DE102009060582A1

DE102009060582A1 - Beleuchtungsvorrichtung mit einer Filtereinrichtung

Info

Publication number: DE102009060582A1
Application number: DE102009060582A
Authority: DE
Inventors: Leister 01279 Norbert
Original assignee: SeeReal Technologies SA
Current assignee: SeeReal Technologies SA
Priority date: 2009-12-23
Filing date: 2009-12-23
Publication date: 2011-06-30
Also published as: US20110149359A1; JP2011150326A

Abstract

Die Erfindung soll beim Einsatz eines steuerbaren Lichtmodulators in einer Beleuchtungsvorrichtung mit Filtereinrichtung ein variierbares Einstellen der Filteröffnung ermöglichen. Die Beleuchtungsvorrichtung ist erfindungsgemäß dadurch ausgebildet, dass – die Filtereinrichtung einen optisch adressierbaren räumlichen Lichtmodulator (SLM 2) mit einer durch eine Adressierung erzeugten Filteröffnung (FO) aufweist, – die Filteröffnung (FO) in ihrer Position innerhalb der Fourierebene (FE) und/oder ihrer Ausdehnung durch die Steuereinrichtung (CU) einstellbar ist, wobei der Lichtmodulator (SLM 2) so adressierbar ist, dass die Position der Filteröffnung (FO) in der Fourierebene (FE) mit der Position des Zwischenbildes der eingeschalteten Lichtquelle (LQ) und gleichzeitig die Position des abgebildeten Zwischenbildes mit der ermittelten Position in der Betrachterebene (BE) übereinstimmt, und maximal eine Beugungsordnung des am elektrisch adressierbaren Lichtmodulators (SLM 1) gebeugten Lichts die Ausdehnung der Filteröffnung (FO) bestimmt. Anwendungsgebiet der Erfindung sind holographische Projektionsdisplays mit Betrachterfenster zum Darstellen einer holographischen Rekonstruktion.

Description

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung mit einer Lichtquellenanordnung zum Beleuchten eines elektrisch adressierbaren räumlichen Lichtmodulators, mit Abbildungsmitteln zum Abbilden von mindestens einer eingeschalteten Lichtquelle der Lichtquellenanordnung als Zwischenbild in die Fourierebene des elektrisch adressierbaren räumlichen Lichtmodulators und zum Abbilden des Zwischenbildes in eine ermittelte Position in der Betrachterebene, und mit einer in der Fourierebene angeordneten Filtereinrichtung, sowie mit einer Steuereinrichtung zum Steuern der Lichtquellen, des Lichtmodulators und der Filtereinrichtung.
Ebenso umfasst die Erfindung ein holographisches Projektionsdisplay, das die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung enthält.
Anwendungsgebiet der Erfindung sind holographische Projektionsdisplays mit einem Betrachterfenster, von dem aus eine holographische Rekonstruktion einer 3D Szene zu sehen ist. Das Betrachterfenster wird als Fouriertransformierte eines in einen steuerbaren räumlichen Lichtmodulator (SLM) eingeschriebenen Hologramms erzeugt und liegt innerhalb eines Periodizitätsintervalls der verwendeten Transformation.
In holographischen Projektionsdisplays mit einem elektrisch adressierbaren räumlichen Lichtmodulator (EASLM) als Lichtmodulationsmittel besteht das Problem, höhere Beugungsordnungen des kohärenten Lichts möglichst zu unterdrücken bzw. zu verringern, um ein Übersprechen der für ein Auge erzeugten holographischen Rekonstruktion zum anderen Auge zu verhindern. Die höheren Beugungsordnungen (BO) entstehen bei der Modulation des kohärenten Lichts durch Beugung in der Pixelmatrix des EASLM. Dadurch verschlechtert sich die Qualität der erzeugten holographischen Rekonstruktion.
Die höheren Beugungsordnungen können z. B. durch Filterung in einer Filterebene herausgefiltert werden. Die Filterung kann sowohl mit einer Filtereinrichtung mit einer im Lichtweg fest angeordneten Blende als auch mit einer Blende mit einer veränderbaren Filteröffnung durchgeführt werden.
Eine fest angeordnete Blende ist z. B. eine Lochblende mit einer Blendenöffnung. Die Öffnung ist so bemessen, dass in der Filterebene eine vorgegebene Beugungsordnung des einfallenden Lichts oder mindestens ein Teil davon herausgefiltert und damit durchgelassen wird. Das außerhalb der Blendenöffnung auf die Lochblende auftreffende Licht wird an der weiteren Ausbreitung gehindert. Die Ausdehnung der Blendenöffnung ist so bemessen, dass sie mit der Größe des Zwischenbildes eines zu erzeugenden Betrachterfensters übereinstimmt. Die Blendenöffnung und demzufolge die Filterung haben eine feste Position.
Um das Betrachterfenster der geänderten Position eines Betrachters vor dem holographischen Displaygerät nachzuführen, wird z. B. eine Lichtquellennachführung realisiert, indem das Muster von eingeschalteten Lichtquellen geändert wird. Ein derartig ausgebildetes holographisches Projektionsdisplay ist im Dokument DE 10 2005 023 743 der Anmelderin beschrieben.
Die Lichtquellennachführung ist nicht in Kombination mit einer statischen Filterung höherer BO anwendbar, weil auch das Zwischenbild des Betrachterfensters in der Filterebene bei einer Änderung der Lichtquellenposition verschoben oder zum Teil herausgefiltert wird. Außerdem ändert sich der für eine korrekte Filterung notwendige unveränderbare Strahlengang vor der Filterebene durch die Nachführung.
Ein Reduzieren höherer Beugungsordnungen des Lichts ist analog zur bekannten Fourier- oder 4f-Filterung möglich, indem die höheren Beugungsordnungen mit zwei Abbildungsmitteln und einem Filter in der Brennebene zwischen den beiden Abbildungsmitteln gefiltert werden.
Eine 4f-Filterung ist z. B. im Dokument DE 10 2007 019 277 der Anmelderin offenbart. Hier wird eine Filterung in einem Direktsichtdisplay durch ein als Filter eingesetztes pixeliertes elektronisches Shutterdisplay durchgeführt. Die Filtereinrichtung basiert auf einer Linsen-Feldanordnung, bei der jeder Linse eine Filteröffnung einer Filterblenden-Feldanordnung zugeordnet ist. Beim Nachführen des Betrachterfensters erfolgt eine Filterung dadurch, dass in Schritten von einem Pixel der Shutter lichtdurchlässig geschaltet wird. Diese Anordnung ist nicht auf ein holographisches Projektionsdisplay übertragbar. Das Shutterdisplay müsste sehr große Pixel aufweisen, wobei die Blendenöffnung die Größe eines Pixels hätte, und ein Verschieben der Öffnung wäre nur in sehr groben Schritten möglich. Infolge der Pixelstruktur des Shutters entstehen außerdem wieder höhere Beugungsordnungen. Weiterhin ist ein Lichtmodulator mit Pixelmatrix anfälliger gegen Justagefehler. Die Pixel müssen sehr genau gegenüber der Lichtquellenanordnung justiert werden, um die vorgegebene Position der Blendenöffnung zu realisieren.
Die 4f-Filterung ist auf ein Projektionsdisplay mit nur einem Spiegel als zweitem Abbildungsmittel nach der Filterebene anzuwenden. Dabei müssen die Brennweiten der beiden Abbildungsmittel unterschiedlich sein.
Ebenfalls als Filter einsetzbar ist ein im Dokument Fuh et al. „Spatial Filter based an azo-dye-doped liquid crystal films" Proc. SPIE 6487 64870E-1 beschriebener optisch adressierbarer räumlicher Lichtmodulator (OASLM) mit Flüssigkristallschicht. In diesem OASLM erhalten die Flüssigkristall(LC)-Moleküle durch auf eine Seite des OASLM einfallendes Licht eine vorgegebene räumliche Verteilung, also eine einheitliche Vorzugsorientierung. Dies wird durch eine vom Steuermittel einstellbare Variation der Intensität oder der Polarisation des einfallenden Lichts im OASLM erreicht.
Die LC Schicht im OASLM ist mit Azo Farbstoffmolekülen angereichert (dye doped). Fällt Licht auf diesen OASLM, richten sich die langen Achsen der Farbstoffmoleküle senkrecht zur Polarisationsrichtung des Lichts aus.
Erreicht die einfallende Lichtintensität einen bestimmten Wert, entsteht in der Zelle eine TN (Twisted Nematic) Struktur. Aufgrund dieser TN Struktur wird – bei geeigneter Dicke der LC Schicht – die Polarisation des einfallenden Lichts um 90° gedreht. Die Drehung findet nur in den Flächenbereichen des OASLM statt, in denen die einfallende Lichtintensität groß genug ist. An anderen Stellen des OASLM geht das einfallende Licht ohne Polarisationsdrehung durch.
Das einfallende Licht wird als Schreiblicht definiert. Für den Schreib- und Lesevorgang wird Licht gleicher Wellenlänge verwendet.
Unter den Begriff des OASLM fallen in diesem Dokument allgemein alle Arten von steuerbaren räumlichen Lichtmodulatoren, denen eine Modulationscharakteristik auf optischem Weg eingeschrieben werden kann.
Aufgabe der Erfindung ist es, die im Stand der Technik beschriebenen Probleme beim Einsatz von steuerbaren Lichtmodulatoren in Beleuchtungsvorrichtungen mit Filtereinrichtungen zu vermeiden. Es soll eine Filtereinrichtung geschaffen werden, die ein variierbares Einstellen der Filteröffnung ermöglicht.
Die Beleuchtungsvorrichtung soll in holographischen Projektionsdisplays ein Nachführen von Betrachterfenstern in mindestens zwei Richtungen ermöglichen und an vorgebbaren Positionen in Betrachterebenen das zeitsequentielle Anzeigen der Betrachterfenster für jeweils ein rechtes und linkes Auge von Betrachtern durch eine Filtereinrichtung vereinfachen.
Der Lösung liegt eine Beleuchtungsvorrichtung zugrunde mit einer Lichtquellenanordnung zum Beleuchten eines elektrisch adressierbaren räumlichen Lichtmodulators, mit Abbildungsmitteln zum Abbilden von mindestens einer eingeschalteten Lichtquelle der Lichtquellenanordnung als Zwischenbild in die Fourierebene des elektrisch adressierbaren räumlichen Lichtmodulators und zum Abbilden des Zwischenbildes in eine ermittelte Position einer Betrachterebene, und mit einer in der Fourierebene angeordneten Filtereinrichtung, sowie mit einer Steuereinrichtung zum Steuern der Lichtquellen, des Lichtmodulators und der Filtereinrichtung
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass

– die Filtereinrichtung einen optisch adressierbaren räumlichen Lichtmodulator mit einer durch eine Adressierung erzeugten Filteröffnung aufweist,
– die Filteröffnung in ihrer Position innerhalb der Fourierebene und/oder ihrer Ausdehnung durch die Steuereinrichtung einstellbar ist, wobei der optisch adressierbare Lichtmodulator so adressierbar ist, dass die Position der Filteröffnung in der Fourierebene mit der Position des Zwischenbildes der eingeschalteten Lichtquelle und gleichzeitig die Position des abgebildeten Zwischenbildes mit der ermittelten Position in der Betrachterebene übereinstimmt, und maximal eine Beugungsordnung des am elektrisch adressierbaren Lichtmodulators gebeugten Lichts die Ausdehnung der Filteröffnung bestimmt.

In Ausbildung der Erfindung weisen die Abbildungsmittel ein erstes Abbildungsmittel zum Abbilden der mindestens einen eingeschalteten Lichtquelle als Zwischenbild in die Fourierebene und ein zweites Abbildungsmittel zum Abbilden des Zwischenbildes in die ermittelte Position in der Betrachterebene als Betrachterfenster auf.
Die Adressierung des optisch adressierbaren Lichtmodulators erfolgt durch eine Modulation des Lichts im elektrisch steuerbaren Lichtmodulator vorzugsweise mit einer vorgegebenen Intensitätsverteilung, die im elektrisch steuerbaren Lichtmodulator als ein Hologramm eingeschrieben ist.
Die Ausbildung der Beleuchtungsvorrichtung für eine farbige Beleuchtung sieht eine Lichtquellenanordnung mit roten, grünen und blauen Lichtquellen vor, wobei die Ausdehnung der Filteröffnung vorteilhaft auf eine Beugungsordnung des von einer aktivierten blauen Lichtquelle am elektrisch adressierbaren Lichtmodulator gebeugten Lichts eingestellt ist.
Der optisch adressierbare Lichtmodulator weist eine Transmission auf, die mittels der Polarisation oder der Intensität von Schreiblicht veränderbar ist. Dabei sind die Position und die Ausdehnung der Filteröffnung im optisch adressierbaren Lichtmodulator in bevorzugter Weise durch den räumlichen Verlauf von Polarisation oder den räumlichen Intensitätsverlauf des einfallenden Schreiblichts einschreibbar.
Es können zum Bereitstellen von Schreiblicht auch zusätzliche Lichtquellen genutzt werden. Die Adressierung des optisch adressierbaren Lichtmodulators kann auch dadurch erfolgen, dass die Steuereinrichtung den optisch adressierbaren Lichtmodulator mit zusätzlichem Licht einer anderen Wellenlänge ansteuert. Andererseits kann das Licht von mindestens einem Teil der Lichtquellen sowohl als Schreiblicht als auch als Leselicht verwendet werden, um die Lichtquellenanordnung zu vereinfachen.
Erfindungsgemäß sind/ist eine neue Position und/oder eine neue Ausdehnung für eine neue Filteröffnung nach einem Löschvorgang einer zuvor eingeschriebenen Filteröffnung einschreibbar.
Dabei erfolgt der Löschvorgang durch eine für einen vorgegebenen Zeitraum über die Fläche eingestellte einheitliche elektrische Spannung am optisch adressierbaren Lichtmodulator, wobei der elektrisch adressierbare Lichtmodulator keine Information anzeigt.
In weiterer Ausbildung der Erfindung ist in der Beleuchtungsvorrichtung im Lichtweg zwischen der Zwischenbildebene und dem zweiten Abbildungsmittel ein Shutterdisplay angeordnet, das während des Schreibvorgangs und/oder während des Löschvorgangs auf minimale Transparenz und während des Auslesevorgangs auf eine maximale Transparenz schaltbar ist.
Weiterhin ist der optisch adressierbare Lichtmodulator zwischen einer maximalen und einer minimalen Transparenz binär schaltbar, wobei die maximale Transparenz durch Schreiblicht mit der Intensität oberhalb eines vorgegebenen Schwellenwertes und die minimale Transparenz mittels des Löschvorgangs einstellbar sind. Die Position und Ausdehnung der eingestellten maximalen Transparenz legt dann die Filteröffnung im optisch adressierbaren Lichtmodulator fest. Die Transparenzwerte sind durch die Steuereinrichtung einstellbar.
Eine durch die Position und Ausdehnung eingestellte Transparenz der Filteröffnung, die anders als die minimale Transparenz ist, liefert durch die Einstellung verschiedener Werte der Transparenz, die von der minimalen Transparenz abweichen, einen Transmissionsverlauf innerhalb der Filteröffnung.
Es erfolgt ein Einschreiben von Amplituden- und/oder Phasenwerten in den elektrisch adressierbaren Lichtmodulator zur Modulation von Schreiblicht mindestens einer Lichtquelle so, dass die Fouriertransformierten dieser Amplituden- und/oder Phasenwerte den vorgegebenen Intensitätsverlauf zum Einschreiben der Filteröffnung in den optisch adressierbaren Lichtmodulator approximieren.
In einer anderen Ausgestaltung der Beleuchtungsvorrichtung weist der optisch adressierbare Lichtmodulator eine farbstoffdotierte Flüssigkristallschicht auf, deren Farbstoffmoleküle durch Schreiblicht so orientiert sind, dass oberhalb eines Schwellenwertes der Intensität des Schreiblichts eine Umorientierung der Flüssigkristallmoleküle erfolgt.
Weiterhin kann die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung in einem holographischen Projektionsdisplay, bei dem eine rekonstruierte 3D Szene von einem Betrachterfenster aus für einen Betrachter sichtbar ist, realisiert werden. Das holographische Projektionsdisplay ist mit einer Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 ausgebildet, wobei die Beleuchtungsvorrichtung eine Filterebene und eine Betrachterebene aufweist, wobei in der Betrachterebene ein Betrachterfenster durch Abbilden mindestens einer eingeschalteten Lichtquelle und eines in den elektrisch adressierbaren Lichtmodulator der Beleuchtungsvorrichtung eingeschriebenen Hologramms generierbar ist, und in der Filterebene in Abhängigkeit von der Position der Zwischenabbildung der eingeschalteten Lichtquelle in der Betrachterebene das Filtern von Beugungsordnungen erfolgt, und das Projektionsdisplay eine Steuereinrichtung zum Steuern mindestens der Lichtquellen, des Lichtmodulators und der Filtereinrichtung aufweist.
Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen schematisch
1a, b eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung mit einer Filtereinrichtung mit einstellbarer Filteröffnung in der Fourierebene eines steuerbaren Lichtmodulators,
2a, b die grafische Darstellung von Intensitätsverteilungen vor und nach einer Filterung höherer Beugungsordnungen,
3 eine Prinzipdarstellung eines Ausführungsbeispiels des Einschreibens einer Filteröffnung mit kohärentem Licht in einen SLM (Schreibvorgang), und
4 eine Prinzipdarstellung eines Auslesevorgangs einer Filteröffnung mit kohärentem Licht an einem SLM.
Der Erfindung liegt folgendes Prinzip zugrunde:
Die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung soll neben der Beleuchtung eines SLM gleichzeitig ein Filtern höherer Beugungsordnungen von verwendetem kohärenten Licht im Lichtweg ermöglichen. Es soll nur eine bestimmte Beugungsordnung zu einer Position in einer Bildebene gelangen. Die Position in dieser Bildebene ist mindestens zweidimensional veränderbar.
Mindestens eine eingeschaltete Lichtquelle einer Lichtquellenanordnung beleuchtet einen elektrisch adressierbaren räumlichen Lichtmodulator (EASLM) und wird mit einem ersten Abbildungsmittel in eine Zwischenbildebene als Zwischenbild abgebildet. Durch die Beugung an der Pixelstruktur des EASLM entstehen in dieser Bildebene Zwischenbilder der jeweils eingeschalteten Lichtquelle(n) mit periodischen Wiederholungen der höheren Beugungsordnungen des Lichts. Der Abstand zwischen zwei periodischen Wiederholungen entspricht der Größe einer Beugungsordnung. Die höheren Beugungsordnungen können mittels einer Filtereinrichtung in dieser Bildebene herausgefiltert werden. Die Filteröffnung wird mittels eines zweiten Abbildungsmittels in eine zweite Bildebene so abgebildet, dass dort nur maximal eine Beugungsordnung vorliegt.
Unter Herausfiltern ist hier zu verstehen, dass bestimmte Beugungsordnungen des Lichts von der Filteröffnung nicht durchgelassen werden sollen. Die Filtereinrichtung hält in der Filterebene das Licht dieser Beugungsordnungen zurück und lässt nur eine vorgegebene Beugungsordnung durch.
Als Filtereinrichtung wird erfindungsgemäß ein optisch adressierbarer Lichtmodulator (OASLM) in der Filterebene genutzt, auf dem entsprechend einer veränderten Position von Lichtquellenbildern auch Positionen von Filteröffnungen im OASLM geändert werden können.
Die 1a und 1b zeigen schematische eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung mit einer Filtereinrichtung in der Fourierebene eines steuerbaren Lichtmodulators in Draufsicht in einer ersten Ausbildung der Erfindung.
In 1a ist in der Fourierebene FE eines pixelierten, elektrisch adressierbaren räumlichen Lichtmodulators SLM 1 die Filtereinrichtung angeordnet. Den Lichtmodulator SLM 1 beleuchtet eine matrixförmige Lichtquellenanordnung LQA, von der nur eine Zeile mit drei Lichtquellen dargestellt ist und bei der eine Lichtquelle LQ eingeschaltet ist. Nahe dem Lichtmodulator SLM 1 folgt im Lichtweg ein erstes Abbildungsmittel L1 in Form einer Linse. Die Fourierebene FE des Lichtmodulators SLM 1 ist gleichzeitig die erste Bildebene und die Filterebene der Filtereinrichtung. Letztere ist ein optisch adressierbarer räumlicher Lichtmodulator SLM 2. Die Filteröffnung FO des Lichtmodulators SLM 2 kann innerhalb der Filterebene in ihrer Position und Ausdehnung verändert werden.
Eine Steuereinrichtung CU steuert wenigstens die Auswahl und das Schalten der Lichtquellen LQ sowie die Kodierung des Lichtmodulators SLM 1 und das Transparentschalten des Lichtmodulators SLM 2. Dem Lichtmodulator SLM 2 ist ein zweites Abbildungsmittel L2 nachgeordnet, um das Zwischenbild der jeweils eingeschalteten Lichtquelle(n) LQ in eine zweite Bildebene abzubilden. Die Abbildung der periodischen Wiederholungen der eingeschalteten Lichtquelle LQ in die Fourierebene FE ist durch einen gestrichelt gezeichneten Strahlenverlauf gekennzeichnet. Nur eine vorgegebene Beugungsordnung passiert die Filteröffnung FO im Lichtmodulator SLM 2.
In der Fourierebene FE liegt ein Zwischenbild der eingeschalteten Lichtquelle LQ.
In 1b stimmt die Anordnung der einzelnen Komponenten mit 1a überein, jedoch ist eine andere Lichtquelle LQ der Lichtquellenanordnung LQA eingeschaltet. Das Zwischenbild der Lichtquelle LQ und die Wiederholungen der höheren Beugungsordnungen des Zwischenbildes haben gegenüber 1a eine andere Position in der Zwischenbildebene bzw. Fourierebene FE. Demzufolge wird auch die Position der Filteröffnung FO im Lichtmodulator SLM 2 verändert. Angepasst an die Position des Zwischenbildes der anderen Lichtquelle LQ wird die Filteröffnung FO im Lichtmodulator SLM 2 auch an einer anderen, neuen Position erzeugt, an der wieder maximal eine Beugungsordnung durchgelassen und andere Beugungsordnungen gefiltert werden. Die Ausdehnung der Filteröffnung FO wird von der durchzulassenden Beugungsordnung bestimmt.
Die Filteröffnung FO kann z. B. rechteckig sein. Dann entspricht ihre horizontale Ausdehnung maximal einer horizontalen Beugungsordnung des Lichtmodulators SLM 1 und ihre vertikale Ausdehnung maximal einer vertikalen Beugungsordnung des Lichtmodulators SLM 1.
Im Lichtmodulator SLM 2 wird die Filteröffnung FO entsprechend einer Ausgestaltung der Erfindung durch Adressierung mit kohärentem Schreiblicht eingeschrieben. Die Steuereinrichtung CU steuert den Lichtmodulator SLM 2 so, dass er auf einer Teilfläche transparent ist und die restliche Teilfläche einen Zustand minimaler Transparenz für das Licht aufweist. Die eingestellte Transparenz des Lichtmodulators SLM 2 ist größer als die minimale Transparenz der restlichen Teilfläche. Mit einem Lesevorgang mit kohärentem Licht wird dann mittels der eingeschriebenen Filteröffnung die Filterung durchgeführt.
2a zeigt die Grafik einer relativen räumlichen Intensitätsverteilung von Schreiblicht, wie sie vor einer Filterung durch die Filteröffnung im OASLM im Lichtweg der Beleuchtungsvorrichtung vorliegt. In diesem Beispiel entspricht die Intensitätsverteilung etwa einem [sin(x)/x]²-Verlauf, wobei x der Position der Filteröffnung entspricht.
Als Filtereinrichtung kann hier z. B. ein LC OASLM als Lichtmodulator SLM 2 verwendet werden. Er zeigt ein binäres Verhalten. Ab einem bestimmten Schwellenwert von Schreiblicht auf eine Seite des LC OASLM erfolgt eine Umorientierung der LC Moleküle durch ein Umschalten oder Verschieben der Transparenz der Oberfläche des LC OASLM. Die erreichbare Auflösung des OASLM hängt davon ab, wie fein die Intensität oder Polarisation des Schreiblichts räumlich variiert werden kann.
Gemäß der damit erzielbaren LC Ausrichtung kann ein OASLM anschließend selbst einfallendes Licht (Leselicht) in seiner Amplitude und/oder Phase modulieren. Meistens unterscheidet sich die Wellenlänge des Schreiblichts von der des Leselichts. Dann reagieren die LC Moleküle in ihrer Ausrichtung nur auf einen bestimmten Bereich von Wellenlängen. Der LC OASLM kann dann zum Modulieren von Licht aus einem anderen Bereich von Wellenlängen verwendet werden. Mit dieser Ausführung können z. B. Beugungsordnungen mit hoher Intensität oberhalb des Schwellenwertes und Beugungsordnungen niedriger Intensität unterhalb des Schwellenwertes herausgefiltert werden.
In der Grafik entspricht der Schwellenwert z. B. dem 0,57fachen der Maximalintensität des Schreiblichts. Demzufolge wird in den LC OASLM eine Filteröffnung eingeschrieben, deren Ausdehnung vorgegeben ist durch den Teil der eingezeichneten Geraden, der zwischen den Schnittpunkten des Verlaufs der Schreiblichtintensität mit der parallel zur x-Achse eingezeichneten Geraden bei 0,57 liegt.
Die einzustellende räumliche Intensitätsverteilung des Schreiblichts in 2a zum Einschreiben in den LC OASLM unterscheidet sich in der Regel von der Intensitätsverteilung des Lichtquellenbildes einer einzelnen aktivierten Lichtquelle. Für eine Beleuchtungsvorrichtung, in der mehrere oder für Schreiblicht und Leselicht unterschiedliche Lichtquellen verwendet werden, können z. B. auch mehrere benachbarte Lichtquellen der Lichtquellenanordnung zum Liefern von Schreiblicht eingeschaltet werden. Aus einer Überlagerung ihrer abgebildeten Lichtquellenbilder ergibt sich dann das in der Filterebene einzustellende Intensitätsprofil. In diesem Fall können zum Schreiben z. B. auch inkohärente Lichtquellen verwendet werden.
2b zeigt die von der Filteröffnung gefilterte Intensitätsverteilung des Lichts für ein weiteres Ausführungsbeispiel mit identischem Schreib- und Leselicht, bei dem also für Schreib- und Leselicht die gleichen Lichtquellen LQ eingeschaltet werden. Das gleiche Licht, das zum Schreiben der Filteröffnung verwendet wird, wird auch selbst durch diese Filteröffnung gefiltert. Das Licht mit einer Intensitätsverteilung unterhalb des Schwellenwertes wird unterdrückt.
3 zeigt eine erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung mit einer Prinzipdarstellung eines Schreibvorgangs von kohärentem Licht zum Einschreiben einer Filteröffnung in einen Lichtmodulator.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Beleuchtungsvorrichtung wird der Lichtmodulator SLM 1 in Kombination mit einer Lichtquellenanordnung LQA verwendet, deren Lichtquellen LQ kohärentes Schreiblicht aussenden. 3 zeigt bereits in 1a und 1b dargestellte und beschriebene Komponenten. Zusätzlich ist zwischen dem Lichtmodulator SLM 2 und dem als Linse ausgebildeten Abbildungsmittel L2 ein Shutterdisplay S angeordnet. Die Steuereinrichtung CU steuert hier die Auswahl und das Ein- und Ausschalten der beispielsweise einen Lichtquelle LQ der Lichtquellenanordnung LQA sowie die Kodierung des Lichtmodulators SLM 1 und das Transparentschalten von Teilflächen des Lichtmodulators SLM 2.
Das erste Abbildungsmittel L1 bildet eine eingeschaltete Lichtquelle LQ in die erste Bildebene mit einer Intensitätsverteilung I auf den Lichtmodulator SLM 2 ab. Diese Intensitätsverteilung ist im Lichtweg vor dem SLM 2 dargestellt. Da diese Bildebene der Filterebene und der Fourierebene FE des Lichtmodulators SLM 1 entspricht, können in den Lichtmodulator SLM 1 Amplituden- und/oder Phasenwerte als Schreibhologramm kodiert werden. Aus den Fouriertransformierten dieser Werte resultiert dann die Intensitätsverteilung I des Schreiblichts, die proportional zum Quadrat der Amplitudenwerte der Fouriertransformierten verläuft und mit der die Filteröffnung FO im Lichtmodulator SLM 2 erzeugt wird.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung erfolgen Schreib- und Lesevorgang in der Beleuchtungsvorrichtung unabhängig voneinander. Schreib- und Leselicht sind dann nicht identisch und die Wellenlänge des Schreiblichts unterscheidet sich von der des Leselichts. Beispielsweise kann der Schreibvorgang mit UV Licht erfolgen und die Lichtquellenanordnung enthält dann zusätzliche Lichtquellen, die nur zum Schreiben verwendet werden.
Wird z. B. mit UV Licht geschrieben, dann wird in 3 das Licht im Strahlengang durch das Shutterdisplay S blockiert. Dazu ist es von den Steuermitteln CU während des Schreibvorgangs und/oder während des Löschvorgangs auf minimale Transparenz und während des Auslesevorgangs auf maximale Transparenz schaltbar. Das UV Licht gelangt nicht in die zweite Bildebene. Das Auslesen erfolgt mit sichtbarem Licht. Wahlweise können kohärente oder auch inkohärente Schreiblichtquellen benutzt werden.
In einer weiteren Ausführung kann der Schreibvorgang im Lichtmodulator SLM 2 durch eine von der Steuereinrichtung CU steuerbare Spannung auch so eingestellt werden, dass ein Einschreiben mittels Schreiblicht nur erfolgt, wenn die Spannung angeschaltet ist, oder umgekehrt. Dann kann z. B. die gleiche Lichtquelle als Schreiblicht und Leselicht verwendet werden. Dazu wird in den Lichtmodulator SLM 1 einmal ein Hologramm eingeschrieben, mit dem eine Schreiblichtverteilung generiert wird, und am Lichtmodulator SLM 2 wird eine Spannung angelegt und eine Blendenfunktion eingeschrieben. Anschließend kann ein Auslesen erfolgen, indem im Lichtmodulator SLM 1 ein Hologramm mit einer Intensitätsverteilung eingeschrieben wird, die von der Intensitätsverteilung des Leselichts abweicht. Am Lichtmodulator SLM 2 wird die Spannung abgeschaltet und die Intensitätsverteilung des Leselichts so gefiltert, dass keine störende Änderung der Blende in der Filtereinrichtung auftritt.
Ein in den Lichtmodulator SLM 1 eingeschriebenes Hologramm kann man in der Regel für mehrere Lichtquellen LQ der Lichtquellenanordnung LQA verwenden.
Wenn sich in der Beleuchtungsvorrichtung, die z. B. Komponente eines holographischen Displays mit Betrachterfenster ist, die einzuschaltende Lichtquelle und damit die Position des Zwischenbildes auf dem Lichtmodulator SLM 2 verschiebt, wird sich immer automatisch auf dem Lichtmodulator SLM 2 ein Bereich ergeben, in dem das Schreiblicht eine entsprechende Blendenfunktion mit einer vorgegebenen Intensitätsverteilung einschreiben kann. Die Position des Zwischenbildes kann sich durch eine veränderte Position des Betrachters oder durch ein zeitliches Multiplexing von Teil-Betrachterfenstern verändern. Im relevanten Bereich liegt dann die Lichtintensitätsverteilung oberhalb eines Schwellenwertes. Deshalb ist keine Synchronisation des Lichtmodulators SLM 2 mit der Lichtquellenposition erforderlich und der Lichtmodulator SLM 2 muss auch nicht in lateraler Richtung exakt justiert werden.
In der Regel lassen ein einzelner OASLM oder ein einzelner Shutter im transparenten Zustand nicht 100% des einfallenden Lichts durch, sondern weisen noch eine geringe Transmission auf. Durch eine Kombination des OASLM mit dem Shutter lässt sich eine maximale Transparenz und eine minimale Transparenz einstellen.
Die Filteröffnung im OASLM wird also dadurch realisiert, dass innerhalb der Filteröffnung maximale Transparenz und außerhalb der Filteröffnung minimale Transparenz einstellbar sind.
4 zeigt den Lesevorgang zur beschriebenen 3. In den Lichtmodulator SLM 1 sind andere Amplituden- und Phasenwerte als in 3 eingeschrieben und generieren für eine Filteröffnung FO eine andere Intensitätsverteilung I'.
Ist diese Beleuchtungsvorrichtung Teil eines holographischen Projektionsdisplays mit Betrachterfenster, dann wird für den Lesevorgang ein Hologramm der 3D Szene in den Lichtmodulator SLM 1 eingeschrieben. Die generierte Intensitätsverteilung I' in der Zwischenbildebene entspricht dann der Intensitätsverteilung des Zwischenbildes, mit dem das Betrachterfenster BF erzeugt wird.
Die Filteröffnung FO im Lichtmodulator SLM 2 wird gemäß der Beschreibung in 3 erzeugt. In diesem Fall wird das Shutterdisplay S transparent geschaltet, so dass die Filteröffnung FO ungehindert in die zweite Bildebene mit der Intensitätsverteilung I'' abgebildet werden kann.
Nachfolgend wird erläutert, wie das Einschreiben und Löschen einer Filteröffnung im Lichtmodulator SLM 2 durch die Steuereinrichtung CU erfolgt:
Der Lichtmodulator SLM 2 ist in 3 und 4 z. B. so ausgebildet, dass für einen bestimmten Schwellenwert der Lichtintensität des Schreiblichts oberhalb des Schwellenwerts ein vorgegebener Zustand der Ausrichtung der LC Moleküle eingestellt wird und unterhalb des Schwellenwerts der vorliegende Zustand erhalten bleibt. Oberhalb der vorgegebenen Intensität des Schreiblichts wird die Teilfläche des Lichtmodulators SLM 2, an der diese Intensität auftrifft, auf maximale Transparenz gesteuert. Eine Teilfläche des Lichtmodulators SLM 2 unterhalb dieser Intensität des Schreiblichts bleibt schwarz, also auf minimale Transparenz eingestellt.
In dem Fall kann auch Schreiblicht, dessen Intensität sich mit dem Ort kontinuierlich ändert, eine Filteröffnung FO mit einer scharfen Begrenzung in den Lichtmodulator SLM 2 einschreiben.
Zusätzlich verfügt der Lichtmodulator SLM 2 über eine Löschfunktion zum Einstellen der minimalen Transparenz auf der gesamten Oberfläche, mit der eingeschriebene Filteröffnungen FO wieder gelöscht werden. Durch aufeinander folgendes Löschen einer Filteröffnung FO und Schreiben einer neuen Filteröffnung FO können ihre Position und/oder Ausdehnung verändert werden.
Die Löschfunktion kann eine einheitliche Spannung sein, mit der die gesamte Oberfläche des Lichtmodulators SLM 2 in regelmäßigen Zeitabständen auf minimale Transparenz geschaltet wird. Oder der Lichtmodulator SLM 2 ist so ausgebildet, dass ein Rückfall in den Zustand minimaler Transparenz automatisch erfolgt, wenn für eine bestimmte Zeitspanne die Schwellenwertintensität des Schreiblichts unterschritten wird.
In einem weitern Ausführungsbeispiel wird in der Beleuchtungsvorrichtung farbiges Licht zur Farbdarstellung von Informationen erzeugt. Eine Lichtquellenanordnung enthält Lichtquellen unterschiedlicher Wellenlängen für z. B. rotes, grünes und blaues Licht. Blaues Licht wird z. B. sowohl zum Schreiben der Filteröffnung als auch zum Lesen verwendet. Licht der anderen beiden Wellenlängen wird nur zum Lesen verwendet.
Zum Erzeugen einer holographischen Farbrekonstruktion kann eine derartige Beleuchtungsvorrichtung in einem holographischen Displaygerät verwendet werden. Die Beugungsordnungen sind für rotes, grünes und blaues Licht unterschiedlich groß. Dort ist es sinnvoll, die Größe eines Betrachterfensters so zu wählen, dass es für blaues Licht einer ganzen Beugungsordnung, für grünes und rotes Licht aber nur Teilen einer Beugungsordnung entspricht. Für alle drei Farben ergibt sich dann absolut gesehen die gleiche Betrachterfenstergröße.
Verwendet man blaues Licht als Schreiblicht, so wird mit diesem Schreiblicht auch die Ausdehnung der Filteröffnung festgelegt. Rotes und grünes Licht wird dann mit einer Filteröffnung mit gleicher Größe wie beim blauen Licht gefiltert.
Die Form der in den OASLM eingeschriebenen Filteröffnung kann so ausgestaltet sein, dass eine Filterung in einer oder wahlweise in zwei Dimensionen ausführbar ist. So erfolgt mit einer schlitzförmigen Öffnung eine Filterung von Beugungsordnungen in einer Dimension, mit einer runden oder rechteckigen Öffnung eine Filterung von Beugungsordnungen in zwei Dimensionen.
Bei einem EASLM mit auf einem rechteckigen, aber nicht quadratischen Raster angeordneten Pixeln unterscheidet sich beispielsweise die Größe einer Beugungsordnung in horizontaler und vertikaler Richtung. Bei einer Filterung in zwei Dimensionen bevorzugt man eine recheckige Filteröffnung im OASLM.
In weiterer Ausbildung des OASLM kann er anstelle eines binären Verhaltens eine Transparenz aufweisen, die entweder in mehreren Stufen oder auch kontinuierlich von der einfallenden Schreiblichtintensität abhängig ist. Das heißt, es kann mindestens eine weitere Transparenz eingestellt werden, die größer ist als die minimale Transparenz, aber kleiner als die maximale Transparenz. Damit kann insbesondere auch eine Filteröffnung eingeschrieben werden, die keine scharfe Begrenzung, sondern einen stufenförmigen oder kontinuierlichen Helligkeitsverlauf hat. Bei diesem Helligkeitsverlauf wird also am Rand der Filteröffnung noch ein Teil des Lichts durchgelassen, ein anderer Teil aber bereits herausgefiltert.
In der Beleuchtungsvorrichtung können die Abbildungsmittel, der EASLM oder auch der OASLM entweder transmissiv oder reflektiv ausgebildet sein. Ein Beispiel für ein reflektives Abbildungsmittel ist ein gekrümmter Spiegel.
In einen reflektiven OASLM wird eine Filteröffnung so eingeschrieben, dass innerhalb der Filteröffnung Licht reflektiert wird. Außerhalb der Filteröffnung wird Licht entweder absorbiert oder transmittiert.
Anhand zweier Anwendungsbeispiele wird das Prinzip der Filterung mittels OASLM näher beschrieben.
In einem ersten Beispiel ist die Beleuchtungsvorrichtung Teil eines holographischen Projektionsdisplays mit Betrachterfenster. Das Betrachterfenster wird in die zweite Bildebene, welche die Betrachterebene ist, an eine Position abgebildet, an der ein Positionserfassungssystem Betrachteraugen ermittelt.
Das vom EASLM der Beleuchtungsvorrichtung für die holographische Rekonstruktion modulierte kohärente Licht wird gleichzeitig als Schreib- und Leselicht verwendet.
Entsprechend der erfassten Betrachterposition wird aus der Lichtquellenanordnung durch die Steuereinrichtung mindestens eine Lichtquelle ausgewählt und eingeschaltet. Oder es wird mindestens eine bereits eingeschaltete Lichtquelle so verschoben, dass das Bild dieser mindestens einen eingeschalteten Lichtquelle in der zweiten Bildebene, der Betrachterebene, mit der detektierten Augenposition des Betrachters zusammenfällt.
Weiterhin wird die Lage des Zwischenbildes in der Filterebene für die eingeschaltete(n) Lichtquelle(n) ermittelt. In den OASLM der Filtereinrichtung schreibt eine Steuereinrichtung eine Blendenfunktion so ein, dass ein Teil einer Fläche des OASLM als Filteröffnung transparent geschaltet wird. Diese Fläche im OASLM ist so groß, dass von der mindestens einen aktivierten Lichtquelle maximal eine Beugungsordnung durchgelassen und die anderen Beugungsordnungen herausgefiltert werden.
Für diesen Ablauf wird mittels Licht in den EASLM ein Hologramm so eingeschrieben, dass in der zweiten Bildebene das Betrachterfenster und in der ersten Bildebene, die gleichzeitig die Zwischenbildebene der aktivierten Lichtquelle ist, ein Zwischenbild des Betrachterfensters entsteht. Das Betrachterfenster kann in horizontaler und vertikaler Richtung jeweils maximal die Größe einer Beugungsordnung aufweisen.
Die Filterung der höheren Beugungsordnungen findet in der Fourierebene des EASLM statt. Die höheren Beugungsordnungen weisen dann eine periodische Wiederholung des zu erzeugenden Betrachterfensters auf. Aufgrund der Pixelstruktur des EASLM ergibt sich in der Regel eine zu höheren Beugungsordnungen abfallende Intensität. Dies ist ein optisches Analogon zu einer mathematischen Multiplikation der Fouriertransformierten des kodierten Hologramms mit dem Beugungsbild des Einzelpixels des EASLM. Für einen rechteckigen Pixel mit konstanter Transmission über den Pixel ergibt sich z. B. ein Intensitätsabfall gemäß (sin(x)/x)², der ähnlich wie in 2a gezeigt verläuft.
Beim holographischen Projektionsdisplay wird aber innerhalb des Betrachterfensters eine im räumlichen Mittel über kleine Abschnitte konstante Intensität benötigt, damit ein Betrachter, dessen Augenpupille sich innerhalb dieses Betrachterfensters bewegt, die Rekonstruktion einer 3D Szene mit konstanter Helligkeit sieht. Das in der Betrachterebene außerhalb des Betrachterfensters vorliegende Licht, dessen Intensität für das Nachbarauge oder für andere Betrachter störend wirkt, wird durch eine zwischen EASLM und Betrachter angeordnete Filtereinrichtung herausgefiltert. Die Filteröffnung wird durch den OASLM realisiert und ist an eine Änderung der Position des Betrachters in zwei Richtungen vor dem Display, z. B. in x- und z-Richtung, und damit an die veränderte Position des Betrachterfensters anpassbar.
Ist in den EASLM ein Hologramm einer 3D Szene kodiert, in dem die Amplituden- und Phasenwerte nahezu zufällig verteilt sind, so ähnelt die Intensitätsverteilung in der Filterebene dem Beugungsbild des Einzelpixels.
Der Schwellenwert der Schreiblichtintensität für die Reaktion des OASLM muss dann durch die Steuereinrichtung so eingestellt werden, dass er auf den Flanken des Hauptmaximums der (sin(x)/x)²-Funktion liegt, so wie das z. B. in 2a gezeigt ist. Dort ist eine Funktion (sin(x)/x)² mit Hauptmaximum und jeweils erstem Nebenmaximum auf der linken und rechten Seite eingezeichnet. Der dort eingezeichnete Schwellenwert von 0.57 schneidet die steilen Flanken des Hauptmaximums.
Durch das Schreiblicht wird der in der Fourierebene angeordnete OASLM in der Teilfläche, in der die Lichtintensität oberhalb des Schwellenwertes eingestellt ist, transparent geschaltet. Dann wird der zentrale Bereich des Beugungsbildes vom OASLM durchgelassen, nachdem sich der OASLM an dieser Teilfläche auf den transparenten Zustand eingestellt hat. Die intensitätsschwächeren Nachbarordnungen werden nicht durchgelassen, weil ihre Intensität unterhalb des Schwellenwertes für das transparente Schalten des OASLM liegt. Dies ist in 2b dargestellt. Derjenige Teil des Lichts aus 2a wird gezeigt, der durch die Filtereinrichtung hindurch tritt. Die Differenz zwischen den Kurven in 2a und 2b ist der Anteil des Lichts, der herausgefiltert wird.
Der Schwellenwert für den OASLM ist dabei so einzustellen, dass in der zweiten Bildebene innerhalb des zu erzeugenden Betrachterfensters die Intensität z. B. oberhalb des Schwellenwertes liegt und außerhalb des Betrachterfensters unterhalb des Schwellenwertes. Dies kann durch Verändern der Gesamtintensität der Lichtquellen erfolgen. Die 2a gibt nur einen relativen Intensitätsverlauf an. Indem z. B. die Lichtquellenintensität erhöht wird, kann die Schwelle auf dieser Kurve nach unten verschoben werden.
Eine Verschiebung des Beugungsbildes in der Filterebene durch z. B. Umschalten auf eine andere Lichtquelle führt zu einem automatischen Verschieben der Lichtintensität in der Filterebene, wodurch auch die Filteröffnung an einer anderen Position im OASLM liegt.
Bei dieser Ausgestaltung können sich mit einem veränderten Inhalt der 3D Szene auch das in den EASLM eingeschriebene Hologramm und die Gesamtintensität im Betrachterfenster bzw. in der Filterebene ändern und damit auch die Intensität am Rand des Betrachterfensters.
Da die Schwelle für die maximale Transparenz des OASLM nicht veränderbar ist, können mit dieser Ausgestaltung und der Filtereinrichtung nicht immer exakt alle höheren Beugungsordnungen herausgefiltert werden.
Dies kann durch eine nachfolgend beschriebene zeitliche Modulation der Intensität der Lichtquellen verhindert werden.
In einem ersten zum Schreiben der Filteröffnung verwendeten Zeitintervall T1 wird die Intensität der eingeschalteten Lichtquellen so eingestellt, dass sich eine vorgegebene Intensitätsverteilung in der Filterebene einstellt. In einem zweiten Zeitintervall T2 wird die Intensität durch die Steuereinrichtung dann so geregelt, dass ein Betrachter die Rekonstruktion der 3D Szene mit der gewünschten Helligkeit sieht.
Anstelle der Lichtquelle kann auch der Shutter S gemäß 3 oder 4 für die Regelung der Helligkeit, mit der der Betrachter die 3D Szene sehen soll, verwendet werden, wobei er für ein erstes Zeitintervall auf maximale Transparenz und für ein zweites Zeitintervall auf minimale Transparenz geschaltet ist.
In einem zweiten Anwendungsbeispiel eines holographischen Projektionsdisplays mit Betrachterfenster erfolgen Schreiben und Lesen mit den gleichen eingeschalteten Lichtquellen, aber mit unterschiedlichen in den EASLM eingeschriebenen Hologrammen. So wird für den Schreibvorgang immer ein festes Hologramm verwendet, das eine vorgegebene Lichtverteilung in der Filterebene erzeugt. Abhängig von der aktivierten Lichtquelle ändert sich aber die Position dieser Lichtverteilung. Die Lesehologramme können demzufolge je nach Inhalt der 3D Szene variieren. Im EASLM werden zeitlich nacheinander Schreibhologramm und Lesehologramm dargestellt, während die gleiche Lichtquelle aktiviert ist. Das entspricht etwa einer zeitlichen Abfolge der in 3 und 4 dargestellten Anordnungen.
Neben der Nachführung des Betrachterfensters kann auch das zeitsequentielle Anzeigen von Information im Betrachterfenster für das linke und rechte Auge eines Betrachters durch die beschriebene Filtereinrichtung vereinfacht werden.
Zwei Betrachterfenster, eines für jeweils ein linkes und ein rechtes Auge eines Betrachters oder für je ein Auge von zwei Betrachtern (zwei rechte oder zwei linke Augen) können z. B. zeitlich nacheinander erzeugt werden, indem für jedes Betrachterfenster unterschiedliche Lichtquellen aktiviert und unterschiedliche Filteröffnungen in die Filtereinrichtung eingeschrieben werden.
Anstelle zweier Betrachterfenster, jeweils für ein rechtes und linkes Auge, kann mittels einer Filterung auch ein großes Betrachterfenster aus mehreren kleineren, zueinander inkohärenten Teil-Betrachterfenstern zusammengesetzt werden.
Diese Teil-Betrachterfenster werden für eine einmal ermittelte Augenposition zeitlich nacheinander durch Einschalten jeweils unterschiedlicher Lichtquellen und durch Einschreiben unterschiedlicher Hologramme in den EASLM und Erzeugen verschiedener Filteröffnungen (Blendenfunktionen) im OASLM generiert.
Durch Variation der Position der Filteröffnung in der Filterebene entsprechend der Lage der Teil-Betrachterfenster, bei der nacheinander die Teil-Betrachterfenster als Filteröffnung in die Betrachterebene abgebildet und störende Beugungsordnungen herausgefiltert werden, kann ein gegenseitiges Übersprechen zwischen den Teil-Betrachterfenstern vermieden werden.
Es gibt eine feste mathematische Beziehung zwischen der Größe eines EASLM-Pixels und der Größe des kohärenten Betrachterfensters. Hat man einen genügend schnellen EASLM mit einem vorgegebenen Pixelpitch zur Verfügung, so kann prinzipiell das Gesamtbetrachterfenster vergrößert werden, indem schnell zeitlich nacheinander mehrere zueinander inkohärente Teil-Betrachterfenster erzeugt werden. Ein Betrachter sieht dann in jedem dieser Teil-Betrachterfenster eine Rekonstruktion der 3D Szene.
In einem dritten Anwendungsbeispiel werden in der Beleuchtungsvorrichtung Lichtquellen für unterschiedliche Zwecke eingesetzt. Es wird eine Anordnung von kohärentem Licht aussendenden Lichtquellen benötigt, um den EASLM zu beleuchten und die 3D Szene zu rekonstruieren. Zusätzlich werden Lichtquellen benötigt, die nur als Schreiblicht für den OASLM eingesetzt werden.
Bevorzugt sind diese in einer Matrix angeordneten Lichtquellen jeweils zwischen den Leselichtquellen angeordnet, damit jeweils das Zwischenbild einer Schreiblichtquelle in der Filterebene ungefähr mit der Position des Zwischenbildes der benachbarten Leselichtquelle übereinstimmt.
Auch diese separaten Schreiblichtquellen können mit einem in den EASLM eingeschriebenen Schreibhologramm kombiniert werden, um eine Lichtintensität in der Filterebene zum Einschreiben der Filteröffnung zu erzeugen. Soll ein lateraler Versatz zwischen Schreib- und Leselichtquelle in der Lichtquellenanordnung kompensiert werden, wird ein Schreibhologramm so in den EASLM eingeschrieben, dass die Filteröffnung zentriert zum Zwischenbild der Leselichtquelle liegt.
Dabei finden jeweils folgende Schritte statt, die sich wiederholen:
Zuerst wird mit der Schreiblichtquelle in der gewünschten Position die vorgegebene Teilfläche des OASLM transparent geschaltet. Danach wird das vom Lichtmodulator modulierte Licht der Leselichtquelle zum Erzeugen der holographischen Rekonstruktion mit dem OASLM in der Fourierebene gefiltert. Anschließend findet im OASLM der Löschvorgang der eingestellten Filteröffnung statt.
Schreiben und Auslesen erfolgen ähnlich wie in 3 und 4. Der Shutter in 3 kann aber in diesem Fall auch durch ein passives, z. B. wellenlängenselektives Filter, ersetzt werden, dass das Schreiblicht blockiert und Leselicht durchlässt.
Für das Nachführen des Betrachterfensters können z. B. beide Anordnungen von Lichtquellen, die Schreib- und die Leselichtquelle, in gleicher Weise von der Steuereinrichtung gesteuert werden. Mindestens eine Lichtquellenanordnung kann auch virtuell erzeugt werden.
Im holographischen Projektionsdisplay mit Farbdarstellung wird ein Betrachterfenster durch Überlagerung von Betrachterfenstern verschiedener Wellenlängen, in der Regel von rotem, grünem und blauem Licht, erzeugt.
Die Größe der Beugungsordnungen unterscheidet sich für die einzelnen Wellenlängen. Das Betrachterfenster wird zweckmäßigerweise entsprechend der Größe einer Beugungsordnung der kleinsten verwendeten Wellenlängen gewählt. Zum Filtern wird die Filteröffnung für alle Wellenlängen gleich gewählt, damit in der zweiten Bildebene ein einheitlich großes Betrachterfenster entsteht. Die Lichtquellenanordnung enthält dazu Lichtquellen mehrerer Wellenlängen. Bevorzugt sind in der Lichtquellenanordnung jeweils benachbart Paare von Lichtquellen der einzelnen Wellenlängen angeordnet. Ein Paar enthält zweckmäßig jeweils eine Lichtquelle aus jeder vorkommenden Wellenlänge für rotes, grünes und blaues Licht. Gemäß den Anwendungsbeispielen kann entweder nach dem dritten Beispiel das Schreiben unabhängig mit einer weiteren, nicht für die Farbdarstellung verwendeten Wellenlänge erfolgen.
Oder es kann nach den Anwendungsbeispielen eins und zwei eine Wellenlänge gleichermaßen zum Schreiben wie zum Lesen verwendet werden, während die anderen Wellenlängen nur zum Lesen eingesetzt werden.
Gemäß Anwendungsbeispiel zwei kann so mit blauem Licht erst ein Schreibvorgang einer Filteröffnung erfolgen. Dann können anschließend für die generierte Filteröffnung nacheinander Beugungsordnungen des blauen, grünen und roten Lichts gefiltert werden. Ein Löschvorgang wird erst gesteuert, nachdem die Filterung mit der gleichen Filteröffnung nacheinander für alle drei Wellenlängen erfolgt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102005023743 [0007]
DE 102007019277 [0010]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Fuh et al. „Spatial Filter based an azo-dye-doped liquid crystal films” Proc. SPIE 6487 64870E-1 [0012]

Claims

Beleuchtungsvorrichtung mit einer Lichtquellenanordnung zum Beleuchten eines elektrisch adressierbaren räumlichen Lichtmodulators, mit Abbildungsmitteln zum Abbilden von mindestens einer eingeschalteten Lichtquelle der Lichtquellenanordnung als Zwischenbild in die Fourierebene des elektrisch adressierbaren räumlichen Lichtmodulators und zum Abbilden des Zwischenbildes in eine ermittelte Position in einer Betrachterebene, und mit einer in der Fourierebene angeordneten Filtereinrichtung, sowie mit einer Steuereinrichtung zum Steuern wenigstens der Lichtquellen, des Lichtmodulators und der Filtereinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass – die Filtereinrichtung einen optisch adressierbaren räumlichen Lichtmodulator (SLM 2) mit einer durch eine Adressierung erzeugten Filteröffnung (FO) aufweist, – die Filteröffnung (FO) in ihrer Position innerhalb der Fourierebene (FE) und/oder ihrer Ausdehnung durch die Steuereinrichtung (CU) einstellbar ist, wobei der Lichtmodulator (SLM 2) so adressierbar ist, dass die Position der Filteröffnung (FO) in der Fourierebene (FE) mit der Position des Zwischenbildes der eingeschalteten Lichtquelle (LQ) und gleichzeitig die Position des abgebildeten Zwischenbildes mit der ermittelten Position in der Betrachterebene (BE) übereinstimmt, und maximal eine Beugungsordnung des am elektrisch adressierbaren Lichtmodulators (SLM 1) gebeugten Lichts die Ausdehnung der Filteröffnung (FO) bestimmt.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der ein erstes Abbildungsmittel (L1) zum Abbilden der mindestens einen eingeschalteten Lichtquelle (LQ) als Zwischenbild in die Fourierebene (FO) und ein zweites Abbildungsmittel (L2) zum Abbilden des Zwischenbildes in die ermittelte Position in der Betrachterebene (BE) als Betrachterfenster (BF) vorgesehen ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Adressierung des optisch adressierbaren Lichtmodulators (SLM 2) durch eine Modulation des Lichts im elektrisch steuerbaren Lichtmodulator (SLM 1) mit einer vorgegebenen Intensitätsverteilung (I) erfolgt, die im elektrisch steuerbaren Lichtmodulator (SLM 1) als ein Hologramm eingeschrieben ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Lichtquellenanordnung rote, grüne und blaue Lichtquellen enthält und die Ausdehnung der Filteröffnung (FO) auf eine Beugungsordnung des von einer aktivierten blauen Lichtquelle am elektrisch adressierbaren Lichtmodulator (SLM 1) gebeugten Lichts eingestellt ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Position und die Ausdehnung der Filteröffnung (FO) durch den räumlichen Verlauf von Polarisation oder den räumlichen Intensitätsverlauf von einfallendem Schreiblicht zum Verändern der Transmission des optisch adressierbaren Lichtmodulators (SLM 2) einschreibbar sind.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 5, bei der zum Bereitstellen von Schreiblicht zusätzliche Lichtquellen nutzbar sind.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 5, bei der das Licht von mindestens einem Teil der Lichtquellen sowohl als Schreiblicht als auch als Leselicht schaltbar ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 5, bei der eine neue Position und/oder neue Ausdehnung für eine neue Filteröffnung (FO) nach einem Löschvorgang einer zuvor eingeschriebenen Filteröffnung (FO) einschreibbar sind/ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 8, bei welcher der Löschvorgang durch eine für einen vorgegebenen Zeitraum eingestellte einheitliche elektrische Spannung über die Fläche des optisch adressierbaren Lichtmodulators (SLM 2) erfolgt, wobei der elektrisch adressierbare Lichtmodulator (SLM 1) keine Information anzeigt.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 2, bei der im Lichtweg zwischen der Zwischenbildebene und dem zweiten Abbildungsmittel (L2) ein Shutterdisplay (S) angeordnet ist, das während des Schreibvorgangs und/oder während des Löschvorgangs auf minimale Transparenz und während des Auslesevorgangs auf eine maximale Transparenz schaltbar ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 5, bei welcher der optisch adressierbare Lichtmodulator (SLM 2) zwischen einer maximalen und einer minimalen Transparenz binär schaltbar ist, wobei die maximale Transparenz durch Schreiblicht mit der Intensität oberhalb eines vorgegebenen Schwellenwertes und die minimale Transparenz mittels des Löschvorgangs einstellbar sind, und die Position und Ausdehnung der eingestellten maximalen Transparenz die Filteröffnung (FO) festlegt.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 5, bei der ein Einschreiben von Amplituden- und/oder Phasenwerten in den elektrisch adressierbaren Lichtmodulator (SLM 1) zur Modulation von Schreiblicht mindestens einer Lichtquelle (LQ) so erfolgt, dass die Fouriertransformierten dieser Amplituden- und/oder Phasenwerte den vorgegebenen Intensitätsverlauf zum Einschreiben der Filteröffnung (FO) in den optisch adressierbare Lichtmodulator (SLM 2) approximieren.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 11, bei welcher der optisch adressierbare Lichtmodulator (SLM 2) eine farbstoffdotierte Flüssigkristallschicht enthält, deren Farbstoffmoleküle durch Schreiblicht so orientiert sind, dass oberhalb eines Schwellenwertes der Intensität des Schreiblichts eine Umorientierung der Flüssigkristallmoleküle erfolgt.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 2, bei welcher die Filteröffnung (FO) des optisch adressierbaren Lichtmodulators (SLM 2) einen stufenförmigen oder kontinuierlichen Helligkeitsverlauf aufweist.
Holographisches Projektionsdisplay mit einer Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, die eine Filterebene (FE) und eine Betrachterebene (BE) aufweist, wobei in der Betrachterebene (BE) ein Betrachterfenster (BF) durch Abbilden mindestens einer eingeschalteten Lichtquelle (LQ) und eines in den elektrisch adressierbaren Lichtmodulator (SLM 1) der Beleuchtungsvorrichtung eingeschriebenen Hologramms generierbar ist, und in der Filterebene (FE) in Abhängigkeit von der Position der Zwischenabbildung der eingeschalteten Lichtquelle (LQ) in der Betrachterebene (BE) das Filtern von Beugungsordnungen erfolgt, und das Projektionsdisplay eine Steuereinrichtung zum Steuern mindestens der Lichtquellen, des Lichtmodulators und der Filtereinrichtung aufweist.
Holographisches Projektionsdisplay nach Anspruch 15, bei dem das Betrachterfenster (BF) aus sequentiell erzeugten, in der Betrachterebene (BE) nebeneinander liegenden Teilbetrachterfenstern zusammengesetzt ist und bei dem das Filtern von Beugungsordnungen sequentiell für die einzelnen Teilbetrachterfenster erfolgt.