WO2013110748A1

WO2013110748A1 - Display mit betrachternachführung

Info

Publication number: WO2013110748A1
Application number: PCT/EP2013/051423
Authority: WO
Inventors: Norbert Leister
Original assignee: SeeReal Technologies SA
Current assignee: SeeReal Technologies SA
Priority date: 2012-01-26
Filing date: 2013-01-25
Publication date: 2013-08-01
Anticipated expiration: 2014-07-26
Also published as: KR20140114896A; CN107664838A; TWI596380B; US9529430B2; KR102254617B1; CN107664838B; KR102124632B1; KR20190101502A; KR102015590B1; KR20200075018A; US20140361990A1; US20170068092A1; CN104204926B; US10359626B2; CN104204926A; TW201331628A

Description

Display mit Betrachternachführu nq

Die Erfindung betrifft ein Display, insbesondere ein autostereoskopisches oder holographisches Display, zur Darstellung vorzugsweise dreidimensionaler Informationen, bei dem die Stereoansichten bzw. die Rekonstruktionen der holographisch kodierten Objekte den Bewegungen der zugehörigen Augen eines oder mehrerer Betrachter nachgeführt werden können.

Displays zur Anzeige dreidimensionaler Informationen sind in einer Vielzahl von Ausführungsformen bekannt. Neben Ausführungen, die zum Betrachten der räumlichen Szene zusätzliche Hilfsmittel wie Shutter- oder Polarisationsbrillen benötigen, erfordern autostereoskopische Displays solche Hilfsmittel nicht. Ohne zusätzliche Maßnahmen ist jedoch bei denen das Betrachten der 3-D Szene nur in einem engen räumlichen Bereich, dem so genannten Betrachterbereich, möglich. Um die 3-D Szene auch in einem großen horizontalen Winkelbereich komfortabel sehen zu können, wurden Geräte entwickelt, die es erlauben, diesen Betrachterbereich den Augen des Betrachters nachzuführen. Ein solches System wurde z. B. von der Anmelderin in der Patentschrift DE 103 39 076 B4 beschrieben. Von der Anmelderin wurden ebenso eine Reihe holographischer Anzeigegeräte beschrieben, z. B. in der EP 1 563 346 B1 oder EP 1 792 234 B1 , bei denen eine 3D-Szene in einem eng begrenzten Betrachterbereich als räumliche Rekonstruktion der Intensitätsverteilung durch kodieren holographischer Beugungsmuster in einen räumlichen Lichtmodulator wahrgenommen werden kann. Auch hier ist die Nachführung des Betrachterbereiches auf die Augenbewegungen eines oder mehrerer Betrachter sinnvoll. Dazu verfügen solche Geräte über ein Erkennungssystem, welches die Positionen der Augen der Betrachter ermitteln und die Daten an eine Systemsteuerung weiterleitet. Die Erkennungssysteme arbeiten häufig kamerabasiert, wobei die Augenpositionen über Bildverarbeitungsalgorithmen ermittelt werden.

Entsprechend der jeweiligen Augenpositionen steuert die Systemsteuerung mechanische oder elektronische Lichtablenkmittel so, dass die Mitte des der jeweiligen Augenposition zugeordneten Betrachterbereiches möglichst mit der jeweiligen Augenposition weitestgehend übereinstimmt. Falls gewünscht oder notwendig, kann zugleich der Bildinhalt bzw. die Rekonstruktion der 3-D Szene an die neue Augenposition angepasst werden.

In einem solchen Display erzeugt eine Beleuchtungseinheit weitestgehend kollimiertes Licht mit dem benötigten Wellenlängenspektrum mit dem der räumliche Lichtmodulator, in den die stereoskopischen Ansichten eingeschrieben werden bzw. die holographischen Informationen einkodiert werden, beleuchtet wird. Bei holographischen Displays muss das Licht zusätzlich zumindest in einem Bereich, der zum

Kodieren eines Bildpunktes der 3D-Szene benötigt wird, interferenzfähig sein, d.h. es muss hinreichend kohärent sein. Die Lichtablenkmittel können sich vor und/oder nach dem räumlichen Lichtmodulator befinden.

Die Beleuchtungseinheit kann auch steuerbar so ausgestaltet werden, dass sie Licht in vorgebbare Raumrichtungen lenken kann. Dazu können sich zum Beispiel verschiebbare Beleuchtungsspalten in unmittelbarer Nähe der Brennebene vor einem Zylinderlinsenfeld befinden. Die Beleuchtungsspalten können beispielsweise aus einer aktiven Lichtquellenmatrix, die z. B. als OLED-Matrix ausgebildet sein kann, steuerbar ausgewählt werden. Es kann auch eine flächenhafte Lichtquelle verwendet werden, vor die ein Feld in ihrer horizontalen Lage ansteuerbar variabler Schlitzblenden angeordnet ist. Ein solches Blendenfeld kann beispielsweise als LCD-Matrix ausgestaltet werden. Jede Spalte bildet dabei eine sekundäre Lichtquelle, welche die ihr zugeordnete Zylinderlinse des Zylinderlinsenfeldes beleuchtet. Die horizontale Lage der Beleuchtungsspalten zur Mittellinie der zugeordneten Zylinderlinse bestimmt den von der jeweiligen Zylinderlinse abgestrahlten horizontalen Winkel des weitestgehend kollimierten Teilstrahls. Dabei können zugleich auch mehrere Beleuchtungsspalten aktiviert werden, um den abgestrahlten Winkelbereich und damit die Größe des zugeordneten Betrachterbereiches zu erhöhen. Weiterhin kann die horizontale Abweichung der Lage der Beleuchtungsspalten zur Mittellinie der zugeordneten Zylinderlinse über der Fläche des Zylinderlinsenfeldes variieren, um z. B. eine zusätzliche Feldlinsenfunktion zu realisieren und so den horizontalen Durchmesser des zugeordneten

Betrachterbereiches an den Betrachterabstand anzupassen. Das Zylinderlinsenfeld kann ein Blendenfeld aufweisen, mit dem ein Übersprechen der einer Zylinderlinse zugeordneten Beleuchtungsspalten auf benachbarte Zylinderlinsen vermieden wird. Damit können unerwünschte sekundäre Betrachterbereiche vermieden werden.

Die Zahl der einer Zylinderlinse zugeordneten Beleuchtungsspalten bestimmt die Zahl der möglichen horizontalen Ablenkwinkel. Diese Zahl kann nicht beliebig erhöht werden, da die primären bzw.

sekundären Lichtquellen technisch bedingte Mindestabmessungen aufweisen. Zudem steigt die benötigte Leuchtdichte, je kleiner deren Abmessungen werden. Für einen großen horizontalen Bewegungsbereich, in dem sich auch mehrere Betrachter befinden können, wird jedoch eine große Zahl fein abgestufter Lichtablenkwinkel zur Betrachternachführung benötigt. Deswegen wurden bereits eine Reihe zusätzlicher Maßnahmen vorgeschlagen, um diesen Bewegungsbereich und damit die Zahl der möglichen

Ablenkwinkel zu erhöhen. Beispielsweise wurden in der amerikanischen Patentschrift US 7 791 813 B2 Felder von elektrisch steuerbaren Elektrobenetzungszellen zur Strahlablenkung zu verwenden. Solche Felder sind jedoch kompliziert herzustellen und besitzen aufgrund der Zellenhöhe eine eingeschränkte Apertur. Mechanische Ablenkmittel, wie Ablenkspiegel oder drehbare Prismen, die ebenfalls

vorgeschlagen wurden, sind träge und benötigen ein großes Bauvolumen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Display der eingangs genannten Art anzugeben und weiterzubilden, durch welches die vorgenannten Probleme überwunden werden.

Insbesondere soll die Betrachternachführung für einen oder mehrere Betrachter feinstufig in mehreren Bewegungszonen, die sich vorzugsweise überlappen, ohne mechanische Lichtablenkmittel ermöglicht werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Lehre des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Erfindungsgemäß weist ein Display, insbesondere ein autostereoskopisches oder holographisches Display, bei dem Bildansichten bzw. Rekonstruktionen von holographisch kodierten Objekten den Bewegungen zugehöriger Augen mindestens eines Betrachters nachführbar werden, eine

Beleuchtungseinheit mit Lichtquellen zum Erzeugen weitestgehend kollimierten Lichtes mit einer vorgebbaren Abstrahlcharakteristik, mindestens einem Polarisationsgitterstapel, welcher ein Stapel optischer Komponenten mit mindestens zwei schalt- oder steuerbaren Polarisationsgittern mit je einer einschaltbaren Gitterstruktur zur Lichtablenkung aufweist, einen räumlichen Lichtmodulator zum Modulieren des Lichtes der Beleuchtungseinheit zum Anzeigen von Bildinformation bzw. zum

Rekonstruieren von kodierter Hologramminformation, ein Erkennungssystem zum Ermitteln von Positionen der zugehörigen Augen des mindestens einen Betrachters und eine Systemsteuerung zum Ansteuern und Synchronisieren der schalt- und steuerbaren Elemente auf, wobei in Abhängigkeit der aktuellen Position der Augen eines Betrachters die Beleuchtungseinheit und der

Polarisationsgitterstapel derart mit der Systemsteuerung ansteuerbar sind, dass das Licht der Beleuchtungseinheit in Richtung der Augen des Betrachters ablenkbar ist.

Die Abstrahlcharakteristik der Beleuchtungseinheit wird dabei vom Displaytyp bestimmt. Für holographische Displays kommen vorzugsweise schmalbandige Lichtquellen mit guten

Kohärenzeigenschaften zum Einsatz, wie sie beispielsweise Laserlichtquellen darstellen. Für autostereoskopische Displays können beispielsweise anorganische oder organische

Lumineszenzdioden eingesetzt werden, die ein breiteres Wellenlängenspektrum aufweisen.

Die Polarisationsgitter des Polarisationsgitterstapels werden von der Systemsteuerung so

angesteuert, dass jeweils ein Gitter aktiv ist und das Licht in die vorgegebene Richtung lenkt, um so eine Zone des Bewegungsbereiches zu erzeugen. Die schaltbaren Polarisationsgitter können beispielsweise als schaltbare Flüssigkristallpolarisationsgitter ausgestaltet werden. Dazu besitzt die Flüssigkristallausrichtungsschicht (Alignment-Layer) eine periodisch wiederkehrende Struktur zur örtlichen Änderung der die Polarisation des durchtretenden Lichtes bestimmenden

Flüssigkristallorientierung. Je kürzer diese Periode ist, umso größer ist der Beugungswinkel und damit der Lichtablenkwinkel für die vorgegebene Wellenlänge des Lichtes. Durch Anlegen einer Spannung an Elektroden, welche der Flüssigkristallschicht zugeordnet sind, kann die durch die

Flüssigkristallausrichtungsschicht hervorgerufene Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle aufgehoben werden und damit das Polarisationsgitter abgeschaltet werden. Das Licht tritt dann unabgelenkt durch dieses Gitter.

Die Gitterperiode kann örtlich variiert werden, um beispielsweise zusätzlich eine Feldlinsenfunktion zu ermöglichen.

Die Lichtquellen der Beleuchtungseinheit können in einem Feld von primären Lichtquellen als Lichtquellenmatrix angeordnet sein, die einzeln oder in Spalten schaltbar oder steuerbar sind. Diese Lichtquellen können beispielsweise LED, OLED oder Laserdioden sein. Die Lichtquellen können von der Systemsteuerung in ihrer Helligkeit separat gesteuert werden, um z. B. lokal unterschiedliche Transparenzen im Strahlengang auszugleichen oder den Kontrast bei der Anzeige der Bildinformationen zu verbessern.

Zum Ausbilden eines Farbdisplays werden vorzugsweise unterschiedliche Lichtquellen eingesetzt, die sich in ihrem abgestrahlten Wellenlängenspektrum, insbesondere der Schwerpunktwellenlänge, unterscheiden und die separat betreibbar sind. Damit können die einzelnen Farben im Zeitmultiplex, d. h. in zeitlicher Abfolge, erzeugt werden. Dazu synchronisiert die Systemsteuerung die Ansteuerung der jeweiligen Farbe mit dem Einschreiben der zugehörigen Farbinformation in den räumlichen Lichtmodulator. Die für das rechte und linke Auge unterschiedlichen Bildinhalte bzw. Kodierinformationen können ebenfalls synchronisiert durch die Systemsteuerung zeitsequentiell eingeschrieben werden. Dabei werden für jedes Auge jeweils die benötigten Ablenkrichtungen zum Erzeugen des zugehörigen Betrachterbereiches eingestellt. Es ist auch möglich bei mehreren Betrachtern für jedes

Betrachterauge eine eigene Ansicht bzw. Kodierinformation einzuschreiben. Färb- und

Ansichtswechsel können geeignet kombiniert werden, so dass möglichst keine Störungen, insbesondere störendes Flimmern, für die Betrachter sichtbar werden.

Vor dem Polarisationsgitterstapel kann ein steuerbares Blendenfeld angeordnet sein, das

beispielsweise als Feld steuerbarer Schlitzblenden ausgestaltet sein kann. Dieses kann in der Beleuchtungseinheit integriert sein. Das Blendenfeld wird vorzugsweise von einer flächenhaften Lichtquelle beleuchtet.

Ein solches Blendenfeld kann beispielsweise aus einer Matrix einzeln ansteuerbarer

Flüssigkristallzellen bestehen. Diese können spaltenförmig angeordnet werden. Es kann jedoch auch eine zweidimensionale Matrixanordnung steuerbarer Zellen verwendet werden, wobei die richtigen Spalten durch Ansteuerung der zugehörigen Zellen durch die Systemsteuerung ausgewählt werden und somit sekundäre spaltenförmige Lichtquellen bilden.

Bei der Verwendung einer Lichtquellenmatrix oder eines Feldes von Schlitzblenden kann die

Steuerung der Lichtquellen oder die Position der Schlitzblenden so eingestellt werden, dass dies die Wellenlängenabhängigkeit der Ablenkwinkel der schaltbaren Polarisationsgitter des

Polarisationsgitterstapels ausgleicht. Bei zeitsequentieller Beleuchtung mit rotem, grünem und blauem Licht wird beispielsweise die Lage der Schlitzblenden für jede Farbe derart eingestellt, dass für alle Farben Licht an die gleiche detektierte Betrachterposition gelenkt wird.

Die Beleuchtungseinheit kann zum Kollimieren ein Zylinderlinsenfeld enthalten. Die Zylinderlinsen sind dabei entlang den Beleuchtungsspalten ausgerichtet. Vorzugsweise befinden sich die Beleuchtungsspalten, die entsprechend als primäre oder sekundäre Lichtquellen ausgebildet sind, weitestgehend in der Brennebene der Zylinderlinsen. Die Zylinderlinsen können auch als

Gradientenindexlinsen ausgebildet werden. Auch ein mehrstufiger Aufbau mit mehreren

hintereinander angeordneten abbildenden Flächen ist anwendbar, wobei auch mindestens eine Zwischenabbildung erfolgen kann. Durch Verschieben der Beleuchtungsspalten durch die

Systemsteuerung quer zu den Zylinderlinsen kann ein fein abgestuftes Nachführen des Lichtes der Beleuchtungseinheit in Richtung der Augen des Betrachters erfolgen.

Die Spalten können dabei so angesteuert werden, dass der Nachführwinkel über die Fläche des Zylinderlinsenfeldes variiert, um eine Feldlinsenfunktion zu erhalten und/oder eine Anpassung der Breite des dem jeweiligen Auge zugeordneten Betrachterbereiches an den Betrachterabstand zu erreichen, damit aus allen Positionen des Bewegungsbereiches eine 3-D Ansicht möglichst störungsfrei wahrgenommen werden kann.

Das Zylinderlinsenfeld kann selbst bereits eine Feldlinsenfunktion enthalten, die beispielsweise einen Betrachterbereich an der bevorzugten Betrachterposition ausbildet. Eine solche bevorzugte

Betrachterposition befindet sich z. B. in der Mitte des horizontalen Bewegungsbereiches im mittleren Bewegungsabstand.

Die Beleuchtungseinheit kann die für den nachfolgenden Polarisationsgitterstapel benötigte zirkuläre Polarisationsrichtung des Lichtes einstellen.

Es ist auch möglich, dafür ein die Polarisation des Lichtes beeinflussendes separates Mittel vor dem Polarisationsgitterstapel anzuordnen. Ein solches Mittel kann beispielsweise eine doppelbrechende Verzögerungsschicht enthalten, die als Viertelwellenlängenplatte ausgestaltet ist und lineares Licht, welches rein beispielhaft von der Beleuchtungseinheit abgestrahlt wird, in zirkulär polarisiertes Licht wandelt.

Im Strahlengang zwischen der Beleuchtungseinheit und dem Betrachter kann eine zusätzlich feste oder variable Feldlinse enthalten sein, um die Breite des dem jeweiligen Auge zugeordneten Betrachterbereiches am vorgegebenen Ort des jeweiligen Betrachterauges vorzugeben oder in Abhängigkeit dieses Ortes einzustellen. Die Feldlinse kann auch Bestandteil der Beleuchtungseinheit sein, sich zwischen dieser und dem Polarisationsgitterstapel befinden, nach dem

Polarisationsgitterstapel angeordnet sein oder sich zwischen räumlichen Lichtmodulator und Betrachter befinden.

Der Polarisationsgitterstapel wird bevorzugt im Lichtweg zwischen der Beleuchtungseinheit und dem räumlichen Lichtmodulator angeordnet. Es ist jedoch auch möglich, den Polarisationsgitterstapel im Lichtweg nach dem räumlichen Lichtmodulator anzuordnen. Der Polarisationsgitterstapel kann bevorzugt als optische Komponente mindestens eine zusätzliche schalt- oder steuerbare doppelbrechende Verzögerungsschicht enthalten, die vorzugsweise als schalt- bzw. steuerbare Halbwellenplatte ausgestaltet ist. Im ausgeschalteten Zustand behält das zirkulär polarisierte Licht, welches diese Schicht durchstrahlt, seinen Drehsinn bei. Im eingeschalteten Zustand wird der Drehsinn des zirkulär polarisierten Lichtes geändert und entspricht so dem Drehsinn eines eingeschalteten Polarisationsgitters des Polarisationsgitterstapels bei gleichem Drehsinn der Eingangspolarisation. Mit dieser doppelbrechenden Verzögerungsschicht kann erreicht werden, dass am Ausgang des Polarisationsgitterstapels bei gleichen Eingangsdrehsinn immer der selbe

Ausgangsdrehsinn erreicht wird, egal ob ein Gitter eingeschaltet wird oder nicht, da bei einem ausgeschalteten Polarisationsgitter das Licht unabgelenkt ohne Änderung des Drehsinns der

Zirkularen Polarisation durchgelassen wird. Wird die doppelbrechende Verzögerungsschicht steuerbar ausgestaltet, beispielsweise als steuerbare Flüssigkristallschicht, können Dispersionseffekte oder Änderungen der effektiven optischen Weglänge bei schrägem Strahldurchgang ausgeglichen werden. Dazu ist die Verzögerungsschicht über die Systemsteuerung mit den anderen aktiven Komponenten zu synchronisieren.

Nach dem Polarisationsgitterstapel kann sich eine zusätzliche Verzögerungsschicht befinden, um zirkulär polarisiertes Licht in linear polarisiertes Licht zu wandeln. Das ist beispielsweise dann vorteilhaft, wenn die nachfolgende Baugruppe, beispielsweise der räumliche Lichtmodulator, für seinen Betrieb linear polarisiertes licht benötigt. Eine solche Verzögerungsschicht kann beispielsweise als Viertelwellenplatte ausgestaltet werden. Für Farbdisplays kann diese Verzögerungsschicht vorteilhaft achromatisch bzw. apochromatisch ausgestaltet werden. Es ist auch möglich, diese doppelbrechende Verzögerungsschicht steuerbar auszugestalten, beispielsweise als steuerbare Flüssigkristallschicht, um Dispersionseffekte oder Änderungen der effektiven optischen Weglänge bei schrägem Strahldurchgang auszugleichen. Dazu ist die Verzögerungsschicht über die

Systemsteuerung mit den anderen aktiven Komponenten zu synchronisieren.

Im Lichtweg hinter dieser Verzögerungsschicht kann vorteilhaft ein Polarisationsfilter angeordnet werden, der linear polarisiertes Licht der nullten Beugungsordnung eines eingeschalteten

Polarisationsgitters des Polarisationsgitterstapels unterdrückt, also Licht, welches durch das

Polarisationsgitter ohne Beugung hindurch tritt. Dieses Licht ist linear polarisiert und steht senkrecht zu dem Licht, welches die Verzögerungsschicht nach einer Ablenkung durch ein eingeschaltetes Polarisationsgitter des Polarisationsgitterstapels verlässt. Dieser Polarisationsfilter kann auch Bestandteil eines nachfolgenden räumlichen Lichtmodulators sein, wenn beispielsweise dieser für seine Arbeitsweise linear polarisiertes Licht benötigt.

In ihrer Richtung steuerbare Lichtquellen besitzen einen großen Leistungsbedarf, besonders wenn sie mit steuerbaren Schlitzblenden arbeiten. Es ist deshalb besonders vorteilhaft anstelle in ihrer Richtung steuerbarer Lichtquellen oder zu deren Unterstützung vor, nach oder in dem Polarisationsgitterstapel ein steuerbares Ablenkgitter variabler Gitterperiode anzuordnen, mit der eine feinstufige zusätzliche Lichtablenkung durchgeführt werden kann. Solche Gitter werden vorteilhaft als Polarisationsgitter mit variabler Gitterperiode ausgebildet. Solche steuerbaren Polarisationsgitter können beispielsweise als elektrisch steuerbare Flüssigkristallzellen ausgestaltet werden. Dabei wird die Polarisation des durchtretenden Lichtes örtlich durch Anlegen eines Spannungsmusters an eine feingliedrige

Elektrodenstruktur beeinflusst, wobei die Höhe der angelegten Spannung den Ausrichtungszustand der Flüssigkristallmoleküle bestimmt. Wie die schaltbaren Polarisationsgitter des

Polarisationsgitterstapels beugen diese Gitter zirkulär polarisiertes Licht nur in eine

Beugungsordnung. Der Beugungswinkel kann durch die Periode des Spannungsprofils eingestellt werden. Die Ablenkrichtung wird durch das lokale Spannungsprofil innerhalb einer Periode bestimmt. Vorzugsweise ist das Spannungsprofil sägezahnförmig, wobei die Richtung der Impulsrampe die Ablenkrichtung bestimmt. Da das variable Polarisationsgitter nur einen kleinen Ablenkwinkelbereich aufzuweisen braucht, ein großer Winkelbereich wird durch die Zonenaufteilung mit der schaltbaren Polarisationsgittern erreicht, können die Anforderungen an die Feinheit der Elektrodenstruktur in einem realisierbaren Bereich gehalten werden.

Die Periode des an die Elektrodenstruktur anzulegenden Spannungsprofils kann über die Fläche des Gitters variiert werden, um zusätzlich eine Feldlinsenfunktion zu erhalten bzw. zu unterstützen. Besonders vorteilhaft ist, dass der Fokus dieser Feldlinse allein durch die elektronische Ansteuerung über die Systemsteuerung geändert werden kann. Ein solches steuerbares variables Gitter kann auch vorteilhaft dazu verwendet werden, um die Wellenlängenabhängigkeit der Ablenkwinkel der schaltbaren Polarisationsgitter des

Polarisationsgitterstapels auszugleichen.

Die Beleuchtungseinheit kann vorteilhaft auch so ausgestaltet werden, dass sie steuerbar verschiedene Lichtaustrittswinkel aufweist. Dies kann beispielsweise ein Feld von gerichteten Lichtquellen sein die entweder räumlich alternierend oder zeitlich umschaltbar verschiedene

Abstrahlrichtungen aufweisen.

Mindestens eine optische Komponente in einem eingesetzten Polarisationsgitterstapel kann in ein oder zwei Richtungen segmentiert ausgeführt sein, wobei sich die einzelnen Segmente separat schalten bzw. steuern lassen. Damit lassen sich in Abhängigkeit von der Durchtrittsstelle des Lichtes durch den Polarisationsgitterstapel unterschiedliche Ablenkwinkel realisieren, um beispielsweise eine zusätzliche Feldlinsenfunktion zu bilden oder zu unterstützen, um beispielsweise bei einem ausgedehnten Display Licht einem Betrachter besser nachzuführen.

Die Segmentierung kann beispielsweise auch in Form konzentrischer kreisförmiger oder elliptischer Ringe erfolgen. Die Gitterstruktur mindestens eines Polarisationsgitters im Polarisationsgitterstapel kann auch zu andren Polarisationsgittern gedreht angeordnet sein, um eine zweidimensionale Ablenkung zu ermöglichen. Dabei können sich die einzelnen Polarisationsgitter in Ihrer Gitterkonstante

unterscheiden, um unterschiedliche Ablenkwinkel in die zueinander gedrehten Richtungen zu ermöglichen. Besonders vorteilhaft ist dabei, wenn die Gitterstrukturen der Polarisationsgitter senkrecht zueinander ausgerichtet sind.

In ihrer Gitterstruktur zueinander gedrehte Polarisationsgitter können auch in separaten

Polarisationsgitterstapeln angeordnet werden, um beispielsweise weitere Komponenten, wie steuerbare Ablenkgitter variabler Gitterperiode und/oder Lichtmodulatoren und/oder Feldlinsen zwischen ihnen anzuordnen. So kann jeweils ein separates steuerbares Ablenkgitter variabler Gitterperiode für eine feinstufige Ablenkung der jeweiligen Ablenkrichtung hinter den zugehörigen Polarisationsgitterstapel angeordnet werden.

Durch Ändern der Spannung an einem steuerbaren Polarisationsgitter kann die Beugungseffektivität und damit der Anteil des Lichtes, der je nach zirkularer Polarisationsrichtung in die +1. oder -1.

Beugungsordnung abgelenkt wird, beeinflusst werden. Neben einer Steuerung der Intensität der Lichtquellen und/oder der Modulationsstärke des Lichtmodulators können so beispielsweise

Intensitätsschwankungen verringert werden, wie sie beispielsweise durch unterschiedliche

Beugungseffektivitäten für einzelne Polarisationsgitter des Polarisationsgitterstapels bzw. für unterschiedliche spektrale Verteilungen der Lichtquellen der Beleuchtungseinrichtung oder weitere winkelabhängige optische Verluste des optischen Systems auftreten können.

Herkömmliche Polarisationsgitter weisen die Eigenschaft auf, dass sie die Polarisationsrichtung des durchtretenden Lichtes verändern. Fällt zum Beispiel linkszirkular polarisiertes Licht auf ein solches Polarisationsgitter, so tritt das durch dieses Gitter abgelenkte Licht rechtszirkular polarisiert wieder aus. Rechtszirkular polarisiertes Licht, welches von einem solchen Gitter abgelenkt wird, tritt entsprechend linkszirkular polarisiert aus, wobei sich die Vorzeichen der zugehörigen ersten

Beugungsordnung unterscheiden. Da auch die Ablenkrichtung, d. h. das Vorzeichen der zugehörigen ersten Beugungsordnung für nachfolgende Polarisationsgitter in einem Stapel von Polarisationsgittern von der auf diese Polarisationsgitter einfallenden zirkulären Polarisationsrichtung beeinflusst wird, müssen die möglichen Polarisationsänderungen bei der Anordnung der Polarisationsgitter im Stapel, wie bereits beschrieben, berücksichtigt bzw. eingestellt werden. Vorteilhaft geschieht dies durch schalt- bzw. steuerbare Verzögerungsschichten zwischen den Polarisationsgittern, um den Drehsinn des zirkulär polarisierten Lichtes an die gewünschte Ablenkrichtung, das heißt an die +1 bzw. -1 Beugungsordnung anzupassen.

In einer Publikation„Twisted nematic liquid crystal polarization grating with the handedness conservation of a circularly polarized State" von Honma und Nose, Optics Express Vol 20 Seite 18449- 18458, 2012, wird eine spezielle Art von Polarisationsgitter beschrieben, bei dem das aus dem Polarisationsgitter austretende, abgelenkte Licht den gleichen zirkulären Polarisationszustand aufweist wie das einfallende Licht. Dieser Typ von Polarisationsgitter basiert auf einer

Flüssigkristallstruktur mit periodischer Verdrillung (Twist). Die Einstellung einer solchen Verdrillung wird durch eine periodische Oberflächenorientierung der Flüssigkristallmoleküle in der

Flüssigkristallschicht erreicht, die auf beiden Substraten einen entgegengesetzten Drehsinn aufweist. Nachteilig bei diesem Typ von Polarisationsgitter ist, dass relativ dicke Flüssigkristallschichten benötigt werden, so dass sich kleine Gitterperioden und kurze Schaltzeiten nur schwer realisieren lassen. Die Mehrzahl der unten aufgeführten Ausführungsbeispiele bezieht sich daher auf herkömmliche Polarisationsgitter. Allgemein ist die Erfindung auch auf den in der Publikation von Honma und Nose beschriebenen Gittertyp anwendbar. Ein Polarisationsgitterstapel kann auch Gitter beider Typen in gemischter Form enthalten. Auch bei diesen Gittern ist die gewünschte

Ablenkrichtung durch den Drehsinn des in das jeweilige Polarisationsgitter eintretenden zirkulär polarisierten Lichtes auswählbar.

Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden und/oder die oben beschriebenen Ausführungsformen - soweit möglich - miteinander zu kombinieren. Dazu ist einerseits auf die dem Patentanspruch 1

nachgeordneten Patentansprüche und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigen jeweils in einer schematischen Darstellung

Fig. 1a eine Erklärung der in den Zeichnungen verwendeten Symbole für die

Polarisationsrichtungen,

Fig. 1 b eine erste Ausgestaltungsvariante mit verschiebbaren Lichtquellenspalten in einem steuerbares Schlitzblendenfeld 120, bei dem ein zweites Polarisationsgitter 340 eines

Polarisationsgitterstapels 300 eingeschaltet ist,

Fig. 1 c eine erste Ausgestaltungsvariante mit verschiebbaren Lichtquellenspalten in einem steuerbares Schlitzblendenfeld 120, bei dem ein erstes Polarisationsgitter 310 eines

Polarisationsgitterstapels 300 eingeschaltet ist, Fig. 1d eine erste Ausgestaltungsvariante mit verschiebbaren Lichtquellenspalten in einem steuerbares Schlitzblendenfeld 120, bei dem eine schaltbare Halbwellenplatte 320 eines

Polarisationsgitterstapels 300 eingeschaltet ist,

Fig. 1 e eine erste Ausgestaltungsvariante mit verschiebbaren Lichtquellenspalten in einem steuerbares Schlitzblendenfeld 120, bei dem zwei Polarisationsgitter 310, 340 und eine schaltbare Halbwellenplatte 320 eines Polarisationsgitterstapels 300 eingeschaltet sind,

Fig. 2 eine zweite Ausgestaltungsvariante mit einem steuerbaren variablen Polarisationsgitter

200 und einer Feldlinse 600, bei dem ein zweites Polarisationsgitter 340 eines Polarisationsgitterstapels 300 eingeschaltet ist, Fig. 3a u.3b eine dritte Ausgestaltungsvariante, wobei die Beleuchtungseinheit 100 zusätzlich steuerbar verschiedene Lichtaustrittswinkel aufweist,

Fig. 4 eine vierte Ausgestaltungsvariante mit einer zusätzlichen Feldlinse 600,

Fig. 5 eine fünfte Ausgestaltungsvariante, bei dem die Blenden im Schlitzblendenfeld 120 so eingestellt sind, so dass mit dem Zylinderlinsenfeld 150 eine Feldlinsenfunktion realisiert wird, Fig. 6 eine sechste Ausgestaltungsvariante, die zusätzlich ein steuerbares Ablenkgitter variabler Gitterperiode 700 enthält,

Fig. 7 eine siebte Ausgestaltungsvariante ähnlich Fig. 5, jedoch mit einer räumlichen

Unterteilung der Polarisationsgitter 310, 340 und der Halbwellenplatte 320 im Polarisationsgitterstapel 300, Fig. 8 eine achte Ausgestaltungsvariante ähnlich Fig. 5, bei dem der Polarisationsgitterstapel

300 eine zusätzliche schaltbare Halbwellenplatte 350 und ein zusätzliches Polarisationsgitter 360 für eine zweidimensionale Lichtablenkung enthält,

Fig. 9 eine neunte Ausgestaltungsvariante ähnlich Fig. 6, die einen zusätzlichen schalt- bzw. steuerbaren Polarisationsgitterstapel 305 und ein zusätzliches steuerbares Ablenkgitter variabler Gitterperiode 705 für eine zweidimensionale Lichtablenkung enthält und

Fig. 10 eine zehnte Ausgestaltungsvariante ähnlich Figur 6, bei dem der Polarisationsgitterstapel

300 Polarisationsgitter 380, 390 aufweist, die auf einer verdrillten Struktur basieren und die die

Polarisationsrichtung bei einer Lichtablenkung nicht ändern.

Fig. 1a zeigt die in den Figuren 1 bis 6 verwendeten Symbole der das jeweilige dargestellte optische Element verlassenden Polarisationsrichtung für das durchtretende Licht. Die Symbole befinden sich in den Zeichnungen über den betreffenden optischen Elementen. Dargstellt sind rechts- und linkszirkulare Polarisation sowie vertikale und horizontale lineare Polarisation.

In Fig. 1 b bis 1 e ist rein schematisch eine erste Ausgestaltungsvariante der Erfindung dargestellt. Eine in der Abstrahlrichtung steuerbare weitestgehend kollimierte Beleuchtungseinheit 100 enthält eine

Lichtquellenmatrix 1 10, ein steuerbares Schlitzblendenfeld 120, das als steuerbare Flüssigkristallmatrix ausgebildet sein kann, ein lineares Polarisationsfilter 130, das vorteilhaft als Ausgangspolarisator der Flüssigkristallmatrix ausgestaltet sein kann, eine doppelbrechende Verzögerungsschicht 140 zum Erzeugen der benötigten zirkulären Polarisation aus der linearen Polarisation, die vorteilhaft als

Viertelwellenlängenplatte ausgestaltet sein kann, und einem Zylinderlinsenfeld 150 zum Kollimieren der von den Schlitzblenden ausgehenden Lichtstreifen. Die doppelbrechende Verzögerungsschicht 140 oder die doppelbrechende Verzögerungsschicht 140 und das lineare Polarisationsfilter 130 können sich auch im Lichtweg hinter dem Zylinderlinsenfeld 150 befinden. Rein beispielhaft verlässt das Zylinderlinsenfeld 150 linkszirkular polarisiertes kollimiertes Licht und trifft auf den Polarisationsgitterstapel 300, der hier rein beispielhaft ein erstes schaltbares Polarisationsgitter 310, eine schaltbare doppelbrechende

Verzögerungsschicht 320, die vorteilhaft als schaltbare Halbwellenplatte ausgestaltet sein kann, und ein zweites schaltbares Polarisationsgitter 340 enthält. Dem Polarisationsgitterstapel 300 folgt hier eine doppelbrechende Verzögerungsschicht 410, die vorteilhaft als Viertelwellenlängenplatte ausgestaltet sein kann, zum Erzeugen linear polarisierten Lichtes aus dem den Polarisationsgitterstapel verlassenden rechtszirkular polarisierten Licht. In einem folgenden linearen Polarisationsfilter 420 wird dieses Licht in horizontal polarisiertes Licht umgewandelt. Gleichzeitig wird vertikal polarisiertes Licht, das in der nullten Beugungsordnung eines eingeschalteten Polarisationsgitters entsteht, geblockt. Dem Polarisator 420 folgt ein räumlicher Lichtmodulator 510 dem hier rein beispielhaft ein als Analysator dienendes

Polarisationsfilter 530 folgt. Der Polarisator 420 kann auch, wir in Fig. 2 dargestellt, als Analysator für den räumlichen Lichtmodulator dienen.

In Fig. 1 b ist das zweite Polarisationsgitter 340 eingeschaltet, d. h. dieses Beugungsgitter ist aktiv und lenkt das Licht in seine hier nicht dargestellte Zone des Bewegungsbereiches der Betrachter. An diesem Gitter liegt keine Spannung an den Elektrode an, die die gitterförmige Ausrichtung der

Flüssigkristallmoleküle zerstört. Das zweite schaltbare Polarisationsgitter 340 verlässt demnach rechtszirkular polarisiertes Licht. Das erste schaltbare Polarisationsgitter 310 und die schaltbare

Halbwellenplatte 320 beeinflussen nicht den Polarisationszustand. In Fig. 1c ist das erste schaltbare Polarisationsgitter 310 aktiviert, und erzeugt die ihm zugeordnete Zone des Bewegungsbereiches der Betrachter. Dieses Polarisationsgitter310 verlässt hier rechtszirkulares Licht, das in der nachfolgenden nicht aktivierten schaltbaren doppelbrechende Verzögerungsschicht 320 und dem zweiten nicht aktivierten schaltbaren Polarisationsgitter 340 in seiner Polarisationsrichtung nicht verändert wird. In Fig. 1d sind beide schaltbaren Polarisationsgitter 310 und 340 nicht aktiviert. Das Licht tritt nicht abgelenkt durch den Polarisationsgitterstapel 300 und bildet eine dritte Zone des Bewegungsbereiches für die Betrachter. Die aktivierte doppelbrechende Verzögerungsschicht 320 sorgt hier für die notwendige Drehung des Drehsinns der Polarisation von linkszirkular auf rechtszirkular, damit am Polarisationsfilter 420 die richtige lineare Polarisationsrichtung ankommt. In Fig. 1e sind beide Polarisationsgitter 310 und 340 aktiviert. Zur Betrachternachführung kann so eine Kombination der Lichtablenkung beider Polarisationsgitter 310 und 340 verwendet werden. Auch in diesem Fall sorgt die aktivierte doppelbrechende Verzögerungsschicht 320 für die Drehung des Drehsinns der Polarisation damit am Polarisationsfilter 420 die richtige lineare Polarisationsrichtung ankommt.

Die steuerbare doppelbrechende Verzögerungsschicht 320 wird immer dann aktiviert, wenn eine gerade Zahl von Polarisationsgittern aktiviert ist. Die steuerbare doppelbrechende Verzögerungsschicht 320 ist nicht aktiviert wenn eine ungerade Zahl von Polarisationsgittern aktiviert ist. Dadurch erhält man immer einen gleichen Drehsinn der zirkulären Polarisation nach dem Polarisationsgitterstapel 300.

Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel. Hier erzeugt eine Beleuchtungseinheit 100 rein beispielhaft kollimiertes linkszirkular polarisiertes Licht. Dieses beleuchtet ein nachfolgendes steuerbares

Polarisationsgitter 200, über dessen Gitterperiode die Strahlrichtung in der aktivierten Zone des nachfolgenden Polarisationsgitterstapels 300, der hier ebenfalls rein beispielhaft ein erstes schaltbares Polarisationsgitter 310, eine schaltbare doppelbrechende Verzögerungsschicht 320 und ein zweites schaltbares Polarisationsgitter 340 enthält, eingestellt wird. Der der doppelbrechenden

Verzögerungsschicht 410 folgende Polarisationsfilter 520 ist hier dem räumlichen Lichtmodulator 510 zugeordnet der ebenfalls über ein Polarisationsfilter 530 als Analysator verfügt. Im Strahlengang folgend ist hier rein beispielhaft eine Feldlinse 600 vorgesehen, die vorteilhaft als flache Fresnellinse ausgestaltet wird.

Die Figuren 3a und 3b zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel ähnlich dem in Fig. 2. Im Unterschied zu Fig. 2 enthält es eine Beleuchtungseinheit 100 die steuerbar verschiedene Lichtaustrittswinkel aufweist. Fig. 3a zeigt dabei schematisch durch Pfeile angedeutet einen steuerbar eingestellten Lichtaustrittswinkel und Fig. 3b zeigt einen anderen steuerbar eingestellten Lichtaustrittswinkel der Beleuchtungseinheit 100.

In diesem Beispiel liegen die eingestellten Lichtaustrittswinkel beide in der Papierebene, Im Allgemeinen kann eine Beleuchtungseinheit 100 auch zusätzliche einstellbare Lichtaustrittswinkel beispielsweise senkrecht zur Papierebene aufweisen. Die Figur 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 b bis 1e ist hier wie im zweiten Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 eine zusätzliche Feldlinse 600 vorgesehen. Schematisch sind dabei Lichtstrahlen eingezeichnet die vom Schlitzblendenfeld 120 ausgehen und durch die Feldlinse 600 fokussiert werden. Beide Polarisationsgitter 310 und 340 sind wie in Fig. 1d nicht aktiviert dargestellt, so dass das Licht unabgelenkt durch den Polarisationsgitterstapel 300 hindurch tritt.

In Figur 5 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, das dem in Figur 1 b bis 1 e gezeigten Ausführungsbeispiels entspricht. Die Positionen der Blenden im Schlitzblendenfeld 120 sind hier jedoch so eingestellt, dass in Kombination mit dem Zylinderlinsenfeld 150 eine Fokussierung des aus unterschiedlichen Schlitzblenden austretenden Lichtes auf eine gemeinsame Position erfolgt. Hierbei enthält das Zylinderlinsenfeld also auch die Feldlinsenfunktion, so dass im Gegensatz zu den Ausführungsbeispielen nach den Figuren 2 bis 4 auf eine zusätzliche Feldlinse verzichtet werden kann. Auch hier sind beide Polarisationsgitter 310 und 340 wie in Fig. 1d nicht aktiviert dargestellt, so dass auch hier das Licht unabgelenkt durch den

Polarisationsgitterstapel 300 hindurch tritt. Fig. 6 zeigt eine Ausgestaltungsvariante ähnlich Fig. 2. Zusätzlich zu dieser enthält sie ein steuerbares Ablenkgitter variabler Gitterperiode 700. In diesem Beispiel ist das Gitter nach dem

Polarisationsgitterstapel 300, dem Lichtmodulator 510 und der Feldlinse 600 angeordnet. Dargestellt ist, dass das zweite Polarisationsgitter 340 des Polarisationsgitterstapels 300 analog zu Fig. 1 b aktiviert ist. Ein solches variables Ablenkgitter 700 ermöglicht eine zusätzliche feinstufige Lichtablenkung und/oder einen Ausgleich der Wellenlängenabhängigkeit der Lichtablenkung im Polarisationsgitterstapel 300.

Es ist auch möglich, das variable Ablenkgitter vor dem Polarisationsgitterstapel 300 oder zwischen zwei einzelnen Komponenten 310, 320, 340 des Polarisationsgitterstapels 300 anzuordnen. Die Funktion des Ablenkgitters kann auch auf mehrere Komponenten aufgeteilt werden, die sich an unterschiedlichen Stellen im Strahlengang befinden können. Fig. 7 zeigt eine weitere Ausgestaltungsvariante ähnlich Fig. 5. In diesem Fall sind die Polarisationsgitter 310 und 340 sowie die schaltbare Halbwellenplatte 320 in mehrere separat schaltbare Segmente unterteilt. Im gezeigten Beispiel wurde rein beispielhaft jede optische Komponente (310, 320, 340) in zwei Segmente (31 1 , 312, 321 , 322, 341 , 342) unterteilt. Das Polarisationsgitter 310 ist im oberen Segment (312) aktiviert dargestellt, die schaltbare Halbwellenplatte 320 ist im unteren Segment aktiviert dargestellt. Nach dem Polarisationsgitterstapel 300 ist der austretende Polarisationszustand in beiden Segmenten der gleiche, der Ablenkwinkel unterscheidet sich aber im oberen und unteren Segment. Diese

Unterteilung kann genutzt werden um bei einem ausgedehnten Display Licht einem Betrachter nachzuführen. Die Segmentierung kann auch zweidimensional oder beispielsweise konzentrisch erfolgen.

Fig. 8 zeigt eine Ausgestaltungsvariante ähnlich Fig. 5. Im Unterschied zu der Fig. 5 enthält der Polarisationsgitterstapel eine zusätzliche schaltbare Halbwellenplatte 350 und ein zusätzliches

Polarisationsgitter 360. In der Figur sind diese Elemente aktiviert dargestellt. In dem Polarisationsgitter 350 ist die Gitterstruktur im Vergleich zu den Polarisationsgittern 310 und 340 um 90 Grad gedreht angeordnet. Hierdurch ist auch die Ablenkrichtung gegenüber der Ablenkrichtung der Gitter 310 und 340 um 90 Grad gedreht. Ein solcher Polarisationsgitterstapel kann beispielsweise in Kombination mit einer zweidimensionalen Anordnung von sphärischen Linsen 155 und einem Feld 125 von quadratischen oder runden Blenden eingesetzt werden, die in zwei Richtungen steuerbar sind. Damit wird eine

Betrachternachführung sowohl in horizontaler als auch vertikaler Richtung möglich.

Die Gitterstrukturen der beiden Polarisationsgitter 310, 340 müssen nicht orthogonal zur Gitterstruktur des Polarisationsgitters 350 angeordnet werden, vielmehr können sie so angeordnet werden, dass die Ablenkung in zwei beliebig gewählte Richtungen erfolgen kann. Auch andere Beleuchtungseinrichtungen 100, die in zwei Richtungen steuerbare sind, können angewendet werden.

Fig. 9 zeigt eine Ausgestaltungsvariante ähnlich Figur 6, Sie weist jedoch zusätzlich einen zweiten schalt- bzw. steuerbaren Polarisationsgitterstapel 305 auf, dessen Gitterstruktur der dargestellten schalt- bzw. steuerbaren Polarisationsgitter 315, 345 gegenüber der Gitterstruktur der beiden Polarisationsgitter 310, 340 im Polarisationsgitterstapel 300 gedreht ist. Diese Ausgestaltung enthält zwei steuerbare Ablenkgitter variabler Gitterperiode 700 und 705. Dem Polarisationsgitterstapel 305 ist dabei rein beispielhaft das zusätzliche steuerbares Ablenkgitter 705 variabler Gitterperiode zugeordnet, dessen Beugungsrichtung auf die Beugungsrichtung des Polarisationsgitterstapels 305 abgestimmt ist. Das steuerbare Ablenkgitter variabler Gitterperiode 700 ist dem Polarisationsgitter 300 zugeordnet und auf dessen Ablenkrichtung abgestimmt. Rein beispielhaft ist es zwischen den beiden Polarisationsgitterstapeln 300, 305 angeordnet. Das Ablenkgitter 700 dient dabei beispielsweise der horizontalen und das Gitter 705 der vertikalen Lichtablenkung. Die variablen Ablenkgitter 700 und 705 ermöglichen eine zusätzliche feinstufige

Lichtablenkung und/oder einen Ausgleich der Wellenlängenabhängigkeit der Lichtablenkung in den Polarisationsgitterstapeln 300 und 305.

Die Ausgestaltungsvarianten in Figur 1 bis 9 beziehen sich auf die Verwendung herkömmlicher

Polarisationsgitter. Diese Polarisationsgitter haben die Eigenschaft, dass sie die Polarisation des einfallenden Lichtes verändern, zum Beispiel von linkszirkular nach rechtszirkular.

Figur 10 zeigt eine Ausgestaltungsvariante der Erfindung, bei der der Polarisationsgitterstapel 300 schalt- bzw. steuerbare Polarisationsgitter 370, 380 enthält die auf einer periodisch verdrillten Struktur basieren und bei denen das durchtretende Licht den Drehsinn seiner Polarisation beibehält. Die

Ausgestaltungsvariante ist ähnlich wie Fig. 6 aufgebaut. Das erste Polarisationsgitter 370 des

Polarisationsgitterstapels 300 ist jedoch aktiviert dargestellt, das heißt, das Licht tritt gebeugt und damit abgelenkt durch dieses Polarisationsgitter hindurch. Beim Durchgang des Lichtes durch dieses

Polarisationsgitter 370 behält das Licht seinen Drehsinn der Polarisation bei ebenso wie beim Durchgang durch das zweite Polarisationsgitter 380, welche hier nicht aktiviert dargestellt ist, so dass in ihm keine weitere Lichtablenkung stattfindet.

Soll nur eine Ablenkrichtung genutzt werden, das heißt für jedes Gitter 370, 380 wird nur eine feste Eingangspolarisation ausgewählt, kann auf eine schalt- bzw. steuerbare Verzögerungsschicht zwischen zwei aufeinanderfolgende schalt- bzw. steuerbare Polarisationsgitter 370, 380, verzichtet werden, wie es hier in Figur 10 rein beispielhaft dargestellt ist. Da die hier eingesetzten Polarisationsgitter 370, 380 den Drehsinn der Polarisation beim Lichtdurchtritt nicht ändern, werden in vorteilhafter Weise bei dieser Ausgestaltungsvariante keine polarisationsdrehenden Schichten zwischen den Polarisationsgittern 370, 380 benötigt, wenn im Schichtstapel Polarisationsgitter gleicher Verdrillung eingesetzt werden. In diesem Beispiel erzeugt die Beleuchtungseinheit 100 rechtszirkular polarisiertes Licht. Dieser rechtszirkulare

Polarisationszustand bleibt beim Durchgang durch beide Polarisationsgitter 370, 380 erhalten. Für einen räumlichen Lichtmodulator 510, der linear polarisiertes Licht benötigt, kann wie in Fig. 6 eine doppelbrechende Verzögerungsschicht 410 enthalten sein und mit einem linearem Polarisator 520 unerwünschtes Streulicht der nullten Beugungsordnung unterdrückt werden.

Abschließend sei ganz besonders darauf hingewiesen, dass die voranstehend erörterten

Ausführungsbeispiele lediglich zur Beschreibung der beanspruchten Lehre dienen, diese jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele einschränken. Insbesondere könnten die oben beschriebenen

Ausführungsbeispiele - soweit möglich - miteinander kombiniert werden.

Bezuqszeichenliste

100 Beleuchtungseinheit

1 10 Lichtquellenmatrix

120 steuerbares Schlitzblendenfeld

125 steuerbares Blendenfeld

130 Polarisationsfilter

140 doppelbrechende Verzögerungsschicht

150 Zylinderlinsenfeld

155 Linsenfeld

200 variables steuerbares Polarisationsgitter

300 Polarisationsgitterstapel

305 gedrehter Polarisationsgitterstapel

310 1. schaltbares Polarisationsgitter

31 1 1. Segment des 1. schaltbares Polarisationsgitter

312 2. Segment des 1. schaltbares Polarisationsgitter

315 1. schaltbares Polarisationsgitter im gedrehten Polarisationsgitterstapel

320 schaltbare doppelbrechende Verzögerungsschicht

321 1. Segment der schaltbare doppelbrechende Verzögerungsschicht

322 2. Segment der schaltbare doppelbrechende Verzögerungsschicht

325 schaltbare doppelbrechende Verzögerungsschicht im gedrehten

Polarisationsgitterstapel 335 schaltbare doppelbrechende Verzögerungsschicht im gedrehten Polarisationsgitterstapel

340 2. schaltbares Polarisationsgitter

341 1. Segment des 2. schaltbares Polarisationsgitter

342 2. Segment des 2. schaltbares Polarisationsgitter

345 2. schaltbares Polarisationsgitter im gedrehten Polarisationsgitterstapel

350 schaltbare doppelbrechende Verzögerungsschicht

360 gedrehtes schaltbares Polarisationsgitter

370 1. Die Polarisationsrichtung erhaltendes schaltbares Polarisationsgitter

380 2. Die Polarisationsrichtung erhaltendes schaltbares Polarisationsgitter

410 doppelbrechende Verzögerungsschicht

420 lineares Polarisationsfilter

510 räumlicher Lichtmodulator

520 lineares Polarisationsfilter

530 lineares Polarisationsfilter

600 Feldlinse

700 steuerbares Ablenkgitter

705 gedrehtes steuerbares Ablenkgitter

Claims

Patentansprüche

1. Display, insbesondere autostereoskopisches oder holographisches Display, bei dem

Bildansichten bzw. Rekonstruktionen von holographisch kodierten Objekten Bewegungen zugehöriger Augen mindestens eines Betrachters nachführbar sind,

• mit einer Beleuchtungseinheit (100) mit Lichtquellen zum Erzeugen weitestgehend kollimierten Lichtes mit einer vorgebbaren Abstrahlcharakteristik,

• mit mindestens einem Polarisationsgitterstapel (300), welcher ein Stapel optischer

Komponenten mit mindestens zwei schalt- oder steuerbaren Polarisationsgittern (310, 340) mit je einer einschaltbaren Gitterstruktur zur Lichtablenkung aufweist,

• mit einem räumlichen Lichtmodulator (510) zum Modulieren des Lichtes der

Beleuchtungseinheit (100) zum Anzeigen von Bildinformation bzw. zum Rekonstruieren von kodierter Hologramminformation,

• mit einem Erkennungssystem zum Ermitteln von Positionen der zugehörigen Augen des mindestens einen Betrachters und

• mit einer Systemsteuerung zum Ansteuern und Synchronisieren der schalt- und steuerbaren Elemente,

• wobei in Abhängigkeit der aktuellen Position der Augen eines Betrachters die

Beleuchtungseinheit (100) und der Polarisationsgitterstapel (300) derart mit der

Systemsteuerung ansteuerbar sind, dass das Licht der Beleuchtungseinheit (100) in Richtung der Augen des Betrachters ablenkbar ist.

2. Display nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Polarisationsgitterstapel (300) zusätzlich als optische Komponente mindestens eine schalt- oder steuerbare doppelbrechenden Verzögerungsschicht (320) enthält.

3. Display nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich nach dem Polarisationsgitterstapel (300) eine zusätzliche doppelbrechende Verzögerungsschicht (410) befindet, um zirkulär polarisiertes Licht in linear polarisiertes Licht zu wandeln.

4. Display nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich nach der zusätzlichen doppelbrechenden Verzögerungsschicht (410) ein Polarisationsfilter (420, 520) befindet, das linear polarisiertes Licht der nullten Beugungsordnung eines eingeschalteten Polarisationsgitters (310, 340) unterdrückt.

5. Display nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor oder nach oder in dem Polarisationsgitterstapel (300) ein steuerbares Ablenkgitter variabler Gitterperiode (700) angeordnet ist.

6. Display nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinheit (100) steuerbar verschiedene Lichtaustrittswinkel aufweist.

7. Display nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine optische Komponente im Polarisationsgitterstapel 300 in ein oder zwei Richtungen segmentiert ausgeführt ist, wobei die einzelnen Segmente separat schalt- bzw. steuerbar sind.

8. Display nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gitterstruktur mindestens eines Polarisationsgitters im Polarisationsgitterstapel (300) zueinander gedreht angeordnet ist oder dass das Display einen zweiten Polarisationsgitterstapel enthält, bei dem die Gitterstruktur zur Gitterstruktur des ersten Polarisationsgitterstapels (300) um einen Winkel zueinander gedreht ist.

9. Display nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Polarisationsgitterstapel 300 mindestens ein schalt- oder steuerbares Polarisationsgitter (370, 380) enthalten ist, bei dem der Drehsinn des Lichtes beim Durchgang durch das Polarisationsgitter erhalten bleibt.

10. Display nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Polarisationsgitterstapel (300) im Lichtweg zwischen der Beleuchtungseinheit (100) und dem räumlichen Lichtmodulator (510) befindet.

1 1. Display nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen der Beleuchtungseinheit (100) in einem Feld von primären Lichtquellen als

Lichtquellenmatrix (1 10) angeordnet sind, die einzeln oder in Spalten schaltbar oder steuerbar sind.

12. Display nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen LED oder OLED sind.

13. Display nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen aus mehreren separat betreibbaren einzelnen Lichtquellen unterschiedlicher

Schwerpunktwellenlängen ihrer Abstrahlcharakteristik bestehen.

14. Display nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinheit (100) ein schalt- oder steuerbares Feld von Schlitzblenden (120) enthält.

15. Display nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Feld von Schlitzblenden (120) als LCD-Blendenfeld ausgebildet ist.

16. Display nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinheit (100) zum Kollimieren ein Zylinderlinsenfeld (150) enthält.

17. Display nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Zylinderlinsenfeld (150) zusätzlich eine Feldlinsenfunktion enthält.

18. Display nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Licht der Beleuchtungseinheit (100) eine vorgebbare zirkuläre Polarisation aufweist.

19. Display nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Strahlengang zwischen der Beleuchtungseinheit (100) und dem Betrachter eine zusätzlich feste oder variable Feldlinse (600) enthalten ist.