WO2026013246A1

WO2026013246A1 - Holographische anzeige mit unterdrückung der nullten beugungsordnung

Info

Publication number: WO2026013246A1
Application number: PCT/EP2025/069871
Authority: WO
Inventors: Andre Hacke
Original assignee: VEB Carl Zeiss Jena GmbH; Carl Zeiss Jena GmbH
Current assignee: Jenoptik AG; Carl Zeiss Jena GmbH
Priority date: 2024-07-12
Filing date: 2025-07-11
Publication date: 2026-01-15
Anticipated expiration: 2027-01-12

Abstract

In einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung eine optische Anordnung (1, 12) für eine diffraktive Anzeige. Diese weist nacheinander entlang einer Ausdehnungsrichtung ein erstes reflexives Beugungsgitter (15), einen Polarisationsmodulator (16), ein zweites reflexives Beugungsgitter (17) sowie einen Polarisationsfilter (18) für die erste Polarisation mit der zweiten Polarisation als Durchlasspolarisation auf. Der Polarisationsmodulator (16) ist eingerichtet, Licht mit einer ersten linearen Polarisation und einer zweiten, zur ersten senkrechten Polarisation zumindest zu einem Anteil ineinander zu überführen, wobei der Anteil vom Einfallswinkel des Lichtes auf den Polarisationsmodulator (16) abhängt. Das zweite, reflexive Beugungsgitter (17) ist eingerichtet Licht, mit einem ersten Einfallswinkel auf das Beugungsgitter zumindest teilweise in Richtung des ersten reflexiven Beugungsgitters (15) mit einem ersten Ausfallswinkel zu beugen und das erste reflexive Beugungsgitter (15) ist eingerichtet, gebeugtes Licht vom zweiten reflexiven Beugungsgitter (17) zumindest teilweise mit einem zweiten Ausfallswinkel in Richtung des Polarisationsfilters (18) zu beugen. Der Anteil des Lichtes, welches vom Polarisationsmodulator (16) von der ersten Polarisation in die zweite Polarisation bzw. umgekehrt von der zweiten Polarisation in die erste Polarisation überführt wird ist dabei für den zweiten Ausfallswinkel ungleich gegenüber dem Anteil gemäß erstem Ausfallswinkel. In weiteren Aspekten betrifft die Erfindung eine Anzeigevorrichtung mit der optischen Anordnung.

Description

HOLOGRAPHISCHE ANZEIGE MIT UNTERDRÜCKUNG DER NULLTEN BEUGUNGSORDNUNG

BESCHREIBUNG

In einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung eine optische Anordnung für eine diffraktive Anzeige. Dieser weist nacheinander entlang einer Ausdehnungsrichtung ein erstes reflexives Beugungsgitter, einen Polarisationsmodulator, ein zweites reflexives Beugungsgitter sowie einen Polarisationsfilter für die erste Polarisation mit der zweiten Polarisation als Durchlasspolarisation auf. Der Polarisationsmodulator ist eingerichtet, Licht mit einer ersten linearen Polarisation und einer zweiten, zur ersten senkrechten Polarisation zumindest zu einem Anteil ineinander zu überführen, wobei der Anteil vom Einfallswinkel des Lichtes auf den Polarisationsmodulator abhängt. Das zweite, reflexive Beugungsgitter ist eingerichtet Licht, mit einem ersten Einfallswinkel auf das Beugungsgitter zumindest teilweise in Richtung des ersten reflexiven Beugungsgitters mit einem ersten Ausfallswinkel zu beugen und das erste reflexive Beugungsgitter ist eingerichtet, gebeugtes Licht vom zweiten reflexiven Beugungsgitter zumindest teilweise mit einem zweiten Ausfallswinkel in Richtung des Polarisationsfilters zu beugen. Der Anteil des Lichtes, welches vom Polarisationsmodulator von der ersten Polarisation in die zweite Polarisation bzw. umgekehrt von der zweiten Polarisation in die erste Polarisation überführt wird ist dabei für den zweiten Ausfallswinkel ungleich gegenüber dem Anteil gemäß erstem Ausfallswinkel.

In weiteren Aspekten betrifft die Erfindung eine Anzeigevorrichtung mit der optischen Anordnung.

Hintergrund und Stand der Technik:

Anzeigen, auch Rückprojektionsanzeigen, sind aus dem Stand der Technik bekannt. Bei solchen Anzeigen kann Licht von einer Lichtquelle, insbesondere einem Bildgeber, auf eine Fläche gestrahlt werden um Informationen anzuzeigen. Die Fläche kann dann als Projektionsfläche dienen. Dafür kann die Fläche mit einem Diffusor versehen werden. Dieser kann auch diffraktiv, insbesondere holographisch sein. Bei einer Rückprojektion kann die Fläche zumindest teilweise transparent sein, so dass die Fläche von einer Seite beleuchtet wird, wobei die Betrachtung der Anzeige von der anderen Seite stattfindet.

Eine solche transparente Anzeige für eine Rückprojektion ist in Fig. 1 gezeigt. Ein Bildgeber 3, auch PGU („picture generating unit“) genannt, beleuchtet eine zumindest teilweise transparente, flächige optische Anordnung 1 , z. B. eine Scheibe aus Glas, mit Beleuchtungsstrahlen 4 von einer ersten Seite 7, auch Rückseite genannt. Die Fläche bildet eine Projektionsfläche für eine (Rückprojektions-) Anzeigenvorrichtung. Diese Scheibe 1 umfasst einen Diffusor (nicht explizit gezeigt), welcher die Strahlen in gewünschter Weise streut (gestreutes Licht 2), so dass für einen Betrachter s auf der zweiten Seite 8 der Projektionsfläche 1 ein Bild sichtbar ist. Die Scheibe 1 kann als sogenannter „Stack“ (ein Schichtstapel) ausgebildet sein, bei dem der Diffusor auf einem Substrat, (bspw. dem Glas) aufgebracht vorliegt. Der Diffusor kann auch ein diffraktiver, insbesondere ein holografischer Diffusor sein. Das hat den Vorteil, dass zum einen die Streueigenschaften sehr gut einstellbar sind, zum anderen streut ein holografischer Diffusor nur für bestimmte Wellenlängen und/oder Winkel das Licht, so dass eine besonders transparente Anzeigenvorrichtung 1 realisiert werden kann, welche bei ausgeschalteter PGU eine transparente Scheibe ist.

Nachteilig an der dargestellten Anzeige ist, dass aufgrund des wellenlängenselektiven Verhaltens der holografisch optischen Elemente und der begrenzten Beugungseffizienz es nicht möglich ist 100 % des Lichtes in die Nutzordnung zu beugen. Dabei werden typischer Lichtquellen mit einer spektralen Breite eingesetzt, welche aus ökonomischen Gründen eine gewisse Bandbreite nicht unterschreiten können. Folglich wird ein nicht vernachlässigbarer Teil des projizierten Lichtfeldes (z. T. wellenlängenunabhängig) transmittiert, ohne wie gewünscht gebeugt zu werden. Dieses „unerwünschte“ Licht ist wiederum Quelle für einige Erscheinungen, welche qualitätsmindernd auf die Anzeige wirken. Die Störordnung (also ungebeugtes Licht in der sogenannten nullten Ordnung) sorgt für eine Störlichtbelastung der Umgebung (light pollution). Darüber hinaus kann diese Störordnung für den Betrachter s sichtbar sein und wird schlimmstenfalls direkt mit dem Licht in der Nutzordnung (1 .Ordnung) überlagert. Das Problem der Auskopplung der nullten Ordnung entsteht vor allem, wenn die Beleuchtung der Scheibe bzw. Anzeigenvorrichtung 1 unter einem Winkel geschieht, der kleiner ist als ein Grenzwinkel der Totalreflexion innerhalb der Scheibe bzw. der Vorrichtung. Dies ist oftmals wünschenswert, da bei größeren Einfallswinkeln Fresnel-Reflexionen an der äußeren Grenzfläche der Projektionsfläche 1 geben kann. Aber auch ansonsten kann breitbandige Streuung von ungebeugtem Licht an oder innerhalb der funktionalisierten Scheibe zu einer Farbortverschiebung und zur Entstehung von Doppelbildern durch die endliche Substratdicke (Scheibendicke) beitragen.

Figuren 2 und 3 stellen die genannten Probleme noch einmal schematisch bzw. anhand einer Simulation dar. Figur 2 zeigt eine Anzeigenvorrichtung gemäß Figur 1 (bzw. gemäß Figur 4, jedoch ohne Polarisationsfilter), jedoch ist hier zusätzlich noch das Störlicht 6 aus der ungebeugten nullten Ordnung sowie durch breitbandige Streuung des von der PGU 3 kommenden Lichtes 4 innerhalb bzw. an der Scheibe 1 dargestellt. Diese wird neben dem Nutzlicht 2 für den Betrachter s ebenfalls sichtbar.

Figur 3 zeigt insbesondere die Problematik der Auskopplung der ungebeugten nullten Ordnung. Links oben ist das Spektrum der Lichtquelle (dargestellt ist die Intensität in relativen Einheiten [a. u.] über der Wellenlänge) gezeigt, welche zur Beleuchtung der optischen Anordnung 1 (siehe rechts oben) mit einem holographischen Diffusor verwendet wird. Es ist zu erkennen, dass es sich um eine breitbandige Lichtquelle handelt, welche neben einem Hauptpeak bei etwa 420 Nanometern (nm) bis 460 Nanometern einen zweiten, breiten Nebenpeak zwischen etwa 520 und 620 nm aufweist. Dadurch, dass der holographische Diffusor zum einen nur sehr wellenlängenselektiv das Licht in die erste Ordnung bzw. Nutzordnung 9 (s. Betrachtungsebene bzw. „Schirm“ 11 rechts oben) beugt und zum anderen auch in diesem Bereich die Beugungseffizienz kleiner 1 ist, landet vorliegend sehr viel Licht in der nullten Ordnung bzw. Störordnung, welche ebenfalls auf dem Schirm landet (Bezugszeichen 10) und für einen Betrachter möglicherweise sichtbar wäre. Der Anteil an Licht in der Störordnung 10 ist vorliegend sogar größer als der in der Nutzordnung 9 (Details zu den der Simulation zugrunde gelegten Bedingungen siehe unten in der Beschreibung der Erfindung, insbesondere zu Figur 5). Diese Betrachtungsebene ist rechts unten noch einmal in Draufsicht gezeigt, ebenso die spektrale Zusammensetzung des Lichtes. Das Spektrum des in der Betrachtungsebene aufgefangenen Lichtes entspricht von den spektralen Anteilen her ungefähr dem der Lichtquelle. Es gibt sogenannte Edge-Lit Hologramme, wo ein Hologramm durch eine Seitenfläche einer optischen Anordnung so beleuchtet wird, dass das vom Hologramm ungebeugte Licht in der optischen Anordnung verbleibt und keine Störungen der Anzeige verursacht. Jedoch ist diese Art der Beleuchtung nicht immer wünschenswert, insbesondere, wenn eine großflächige Anzeige erzeugt werden soll.

Aufgabe der Erfindung:

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine optische Anordnung für eine Anzeigenvorrichtung bzw. eine Anzeigenvorrichtung ohne die Nachteile des Standes der Technik bereitzustellen. Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine optische Anordnung für eine Anzeigenvorrichtung bzw. eine Anzeigenvorrichtung für eine verbesserte Anzeige bereitzustellen, welche nahezu ohne Störordnungen, Farbortverschiebungen und Doppelbilder auskommt.

Zusammenfassung der Erfindung:

Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

In einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung eine optische Anordnung für eine diffraktive Anzeige. Diese weist nacheinander entlang einer Ausdehnungsrichtung ein erstes reflexives Beugungsgitter, einen Polarisationsmodulator, ein zweites reflexives Beugungsgitter sowie einen Polarisationsfilter für die erste Polarisation mit der zweiten Polarisation als Durchlasspolarisation auf. Der Polarisationsmodulator ist eingerichtet, Licht mit einer ersten linearen Polarisation und einer zweiten, zur ersten senkrechten Polarisation zumindest zu einem Anteil ineinander zu überführen, wobei der Anteil vom Einfallswinkel des Lichtes auf den Polarisationsmodulator abhängt. Das zweite, reflexive Beugungsgitter ist eingerichtet Licht, mit einem ersten Einfallswinkel auf das Beugungsgitter (vorzugsweise das zweite) zumindest teilweise in Richtung des ersten reflexiven Beugungsgitters mit einem ersten Ausfallswinkel zu beugen und das erste reflexive Beugungsgitter ist eingerichtet, gebeugtes Licht vom zweiten reflexiven Beugungsgitter zumindest teilweise mit einem zweiten Ausfallswinkel in Richtung des Polarisationsfilters zu beugen. Der Anteil des Lichtes, welches vom Polarisationsmodulator von der ersten Polarisation in die zweite Polarisation bzw. umgekehrt von der zweiten Polarisation in die erste Polarisation überführt wird ist dabei für den zweiten Ausfallswinkel ungleich gegenüber dem Anteil gemäß erstem Ausfallswinkel.

Dem Fachmann ist dabei offensichtlich und (und dies ist auch in diesem Dokument klar beschrieben und ersichtlich), das folgendes gemeint ist: der Anteil des Lichtes, welches vom Polarisationsmodulator von der ersten Polarisation in die zweite Polarisation bzw. umgekehrt von der zweiten Polarisation in die erste Polarisation überführt wird ist dabei für Einfallswinkel gemäß dem zweiten Ausfallswinkel ungleich gegenüber dem Anteil gemäß dem Einfallswinkel gemäß dem ersten Ausfallswinkel. Wie hierin beschrieben, kann das vor allem bedeuten, dass der Einfallswinkel dabei einmal dem zweiten Ausfallswinkel entspricht und einmal dem ersten Ausfallswinkel (bzw. 180° - dem ersten/zweiten Ausfallswinkel, je nach Messrichtung des Winkels, wobei vorzugsweise ist der Anteil dabei nicht von der Messrichtung bzw. der Richtung des einfallenden Lichtes abhängig, sondern nur von dem Winkel mit der jeweiligen Flächennormalen, welche bspw. entsprechend der Einfallsrichtung des Lichtes gewählt werden kann.

Vorteilhafterweise kann eine solche optische Anordnung mit (vorzugsweise linear) polarisiertem Licht (z. B. von einer PGU) dergestalt beleuchtet werden, dass dieses Licht zumindest teilweise am zweiten Beugungsgitter unter dem ersten Ausfallswinkel in Richtung des ersten Beugungsgitters gebeugt und gleichzeitig dort im Wesentlichen die erste Polarisation aufweist. Dabei kann die Polarisationstransformation des Polarisationsmodulators gemäß erstem Einfallswinkel beachtet werden, so dass das Licht der PGU vorteilhafterweise so polarisiert ist, dass es eben beim zweiten Beugungsgitter die erste Polarisation (im Wesentlichen) aufweist. Das vom Beugungsgitter nicht gebeugte Licht wird nun durch den Polarisationsfilter geblockt, da es die erste Polarisation aufweist, so dass an dieser Stelle die vorher beschriebenen Störordnungen verhindert werden. Das in Richtung des ersten Beugungsgitters gebeugte Licht passiert nun den Polarisationsmodulator, welcher die erste Polarisation anteilig (dem ersten Ausfallswinkel entsprechend) in die zweite Polarisation überführt. Somit ist das Licht von der Polarisation her in einem dem Anteil entsprechenden gemischten Zustand zwischen zweiter und erster Polarisation. Der Anteil kann dabei grundsätzlich einen Wert von Null bis Eins annehmen. Dieses Licht kann nun wiederum am ersten Beugungsgitter in Richtung des Polarisationsfilters gebeugt werden, und zwar mit dem zweiten Ausfallswinkel. Danach passiert es erneut den Polarisationsmodulator. Nun wird das Licht wiederum anteilig transformiert, so dass der Teil des Lichtes in der zweiten Polarisation gemäß dem zweiten Ausfallswinkel nun in die erste Polarisation überführt wird und ebenso der Teil des Lichtes, welcher die erste Polarisation aufweist, in die zweite Polarisation. Da der Anteil nun in jedem Fall nicht dem vorherigen entspricht, ist ausgeschlossen, dass das Licht nun wieder im Wesentlichen die erste Polarisation aufweist und erneut im Wesentlichen vollständig vom Polarisationsfilter geblockt wird. Eine Beugung am zweiten Beugungsgitter findet ebenso im Wesentlichen nicht statt, z. B. da das zweite Beugungsgitter für diesen Beleuchtungswinkel und/oder zumindest für die Durchlasspolarisation nicht ausgelegt ist. Dadurch kann sichergestellt werden, dass dieses vom ersten Beugungsgitter gebeugte Licht, welches der Nutzordnung entspricht, zumindest teilweise den Polarisationsfilter passiert (der Teil, der die zweite Polarisation aufweist) und zur Anzeige beiträgt, wobei das vom zweiten Beugungsgitter ungebeugte Licht (die Störordnung) wie oben beschrieben vom Polarisationsfilter geblockt wird.

In einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung eine optische Anordnung für eine diffraktive Anzeige. Dieser weist nacheinander entlang einer Ausdehnungsrichtung ein erstes reflexives Beugungsgitter, einen Polarisationsmodulator, ein zweites reflexives Beugungsgitter sowie einen Polarisationsfilter für die erste Polarisation mit der zweiten Polarisation als Durchlasspolarisation auf. Der Polarisationsmodulator ist eingerichtet, für Licht in zumindest einen ersten Einfallswinkel und einer gegebenen Polarisation eine erste lineare Polarisation zu erzeugen. Gleichzeitig ist der Polarisationsmodulator eingerichtet, für Licht mit einer ersten linearen Polarisation für einen Einfallswinkel gemäß einem ersten Ausfallswinkel weniger Licht in eine zweite, hierzu senkrechte Polarisation zu überführen als für einen Einfallswinkel gemäß einem zweiten Ausfallswinkel. Das zweite, reflexive Beugungsgitter ist eingerichtet Licht, mit einem ersten Einfallswinkel auf das Beugungsgitter zumindest teilweise in Richtung des ersten reflexiven Beugungsgitters mit einem ersten Ausfallswinkel zu beugen und das erste reflexive Beugungsgitter ist eingerichtet, gebeugtes Licht vom zweiten reflexiven Beugungsgitter zumindest teilweise mit einem zweiten Ausfallswinkel in Richtung des Polarisationsfilters zu beugen.

In einem dritten Aspekt betrifft die Erfindung eine optische Anordnung für eine diffraktive Anzeige. Dieser weist nacheinander entlang einer Ausdehnungsrichtung ein erstes reflexives Beugungsgitter, eine Verzögerungsplatte, ein zweites reflexives Beugungsgitter sowie einen Polarisationsfilter für die erste Polarisation mit der zweiten Polarisation als Durchlasspolarisation auf. Das zweite, reflexive Beugungsgitter ist eingerichtet Licht, mit einem ersten Einfallswinkel auf das Beugungsgitter zumindest teilweise in Richtung des ersten reflexiven Beugungsgitters mit einem ersten Ausfallswinkel zu beugen und das erste reflexive Beugungsgitter ist eingerichtet, gebeugtes Licht vom zweiten reflexiven Beugungsgitter zumindest teilweise mit einem zweiten Ausfallswinkel in Richtung des Polarisationsfilters zu beugen. Dabei ist der erste Ausfallswinkel größer als der zweite Ausfallswinkel. Vorzugsweise kann es sich bei der Verzögerungsplatte um eine A/2-Verzögerungsplatte handeln. Eine A/2-Verzögerungsplatte ist vorzugsweise eine Verzögerungsplatte, welche eingerichtet ist, für mindestens eine Wellenlänge des Lichtes eine A/2 -Verzögerungsplatte zu realisieren. Vorzugsweise ist die A/2 -Verzögerungsplatte eingerichtet, Licht mit einer zweiten Polarisation unter dem ersten Einfallswinkel in eine erste Polarisation umzuwandeln. Beispielsweise weist die A/2-Verzögerungsplatte dabei eine optische Achse in der Einfallsebene wie hierin beschrieben auf. Vorzugsweise ist der erste Ausfallswinkel größer als der erste Einfallswinkel.

Dem Fachmann ist ersichtlich, dass Vorteile, Definitionen und Ausführungsformen der erfindungsgemäßen optischen Anordnung gemäß erstem Aspekt ebenso für die beanspruchte erfindungsgemäße optische Anordnung gemäß zweitem oder drittem Aspekt gelten.

Eine „optische Anordnung“ beschreibt vorzugweise eine Anordnung von optischen Komponenten, z. B. eine zusammenhängende Anordnung. Eine optische Anordnung kann insbesondere einen Stack umfassen.

Ein „Stack“ bezeichnet bevorzugt eine zusammenhängende Anordnung von optischen Komponenten bzw. Elementen. Die Komponenten bzw. Elemente liegen vorzugsweise in einer kompakten, integrierten Anordnung vor. Insbesondere kann ein Stack einen Stapel von diesen Komponenten umfassen, bspw. als Schichtstapel mit den einzelnen Komponenten als Schichten. Ein Stack kann auch als „stapelweise Anordnung“ bezeichnet werden. Die Komponente bzw. Elemente umfassen dabei vorzugsweise mindestens das erste Beugungsgitter, den Polarisationsmodulator, das zweite Beugungsgitter und den Polarisationsfilter.

Eine „Anzeige“ ermöglicht vorzugsweise die Generierung eines für einen Betrachter sichtbaren Bildes, z. B. ein reelles und/oder virtuelles Bild. „Anzeige“ beschreibt vorzugsweise die Funktion, also das Anzeigen von (Bild-) Informationen durch Licht. Die Anzeigenvorrichtung beschreibt vorzugsweise die Vorrichtung, welche (u. a.) einen solche Anzeige ermöglicht.

Eine „diffraktive Anzeige“ ermöglicht vorzugsweise die Erzeugung eines Bildes mit Hilfe von Diffraktion bzw. Beugung. Vorliegend sind die ersten und zweiten Beugungsgitter vorzugsweise diffraktiv wirkend und ermöglichen bei geeigneter Beleuchtung die Erzeugung eines Bildes.

„Aufweisend nacheinander entlang einer Ausdehnungsrichtung“ bedeutet vorzugsweise, dass es mindestens eine Richtung innerhalb der optischen Anordnung gibt, in der die die Elemente nacheinander angeordnet sind. Vorzugsweise ist damit gemeint, dass die Elemente insbesondere in der genannten Reihenfolge nacheinander angeordnet sind, also zumindest entlang einer Ausdehnungsrichtung erst das erste Beugungsgitter, dann der Polarisationsmodulator, dann das zweite Beugungsgitter, dann der Polarisationsfilter. Dabei können zusätzliche Elemente dazwischen umfasst sein (Bsp. „Substrat“, s. u.), jedoch ohne dass sich dadurch die genannte Reihenfolge ändert. Die Elemente können auch zumindest teilweise direkt nacheinander angeordnet sein, also ohne Zwischenelemente. Sie können auch in Gänze, also alle Elemente direkt nacheinander angeordnet sein, also ohne Elemente dazwischen.

Ein erstes reflexives „Beugungsgitter“ umfasst vorzugsweise ein Element, welches eine beugende Struktur aufweist. Eine beugende Struktur kann dabei bspw. ein Beugungsgitter umfassen oder ein Hologramm, bzw. ein holographisch-optisches Element (HOE, s. u.).

„Reflexiv“ bedeutet vorzugsweise, dass die grundlegende Richtung des gebeugten Lichtes entgegengesetzt ist zur Richtung des zu beugenden Lichtes vor der Beugung. Können dem Beugungsgitter mindestens zwei Seiten bzw. Außenflächen zugeordnet werden, findet die Beugung in denselben an einer Seite anschließenden Raum statt, aus dem auch das zu beugende Licht kam. Teilt man den Raum, in dem sich das Beugungsgitter befindet bspw. in zwei Halbräume, welche durch eine Ebene getrennt werden, in dem das Beugungsgitter angeordnet vorliegt, dann kommt das Licht vor der Beugung aus dem Halbraum, in den es auch gebeugt wird.

Die Nomenklatur „erstes Beugungsgitter“ und „zweites Beugungsgitter“ dient vorzugsweise lediglich der eindeutigen Bezeichnung der Beugungsgitter. Vorzugsweise wird durch diese Bezeichnung die Anordnung innerhalb der optischen Anordnung und die jeweilige Funktionalität eindeutig zugeordnet.

Ein „Polarisationsmodulator“ bezeichnet vorzugsweise ein Element, mithilfe dessen ein Polarisationszustand von Licht modulierbar, also änderbar ist, zumindest wenn gewisse Voraussetzungen gegeben bzw. innerhalb eines spezifizierbaren Bereichs sind, bspw. der einfallende Polarisationszustand, das Spektrum des Lichtes und/oder der Einfallswinkel. Ein Beispiel für einen Polarisationsmodulator ist eine sogenannte „Verzögerungsplatte“ (siehe hierin).

„Licht“ beschreibt vorzugsweise elektromagnetische Strahlung, z. B. in Form elektromagnetischer Wellen, im sichtbaren Spektrum, insbesondere bei Wellenlängen zwischen 360 Nanometern (nm) und 830 nm.

„Polarisation“ beschreibt vorzugsweise die Polarisation einer elektromagnetischen Welle, also insbesondere in welcher Ebene die elektrischen Feldvektoren schwingen. Eine „lineare Polarisation“ bezeichnet vorzugsweise eine Polarisation, welche ohne äußere Einflüsse in einer unveränderlichen Ebene schwingt. Ein Gegensatz zu einer linearen Polarisation kann bspw. eine elliptische und insbesondere eine zirkulare Polarisation sein, bei der sich die Polarisationsrichtung kontinuierlich verändert.

Eine „erste Polarisation“ und eine „zweite, zur ersten senkrechte Polarisation“ legen bestimmte Vorzugspolarisationen für die hier beschriebene Vorrichtung fest. Diese Vorzugspolarisationen zeichnen sich bspw. durch ihr jeweiliges Transmissionsverhalten im Polarisationsfilter aus. Es handelt sich dabei um zwei zueinander senkrechte Polarisationen. Die erste und zweite Polarisation kann auch als erste und zweite Polarisationsebene beschrieben werden.

Der Polarisationsmodulator ist „eingerichtet Licht mit einer ersten linearen Polarisation und einer zweiten, zur ersten senkrechten Polarisation zumindest zu einem Anteil ineinander zu überführen“. Das bedeutet vorzugsweise, dass der Polarisationsmodulator während eines (einzigen) Durchlaufs von Licht auf dessen Polarisationszustand einwirkt, und zwar so, dass ein Teil des Lichtes, der den ersten Polarisationszustand aufweist (falls vorhanden), anteilig während der Transmission umgewandelt wird in den zweiten Polarisationszustand und/oder der Teil des Lichtes, der den zweiten Polarisationszustand aufweist (falls vorhanden) anteilig in den ersten Polarisationszustand. Die Polarisation des Lichtes selbst ist in allgemeiner Form vorteilhafterweise beschreibbar als Überlagerung von Licht in der ersten Polarisation und Licht in der zweiten Polarisation, man spricht auch von der Projektion des Lichtes in den ersten bzw. den zweiten Polarisationszustand, so dass auch die Überführung der ersten in die zweite Polarisation und umgekehrt für jeden (vorzugsweise linearen) Polarisationszustand des Lichtes beschrieben werden kann. Die Projektion in bzw. auf die erste bzw. zweite Polarisation kann dabei Werte zwischen Null und Eins annehmen, wobei Null heißt, dass gar kein Licht die jeweilige Polarisation vorhanden ist und Eins bedeutet, dass alles Licht die jeweilige Polarisation aufweist. Die Summe der beiden Projektionen kann dabei immer Eins sein. Nimmt man eine lineare Polarisation an und misst den Winkel a, den die Schwingungsebene der linearen Polarisation mit der zweiten Polarisationsebene bildet, ist diese Projektion bspw. gegeben durch den cos² a und durch sin² a für die erste Polarisation. Die jeweilige Projektion kann beispielsweise die jeweilige normierte Intensität des Lichtes in der jeweiligen Polarisation (der ersten oder der zweiten) beschreiben. Kennt man bei dieser Definition andererseits die Projektion auf die erste und/oder zweite Polarisation, kann man durch Rückrechnung wiederum den Winkel bestimmen, den die lineare Polarisation mit der zweiten Polarisationsebene aufweist. Der Anteil des Lichtes, welcher von der ersten Polarisation in die zweite Polarisation und von der zweiten Polarisation in die erste Polarisation überführt wird, kann bspw. über die jeweiligen Projektionen vor und nach Durchgang durch den Polarisationsmodulator bestimmt werden, insbesondere durch Vergleich der jeweiligen Projektionen vor und nach dem Durchgang. Ein Beispiel für eine solche Anteilbestimmung durch Vergleich wird im Folgenden gegeben:

, wobei p rher j_e p_rojektion auf die erste Polarisation vor dem Durchgang beschreibt, pvorher die Projektion auf die zweite Polarisation vor dem Durchgang, p ^achher die Projektion auf die erste Polarisation nach dem Durchgang und p™^chher die Projektion auf die zweite Polarisation nach dem Durchgang.

Beträgt die Projektion auf die zweite Polarisation bspw. vor dem Durchgang durch den Polarisationsmodulator Eins (und entsprechend die Projektion auf die erste Polarisation Null - dies wäre übrigens gleichbedeutend mit der Beschreibung, dass „das Licht sich im zweiten Polarisationszustand befindet“) und nach dem Durchgang durch den Polarisationsmodulator beträgt die die Projektion auf die erste Polarisation Eins („das Licht ist im ersten Polarisationszustand“), ist der Anteil gleich Eins (s. Formel (2)), es wurde sämtliches Licht von der zweiten in die erste Polarisation übertragen, der Anteil ist Eins. Eine solche „Übertragung“ zwischen den Polarisationszuständen kann auch durch eine Drehung der Polarisation um 90° beschrieben werden. Beträgt im Gegensatz die Projektion auf die erste Polarisation bspw. vor dem Durchgang durch den Polarisationsmodulator Eins (und entsprechend die Projektion auf die zweite Polarisation Null) und nach dem Durchgang durch den Polarisationsmodulator beträgt die die Projektion auf die zweite Polarisation Eins (s. Formel (1)), ist der Anteil ebenfalls gleich Eins, es wurde nun sämtliches Licht von der ersten in die zweite Polarisation übertragen. Dies entspricht ebenfalls einer Drehung der Polarisation um 90°, jedoch in die andere Richtung. Eine solche Polarisationstransformation entspricht der Änderung der Polarisation, welche eine ideale A/2-Verzögerungsplatte realisieren würde, deren optische Achse in der Eintrittsebene des Lichtes in den Polarisationsmodulator liegt, und zwar genau zwischen erster und zweiter Polarisation, in einem Winkel von 45° zu beiden Polarisationen.

Zum besseren Verständnis soll nun ein Fall beschrieben werden, wo der Anteil ungleich Eins ist. Beispielsweise beträgt die Projektion auf die erste Polarisation vor dem Durchgang Eins und nach dem Durchgang 0,75. Dies entspricht einem Anteil in der zweiten Polarisation von Null vor dem Durchgang und von 0,25 nach dem Durchgang. Dann ist nach Formel (1) der Anteil des von der ersten in die zweite Polarisation überführten Lichtes 0,25 bzw. ein Viertel. Hieraus kann auch der Winkel a nach dem Durchgang bestimmt werden, dieser beträgt 60°. Die Polarisation wurde also lediglich um 30° rotiert und nicht um 90°, wie es bei einem Anteil von Eins der Fall gewesen wäre. Der Anteil kann dabei typischerweise Werte von Null bis Eins einnehmen. Ein solches Verhalten entspricht der Änderung der Polarisation, welche durch eine ideale A/2- Verzögerungsplatte realisiert würde, deren optische Achse in der Eintrittsebene des Lichtes liegt, jedoch in einem anderen Winkel, nämlich in einem Winkel von 75° zur zweiten Polarisation bzw. 15° zur ersten Polarisation.

Für die Funktionsweise kann der überführte Anteil eine wesentliche Größe sein, da hierüber die Projektionen in der ersten bzw. zweiten Polarisation bestimmt werden können. Die Projektionen in der ersten und zweiten Polarisation wiederum bestimmen vorteilhafterweise die Filterfunktion des Polarisationsfilters und ggf. auch die Beugung der Beugungsgitter, falls diese eine Vorzugspolarisation aufweisen, in der sie effizienter beugen.

Vorzugsweise sind die beschriebenen Polarisationen lineare Polarisation. Bei einem Polarisationsmodulator, z. B. einer Verzögerungsplatte, können bei einer Variation des Einfallswinkels auch nicht lineare, bspw. elliptische Polarisationszustände erzeugt werden, welche gemittelt immer eine Projektion in der ersten Polarisation und der zweiten Polarisation aufweisen. Dies ist jedoch für die Funktionsweise der hier beschrieben optischen Anordnung nicht weiter problematisch, da dies lediglich bedeuten kann, dass ein Anteil der vom ersten Beugungsgitter erzeugten Nutzordnung (die Projektion auf die erste Polarisation) nicht vom Polarisationsfilter transmittiert werden wird und daher verloren geht. Solange ein ausreichend großer Anteil des vom ersten Beugungsgitter gebeugten Lichtes transmittiert wird und dieser vor allen Dingen ausreichend groß gegenüber des vom zweiten Beugungsgitter ungebeugten Lichtes (nullte Ordnung) ist, können wesentliche Vorteile der Erfindung realisiert werden, auch wenn (leicht) elliptische Polarisationszustände auftreten. Dabei kann vorzugsweise das einfallende Licht, also insbesondere der erste Einfallswinkel und/oder dessen Polarisation immer so eingestellt werden, dass nach dem ersten Durchgang des Lichtes durch den Polarisationsmodulator im Wesentlichen das komplette Licht in der ersten Polarisation ist (und also im Wesentlichen eine lineare Polarisation aufweist) und daher Störordnungen durch den Polarisationsfilter geblockt werden.

Es hat sich vorteilhafterweise gezeigt, dass eine Verzögerungsplatte, insbesondere eine A/2- Verzögerungsplatte wie beschrieben vorstehend genannte Eigenschaften inhärent aufweist, wenn der der erste Ausfallswinkel größer ist als der zweite Ausfallswinkel und bevorzugt darüber hinaus der erste Ausfallswinkel größer ist als der erste Einfallswinkel. Insbesondere gilt dies für die hierin beschriebenen, bevorzugten Winkelbereiche.

„Ineinander zu überführen“ beschreibt vorzugsweise die oben beschriebene Umwandlung einer ersten Polarisation (also bevorzugt einer Projektion in die erste Polarisation) in eine zweite Polarisation (also bevorzugt einer Projektion die zweite Polarisation) und umgekehrt.

Der „Einfallswinkel des Lichtes auf den Polarisationsmodulator“ beschreibt vorzugsweise den Winkel, den das Licht mit einer Normalen zur Eintrittsebene (vorzugsweise gemessen am Ort des Eintritts) aufweist. Vorzugsweise sind die hier beschriebenen erster Einfallswinkel, erster Ausfallswinkel, zweiter Ausfallswinkel und/oder zweiter Einfallswinkel zugleich die Einfallswinkel des Lichtes auf den Polarisationsmodulator, weil die optischen Elemente in zueinander parallelen Anordnungsflächen vorliegen. Der „Einfallswinkel des Lichtes auf den Polarisationsmodulator“ kann ebenfalls, wie hierin für die anderen Winkel beschrieben, ein Winkelbereich sein. Dann kann der „Einfallswinkel des Lichtes auf den Polarisationsmodulator“ bspw. über den Einfallswinkel der Hauptstrahlrichtung auf den Polarisationsmodulator definiert sein.

Eine „Hauptstrahlrichtung“ von Licht bzw. eines Lichtstrahlenbündels ist bevorzugt eine Richtung, in der eine maximale oder über alle Richtungen gemittelte Intensität des Lichtstrahls vorliegt. Der Begriff Hauptstrahl bzw. Hauptstrahlrichtung bezeichnet dabei bevorzugt den zentralen Strahl eines Strahlenbündels bzw. dessen Richtung. Die Richtung des Hauptstrahls gibt dabei insbesondere die Richtung des Strahlenbündels an. Im Falle eines kollimierten Strahlenbündels verlaufen die übrigen Strahlen des Strahlenbündels im Wesentlichen parallel zur Hauptstrahlrichtung, so dass die Hauptstrahlrichtung vorzugsweise repräsentativ für die Strahlen eines Strahlenbündels ist. Im Falle eines nicht kollimierten Strahlenbündels spannen die Strahlen des Strahlenbündels einen definierten Raumwinkel ein, in dessen Zentrum die Hauptstrahlrichtung verlaufen kann.

Die Funktionsweise der Beugungsgitter und entsprechende Definitionen (bspw. zum ersten Einfallswinkel, zum ersten Ausfallswinkel und zum zweiten Ausfallswinkel) sind vorzugsweise untenstehend bei der Beschreibung der Figur 4 aufgeführt und gelten vorteilhaftweise ohne Beschränkung auf die dort beschriebene Ausführungsform allgemein.

„Erster Einfallswinkel“, „erster Ausfallswinkel“ und/oder „zweiter Ausfallswinkel“ sind vorzugsweise Größen, die festgelegt werden können und daher bei einer vorliegenden optischen Anordnung als gegeben betrachtet werden können, bspw. durch Herstellungsprozesse der Beugungsgitter (z. B. durch eine Belichtung mit entsprechend gerichtetem Licht). Begriffe wie „im Wesentlichen“, „ungefähr“, „etwa“, „ca.“ etc. beschreiben bevorzugt einen Toleranzbereich von weniger als ± 40%, bevorzugt weniger als ± 20%, besonders bevorzugt weniger als ± 10 %, noch stärker bevorzugt weniger als ± 5% und insbesondere weniger als ± 1 %. Ähnlich beschreibt bevorzugt Größen, die ungefähr gleich sind. „Teilweise“ beschreibt bevorzugt zu mindestens 5 %, besonders bevorzugt zu mindestens 10 %, und insbesondere zu mindestens 20 %, in einigen Fällen zu mindestens 40 %. „Teilweise“ kann jedoch auch bedeuten 5% oder weniger, 2% oder weniger oder 1% oder weniger. Begriffe wie im Wesentlichen umfassen dabei bevorzugt stets auch den exakten Wert.

Ein „Polarisationsfilter für die erste Polarisation“ beschreibt vorzugsweise einen Filter, welcher, die erste Polarisation rausfiltert oder anders gesprochen blockiert. Blockieren oder filtern bedeutet vorzugsweise eine Abschwächung gegenüber einer ungehinderten Transmission von mindestens einem Faktor 2, 5, 10, 100 oder 1000. Die erste Polarisation kann vorzugsweise auch „Sperrpolarisation“ genannt werden. Die zweite Polarisation wird dabei vorzugsweise transmittiert und kann bis auf etwaige Verluste im Wesentlichen ungehindert den Polarisationsfilter passieren. Diese wird daher auch als „Durchlasspolarisation“ bezeichnet. Vorzugsweise beträgt bei gleicher Eingangsintensität die Intensität der Durchlasspolarisation am Ausgang mindestens einen Faktor 2, 5, 10, 100 oder 1000 gegenüber der Sperrpolarisation. Ein Polarisationsfilter ist bspw. ein dichroitischer Polarisationsfilter.

„Ungleich“ bedeutet vorzugsweise eine Abweichung um einen Faktor von mindestens 1 ,05, stärker bevorzugt mindestens 1 ,1 ; noch stärker bevorzugt mindestens 1 ,2 und am stärksten bevorzugt mindestens 1 ,3. Damit ist gemeint, dass die beiden ungleichen Anteile so stark voneinander abweichen, dass sie nur durch Multiplikation mit den genannten oder größeren Faktoren ineinander überführbar sind.

Vorzugsweise weist die optische Anordnung für mindestens eine Wellenlänge im sichtbaren die vorstehend genannten Eigenschaften auf, stärker bevorzugt für mindestens einen Wellenlängenbereich, wobei dieser mindestens 10 Nanometer (nm) breit sein kann. Dabei ist besonders bevorzugt, dass zumindest der Polarisationsmodulator und/oder der Polarisationsfilter für mindestens einen breiten Wellenlängenbereich die beschriebenen Eigenschaften aufweist, wobei der breite Wellenlängenbereich 20 nm oder größer, 50 nm oder größer, 100 nm oder größer, 200 nm oder größer, 300 nm oder größer bzw. 400 nm oder größer ist. Vorzugsweise deckt der mindestens eine breite Wellenlängenbereich einen Wellenlängenbereich im roten, im grünen und/oder im blauen Spektralbereich ab.

Vorteilhafterweise hat der Erfinder erkannt, dass für den Polarisationsmanipulator immer entsprechende Winkel und/oder Eingangspolarisationen gefunden werden können, dass die Störordnung in stark vermindert werden kann, während die Nutzordnung zumindest teilweise den Polarisationsfilter passieren kann.

Die optische Anordnung kann bspw. für Rückprojektionsanwendungen verwendet werden. Auch kann die optische Anordnung bei Verwendung als Anzeigenelement die Vorteile einer Edge-Lit Anwendung aufweisen (bspw. die Unterdrückung der nullten Ordnung), ohne jedoch deren Nachteile aufzuweisen (Beleuchtung großflächiger Anzeigen schwierig bzw. nur bei einer großen Dicke der Anordnung möglich). In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Anteil gemäß zweitem Ausfallswinkel größer als der Anteil gemäß erstem Ausfallswinkel. Wenn dann eine die Anordnung so beleuchtet wird, dass das vom ersten Beugungsgitter gebeugte Licht im Wesentlichen eine erste Polarisation aufweist, kann diese zumindest zum Teil durch den Anteil gemäß erstem Ausfallswinkel erhalten bleiben. Dies ist insbesondere günstig, wenn das erste Beugungsgitter besonders effizient die erste Polarisation beugt. Gleichzeitig wird aber gemäß zweitem Ausfallswinkel ein größerer Teil als vorher in die zweite Polarisation (zurück-) transformiert, wodurch die Transmission der Nutzordnung durch den Polarisationsfilter verbessert wird.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind das erste und/oder das zweite Beugungsgitter eingerichtet, Licht mit der ersten Polarisation zu beugen. Das bedeutet vorzugsweise, dass die Beugungseffizienz für die erste Polarisation hoch bzw. am höchsten ist. Dabei kann es bevorzugt sein, dass im Wesentlichen nur die erste Polarisation gebeugt wird. Es kann jedoch auch sein, dass auch die zweite Polarisation gebeugt wird, jedoch mit einer geringeren Effizienz, vorzugsweise um mindestens einen Faktor 1 ,2, 1 ,3, 1 ,4, 1 ,5 oder 2 geringer.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Anteil gemäß erstem Einfallswinkel größer als der Anteil gemäß erstem Ausfallswinkel. Hierdurch kann eine Polarisation der Beleuchtung vor Eintritt in die optische Anordnung einen vorteilhaften Anteil an Licht mit der zweiten Polarisation aufweisen, welcher dann zu einem größeren Anteil in die erste Polarisation umgewandelt wird. Dadurch können bei der Einstrahlung in die optische Anordnung Fresnelreflexionen verhindert werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Anteil mit einem größeren Einfallswinkel auf den Polarisationsmodulator kleiner. Hierdurch kann vorteilhafterweise der zweite Ausfallswinkel einfach hinreichend groß gewählt werden. Es hat sich vorteilhafterweise gezeigt, dass der Anteil mit einem größeren Ausfallswinkel kleiner wird. Der Weg durch den Modulator kann dabei zwar länger, sein, aber wenn Polarisationsmodulator und Einfallsstrahl relativ zueinander verkippt werden, so kann die Brechzahldifferenz (aus Sicht des Strahls) kleiner werden und somit weniger verzögert werden.

Der Winkel bzw. Anteil kann auch für Verzögerungsplatten bzw. Phasenmodulatoren allgemein wie folgt bestimmt werden: Der Gangunterschied nimmt bei Verkippung um die langsame Achse zu, bei Kippung um die schnelle Achse ist die Änderung negativ, wobei sich die Änderung sich näherungsweise bestimmen lässt durch:

A = ß (cp_e ² - cp₀ ²)

Dabei ist ß vorzugsweise eine vom jeweiligen Verzögerer abhängige Konstante (ß ~ I nm/Grad² ), s. auch https://www.b-halle.de/produkte/verzoegerer.html, abgerufen am 12.07.2024 um 15:00 Uhr.

Grundsätzlich kann die optische Achse mit der langsamen Achse zusammenfallen. Es kann jedoch auch in manchen Fällen sein, dass die optische Achse mit der schnellen Achse zusammenfällt.

Ebenso kann die einfallswinkelabhängige Verzögerung im Falle einer Verzögerungsplatte als Polarisationsmodulator beschrieben werden wie im Beitrag Honggang Gu et al 2018 J. Opt. 20 015401 beschrieben, welcher hiermit Teil der Offenbarung wird. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Anteil gemäß zweitem Ausfallswinkel um mindestens einen Faktor 1 ,5, stärker bevorzugt um mindestens einen Faktor 2, noch stärker bevorzugt um mindestens einen Faktor 3 und am stärksten bevorzugt um mindestens einen Faktor 4 größer als der Anteil gemäß erstem Ausfallswinkel. Es hat sich herausgestellt, dass so ein besonders gutes Signal-zu-Rauschen-Verhältnis (SNR, s. u,) für eine optische Anzeige einstellen lässt. Vorzugsweise sind eine Vielzahl entsprechender Einfalls- und Ausfallswinkel hierfür geeignet. Beispielsweise können der erste Einfallswinkel und/oder der zweite Ausfallswinkel entsprechend klein gehalten werden (bspw. 10° oder kleiner) und der erste Ausfallswinkel entsprechend groß, z. B. 60° oder größer bzw. 75° oder größer. Es hat sich ebenso gezeigt, dass auch bei einem größeren ersten Einfallswinkel (z. B. 35° oder größer, jedoch vorzugsweise kleiner als der erste Ausfallswinkel) ein entsprechendes Anteilsverhältnis realisiert werden kann, bspw. durch entsprechende Orientierung der optischen Achse und/oder durch entsprechende Polarisation des einfallenden Lichtes. Vorteilhafterweise lassen sich passende Einfalls- bzw. Ausfallswinkel auch durch entsprechende Simulationen finden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt der Anteil gemäß erstem Einfallswinkel und/oder zweitem Ausfallswinkel im Wesentlichen 1. Dies kann ebenso vorteilhafterweise durch die vorstehend beschriebenen Maßnahmen realisiert werden. Hierdurch kann beispielsweise unter dem ersten Einfallswinkel mit einer zweiten Polarisation beleuchtet werden. Wenn die zweite Polarisation einer p-Polarisation entspricht, können damit je nach ersten Einfallswinkel besonders gut Fresnelreflexionen an der optischen Anordnung verhindert werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Anteil gemäß erstem Ausfallswinkel 0,5 oder kleiner, stärker bevorzugt 0,25 oder kleiner. Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass insbesondere für größere erste Ausfallswinkel (bevorzugt 60° oder größer, stärker bevorzugt 70° oder größer und insbesondere 75° oder größer) entsprechende Anteile realisiert werden können und auch über größere Winkelbereiche stabil erreichbar sind.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die erste Polarisation eine s- Polarisation. „s-Polarisation“ bezeichnet bevorzugt die Polarisationsrichtung eines elektrischen Feldes, welches senkrecht zur Einfallsebene in die optische Anordnung schwingt. Die Einfallsebene wird dabei aufgespannt durch den Einfallsvektor des Lichtes in die Anordnung und die Flächennormale zur Anordnung an der Stelle der Einstrahlung. p-Polarisation bezeichnet dabei ein parallel zur Einfallsebene schwingendes elektrisches Feld, welches senkrecht zur s- Polarisation ist. Ist die erste Polarisation eine s-Polarisation, ist die zweite Polarisation vorzugsweise eine p-Polarisation.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das erste und/oder das zweite Beugungsgitter ein holographisch-optisches Element (HOE), insbesondere ein Volumen- HOE.

Bei der Holografie werden im Gegensatz zu gewöhnlichen Abbildungen, bspw. der Fotografie, neben der Intensität von bspw. einem abgebildeten Objekt zusätzlich Phasenbeziehungen des vom Objekt kommenden Lichtes abgespeichert. Diese Phasenbeziehungen enthalten zusätzliche räumliche Informationen, wodurch bspw. für Abbildungen ein dreidimensionaler Eindruck der Abbildung erzeugt werden kann. Dies geschieht mit Hilfe von Interferenz von Lichtstrahlen während der Aufnahme bzw. Belichtung. Das einzubelichtende Objekt wird mit kohärentem Licht beleuchtet, welches vom Objekt reflektiert und gestreut wird. Das entstandene Wellenfeld, die sogenannte Objektwelle, wird mit zu der Objektwelle kohärentem Licht (die sogenannte Referenzwelle - typischerweise von derselben Lichtquelle, z. B. einem Laser) überlagert und die Wellenfelder interferieren als Funktion ihrer Phasenbeziehung miteinander. Das entstehende Interferenzmuster wird bspw. mittels einer lichtempfindlichen Schicht aufgenommen (auch Belichtung genannt) und somit wird auch die in der Phase enthaltene Information gespeichert. Zur Rekonstruktion beleuchtet man das entstandene Hologramm mit einer zur Referenzwelle identischen bzw. ähnlichen Lichtwelle, welche sodann durch die aufgezeichneten Interferenzmuster gebeugt wird. So kann die ursprüngliche Wellenfront der Objektwelle rekonstruiert werden.

Es gibt verschiedene Typen von Hologrammen, z. B. sogenannte Volumenhologramme. Volumenhologramme weisen vorzugsweise eine Dicke auf, welche zur Realisierung mehrerer sogenannter Bragg-Ebenen dient. Dadurch können Volumenhologramme besonders Wellenlängen- bzw. winkelselektiv sein. Hologramme können beispielsweise Transmissions- und Reflexionshologramme sein, die diese Rekonstruktion jeweils entweder in Transmission oder in Reflektion erzeugen. Befindet man sich z. B. bei einem Transmissionshologramm auf einer der Lichtquelle gegenüberliegenden Seite des Hologramms und betrachtet dieses, erscheint z. B. das abgebildete Objekt dreidimensional vor einem. Bei einem Reflexionshologramm muss man sich hierzu bevorzugt auf der gleichen Seite befinden wie die Lichtquelle. Reflexionshologramme weisen vorzugsweise eine besonders wellenlängenselektive Effizienz auf, das Licht in eine bestimmte Richtung (entlang eines bestimmten Winkels) zu beugen. Das Wort Hologramm wird hier vorzugsweise als synonym mit der holografischen Struktur verwendet, welche die Lichtbeugung erzeugt. Landläufig wird manchmal mit „Hologramm“ das erzeugte, insbesondere dreidimensionale Bild bezeichnet. Der Fachmann weiß jedoch aus dem Kontext heraus, was jeweils mit dem Begriff „Hologramm“ gemeint ist.

Hologramme können neben der dreidimensionalen Darstellung in Form sogenannter Holografisch-optische (Bau-) Elemente (HOE) verwendet werden, deren holografische Eigenschaften für die Optik von Geräten verwendet werden kann. Beispielsweise lassen sich durch HOE herkömmliche Linsen, Spiegel und Prismen ersetzen. In anderen Fällen werden HOEs als spezielle Diffraktionsgitter verwendet. HOEs weisen zum Beispiel eine spektrale Selektivität und/oder eine Selektivität in Bezug auf den Einfallswinkel auf. Gleichzeitig können sie für andere Spektralbereiche und/oder Einfallswinkel vollkommen oder teilweise transparent sein. Auch eine Kombination von Darstellung und Lichtformung wird durch Hologramme ermöglicht. Auch können HOEs als sogenannte Diffusoren mit maßgeschneiderten Streueigenschaften verwendet werden. Hologramme, insbesondere technische Hologramme, können durch diverse holografische Verfahren direkt aufgenommen oder mit Hilfe von Wellenfrontdruckern bzw. Stereoholographiedruckern aus computergenerierten Daten gedruckt werden. Für eine Massenfertigung optischer Funktionen in Form von Hologrammen eignen sich diese Herstellungsverfahren, wegen des hohen Zeitaufwandes jedoch nicht. Hierfür bieten sich geeignete, insbesondere optische Replikationsverfahren, bei der ein holographischer sogenannter „Master“ durch ein geeignetes Kopierverfahren vielfach repliziert werden kann. Ein holographisch optisches Element, insbesondere ein Volumenhologramm ermöglicht auf besonders einfache Weise ein im Wesentlichen oder teilweise transparentes erstes und/oder zweites Beugungsgitter. Holographisch optische Elemente und insbesondere Volumenhologramme ermöglichen eine Wellenlängen- und/oder winkelselektive Beugung, so dass eine Streuung des Lichtes nur für geeignete Wellenlängen und/oder Winkel stattfindet und andere Wellenlängen und/oder Winkel vorteilhafterweise ungebeugt transmittiert werden. So kann durch geeignete Abstimmung der Wellenlänge(n) und/oder des Beleuchtungswinkels der PGU auf die optische Anordnung eine (teil-) transparente Anzeige mit den gewünschten optischen Eigenschaften für die Anzeige besonders einfach realisiert werden. Ein holographischer Diffusor kann dabei dergestalt realisiert sein, dass die gewünschten (vorzugsweise) gerichteten Streueigenschaften erreicht werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das erste Beugungsgitter einen Diffusor, insbesondere einen holografischen Diffusor, wobei der Diffusor eingerichtet ist für eine Beugung in Richtung des Polarisationsfilters als eine gerichtete Streuung.

Dass die Streuung „gerichtet“ ist kann bedeuten, dass die Streuung eine Vorzugsrichtung aufweist, also dass die Intensitätsverteilung vom Lambertschen Gesetz abweicht. Darüber hinaus kann es bedeuten, dass neben der Streuung eine Umlenkung stattfindet.

Insbesondere kann die Streuung in einer Weise gerichtet sein, dass ein Großteil der gestreuten Lichtintensität innerhalb einer designierten Eyebox landet, bspw. 80% oder mehr, 90% oder mehr oder 95% oder mehr. Ebenso kann an einer äußeren Begrenzung der Eyebox durch die gerichtete Strahlung die Intensität stark abfallen, bspw. um 60% oder mehr, 70% oder mehr oder 80% oder mehr.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst der Polarisationsmodulator eine Verzögerungsplatte, insbesondere ein A/2-Plättchen.

Eine „Verzögerungsplatte“ ist ein optisches Element, das die Polarisation und Phase des durchgehenden Lichtes modulieren kann. Dies umfasst häufig ein doppelbrechendes Material, wobei sich das Licht je nach Lage der Polarisationsebene mit unterschiedlicher Geschwindigkeit fortpflanzt.

Vorzugsweise ist der Zusammenhang zwischen Einfallswinkel und Verzögerung zwischen den Ebenen bzw. Achsen der Verzögerungsplatte nichtlinear. Es hat sich herausgestellt, dass das für eine Vielzahl an Standard-Verzögerungsplatten (bspw. Polymer-Verzögerungsplatte) der Fall ist. So lassen sich vorteilhafterweise für handelsübliche Verzögerungsplatten überraschend große Winkelbereiche finden, in denen das Verhalten der Verzögerungsplatte im Zusammenspiel mit dem Polarisationsfilter für eine gute Unterdrückung der Störordnung und einer mindestens akzeptablen Transmission der Nutzordnung durch den Filter ermöglicht.

Ein „A/2-Plättchen“ verzögert parallel zu einer Achse (vorzugsweise hierin die „optische Achse“ genannt, kann auch als „kristalloptische Achse“ bezeichnet werden und beschreibt insbesondere die langsame Achse) oder Ebene polarisiertes Licht gegenüber dazu senkrecht polarisiertem Licht um eine halbe Wellenlänge. Es kann somit die Polarisation von linear polarisiertem Licht um einen wählbaren Winkel drehen. Der Begriff „A/2-Plättchen“ wird vorzugsweise synonym verwendet zum Begriff „A/2 -Verzögerungsplatte. Insbesondere handelt es sich bei der Verzögerungsplatte um eine Verzögerungsplatte umfassend ein Polymer. Polymer-Verzögerungsplatten weisen insbesondere gewünschte, einfallswinkelabhängige Eigenschaften auf und sind vorteilhaferweise zumindest über einen breiten Wellenlängenbereich zumindest teilweise achromatisch.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das A/2 Plättchen eine optische Achse auf, deren Ausrichtung eingerichtet ist, den Anteil gemäß zweitem Ausfallswinkel und/oder erstem Einfallswinkel zu maximieren. Somit kann bspw. realisiert werden, dass die Anordnung mit p-polarisiertem Licht beleuchtet werden kann, wodurch Fresnel-Reflexionen vermindert werden können. Außerdem kann vorteilhafterweise s-polarisiertes Licht, welches besonders effizient vom ersten Beugungsgitter gebeugt werden kann, weitestmöglich in p- polarisiertes Licht umzuwandeln, welches den Polarisationsfilter besonders effizient passieren kann.

Vorzugsweise liegt die optische Achse im Wesentlichen zwischen erster und zweiter Polarisation, vorzugsweise in einem Winkel zwischen 40° und 50° zwischen erster und zweiter Polarisation, insbesondere 45° ± 3° zwischen erster und zweiter Polarisation. Beispielsweise kann die optische Achse (die langsame Achse) 47° zur zweiten Polarisation rotiert vorliegen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das erste und/oder zweite Beugungsgitter eingerichtet, Licht mit mehr als einer Wellenlänge zu beugen, wobei das erste und/oder zweite Beugungsgitter insbesondere mindestens ein RGB-HOE umfasst.

Diese Ausführungsform wird untenstehend im Zusammenhang mit Figur 4 eingehend erläutert.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das A/2-Plättchen ein zumindest teilweise achromatisches A/2 Plättchen. Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass ein standardmäßiges A/2 Plättchen ausreichend gut die Vorteile der Erfindung realisieren kann. Dennoch kann es, insbesondere für breitbandige Lichtquellen und/oder RGB-Anwendungen besonders vorteilhaft sein, ein achromatisches A/2-Plättchen zu verwenden.

Achromatische A/2-Plättchen können bspw. sogenannte Zero-Order Doppelplatten umfassen, bei denen zwei Zero-Order Verzögerungsplatten aus unterschiedlichen Materialen miteinander kombiniert werden, bspw. Quarz und MgF2. Durch deren unterschiedliche Materialdispersion kann man hierdurch eine nahezu konstante Phasenverzögerung über einen breiten Spektralbereich erzielen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der erste Ausfallswinkel größer als ein Grenzwinkel der Totalreflexion innerhalb der optischen Anordnung. So kann ein Austreten des vom zweiten Beugungsgitter gebeugten Lichtes aus der optischen Anordnung wirkungsvoll verhindert werden, auch wenn dies nicht vom ersten Beugungsgitter gebeugt werden sollte. So kann auf beiden Seiten der optischen Anordnung verhindert werden, dass Störordnungen austreten.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Anordnung für zumindest einen Wellenlängenbereich des Lichtes zumindest teilweise transparent.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Anordnung weiterhin ein Substrat auf. Das Substrat kann vorzugsweise Glas, z. B. BK7 oder PMMA umfassen. Durch ein Substrat kann die Anordnung mechanisch besonders stabil sein. Das Substrat ist vorzugsweise mindestens ein Substrat, es kann auch mehr als ein Substrat umfasst sein.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Anordnung eine flächige Ausdehnung senkrecht zur Ausdehnungsrichtung auf, wobei das erste Beugungsgitter, der Polarisationsmodulator, das zweite Beugungsgitter und der Polarisationsfilter jeweils entlang der flächigen Anordnung ausgedehnt vorliegen, wobei die Anordnung vorzugsweise eine konstante (Schicht-) Dicke in Ausdehnungsrichtung aufweist.

Dabei kann die Anordnung eben sein. Es kann jedoch auch sein, dass die Anordnung gekrümmt ist.

Die Schichtdicke kann in anderen Ausführungsformen auch variierend sein.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt der erste Einfallswinkel vorzugsweise zwischen 20° und 65°, stärker bevorzugt zwischen 30° und 60°, noch stärker bevorzugt zwischen 40° und 50° und kann in manchen Ausführungsformen im Wesentlichen einem Brewster- Winkel entsprechen. Es kann auch ein vorteilhafterweise ein erster Einfallswinkel gewählt werden, welcher für die Einfallsfläche (der beleuchteten Außenfläche der optischen Anordnung) einen Brewster- Winkel darstellt (also mit der Flächennormalen zu dieser Fläche einen Brewster- Winkel bildet). Besonders in Verbindung mit einer Beleuchtung der optischen Anordnung mit p-polarisiertem Licht können Fresnel-Reflexionen beim Eintritt in die Anordnung verhindert werden.

In einer weiteren Vorzugsvariante beträgt der erste Einfallswinkel zwischen 20° und 30°. So kann bspw. einfallendes p-polarisiertes Licht besonders gut vom Polarisationsmodulator in s- polarisiertes Licht umgewandelt werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt der erste Ausfallswinkel mindestens 50°, stärker bevorzugt mindestens 60°, noch stärker bevorzugt mindestens 70° und insbesondere mindestens 75°. Insbesondere beträgt der erste Ausfallswinkel zwischen 55° und 77°. Es hat sich gezeigt, dass unter solchen Austrittswinkeln und auch über größere Winkelberbereiche vorteilhafterweise der Anteil der ersten Polarisation, der in die zweite Polarisation überführt wird, relativ geringgehalten werden kann, wobei bevorzugt weiterhin eine lineare Polarisation erhalten werden kann.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt der zweite Ausfallswinkel 30° oder weniger, stärker bevorzugt 20° oder weniger, noch stärker bevorzugt 10° oder weniger und noch einmal stärker bevorzugt 5° oder weniger. Insbesondere kann der zweite Ausfallswinkel im Wesentlichen 0° betragen. So kann der von der ersten in die zweite Polarisation überführte Anteil vorteilhafterweise groß gehalten werden.

In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Anordnung wie hierin beschrieben für eine Edge-Lit-Anzeigenvorrichtung. Dabei ist insbesondere der erste Einfallswinkel eingerichtet für eine Beleuchtung durch eine Lichtquelle durch eine Seitenfläche der Anordnung. Dabei kann die Seitenfläche vorzugsweise quer zur flächigen Ausdehnung der optischen Achse angeordnet sein.

In anderen Fällen kann die Beleuchtung durch eine Außenfläche entlang der flächigen Ausdehnung stattfinden und/oder der erste Einfallswinkel für eine Beleuchtung entlang einer solchen Fläche eingerichtet sein. So kann die optische Anordnung verwendet werden wie eine Edge-Lit Anzeigenvorrichtung, jedoch ohne dass eine Beleuchtung durch die Seitenfläche erfolgen muss.

In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Edge-Lit-Anzeigenvorrichtung, aufweisend eine Anordnung wie hierin beschrieben sowie eine Lichtquelle, welche eingerichtet ist, Licht in eine Seitenfläche der Anordnung unter einem Winkel, welcher dem ersten Einfallswinkel auf das Beugungsgitter entspricht einzukoppeln. Dabei ist der Winkel größer als ein Winkel der Totalreflexion in der Anordnung.

Dem Fachmann ist ersichtlich, dass Vorteile, Definitionen und Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Anordnung ebenso für die beanspruchte erfindungsgemäße Edge-Lit- Anzeigenvorrichtung gelten.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Anteil gemäß zweitem Ausfallswinkel größer ist als der Anteil gemäß erstem Einfallswinkel.

In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Anordnung wie hierin beschrieben für eine Rückprojektions-Anzeigenvorrichtung.

In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Rückprojektions-Anzeigenvorrichtung, aufweisend eine Anordnung wie hierin beschrieben sowie einen Bildgeber (PGU), welcher eingerichtet ist, die Anordnung mit Licht unter einem Winkel zu beleuchten, so dass das Licht mit einem ersten Einfallswinkel auf das zweite Beugungsgitter trifft.

Dem Fachmann ist ersichtlich, dass Vorteile, Definitionen und Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Anordnung und der erfindungsgemäßen Edge-Lit-Anzeigenvorrichtung ebenso für die beanspruchte erfindungsgemäße Rückprojektions-Anzeigenvorrichtung gelten.

Vorzugsweise sendet die PGU dabei das anzuzeigenden Bild „spiegelverkehrt“.

Die PGU kann „monochrom“ sein. Vorzugsweise handelt es sich jedoch um eine spektral breitbandige PGU und oder eine PGU, welches Licht im roten, grünen und blauen Spektralbereich („RGB“) emittiert.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sendet der Bildgeber Licht mit einer zweiten Polarisation aus, wobei der Anteil gemäß erstem Einfallswinkel vorzugsweise im Wesentlichen 1 beträgt. Insbesondere ist die zweite Polarisation dabei eine p-Polarisation.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Polarisation des Bildgebers, der erste Ausfallswinkel und/oder die Anordnung der optischen Achse der Verzögerungsplatte optimiert, um ein maximales SNR zu realisieren. Die Polarisation des Bildgebers, bspw. eine lineare Polarisation, kann mit einfachen Mitteln rotiert werden und dabei eine optimale Polarisation anhand der SNR gefunden werden. Der Fachmann weiß, wie er die SNR messen kann, bspw. mit einem Lichtdetektor bzw. einem Messgerät für die Lichtleistung.

Es kann auch für gegebene Einfalls- und Ausfallswinkel und eine gegebene Polarisation eine optimale Stellung der optischen Achse bestimmt werden, um das SNR zu maximieren. Jede einzelne der genannten Größen kann optimiert werden, während die anderen Größen festgehalten werden, um für die jeweilige Größe ein Optimum zu finden. Bspw. kann für verschiedene erste Ausfallswinkel jeweils die Anordnung der optischen Achse optimiert werden und so ein Optimum für beide Größen gefunden werden. Es können auch die genannten Größen innerhalb vorher festgelegter Bereiche variiert und optimiert werden, wobei die Bereiche durch äußere Randbedingungen vorgegeben sind. Bspw. können Polarisationen und/oder Winkel in einem Bereich von ±15°, vorzugsweise ±10° variiert werden. Dies kann bspw. durch ein computerimplementiertes Verfahren realisiert werden, bspw. eine Simulation.

Es können auch beide Parameter gleichzeitig variiert werden mit dem Ziel, diese zu optimieren.

In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein computerimplementiertes Verfahren zur Bestimmung einer Polarisation eines Bildgebers und/oder zur Bestimmung einer Anordnung einer optischen Achse für eine hierin beschriebene optische Anordnung und/oder eine hierin beschriebene Anzeigenvorrichtung, wobei zur Bestimmung das SNR optimiert wird. Dieses computerimplementierte Verfahren ist insbesondere für die Herstellung einer hierin beschriebenen optischen Anordnung vorteilhaft.

In einigen Ausführungsformen können die Mittel zur Ausführung der hierin beschriebenen Schritte des Verfahrens einen Datenprozessor und/oder eine Speichereinrichtung umfassen. In einigen Implementierungen können für die Ausführung des Verfahrens ein oder mehrere Computer umfasst sein, die einen oder mehrere Daten Prozessoren enthalten, die so konfiguriert sind, dass sie ein oder mehrere Programme ausführen, die eine Vielzahl von Anweisungen zur Ausführung des Verfahrens enthalten. Jeder Daten Prozessor kann einen oder mehrere Prozessorkerne enthalten, und jeder Prozessorkern kann logische Schaltungen zur Verarbeitung von Daten enthalten. Ein Daten Prozessor kann zum Beispiel eine arithmetische und logische Einheit (ALU), eine Steuereinheit und verschiedene Register enthalten. Jeder Daten Prozessor kann einen Cache-Speicher enthalten. Jeder Datenprozessor kann ein System-on-Chip (SoC) enthalten, das mehrere Prozessorkerne, Direktzugriffsspeicher, Grafikverarbeitungseinheiten, einen oder mehrere Controller und ein oder mehrere Kommunikationsmodule umfasst. Jeder Datenprozessor kann Millionen oder Milliarden von Transistoren enthalten.

Das computerimplementierte Verfahren dient vorzugsweise dazu, dass auf Basis der Bestimmung der optischen Achse und/oder der Polarisation des Bildgebers eine physisch reale optische Anordnung bzw. Anzeigenvorrichtung realisiert wird.

Ein weiterer Aspekt betrifft die Verwendung einer optischen Anordnung wie hierin beschrieben für eine Fensterscheibe eines Kraftfahrzeugs.

Ein weiterer Aspekt betrifft eine Fensterscheibe umfassend eine optische Anordnung wie hierin beschrieben.

Dem Fachmann ist klar, wie eine optische Anordnung wie hierin beschrieben in eine Fensterscheibe eines Kraftfahrzeuges integriert werden kann.

Beschreibung der Erfindung:

Die Erfindung soll im Folgenden unter Verweis auf weitere Abbildungen und Beispiele erläutert werden. Die Beispiele und Abbildungen dienen der Illustration bevorzugter Ausführungsform der Erfindung, ohne diese zu beschränken.

Figur 1 beschreibt eine transparente Anzeige für eine Rückprojektion.

Figur 2 beschreibt die Probleme der Störordnung anhand einer Simulation. Figur 3 beschreibt die Problematik der Auskopplung der ungebeugten nullten Ordnung bei einem weitgehend erfindungsgemäßen Aufbau, bei dem jedoch der Polarisationsfilter fehlt.

Figur 4 beschreibt schematisch eine mögliche Ausführungsform der optischen Anordnung.

Figur 5 beschreibt eine Simulation mit einem Grundaufbau entsprechend dem gemäß Figur 3, jedoch mit Polarisationsfilter.

Figur 6 beschreibt eine optische Anordnung in einer Rückprojektions-Anzeigenvorrichtung mit PGU.

Figur 7 beschreibt den in Figur 6 beschriebenen Strahlengang innerhalb der optischen Anordnung im Detail.

Figur 4 zeigt schematisch eine mögliche Ausführungsform der optischen Anordnung 12 sowie einer Rückprojektions-Anzeigenvorrichtung 13 umfassend die optische Anordnung 12. Die optische Anordnung 12 weist nacheinander entlang einer Ausdehnungsrichtung in genannter Reihenfolge ein erstes Beugungsgitter 15, einen Polarisationsmodulator 16, ein zweites Beugungsgitter 17 und einen Polarisationsfilter 18 auf. Die gezeigte, beispielhafte Anordnung 12 weist eine flächige Ausdehnung auf senkrecht zu der Ausdehnungsrichtung, entlang derer die genannten Bestandteile der optischen Anordnung 12 angeordnet sind. Diese sind ebenfalls senkrecht zur Ausdehnungsrichtung flächig ausgestaltet. Entlang der Ausdehnungsrichtung weist die optische Anordnung 12 eine konstante (Schicht-) dicke auf. Es kann jedoch auch Ausführungsformen geben, bei denen die Anordnung 12 eine variierende (Schicht-) dicke aufweist. Auch muss die Anordnung 12 nicht wie vorliegend eben sein, es kann ebenfalls gekrümmte Ausführungsformen der Anordnung 12 geben.

Die Anordnung 12 wird von einer PGU (nicht gezeigt) mit einem Strahlenbündel beleuchtet, von dem der Lichtstrahl 14 gezeigt ist. Dieser Lichtstrahl 14 kann bspw. einer Hauptstrahlrichtung des Strahlenbündels entsprechen. Das Strahlenbündel kann dabei im Wesentlichen parallele Lichtstrahlen umfassen. Es ist jedoch typischerweise so, dass die PGU kompakt ist und das Lichtbündel daher divergierende Lichtstrahlen umfasst, welche einen gewissen Winkelbereich einnehmen, um die Anordnung 12 möglichst großflächig zu beleuchten.

In dem gezeigten Beispiel entspricht die erste Polarisation der s-Polarisation. Das Strahlenbündel ist vorliegend zunächst in der zweiten Polarisation, also hier p-polarisiert. Dies wird in der gezeigten Abbildung durch die Strichelung des Lichtstrahls 14 dargestellt. Das Strahlenbündel bzw. der Lichtstrahl 14 ist so auf die optische Anordnung 12 gerichtet, dass er (nach einer Passage durch das erste Beugungsgitter 15 und den Polarisationsmodulator 16 (näheres hierzu untenstehend) mit einem Einfallswinkel 19 (gemessen an der Flächennormalen 20) auf das zweite Beugungsgitter 17 auftrifft, welcher dem ersten Einfallswinkel entspricht. Das zweite Beugungsgitter 17 wiederum beugt dieses Licht zumindest teilweise mit einem Ausfallswinkel 21 , welcher dem ersten Ausfallswinkel entspricht, in Richtung des ersten Beugungsgitters 15. Der exemplarisch gezeigte, gebeugte Lichtstrahl hat das Bezugszeichen 22. Das zweite Beugungsgitter 17 wird auch als reflexives Beugungsgitter bezeichnet, da es den Lichtstrahl in denselben Halbraum (links vom zweiten Beugungsgitter 17) zurückbeugt, aus dem er gekommen ist. Dabei muss jedoch nicht wie bei einem Spiegel der Einfallswinkel 19 dem Ausfallswinkel 21 entsprechen.

Bevor nun der Strahlengang durch die Anordnung 12 im Einzelnen erklärt wird, wird zunächst einmal der Durchlauf des noch ungebeugten Lichtstrahls 14 durch das erste Beugungsgitter 15 und den Polarisationsmodulator 16, also vor der Beugung am zweiten Beugungsgitter 17 näher beschrieben. Der Lichtstrahl 14 durchläuft zunächst einmal das erste Beugungsgitter 15 unbeeinflusst, da das erste Beugungsgitter 15 ebenfalls reflexiv ist und eingerichtet ist, gebeugtes Licht vom zweiten Beugungsgitter 17 zu beugen, also für den oder die entsprechenden Winkel eine hohe Beugungseffizienz aufweist. Beim Durchlauf des Lichtstrahls 14 durch den Polarisationsmodulator 16 ist im vorliegenden Fall der erste Einfallswinkel so, dass der von der zweiten Polarisation (p-Polarisation) zur ersten Polarisation (s-Polarisation) überführte Teil im Wesentlichen Eins beträgt. Das Licht des Strahls 14 befindet sich demnach nach Durchlauf durch den Polarisationsmodulator 16 im Zustand der s-Polarisation, angedeutet durch die nunmehr gepunktete Linie des Lichtstrahls 14. Dadurch kann verhindert werden, dass Licht, welches nicht durch das zweite Beugungsgitter 17 gebeugt wird (nullte Ordnung, Bezugszeichen 27) zu einem Betrachter (nicht gezeigt) gelangt, welcher sich rechts von der optischen Anordnung 12 befinden würde und von dort dieses betrachten würde. Dies wird durch den Polarisationsfilter 18 realisiert, weicher ein Filter für die erste Polarisation (vorliegend s- Polarisation) ist und diese somit blockt.

Das zweite Beugungsgitter 17 kann darüber hinaus für die s-Polarisation eine besonders hohe Beugungseffizienz aufweisen. Dies kann vor allem für holographische Beugungsgitter herstellungsbedingt der Fall sein. Dabei kann gleichzeitig die Beugungseffizienz für p- polarisiertes Licht niedrig oder gar im Wesentlichen null sein. Jedenfalls beugt wie gezeigt das zweite Beugungsgitter 17 das Licht, welches mit dem ersten Einfallswinkel eintrifft, zumindest teilweise Richtung erstes Beugungsgitter 15. Bevor es dort ankommt, durchläuft das Licht erneut den Polarisationsmodulator 16, s. Lichtstrahl 22. Der Polarisationsmodulator 16 überführt das Licht mit der ersten Polarisation (hier: s-Polarisation) nur zu einem Anteil in das Licht der zweiten Polarisation (hier: p-Polarisation). Dieser Anteil ergibt sich durch den ersten Ausfallswinkel 21 , mit dem der Polarisationsmodulator 16 durchlaufen wird. Dieser Ausfallswinkel 21 bestimmt den Einfallswinkel auf den Polarisationsmodulator 16. Vorliegend ist dieser Ausfallswinkel 21 gleich dem Einfallswinkel auf den Polarisationsmodulator 16. Dieser ist im vorliegenden Fall sehr steil bzw. groß. Dadurch wird der Weg des Lichtstrahls 22 durch den Polarisationsmodulator 16 zwar einerseits länger, andererseits ist dieser für solch steile Winkel vorteilhafterweise weniger wirksam. Dies kann sich durch die Wirkungsweise des Polarisationsmodulators 16 ergeben. Bspw. handelt es sich um eine Verzögerungsplatte (z. B. A/2-Platte) umfassend mindestens ein doppelbrechendes Material mit zwei zueinander senkrecht stehenden ausgezeichneten (Brechzahl)-Richtungen (ordinär & extraordinär bzw. schnell und langsam). Diese Richtungen liegen typischerweise in der Ebene, entlang derer der Polarisationsmodulator 16 angeordnet vorliegt. Wenn der Einfallsstrahl auf den Modulator wie im gezeigten Beispiel Lichtstrahl 22 stark verkippt ist, also wenn der Winkel sehr steil ist, so kann die Brechzahldifferenz der Verzögerungsplatte aus Sicht des Strahls kleiner werden, wodurch insgesamt weniger verzögert wird. Somit liegen beim Strahl 22 nach Durchgang durch den Polarisationsmodulator gemäß dem Anteil der durch den Polarisationsmodulator 16 überführten Polarisationen (gemäß erstem Ausfallswinkel) sowohl s- als auch p-Polarisation vor, dargestellt durch die Strichpunktlinie des Strahls 22. Das erste Beugungsgitter 15 beugt nun dieses Licht zumindest teilweise in Richtung des Polarisationsfilters 18 und somit letztlich auch in Richtung des Betrachters rechts von der optischen Anordnung 12. Dabei ist das erste Beugungsgitter 15 ebenfalls reflexiv ausgelegt, da es das Licht in den gleichen Halbraum (rechts vom ersten Beugungsgitter 15) beugt, aus dem es vor der Beugung gekommen ist. Das Licht wird mit einem zweiten Ausfallswinkel 23 in Richtung des Polarisationsfilters 18 gebeugt. Im Bild sind mehrere gebeugte Lichtstrahlen 24, 25 und 26 gezeigt. Eine solche Beugung in mehrere Richtungen tritt insbesondere auf, wenn das erste Beugungsgittern 15 ein (vorzugsweise holografischer) Diffusor ist, welcher das Licht in verschiedene Richtungen streut. So kann eine Bilderzeugung (eine Anzeige) in der Ebene des ersten Beugungsgitters 15 realisiert werden, welche von der oben beschriebenen Betrachterposition (rechts von der Anordnung 12) sichtbar ist. Der zweite Ausfallwinkel 23 ist dabei vorzugsweise definiert als der Winkel zwischen einer Flächennormalen zum ersten Beugungsgitter 15 und eine Hauptstrahlrichtung des gebeugten Lichtes, im vorliegenden Fall dargestellt durch Lichtstrahl 25. Somit beträgt der zweite Ausfallswinkel 23 ungefähr 0°. Erfindungsgemäß ist der Anteil der von s-Polarisation in p-Polarisation und von p- in s- Polarisation überführte Anteil nun aufgrund des zweiten Ausfallwinkels 23, unter dem das Licht nun den Polarisationsmodulator 16 transmittiert (wobei der zweite Ausfallswinkel 23 den Einfallswinkel auf den Polarisationsmodulator 16 bestimmt und insbesondere vorliegend dem Einfallswinkel auf den Polarisationsmodulator 16 entspricht) ungleich gegenüber dem jeweilig überführten Anteil gemäß ersten Ausfallswinkel 21 , vor der Beugung am ersten Beugungsgitter 15. Somit ist sichergestellt, dass das Licht nach dem erneuten Durchlaufen des Polarisationsmodulators nicht wieder in den Polarisationszustand überführt wird, den es vorher am zweiten Beugungsgitter 17 hatte. Somit ist zumindest nicht das komplette vom ersten Beugungsgitter 15 gebeugte Licht vor Durchlaufen des Polarisationsfilters 18 in der ersten bzw. der s-Polarisation und wird durch diesen geblockt, was eine Anzeige verhindern würde. So kann eine Anzeige realisiert werden, welche eine mögliche Störordnung durch vom zweiten Beugungsgitter 17 ungebeugtes Licht unterdrückt (s. o.), jedoch vom ersten Beugungsgitter gebeugtes Licht 24, 25, 26 (Nutzordnung für die Anzeige) zumindest teilweise (der Teil, der in der zweiten bzw. p-Polarisation ist) den Polarisationsfilter 18 passieren kann, welcher die zweite Polarisation durchlässt (Durchlasspolarisation).

Dabei kann das erste Beugungsgitter 15 ebenfalls eine besonders hohe Beugungseffizienz für s- polarisiertes Licht aufweisen. Es kann insbesondere, sein, dass im Wesentlichen nur s- polarisiertes Licht gebeugt wird und p-polarisiertes Licht ungebeugt transmittiert. Dann ist es besonders günstig, wenn der Polarisationsmodulator 16 eingerichtet ist, einfallswinkelabhängig die erste und zweite Polarisation jeweils zu einem Anteil ineinander zu überführen, wobei der Anteil gemäß zweitem Ausfallswinkel größer ist als der Anteil gemäß erstem Ausfallswinkel. Dann wird nämlich zum einen ein geringerer Anteil der ersten Polarisation nach Beugung am zweiten Beugungsgitter 17 in die zweite Polarisation überführt. Dadurch bleibt ein bedeutender Anteil des Lichtes 22 nach Durchgang durch den Polarisationsmodulator 16 in der ersten Polarisation und kann auch vom ersten Beugungsgitter 15 effektiv gebeugt werden. Daher kann es wünschenswert sein, dass der Anteil gemäß erstem Ausfallswinkel möglichst klein ist. Nach Beugung am ersten Beugungsgitter 15 ist im Wesentlichen nur s-polarisiertes Licht vorhanden, s. gepunktet gezeichnete Lichtstrahlen 24, 25 und 26 vor Durchgang durch den Polarisationsmodulator 16. Gleichzeitig kann es wünschenswert sein, dass der Anteil gemäß zweitem Ausfallswinkel möglichst groß ist (wobei 1 das Maximum darstellt). Dann wird nämlich ein besonders großer Anteil des anfangs s-polarisiertes Lichtes der Lichtstrahlen 24, 25, 26 in p- polarisiertes Licht überführt (gestrichelte Lichtstrahlen 24, 25, 26 nach Durchgang durch den Polarisationsmodulator 16). Dieses Licht kann nun ungehindert den Polarisationsfilter 18 durchlaufen und somit zu einer für einen Betrachter sichtbaren Anzeige beitragen.

Das vom ersten Beugungsgitter 15 gebeugte Licht 24, 25, 26 wird im zweiten Ausfallswinkel 23 gebeugt und trifft nun mit diesem Winkel auf das zweite Beugungsgitter 17. Da der zweite Ausfallswinkel 23 vorzugsweise nicht dem ersten Einfallswinkel entspricht, beugt das zweite Beugungsgitter 17 bei diesem Winkel vorzugsweise nicht. Darüber hinaus weist das Licht 24, 25, 26 insbesondere am zweiten Beugungsgitter 17 die zweite Polarisation auf, welche vorzugsweise ebenfalls von diesem nicht oder kaum gebeugt wird.

Es wurde bislang nicht über ungebeugtes Licht (nullte Beugungsordnung) des ersten Beugungsgitters 15 und dessen Störpotential gesprochen. Grundsätzlich würde vom ersten Beugungsgitter 15 nicht gebeugtes Licht, welches aus Richtung des zweiten Beugungsgitters 17 kommt, entweder auf der von dem Betrachter abgewandten Seite der optischen Anordnung 12 (hier: linke Seite der optischen Anordnung 12) austreten und/oder an der dortigen Außenfläche der optischen Anordnung 12 reflektiert werden. Austretendes Licht hat in vielen Anwendungsfällen geringes bzw. kein Störpotential, da es eben auf der vom Benutzer abgewandten Seite austritt und daher für diesen nicht sichtbar ist. Bei einigen Anwendungen, bspw. in einer (Seiten-) Scheibe eines Kraftfahrzeugs, könnte jedoch auch auf dieser Seite Störpotential bestehen. Reflektiertes Licht könnte zumindest teilweise zurück zum Polarisationsfilter 18 gelangen und dort auch zumindest anteilig in der zweiten Polarisation vorliegen und daher transmittiert werden und stören. Daher kann es günstig sein, dass der erste Ausfallswinkel so groß ist, dass ein Grenzwinkel der Totalreflexion innerhalb der optischen Anordnung 12 (bspw. an der linken Außenfläche) überschritten wird. Somit ist dieses ungebeugte Licht (wenn es vom ersten Beugungsgitter 15 nicht gebeugt wird) in der Anordnung 12 „gefangen“ und kann nach außen keine oder nur wenige Störungen verursachen.

Der Einfallswinkel 19 auf das zweite Beugungsgitter 17 entspricht idealerweise (und im gezeigten Beispiel) im Wesentlichen dem ersten Einfallswinkel. Der Einfallswinkel 19 auf das zweite Beugungsgitter wird bspw. ausgehend von der Flächennormalen 20 gemessen, wobei der erste Einfallswinkel ebenso mit Bezug auf diese Flächennormale definiert ist. Wenn das zweite Beugungsgitter 17 eine Krümmung aufweist, kann diese Flächennormale 20 bspw. im geometrischen Schwerpunkt des zweiten Beugungsgitters 17 liegen bzw. im jeweiligen Auftreffpunkt des Lichtstrahls. Die jeweils für die optische Anordnung 12 definierten Winkel (erster Einfallswinkel, erster Ausfallswinkel, zweiter Ausfallswinkel 23) können für alle Elemente gleich definiert sein bzw. zu gleichen Einfalls- bzw. Ausfallswinkeln führen, weil diese Elemente parallel zueinander angeordnet sein können und die Flächennormalen für die jeweiligen Elemente im Wesentlichen gleich bzw. parallel sind. Der erste Einfallswinkel kann im Wesentlichen ein einzelner Winkel sein, insbesondere wenn die Lichtstrahlen des Strahlenbündels im Wesentlichen parallel sind, aber auch wenn die Lichtstrahlen wie hierin ebenfalls beschrieben einen Winkelbereich einnehmen (dann kann beim zweiten Beugungsgitter 17 bevorzugt auch von einem Plan-zu-Plan Hologramm-gesprochen werden). Dann ist jedoch typischerweise die Beugungseffizienz für vom ersten Einfallswinkel abweichende Winkel gemindert, so dass das zweite Beugungsgitter 17 diese Lichtstrahlen mit einer geringeren Effizienz beugt. Diese Beugungseffizienz ist typischerweise bei dem ersten Einfallswinkel am größten.

Nehmen die Lichtstrahlen des Strahlenbündels jedoch wie beschrieben einen Winkelbereich sein, kann der erste Einfallswinkel ebenso einen Winkelbereich umfassen, welcher insbesondere dem Winkelbereich des Strahlenbündels angepasst ist. Man kann dann beim zweiten Beugungsgitter 17 bevorzugt auch von einem Punkt-zu-Plan-Hologramm sprechen. Das kann bedeuten, dass das zweite Beugungsgitter 17 überall eine ausreichend hohe Beugungseffizienz über den Winkelbereich aufweist (z.B. überall mehr als 0,4 oder 0,6, wobei das mögliche Minimum der Beugungseffizienz 0 und das mögliche Maximum 1 beträgt). Es kann jedoch ebenso sein, dass für verschiedene Orte auf dem zweiten Beugungsgitter 17 für unterschiedliche Einfallswinkel 19 eine maximale Beugungseffizienz aufweisen, so dass der erste Einfallswinkel ortsabhängig definiert ist. So kann bspw. für die verschiedenen Lichtstrahlen, welche in unterschiedliche Richtungen von der PGU ausgehen, jeweils an ihrem designierten Auftreffpunkt auf dem zweiten Beugungsgitter 17 der erste Einfallswinkel angepasst sein, so dass er mit dem tatsächlichen Einfallswinkel 19 im Wesentlichen übereinstimmt.

Ähnliche Erwägungen können mutatis mutandis ebenso für das erste Beugungsgitter 15 gelten. Das zweite Beugungsgitter 17 kann zum einen eingerichtet sein, das gebeugte Licht im Wesentlichen in einen einzigen, konstanten ersten Ausfallswinkel zu beugen. Dann muss das erste Beugungsgitter 15 im Wesentlichen eingerichtet sein, Licht, welches mit dem ersten Ausfallswinkel auftrifft, mit einem zweiten Ausfallswinkel zu beugen. Jedoch kann natürlich der erste Ausfallswinkel auch ein Winkelbereich sein, so dass das erste Beugungsgitter 15 eingerichtet sein kann, Licht für diesen Winkelbereich mit einem zweiten Ausfallswinkel zu beugen. Der zweite Ausfallswinkel kann ebenfalls ein Winkelbereich sein, insbesondere wenn das erste Beugungsgitter 15 ein Diffusor ist (s. o.).

Beugungsgitter, insbesondere (Volumen-) holografische Beugungsgitter, sind nicht nur für bestimmte Winkel optimiert, sondern auch wellenlängenselektiv. Bei den Beugungsgittern 15, 17 kann es sich somit um im Wesentlichen monochromatische Beugungsgitter 15, 17 handeln. Die Beugungsgitter können jedoch auch die genannten Funktionalitäten für einen Wellenlängenbereich aufweisen. Dieser ist jedoch oft relativ schmal (bspw. 20 Nanometer oder kleiner bzw. 10 Nanometer oder kleiner). Um bspw. mehrfarbige und auch weiße Anzeigen realisieren zu können, können erstes und zweites Beugungsgitter 15, 17 jeweils bspw. als sogenannte RGB-Hologramme (für „rot“, „grün“ und „blau“) ausgeprägt sein. Sogenannte RGB- Hologramme weisen die gewünschten Beugungseigenschaften jeweils für eine Wellenlänge oder einen Wellenlängenbereich innerhalb vom roten Spektralbereich, grünen Spektralbereich und blauen Spektralbereich auf, so dass durch Mischung geeigneter Farbanteile bunte Anzeigen realisiert werden können. Die RGB-Eigenschaften können durch jeweils einzelne Hologramme in einem sogenannten Hologrammstack verwirklicht werden oder aber durch Einschreiben der jeweiligen spektralen Beugungseigenschaften in ein einzelnes, sogenanntes Multiplexhologramm. Figur 5 zeigt eine Simulation mit einem Grundaufbau entsprechend dem gemäß Figur 3. Dieser entspricht weitgehend der erfindungsgemäßen optischen Anordnung 12, bspw. gemäß Fig. 4, jedoch fehlt hier (bei dem Aufbau gemäß Figur 3) der Polarisationsfilter 18. (mehr zum der Simulation zugrunde liegenden Aufbau ebenfalls untenstehend). Im Gegensatz zu den Intensitäten, welche in Figur 3 auf dem Schirm sichtbar waren, ist hier im Wesentlichen die Nutzordnung sichtbar, welche nur einen relativ schmalen Teil des Spektrums der Lichtquelle verwendet, vorliegend ungefähr von 635 bis 655 nm. Die in Figur 3 sichtbare Störordnung wird fast vollständig unterdrückt. Bei einem numerischen Vergleich der Simulationen aus Figur 3 und Figur 5 konnte eine Unterdrückung der Störordnung von 57 dBW (Dezibel Watt) für einen ersten Ausfallswinkel von 60° berechnet werden. Gleichzeitig kam es auch zu einer gewissen Abschwächung der Nutzordnung (6 dBW), weil der Anteil des von der ersten in die zweiten Polarisation überführten Teil gemäß erstem Ausfallswinkel zwar vermindert ist durch den großen Winkel, jedoch ein nicht unerheblicher Anteil des Lichtes eine p-Polarisation aufweist und dadurch zum einen vom ersten Beugungsgitter 15 nicht so effizient gebeugt wird, zum anderen nach der Beugung und dem Durchgang durch den Polarisationsmodulator 16 in die erste Polarisation umgewandelt wird, welche anschließend nicht durch den Polarisationsfilter 18 transmittiert wird. Das Signal-zu-Rausch-Verhältnis (Signal-to-Noise ratio SNR), also der Vergleich der Lichtleistung zwischen Nutz- und Störordnung beträgt im gezeigten Beispiel 1 ,3 x 10³.

Erhöht man gegenüber der Figur 3 und 5 den ersten Ausfallswinkel weiter auf 75° wird deutlich weniger Licht durch den Polarisationsmodulator von der s-Polarisation in die p-Polarisation überführt. Dadurch kann insbesondere die Nutzordnung verstärkt werden (Abschwächung nur noch 1 ,37 dBW), da mehr Licht durch das erste Beugungsgitter 15 gebeugt und mehr Licht durch den Polarisationsfilter 18 transmittiert wird. Das SNR beträgt 5,63 x 10⁷.

Für die Simulation wurde angenommen, dass die PGU p-polarisiertes Licht aussendet, welches mit einem Einfallswinkel in der Nähe des Brewsterwinkels auf die optische Anordnung 12 auftrifft, konkret im vorliegenden Fall 35°. Daraus ergibt sich bei einem angenommenen Brechungsindex von 1 ,52 (angenommen wurde BK7) ein entsprechender erster Einfallswinkel von ca. 22°. Der Polarisationsmodulator 16 ist dabei eine A/2 -Verzögerungsplatte (monochromatisch), dessen schnelle Achse in einem Winkel von 43° gegenüber einer Vertikalen bzw. der Einfallsebene des Lichtes orientiert ist. Die Polarisation des Lichtes wird dabei durch den Polarisationsmodulator 16 rotiert, so dass diese nach Durchgang durch den Modulator 16 fast vollständig eine s-Polarisation aufweist (s. auch Fig. 7). Das Licht wird am zweiten Beugungsgitter 17 in einem ersten Ausfallswinkel von entweder 60° oder 75° in Richtung des ersten Beugungsgitters 15 gebeugt. Dabei wird die Polarisation durch den Polarisationsmodulator 16 nur zu einem Anteil von etwa 0,25 (für einen ersten Ausfallswinkel von 60°) von der ersten in die zweite Polarisation überführt, s. ebenfalls Fig. 7. Dann wird das Licht, (insbesondere welches sich in der s-Polarisation) befindet, vom ersten Beugungsgitter 15 in Richtung des Polarisationsfilters 18 im zweitem Ausfallswinkel 23 gebeugt. Beim Durchgang durch den Polarisationsmodulator 16 ist der Anteil des von s- in p-Polarisation überführten Lichtes im Wesentlichen Eins, da der zweite Ausfallswinkel 0° beträgt. Dieses Licht wird im Wesentlichen ungehindert durch den Polarisationsfilter 18 transmittiert. Dies gilt natürlich nicht für alle Strahlen im gleichen Maße, da das erste Beugungsgitter 15 streuend wirkt und nur die Hauptstrahlrichtung einen zweiten Ausfallswinkel von 0° aufweist. Andere Strahlen, welche den Polarisationsmodulator 16 mit einem Winkel ungleich 0° passieren, können nach dem Durchgang unterschiedlich transformiert und daher ggf. nicht vollständig durch den Polarisationsfilter 18 transmittiert werden.

Figur 6 zeigt die optische Anordnung 12 in einer Rückprojektions-Anzeigenvorrichtung mit einer zusätzlichen PGU 3 zur Beleuchtung 4 der optischen Anordnung 12. Im gezeigten Beispiel sind die Beleuchtungsstrahlen 4 der PGU 3 zunächst einmal unpolarisiert, bevor sie einen Polarisationsfilter 28 durchlaufen. Hier kann eine für die jeweilige Vorrichtung passende lineare Polarisation gewählt werden. Vorteilhafterweise wird im vorliegenden Beispiel eine p-Polarisation in Bezug auf die optische Anordnung 12 gewählt, d. h. eine Polarisation, die parallel zur Einfallsebene der Beleuchtung 4 in die optische Anordnung 12 schwingt. Die parallele Polarisation wird ebenfalls durch das oberhalb der Beleuchtungsstrahlen 4 gezeigte Diagramm, deren y- und x-Achse in ihrer Orientierung die p- und s-Polarisation darstellen, gezeigt. Der die Polarisation darstellende Polarisationsvektor 29 ist im vorliegenden Diagramm entlang der y- Achse eingezeichnet (dicke Linie) und somit vollständig p-polarisiert. Ebenfalls gezeigt (auch bei allen folgenden Diagrammen) ist der Stokes-Vektor (SO, S1 , S2, S3, Bezugszeichen 38, immer links vom Diagramm), der die Polarisation vollständig beschreiben kann. Der Strahlengang 2 rechts von der optischen Anordnung 12 zeigt die aus der optischen Anordnung 12 ausgebeugte Nutzordnung 2. Diese ist ebenfalls vollständig p-polarisiert (s. Polarisationsvektor 30, ebenfalls dicke Linie im Diagramm oberhalb der Nutzordnung 2).

Figur 7 zeigt den in Figur 6 beschriebenen Strahlengang innerhalb der optischen Anordnung 12 im Detail, wobei das Augenmerk auf die verschiedenen Polarisationszustände beim Durchlauf durch diese liegt (die verschiedenen gezeigten „Schichten“ der optischen Anordnung 12 können neben den genannten optischen Komponenten ebenfalls zusätzliche Substratschichten darstellen, welche jedoch nicht in jedem Fall umfasst sein müssen). Der Beleuchtungsstrahl 4 weist zunächst eine p-Polarisation auf, s. Polarisationsvektor 31 im Diagramm links oben, wobei der Polarisationsvektor 31 durch die dicke Linie im Diagramm dargestellt wird, ebenso wie bei den folgenden Diagrammen. Bei Eintritt in die optische Anordnung 12 wird der Beleuchtungsstrahl einfallswinkelabhängig gebrochen (Strahlabschnitt 4‘). Beim Durchlauf durch den Polarisationsmodulator 16 mit einem ersten Einfallswinkel wird die Polarisation bei dem gegebenen ersten Einfallswinkel um 90° gedreht, s. Polarisationsvektor 32 (Diagramm rechts oben), welcher nun entlang der x-Achse vorliegt. Dies entspricht einem Anteil von 1 , alles Licht wird von der p- in die s-Polarisation überführt. Nach der Beugung am zweiten Beugungsgitter 17 ändert sich der Polarisationszustand des gebeugten Lichtstrahls 22 nicht, s. Polarisationsvektor 33 im Diagramm links mittig. Nicht gebeugtes Licht wird hierbei vom Polarisationsfilter 18 blockiert und kann nicht zur Störordnung beitragen. Beim Durchgang durch den Polarisationsmodulator 16 wiederum ändert sich der Polarisationszustand, s. Polarisationsvektor 34. Im Gegensatz zum ersten Durchgang wird die Polarisation jedoch nicht wieder komplett um 90° zurückgedreht, sondern nur um ca. 30° in Richtung p-Polarisation gedreht. Dies liegt im ersten Ausfallswinkel begründet, der bspw. größer ist als der erste Einfallswinkel (und auch als der zweite Ausfallswinkel, s. u.). Die Drehung um ca. 30° entspricht einem Anteil von 0,25, welcher von der s-Polarisation in die p-Polarisation übertragen wurde. Somit ist ein großer Teil des Lichtes weiterhin in der s-Polarisation. Das Licht wird nun vom ersten Beugungsgitter 15 in Richtung des Polarisationsfilters 18 gebeugt, wobei sich im vorliegenden Beispiel die Polarisation nicht ändert (s. Polarisationsvektor 35) und durchläuft dabei (s. Lichtstrahl 25) erneut den Polarisationsmodulator 16, diesmal unter dem zweiten Ausfallswinkel, welcher ungefähr Null beträgt. Dabei wird die Polarisation weiter in Richtung p-Polarisation gedreht, und zwar um ca. weitere 30°, s. auch Polarisationsvektor 36. Dies entspricht einem Anteil von nahezu 1 , welcher jeweils von s- in p-Polarisation und von p- in s-Polarisation überführt wird. Das Licht hat nunmehr einen hohen Anteil an p-Polarisation. Dieser Anteil kann im Wesentlichen ungehindert durch den Polarisationsfilter 18 transmittieren und trägt so zur Nutzordnung 25‘ bei. Diese Nutzordnung 25‘ ist aufgrund des Polarisationsfilters 18 vollkommen p-polarisiert, s. Polarisationsvektor 37.

BEZUGSZEICHENLISTE

1 , 12 optische Anordnung

2, 9, 25‘ gestreutes Licht/Nutzordnung

3 Bildgeber/PGU

4, 4' Beleuchtungsstrahlen

5 Betrachter

6, 10, 27 Störlicht/Störordnung/nullte Ordnung

7 ersten Seite

8 zweite Seite

11 Schirm

13 Rückprojektions-Anzeigenvorrichtung

14 Lichtstrahl der Beleuchtungsstrahlen

15 erstes Beugungsgitter

16 Polarisationsmodulator

17 zweites Beugungsgitter

18 Polarisationsfilter

19 Einfallswinkel am zweiten Beugungsgitter

20 Flächennormale

21 Ausfallswinkel

22 am zweiten Beugungsgitter gebeugter Lichtstrahl

23 zweiter Ausfallswinkel

24, 25, 26 vom ersten Beugungsgitter gebeugte Lichtstrahlen

28 Polarisationsfilter für PGU

29 - 37 Polarisationsvektor

38 Stokes-Vektor

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1 . Optische Anordnung (1 , 12) für eine diffraktive Anzeige, aufweisend nacheinander entlang einer Ausdehnungsrichtung:

Ein erstes reflexives Beugungsgitter (15)

Ein Polarisationsmodulator (16), eingerichtet Licht mit einer ersten linearen Polarisation und einer zweiten, zur ersten senkrechten Polarisation zumindest zu einem Anteil ineinander zu überführen, wobei der Anteil vom Einfallswinkel des Lichtes auf den Polarisationsmodulator (16) abhängt

Ein zweites reflexives Beugungsgitter (17), eingerichtet Licht mit einem ersten Einfallswinkel auf das zweite Beugungsgitter (17) zumindest teilweise in Richtung des ersten reflexiven Beugungsgitters (15) mit einem ersten Ausfallswinkel zu beugen Ein Polarisationsfilter (18) für die erste Polarisation mit der zweiten Polarisation als Durchlasspolarisation wobei das erste reflexive Beugungsgitter (15) eingerichtet ist, gebeugtes Licht vom zweiten reflexiven Beugungsgitter (17) zumindest teilweise mit einem zweiten Ausfallswinkel (23) in Richtung des Polarisationsfilters (18) zu beugen, wobei der Anteil gemäß zweitem Ausfallswinkel (23) ungleich ist gegenüber dem Anteil gemäß erstem Ausfallswinkel.

2. Optische Anordnung (1 , 12) nach dem vorherigen Anspruch, wobei der Anteil gemäß zweitem Ausfallswinkel (23) größer ist als der Anteil gemäß erstem Ausfallswinkel.

3. Optische Anordnung (1 , 12) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, wobei das erste und/oder das zweite Beugungsgitter (15, 17) eingerichtet sind, Licht mit der ersten Polarisation zu beugen, wobei die erste Polarisation bevorzugt eine s-Polarisation ist.

4. Optische Anordnung (1 , 12) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, wobei der Anteil gemäß erstem Einfallswinkel größer ist als der Anteil gemäß erstem Ausfallswinkel.

5. Optische Anordnung (1 , 12) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, wobei der Anteil gemäß zweitem Ausfallswinkel (23) um mindestens einen Faktor 2, vorzugsweise um mindestens einen Faktor 4 größer ist als der Anteil gemäß erstem Ausfallswinkel, wobei bevorzugt der Anteil gemäß erstem Einfallswinkel und/oder zweitem Ausfallswinkel (23) im Wesentlichen 1 beträgt und/oder wobei der Anteil gemäß erstem Ausfallswinkel 0,25 oder kleiner ist.

6. Optische Anordnung (1 , 12) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, wobei das erste und/oder das zweite Beugungsgitter (15, 17) ein holographisch-optisches Element (HOE) umfassen, insbesondere ein Volumen-HOE, wobei das erste Beugungsgitter (15) insbesondere einen holografischer Diffusor umfasst, wobei der Diffusor eingerichtet ist für eine Beugung in Richtung des Polarisationsfilters (18) als eine gerichtete Streuung.

7. Optische Anordnung (1 , 12) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, wobei der Polarisationsmodulator (16) ein A/2-Plättchen umfasst, wobei das A/2 Plättchen bevorzugt eine optische Achse aufweist, deren Ausrichtung eingerichtet ist, den Anteil gemäß zweitem Ausfallswinkel (23) und/oder erstem Einfallswinkel zu maximieren.

8. Optische Anordnung (1 , 12) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, wobei das erste und/oder zweite Beugungsgitter (15,17) eingerichtet ist, Licht mit mehr als einer Wellenlänge zu beugen, wobei das erste und/oder zweite Beugungsgitter (15, 17) insbesondere mindestens ein RGB-HOE umfasst.

9. Optische Anordnung (1 , 12) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, wobei das A/2-Plättchen ein zumindest teilweise achromatisches A/2 Plättchen ist.

10. Optische Anordnung (1 , 12) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, wobei der erste Ausfallswinkel größer ist als ein Grenzwinkel der Totalreflexion innerhalb der optischen Anordnung (1 , 12).

11 . Optische Anordnung (1 , 12) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, welcher eine flächige Ausdehnung senkrecht zur Ausdehnungsrichtung aufweist, wobei das erste Beugungsgitter (15) , der Polarisationsmodulator (16), das zweite Beugungsgitter (17) und der Polarisationsfilter (18) jeweils entlang der flächigen Anordnung ausgedehnt vorliegen, wobei die optische Anordnung (1 , 12) vorzugsweise eine konstante Dicke in Ausdehnungsrichtung aufweist.

12. Rückprojektions-Anzeigenvorrichtung, aufweisend eine optische Anordnung (1 , 12) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche 1-11 sowie einen Bildgeber (PGU) (3), welcher eingerichtet ist, die optische Anordnung (1 , 12) mit Licht unter einem Winkel zu beleuchten, so dass das Licht mit einem ersten Einfallswinkel auf das zweite Beugungsgitter (17) trifft.

13. Rückprojektions-Anzeigenvorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, wobei der Bildgeber (3) Licht mit einer zweiten Polarisation aussendet, wobei der Anteil gemäß erstem Einfallswinkel vorzugsweise im Wesentlichen 1 beträgt.