, ist das Vorsehen einer λ/2-Platte zwischen der Modulatorzelle 2 und dem
Volumengitter Vgl nicht erforderlich. Mit anderen Worten kommt es also darauf an, dass das die Modulatorzelle 1 durchlaufende Licht unterschiedlich - z.B. senkrecht - zu dem die Modulatorzelle 2 durchlaufenden Licht polarisiert ist, so dass das Licht, welches die eine Modulatorzelle durchläuft, von dem Volumengitter Vgl abgelenkt wird und das Licht, welches die anderen Modulatorzelle durchläuft, von dem Volumengitter Vgl nicht abgelenkt wird. Diese Ausführungen treffen für die Fig. 6 bis 9 in vergleichbarer Weise zu.
Fig. 10 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Lichtwellenmultiplexmittels BC, bei welchem das Lichtwellenmultiplexmittel BC ein erstes doppelbrechendes Prismenfeld PA1 und ein zweites doppelbrechendes Prismenfeld PA2 aufweist. Das erste doppelbrechende Prismenfeld PA1 ist derart ausgebildet und angeordnet, dass das eine erste Modulatorzelle passierende Licht LW1 in eine erste Richtung ablenkbar ist. Das eine zweite Modulatorzelle passierende Licht LW2 ist nicht ablenkbar. In Lichtausbreitungsrichtung ist dem ersten doppelbrechenden Prismenfeld PA1 das zweite doppelbrechende Prismenfeld PA2 in einem vorgebbaren Abstand d nachgeordnet. Das zweite doppelbrechende Prismenfeld PA2 ist derart ausgebildet und angeordnet, dass mit dem zweiten doppelbrechenden Prismenfeld PA2 das von dem ersten doppelbrechenden Prismenfeld PA1 abgelenkte Licht in eine vorgebbare Richtung ablenkbar ist. Das nicht abgelenkte Licht wird von dem zweiten doppelbrechenden Prismenfeld PA2 nicht abgelenkt.
Das doppelbrechende Prismenfeld PA1 , PA2 gemäß Fig. 10 ist wie folgt ausgestaltet: Ein prismenförmig angeordnetes doppelbrechendes Material 100 und ein zweites nicht
doppelbrechendes Material 1 10, beispielsweise ein Glas, sind so nacheinander im optischen Strahlengang angeordnet, dass sie zusammen eine planparallele Schicht, nämlich ein Prismenfeld PA1 bzw. PA2 ergeben.
Ein Brechungsindex (beispielsweise der ordentliche Brechungsindex) des doppelbrechenden Materials 100 ist so angepasst, dass er ungefähr mit dem Brechungsindex des zweiten Materials 1 10 übereinstimmt. Für diesen Brechungsindex ist daher die Grenzfläche zwischen beiden
Materialien 100, 1 10 optisch nicht wirksam. Licht das so polarisiert ist, dass der effektive
Brechungsindex für den Lichtweg durch die beiden Materialien 100, 1 10 diesem Brechungsindex entspricht wird nicht ablenkt. Für einen anderen Brechungsindex (beispielsweise für den außerordentlichen Brechungsindex) des doppelbrechenden Materials 100 ergibt sich aber ein Unterschied zum Brechungsindex des zweiten Materials 1 10 und damit eine optisch wirksame Grenzfläche zwischen beiden Materialien 100, 1 10. Licht, welches so polarisiert ist, dass der effektive Brechungsindex für den Lichtweg durch die beiden Materialien 100, 1 10 diesem
Brechungsindex entspricht, wird abgelenkt. So kann beispielsweise das erste doppelbrechende Prismenfeld PA1 für alle Modulatorzellen (in Fig. 10 nicht gezeigt) gleichartige Primsen enthalten. Das steuerbare Polarisationsmittel und das strukturierte Polarisatormittel (in Fig. 10 ebenfalls nicht gezeigt) stellen dann die Polarisation so ein, dass Licht im Prismenfeld bzw. Prismenarray PA1 , PA2 für bestimmte Modulatorzellen ablenkbar ist und für andere nicht. Abschließend sei ganz besonders darauf hingewiesen, dass die voranstehend erörterten
Ausführungsbeispiele lediglich zur Beschreibung der beanspruchten Lehre dienen, diese jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele einschränken.

Claims

Patentansprüche
1 . Lichtmodulationseinrichtung mit einem räumlichen Lichtmodulator (SLM), einem strukturierten Polarisatormittel (SWP, SQWP), einem steuerbaren Polarisationsmittel (S) und einem Lichtwellenmultiplexmittel (BC), wobei der räumliche Lichtmodulator separat kodierbare Modulatorzellen (1 , 2) aufweist, wobei jeweils zwei Modulatorzellen (1 , 2) zu einem
Modulationselement (ME1 , ME2) kombinierbar sind, wobei mit den Modulatorzellen (1 , 2) interferenzfähige Lichtwellen eines propagierenden Lichtwellenfeldes (LW) räumlich strukturiert mit holographischer Information modulierbar sind, um eine vorgebbare räumliche
Objektlichtpunktverteilung einer dreidimensionalen Szene holographisch zu rekonstruieren, wobei die Modulatorzellen (1 , 2) eines jeden Modulationselementes (ME1 , ME2) bezüglich der
Ausbreitungsrichtung des propagierenden Lichtwellenfeldes (LW) nebeneinander angeordnet sind, wobei dem von nebeneinander angeordneten Modulatorzellen (1 , 2) zu modulierenden Licht mit dem strukturierten Polarisatormittel (SWP, SQWP) jeweils unterschiedliche Polarisationszustände aufprägbar sind, wobei das Lichtwellenmultiplexmittel (BC) derart angeordnet und ausgebildet ist, dass die von den Modulatorzellen (1 , 2) modulierten und in ihrem Polarisationszustand unterschiedlichen Lichtwellenteile ausgangsseitig zu einem modulierten Lichtwellenmultiplex (LMX) derart zusammenfügbar sind, dass der modulierte Lichtwellenmultiplex (LMX) im Wesentlichen an einem gemeinsamen Ort und im Wesentlichen mit gleicher Ausbreitungsrichtung verlässt, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Betriebszustand des steuerbaren Polarisationsmittels (S) Lichtwellenteile von zwei benachbarten Modulatorzellen (1 , 2) und in einem zweiten
Betriebszustand des steuerbaren Polarisationsmittels (S) Lichtwellenteile von zwei anderen benachbarten Modulatorzellen (2, 1) durch das Lichtwellenmultiplexmittel (BC) zusammenfügbar sind. 2. Lichtmodulationseinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das die
Lichtmodulationseinrichtung beleuchtende Lichtwellenfeld (LW) polarisiert ist und dass das strukturierte Polarisatormittel (SWP) derart ausgebildet ist, dass es zumindest für einen ersten Teil des von den nebeneinander angeordneten Modulatorzellen (1 ,
2) zu modulierenden Lichts die optische Funktion einer Verzögerungsplatte realisiert, insbesondere die einer λ/2-Platte oder einer λ/4-Platte.
3. Lichtmodulationseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem strukturierten Polarisationsmittel (SWP, SQWP) dem eine erste Modulatorzelle (1) passierenden Licht eine vorgebbare erste Polarisation (P1) aufprägbar ist und dem eine zweite Modulatorzelle (2) passierenden Licht eine vorgebbare zweite Polarisation (P2) aufprägbar ist, dass die vorgebbare erste Polarisation (P1) linear und senkrecht zu einer vorgebbaren zweiten, linearen Polarisation (P2) ist oder wobei die vorgebbare erste Polarisation (P1) zirkulär und mit entgegengerichtetem Drehsinn zu einer vorgebbaren zweiten, zirkulären Polarisation (P2) ist.
4. Lichtmodulationseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, dass das die Lichtmodulationseinrichtung beleuchtende Lichtwellenfeld (LW) linear oder zirkulär polarisiert ist.
5. Lichtmodulationseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, dass das steuerbare Polarisationsmittel (S) ein auf Liquid Crystal basierendes optisches Bauteil aufweist, welches - vorzugsweise flächenhaft - dem mit dem steuerbaren Polarisationsmittel (S) wechselwirkenden Licht eine vorgebbare Polarisation aufprägt.
6. Lichtmodulationseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, dass das Lichtwellenmultiplexmittel (BC) ein - vorzugsweise in Form einer planparallelen doppelbrechenden Platte oder Schicht ausgebildetes - doppelbrechendes Medium (SP) aufweist, welches derart ausgebildet und angeordnet ist, dass das eine erste Modulatorzelle (1 ) passierende Licht im Wesentlichen nicht abgelenkt und das eine zweite Modulatorzelle (2) das passierende Licht mit einem lateralen Versatz aus dem doppelbrechenden Medium (SP) austritt, um ausgangsseitig zu einem modulierten Lichtwellenmultiplex (LMX) derart zusammengefügt zu werden, dass der modulierte Lichtwellenmultiplex (LMX) im Wesentlichen an einem gemeinsamen Ort und im Wesentlichen mit gleicher Ausbreitungsrichtung verlässt.
7. Lichtmodulationseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in Lichtausbreitungsrichtung dem doppelbrechenden Medium (SP1) ein weiteres doppelbrechendes Medium (SP3) nachgeordnet ist, dass das doppelbrechende Medium (SP1) derart ausgebildet und angeordnet ist, dass das eine erste Modulatorzelle (1) passierende Licht im Wesentlichen nicht abgelenkt und das eine zweite Modulatorzelle (2) das passierende Licht mit einem lateralen Versatz aus dem doppelbrechenden Medium (SP1) austritt, und dass das weitere
doppelbrechende Medium (SP3) derart ausgebildet und angeordnet ist, dass das die zweite Modulatorzelle (2) passierende Licht im Wesentlichen nicht abgelenkt und das die erste
Modulatorzelle (1) das passierende Licht mit einem lateralen Versatz aus dem weiteren doppelbrechenden Medium (SP3) austritt, um ausgangsseitig des weiteren doppelbrechenden Mediums (SP3) zu einem modulierten Lichtwellenmultiplex (LMX) derart zusammengefügt zu werden, dass der modulierte Lichtwellenmultiplex (LMX) im Wesentlichen an einem gemeinsamen Ort und im Wesentlichen mit gleicher Ausbreitungsrichtung verlässt.
8. Lichtmodulationseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass dem doppelbrechenden Medium (SP1 ) ein weiteres doppelbrechendes Medium (SP2) mit einer zur chromatischen Korrektur geeigneten Dispersion nachgeordnet ist oder Lichtmodulationseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere doppelbrechende Medium (SP3) für das die beiden doppelbrechenden Medien (SP1 , SP3) durchlaufende Licht zur chromatischen Korrektur eine geeignete Dispersion aufweist.
9. Lichtmodulationseinrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei doppelbrechende Medien (SP1 , SP2, SP3) im Wesentlichen planparallel angeordnete Grenzflächen aufweisen und/oder dass zwischen den zwei doppelbrechenden Medien (SP1 , SP3) eine - vorzugsweise in Form einer λ/2-Platte ausgebildete - Verzögerungsplatte angeordnet ist.
10. Lichtmodulationseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, dass das Lichtwellenmultiplexmittel (BC) eine erste Ablenkungsschicht (Vgl , Pg1) aufweist, dass in Lichtausbreitungsrichtung der ersten Ablenkungsschicht (Vgl , Pg1 ) in einem vorgebbaren Abstand (d) eine zweite Ablenkungsschicht (Vg2, Pg2) nachgeordnet ist.
1 1 . Lichtmodulationseinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Eigenschaft der ersten Ablenkungsschicht (Vgl) derart ausgestaltet ist, dass das die erste Modulatorzelle (1) passierende Licht im Wesentlichen nicht abgelenkt und das die zweite
Modulatorzelle (2) passierende Licht um einen ersten vorgebbaren Wnkel abgelenkt wird und dass die optische Eigenschaft der zweiten Ablenkungsschicht (Vg2) derart ausgestaltet ist, dass das die erste Modulatorzelle (1) passierende Licht im Wesentlichen nicht abgelenkt und das die zweite Modulatorzelle (2) passierende Licht um einen zweiten vorgebbaren Wnkel abgelenkt wird, wobei der Betrag des zweiten vorgebbaren Wnkels im Wesentlichen gleich dem Betrag des ersten vorgebbaren Wnkels sein könnte.
12. Lichtmodulationseinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Eigenschaft der ersten Ablenkungsschicht (Pg1) derart ausgestaltet ist, dass das die erste Modulatorzelle (1) passierende Licht um einen ersten vorgebbaren Wnkel in eine erste Richtung abgelenkt und das die zweite Modulatorzelle (2) passierende Licht um einen zweiten vorgebbaren Wnkel in eine zweite Richtung abgelenkt wird und dass die optische Eigenschaft der zweiten
Ablenkungsschicht (Pg2) derart ausgestaltet ist, dass das die erste Modulatorzelle (1 ) passierende Licht um den zweiten Wnkel abgelenkt und das die zweite Modulatorzelle (2) passierende Licht um den ersten Wnkel abgelenkt wird und dass der erste Wnkel dem Betrag nach im Wesentlichen gleichen dem zweiten Winkel sein könnte.
13. Lichtmodulationseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, dass das Lichtwellenmultiplexmittel ein erstes doppelbrechendes Prismenfeld (PA1) und ein zweites doppelbrechendes Prismenfeld (PA2) aufweist, dass das erste
doppelbrechende Prismenfeld (PA1) derart ausgebildet und angeordnet ist, dass das eine erste Modulatorzelle (1) passierende Licht in eine erste Richtung ablenkbar ist, dass das eine zweite Modulatorzelle (2) passierende Licht nicht ablenkbar ist, dass in Lichtausbreitungsrichtung dem ersten doppelbrechenden Prismenfeld (PA1) das zweite doppelbrechende Prismenfeld (PA2) in einem vorgebbaren Abstand (d) nachgeordnet ist und dass das zweite doppelbrechende
Prismenfeld (PA2) derart ausgebildet und angeordnet ist, dass mit dem zweiten doppelbrechenden Prismenfeld (PA2) das von dem ersten doppelbrechenden Prismenfeld (PA1) abgelenkte Licht in eine vorgebbare Richtung ablenkbar ist und dass das nicht abgelenkte Licht von dem zweiten doppelbrechenden Prismenfeld (PA2) nicht abgelenkt wird.
14. Lichtmodulationseinrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ablenkungsschicht (Vgl , Vg2, Pg1 , Pg2) eine ein Hologramm und/oder ein Volumengitter und/oder ein Bragg-Gitter aufweisende Schicht oder ein Polarisationsgitter aufweist.
15. Lichtmodulationseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch
gekennzeichnet, dass jeweils zwei benachbarte und untereinander angeordnete Modulatorzellen (1 , 2) zu jeweils einem Modulationselement (ME1 , ME2) derart kombinierbar sind, dass eine Modulationselemente-Zeile gebildet wird.
16. Lichtmodulationseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch
gekennzeichnet, dass jeweils zwei benachbarte und in horizontaler Richtung nebeneinander angeordnete Modulatorzellen (1 , 2) zu jeweils einem Modulationselement (ME1 , ME2) derart kombinierbar sind, dass eine Modulationselemente-Spalte gebildet wird.
17. Lichtmodulationseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch
gekennzeichnet, dass bezüglich der Lichtausbreitungsrichtung das steuerbare Polarisationsmittel (S) vor dem Lichtwellenmultiplexmittel (BC) angeordnet ist und/oder dass bezüglich der
Lichtausbreitungsrichtung das strukturierte Polarisatormittel (SWP, SQWP) vor dem
Lichtwellenmultiplexmittel (BC) angeordnet ist.
18. Lichtmodulationseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch
gekennzeichnet, dass bezüglich der Lichtausbreitungsrichtung das steuerbare Polarisationsmittel (S) vor oder nach dem strukturierten Polarisatormittel (SWP, SQWP) angeordnet ist.
19. Lichtmodulationseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch
gekennzeichnet, dass das steuerbare Polarisationsmittel (S) für die Dauer oder während der Dauer eines Frames in den ersten Betriebszustand verbringbar ist und dass das steuerbare
Polarisationsmittel (S) für die Dauer oder während der Dauer des darauffolgenden Frames in den zweiten Betriebszustand verbringbar ist.
20. Lichtmodulationseinrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der räumliche Lichtmodulator (SLM) in Abhängigkeit des Betriebszustands des steuerbaren
Polarisationsmittels (S) mit Informationsinhalt beschreibbar ist.
21 . Lichtmodulationseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch
gekennzeichnet, dass das strukturierte Polarisatormittel steuerbar ausgebildet ist und somit die Funktion des steuerbaren Polarisationsmittels (S) übernimmt.
22. Lichtmodulationseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21 , dadurch
gekennzeichnet, dass in Lichtausbreitungsrichtung dem Lichtwellenmultiplexmittel (BC) ein als Analysator wirkendes Polarisationsmittel (WGP, Pol) vorgebbarer optischer Eigenschaft nachgeordnet ist.
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