WO2018037077A2

WO2018037077A2 - Holographische anzeigevorrichtung

Info

Publication number: WO2018037077A2
Application number: PCT/EP2017/071328
Authority: WO
Inventors: Norbert Leister; Ralf Häussler
Original assignee: SeeReal Technologies SA
Current assignee: SeeReal Technologies SA
Priority date: 2016-08-24
Filing date: 2017-08-24
Publication date: 2018-03-01
Anticipated expiration: 2019-02-24
Also published as: DE112017004213A5; KR20190040310A; JP7358235B2; US20190196402A1; JP2019528481A; CN109643082A; WO2018037077A3; KR102470738B1; US11397407B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine holographische Anzeigevorrichtung zur Darstellung einer zweidimensionalen und/oder dreidimensionalen Szene. Die holographische Anzeigevorrichtung weist wenigstens eine räumliche Lichtmodulationseinrichtung und ein optisches Bauteil auf. Die wenigstens eine räumliche Lichtmodulationseinrichtung ist zur Rekonstruktion der Szene und zur Erzeugung wenigstens eines virtuellen Sichtbarkeitsbereichs in einer Betrachterebene vorgesehen. Das optische Bauteil ist mit wenigstens zwei Bereichen ausgebildet, die eine unterschiedliche Transparenz zueinander aufweisen, wobei der Wert der Transparenz jeweils zwischen 0 und 1 liegt. Zudem ist das optische Bauteil derart in der Anzeigevorrichtung angeordnet, dass es eine wenigstens teilweise vorzunehmende Filterung eines Gleichanteil-Spots in wenigstens einer Beugungsordnung innerhalb des virtuellen Sichtbarkeitsbereichs vorsieht.

Description

Holographische Anzeigevorrichtung

Die Erfindung betrifft eine holographische Anzeigevorrichtung zur Darstellung einer zweidimensionalen und/oder dreidimensionalen Szene. Eine derartige holographische Anzeigevorrichtung kann beispielsweise als Direktsicht-Display, als Projektionsdisplay, als Head-Mounted-Display, aber auch als Head-Up-Display ausgebildet sein. Die vorliegende Anzeigevorrichtung eignet sich besonders in Head-Mounted-Displays und in Head-Up-Displays, wobei die Erfindung selbstverständlich nicht auf derartige Anzeigevorrichtungen beschränkt sein soll. Die vorliegende holographische Anzeigevorrichtung ist derart ausgebildet, dass sie zweidimensionale (2D) und/oder dreidimensionale (3D) Bilder anzeigen kann. Es versteht sich daher von selbst, dass zweidimensionale Bilder oder dreidimensionale Bilder auch zweidimensionale oder dreidimensionale Inhalte oder Filme umfassen. Bei einem Bildschirm für die Darstellung von zweidimensionalen und/oder dreidimensionalen Bildern oder Filmen/Videos ist es erforderlich, eine helle und homogene Beleuchtung der gesamten Fläche des Bildschirms bei hoher Auflösung zu realisieren. Die darzustellende Bildinformation oder Szeneninformation wird als Hologramm in die räumliche Lichtmodulationseinrichtung der Anzeigevorrichtung eingeschrieben. Das von einer Beleuchtungseinrichtung, die wenigstens eine Lichtquelle aufweist, ausgesandte Licht wird mit der in die räumliche Lichtmodulationseinrichtung eingeschriebenen Information moduliert, wobei die räumliche Lichtmodulationseinrichtung häufig gleichzeitig als Bildschirm oder Anzeigepanel dient. Es ist daher erforderlich, streng parallelen Einfall der Lichtstrahlen auf die räumliche Lichtmodulationseinrichtung sicherzustellen und eine hohe Bildwiederholrate der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung zu erreichen. Zum Erreichen einer hohen Qualität der dreidimensionalen Darstellung der in die räumliche Lichtmodulationseinrichtung eingeschriebenen Information ist eine definierte Kollimation der Wellenfronten, die aus der Beleuchtungseinrichtung ausgekoppelt werden, zusätzlich zu einer homogenen Beleuchtung der gesamten Fläche der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung erforderlich. Dies ist von besonderer Bedeutung für holographische Darstellungen in Form einer zu erzeugenden Rekonstruktion. Die holographische Information, die zum Beispiel ein aus Objektpunkten einer dreidimensionalen Szene bestehendes Objekt sein kann, wird in Form von Amplituden- und Phasenwerten in die Pixel der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung kodiert. Die kodierten Objektpunkte werden von dem Wellenfeld erzeugt, das von der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung ausgesandt wird. Beispielsweise nah am Auge eines Betrachters angeordnete oder vorgesehene Anzeigevorrichtungen, wie beispielsweise Head-Mounted Displays (HMD), erfordern zudem einen leichten und kompakten Aufbau, wodurch jedoch die Größe und Pixelanzahl einer in der Anzeigevorrichtung vorgesehenen räumlichen Lichtmodulationseinrichtung (SLM) und der verwendeten Abbildungsoptik begrenzt werden könnte.

Einige Typen von räumlichen Lichtmodulationseinrichtungen weisen zudem Einschränkungen in den sinnvoll verwendbaren Pixelgrößen auf. Auf Flüssigkristallen basierende räumliche Lichtmodulationseinrichtungen weisen mit abnehmendem Pixelpitch zum Beispiel ein stärkeres Übersprechen zwischen benachbarten Pixeln auf. Die Pixel können daher nicht beliebig miniaturisiert werden. Die verwendbare Anzahl an Pixeln auf einer sinnvollen Baugröße der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung für eine kompakte mobile Anzeigevorrichtung ist somit beschränkt. Die vorliegende Erfindung soll jedoch nicht auf einen bestimmten Typ einer räumlichen Lichtmodulationseinrichtung beschränkt sein.

Für holographische Anzeigevorrichtungen oder Displays, die einen virtuellen Sichtbarkeitsbereich oder ein virtuelles Betrachterfenster (viewing window) erzeugen, ist die Auflösung einer dreidimensionalen (3D) Szene bei der Hologrammberechnung prinzipiell frei wählbar. Es hängt jedoch andererseits die Größe dieses virtuellen Sichtbarkeitsbereiches oder des virtuellen Betrachterfensters von der Anzahl der Pixel pro Grad Betrachtungswinkel ab.

Um eine dreidimensionale Szene mit der vollen für ein menschliches Auge möglichen Auflösung sehen zu können, sollte der virtuelle Sichtbarkeitsbereich oder das virtuelle Betrachterfenster mindestens die Größe der Pupille des Auges eines Betrachters aufweisen. Ein virtueller Sichtbarkeitsbereich oder Betrachterfenster in seiner Größe kleiner als die Pupille des Auges des Betrachters ist zwar prinzipiell auch für die Rekonstruktion einer dreidimensionalen Szene verwendbar, würde typischerweise aber zu einer im Vergleich zum natürlichen Sehen verschlechtert wahrgenommenen Auflösung der dreidimensionalen Szene führen, auch dann, wenn das in die räumliche Lichtmodulationseinrichtung zu kodierende Hologramm mit einer hohen Auflösung von Objektpunkten berechnet wurde.

Vorteilhafterweise wird die Größe oder Ausdehnung des virtuellen Sichtbarkeitsbereiches oder Betrachterfensters größer oder nur leicht größer als die Pupillengröße eines Auges eines Betrachters gewählt, um Toleranzen bei der Detektion bzw. Erkennung der Augenposition des Betrachters auszugleichen.

Für die Erzeugung einer dreidimensionalen Szene mittels Holographie wird in der Regel das Einschreiben eines komplexwertigen Hologramms in die räumliche Lichtmodulationseinrichtung benötigt. Es können hierbei mehrere Pixel der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung entweder mittels Kodierung zu einem Makropixel zusammengefasst oder mit einer Strahlvereinigungseinheit (beam combiner) zu einem Makropixel kombiniert werden. Das Hologramm wird dabei mittels mehrerer Subhologramme aufgebaut. Für die Kodierung eines einzelnen Objektpunktes einer Szene wird ein komplexwertiges Subhologramm, das in einen definierten Bereich auf der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung kodiert wird, berechnet, d.h. die Information über den Objektpunkt wird dann in diesem Subhologramm auf der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung kodiert.

In einer holographischen Anzeigevorrichtung bzw. Display, insbesondere einem Direktsicht- Display, mit wenigstens einer räumlichen Lichtmodulationseinrichtung (SLM), wobei in einer Betrachterebene ein virtuelles Betrachterfenster bzw. ein virtueller Sichtbarkeitsbereich vorgesehen ist, wird üblicherweise die Größe des Sichtbarkeitsbereichs derart gewählt, dass sie kleiner oder gleich dem Abstand zweier Beugungsordnungen entspricht. Dieser Abstand der Beugungsordnungen ergibt sich aus der Gleichung D^*A/p, wobei D der Abstand des virtuellen Sichtbarkeitsbereichs zur Anzeigevorrichtung, λ die Wellenlänge des Lichtes und p der Pixelpitch der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung ist. Für ein Farbdisplay, bei dem verschiedene Wellenlängen eingesetzt werden, zum Beispiel Wellenlängen für rotes, grünes und blaues Licht, wird die Größe des Sichtbarkeitsbereichs üblicherweise so gewählt, dass sie kleiner oder gleich dem Abstand zweier Beugungsordnungen für die kleinste Wellenlänge, in der Regel die Wellenlänge für blaues Licht, ist.

In einem holographischen Projektionsdisplay oder in einem holographischen Head-Mounted- Display (HMD), bei dem ein reelles oder virtuelles Bild der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung erzeugt wird, tritt an die Stelle des Abstands von der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung zu einer Betrachterebene, in der sich der Betrachter einer rekonstruierten Szene befindet, der Abstand des Bildes der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung zur Betrachterebene und anstelle des Pixelpitch der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung der Pixelpitch des Bildes der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung. Die Größe des virtuellen Sichtbarkeitsbereichs, der auch als virtuelles Betrachterfenster bezeichnet werden kann, ist auf diese Weise nach oben hin limitiert. Die einzelnen berechneten Subhologramme, die zu einem Hologramm oder Gesamthologramm überlagert werden und in die räumliche Lichtmodulationseinrichtung kodiert werden, können als symmetrische Linsenfunktionen kodiert werden. Ist dies der Fall, liegt der virtuelle Sichtbarkeitsbereich in der Betrachterebene nahezu mittig um den Fokuspunkt einer in der Anzeigevorrichtung vorgesehenen Feldlinse.

In Fig. 1 ist eine Anzeigevorrichtung dargestellt, die eine räumliche Lichtmodulationseinrichtung SLM, eine wenigstens eine Lichtquelle 3 aufweisende Beleuchtungseinrichtung 2 und eine Feldlinse 1 aufweist. Hierbei sind nur die nullte Beugungsordnung (0. BO) und die 1 . und -1. Beugungsordnung (+1. BO und -1 . BO) eines Beugungsbildes gezeigt, das aufgrund des Pixelrasters der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung SLM in der Brennebene der Feldlinse 1 entsteht. In dieser Darstellung der Fig. 1 ist kein in die räumliche Lichtmodulationseinrichtung SLM kodiertes Hologramm oder Subhologramm gezeigt. Die Intensität in den einzelnen Beugungsordnungen des Beugungsbildes hängt dabei vom Füllfaktor der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung SLM und anderen Faktoren ab, wie zum Beispiel der Form der Pixelapertur, z.B. rechteckig oder gerundet, oder auch dem Verlauf der Pixeltransmission, z.B. sprunghaft auf Null abfallend oder kontinuierlich zum Randbereich des Pixels dunkler werdend.

Die Fig. 2 zeigt beispielsweise eine graphische Darstellung der Amplitude in den einzelnen Beugungsordnungen in einer Dimension (zum Beispiel horizontal) bei einem Füllfaktor von 85% in dieser Dimension der Pixel der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung bei Verwendung einer konstanten Phase des Lichts, somit eines gleiches Phasenwertes für alle phasenmodulierenden Pixel. Wie zu erkennen ist, ist die Intensität des Lichts in der nullten Beugungsordnung am größten. Die Lichtintensität in den einzelnen Beugungsordnungen ist proportional zum Quadrat der dargestellten Amplitude. Die Amplitude wurde jedoch für die Darstellung ausgewählt, um den Lichtanteil in den höheren Beugungsordnungen besser visualisieren zu können. Erfahrungsgemäß entsteht in der Betrachterebene, von der aus ein Betrachter eine rekonstruierte Szene beobachten kann, ein sogenannter Gleichanteil-Spot, der häufig auch als Zero-Order-Spot bezeichnet wird, an der gleichen Position, an der ein Fokus der Feldlinse oder eines optischen Systems durch die Abbildung einer Lichtquelle entstehen würde, wenn kein Hologramm in die räumliche Lichtmodulationseinrichtung kodiert ist. Dieser Gleichanteil-Spot entsteht beispielsweise durch Fehler in der Modulation der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung. Hierbei wird ein Anteil des einfallenden Lichtes aufgrund nicht hinreichender Kohärenz nicht moduliert oder die räumliche Lichtmodulationseinrichtung weist systematische Abweichungen von der gewünschten Modulation auf, beispielsweise eine unerwünschte Amplitudenmodulation in einer räumliche Lichtmodulationseinrichtung, die nur die Phasen modulieren sollte, oder einen Bereich der Phasenmodulation kleiner als 2π oder systematisch zu große oder zu kleine Phasenwerte. Weist ein verwendetes optisches System ein fokussierendes optisches Element auf, wie beispielsweise die in Fig. 1 gezeigte Feldlinse 1 , so wird das nicht modulierte Licht oder systematisch falsch modulierte Licht in der Betrachterebene in einen sogenannten Gleichanteil-Spot fokussiert. Zusätzlich entstehen auch jeweils höhere Beugungsordnungen des Gleichanteil-Spots. Wird der virtuelle Sichtbarkeitsbereich mittig zur räumlichen Lichtmodulationseinrichtung erzeugt bzw. in der Betrachterebene angeordnet, so liegt dieser Gleichanteil-Spot dabei im Zentrum des virtuellen Sichtbarkeitsbereichs. In der Fig. 3 ist die Anzeigevorrichtung nach Fig. 1 in einem Idealfall dargestellt, bei dem kein Gleichanteil-Spot in einer Betrachterebene 6 vorliegt. In die räumliche Lichtmodulationseinrichtung SLM ist ein Subhologramm 4 kodiert, mittels dem ein Objektpunkt einer Szene rekonstruiert werden kann. Hierbei ist ein virtueller Sichtbarkeitsbereich 5 in der nullten Beugungsordnung vorgesehen.

Die Fig. 4 zeigt dabei in einer graphischen Darstellung die Amplitude in der jeweiligen nullten Beugungsordnung, +1 . Beugungsordnung und -1 . Beugungsordnung bei einer rechteckigen Pixelapertur der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung. In diesem Beispiel weist das in die räumliche Lichtmodulationseinrichtung kodierte Subhologramm eine Linsenfunktion auf, die einen Objektpunkt in einer Entfernung von 250 mm vor der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung erzeugt, wobei der virtuelle Sichtbarkeitsbereich sich 1 m von der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung entfernt befindet. Ein ähnlicher Verlauf der Amplitude in den Beugungsordnungen würde sich aber auch für Objektpunkte einer dreidimensionalen Szene in anderen Entfernungen von der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung ergeben. Die nullte Beugungsordnung weist in diesem Fall eine Ausdehnung von ungefähr 15 mm auf. Die Intensität des Lichts ist in der nullten Beugungsordnung, in der der virtuelle Sichtbarkeitsbereich vorgesehen ist, am höchsten, wie an der Auslenkung der dargestellten Amplitude zu erkennen ist. In der +1 . Beugungsordnung und der -1 . Beugungsordnung ist die Intensität herabgesetzt, jedoch immer noch hoch genug, um auch diese Beugungsordnungen, zumindest teilweise, wenn notwendig nutzen zu können.

In der Fig. 5 ist die Anzeigevorrichtung nach Fig. 3 dargestellt, wobei in der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung SLM ein Subhologramm 4 kodiert ist. Aus Übersichtlichkeitsgründen ist nur ein Subhologramm 4 dargestellt, wobei selbstverständlich in der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung SLM eine Vielzahl von Subhologrammen kodiert sein können, die zusammen ein Hologramm bilden, mit dem eine dreidimensionale Szene rekonstruiert werden kann. In der Betrachterebene 6 ist ein virtueller Sichtbarkeitsbereich 5 beispielsweise in der nullten Beugungsordnung vorgesehen. Es könnte jedoch auch eine andere Beugungsordnung gewählt werden, wie z.B. die +1 . Beugungsordnung oder die -1. Beugungsordnung. Dabei entsteht in der Betrachterebene 6, insbesondere im virtuellen Sichtbarkeitsbereich 5, ein Gleichanteil-Spot GAS (0. GAS), der sich negativ auf die Rekonstruktion bzw. auf die rekonstruierte Szene auswirken kann. Höhere Beugungsordnungen des Gleichanteil-Spots, hier der +1 . Gleichanteil-Spot (+1 . GAS) und der -1 . Gleichanteil-Spot (- 1 . GAS), entstehen ebenfalls in der Betrachterebene 6, d.h. in den höheren Beugungsordnungen, hier der 1 . Beugungsordnung und der -1 . Beugungsordnung. Für einen Betrachter der rekonstruierten Szene, der mit seinem Auge im Zentrum des virtuellen Sichtbarkeitsbereichs 5 liegt, würde dieser Gleichanteil-Spot (0. GAS) dazu führen, dass der rekonstruierten dreidimensionalen (3D) Szene in der Wahrnehmung ein störender Hintergrund überlagert ist, somit ein verringerter Kontrast der Szene vorliegt. Auf diese Weise wird die Qualität der rekonstruierten Szene vermindert bzw. negativ beeinflusst.

Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anzeigevorrichtung zur Darstellung einer zweidimensionalen und/oder dreidimensionalen Szene zu schaffen, mit der eine hohe Qualität der rekonstruierten Szene erreicht werden kann. Insbesondere soll ein negativer Einfluss eines Gleichanteil-Spots in der Betrachterebene auf die rekonstruierte Szene beseitigt bzw. vermindert werden.

Die vorliegende Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine holographische Anzeigevorrichtung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße holographische Anzeigevorrichtung ist zur Darstellung einer zweidimensionalen und/oder dreidimensionalen Szene vorgesehen. Die holographische Anzeigevorrichtung weist wenigstens eine räumliche Lichtmodulationseinrichtung und ein optisches Bauteil auf. Die wenigstens eine räumliche Lichtmodulationseinrichtung ist zur Rekonstruktion der Szene und zur Erzeugung wenigstens eines virtuellen Sichtbarkeitsbereichs in einer Betrachterebene vorgesehen. Das optische Bauteil ist mit wenigstens zwei Bereichen ausgebildet, die eine unterschiedliche Transparenz zueinander aufweisen. Der Wert der Transparenz liegt dabei jeweils zwischen 0 und 1 . Das optische Bauteil ist derart in der Anzeigevorrichtung angeordnet, dass es eine wenigstens teilweise vorzunehmende Filterung eines Gleichanteil-Spots in wenigstens einer Beugungsordnung innerhalb des virtuellen Sichtbarkeitsbereichs vorsieht. Auf diese Weise kann der durch Fehler in der Modulation des Lichts entstehende Gleichanteil-Spot insbesondere im Bereich des wenigstens einen virtuellen Sichtbarkeitsbereichs verringert oder sogar vollständig herausgefiltert werden. Eine Verringerung der Intensität des Gleichanteil-Spots in einer, für den virtuellen Sichtbarkeitsbereich verwendeten Beugungsordnung kann beispielsweise dabei durch Vorsehen eines Grauwertverlaufs im optischen Bauteil erreicht werden. Ein vollständiges Herausfiltern des Gleichanteil-Spots aus der verwendeten Beugungsordnung kann vorteilhaft derart erfolgen, dass ein Bereich des optischen Bauteils eine hohe Transparenz aufweist. Beispielsweise könnte dieser Bereich eine Transparenz von T > 0,8 aufweisen, wobei ein Transparenzwert von 0 (Null) lichtundurchlässig bzw. intransparent bedeutet und ein Transparenzwert von 1 vollständig transparent bzw. vollständig lichtdurchlässig. Je größer somit der Transparenzwert eines Bereiches des optischen Bauteils ist, desto lichtdurchlässiger ist dieser Bereich. Ein anderer Bereich des optischen Bauteils weist hingegen einen Transparenzwert von 0 (Null) auf und ist somit lichtundurchlässig ausgebildet. Dieser lichtundurchlässige Bereich des optischen Bauteils kann dann vorteilhaft dem herauszufilterndem Gleichanteil-Spot zugeordnet sein, so dass die Größe des lichtundurchlässigen Bereiches den Gleichanteil-Spot komplett abdeckt und somit diesen vollständig aus dem entstehenden Beugungsbild in der Betrachterebene herausfiltert.

Somit kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass das optische Bauteil einen transparenten Bereich und wenigstens einen lichtundurchlässigen Bereich oder wenigstens einen Bereich mit reduzierter Transmission aufweist. Der wenigstens eine lichtundurchlässige Bereich oder der wenigstens eine Bereich mit reduzierter Transmission des optischen Bauteils ist vorteilhaft wesentlich kleiner in seiner Größe ausgebildet ist als der transparente Bereich des optischen Bauteils. Dabei sieht der wenigstens eine lichtundurchlässige Bereich des optischen Bauteils eine wenigstens teilweise vorzunehmende Filterung eines Gleichanteil-Spots in wenigstens einer Beugungsordnung innerhalb des virtuellen Sichtbarkeitsbereichs vor. Eine teilweise Herausfilterung des Gleichanteil-Spots aus der verwendeten Beugungsordnung kann beispielsweise mittels des wenigstens einem lichtundurchlässigen Bereich im optischen Bauteil erfolgen, der derart im optischen Bauteil ausgebildet ist, dass dieser lichtundurchlässige Bereich dem Gleichanteil-Spot zugeordnet ist und die Größe des lichtundurchlässigen Bereiches jedoch nur einen Teil des Gleichanteil-Spots abdeckt.

Alternativ kann eine teilweise Herausfilterung des Gleichanteil-Spots aus der verwendeten Beugungsordnung beispielsweise auch mittels wenigstens einem Bereich mit stark reduzierter Transparenz im optischen Bauteil erfolgen, der derart im optischen Bauteil ausgebildet ist, dass dieser lichtundurchlässige Bereich dem Gleichanteil-Spot zugeordnet ist und mindestens einen Teil der Fläche dieses Spots abdeckt.

Der transparente Bereich ist hier als ein Grundbereich zu verstehen, in den wenigstens ein lichtundurchlässiger Bereich eingebracht ist.

In einigen vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung kann das optische Bauteil alternativ zu dem transparenten Bereich in Verbindung mit dem wenigstens einen lichtundurchlässigen Bereich oder auch zusätzlich zu diesen Bereiche mit einem Gradienten der Transparenz, das heißt einem Grauwertverlauf, aufweisen. Dieser Grauwertverlauf kann beispielsweise auch dazu verwendet werden, um die Verteilung der Lichtintensität im virtuellen Sichtbarkeitsbereich zu verändern. Beispielsweise kann die Verteilung der Lichtintensität in den Beugungsordnungen dazu führen, dass ein Betrachter, dessen Augenpupille sich in einem Randbereich des virtuellen Sichtbarkeitsbereichs befindet, eine dunklere Rekonstruktion einer vorzugsweise dreidimensionalen Szene wahrnehmen würde als in der Mitte oder im gegenüberliegenden Randbereich des virtuellen Sichtbarkeitsbereichs. In diesem Fall kann durch einen Grauwertverlauf der Transparenz des optischen Bauteils die Lichtverteilung gleichmäßiger erzeugt werden, indem Bereiche des virtuellen Sichtbarkeitsbereichs mit erhöhter Helligkeit abgedunkelt werden.

Insbesondere kann in einer erfindungsgemäßen holographischen Anzeigevorrichtung, die als Projektionsanzeigevorrichtung oder als Head-Mounted-Display (HMD) ausgebildet ist und ein zweistufiges System aufweist, vorgesehen sein, dass ein reelles Zwischenbild der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung sowie ein reelles Zwischenbild des virtuellen Sichtbarkeitsbereichs erzeugt wird. Vorteilhafterweise kann das optische Bauteil dabei in einer Ebene eines erzeugten Zwischenbildes des wenigstens einen virtuellen Sichtbarkeitsbereichs vorgesehen sein.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen.

Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass der lichtundurchlässige Bereich des optischen Bauteils oder der wenigstens eine Bereich mit reduzierter Transmission in seiner Größer kleiner als eine Augenpupille eines menschlichen Auges ausgebildet ist, vorzugsweise nur 10% bis 40% der Größe einer Augenpupille entspricht. Da ein entstehender Gleichanteil-Spot im Beugungsbild meist wesentlich kleiner in seiner Ausdehnung ausgebildet ist als eine typische Größe von ca. 2 mm - ca. 5 mm einer Augenpupille eines Betrachters einer rekonstruierten vorzugsweise dreidimensionalen Szene bei Taglichtverhältnissen und dieser Gleichanteil-Spot mittels des lichtundurchlässigen Bereichs des optischen Bauteils oder mittels des wenigstens einen Bereichs mit reduzierter Transmission wenigstens teilweise herausgefiltert wird, hat ein derartiges Filtern des Gleichanteil-Spots keinen störenden Einfluss auf die von dem Betrachter wahrgenommene vorzugsweise dreidimensionale Szene. Es gelangt somit noch genügend Licht durch die Pupille ins Auge des Betrachters, so dass dieser die rekonstruierte Szene mit hoher Qualität betrachten kann.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das optische Bauteil beweglich steuerbar ausgebildet ist.

Im allgemeinen und bevorzugten Fall kann das optische Bauteil zur Filterung wenigstens eines Gleichanteil-Spots beweglich ausgeführt sein. Da beispielsweise abhängig von einer Augenposition eines Betrachters im virtuellen Sichtbarkeitsbereich ein Gleichanteil-Spot in nur einer Beugungsordnung zu Störungen oder Beeinflussungen führen würde, z.B. nur der Gleichanteil-Spot in der nullten Beugungsordnung oder in der +1. Beugungsordnung oder in der -1 . Beugungsordnung, müssten somit durch das optische Bauteil nicht alle Gleichanteil-Spots im Beugungsbild wenigstens teilweise herausgefiltert werden, sondern jeweils nur ein Gleichanteil-Spot in einer für die Rekonstruktion verwendeten Beugungsordnung. Daher ist es auf diese Weise möglich, das optische Element zur Filterung derart auszubilden, dass beispielsweise nur ein einzelner lichtundurchlässiger oder auch geschwärzter Bereich oder ein Bereich mit reduzierter Transmission vorgesehen ist. Das optische Bauteil mit diesem einzelnen lichtundurchlässigen oder geschwärzten Bereich oder Bereich mit reduzierter Transmission kann dann je nach detektierter Augenposition des Betrachters derart verschoben oder bewegt werden, dass der lichtundurchlässige oder geschwärzte Bereich oder Bereich mit reduzierter Transmission einen der Gleichanteil-Spots der Beugungsordnungen, beispielsweise entweder der Gleichanteil-Spot der nullten Beugungsordnung, auch als nullter Gleichanteil-Spot bezeichnet, oder ein anderer Gleichanteil-Spot einer höheren Beugungsordnung, herausfiltert.

Es kann aber auch vorgesehen sein, dass das optische Bauteil mehrere transparente und mehrere lichtundurchlässige Bereiche oder mehrere Bereiche mit reduzierter Transmission aufweist, die derart vorgesehen sind, dass Gleichanteil-Spots in verschiedenen Beugungsordnungen herausgefiltert werden.

Das bedeutet, das optische Bauteil kann jedoch auch statisch, somit nicht beweglich, ausgebildet sein. Hierfür kann das optische Bauteil zur Filterung eines Gleichanteil-Spots in der nullten Beugungsordnung sowie in der ± 1 . Beugungsordnung und zur Filterung aller höheren Beugungsordnungen ab der ± 2. Beugungsordnung in einer alternativen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung mehrere lichtundurchlässige oder geschwärzte Bereiche, somit lichtblockierende Bereiche, oder mehrere Bereiche mit reduzierter Transmission und einen transparenten Bereich, somit lichtdurchlässigen Bereich, aufweisen, wobei der transparente Bereich als Grundbereich dient. Dieser transparente Bereich wird durch das Vorsehen von mehreren lichtundurchlässigen Bereichen oder mehreren Bereichen mit reduzierter Transmission in mehrere transparente Bereiche unterteilt.

Zweckmäßig kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass das optische Bauteil derart ausgebildet ist, dass vordefinierte oder festgelegte höhere Beugungsordnungen vollständig herausgefiltert werden. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das optische Bauteil als Folie oder als ein aktiv schaltbares Bauteil, vorzugsweise als ein eine Flüssigkristallschicht aufweisendes Bauteil, ausgebildet ist. Die Flüssigkristallschicht kann dabei mit mindestens einem Polarisationselement kombiniert werden. Zudem kann die Flüssigkristallschicht mit einer Elektrodenanordnung versehen sein, an die eine Spannung angelegt werden kann, um die Flüssigkristallschicht anzusteuern und die Flüssigkristalle entsprechend zu orientieren. Je nach Schaltzustand der Flüssigkristallschicht mittels der Elektrodenanordnung transmittiert oder blockiert das Polarisationselement das einfallende Licht. Alternativ kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass anstelle von einfachen lichtblockierenden bzw. lichtundurchlässigen Bereichen oder Bereiche mit reduzierter Transmission und einem vollständig transparenten Bereich das optische Bauteil zur Filterung wenigstens eines Gleichanteil-Spots auch einen definierten bzw. vorgegebenen Grauwertverlauf aufweisen kann. Ferner kann das optische Bauteil zur Filterung anstelle oder zusätzlich zu einem Grauwertverlauf auch einen definierten bzw. vorgegebenen Phasenverlauf aufweisen. Das heißt, das optische Bauteil kann derart ausgebildet sein, dass es einen definierten Grauwertverlauf und/oder einen definierten Phasenverlauf aufweist. Dabei kann der Grauwertverlauf derart im optischen Bauteil vorgegeben werden, dass eine vordefinierte Lichtintensität jeweils aus einem helleren Bereich einer Beugungsordnung teilweise herausgefiltert wird. Die Menge an Licht, die durch den Grauwertverlauf aus einer Beugungsordnung herausgefiltert wird oder herausgefiltert werden soll, kann beispielsweise durch vorherige Simulationen bestimmt werden, so dass der Grauwertverlauf des optischen Elements entsprechend definiert und das optische Bauteil dementsprechend ausgestaltet werden kann.

Um eine Szene vorzugsweise dreidimensional zu rekonstruieren, kann in die wenigstens eine räumliche Lichtmodulationseinrichtung ein Hologramm kodiert sein, das aus wenigstens einem Subhologramm aufgebaut ist. In jeweils einem Subhologramm wird ein zu rekonstruierender Objektpunkt der Szene kodiert, so dass mehrere Subhologramme ein Hologramm bilden, das die gesamte Szene rekonstruiert.

In einem bestimmten Fall kann es auch so sein, dass die holographische Anzeigevorrichtung in einem AN-Zustand ist, jedoch keine Szene oder Objektpunkte darstellt. Dies bedeutet, dass in der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung kein Subhologramm oder Hologramm kodiert ist und diese komplett dunkel bzw. schwarz leuchtet. Auch in so einem Fall wäre es vorteilhaft, wenn wenigstens ein Gleichanteil-Spot in der Betrachterebene gefiltert wird, um ein sattes Schwarz darzustellen. Dieser Fall soll ebenfalls durch die vorliegende Erfindung mit abgedeckt sein.

Ferner kann in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass das Hologramm oder jedes Subhologramm eine Prismenfunktion aufweist, um den wenigstens einen virtuellen Sichtbarkeitsbereich in der Betrachterebene zu versetzen.

Wird beispielsweise eine Prismenfunktion mit einer Phasendifferenz von π (pi) zwischen benachbarten Pixeln der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung verwendet, so erfolgt ein Versetzen des virtuellen Sichtbarkeitsbereichs in der Betrachterebene um eine halbe Beugungsordnung. Eine Phasendifferenz von a^*~n zwischen benachbarten Pixeln mit einem reellwertigen Faktor a führt entsprechend zum Versetzen des virtuellen Sichtbarkeitsbereichs um a mal eine halbe Beugungsordnung. Die Größe der Beugungsordnung entspricht dabei D^*A/p, wobei D der Abstand des virtuellen Sichtbarkeitsbereiches zur räumlichen Lichtmodulationseinrichtung oder zum Bild der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung, wenn eine Abbildung der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung vorliegt, λ die Wellenlänge des Lichts und p der Pixelpitch der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung oder des Bildes der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung ist. Mit anderen Worten, mit der Prismenfunktion ist eine Phasendifferenz von a^*~n zwischen benachbarten Pixeln der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung vorgesehen, mit der der virtuelle Sichtbarkeitsbereich um a^*1/2 Beugungsordnungen versetzbar ist, wobei a ein reellwertiger Faktor ist.

Durch Addieren einer Prismenfunktion, die auch als lineare Phasenfunktion bezeichnet werden kann, wahlweise zu den einzelnen Subhologrammen oder bevorzugt zu dem Gesamthologramm bzw. Hologramm nach einem Aufaddieren aller Subhologramme kann die Position des wenigstens einen virtuellen Sichtbarkeitsbereichs in der Betrachterebene versetzt bzw. verschoben werden. Eine derartige Verschiebung des virtuellen Sichtbarkeitsbereichs erfolgt jedoch nur in einem kleinen definierten Bereich. Zweckmäßiger Weise kann dabei der virtuelle Sichtbarkeitsbereich mittels der Prismenfunktion zwischen zwei Gleichanteil-Spots zweier Beugungsordnungen verschoben und angeordnet werden. Dadurch werden die Gleichanteil-Spots jeweils an den Randbereich des virtuellen Sichtbarkeitsbereichs geschoben bzw. versetzt, wodurch für eine Augenpupille eines Betrachters im virtuellen Sichtbarkeitsbereich bzw. für einen Betrachter selbst dann weniger Störungen durch die Gleichanteil-Spots vorliegen.

Vorteilhafterweise kann in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass bei Vorsehen einer farbigen zu rekonstruierenden Szene für jede verwendete Wellenlänge oder Farbe eine definierte Prismenfunktion vorgesehen ist, wobei sich die Prismenfunktionen von verschiedenen Wellenlängen oder Farben unterscheiden.

Denn es sollte beachtet werden, dass Beugungsordnungen für unterschiedliche Wellenlängen oder Farben auch einen unterschiedlichen Abstand zueinander aufweisen. Ein Aufaddieren bzw. ein Hinzufügen der gleichen Prismenfunktion zu einem Subhologramm oder einem Hologramm führt für unterschiedliche Wellenlängen oder Farben auch zu einer unterschiedlichen Verschiebung des virtuellen Sichtbarkeitsbereichs. Erfindungsgemäß wird daher in einer holographischen Anzeigevorrichtung somit für jede Farbe oder Wellenlänge eine unterschiedliche Prismenfunktion zum Subhologramm oder zum (Gesamt)Hologramm addiert bzw. hinzugefügt, damit die virtuellen Sichtbarkeitsbereiche für alle drei Grundfarben rot, grün und blau (RGB) an die gleiche Position in der Betrachterebene geschoben werden und sich somit genau überlagern. Beispielsweise würde für blaues Licht der Wellenlänge λ = 450 nm eine Prismenfunktion von OTT, demnach eine Phasendifferenz von π zwischen benachbarten Pixeln der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung, den virtuellen Sichtbarkeitsbereich um eine halbe (14) Beugungsordnung verschieben. Der Gleichanteil-Spot würde dann am Randbereich des virtuellen Sichtbarkeitsbereichs liegen. Für grünes Licht der Wellenlänge λ = 532 nm müsste aber die Phasenstufe von einem Pixel zum nächsten Pixel der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung450/532TT betragen, damit der virtuelle Sichtbarkeitsbereich für grünes Licht an die gleiche Stelle geschoben wird und mit dem virtuellen Sichtbarkeitsbereich für blaues Licht zur Deckung kommt bzw. sich überlagert. Für rotes Licht der Wellenlänge λ = 635 nm müsste eine Phasenstufe von 450/635ττ verwendet werden, damit der virtuelle Sichtbarkeitsbereich für rotes Licht an die gleiche Stelle in der Betrachterebene geschoben wird und sich mit den virtuellen Sichtbarkeitsbereichen für blaues Licht und für grünes Licht überlagert. Wäre dies nicht der Fall, so würde ein Betrachter einen weißen Punkt innerhalb der rekonstruierten vorzugsweise dreidimensionalen Szene als leicht zueinander lateral versetzte rote, grüne und blaue Punkte wahrnehmen.

Die Prismenfunktion ist dabei für alle Subhologramme oder Hologramme einer Wellenlänge oder Farbe gleich.

Eine Verschiebung des virtuellen Sichtbarkeitsbereichs führt jedoch in der Regel zu einer veränderten Helligkeit der wahrgenommenen vorzugsweise dreidimensionalen Szene. Aufgrund des Füllfaktors und der Amplitudentransmission jedes einzelnen Pixels in der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung entsteht im Fernfeld eine Intensitätsverteilung des Lichts, die ausgehend von der nullten Beugungsordnung zu höheren Beugungsordnungen hin abnimmt. In der Regel wäre für einen zur räumlichen Lichtmodulationseinrichtung zentral angeordneten virtuellen Sichtbarkeitsbereich die Rekonstruktion der Szene am hellsten, d.h. die Intensität des Lichts ist in diesem zentralen Bereich am höchsten. Wird der virtuelle Sichtbarkeitsbereich durch Addieren bzw. Hinzufügen von Prismenfunktionen zu den Subhologrammen oder Hologrammen verschoben, so wird die Rekonstruktion der Szene gegebenenfalls dunkler. Daher können nur wenige Beugungsordnungen, wie zum Beispiel zwei bis drei Beugungsordnungen, vorteilhaft genutzt werden. Der virtuelle Sichtbarkeitsbereich kann somit nur über eine geringe Weglänge oder Distanz lateral verschoben werden. Die Erfindung soll allerdings nicht auf eine bestimmte Anzahl an Beugungsordnungen, über die der virtuelle Sichtbarkeitsbereich verschoben werden kann, beschränkt sein.

Auf diese Weise kann vorteilhaft mittels definierter, in das Hologramm oder in das wenigstens eine Subhologram der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung eingeschriebener Prismenfunktion eine Nachführung des wenigstens einen virtuellen Sichtbarkeitsbereichs in der Betrachterebene entsprechend einer neuen Position eines Auges eines Betrachters der Szene vorgesehen sein. Erfindungsgemäß wird dabei vorgeschlagen, die Verschiebung des virtuellen Sichtbarkeitsbereichs nur über einen kleinen Bereich, beispielsweise über zwei bis drei Beugungsordnungen, zur Betrachternachführung zu verwenden.

Auf diese Weise kann eine derartige Nachführung des wenigstens einen virtuellen Sichtbarkeitsbereichs als Feinnachführung verwendet bzw. genutzt werden.

Vorteilhafterweise kann die Feinnachführung des wenigstens einen virtuellen Sichtbarkeitsbereichs mit einer Grobnachführung des wenigstens einen virtuellen Sichtbarkeitsbereich entsprechend der Position eines Betrachters in der Betrachterebene kombiniert werden. Die Verschiebung des virtuellen Sichtbarkeitsbereichs mittels Aufaddieren von Prismenfunktionen zu Subhologrammen oder zum (Gesamt)Hologramm kann daher auch mit anderen bekannten Verfahren der Betrachternachführung kombiniert werden. Beispielsweise kann die Nachführung des virtuellen Sichtbarkeitsbereichs entsprechend einer neuen Position eines Betrachters zur räumlichen Lichtmodulationseinrichtung mittels Prismenfunktionen zum Feintracking bzw. zur Feinnachführung und andere optische Elemente, wie beispielsweise schaltbare Gitter, zum Grobtracking bzw. zur Grobnachführung eingesetzt werden.

Ferner können eine wenigstens eine Lichtquelle aufweisende Beleuchtungseinrichtung und ein Positionsdetektionssystem zur Ermittlung der Position von Augen eines Betrachters vorgesehen sein. Mittels des Positionsdetektionssystems kann die Augenposition eines Betrachters der vorzugsweise dreidimensionalen Szene zur räumlichen Lichtmodulationseinrichtung ermittelt werden. Abhängig von der detektierten Augenposition werden dann Subhologramme berechnet und zu einem Gesamthologramm bzw. Hologramm aufaddiert. Mittels Addieren bzw. Hinzufügen einer Prismenfunktion bevorzugt zu dem Gesamthologramm bzw. Hologramm oder auch zu den einzelnen Subhologrammen wird dann die Position des virtuellen Sichtbarkeitsbereichs in der Betrachterebene lateral verschoben.

Ferner kann in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass eine Steuerungseinrichtung vorgesehen ist, mit der eine Änderung der Helligkeit einer Lichtquelle vornehmbar ist.

Eine Änderung der Helligkeit der Rekonstruktion bei einer Verschiebung des virtuellen Sichtbarkeitsbereichs in der Betrachterebene kann beispielsweise dadurch ausgeglichen werden, indem die Helligkeit der wenigstens einen Lichtquelle nachgeregelt oder angepasst wird. Wird demnach mittels eines Positionsdetektionssystems ermittelt, dass sich die Augenpupille eines Betrachters in einem Bereich befindet, der einem zentralen Bereich des virtuellen Sichtbarkeitsbereichs, relativ zur Fokusposition eines optischen Systems, beispielsweise einer Feldlinse, gesehen, entspricht, so kann die Helligkeit der wenigstens einen Lichtquelle mit einer Steuerungseinrichtung reduziert werden. Wird jedoch durch das Positionsdetektionssystem ermittelt, dass sich die Augenpupille des Betrachters in einem Bereich befindet, der außerhalb des zentralen Bereichs des virtuellen Sichtbarkeitsbereichs, relativ zur Fokusposition des optischen Systems gesehen, liegt, so kann die Helligkeit der wenigstens einen Lichtquelle mit der Steuerungseinrichtung erhöht werden.

Eine weitere Möglichkeit die Lichtintensität in den Beugungsordnungen umzuverteilen, kann beispielsweise darin bestehen, den Füllfaktor der Pixel der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung zu verringern oder mittels einer Apodisationsfunktion für die Amplitude oder die Phase eines jeden Pixels der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung diese Lichtverteilung in den Beugungsordnungen zu beeinflussen. Mit anderen Worten, es kann vorteilhaft sein, wenn der wenigstens einen räumlichen Lichtmodulationseinrichtung, insbesondere den Pixeln, ein Apodisationsprofil zugeordnet ist, mit dem eine Steuerung der Lichtintensität in den Beugungsordnungen vorgesehen ist. Die Apodisation ist ein Verfahren der optischen Filterung, bei dem üblicherweise die äußeren Ringe eines Beugungsscheibchens, welche die höheren Beugungsordnungen darstellen, verringert oder unterdrückt werden. Im Sinne dieser Anmeldung soll Apodisation jedoch allgemein so verstanden werden, dass die relative Intensität des Lichts in den Ringen eines Beugungsscheibchens verändert wird. Dies umfasst somit auch Fälle, bei denen die Lichtintensität in den äußeren Ringen des Beugungsscheibchens erhöht wird. Apodisation wird üblicherweise meist dazu verwendet, um den Kontrast einer rekonstruierten Szene zu verbessern. Die Apodisation von Pixeln kann mittels einer Apodisationsfunktion t_Si_M-Pixei (x,y) durchgeführt werden. Apodisationsfunktionen werden im Allgemeinen entsprechend ihrer Verwendung berechnet und in einer Maske, einem Filter oder einem Profil realisiert.

Apodisationsprofile sind dabei so nah wie möglich an der lichtmodulierenden optischen Schicht der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung angeordnet. Das Apodisationsprofil ist entweder direkt als zusätzliche Schicht auf der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung vorgesehen oder direkt in die räumliche Lichtmodulationseinrichtung integriert.

Beispielsweise kann eine nur die Phase modulierende räumliche Lichtmodulationseinrichtung mit einem nur die Amplitude apodisierenden Apodisationsprofil kombiniert werden oder umgekehrt. Im allgemeinen Fall sind sowohl die räumliche Lichtmodulationseinrichtung als auch das Apodisationsprofil für eine komplexwertige Modulation einsetzbar.

Eine mit der entsprechenden Vorgabe berechnete Apodisationsfunktion in einem Apodisationsprofil bewirkt durch die Kombination von Pixeln der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung und des Apodisationsprofils eine Modulation des auftreffenden Lichts in der Weise, dass die Intensitätswerte in der Fourierebene der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung, die meist die Betrachterebene ist, dem dort vorgegebenen Intensitätsverlauf sehr nahe kommen bzw. entsprechen. Ein anderer Parameter für die Apodisationsfunktion kann eine Phasenfunktion mit konstanter Amplitude sein. Auch weitere, hier nicht konkret angegebene Parameter im Zusammenhang mit der Lichtmodulation können mit einem Verfahren zum Ermitteln einer Apodisationsfunktion für Apodisationsprofile optimiert werden.

Eine Kosinus-Apodisation der Amplitude eines Pixels der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung führt zum Beispiel dazu, dass zwar höhere Beugungsordnungen im Beugungsbild reduziert werden, die Lichtverteilung in den zwei bis drei zentralen Beugungsordnungen jedoch gleichmäßiger wird. Daher ist ein Amplitudenprofil als Apodisationsprofil gut geeignet, das Licht bzw. die Lichtintensität in ausgewählten Beugungsordnungen gleichmäßiger zu gestalten bzw. zu verteilen.

Wird zum Beispiel eine Kosinus-Apodisation der Amplitude eines Pixels der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung verwendet, so kann dies aufgrund der gleichmäßigeren Intensitätsverteilung in der nullten Beugungsordnung und ± 1 . Beugungsordnung im Vergleich zu einer rechteckförmigen Pixeltransmission vorteilhaft in einer Anordnung eingesetzt werden, bei der mittels einer Prismenfunktion, die in die Pixel der räumlichen Lichtmodulationsvorrichtung eingeschrieben wird, der virtuelle Sichtbarkeitsbereich innerhalb dieser drei Beugungsordnungen versetzt werden kann.

Auch eine Mikrolinsenanordnung, die eine Vielzahl von Linsen aufweist, wäre eine Möglichkeit, eine derartige gleichmäßigere Verteilung des Lichts in mehreren Beugungsordnungen zu erzeugen. Hierbei wird die Mikrolinsenanordnung derart der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung zugeordnet, dass vor jedem Pixel der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung eine Linse der Mikrolinsenanordnung vorgesehen ist, so dass eine derartige Anordnung wie eine Phasen-Apodisation wirken würde und ähnlich wie ein kleinerer Füllfaktor der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung eine gleichmäßigere Verteilung des Lichtes bzw. der Lichtintensitäten auf mehrere Beugungsordnungen bewirkt.

Jede Mikrolinse erzeugt dabei in kurzer Entfernung einen Fokus, der kleiner ist als die Apertur des Pixels und daher ähnlich wie ein Pixel mit verringertem Füllfaktor wirkt.

Es können zur Apodisation sinngemäß ähnliche Verfahren und Anordnungen verwendet werden wie in der WO 2009/156191 A1 beschrieben. Zum Beispiel können in einer Lichtmodulationseinrichtung mit räumlichem Multiplexing der Hologramme für linkes und rechtes Auge eines Betrachters oder mit räumlichem Multiplexing der Farben auch verschiedene Apodisationsfunktionen für die Pixel, die rechtem oder linkem Auge zugeordnet sind, oder für die Pixel unterschiedlicher Farben verwendet werden. Zur WO 2009/156191 A1 besteht jedoch der Unterschied, dass in dieser die Verringerung der Intensität in höheren Beugungsordnungen angestrebt ist, während es gemäß der vorliegenden Erfindung für die Nutzung einer Verschiebung des virtuellen Sichtbarkeitsbereichs in der Betrachterebene um wenige Beugungsordnungen jedoch erforderlich wird, dass die Intensität über diese wenigen Beugungsordnungen möglichst gleichmäßig verteilt ist.

Beispielsweise könnte als Apodisationsprofil eine strukturierte Apodisationsprofilschicht und/oder ein Verzögerungselement, vorzugsweise eine achromatische oder apochromatische Verzögerungsschicht, vorgesehen sein. Das Apodisationsprofil kann eine mikrolinsenähnliche Struktur sein, die auf das Pixel aufgebracht wird, oder das Apodisationsprofil, auch als Apodisationsfilter bezeichnet, kann auch eine absorbierende Legierungsstrukturschicht sein. Beispielsweise kann ein mikrolinsenähnliches Flächenreliefprofil von oben nach unten auf eine Glasplatte gedrückt werden, die oben auf dieser eine dünne Schicht aufweist, welche z. B. ein absorbierender, bei UV aushärtender Kleber ist.

Ein Amplituden-Apodisationsprofil der verwendeten Pixel des SLM kann somit eine verringerte Lichtintensität in der nullten Beugungsordnung und eine erhöhte Lichtintensität in den höheren Beugungsordnungen des SLM vorsehen. Dies ist auf eine Verringerung der Raumfrequenzen zurückzuführen, die in der SLM-Ebene vorhanden sind. Die realisierte Form kann z. B. eins Art Kaiser-Bessel-Fenster, ein Gauß-Fenster oder nur eine Kosinusfunktion sein.

Für große Pixel von z. B. ungefähr 100 μηη für TV-Anwendungen kann eine gedruckte Amplitudenstruktur, die ein kontinuierliches Profil ist, verwendet werden, welche eher kein periodisches Gitter zeigen sollte. Bevorzugt wird das Eintauchen einer mikrolinsenähnlichen Struktur mit einem definierten Pixelpitch mit der Fläche nach unten in eine absorbierende Farbe, die auf einen Spiegelsubstrat aufgetragen werden kann. Die Kontaktpunkte in der mikrolinsenähnlichen Struktur sind klar und weisen einen nahezu 100%igen Reflexionsgrad auf. Die Regionen zwischen den Linsen dieser Struktur sind dunkel. Das funktioniert sehr gut bei einem angemessen großen Pixelpitch.

Eine weitere Option für ein Apodisationsprofil ist die Verwendung von absorbierenden Legierungszusammensetzungen, wie Chromoxiden. Durch die lokale Dicke einer derartigen Zusammensetzung wird die Absorption definiert. Eine angemessen dicke Schicht, wie z. B. von ungefähr 200 nm, kann unter Verwendung von Grauton-Lithografie-Methoden (auch bezeichnet als Grauton-, Grauskalen-, oder Halbton-Lithografie) lokal verdünnt werden. Beispielsweise kann eine lithografische Grauton-Negativlinsenanordnung, die in Photoresist (PR) als schutzmaterial strukturiert ist, mit einer trockenen oder nassen Chemikalie geätzt werden. Es ist auch möglich, diese Schutzstruktur unter Verwendung von Nanoimprint-Lithographie (NIL) oder eines klassischen Formprozesses zu erzeugen. Die Mitte der Schutzschicht muss dünner sein als der äußere Bereich, um eine transparentere Mitte des Absorptionsmaterials zu erzeugen, welches z. B. eine Legierungszusammensetzung oder ein anderes Absorptionsmaterial sein kann, wie z. B. Platinmohr (Pt) oder ein angemessen festes Absorptionsmaterial.

Eine weitere Option kann das Verwenden einer drahtgitterartigen Struktur (Drahtgitterpolarisator (wire grid polarizer)) sein. Alternativ kann ein absorbierender strukturierter Filter vor einem Pixel angeordnet sein. In beiden funktional entgegengesetzten Fällen weist das Licht eine definierte Verteilung des Polarisationszustands auf, welche unter Verwendung eines als Analysator wirkenden Polarisationsfilters in ein Intensitätsprofil übertragen werden kann. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass mehrere Technologien zum Bereitstellen der Apodisationsprofile genutzt werden können, die in einer holographischen Anzeigevorrichtung eingesetzt werden können.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann das Apodisationprofil als Phasen- Apodisationsprofil ausgebildet sein, wobei jedem Pixel der wenigstens einen räumlichen Lichtmodulationseinrichtung eine Phasenfunktion zugeordnet ist, wobei die Phasenfunktion in zwei Hälften derart geteilt ist, dass beide Hälften jeweils eine Art Prisma bilden, wobei beide Prismen zueinander spiegelsymmetrisch sind. Mittels eines derartigen Apodisationsprofil kann erreicht werden, dass weniger Licht bzw. eine geringe Lichtintensität in der zentralen nullten Beugungsordnung vorliegt. In den benachbarten -1 . Beugungsordnung und +1. Beugungsordnung kann jedoch durch das Apodisationsprofil erreicht werden, dass dort mehr Licht bzw. eine höhere Lichtintensität vorliegt im Vergleich zu einem Beugungsbild ohne die Verwendung eines Apodisationsprofils.

Eine weitere Möglichkeit der Anpassung der Lichtintensität in den Beugungsordnungen besteht in der Verwendung einer Blende zur Filterung, die in oder nahe einer Zwischenbildebene des virtuellen Sichtbarkeitsbereiches angeordnet ist und einen Grauwertverlauf aufweist. Der Grauwertverlauf der Blende kann dabei so eingestellt werden, dass die Lichtintensität aus einem helleren Bereich einer Beugungsordnung partiell herausgefiltert wird, um den Unterschied zu dunkleren Bereichen der Beugungsordnung zu verringern. Dies kann für mehrere Beugungsordnungen vorgesehen sein. Insbesondere kann der Grauwertverlauf derart eingestellt sein, dass für die für die Erfindung wesentlichen Beugungsordnungen, d.h. für die nullte Beugungsordnung und für die ± 1 . Beugungsordnung, eine derartige Anpassung der Lichtintensität in den Beugungsordnungen vorgenommen wird.

Die verschiedenen Möglichkeiten zur Anpassung der Lichtintensität in den Beugungsordnungen können auch miteinander kombiniert werden. Bevorzugt kann die erfindungsgemäße holographische Anzeigevorrichtung als Head-Up- Display, als Projektionsdisplay oder als Direktsichtdisplay ausgebildet sein.

Besonders bevorzugt kann die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung als Head-Mounted- Display ausgebildet sein.

In einem Head-Mounted-Display (HMD) ist eine räumliche Lichtmodulationseinrichtung und ein optisches System in einer fest definierten Position zu einem Kopf eines Betrachters angeordnet, da ein Head-Mounted-Display im allgemeinen Fall am Kopf des Betrachters direkt befestigt ist. Die Position der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung zum Auge ist somit fest und unveränderlich. Die Position der Pupille des Auges kann sich jedoch innerhalb des Auges über einen begrenzten Bereich von einigen Millimetern verändern. Aufgrund des relativ kleinen Abstandes des Head-Mounted-Displays zum Auge eines Betrachters kann das Positionsdetektionssystem der erfindungsgemäßen holographischen Anzeigevorrichtung die Position bzw. den Ort der Pupillen im Auge mit hoher Genauigkeit detektieren bzw. feststellen. Vorteilhaft kann bei einem Head-Mounted-Display auch ein kleiner virtueller Sichtbarkeitsbereich in der Betrachterebene generiert werden. Der virtuelle Sichtbarkeitsbereich kann dabei nur leicht größer als die Ausdehnung einer Augenpupille sein, wobei der virtuelle Sichtbarkeitsbereich der Pupille des Auges nachgeführt werden kann. Beispielsweise könnte ein 7 mm großer virtueller Sichtbarkeitsbereich im Vergleich zu einer typischen Pupillengröße eines menschlichen Auges je nach Lichtverhältnissen von ca. 2 mm - 5 mm erzeugt werden. Der Nachführbereich des virtuellen Sichtbarkeitsbereichs an eine Augenbewegung muss hier jedoch nur wenige Millimeter umfassen, das bedeutet der Bereich einer Bewegung der Pupille von einem rechten Randbereich zu einem linken Randbereich eines Auges eines Betrachters.

Daher kann vorteilhaft eine Verschiebung des virtuellen Sichtbarkeitsbereichs in der Betrachterebene durch Addieren bzw. Hinzufügen einer Prismenfunktion zum Subhologramm oder zum (Gesamt)Hologramm durchgeführt werden. Eine derartige Verschiebung des virtuellen Sichtbarkeitsbereichs wäre dann hier als Feintracking bzw. Feinnachführung anzusehen bzw. ausgebildet. Ein Grobtracking bzw. eine Grobnachführung des virtuellen Sichtbarkeitsbereichs ist somit nicht erforderlich, da sich der Kopf des Betrachters bzw. der Betrachter selbst nicht an eine andere Position zur räumlichen Lichtmodulationseinrichtung bzw. zur Anzeigevorrichtung bewegt oder begibt. Auf diese Weise erübrigt sich eine Verwendung anderer optischer Elemente zur Betrachternachführung, insbesondere zum Grobtracking, wie z.B. Beugungseinrichtungen auf Basis von Flüssigkristallgittern (liquid crystal grating (LCG)). Das Head-Mounted-Display kann dadurch in seinem Aufbau kompakter ausgestaltet werden, da ein derartiger Wegfall von optischen Elementen zum Grobtracking einen wesentlichen Einfluss auf die Größe und das Gewicht des Head-Mounted-Displays nimmt. Zudem kann das Head-Mounted-Display kostengünstiger hergestellt werden, da nun nur noch eine kleine Anzahl an Komponenten in der Anzeigevorrichtung bzw. im Display vorliegen. Auch hier kann eine Änderung der Helligkeit der Rekonstruktion bei einer Verschiebung des virtuellen Sichtbarkeitsbereichs beispielsweise mittels der Steuerungseinrichtung vorgenommen werden, indem die Helligkeit der Rekonstruktion entsprechend angepasst wird. Die vorliegende Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren nach dem Anspruch 26 gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Darstellung einer zwei und/oder dreidimensionalen Szene wird derart durchgeführt, dass

- wenigstens eine räumliche Lichtmodulationseinrichtung durch Modulation des Lichts eine Szene rekonstruiert und wenigstens einen virtuellen Sichtbarkeitsbereich in einer Betrachterebene erzeugt, durch den die rekonstruierte Szene beobachtet werden kann,

- ein optisches Bauteil mit wenigstens zwei Bereichen mit unterschiedlicher Transparenz ausgebildet wird, wobei der Wert der Transparenz jeweils zwischen 0 und 1 liegt, und

- mit dem optischen Bauteil eine wenigstens teilweise Filterung eines Gleichanteil-Spots in wenigstens einer Beugungsordnung innerhalb des wenigstens einen virtuellen Sichtbarkeitsbereichs erfolgt.

Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass in die wenigstens eine räumliche Lichtmodulationseinrichtung ein Hologramm kodiert wird, das aus Subhologrammen aufgebaut wird, wobei dem Hologramm oder den Subhologrammen jeweils eine Prismenfunktion hinzugefügt wird, mit der der wenigstens eine virtuelle Sichtbarkeitsbereich in der Betrachterebene verschoben oder nachgeführt wird.

Der wenigstens einen räumlichen Lichtmodulationseinrichtung kann ein Apodisationsprofil zugeordnet werden, das jedem Pixel der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung eine Apodisationsfunktion aufprägt.

Es soll allgemein erwähnt werden, dass eine Verschiebung des virtuellen Sichtbarkeitsbereichs mittels Prismenfunktion(en) nicht mit der Verringerung oder Beseitigung des Gleichanteil-Spots im Beugungsbild in Verbindung stehen muss, sondern ebenfalls als eine eigenständige Erfindung angesehen werden soll. Das bedeutet, dass in einer holographischen Anzeigevorrichtung erfindungsgemäß nur der Gleichanteil-Spot verringert oder beseitigt wird. Oder, es wird in einer holographischen Anzeigevorrichtung erfindungsgemäß nur der virtuelle Sichtbarkeitsbereich mittels Prismenfunktion(en) verschoben. Oder, es wird in einer holographischen Anzeigevorrichtung erfindungsgemäß der Gleichanteil-Spot verringert oder beseitigt und zusätzlich der virtuelle Sichtbarkeitsbereich mittels Prismenfunktion(en) verschoben. Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und/oder die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele bzw. Ausgestaltungen miteinander zu kombinieren. Dazu ist einerseits auf die den nebengeordneten Patentansprüchen nachgeordneten Patentansprüche und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen zu verweisen, in denen auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen der Lehre erläutert werden. Die Erfindung wird dabei anhand der beschriebenen Ausführungsbeispiele prinzipmäßig erläutert.

Die Figuren zeigen:

Fig. 1 : eine prinzipmäßige Darstellung einer holographischen Anzeigevorrichtung nach dem Stand der Technik in Verbindung mit der Darstellung eines Beugungsbildes,

Fig. 2: eine graphische Darstellung einer Lichtintensitätsverteilung in einem

Beugungsbild nach dem Stand der Technik, ohne ein kodiertes Hologramm in einer räumlichen Lichtmodulationseinrichtung

Fig. 3: eine prinzipmäßige Darstellung der Anzeigevorrichtung gemäß Fig. 1 bei idealer

Modulation des Lichts mittels einer, ein Hologramm aufweisenden räumlichen Lichtmodulationseinrichtung,

Fig. 4: eine graphische Darstellung einer Lichtintensitätsverteilung in einem

Beugungsbild, das mittels der Anzeigevorrichtung gemäß Fig. 3 entstehen würde,

Fig. 5: eine prinzipmäßige Darstellung der Anzeigevorrichtung gemäß Fig. 1 bei einer reellen Modulation des Lichts mittels einer, ein Hologramm aufweisenden räumlichen Lichtmodulationseinrichtung,

Fig. 6: eine prinzipmäßige Darstellung einer holographischen Anzeigevorrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 7: eine prinzipmäßige Darstellung einer weiteren Ausgestaltung

holographischen Anzeigevorrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 8: eine prinzipmäßige Darstellung einer dritten Ausgestaltung einer holographischen

Anzeigevorrichtung gemäß der Erfindung, Fig. 9: eine graphische Darstellung einer Apodisationsfunktion innerhalb eines Pixels der räumlichen Lichtmodulationseinnchtung, und

Fig. 10 eine graphische Darstellung einer Lichtintensitätsverteilung

Beugungsbild gemäß der Erfindung.

Es soll kurz erwähnt werden, dass gleiche Elemente/Bauteile/Komponenten auch die gleichen Bezugszeichen in den Figuren aufweisen.

In der Fig. 6 ist eine erfindungsgemäße holographische Anzeigevorrichtung dargestellt, die wenigstens eine räumliche Lichtmodulationseinrichtung SLM und ein optisches System 10 aufweist. Das optische System 10 weist der Einfachheit halber hier nur ein optisches Element auf, das in Form einer Linse, hier einer Feldlinse, ausgebildet ist, wobei selbstverständlich das optische System 10 auch mehrere optische Elemente aufweisen kann. In die räumliche Lichtmodulationseinrichtung SLM ist ein Hologramm kodiert, das die Information einer zu rekonstruierenden zweidimensionalen und/oder dreidimensionalen Szene enthält. Das Hologramm kann dabei aus einer Vielzahl von Subhologrammen, aber wenigstens aus einem Subhologramm aufgebaut sein, wobei ein Subhologramm jeweils die Information bezüglich eines Objektpunktes der Szene enthält. Bei Auftreffen von Licht, das von einer wenigstens eine Lichtquelle 3 aufweisenden Beleuchtungseinrichtung 2 ausgesandt wird, auf die räumliche Lichtmodulationseinrichtung, die nachfolgend mit SLM bezeichnet wird, wird das Licht mit der Information des Hologramms in Amplitude und Phase moduliert, so dass eine vorzugsweise dreidimensionale Szene in einem Betrachterbereich rekonstruiert und dargestellt wird. In Fig. 6 ist aus Übersichtlichkeitsgründen nur ein Subhologramm 4 auf dem SLM dargestellt. Dieses Subhologramm 4 rekonstruiert bei Auftreffen von Licht auf den SLM und dessen Modulation dann einen Objektpunkt OP.

In der Fourierebene des SLM, die hier gleichzeitig die Betrachterebene 6 bildet, entsteht das Beugungsbild bzw. das durch interferierendes Licht entstehende Interferenzmuster, das neben dem Hauptmaxima, die nullte Beugungsordnung, auch Nebenmaxima, sogenannte höhere Beugungsordnungen, zeigt. In der nullten Beugungsordnung entsteht aufgrund von Modulationsfehlern des Lichts ein Gleichanteil-Spot, der sich negativ auf die rekonstruierte Szene auswirkt. Der Gleichanteil-Spot wiederholt sich in den höheren Beugungsordnungen. In der Betrachterebene 6 wird ein virtueller Sichtbarkeitsbereich oder ein virtuelles Betrachterfenster 5 meist pro Auge eines Betrachters erzeugt, durch den ein Betrachter eine rekonstruierte Szene in einem Betrachterbereich beobachten kann. Die Ausdehnung des virtuellen Sichtbarkeitsbereichs 5 entspricht ungefähr der Ausdehnung einer Beugungsordnung. Ist dieser virtuelle Sichtbarkeitsbereich 5 nach seiner Erzeugung mittig zum SLM angeordnet, das heißt liegt der virtuelle Sichtbarkeitsbereich 5 innerhalb der Ausdehnung der nullten Beugungsordnung, so liegt der Gleichanteil-Spot im mittleren Bereich des virtuellen Sichtbarkeitsbereichs 5, wie in der Fig. 5 dargestellt ist.

Um die störenden Einflüsse des Gleichanteil-Spots GAS in der Betrachterebene 6 zu verringern bzw. zu beseitigen, ist nun vorgesehen, den virtuellen Sichtbarkeitsbereich 5 zu versetzen bzw. zu verschieben. Diese Verschiebung erfolgt lateral entlang der Betrachterebene 6. Zudem ist vorgesehen, nur eine kleine Verschiebung von einer Ausdehnung einer halben Beugungsordnung bis zu maximal der Ausdehnung von zwei bis drei Beugungsordnungen vorzunehmen. Die Größe der Verschiebung des virtuellen Sichtbarkeitsbereichs 5 hängt dabei vom Zweck der Verschiebung ab. Um beispielsweise den Einflüssen des Gleichanteil-Spots im virtuellen Sichtbarkeitsbereich 5 zu entgehen bzw. diese zu beseitigen, würde eine Verschiebung des virtuellen Sichtbarkeitsbereichs 5 um eine Ausdehnung einer halben Beugungsordnung ausreichend sein. Sollte jedoch eine derartige Verschiebung des virtuellen Sichtbarkeitsbereichs 5 zur Betrachternachführung, hier insbesondere zum Feintracking, eingesetzt werden, dann kann eine Verschiebung um eine Ausdehnung von ein bis drei Beugungsordnungen sinnvoll sein, je nach neuer Position der Augen eines Betrachters. Eine Verschiebung des virtuellen Sichtbarkeitsbereichs 5 erfolgt nun durch ein Addieren bzw. Hinzufügen einer Prismenfunktion zu einem Subhologramm 4 oder zum (Gesamt)Hologramm. Wird die Prismenfunktion zum Subhologramm hinzugefügt, dann müssen alle vorgesehenen Subhologramme auf dem SLM, die das Hologramm bilden, mit einer Prismenfunktion versehen werden. Die Prismenfunktion erzeugt eine Phasendifferenz von a^*~n zwischen benachbarten Pixeln der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung, so dass der virtuelle Sichtbarkeitsbereich in der Betrachterebene um a^*1/2 Beugungsordnungen versetzt bzw. verschoben werden kann, wobei a ein reeller Faktor ist. Wird beispielsweise eine Prismenfunktion mit einer Phasendifferenz von π (pi) zwischen benachbarten Pixeln der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung verwendet, wird der virtuelle Sichtbarkeitsbereich in der Betrachterebene um eine halbe Beugungsordnung versetzt. Somit führt eine Phasendifferenz von a*T zwischen benachbarten Pixeln mit einem reellen Faktor a entsprechend zum Versetzen des virtuellen Sichtbarkeitsbereichs um a mal eine halbe Beugungsordnung. Die Größe der Beugungsordnung entspricht dabei D^*A/p, wobei D der Abstand des virtuellen Sichtbarkeitsbereiches zur räumlichen Lichtmodulationseinrichtung oder zum Bild der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung, wenn eine Abbildung der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung vorliegt, λ die Wellenlänge des Lichts und p der Pixelpitch der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung oder des Bildes der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung ist. Die Prismenfunktion ist dabei für alle Subhologramme einer Wellenlänge bzw. einer Farbe gleich. Bevorzugt ist jedoch, dem Hologramm bzw. dem Gesamthologramm die Prismenfunktion hinzuzufügen, da dies den Rechenaufwand verringert. Mittels der Prismenfunktion kann somit der virtuelle Sichtbarkeitsbereich 5 verschoben werden. Auf diese Weise ändert sich so die relative Lage des virtuellen Sichtbarkeitsbereichs 5 zum Gleichanteil-Spot GAS, wie in Fig. 6 dargestellt ist. Zum Beispiel kann der virtuelle Sichtbarkeitsbereich 5 derart verschoben werden, dass der Gleichanteil-Spot GAS komplett am Randbereich des virtuellen Sichtbarkeitsbereichs 5 liegt. Das bedeutet, der virtuelle Sichtbarkeitsbereich 5 wird mittels der Prismenfunktion zwischen zwei Gleichanteil-Spots, hier in Fig. 6 zwischen dem Gleichanteil-Spot der +1 . Beugungsordnung (+1. GAS) und dem Gleichanteil-Spot der nullten Beugungsordnung (0. GAS), verschoben und angeordnet, so dass diese Gleichanteil-Spots jeweils am Randbereich des virtuellen Sichtbarkeitsbereichs 5 liegen und somit diese aus dem mittleren Bereich des virtuellen Sichtbarkeitsbereichs 5 entfernt wurden. Durch eine derartige Vorgehensweise sind dann wesentlich weniger Störungen oder negative Einflüsse durch den Gleichanteil-Spot für eine Augenpupille eines Betrachters im virtuellen Sichtbarkeitsbereich 5 vorhanden.

Wird zu einem Subhologramm 4, das einer festen Position auf dem SLM zugeordnet ist, eine Prismenfunktion addiert bzw. hinzugefügt, so verschiebt sich jedoch nicht nur die Position des virtuellen Sichtbarkeitsbereichs 5 zur neuen Position des virtuellen Sichtbarkeitsbereichs 5' in der Betrachterebene 6 sondern auch die Position des durch das Subhologramm 4 rekonstruierten Objektpunktes OP zu OP', wie in Fig. 6 gezeigt ist. Eine derartige Verschiebung des Objektpunktes ist jedoch in den meisten Fällen nicht gewünscht, da hierdurch immer die gleiche Perspektive auf die zu betrachtende rekonstruierte Szene vorliegt. Diese Verschiebung des Objektpunktes OP zu einem Objektpunkt OP' lässt sich korrigieren, indem das Subhologramm 4 auf dem SLM ebenfalls verschoben bzw. versetzt wird. Die neue Position des Subhologramms kann beispielsweise geometrisch derart ermittelt werden, dass eine Projektion des verschobenen virtuellen Sichtbarkeitsbereichs durch den an der definierten richtigen Position zu erzeugenden Objektpunkt zum SLM vorgenommen wird. Das bedeutet, Linien vom Rand des verschobenen virtuellen Sichtbarkeitsbereichs 5' werden durch die Position des Objektpunktes OP zum SLM gezogen und die Schnittpunkte mit dem SLM kennzeichnen und bilden dann die neue Position des Subhologramms, das mit 4' zur besseren Unterscheidung bezeichnet ist, wie in Fig. 6 durch die gepunkteten Linien dargestellt. Eine verschobene Position der Subhologramme entspricht dabei einer ortsfesten vorzugsweise dreidimensionalen Szene. Das heißt, der Betrachter würde durch die Verschiebung des virtuellen Sichtbarkeitsbereichs die vorzugsweise dreidimensionale Szene aus einer geringfügig veränderten Perspektive betrachten. Mit anderen Worten, der Betrachter würde sich durch die Verschiebung des virtuellen Sichtbarkeitsbereichs ein bisschen bzw. ein kleines Stück um die vorzugsweise dreidimensionale Szene herum bewegen. Dieser Effekt der anderen Perspektive durch die Verschiebung des Subhologramms auf dem SLM kann jedoch auch in bestimmten Fällen unerwünscht sein.

Beispielsweise kann es sinnvoll sein, wenn mehrere Betrachter vor einem Fernseher sich befinden und dieselbe Sendung ansehen möchten, dass dann unabhängig von der jeweiligen Position eines Betrachters vor dem Fernseher eine vorzugsweise dreidimensionale Szene für jeden Betrachter jeweils aus der gleichen Perspektive wahrgenommen werden kann. In diesem Fall kann auf eine Verschiebung der Subhologramme auf dem SLM verzichtet werden. Es erfolgt nur das Addieren bzw. Hinzufügen einer Prismenfunktion zum Subhologramm oder zum (Gesamt)Hologramm. Bevorzugt wird auch hier, wenn die Prismenfunktion zu dem (Gesamt)Hologramm addiert wird, nachdem zuvor alle Subhologramme zu diesem (Gesamt)Hologramm aufaddiert wurden. Diese Vorgehensweise erzielt den Vorteil, dass nur ein geringer Rechenaufwand benötigt wird im Vergleich dazu, wenn zu jedem einzelnen Subhologramm eine Prismenfunktion hinzugefügt wird und dann diese Subhologramme zum (Gesamt)Hologramm aufaddiert werden. Zur Veranschaulichung wird in den Figuren 6 bis 8 jeweils nur ein einzelnes Subhologramm dargestellt. Die vorliegenden Betrachtungen zur Erfindung sollen jedoch sinngemäß auch für ein Gesamthologramm als Summe vieler Subhologramme der Objektpunkte einer vorzugsweise dreidimensionalen Szene gelten.

Bezüglich einer farbigen rekonstruierten vorzugsweise dreidimensionalen Szene soll darauf hingewiesen werden, dass für jede Grundfarbe RGB (rot, grün, blau) bzw. jede verwendete Wellenlänge eine unterschiedliche Prismenfunktion zum Subhologramm bzw. zum (Gesamt)Hologramm addiert bzw. hinzugefügt wird, damit die einzelnen virtuellen Sichtbarkeitsbereiche für alle Farben bzw. Wellenlängen an die gleiche Position in der Betrachterebene geschoben bzw. gesetzt werden und sich somit genau überlagern.

Eine alternative Möglichkeit zu der Verschiebung des virtuellen Sichtbarkeitsbereichs mittels Prismenfunktion(en), um die nachteiligen Einflüsse des Gleichanteil-Spots in der nullten Beugungsordnung und seinen Wiederholungen in den höheren Beugungsordnungen zu verringern bzw. zu beseitigen, besteht gemäß Fig. 7 darin, den Gleichanteil-Spot durch geeignete Maßnahmen zu verringern oder herauszufiltern. Hierbei kann die Anzeigevorrichtung als ein zweistufiges System ausgebildet sein, das insbesondere für ein Projektionsdisplay oder auch ein Head-Mounted-Display geeignet ist. Bei einem derartigen Aufbau der Anzeigevorrichtung wird zunächst mittels des optischen Systems 10, hier insbesondere mittels des optischen Elements 1 1 des optischen Systems 10, ein reelles Zwischenbild des SLM sowie auch des virtuellen Sichtbarkeitsbereichs in einer Zwischenbildebene 7 erzeugt. In dieser Zwischenbildebene 7 ist ein optisches Bauteil 8 angeordnet. Das optische Bauteil 8 ist dabei derart ausgebildet, dass es wenigstens zwei Bereiche 8₁ und 8₂ aufweist. Die wenigstens zwei Bereiche 8₁ und 8₂ des optischen Bauteils 8 weisen eine unterschiedliche Transparenz zueinander auf, wobei der Wert der Transparenz jeweils zwischen 0 und 1 liegt. Insbesondere weist das optische Bauteil 8 in Fig. 7 einen transparenten bzw. lichtdurchlässigen Bereich 8₁ und wenigstens einen lichtundurchlässigen Bereich 8₂ auf. Der transparente Bereich 8₁ dient als Grundbereich des optischen Bauteils 8, in den wenigstens ein lichtundurchlässiger Bereich 8₂ eingebracht ist. Das bedeutet, dass der wenigstens eine lichtundurchlässige Bereich 8₂ wesentlich kleiner in seiner Größe ausgebildet ist als der transparente Bereich 8₁. Die Ausdehnung oder Größe des lichtundurchlässigen Bereichs 8₂ des optischen Bauteils 8 ist kleiner als eine Augenpupille eines menschlichen Auges ausgebildet. Vorzugsweise ist die Größe des lichtundurchlässigen Bereichs 8₂ nur 10% bis 40% der Größe der Augenpupille. Das optische Bauteil 8 kann als transparente Folie ausgebildet sein, die derart ausgeführt ist, dass sie an der Position des Gleichanteil-Spots und seiner periodischen Wiederholungen lichtundurchlässig bzw. geschwärzt ist, an anderen Positionen bzw. in anderen Bereichen aber Licht durchläset, wie in Fig. 7 gezeigt ist. Gemäß Fig. 7 werden jeweils der Gleichanteil-Spot in der nullten Beugungsordnung und in der ± 1 . Beugungsordnung sowie auch höhere Beugungsordnungen ab der zweiten Beugungsordnung herausgefiltert.

Das optische Bauteil 8 kann neben einer Folie auch als aktiv schaltbares Element ausgebildet sein. Beispielsweise könnte das optische Bauteil 8 als eine Flüssigkristallschicht ausgebildet sein. Diese Flüssigkristallschicht könnte dabei mit wenigstens einem Polarisationselement kombiniert sein. Je nach Schaltzustand der Flüssigkristallschicht mittels einer Elektrodenanordnung blockiert oder transmittiert das Polarisationselement das auftreffende Licht. Die Form einer Elektrode der Elektrodenanordnung zur Ansteuerung der Flüssigkristallschicht kann zum Beispiel dem Bereich entsprechen, der zwischen transparent und lichtundurchlässig geschaltet werden soll. Das optische Bauteil 8 kann auch derart ausgeführt sein, dass es auch das Licht mehrerer Beugungsordnungen mit Ausnahme der Wiederholungen des Gleichanteil-Spots in diesen Beugungsordnungen durchlässt. Zusätzlich können bestimmte höhere Beugungsordnungen auch komplett herausgefiltert werden, wenn dies notwendig erscheint. Nach der Verringerung oder Herausfilterung des Gleichanteil-Spots und dessen Wiederholungen in den einzelnen Beugungsordnungen fehlt nun Licht im virtuellen Sichtbarkeitsbereich 5 an der Stelle des herausgefilterten Gleichanteil-Spots nach einer Abbildung der Zwischenbildebene 7 mittels des optischen Systems 10. Mit anderen Worten entsteht im virtuellen Sichtbarkeitsbereich 5 nun ein kleiner Bereich 9, an dem kein Licht ankommt. Für diese Abbildung der Zwischenbildebene 7 in die Betrachterebene 6 ist in Fig. 7 ein optisches Element 1 1 1 des optischen Systems 10 vorgesehen, das hier als Linse dargestellt ist. Da in der Regel der gefilterte Gleichanteil-Spot in seiner Größe aber wesentlich kleiner ist als die typische Größe einer menschlichen Augenpupille, besitzt dieses Fehlen von Licht im virtuellen Sichtbarkeitsbereich 5 keinen störenden Einfluss auf die von einem Betrachter wahrgenommene vorzugsweise dreidimensionale Szene im Betrachterbereich.

Um den Gleichanteil-Spot in wenigstens einer Beugungsordnung nicht komplett herauszufiltern, sondern nur seine Intensität abzuschwächen, ist es auch möglich, dass das optische Bauteil einen Grauwertverlauf aufweist. Dieser Grauwertverlauf ist dabei derart ausgebildet, dass er im Bereich des Gleichanteil-Spots einen dunkleren Grauwert aufweist und somit weniger Licht durchläset bzw. die Intensität in diesem Bereich abschwächt. In anderen Bereichen der Beugungsordnung, in denen kein Gleichanteil-Spot vorliegt bzw. die nicht direkt von diesem in ihrer Intensität beeinflusst werden, kann ein heller bzw. hellerer vordefinierter Grauwert zugeordnet sein, damit noch ausreichend Licht durch das optische Bauteil durchgelassen wird und auf das Auge eines Betrachters gelangen kann.

Mit anderen Worten, in einigen Fällen kann es sinnvoll sein, wenn das optische Bauteil zusätzlich Bereiche mit einem Gradienten der Transparenz, das heißt einem Grauwertverlauf, aufweist. Dieser Grauwertverlauf, der nur in einem bestimmten Bereich oder Bereiche des optischen Bauteils oder auch im gesamten Bereich des optischen Bauteils vorgesehen sein kann, kann beispielsweise verwendet werden, um die Verteilung der Lichtintensität im virtuellen Sichtbarkeitsbereich zu verändern. Beispielsweise kann die Verteilung der Lichtintensität in den Beugungsordnungen dazu führen, dass ein Betrachter, dessen Augenpupille sich in einem Randbereich des virtuellen Sichtbarkeitsbereichs befindet, eine dunklere Rekonstruktion einer vorzugsweise dreidimensionalen Szene wahrnehmen würde als in der Mitte oder im gegenüberliegenden Randbereich des virtuellen Sichtbarkeitsbereichs. In diesem Fall kann durch einen Grauwertverlauf der Transparenz des optischen Bauteils die Lichtverteilung gleichmäßiger erfolgen bzw. erzeugt werden, indem Bereiche des virtuellen Sichtbarkeitsbereichs mit erhöhter Helligkeit abgedunkelt werden.

In Fig. 8 ist die holographische Anzeigevorrichtung nach Fig. 7 dargestellt. Zusätzlich zur Maßnahme der Verringerung oder Herausfilterung des Gleichanteil-Spots aus wenigstens einer Beugungsordnung kann ferner vorgesehen sein, den virtuellen Sichtbarkeitsbereich 5 durch das Hinzufügen von Prismenfunktionen zu den Subhologrammen oder zum (Gesamt)Hologramm zu verschieben bzw. zu versetzen. In Fig. 8 ist der virtuelle Sichtbarkeitsbereich 5 um die Ausdehnung einer halben Beugungsordnung verschoben, um diesen einer verschobenen Augenposition eines Betrachters nachzuführen. Das Beispiel zeigt die Verschiebung des virtuellen Sichtbarkeitsbereichs 5 um eine halbe Beugungsordnung. Durch Wahl geeigneter Prismenfunktionen kann der virtuelle Sichtbarkeitsbereich aber auch kontinuierlich in der Betrachterebene 6 verschoben werden. In dem Beispiel gemäß der Fig. 8 kann die Verschiebung des virtuellen Sichtbarkeitsbereichs 5 innerhalb der Ausdehnung der drei hier dargestellten Beugungsordnungen, d.h. innerhalb der nullten Beugungsordnung und ± 1. Beugungsordnung, erfolgen, die von der Filterung mittels des optisches Bauteils 8 durchgelassen werden.

Anstelle einer Filterung des Gleichanteil-Spots mittels einem lichtundurchlässigen Bereich oder Bereich mit reduzierter Transmission könnte Licht vom Gleichanteil-Spot beispielsweise auch umgelenkt werden, so dass es die Betrachterebene nicht erreicht. Das optische Bauteil in der Zwischenbildebene des virtuellen Sichtbarkeitsbereichs könnte dann mit einem Bereich ausgebildet sein, der zwar transparent ist, jedoch eine Phasenfunktion in Form eines Prismas aufweist. Licht aus diesem Bereich wird dann bevorzugt derart abgelenkt, dass es am optischen System, z.B. einer Linse oder einem Linsensystem, zur Abbildung des Zwischenbildes des virtuellen Sichtbarkeitsbereichs in die Betrachterebene oder in den virtuellen Sichtbarkeitsbereich selbst seitlich vorbeiläuft und daher vorteilhafterweise den virtuellen Sichtbarkeitsbereich in der Betrachterebene nicht erreicht. Im Vergleich zu einer Filterung des Gleichanteil-Spots mittels eines lichtundurchlässigen Bereichs ist eine derartige Anordnung jedoch aufwendiger.

Nach der Filterung des Gleichanteil-Spots in der nullten Beugungsordnung und seiner Wiederholungen in den höheren Beugungsordnungen kann wahlweise der virtuelle Sichtbarkeitsbereich zentral, somit symmetrisch zum Fokuspunkt des optischen Systems 10, angeordnet sein, oder durch Addieren einer Prismenfunktion zum Subhologramm bzw. zum (Gesamt)Hologramm in die eine oder andere laterale Richtung verschoben angeordnet werden. In allen Positionen des virtuellen Sichtbarkeitsbereichs 5 in der Betrachterebene 6 ist eine Rekonstruktion der vorzugsweise dreidimensionalen Szene mit hoher Qualität durch einen Betrachter, der hier mittels eines Auges 12 dargestellt ist, zu beobachten.

Die Verschiebung des virtuellen Sichtbarkeitsbereichs erfolgt bevorzugt über einen kleinen Bereich, beispielsweise über eine Ausdehnung von zwei bis drei Beugungsordnungen. Ferner kann die Verschiebung des virtuellen Sichtbarkeitsbereichs zur Betrachternachführung verwendet bzw. eingesetzt werden.

Für eine Betrachternachführung wird die aktuelle Position eines Auges eines Betrachters mit einem Positionsdetektionssystem ermittelt. Abhängig von der detektierten Augenposition werden dann Subhologramme berechnet und zu einem Hologramm bzw. einem Gesamthologramm aufaddiert. Mittels Addieren bzw. Hinzufügen einer Prismenfunktion bevorzugt zu dem (Gesamt)Hologramm oder auch zu den einzelnen Subhologrammen und deren Kodierung im SLM wird dann nach Auftreffen von hinreichend kohärentem Licht auf den SLM und dessen Modulation mittels des SLM die Position des virtuellen Sichtbarkeitsbereichs in der Betrachterebene 6 entsprechend verschoben. Für die Berechnung der Prismenfunktion wird berücksichtigt, dass eine Verschiebung von einem reellen Faktor a mal Vi Beugungsordnung einer Phasendifferenz von a^*~n zwischen benachbarten Pixeln des SLM entspricht. Das Vorzeichen der Phasendifferenz zwischen Nachbarpixeln bestimmt dabei, ob die Verschiebung des virtuellen Sichtbarkeitsbereichs lateral in die eine Richtung oder lateral in die andere Richtung erfolgt.

Die Größe einer Beugungsordnung lässt sich als BO = D ^* λ/ρ bestimmen, wobei D der Abstand des virtuellen Sichtbarkeitsbereichs zum SLM oder zum Bild des SLM, λ die Wellenlänge des Lichtes und p der Pixelpitch des SLM oder des Bildes des SLM ist.

Aus der gewünschten Position des virtuellen Sichtbarkeitsbereichs relativ zur Größe einer Beugungsordnung lässt sich die Phasendifferenz zwischen Nachbarpixeln berechnen. Ist zum Beispiel eine Beugungsordnung BO = 15 mm groß und soll der virtuelle Sichtbarkeitsbereich um 5 mm relativ zur Mitte der nullten Beugungsordnung verschoben werden, somit um 1/3 einer Beugungsordnung, so ergibt sich eine Prismenfunktion mit einer Differenz der Phase zwischen Nachbarpixel des SLM von 2/3ττ. Ein erstes Pixel würde beispielsweise den Phasenwert 0 (Null) erhalten, ein zweites Pixel den Phasenwert 2/3ττ, ein drittes Prixel den Phasenwert 4/3ττ, ein viertes Pixel den Phasenwert 0 (6/3π modulo 2ττ). Diese Phasenwerte werden zur Phase des berechneten Hologramms hinzuaddiert.

Wie in den Fig. 7 und 8 beispielhaft gezeigt, ist das optische Bauteil 8 zur Filterung des Gleichanteil-Spots in der nullten Beugungsordnung sowie in der ± 1. Beugungsordnung und der Filterung aller höheren Beugungsordnungen ab der zweiten Beugungsordnung dort als Folie ausgeführt, die mehrere geschwärzte, lichtblockierende Bereiche und einen transparenten, lichtdurchlässigen Bereich, der in mehrere Bereiche unterteilt ist, aufweist, wobei, wie bereits erwähnt, der lichtdurchlässige Bereich als ein Grundbereich angesehen werden kann, in den mehrere lichtundurchlässige Bereiche eingebracht sind. Bei den in den Fig. 7 und 8 gezeigten Ausführungsbeispielen ist das optische Bauteil 8 an einer festen Position zum SLM in der holographischen Anzeigevorrichtung angeordnet.

Im allgemeinen Fall kann aber auch ein bewegliches, steuerbares optisches Bauteil zur Filterung oder Verringerung des Gleichanteil-Spots in wenigstens einer Beugungsordnung vorgesehen sein. Da beispielsweise abhängig von der Augenposition eines Betrachters zum SLM oder zum Zwischenbild des SLM nur entweder der Gleichanteil-Spot in der nullten Beugungsordnung oder in der + 1. Beugungsordnung oder in der - 1 . Beugungsordnung zu Störungen im virtuellen Sichtbarkeitsbereich führen würde, müssten durch das optische Bauteil nicht alle drei Gleichanteil-Spots dieser Beugungsordnungen herausgefiltert werden, sondern jeweils nur ein Gleichanteil-Spot davon. Das bedeutet, dass nur der Gleichanteil-Spot herausgefiltert werden müsste, der im virtuellen Sichtbarkeitsbereich liegt. Das optische Bauteil braucht deswegen vorzugsweise nur derart ausgebildet sein, dass neben dem transparenten Bereich nur ein einzelner lichtundurchlässiger Bereich vorhanden ist. Das optische Bauteil mit diesem einzelnen lichtundurchlässigen Bereich wird dann je nach detektierter Augenposition des Betrachters derart verschoben, dass der lichtundurchlässige Bereich einen der Gleichanteil- Spots - entweder den nullten Gleichanteil-Spot oder einen anderen Gleichanteil-Spot höherer Ordnung - herausfiltert.

Eine Verschiebung des virtuellen Sichtbarkeitsbereichs würde jedoch meist zu einer veränderten Helligkeit der wahrgenommenen vorzugsweise dreidimensionalen Szene führen, die nicht der realen Helligkeit entspricht. Aufgrund des Füllfaktors des SLM und der Amplitudentransmission der einzelnen Pixel im SLM entsteht im Fernfeld eine Intensitätsverteilung, die zu höheren Beugungsordnungen hin abnimmt. Das bedeutet, wenn der virtuelle Sichtbarkeitsbereich zentral, somit mittig zum SLM angeordnet ist, wäre die Rekonstruktion am hellsten. Wird jedoch der virtuelle Sichtbarkeitsbereich durch das Addieren von Prismenfunktionen an eine andere Position in der Betrachterebene verschoben, so wird die Rekonstruktion in ihrer Intensität dunkler. Deshalb können nur einige wenige Beugungsordnungen, wie zum Beispiel zwei bis drei Beugungsordnungen, vorteilhaft genutzt werden, in denen der virtuelle Sichtbarkeitsbereich vorgesehen sein kann. Der virtuelle Sichtbarkeitsbereich kann somit nur über geringe Bereiche bzw. Strecken lateral in der Betrachterebene verschoben werden.

Die Verschiebung des virtuellen Sichtbarkeitsbereichs durch das Vorsehen von Prismenfunktionen im Subhologramm oder im (Gesamt)Hologramm kann auch mit bereits bekannten Verfahren der Betrachternachführung kombiniert werden. Die vorgeschlagene Lösung der Nachführung des virtuellen Sichtbarkeitsbereichs mittels Prismenfunktionen kann beispielsweise nicht nur zur Beseitigung eines Gleichanteil-Spots im virtuellen Sichtbarkeitsbereich eingesetzt werden, sondern eignet sich auch besonders zum Feintracking bzw. zur Feinnachführung des virtuellen Sichtbarkeitsbereichs. Zum Grobtracking bzw. zur Grobnachführung des virtuellen Sichtbarkeitsbereichs können optische Elemente wie beispielsweise schaltbare Gitter eingesetzt werden.

Ein Beispiel wäre ein 7 mm großer virtueller Sichtbarkeitsbereich oder Betrachterfenster im Vergleich zu einer typischen Pupillengröße eines menschlichen Auges je nach Lichtverhältnissen von ca. 2 mm - 5 mm.

Eine Änderung der Helligkeit der Rekonstruktion durch das Hinzufügen von Prismenfunktionen zum Subhologramm oder zum (Gesamt)Hologramm in Verbindung mit einer Verschiebung des virtuellen Sichtbarkeitsbereichs kann beispielsweise dadurch ausgeglichen werden, dass die Helligkeit der Beleuchtungseinrichtung 2, insbesondere der wenigstens einen Lichtquelle 3, gesteuert und nachgeregelt wird. Wird demnach durch das Positionsdetektionssystem ermittelt, dass sich die Augenpupille eines Betrachters der zu betrachtenden vorzugsweise dreidimensionalen Szene in einem Bereich befindet, der einer zentralen Position des virtuellen Sichtbarkeitsbereichs, relativ zur Fokusposition des optischen Systems gesehen, entspricht, so kann die Helligkeit der wenigstens einen Lichtquelle 3 mit einer Steuerungseinrichtung 13 durch Lichtintensitätsanpassung reduziert werden. Ermittelt das Positionsdetektionssystem jedoch, dass sich die Augenpupille in einem Bereich befindet, der außerhalb der zentralen Position des virtuellen Sichtbarkeitsbereichs, relativ zur Fokusposition des optischen Systems gesehen, liegt, so wird mittels der Steuerungseinrichtung 13 die Helligkeit der wenigstens einen Lichtquelle 3 entsprechend dieser Position der Augenpupille im virtuellen Sichtbarkeitsbereich erhöht.

Eine Umverteilung der Lichtintensität in den Beugungsordnungen kann alternativ auch dadurch erreicht werden, dass der Füllfaktor der Pixel des SLM verringert wird. Ferner könnte eine Umverteilung der Lichtintensität in den Beugungsordnungen auch mittels eines Apodisationsprofils erfolgen, das eine Apodisationsfunktion aufweist, die die Amplitude oder die Phase in jedem Pixel des SLM beeinflusst.

Ein Apodisationsprofil, das eine Kosinus-Apodisation der Amplitude eines Pixels realisiert, führt zum Beispiel dazu, dass zwar höhere Beugungsordnungen reduziert werden, die Lichtverteilung in den zwei bis drei zentralen Beugungsordnungen im Beugungsbild, das heißt, die nullte Beugungsordnung und die ± 1 . Beugungsordnung, jedoch gleichmäßiger verteilt wird.

Beispielsweise eine Mikrolinsenanordnung, die eine Vielzahl von Linsen aufweist, wobei vor jedem Pixel eine Linse vorgesehen ist, würde wie eine Phasen-Apodisation wirken und ähnlich wie ein kleinerer Füllfaktor des SLM eine Verteilung des Lichtes auf mehrere Beugungsordnungen im Beugungsbild bewirken. In Fig. 9 ist beispielsweise ein Apodisationsprofil, das eine Phasen-Apodisation ausführt, dargestellt. Zur Apodisation ist hier eine in zwei Hälften unterteilte Prismenfunktion vorgesehen. Diese Prismenfunktion wird dabei jedem Pixel des SLM zugeordnet. Hierbei ist die Prismenfunktion derart ausgebildet, dass die linke und die rechte Hälfte der Prismenfunktion jedes Pixels des SLM sogenannte spiegelsymmetrisch angeordnete Prismen bildet. Wie in Fig. 9 zu erkennen ist, würde mittels eines derartigen Apodisationsprofils somit die Intensität des Lichts in der zentralen Beugungsordnung, d.h. in der nullten Beugungsordnung, herabgesetzt werden. In den höheren Beugungsordnungen, z.B. in der ± 1 . Beugungsordnung, wird jedoch die Lichtintensität durch die Umverteilung des Lichts erhöht. Die Fig. 10 zeigt in Analogie zur Fig. 4 in einer graphischen Darstellung eine Amplitudenverteilung in den drei Beugungsordnungen, nullte Beugungsordnung (0. BO), +1. Beugungsordnung (+1. BO) und -1 . Beugungsordnung (-1 . BO), als Resultat der in Fig. 9 gezeigten Phasen-Apodisation. Die Intensitätsverteilung des Lichts in den jeweiligen Beugungsordnungen ist proportional zum Quadrat der gezeigten Amplituden. Der Vergleich der Figuren 4 und 10 zeigt, dass in Fig. 10 weniger Licht in die nullte Beugungsordnung gerichtet wird, dafür jedoch mehr Licht in die -1 . Beugungsordnung und in die +1 . Beugungsordnung geführt wird. Daraus resultierend sind die Helligkeitsänderungen in der Rekonstruktion der vorzugsweise dreidimensionalen Szene, die ein Betrachter wahrnehmen würde, wenn sich sein Auge zwischen der -1 . Beugungsordnung, der nullten Beugungsordnung und der +1. Beugungsordnung bewegt, vermindert im Vergleich zu der Anzeigevorrichtung gemäß Fig. 4, in der kein derartiges Apodisationsprofil im SLM vorgesehen ist.

Eine weitere alternative Möglichkeit zur Anpassung der Lichtintensität in den einzelnen Beugungsordnungen könnte in der Verwendung einer Blende zur Filterung liegen. Eine derartige Blende weist dazu einen Grauwertverlauf auf. Der Grauwertverlauf der Blende wird dabei derart eingestellt, dass die Lichtintensität aus dem helleren Teil der Beugungsordnung, beispielsweise aus der nullten Beugungsordnung, partiell herausgefiltert wird, um den Unterschied zu den dunkleren Teilen der Beugungsordnung, das heißt den höheren Beugungsordnungen, wie beispielsweise der ± 1 . Beugungsordnung, zu verringern.

Die verschiedenen dargelegten Möglichkeiten zur Anpassung der Lichtintensität in den einzelnen Beugungsordnungen können auch miteinander kombiniert werden.

Zum Beispiel kann die Apodisation gemäß der Figuren 9 und 10 durchgeführt werden und zusätzlich die Helligkeit der wenigstens einen Lichtquelle 3 mit einer Steuerungseinrichtung 13 an die detektierte Augenposition angepasst werden.

Die Erfindung soll jedoch nicht auf die hier dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt sein. Zudem sind Kombinationen der Ausführungsbeispiele möglich. Abschließend sei noch ganz besonders darauf hingewiesen, dass die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele lediglich zur Beschreibung der beanspruchten Lehre dienen, sich diese jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt.

Claims

Patentansprüche

1. Holographische Anzeigevorrichtung zur Darstellung einer zweidimensionalen und/oder dreidimensionalen Szene, mit wenigstens einer räumlichen Lichtmodulationseinrichtung und einem optischen Bauteil, wobei die wenigstens eine räumliche Lichtmodulationseinrichtung zur Rekonstruktion der Szene und zur Erzeugung wenigstens eines virtuellen Sichtbarkeitsbereichs in einer Betrachterebene vorgesehen ist und das optische Bauteil mit wenigstens zwei Bereichen ausgebildet ist, die eine unterschiedliche Transparenz zueinander aufweisen, wobei der Wert der Transparenz jeweils zwischen 0 und 1 liegt, wobei das optische Bauteil derart in der Anzeigevorrichtung angeordnet ist, dass es eine wenigstens teilweise vorzunehmende Filterung eines Gleichanteil-Spots in wenigstens einer Beugungsordnung innerhalb des virtuellen Sichtbarkeitsbereichs vorsieht.

2. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das optische Bauteil einen transparenten Bereich und wenigstens einen lichtundurchlässigen Bereich oder wenigstens einen Bereich mit reduzierter Transmission aufweist.

3. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine lichtundurchlässige Bereich oder der wenigstens eine Bereich mit reduzierter Transmission des optischen Bauteils wesentlich kleiner in seiner Größe ausgebildet ist als der transparente Bereich des optischen Bauteils.

4. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der lichtundurchlässige Bereich des optischen Bauteils oder der wenigstens eine Bereich mit reduzierter Transmission in seiner Größe kleiner als eine Augenpupille eines menschlichen Auges ausgebildet ist, vorzugsweise nur 10% bis 40% der Größe einer Augenpupille entspricht.

5. Anzeigevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Bauteil beweglich steuerbar ausgebildet ist.

6. Anzeigevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Bauteil mehrere transparente und mehrere lichtundurchlässige Bereiche oder mehrere Bereiche mit reduzierter Transmission aufweist, die derart vorgesehen sind, dass Gleichanteil-Spots in verschiedenen Beugungsordnungen herausgefiltert werden.

7. Anzeigevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Bauteil derart ausgebildet ist, dass festgelegte höhere Beugungsordnungen vollständig herausgefiltert werden.

8. Anzeigevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Bauteil in einer Ebene eines erzeugten Zwischenbildes des wenigstens einen virtuellen Sichtbarkeitsbereichs vorgesehen ist.

9. Anzeigevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Bauteil als Folie oder als ein aktiv schaltbares Bauteil, vorzugsweise als ein eine Flüssigkristallschicht aufweisendes Bauteil, ausgebildet ist.

10. Anzeigevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Bauteil derart ausgebildet ist, dass es einen vorgegebenen Grauwertverlauf und/oder einen vorgegebenen Phasenverlauf aufweist.

1 1 . Anzeigevorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Grauwertverlauf derart im optischen Bauteil vorgegeben ist, dass die Lichtintensität jeweils aus einem helleren Bereich einer Beugungsordnung teilweise herausgefiltert wird.

12. Anzeigevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in die wenigstens eine räumliche Lichtmodulationseinrichtung ein Hologramm kodiert ist, das aus wenigstens einem Subhologramm aufgebaut ist.

13. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Hologramm oder jedes Subhologramm eine Prismenfunktion aufweist, um den wenigstens einen virtuellen Sichtbarkeitsbereich in der Betrachterebene zu versetzen.

14. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mit der Prismenfunktion eine Phasendifferenz von a^*~n zwischen benachbarten Pixeln der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung vorgesehen ist, mit der der virtuelle Sichtbarkeitsbereich um a^*1/2 Beugungsordnungen versetzbar ist, wobei a ein reellwertiger Faktor ist.

15. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der virtuelle Sichtbarkeitsbereich mittels der Prismenfunktion zwischen zwei Gleichanteil-Spots zweier Beugungsordnungen verschiebbar und anordbar ist.

16. Anzeigevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass bei Vorsehen einer farbigen zu rekonstruierenden Szene für jede verwendete Wellenlänge oder Farbe eine definierte Prismenfunktion vorgesehen ist, wobei sich die Prismenfunktionen von verschiedenen Wellenlängen oder Farben unterscheiden.

17. Anzeigevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels definierter, in das Hologramm oder in das wenigstens eine Subhologram eingeschriebener Prismenfunktion eine Nachführung des wenigstens einen virtuellen Sichtbarkeitsbereichs entsprechend einer neuen Position eines Auges eines Betrachters der Szene vorgesehen ist.

18. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachführung des wenigstens einen virtuellen Sichtbarkeitsbereichs als Feinnachführung über einen Bereich von zwei bis drei Beugungsordnungen vorgesehen ist.

19. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Feinnachführung des wenigstens einen virtuellen Sichtbarkeitsbereichs mit einer Grobnachführung des wenigstens einen virtuellen Sichtbarkeitsbereich entsprechend der Position eines Betrachters in der Betrachterebene kombinierbar ist.

20. Anzeigevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prismenfunktion für alle Subhologramme einer Wellenlänge oder Farbe gleich ist.

21 . Anzeigevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine wenigstens eine Lichtquelle aufweisende Beleuchtungseinrichtung und ein Positionsdetektionssystem zur Ermittlung der Position von Augen eines Betrachters vorgesehen sind.

22. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerungseinrichtung vorgesehen ist, mit der eine Änderung der Helligkeit einer Lichtquelle vornehmbar ist.

23. Anzeigevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens einen räumlichen Lichtmodulationseinrichtung ein Apodisationsprofil zugeordnet ist, mit dem eine Steuerung der Lichtintensität in den Beugungsordnungen vorgesehen ist.

24. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Apodisationprofil als Phasen-Apodisationsprofil ausgebildet ist, wobei jedem Pixel der wenigstens einen räumlichen Lichtmodulationseinrichtung eine Phasenfunktion zugeordnet ist, wobei die Phasenfunktion in zwei Hälften derart geteilt ist, dass beide Hälften jeweils eine Art Prisma bilden, wobei beide Prismen zueinander spiegelsymmetrisch sind.

25. Anzeigevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigevorrichtung als Head-Mounted-Display, als Head-Up-Display, als

Projektionsdisplay oder als Direktsichtdisplay ausgebildet ist.

26. Verfahren zur Darstellung einer zweidimensionalen und/oder dreidimensionalen Szene, wobei

27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass in die wenigstens eine räumliche Lichtmodulationseinrichtung ein Hologramm kodiert wird, das aus wenigstens einem Subhologramm aufgebaut wird, wobei dem Hologramm oder dem Subhologramm eine Prismenfunktion hinzugefügt wird, mit der der wenigstens eine virtuelle Sichtbarkeitsbereich in der Betrachterebene verschoben oder nach geführt wird.

28. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens einen räumlichen Lichtmodulationseinrichtung ein Apodisationsprofil zugeordnet wird, das jedem Pixel der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung eine Apodisationsfunktion aufprägt.