Die Erfindung betrifft eine Anzeigevorrichtung zur Darstellung von dreidimensionalen Szenen. Eine derartige Anzeigevorrichtung weist dabei wenigstens ein Polarisationsgitterelement, insbesondere ein Polarisationsgitterelement auf, das Bragg-Eigenschaften besitzt.

Allgemein bekannt ist, dass Polarisationsgitter diffraktive optische Elemente sind, die auch auf Flüssigkristallen aufgebaut sein können und somit eine Doppelbrechung aufweisen bzw. anisotrop wirken. Diese Polarisationsgitter basieren daher auf einer räumlichen periodischen Variation der Orientierung der Flüssigkristallmoleküle, das zu einer lokalen Variation der Doppelbrechung führt. Sie modulieren lokal das auftreffende polarisierte Licht. Polarisationsgitter können als dünne Folien eine hohe Beugungseffizienz in einer Beugungsordnung aufweisen, wobei der Beugungseffizienzwert von der Polarisation des Lichts abhängt. Polarisationsgitter können den Polarisationszustand des Lichts ändern, beispielsweise können sie linear polarisiertes Licht in links-polarisiertes oder rechts-polarisiertes Licht umwandeln.

Aufgrund dieser Eigenschaften von Polarisationsgittern sind sie besonders geeignet für Anzeigevorrichtungen bzw. Displays. Dort können sie beispielsweise als Polarisationsstrahlteiler oder als Strahlsteuerelemente eingesetzt werden.

Es wurden Polarisationsgitter entwickelt, die durch eine kontinuierliche Rotation der Orientierungsachse senkrecht zur Gitterebene, wobei innerhalb einer Periode der Drehwinkel der Orientierungsachse 180 Grad beträgt, erzeugt werden. Derartige Polarisationsgitter sind als zirkulare Polarisationsgitter bekannt, die für Anwendungen im Display-Bereich von großem Interesse sind. Diese Polarisationsgitter werden in der Regel aus einer spiralförmig ansteigenden molekularen Orientierung gebildet, die eine Rotation einer lokal linearen Doppelbrechung über das Gitter und eine Gleichmäßigkeit in der z-Richtung hervorruft. Ein häufig verwendetes Verfahren zur Herstellung solcher Gitter ist die Polarisationsholographie, bei dem zwei kohärente, orthogonal zueinander polarisierte Lichtstrahlen ein Interferenzmuster erzeugen. Die Beugungseffizienz h eines zirkularen Polarisationsgitters für senkrecht einfallendes Licht kann bestimmt werden als:

wobei l die Wellenlänge, n _m die Beugungseffizienz der m-ten Beugungsordnung, Dhi die lineare Doppelbrechung, d die Gitterdicke und S‘ ₃ = S ₃ /S ₀ der normalisierte Stokes-Parameter des einfallenden Lichts ist. Dabei wird eine paraxiale Annäherung aller sich ausbreitenden Wellen in Richtungen nahe der z-Achse angenommen. Deshalb beschreiben sie Gitter mit kleinem Beugungswinkel, die ein spezifisches Verhalten zeigen. Zirkular polarisiertes Licht kann durch ein zirkulares Polarisationsgitter effektiv gebeugt oder abgelenkt werden. Hierbei existieren nur drei Beugungsordnungen, nämlich die nullte Beugungsordnung und die ± 1. Beugungsordnung. Jede Beugungsordnung kann Beugungseffizienzen h von 0% bis zu fast 100% bei einem korrekten Wert der Doppelbrechung aufweisen. Insbesondere kann die ± 1. Beugungsordnung eine Beugungseffizienz von nahezu 100% aufweisen, wenn sin ² (u An d / l) = 1 ist, somit wenn An d = l 12. Die Beugungsrichtung bzw. die Beugungseffizienz h _± i der Ablenkrichtung des Lichts in die +1. Beugungsordnung oder in die -1. Beugungsordnung hängt dabei von der zirkularen Polarisation des einfallenden Lichts ab, d.h. ob links-zirkular polarisiertes Licht mit Stokes-Parameter S‘ ₃ = -1 oder rechts-zirkular polarisiertes Licht mit Stokes-Parameter S‘ ₃ = +1 auf das Polarisationsgitter auftrifft. Die Beugungseffizienz h ₀ der nullten Beugungsordnung ist dabei von der Polarisationsrichtung des einfallenden Lichts unabhängig. Trifft hingegen linear polarisiertes Licht mit Stokes-Parameter S‘ ₃ = 0 auf das zirkulare Polarisationsgitter auf, so wird das Licht mit jeweils gleicher Intensität mit gleicher Beugungseffizienz sowohl in die +1. Beugungsordnung als auch in die -1. Beugungsordnung gebeugt bzw. abgelenkt. Trifft zirkular polarisiertes Licht auf das zirkulare Polarisationsgitter wird dieses in entgegengesetzt zirkular polarisiertes Licht umgewandelt. Diese Beugungseigenschaften der zirkularen Polarisationsgitter weisen insbesondere Gitter mit relativ großen Perioden, d.h. Perioden von L > 2 pm, bei senkrecht einfallendem Licht auf.

Trotz der guten Beugungseigenschaften bekannter zirkularer Polarisationsgitter werden für den Einsatz in Anzeigeeinrichtungen bzw. Displays entsprechende optische Elemente gefordert, die neben einer hohen Beugungseffizienz auch große Ablenkwinkel des Lichts vorsehen können. Hierbei sind Beugungswinkel bzw. Ablenkwinkel gefordert, die viel größer sind als die Winkel, die von bisher bekannten Polarisationsgittern mit einer Gitterperiode von ca. 2 pm, d.h. ein Winkel von etwa 15° bei einer Wellenlänge von 532 nm, erreicht werden können. In Simulationen hat sich gezeigt, dass die maximale Beugungseffizienz in der 1. Beugungsordnung drastisch abnimmt, wenn sich die Gitterperiode der verwendeten Wellenlänge annähert. Um gleichzeitig bei dünnen zirkularen Polarisationsgittern eine hohe Beugungseffizienz und große Beugungswinkel zu erreichen, könnten Materialien mit hoher linearer Doppelbrechung verwendet werden. Allerdings sind derartige Polarisationsgitter technisch schwer zu realisieren.

Die bekanntesten Materialien, die zur Herstellung von zirkularen Polarisationsgittern mittels Polarisationsholographie eingesetzt werden, sind Flüssigkristall-Materialien, sogenannte reaktive Mesogene, die auf einer Orientierungsschicht aufgebracht sind. Derartige zirkulare Polarisationsgitter bestehen aus zwei Schichten, nämlich der Schicht mit reaktiven Mesogenen und der Orientierungsschicht, die in zwei Schritten gebildet werden. Zuerst wird unter Verwendung der Polarisationsholographie eine periodische Rotation der Orientierungsrichtung der dünnen Orientierungsschicht erzeugt. Danach wird ein reaktives Mesogen-Gemisch auf die Orientierungsschicht aufgebracht, das dem Oberflächenmuster der Orientierungsschicht entsprechend ausgerichtet wird und mittels UV-Belichtung fixiert wird.

In der Veröffentlichung„Polarization volume grating with high efficiency and large diffraction angle” Yi. Weng, D. Xu, Yu. Zhang, X. Lim, Sh. Wu: Opt. Express 24 17746 (2016) wird eine neue Art von Gitter, sogenannte Polarisations-Volumengitter, beschrieben, mit denen kleine Gitterperioden und hohe Beugungseffizienten in reaktiven Mesogen-Orientierungsschichten theoretisch geschaffen werden können. Es wird vorgeschlagen, eine periodische Struktur unter Verwendung eines cholesterischen Flüssigkristalls und einer modulierten Orientierungsschicht zu schaffen, die in zwei räumlichen Dimensionen moduliert ist. Die Überlagerung dieser beiden räumlichen Modulationen kann geneigte Beugungsebenen erzeugen. Simulationen zeigten, dass eine hohe Beugungseffizienz von bis zu 100% erreicht werden kann.

Ferner sind auf Bragg-Beugung basierende Polarisationsgitter bekannt, die auf einem alternativen Herstellungsverfahren basieren und ebenfalls hohe Beugungseffizienzen und große Ablenkwinkel realisieren können. Derartige Bragg-Polarisationsgitter werden ebenfalls mittels Polarisationsholographie erzeugt. Jedoch basiert dieses Bragg-Polarisationsgitter auf den speziellen Eigenschaften eines photo-q uervernetzten Flüssigkristall-Polymers und eines zwei- schrittigen photochemischen/thermischen Herstellungsprozesses, dem sogenannten Bulk- Photoalignment-Verfahren.

Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine alternative Anzeigevorrichtung mit wenigstens einem Beugungseigenschaften aufweisenden Polarisationsgitter für eine dreidimensionale Darstellung von Szenen zu bereits aus dem Stand der Technik bekannten Anzeigevorrichtungen zu schaffen. Zudem soll die Anzeigevorrichtung insbesondere für den Augmented-Reality (erweiterte Realität) - und/oder für den Virtual-Reality (virtuelle Realität) - Bereich eigesetzt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Anzeigevorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß weist die Anzeigevorrichtung zur Darstellung von dreidimensionalen Szenen wenigstens eine Beleuchtungseinrichtung, wenigstens eine räumliche Lichtmodulations- einrichtung und wenigstens ein Bragg-Polarisationsgitter auf. Das Bragg-Polarisationsgitter weist wenigstens eine doppelbrechende Schicht auf, wobei auftreffendes Licht unter einem Ablenkwinkel bzw. einem Beugungswinkel von wenigstens 20° ablenkbar ist.

Hierbei finden nun Bragg-Polarisationsgitter Verwendung in Anzeigevorrichtungen bzw. Displays, die als holographische wie auch als stereoskopische Anzeigevorrichtungen ausgebildet sein können, um geforderte Eigenschaften von Anzeigevorrichtungen, insbesondere bei holographischen Anzeigevorrichtungen, auf einfachere und effizientere Weise erfüllen zu können. Insbesondere können die Anzeigevorrichtungen als Direktsicht-Display, als Head-Up-Display oder auch als Head-Mounted-Display ausgebildet sein.

Bragg-Polarisationsgitter bilden eine neue Art von Gitter, die sowohl typische Eigenschaften eines Volumengitters als auch typische Eigenschaften eines Polarisationsgitters aufweisen. Folglich sollten entsprechend hergestellte Bragg-Polarisationsgitter für den Einsatz in Anzeigevorrichtungen zur Darstellung von dreidimensionalen Szenen eine hohe Beugungseffizienz von bis zu 100%, große Ablenkwinkel von wenigstens 20°, vorzugsweise >50°, eine hohe Polarisationssensitivität, eine breite Winkelakzeptanz, eine breite chromatische Akzeptanz und die Fähigkeit aufweisen, aufgrund des Polarisationszustands zwischen der nullten Beugungsordnung und der ± 1. Beugungsordnung zu wählen.

Wie bekannt, nimmt die Beugungseffizienz von zirkularen Polarisationsgittern bei senkrechtem Lichteinfall auf das Gitter drastisch ab, wenn die Gitterperiode ebenfalls kleiner wird. Bei kleinen Gitterperioden müssen zumindest zwei bekannte Modelle von Beugungsgittern betrachtet werden, nämlich das Raman-Nath-Modell und das Bragg-Modell. Die bekannten Parameter zur Identifizierung eines Beugungsgitters sind Q (Cook-Klein-Kriterium) und p:

2l ²

P— .

hDhA wobei l die Wellenlänge, d die Dicke des Gitters, L die Gitterperiode, n der durchschnittliche Brechungsindex und An die Doppelbrechung ist. Dabei können Gitter als "dünn" betrachtet werden, wenn Q < 1 und p < 1 sind. Wenn Q > 1 bzw. p > 1 ist, dann können diese Gitter als „dick“ angesehen werden und fallen unter das Bragg-Modell. Es hat sich gezeigt, dass Bragg- Eigenschaften beispielsweise für Gitter mit einer Gitterperiode von L < 1 pm, einer Dicke des Gitter von ca. 1 pm bei einem Brechungsindex von n= 1 ,5 bis 1 ,7 und einem Wert der Doppelbrechung von An = 0,2 vorliegen. Weist ein Gitter Bragg-Eigenschaften auf, bedeutet dies, dass eine maximale Beugungseffizienz bei einem bestimmten Einfallswinkel des Lichts auf das Gitter erreicht wird. Dieser Winkel ist als Bragg-Winkel bekannt. Bei Anzeigevorrichtungen ist dabei von großer Bedeutung, dass das Licht möglichst senkrecht auf das Gitter einfällt. Um jedoch bei senkrechtem Lichteinfall eine maximale Beugungseffizienz eines Gitters vorzusehen, müssen die Gitterebenen zum Substrat gekippt sein.

Ferner hat sich in Simulationen gezeigt, dass auch Gitter mit Gitterperioden von 1 ,4 pm und 0,7 pm nicht als„dünne“ Gitter bezeichnet werden können, da der Wert für p = ca. 5 im Falle einer Gitterperiode von 0,7 pm ist, selbst wenn ihre physikalische Dicke gering ist, z.B. - 1 ,5 pm. Allgemein bekannte zirkulare Polarisationsgitter mit großen Gitterperioden, d.h. L > 2 pm, mit einer physikalischen Dicke von ebenfalls 1 ,5 pm könnten im Vergleich dazu als dünne Gitter angesehen werden. Beispielsweise ist p = ca. 0,5, somit p < 1 für A = 2 pm, d = 1 ,5 pm, n = 1 ,5, Dh = 0,2 und l = 532 nm.

Es hat sich ferner gezeigt, dass allgemein bekannte zirkulare Polarisationsgitter mit großen Gitterperioden, d.h. L > 2 pm eine Polarisationsumschaltung zwischen der +1.

Beugungsordnung und der -1. Beugungsordnung vorsehen, davon abhängig, ob rechts- zirkulare oder links-zirkulare Polarisation des einfallenden Lichts vorgesehen ist. Jedoch zeigen zirkulare Polarisationsgitter mit Bragg-Eigenschaften, die im nachfolgenden als Bragg- Polarisationsgitter bezeichnet werden und in der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung eingesetzt werden sollen, und kleinen Gitterperioden eine Polarisationsumschaltung zwischen der ± 1. Beugungsordnung und der nullten Beugungsordnung.

Eine davon abweichende andere Unterscheidung (offenbart zum Beispiel durch: T. K. Gaylord and M. G. Moharam:„Thin and thick gratings: terminology clarification“, Applied Optics, Vol. 20, p.3271 , 1981 ) für die gelegentlich ebenfalls die Begriffe„dünne“ oder„dicke“ Gitter verwendet werden, bezieht sich auf die Winkel- und Wellenlängenselektivität. Hierbei kommt es auf das Verhältnis von physikalischer Dicke d zur Gitterperiode L eines Gitters an. Gitter, für die d/A < 10 ist, werden in dem Sinne als dünne Gitter angesehen, dass sie eine breite Winkel- und Wellenlängenselektivität aufweisen, während Gitter, für die d/A > 10 ist, als dicke Gitter in dem Sinne angesehen werden, dass sie eine schmale Winkel- und Wellenlängenselektivität aufweisen.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich hier auf die Verwendung von Bragg-Polarisationsgittern, die im Sinne des Raman-Nath-Modells und des Bragg-Modells, Bragg-Eigenschaften aufweisen, somit in diesem Sinne als dicke Gitter angesehen werden können. Im Sinne der Wellenlängenselektivität sind diese Bragg-Polarisationsgitter für unterschiedliche Wellenlängen innerhalb des sichtbaren Spektrums zum Beispiel blaues, grünes und rotes Licht mit ähnlicher Beugungseffizienz nutzbar, weisen daher eine breite Wellenlängenselektivität von ±150 nm auf. Eine hohe Beugungseffizienz weisen diese Bragg-Polarisationsgitter entsprechend ihrer Bragg- Eigenschaften nur bei korrektem Lichteinfallswinkel auf, wobei jedoch ihre Winkelselektivität im Bereich von ±10 Grad oder mehr, z,B, auch ±17,5 Grad, liegen kann, daher auch relativ breit ist. Die Beugungseffizienz des wenigstens einen Bragg-Polarisationsgitter liegt hier bei h > 80%, vorzugsweise h > 90%. Daher unterscheiden sich diese Bragg-Polarisationsgitter in Bezug auf die Winkel- und Wellenlängenselektivität von Bragg-Gittern auf der Basis von Photopolymer, die in der Regel nur für einen schmalen Wellenlängenbereich, somit nur für entweder blaues oder grünes oder rotes Licht, eine hohe Beugungseffizienz aufweisen und deren Winkelselektivität eher im Bereich von ±1 Grad bei transmissiven Gittern und bis zu ±5 Grad bei reflektiven Gittern liegt. Die Winkel- und Wellenlängenselektivität der Bragg-Polarisationsgitter entspricht daher nicht derjenigen, eines in diesem Sinne dicken Gitters. Beispielsweise kann ein Bragg- Polarisationsgitter eine Dicke zwischen ca. 0,7 pm bis 2 pm und eine Gitterperiode L von weniger als 1 pm aufweisen. Diese Bragg-Polarisationsgitter weisen insbesondere die bedeutenden Bragg-Eigenschaften auf: eine hohe Beugungseffizienz nur bei korrektem Lichteinfallswinkel und das Vorliegen nur von der nullten Beugungsordnung und der +1. Beugungsordnung oder -1. Beugungsordnung. Zudem sollen die hier eingesetzten Bragg- Polarisationsgitter mittels des Bulk-Photoalignment-Verfahrens hergestellt sein, wodurch eine Unabhängigkeit der molekularen Orientierung einer Oberfläche einer Orientierungsschicht gewährleistet werden kann. Zudem wird die Bildung von gekippten Gitterebenen auf sehr natürliche Weise vorgesehen. Der Direktor (also die Orientierungsrichtung) der Flüssigkristalle liegt dabei in der Ebene senkrecht zu den Gitterlinien. Die lokale Doppelbrechung hängt nicht von der Gitterebenenneigung ab. Dies ist ein wesentlicher Vorteil von in diesen Gittern verwendeten photovernetzten Flüssigkristall-Polymeren, der hier erfindungsgemäß ausgenutzt werden soll und so die Möglichkeit schafft, derartige Bragg-Polarisationsgitter effizient in Anzeigevorrichtungen einzusetzen.

Aufgrund dieser besonderen Vorteile eines Bragg-Polarisationsgitters kann dieses insbesondere zur Lichtablenkung verwendet werden. Insbesondere durch den Einsatz wenigstens eines derartigen Bragg-Polarisationsgitters in einer Anzeigevorrichtung können nun vorteilhafterweise verbesserte Anzeigevorrichtungen geschaffen werden, da durch eine hoch effiziente Ablenkung eines Lichtstrahls die Erzeugung einer darzustellenden Szene oder Information, insbesondere auf holographischem Wege, vereinfacht und mit höherer Qualität erfolgen kann.

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

Vorteilhafterweise kann das Bragg-Polarisationsgitter eine Gitterperiode von L < 1 pm aufweisen.

Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass wenigstens ein Polarisationsumschalter vorgesehen ist, mit dem der Polarisationszustand des auftreffenden Lichts veränderbar ist. Hierfür kann als der wenigstens eine Polarisationsumschalter ein bereits bekannter bzw. ein bisher erhältlicher auf Flüssigkristallen-basierender Polarisationsumschalter eingesetzt werden. Mittels des wenigstens einen in der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung vorgesehenen Polarisationsumschalters kann der Polarisationszustand des von der wenigstens einen Beleuchtungseinrichtung ausgehenden Lichts gemäß einer geforderten Polarisation des Lichts geändert werden. Erfordert beispielsweise das wenigstens eine Bragg-Polarisationsgitter rechts-zirkular polarisiertes Licht, damit das auftreffende Licht in eine -1. Beugungsordnung abgelenkt wird, so kann diese Einstellung eines rechtszirkularen Polarisationszustandes mittels des wenigstens einen Polarisationsumschalters erfolgen.

Dazu kann das wenigstens eine Bragg-Polarisationsgitter mit dem wenigstens einem Polarisationsumschalter kombiniert und die Gesamtanordnung dieser beiden Komponenten als steuerbares Bragg-Polarisationsgitter ausgebildet sein, wobei je nach Schaltzustand des steuerbaren Bragg-Polarisationsgitters auftreffendes Licht abgelenkt oder unabgelenkt aus diesem austritt.

Auf diese Weise kann zwischen der nullten Beugungsordnung und der ±1. Beugungsordnung umgeschaltet werden, so dass das auf das steuerbare Bragg-Polarisationsgitter auftreffende Licht entsprechend in eine geforderte Beugungsordnung unter einem großen Ablenkwinkel vorzugsweise von > 50° abgelenkt bzw. gebeugt werden kann.

Mittels des Bragg-Polarisationsgitters kann auf effiziente Weise das Licht in eine nullte Beugungsordnung oder in eine erste Beugungsordnung bzw. eine der beiden ersten Beugungsordnungen ablenkbar sein, wobei der Polarisationszustand des in eine erste Beugungsordnung abgelenkten Lichts verschieden zum Polarisationszustand des auf das Bragg-Polarisationsgitter auftreffenden Lichts ist. Der Polarisationszustand des auftreffenden Lichts ändert sich nach dem Durchtritt und der Ablenkung des Lichts in die ±1. Beugungsordnung, so dass beispielsweise recht-zirkular polarisiertes Licht in links-zirkular polarisiertes Licht umgewandelt wird. Links-zirkular polarisiertes Licht wird unabgelenkt transmittiert.

Vorzugsweise kann die verwendete Wellenlänge des von der Beleuchtungseinrichtung ausgesandten Lichts im sichtbaren Bereich liegen, vorzugsweise zwischen 400 nm und 700 nm. Das bedeutet, dass das wenigstens eine Bragg-Polarisationsgitter im sichtbaren Wellenlängenbereich eine hohe Beugungseffizienz aufweist und große Ablenkwinkel bzw. Beugungswinkel erzeugen kann. Typischerweise ändert sich aber der Ablenkwinkel eines Bragg-Polarisationsgitters mit der Wellenlänge, das heißt, es tritt eine Dispersion auf. In einigen Anwendungen ist es erforderlich, Licht mehrerer Wellenlängen um den gleichen Winkel abzulenken, daher die Dispersion zu kompensieren. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann daher ferner vorgesehen sein, dass bei einer farbigen Darstellung von Szenen zur Kompensation der Dispersion des Lichts wenigstens ein Kompensationsgitterelement vorgesehen ist. Beispielsweise kann das Bragg-Polarisationsgitter grünes Licht unter einem gewünschten Winkel ablenken, aufgrund der Dispersion rotes und blaues Licht aber unter einem falschen Winkel. In diesem Fall kann wenigstens ein Kompensationsgitterelement für rotes Licht und wenigstens ein Kompensationsgitterelement für blaues Licht vorgesehen werden.

Auf diese Weise kann eine Farben korrektur der dargestellten einzelnen RGB (rot-grün-blau)- Szenen bzw. Teilszenen erfolgen, so dass jedes einzelne Farbbild der Szene an der gleichen Position in einem vor einem Betrachter der dargestellten Szene vorliegenden Sichtfeld erzeugt wird. Dazu wird mittels der Kompensationsgitterelemente für zwei der drei Grundfarben die Dispersion der einzelnen Lichtstrahlen korrigiert, indem die Kompensationsgitterelemente das Licht in die geforderte Richtung entsprechend ablenken, so dass die Lichtstrahlen aller Farben wieder annähernd parallel zueinander verlaufen und die einzelnen Farbbilder an der gleichen Position erzeugt werden und somit eine korrekte farbige Szene ermöglicht wird.

Als Kompensationsgitterelemente können insbesondere Volumengitter mit einer schmalen Wellenlängenselektivität, beispielsweise Volumengitter auf Basis von Photopolymer, verwendet werden, derart dass diese Volumengitter nur Licht einer Farbe, zum Beispiel nur rotes Licht oder nur blaues Licht, effizient ablenken. Die Erfindung ist aber nicht auf diesen Typ von Kompensationselement beschränkt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass zur Erzeugung einer Frontlicht-Beleuchtung einer reflektiv ausgebildeten räumlichen Lichtmodulationseinrichtung ein Lichtleiter und wenigstens zwei Bragg-Polarisationsgitter vorgesehen sind, die derart miteinander gekoppelt sind, dass die räumliche Lichtmodulationseinrichtung gleichmäßig beleuchtbar ist.

In einer Anzeigevorrichtung kann das Bragg-Polarisationsgitter auch für eine gleichmäßige Beleuchtung der wenigstens einen räumlichen Lichtmodulationseinrichtung vorgesehen sein. Dies kann insbesondere von Vorteil sein, wenn in der Anzeigevorrichtung eine Frontlicht- Beleuchtung und eine reflektive räumliche Lichtmodulationseinrichtung vorgesehen sein sollen. Der Lichtleiter und die wenigstens zwei Bragg-Polarisationsgitter sind dabei derart in der Anzeigevorrichtung zueinander angeordnet, dass die reflektiv ausgebildete räumliche Lichtmodulationseinrichtung homogen bzw. gleichmäßig beleuchtet werden kann. Hierzu kann ein erstes Bragg-Polarisationsgitter zur Einkopplung des Lichts in den Lichtleiter vorgesehen sein. Das in den Lichtleiter auf diese Weise und unter einem großen Ablenkwinkel eingekoppelte Licht breitet sich dann im Lichtleiter über Reflexion, vorzugsweise über Totalreflexion, aus. Zur Einkopplung des Lichts in den Lichtleiter kann auch ein Polarisationsumschalter in Verbindung mit dem Bragg-Polarisationsgitter vorgesehen sein. Um auf geeignete und vor allem gleichmäßige Weise das Licht wieder aus dem Lichtleiter auszukoppeln, kann erfindungsgemäß ein zweites Bragg-Polarisationsgitter vorgesehen sein. Das Bragg-Polarisationsgitter ist hierfür derart ausgebildet, dass das im Lichtleiter über Reflexion, vorzugsweise über Totalreflexion, propagierende Licht über die gesamte Fläche des Bragg-Polarisationsgitters auskoppelbar ist, damit die räumliche Lichtmodulationseinrichtung flächig und gleichmäßig beleuchtet werden kann.

In Lichtrichtung zwischen dem Lichtleiter und der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung kann vorteilhaft ein Polarisationsumschalter oder eine Wellenplatte vorgesehen sein, der/die das von dem Lichtleiter ausgekoppelte Licht nach einer Reflexion an der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung in seinem Polarisationszustand ändert, so dass das wieder auf den Lichtleiter auftreffende Licht diesen ungehindert passieren kann. Das Bragg-Polarisationsgitter wirkt dabei nicht-sensitiv auf das von dem Polarisationsumschalter ausgehende, nun eine entgegengesetzte Polarisationsrichtung aufweisende Licht.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass zur Erzeugung einer Beleuchtung einer transmissiv ausgebildeten räumlichen Lichtmodulationseinrichtung ein Lichtleiter und wenigstens zwei Bragg-Polarisationsgitter vorgesehen sind, die derart miteinander gekoppelt sind, dass die räumliche Lichtmodulationseinrichtung gleichmäßig beleuchtbar ist.

Auch zur Beleuchtung einer transmissiv ausgebildeten räumlichen Lichtmodulationseinrichtung kann ein Lichtleiter in Kombination mit wenigstens zwei Bragg-Polarisationsgittern vorgesehen sein. Dieser Lichtleiter kann dafür mit den wenigstens zwei Bragg-Polarisationsgittern gekoppelt werden. Ein Bragg-Polarisationsgitter der wenigstens zwei Bragg-Polarisationsgitter kann zur Einkopplung des Lichts und das andere der wenigstens zwei Bragg-Polarisationsgitter kann zur Auskopplung des Lichts aus dem Lichtleiter vorgesehen sein. Auch hier kann zur Einkopplung des Lichts in den Lichtleiter ein Polarisationsumschalter in Verbindung mit dem Bragg- Polarisationsgitter vorgesehen sein.

Die wenigstens zwei Bragg-Polarisationsgitter weisen hierzu die gleichen optischen Eigenschaften, d.h. z.B. die gleiche Gitterperiode und/oder die gleiche Gitterdicke und/oder auch den gleichen Ablenkwinkel und/oder auch eine gleiche Neigung der Gitterebenen, auf. Dies ist vorteilhaft, um eventuell vorliegende chromatische Aberrationen, die bei der Beleuchtung der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung mit den drei Grundfarben RGB vorliegen können, gleichzeitig mittels der Bragg-Polarisationsgitter zu kompensieren, so dass zusätzlich vorliegende Kompensationselemente vermieden werden können. Dies gilt sowohl für die Beleuchtung von transmissiven als auch reflektiven räumlichen Lichtmodulationseinrichtungen. Ferner kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass wenigstens ein optisches System vorgesehen ist, wobei das wenigstens eine optische System zum Erzeugen eines virtuellen Betrachterbereichs vorgesehen ist, durch das ein Betrachter eine dargestellte Szene beobachten kann.

Ein insbesondere holographisches Direktsicht-Display, das einen virtuellen Betrachterbereich erzeugt, weist einen Beleuchtungsstrahlengang auf. Die Anzeigevorrichtung bzw. das Display weist eine Beleuchtungseinrichtung mit wenigstens einer Lichtquelle auf. Beispielsweise kann die Beleuchtungseinrichtung als Backlight ausgebildet sein, das eine kollimierte, ebene Wellenfront erzeugt, die die räumliche Lichtmodulationseinrichtung beleuchtet. Die kollimierte Wellenfront entspricht einer virtuellen Lichtquelle, die die räumliche Lichtmodulationseinrichtung aus unendlicher Entfernung beleuchtet. Die räumliche Lichtmodulationseinrichtung kann aber auch mit einer divergenten oder einer konvergenten Wellenfront beleuchtet werden, was einer reellen oder virtuellen Lichtquelle in einer endlichen Entfernung vor oder hinter der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung entspricht. Ein optisches System fokussiert das von der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung kommende Licht auf die Position eines virtuellen Betrachterbereichs. Wird in die räumliche Lichtmodulationseinrichtung kein Hologramm eingeschrieben, so entsteht in einer Betrachterebene ein Bild der Lichtquelle und die periodischen Wiederholungen dieses Bildes als höhere Beugungsordnungen. Wenn in die räumliche Lichtmodulationseinrichtung jedoch ein geeignetes Hologramm eingeschrieben wird, entsteht nahe der nullten Beugungsordnung ein virtueller Betrachterbereich, der auch als virtuelles Betrachterfenster bezeichnet werden kann. Dies wird im Folgenden so bezeichnet, dass sich der virtuelle Betrachterbereich in einer Ebene des Lichtquellenbildes befindet. Bei einem holographischen Direktsicht-Display befindet sich eine Feldlinse, die das optische System aufweist und die ein Bild der Lichtquelle erzeugt, meist nah bei der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung. Ein Betrachter sieht die räumliche Lichtmodulationseinrichtung in seiner tatsächlichen Entfernung, ohne dass eine Abbildung der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung vorliegt, und kann die dargestellte dreidimensionale Szene durch den virtuellen Betrachterbereich, wenn sich wenigstens ein Auge des Betrachters am Ort des virtuellen Betrachterbereichs befindet, beobachten.

Bei anderen vorzugsweise holographischen Anzeigevorrichtungen, wie beispielsweise Head- Mounted-Displays (HMD), Head-Up-Displays (HUD) oder anderen Projektionsdisplays, kann es zusätzlich einen Abbildungsstrahlengang geben. Es wird in diesen Anzeigevorrichtungen ein reelles oder virtuelles Bild der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung erzeugt, das der Betrachter sieht, wobei weiterhin der Beleuchtungsstrahlengang für die Erzeugung eines virtuellen Betrachterbereichs von Bedeutung ist. Somit sind hier beide Strahlengänge, Beleuchtungsstrahlengang und Abbildungsstrahlengang, wichtig. Auch bei anderen Anzeigevorrichtungen, wie beispielsweise stereoskopische Anzeigevorrichtungen, kann der Fall auftreten, dass ein Abbildungsstrahlengang und ein Beleuchtungsstrahlengang vorliegen. Eine stereoskopische Anzeigevorrichtung zur Erzeugung eines Sweet-Spots kann beispielsweise eine ähnliche optische Anordnung aufweisen wie die der genannten holographischen Displays, d.h. eine kollimierte Beleuchtung einer räumlichen Lichtmodulationseinrichtung und ein optisches System, jedoch auch zusätzliche Komponenten wie zum Beispiel ein Streuelement mit einem definierten Streuwinkel. Würde das Streuelement aus der Anzeigevorrichtung herausgenommen, so würde das optische System in der Ebene des Sweet-Spots ein Lichtquellenbild erzeugen. Durch Verwendung des Streuelements wird das Licht stattdessen über einen ausgedehnten Sweet-Spot verteilt, der schmaler ist als der Augenabstand eines Betrachters. Der Beleuchtungsstrahlengang ist jedoch wichtig, um das stereoskopische Bild ohne Vignettierungseffekte vollständig sehen zu können. Eine dreidimensionale Stereo-Anzeigevorrichtung kann dabei ebenfalls einen Abbildungsstrahlengang aufweisen, mit dem eine räumliche Lichtmodulationseinrichtung in eine bestimmte Entfernung zum Betrachter abgebildet wird.

Anzeigevorrichtungen können im allgemeinen Fall im optischen System Linsen oder andere Abbildungselemente aufweisen, die beide Strahlengänge, sowohl Beleuchtungsstrahlengang als auch Abbildungsstrahlengang, beeinflussen. Es kann zum Beispiel ein einzelnes Abbildungselement zwischen der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung und einem Betrachter so angeordnet sein, dass dieses Abbildungselement sowohl ein Bild der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung als auch eine Abbildung der Lichtquelle in die Betrachterebene erzeugt.

Um beispielsweise ein großes Sichtfeld mittels einer Anzeigevorrichtung, die mit wenigstens einem virtuellen Betrachterbereich arbeitet, erzeugen zu können, kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass wenigstens ein optisches System vorgesehen und derart ausgebildet ist, dass eine aus Segmenten aufgebaute Mehrfachabbildung der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung erzeugbar ist, wobei die Mehrfachabbildung ein Sichtfeld bestimmt, innerhalb dessen eine in der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung kodierte Information einer Szene zum Betrachten durch einen virtuellen Betrachterbereich rekonstruierbar ist.

Um eine derartige Mehrfachabbildung der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung zur Erzeugung eines großen Sichtfelds (field of view (FOV)) zu ermöglichen, kann das wenigstens eine Bragg-Polarisationsgitter mit dem wenigstens einen Polarisationsumschalter kombiniert sein und als wenigstens ein steuerbares Bragg-Polarisationsgitter ausgebildet sein, wobei in einem Schaltzustand des wenigstens einen steuerbaren Bragg-Polarisationsgitters ein Segment und in einem anderen Schaltzustand des wenigstens einen steuerbaren Bragg- Polarisationsgitters ein weiteres Segment der aus Segmenten aufgebauten Mehrfachabbildung der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung erzeugbar ist.

In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung zur Erzeugung eines großen Sichtfelds kann ein Lichtleiter vorgesehen sein, mittels dem und in Verbindung mit dem wenigstens einen optischen System die aus Segmenten aufgebaute Mehrfachabbildung der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung erzeugbar ist. Der Lichtleiter kann hierfür plan bzw. eben oder auch gekrümmt ausgebildet sein. Es ist auch möglich, dass der Lichtleiter nur in Teilbereichen gekrümmt ausgebildet ist.

Vorteilhafterweise kann dabei vorgesehen sein, dass das in den Lichtleiter eingekoppelte Licht im Lichtleiter unter Reflexion, vorzugsweise unter Totalreflexion, propagiert und mittels wenigstens eines steuerbaren Bragg-Polarisationsgitters aus dem Lichtleiter auskoppelbar ist. Alternativ kann das Licht anstatt unter Totalreflexion auch mittels eines dielektrischen Schichtstapel innerhalb des Lichtleiter propagieren, der als winkelselektiver Reflektor wirkt. Der dielektrische Schichtstapel kann an den Grenzflächen des Lichtleiters vorgesehen sein, so dass das Licht an dem dielektrischen Schichtstapel unter den geforderten Winkeln abgelenkt bzw. reflektiert wird, so dass das Licht innerhalb des Lichtleiters gefordert propagieren kann und mittels des wenigstens einen steuerbaren Bragg-Polarisationsgitters aus dem Lichtleiter entsprechend ausgekoppelt wird.

Hierfür kann das wenigstens eine steuerbare Bragg-Polarisationsgitter aus einem Bragg- Polarisationsgitter und einem Polarisationsumschalter gebildet werden. Der Polarisationsumschalter kann vorteilhaft als strukturierter Polarisationsumschalter ausgebildet sein. Mittels des strukturierten Polarisationsumschalters kann die Polarisationsrichtung des im Lichtleiter propagierenden Lichts lokal geändert werden, so dass definiert werden kann, wo bzw. an welcher Position im Lichtleiter das Licht ausgekoppelt werden muss, damit ein großes Sichtfeld erzeugt werden kann. Auf diese Weise kann somit erreicht werden, dass das Licht für eine Abbildung der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung an der geforderten Position aus dem Lichtleiter ausgekoppelt und dementsprechend eine Vielzahl von Abbildungen der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung erzeugt wird. Durch diese Vielzahl an Abbildungen der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung wird durch Aneinanderreihen dieser Abbildungen ein großes Sichtfeld erzeugt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass wenigstens ein steuerbares Bragg-Polarisationsgitter zum Einkoppeln des Lichts in den Lichtleiter vorgesehen ist, wobei das wenigstens eine steuerbare Bragg-Polarisationsgitter aus einem Bragg-Polarisationsgitter und einem Polarisationsumschalter gebildet ist, wobei mittels des steuerbaren Bragg-Polarisationsgitters das Einfallslicht unter einem Lichteinfallswinkel in eine erste Beugungsordnung beugbar ist. Der Lichteinfallswinkel kann hierbei einen Wert aufweisen, der größer als der Grenzwinkel der Totalreflexion ist oder der an den

Reflexionswinkel eines dielektrischen Schichtstapels angepasst ist.

Ein steuerbares Bragg-Polarisationsgitter kann auch zum Einkoppeln des Lichts in den

Lichtleiter vorgesehen sein. Das auf das Bragg-Polarisationsgitter auftreffende Licht wird dabei in eine erste Beugungsordnung gebeugt, je nachdem wie die diffraktive Struktur bzw. die Gitterebenen der Gitterstruktur des Bragg-Polarisationsgitters auf diesem definiert ist. Auf diese Weise wird ein Lichteinfallswinkel des Lichts erzeugt, unter dem das Licht im Lichtleiter vorzugsweise unter Totalreflexion propagiert.

Anstelle von steuerbaren Bragg-Polarisationsgittern, die es erlauben, zwischen zwei Zuständen zu schalten, bei denen Licht in einen Lichtleiter entweder eingekoppelt oder nicht eingekoppelt wird, kann auch ein passives (nicht-steuerbares) Bragg-Polarisationsgitter verwendet werden, wenn das Licht immer und zwar auch unter dem gleichen Winkel in einen Lichtleiter eingekoppelt werden soll.

Ferner kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass ein Stapel aus wenigstens zwei Bragg- Polarisationsgittern vorgesehen ist, wobei die wenigstens zwei Bragg-Polarisationsgitter jeweils mit einem Polarisationsumschalter gekoppelt sind, wobei verschiedene Lichteinfallswinkel im Lichtleiter erzeugbar sind und das Licht sich im Lichtleiter unter Reflexion, vorzugsweise unter Totalreflexion ausbreitet.

Ein Stapel aus wenigstens zwei Bragg-Polarisationsgittern in Verbindung mit wenigstens zwei Polarisationsumschaltern kann als steuerbare Einkopplung des Lichts in den Lichtleiter vorgesehen sein. Dadurch können verschiedene Lichteinfallswinkel erzeugt werden, unter denen dann im Lichtleiter das Licht entsprechend propagiert. Beispielsweise können die Gitterperioden und der auf die Periode angepasste Neigungswinkel der Gitterebenen für die wenigstens zwei Bragg-Polarisationsgitter unterschiedlich sein.

Die wenigstens zwei Bragg-Polarisationsgitter werden hierbei derart zueinander angeordnet, dass deren Gitterebenen der Gitterstrukturen einen definierten Winkel zueinander bilden. Das bedeutet, die Gitterebenen der beiden Bragg-Polarisationsgitter sind beispielsweise parallel zueinander oder spiegelverkehrt oder auch um 90° zueinander gedreht angeordnet, wobei jedoch auch andere Winkel möglich sind. Die Polarisationsumschalter können dabei derart angesteuert werden, dass diese den Polarisationszustand des auftreffenden Lichts entsprechend der geforderten Polarisation ändern, wenn notwendig, so dass das Licht von wenigstens einem der Bragg-Polarisationsgitter oder auch von einer Kombination aus mehreren Bragg-Polarisationsgittern unter einem geforderten Winkel abgelenkt wird und in den Lichtleiter einfällt. Die Gitterperiode bestimmt dabei, unter welchem Winkel das Licht im Lichtleiter propagiert. Im Lichtleiter breitet sich dann das Licht unter diesem Winkel aus bis es ausgekoppelt werden soll. Somit kann Licht durch Vorsehen von Bragg-Polarisationsgittern unterschiedlicher Gitterperiode unter verschiedenen Winkeln in den Lichtleiter eingekoppelt werden, so dass das Licht unter verschiedenen Winkeln im Lichtleiter propagieren kann. Die Orientierung der Gitterebenen der einzelnen Bragg-Polarisationsgitter zueinander bestimmt die Richtung, unter der Licht im Lichtleiter propagiert. So kann zum Beispiel durch zwei spiegelsymmetrisch angeordnete Bragg-Polarisationsgitter das Licht im Lichtleiter von der Einkoppelposition aus in entgegengesetzte Richtungen propagieren. Eine solche Anordnung würde beispielsweise erlauben, in einem Head-Mounted-Display Licht in Höhe der Nase einzukoppeln und dann in einem Lichtleiter wahlweise zum linken Auge oder zum rechten Auge zu lenken. Die Auskopplung des Lichts aus dem Lichtleiter kann beispielsweise über ebenfalls ein Bragg-Polarisationsgitter erfolgen oder aber auch mittels eines Volumengitters, wobei beide Gittertypen derart ausgebildet sein müssen, dass diese für den geforderten Lichtausbreitungswinkel des Lichts ausgelegt sind.

In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass wenigstens ein Bragg-Polarisationsgitter mit wenigstens einem Polarisationsumschalter gekoppelt ist.

Um beispielsweise eine darzustellende vorzugsweise dreidimensionale Szene in einem großen Sichtfeld zu erzeugen, können einzelne Kacheln der zu erzeugenden Szene bzw. Segmente der Mehrfachabbildung der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung erzeugt werden.

Durch Einstellung der Polarisation mit dem Polarisationsumschalter lenkt das Bragg- Polarisationsgitter Licht entweder in die nullte Beugungsordnung oder in eine erste Beugungsordnung. Auf diese Weise können mit einen einzelnen Bragg-Polarisationsgitter und einem einzelnen Polarisationsumschalter beispielsweise entweder in vertikaler Richtung oder in horizontaler Richtung jeweils zwei Kacheln bzw. Segmente der Mehrfachabbildung der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung erzeugt werden.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass wenigstens zwei Bragg-Polarisationsgitter vorgesehen sind, die jeweils eine Gitterstruktur mit Gitterebenen aufweisen, wobei die zwei Bragg-Polarisationsgitter derart zueinander angeordnet sind, dass deren Gitterebenen einen definierten Winkel zueinander bilden. Zusätzlich können sich die Gitterperioden der wenigstens zwei Bragg-Polarisationsgitter voneinander unterscheiden. Mit anderen Worten, die wenigstens zwei Bragg-Polarisationsgitter können unterschiedliche Gitterperioden aufweisen.

Das bedeutet, je ein Bragg-Polarisationsgitter ist mit je einem Polarisationsumschalter gekoppelt. Die Gitterebenen der Gitterstrukturen der Bragg-Polarisationsgitter. weisen einen Winkel zueinander auf, das heißt, sie sind beispielsweise parallel zueinander oder spiegelverkehrt oder auch um 90° zueinander gedreht angeordnet, wobei auch andere Winkel möglich sind. Durch Kombination von zwei Bragg-Polarisationsgittern, die einen 90 Grad Winkel zueinander aufweisen, können beispielsweise in vertikaler Richtung oder auch in horizontaler Richtung jeweils zwei Kacheln bzw. Segmente der Mehrfachabbildung der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung erzeugt werden, somit insgesamt vier Kacheln oder Segmente, da das Licht von jedem der beiden Bragg-Polarisationsgitter wahlweise in die nullte Beugungsordnung und in eine erste Beugungsordnungen ablenkbar ist Daher sind insgesamt vier Kombinationen möglich (0 horizontal/ 0 vertikal, 0 horizontal/ 1 vertikal, 1 horizontal/0 vertikal oder 1 horizontal/1 vertikal). Die Erzeugung der Kacheln bzw. Segmente der Mehrfachabbildung der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung kann sequentiell erfolgen. Zwei Bragg-Polarisationsgitter, die spiegelverkehrt angeordnet sind, können zum Beispiel drei Kacheln oder Segmente einer Mehrfachabbildung der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung in horizontaler Richtung oder in vertikaler Richtung erzeugen. Durch Bragg-Polarisationsgitter mit unterschiedlicher Gitterperiode können auch unterschiedliche Ablenkwinkel in der gleichen Richtung erzeugt werden und damit zum Beispiel die Anzahl von Kacheln bzw. Segmenten in horizontaler Richtung oder in vertikaler Richtung vergrößert werden.

Die erzeugten Segmente der Mehrfachabbildung der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung können im Wesentlichen lückenlos einander angrenzend angeordnet sein. Vorzugsweise können sich die erzeugten Segmente der Mehrfachabbildung der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung gegenseitig teilweise überlagern bzw. überlappen. Bereiche der Überlagerungen können bei der Kodierung von Informationen der zu erzeugenden Szene in die räumliche Lichtmodulationseinrichtung berücksichtigbar sein.

Das wenigstens eine Bragg-Polarisationsgitter in Verbindung mit wenigstens einem Polarisationsumschalter und wenigstens einem optischen System kann zur Erzeugung der aus Segmenten aufgebauten Mehrfachabbildung der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung vorgesehen sein.

Ferner kann das wenigstens eine Bragg-Polarisationsgitter in Verbindung mit dem wenigstens einen optischen System zur Grobnachführung des virtuellen Betrachterbereichs in x-Richtung, y-Richtung (laterale Richtungen) und/oder z-Richtung (axiale Richtung der Anzeigevorrichtung) vorgesehen sein.

Der Einsatz für eine Grobnachführung bzw. Grobtracking eines virtuellen Betrachterbereichs ist auch möglich unabhängig von der aus Segmenten aufgebauten Mehrfachabbildung der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung - daher auch zum Beispiel in Anzeigeeinrichtungen, die eine einfache Abbildung oder gar keine Abbildung der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung durchführen, somit in sogenannten Direktsicht-Displays.

Insbesondere für eine Grobnachführung bzw. Grobtracking des virtuellen Betrachterbereichs können Bragg-Polarisationsgitter vorgesehen sein. Hierbei kann die Grobnachführung nicht nur in lateraler Richtung erfolgen, sondern auch in z-Richtung bzw. in axialer Richtung vom Betrachter weg bzw. zum Betrachter hin. Das Feintracking bzw. die Feinnachführung des virtuellen Betrachterbereichs kann in bekannter Weise mittels Flüssigkristallgittern (LCG - liquid crystal grating) erfolgen. Die Flüssigkristallgitter können mit den Bragg-Polarisationsgittern kombiniert werden, um den begrenzten Ablenkwinkel der Flüssigkristallgitter zu erweitern. Auf diese Weise kann der für die Nachführung des virtuellen Betrachterbereichs durch die Kombination von Flüssigkristallgittern und Bragg-Polarisationsgittern erforderliche Winkel wesentlich vergrößert, z.B. nahezu verdoppelt, werden.

In einer Ausführungsform kann das wenigstens eine optische System wenigstens zwei herkömmliche Volumengitter, zum Beispiel auf Basis von Photopolymeren, aufweisen, die eine unterschiedliche jeweils schmale Winkelselektivität aufweisen und die als Feldlinsen mit unterschiedlichem lateralen Fokuspunkt oder unterschiedlicher Brennweite ausgebildet sind. Mittels des wenigstens einen Polarisationsumschalters wird die Polarisation des Lichts so eingestellt, dass das wenigstens eine Bragg-Polarisationsgitter Licht entweder in die nullte Beugungsordnung oder in eine erste Beugungsordnung lenkt. Die Einfallswinkel der Volumengitter sind so eingestellt, dass ein Volumengitter mit hoher Beugungseffizienz Licht aus der nullten Beugungsordnung des wenigstens einen Bragg-Polarisationsgitters fokussiert und das zweite oder weitere Volumengitter Licht aus der ersten Beugungsordnung jeweils eines Bragg-Polarisationsgitters mit hoher Beugungseffizienz fokussiert.

Ferner kann in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass wenigstens ein Linsenelement vorgesehen ist, das als Bragg-Polarisationsgitter ausgebildet ist und mit einem Polarisationsumschalter gekoppelt ist.

Das wenigstens eine Linsenelement als Bragg-Polarisationsgitter kann beispielsweise eine Gitterstruktur mit unterschiedlichen lokalen Gitterperioden aufweisen.

Ein in der Anzeigevorrichtung vorgesehenes Bragg-Polarisationsgitter könnte somit auch selbst als Linsenelement bzw. als fokussierendes Element ausgebildet sein. Das Bragg- Polarisationsgitter weist daher eine lokale Gitterperiode auf, die von der Position auf dem Bragg-Polarisationsgitter abhängt und einer Linsenfunktion entspricht. Da das Bragg- Polarisationsgitter entweder in die nullte Beugungsordnung oder in die erste Beugungsordnung ablenkt, wäre beispielsweise im Falle der nullten Beugungsordnung die Linsenfunktion des Bragg-Polarisationsgitters ausgeschaltet, im anderen Fall der ersten Beugungsordnung wäre dann die Linsenfunktion des Bragg-Polarisationsgitters eingeschaltet.

Bevorzugterweise kann das wenigstens eine Linsenelement als Feldlinse zur Nachführung des virtuellen Betrachterbereichs in z-Richtung vorgesehen sein.

Auch kann wenigstens ein steuerbares Bragg-Polarisationsgitter als schaltbares bzw. steuerbares Element in einer Anzeigevorrichtung in Kombination mit Elementen für eine Grobnachführung eines virtuellen Betrachterbereichs verwendet werden, wobei die Elemente zur Grobnachführung auch Linsenfunktionen aufweisen bzw. enthalten können. Beispielsweise können diese Elemente zur Grobnachführung als wenigstens zwei Volumengitter, zum Beispiel auf Basis von Photopolymeren, ausgebildet sein, die eine schmale Winkelselektivität aufweisen und die als Feldlinsen mit unterschiedlichem lateralen Fokuspunkt oder unterschiedlicher Brennweite ausgebildet sind.

Mittels des wenigstens einen Polarisationsumschalters wird die Polarisation so eingestellt, dass das wenigstens eine Bragg-Polarisationsgitter Licht entweder in die nullte Beugungsordnung oder in eine erste Beugungsordnung lenkt. In einem derartigen Fall würde das wenigstens eine Bragg-Polarisationsgitter selbst wie ein Prisma wirken, das auftreffendes Licht je nach Schaltzustand des mit ihm gekoppelten Polarisationsumschalters in zwei verschiedene Winkel ablenkt, wobei diese Ablenkwinkel an die Winkelakzeptanz wenigstens zweier im Strahlengang nachfolgender unterschiedlicher Volumengitter angepasst sind, so dass entweder das eine Volumengitter oder das andere Volumengitter adressiert wird. Bei Verwendung von wenigstens zwei Bragg-Polarisationsgittern können diese wiederum derart zueinander angeordnet sein, dass deren Gitterebenen einen definierten Winkel zueinander bilden und/oder sie können unterschiedliche Gitterperioden aufweisen. Ein Bragg-Polarisationsgitter kann beispielsweise in einer Richtung +45° und ein zweites Bragg-Polarisationsgitter um -45° zur Horizontalen Licht um einen Winkel von jeweils 30° ablenken, wobei zwei Volumengitter-Feldlinsen derart ausgebildet sein können, dass eine Volumengitter-Feldlinse davon Licht, welches unter der +45° Richtung, und die andere Volumengitter-Feldlinse Licht, welches unter -45° Richtung, unter einem Winkel von 30° einfällt, mit hoher Beugungseffizienz fokussiert.

Für eine farbige Darstellung einer Szene kann auch vorteilhaft davon Gebrauch gemacht werden, dass ein Bragg-Polarisationsgitter Licht verschiedener Wellenlängen innerhalb des sichtbaren Bereiches mit hoher Beugungseffizienz aber unter unterschiedlichen Winkeln ablenkt. Volumengitter-Feldlinsen auf Basis von Photopolymeren weisen demgegenüber eine schmale Winkel- und Wellenlängenselektivität auf. Für ein Dreier-Paar von RBG-Volumengitter- Feldlinsen mit dem gleichen Fokuspunkt können somit die Lichteinfallswinkel, bei denen die Linsen mit hoher Beugungseffizienz ablenken, so ausgelegt sein, dass sie zu der Dispersion des Bragg-Polarisationsgitters passen. Beispielsweise lenkt ein Bragg-Polarisationsgitter in der ersten Beugungsordnung blaues Licht um 35°, grünes Licht um 40,5° und rotes Licht um 48,7° ab. Drei Volumengitter-Feldlinsen mit gleichen Fokuspunkten sind dann so ausgelegt, dass die blaue Volumengitter-Feldlinse um 35° schräg einfallendes Licht, die grüne Volumengitter- Feldlinse um 40,5° einfallendes Licht und die rote Volumengitter-Feldlinse um 48,7° schräg einfallendes Licht mit hoher Beugungseffizienz ablenken.

Wiederum können beispielsweise wenigstens zwei Bragg-Polarisationsgitter verwendet werden. Diese sind derart zueinander angeordnet, dass deren Gitterebenen einen definierten Winkel zueinander bilden und/oder sie können unterschiedliche Gitterperioden aufweisen. Jedem Bragg-Polarisationsgitter kann jeweils ein Dreier-Paar von RGB-Volumengitter-Feldlinsen zugeordnet sein, wobei die unterschiedlichen Dreier-Paare unterschiedliche laterale Fokuspunkte oder unterschiedliche Brennweiten aufweisen. Ist hingegen das Bragg-Polarisationsgitter selbst als Feldlinse ausgebildet, so können zur Korrektur der Dispersion wiederum Kompensationsgitterelemente vorgesehen sein. Alternativ kann jeweils ein separates Bragg-Polarisationsgitter für rotes, grünes oder blaues Licht vorgesehen sein, so dass zum Beispiel bei Verwendung mit blauem Licht das hierfür vorgesehene Bragg-Polarisationsgitter in der ersten Beugungsordnung betrieben wird und die für rotes und grünes Licht vorgesehenen Bragg-Polarisationsgitter in der nullten Beugungsordnung betrieben werden.

Somit kann in einer erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung eine Feldlinse oder ein Stapel aus Feldlinsen für eine farbige Darstellung (RGB - drei Feldlinsen) einer vorzugsweise dreidimensionalen Szene, die/der zu einer Grobnachführung und/oder zu einer Nachführung des virtuellen Betrachterbereichs in z-Richtung, somit in axialer Richtung der Anzeigevorrichtung, vorgesehen ist, auch selbst als steuerbares Bragg-Polarisationsgitter oder als Stapel aus wenigstens zwei steuerbaren Bragg-Polarisationsgittern ausgebildet sein, von denen jeweils ein Bragg-Polarisationsgitter wahlweise in der ersten Beugungsordnung oder der nullten Beugungsordnung betrieben wird. Die Schaltung für das jeweilige Bragg- Polarisationsgitter in die geforderte Polarisation des Lichts erfolgt über die mit ihnen gekoppelten Polarisationsumschalter.

Selbstverständlich können steuerbare Bragg-Polarisationsgitter auch zur Grobnachführung des virtuellen Betrachterbereichs in lateraler Richtung, d.h. in x-Richtung und/oder in y-Richtung bzw. in horizontaler und/oder vertikaler Richtung eingesetzt werden. Zur Feinnachführung des virtuellen Betrachterbereichs können weiterhin beispielsweise Flüssigkristallgitter (LCG - liquid crystal grating) verwendet werden. Somit können Flüssigkristallgitter, die einen begrenzten Lichtablenkwinkel aufweisen, mit steuerbaren Bragg-Polarisationsgittern kombiniert werden, um den Lichtablenkwinkel zu vergrößern.

Mögliche Anwendungen für steuerbare Bragg-Polarisationsgitter als Ablenkelemente in Kombination mit winkelselektiven Elementen oder selbst als Linsenelemente für eine Grobnachführung eines virtuellen Betrachterbereichs werden nachfolgend erläutert.

Beispielsweise können steuerbare Bragg-Polarisationsgitter in einem Head-Up-Display, das das Umschalten zwischen einer oder mehreren festen Tiefenebenen erlaubt, eingesetzt werden.

In einem Fortbewegungsmittel, beispielsweise einem Kraftfahrzeug, ist es unter Umständen erforderlich, sowohl Objekte anzuzeigen, die sehr weit vom Fahrer bzw. Bediener des Fortbewegungsmittels entfernt sind, beispielsweise Verkehrszeichen und Warnhinweise auf der Straße, als auch Objekte, die sich sehr nah beim Fahrer befinden, zum Beispiel Bedienelemente des Fortbewegungsmittels.

Ein Head-Up-Display (HUD) kann zum Beispiel als optisches Element ein Volumengitter aufweisen, das als Linsenelement mit einer bestimmten Brennweite ausgebildet ist und ein Bild in einer festen Entfernung erzeugt. Das HUD könnte jedoch auch einen Stapel aus mehreren Volumengittern, beispielsweise zwei Volumengitter, aufweisen, die unterschiedliche Brennweiten aufweisen. Durch das Vorsehen wenigstens eines steuerbaren Bragg- Polarisationsgitters im HUD könnte aufgrund der Winkelselektivität der Volumengitter je nach Verwendung der nullten Beugungsordnung oder der ersten Beugungsordnung des wenigstens einen steuerbaren Bragg-Polarisationsgitters eines der Volumengitter ausgewählt und Licht entsprechend auf dieses ausgewählte Volumengitter gerichtet werden. Zum Beispiel könnte zwischen einem Bild einer räumlichen Lichtmodulationseinrichtung bei einem Abstand von 70 cm vom Fahrer oder einem Bild in einem Abstand von 5 m vom Fahrer umgeschaltet werden. Eine derartige Umschaltung zwischen verschiedenen Abständen eines Bildes zum Fahrer ist für eine stereoskopische HUD-Anzeigevorrichtung einsetzbar. Auch für eine holographische HUD- Anzeigevorrichtung mit einem virtuellen Betrachterfenster, die es erlaubt, eine dreidimensionale Szene holographisch darzustellen, kann eine derartige Umschaltung zwischen verschiedenen Abständen eines Bildes zum Fahrer vorteilhaft sein, da die Tiefenebene des Bildes der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung Einfluss auf die Größe der zur Rekonstruktion einer Szene verwendeten Subhologramme und damit auf den Rechenaufwand zur Bestimmung eines in die räumliche Lichtmodulationseinrichtung zu kodierenden Hologramms hat. Somit kann eine weit entfernt liegende dreidimensionale Szene auf einfachere Weise mit einem weit entfernt vorliegenden Bild der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung berechnet werden und eine nah beim Fahrer vorliegende dreidimensionale Szene leichter mit einem nahen Bild der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung.

Wie auch bei der Verwendung von Volumengitter-Feldlinsen zur Grobnachführung eines virtuellen Betrachterbereichs kann wiederum ein Dreier-Paar von RGB-Volumengitter-Linsen durch ein einzelnes Bragg-Polarisationsgitter adressiert werden, wenn die Lichteinfallswinkel der Volumengitter-Linsen an die Dispersion des Bragg-Polarisationsgitters angepasst sind. Somit kann zum Beispiel ein Dreier-Paar von RGB-Volumengitter-Linsen ein Bild einer räumlichen Lichtmodulationseinrichtung bei einem Abstand von ca. 70 cm vom Fahrer oder Betrachter erzeugen und ein anderes Dreier-Paar ein Bild einer räumlichen Lichtmodulationseinrichtung bei einem Abstand von 5 Meter vom Fahrer oder Betrachter, wobei mittels wenigstens eines steuerbaren Bragg-Polarisationsgitters zwischen beiden Dreier-Paaren umgeschaltet werden kann.

Alternativ zur Verwendung der Kombination von wenigstens einem steuerbaren Bragg- Polarisationsgitter mit wenigstens einem winkelselektiven Gitterelement kann wiederum wenigstens ein steuerbares Bragg-Polarisationsgitter selbst eine Linsenfunktion((en) mit unterschiedlicher Brennweite aufweisen. Auch hier können Kompensationsgitterelemente zur Korrektur der Dispersion des Bragg-Polarisationsgitters oder separate steuerbare Bragg- Polarisationsgitter für jeweils eine Wellenlänge vorgesehen sein. Zudem können steuerbare Bragg-Polarisationsgitter in einem stereoskopischen Head-Mounted- Display (HMD) zum Schalten zwischen wenigstens zwei Tiefenebenen für ein Objekt eingesetzt werden. Auch für ein stereoskopisches HMD können schaltbare optische Elemente vorgesehen sein, um die Tiefenebene der dargestellten Objekte zu verschieben.

Ein derartiges multi-fokales HMD kann eine Einrichtung zur Blickverfolgung (gaze tracking) aufweisen. Damit kann detektiert werden, welches Objekt einer dargestellten dreidimensionalen Szene ein Betrachter bewusst ansieht bzw. in diesem Moment anfokussiert. Wenn beispielsweise aus einem dreidimensionalen Modell der Szene die Tiefenposition dieses anfokussierten Objekts bestimmbar ist, kann die Tiefenposition eines Bildes einer räumlichen Lichtmodulationseinrichtung derart aus mehreren möglichen Tiefenpositionen ausgewählt werden, dass diese Tiefenposition möglichst nahe bei der Tiefenposition des Objekts liegt. Die Auswahl aus mehreren möglichen Tiefenpositionen kann dabei mit wenigstens einem steuerbaren Bragg-Polarisationsgitter erfolgen. Dieses wenigstens eine steuerbare Bragg- Polarisationsgitter adressiert dann im HMD vorgesehene Volumengitter mit unterschiedlichen Linsenfunktionen und mit einer jeweiligen Winkelselektivität.

Wiederum kann dabei ein Dreier-Paar von RGB-Volumengittern jeweils auf die Dispersion des Bragg-Polarisationsgitters angepasst sein.

Alternativ kann diese Vorgehensweise auch mit wenigstens zwei steuerbaren Bragg- Polarisationsgittern erfolgen, die selbst unterschiedliche Linsenfunktionen aufweisen.

Wiederum können hierbei Kompensationsgitterelemente zur Korrektur der Dispersion vorgesehen sein oder separat ansteuerbare Bragg-Polarisationsgitter für jeweils eine Farbe. Auch bei der Einstellung der Tiefenebene kann in einem varifokalen HMD beispielsweise eine Grob-Einstellung der Tiefenposition durch ein Bragg-Polarisationsgitter kombiniert werden mit einer Feineinstellung der Tiefenposition durch ein anderes variables Fokuselement, zum Beispiel wenigstens ein Flüssigkristallgitter (LCG).

Beispielsweise kann ein derartiges stereoskopisches HMD einen Lichtleiter aufweisen. Vor der Einkopplung des Lichts in den Lichtleiter wird eine räumliche Lichtmodulationseinrichtung ins Unendliche abgebildet. Im Lichtauskopplungsbereich des Lichtleiters sind mehrere Volumengitter vorgesehen, die Linsenfunktionen mit unterschiedlichen Brennweiten aufweisen. Durch Vorsehen eines steuerbaren Bragg-Polarisationsgitters, das beispielsweise ebenfalls im Lichtauskopplungsbereich des Lichtleiters vorgesehen ist, wird eines dieser Volumengitter adressiert. Es ist auch möglich, dass im Lichtauskopplungsbereich des Lichtleiters mehrere steuerbare Bragg-Polarisationsgitter mit unterschiedlichen Linsenfunktionen vorgesehen bzw. angeordnet sind. Die Adressierung oder Verwendung von Gittern mit unterschiedlichen Linsenfunktionen führt zu einer Abbildung der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung in unterschiedliche Entfernungen vom Betrachter oder auch in unterschiedliche laterale Positionen, um durch eine Mehrfachabbildung der räumlichen Lichtmodulationseinrichtung nach der Auskopplung aus dem Lichtleiter das Sichtfeld zu vergrößern.

Es können wieder Maßnahmen zur Korrektur der Dispersion vorgenommen werden, wie sie auch in anderen Ausgestaltungen der Erfindung beschrieben werden.

Die Verwendung von steuerbaren Bragg-Polarisationsgittern soll jedoch nicht auf HMD- Anzeigevorrichtungen mit Lichtleitern beschränkt sein, sondern steuerbare Bragg- Polarisationsgitter sind auch in anderen Anzeigevorrichtungen einsetzbar.

Zudem soll auch in einem HMD die Einsetzbarkeit nicht auf stereoskopische HMDs beschränkt sein, so dass sie auch in anderen dreidimensionalen Displays, wie beispielsweise holographische HMDs oder Anzeigevorrichtungen, einsetzbar sind.

Ein Schalten zwischen zwei oder mehreren Tiefenebenen in einem HMD oder einem HUD oder auch in einer anderen dreidimensionalen Anzeigevorrichtung kann insbesondere auch für Hologramme vorteilhaft sein, die mittels Einzelparallaxe (single parallax) in eine räumliche Lichtmodulationseinrichtung kodiert werden. Aufgrund der Einzelparallaxe-Kodierung von Hologrammen ist der Tiefenbereich, in dem eine hochaufgelöste Darstellung der dreidimensionalen Szene möglich ist, jedoch eingeschränkt. Durch Schalten zwischen verschiedenen Tiefenebenen des dreidimensionalen Bildes kann dieser Tiefenbereich vorteilhaft erweitert werden.

Die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung kann als holographische Anzeigevorrichtung oder als stereoskopische Anzeigevorrichtung ausgebildet sein.

Insbesondere kann die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung als Direktsicht-Display, als Head- Up-Display oder als Head-Mounted-Display ausgebildet sein. Zwei derartige erfindungsgemäße Anzeigevorrichtungen können ein Head-Mounted-Display bilden, wobei jeweils einem linken Auge eines Betrachters und einem rechten Auge des Betrachters eine derartige Anzeigevorrichtung zugeordnet ist.

Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und/oder die 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, soll jedoch nicht auf diese beschränkt sein.

Die Figuren zeigen: Fig. 1 : in einer schematischen Darstellung die molekulare Struktur eines Bragg-

Polarisationsgitters;

Fig. 2: in einer schematischen Darstellung das Verhalten eines Bragg-Polarisationsgitters bei unterschiedlichen Polarisationszuständen;

Fig. 3: eine prinzipmäßige Darstellung eines erfindungsgemäßen optischen Aufbaus zur

Lichtablenkung;

Fig. 4: eine prinzipmäßige Darstellung eines Lichtleiters und eines Bragg-

Polarisationsgitters zur Auskopplung des Lichts;

Fig. 5: eine prinzipmäßige Darstellung eines erfindungsgemäßen optisches Aufbaus für eine farbige Erzeugung einer Information in Verbindung mit einer Dispersionskorrektur;

Fig. 6: in einer schematischen Darstellung eine erfindungsgemäße Beleuchtung einer räumlichen Lichtmodulationseinrichtung;

Fig. 7: in einer schematischen Darstellung eine erfindungsgemäße Möglichkeit für eine

Grobnachführung eines virtuellen Betrachterbereichs;

Fig. 8: eine prinzipmäßige Darstellung eines erfindungsgemäßen Head-Up-Displays mit einem steuerbaren Bragg-Polarisationsgitter, in Seitenansicht;

Fig. 9: eine prinzipmäßige Darstellung eines erfindungsgemäßen alternativen Head-Up-

Displays mit einem steuerbaren Bragg-Polarisationsgitter, in Seitenansicht;

Fig. 10: eine prinzipmäßige Darstellung eines erfindungsgemäßen Head-Mounted-

Displays mit einem steuerbaren Bragg-Polarisationsgitter, in Seitenansicht;

Fig. 11 : eine prinzipmäßige Darstellung eines erfindungsgemäßen alternativen Head-

Mounted-Displays, in Draufsicht;

Fig. 12: eine prinzipmäßige Darstellung einer Auskopplung von Licht aus einem Lichtleiter bei der Erzeugung von mehreren Segmenten einer Mehrfachabbildung eines SLM; Fig. 13: prinzipmäßig die Überlagerung der einzelnen Segmente nach Fig. 12;

Fig. 14: in einer prinzipmäßigen Darstellung eine erfindungsgemäße Möglichkeit der

Einkopplung von Licht in einen Lichtleiter:

Fig. 15: in den Darstellungen a) und b) prinzipmäßig ein Head-Up-Display, das zwischen mehreren Tiefenebenen eines dargestellten Objekts umschaltbar ist;

Fig. 16: in den Darstellungen a) und b) prinzipmäßig ein Head-Mounted-Display, das zwischen mehreren Tiefenebenen eines dargestellten Objekts umschaltbar ist; und

Fig. 17: in einer Draufsicht eine Einrichtung zur Grob- und Feinnachführung eines virtuellen Betrachterbereichs.

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

In vielen optischen Anwendungen, insbesondere auf dem Gebiet der Anzeigevorrichtungen bzw. Displays zur Darstellung von insbesondere dreidimensionalen Objekten oder Szenen, wird ein senkrechter Lichteinfall auf optische Elemente gefordert. Zudem werden bei Beugungsgittern gleichzeitig hohe Beugungseffizienzen und eine effiziente Ablenkung des auftreffenden Lichts verlangt. Wie sich gezeigt hat, bieten Bragg-Polarisationsgitter eine hohe Beugungseffizienz bei einem senkrechten Lichteinfall. Hierbei sind schon verschiedene Konzepte zur Erzeugung derartiger Bragg-Polarisationsgitter bekannt. Beispielsweise basiert ein Verfahren zur Herstellung eines Gitters auf reaktiven Mesogenen, die mit einer photostrukturierten Orientierungsschicht (PAL) kombiniert werden, wobei die Ringe bzw. Gitterebenen senkrecht zum Substrat des Gitters orientiert sind. Hierbei verbleibt die Orientierung des Flüssigkristall-Direktors immer in der Ebene parallel zum Substrat. Dies führt jedoch zur Verringerung der lokalen Doppelbrechung des Gitters bei großen Neigungswinkeln OB-

Das nun hier zur Anwendung kommende Bragg-Polarisationsgitter basiert jedoch auf einem anderen Herstellungsverfahren. Hierbei wird das Bragg-Polarisationsgitter mittels Bulk- Photoalignment erzeugt. Diese Vorgehensweise gewährleistet, dass eine Unabhängigkeit der molekularen Orientierung von einer strukturierten Fläche der Orientierungsschicht vorliegt. Zudem erlaubt sie die Bildung von schrägen Gitterringen bzw. Gitterebenen auf einfache und natürliche Weise, wie in Fig. 1 dargestellt ist. Die Einbelichtung des Gitters erfolgt bei schrägem Lichteinfall, so dass eine komplexe dreidimensionale Orientierung des Flüssigkristall-Polymers induziert wird. Die Bezeichnung AB soll die Gitterperiode des auf diese Weise erzeugten Bragg- Polarisationsgitters darstellen. Vor der holographischen Belichtung wird das Material für das Bragg-Polarisationsgitter in einen definierten Winkel f gedreht, so dass das Material mit einem schrägen Interferenzmuster belichtet wird. Der Flüssigkristall-Direktor liegt jedoch hier in der Ebene senkrecht zu den Ringen bzw. Gitterebenen, wie in Fig. 1 zu erkennen ist. Dadurch hängt die lokale Doppelbrechung nicht von der Neigung der Ringe ab. Dieser Vorteil soll sich hier bei verschiedenen Anwendungen in einer Anzeigevorrichtung bzw. einem Display zu Nutze gemacht werden.

Auf diese Weise werden Bragg-Polarisationsgitter erzeugt, die eine hohe Beugungseffizienz von ca. 98%, somit nahe 100%, besitzen und dies bei einem senkrechten Lichteinfall auf das Bragg- Polarisationsgitter in Betrieb.

In Fig. 2 ist in einer schematischen Darstellung das Verhalten eines derartigen Bragg- Polarisationsgitters bei unterschiedlichen Polarisationszuständen bei senkrechtem Lichteinfall dargestellt. In der Darstellung a) ist ein Bragg-Polarisationsgitter BP dargestellt, das mit rechtszirkular polarisiertem Licht CR beleuchtet wird. Das Bragg-Polarisationsgitter BP beugt daraufhin das auftreffende Licht in die -1. Beugungsordnung (-1. BO). Bei der Beugung des rechtszirkular polarisierten Lichts durch das Bragg-Polarisationsgitters BP wird dieses Licht in linkszirkular polarisiertes Licht CL umgewandelt. In dieser -1. Beugungsordnung wird eine Beugungseffizienz von ca. 98% erreicht, so dass fast 100% des Lichts in diese Beugungsordnung abgelenkt werden und nahezu kein Lichtverlust vorliegt. Das bedeutet, dass in die nullte Beugungsordnung wie in die +1. Beugungsordnung kein bzw. nahezu kein Licht abgelenkt bzw. gebeugt wird.

In der Darstellung b) der Fig. 2 ist der Fall gezeigt, bei dem linkszirkular polarisiertes Licht CL unter senkrechten Lichteinfall auf das Bragg-Polarisationsgitter BP auftrifft. Dieses polarisierte Licht wird ohne Beugung vom Bragg-Polarisationsgitter BP durchgelassen und somit in die nullte Beugungsordnung (0. BO) gerichtet. Dabei ändert sich der Polarisationszustand des Lichts beim Durchtritt durch das Bragg-Polarisationsgitter nicht. Das bedeutet, dass auch nach dem Passieren des Bragg-Polarisationsgitters BP noch linkszirkular polarisiertes Licht vorliegt.

In der Darstellung c) der Fig. 2 trifft hingegen linear polarisiertes Licht LP auf das Bragg- Polarisationsgitter BP. Hierbei wird das Licht zu ungefähr fast gleichen Teilen in die -1. Beugungsordnung (-1. BO) und in die nullte Beugungsordnung (0. BO) gebeugt. Somit verteilt sich die Beugungseffizienz auf diese beiden Beugungsordnungen.

Allgemein gesehen, Bragg-Polarisationsgitter besitzen somit die Eigenschaft, dass sie Licht mit einem zirkularen Polarisationszustand in eine erste Beugungsordnung ablenken und Licht mit einem anderen zirkularen Polarisationszustand in die nullte Beugungsordnung lenken. Das bedeutet, dass es nicht immer zwingend das rechtszirkular polarisierte Licht sein muss, das in eine erste Beugungsordnung gelenkt wird und das linkszirkular polarisierte Licht in die nullte Beugungsordnung gelenkt wird, wie in Fig. 2 erläutert ist. Sondern, je nach Konfiguration des Bragg-Polarisationsgitters kann es auch umgekehrt sein.

Die hier verwendeten Bragg-Polarisationsgitter weisen aufgrund ihrer geringen Dicke von ca. 0,7 pm bis ca. 2 pm, meist ca. 1 ,2 pm bis ca. 1 ,8 pm, vorzugsweise von ca. 1 ,5 pm, eine breite spektrale Akzeptanz und eine große Winkelakzeptanz auf. Somit liegt im grünen, wie auch im roten und blauen Wellenlängenbereich eine hohe Beugungseffizienz des Bragg- Polarisationsgitters vor, die jeweils bei über 90% liegt. Daher kann das Bragg-Polarisationsgitter im gesamten sichtbaren Spektralbereich eingesetzt werden, d.h. bei Wellenlängen l von um die 400 nm bis um die 700 nm.

Die Winkelakzeptanz (FWHM - Full Width at Half Maximum) des Bragg-Polarisationsgitters liegt typischerweise ungefähr bei 35° (also ±17,5°). Dies ist wesentlich höher als die Winkelakzeptanz eines Volumengitters auf Basis von Photopolymer, die eher im niedrigen einstelligen Gradbereich liegt, d.h. < ±5° ist.

Wie in den folgenden Figuren 3 bis 5 gezeigt, kann somit ein derartiges Bragg-Polarisationsgitter zur effizienten Ablenkung von Licht eingesetzt werden, wobei große Ablenkwinkel von mehr als 50° erreicht werden können. Diese Figuren zeigen Grundanwendungen eines Bragg- Polarisationsgitters, wobei die Figuren 6 bis 16 spezielle Ausführungsbeispiele für den Einsatz von Bragg-Polarisationsgittern darstellen.

In Fig. 3 ist eine prinzipmäßige Darstellung eines erfindungsgemäßen optischen Aufbaus zur Lichtablenkung dargestellt. Dieser optische Aufbau weist ein erstes Bragg-Polarisationsgitter BP1 und ein zweites Bragg-Polarisationsgitter BP2 auf. Zudem sind ein erster Polarisationsumschalter PS1 , der dem ersten Bragg-Polarisationsgitter BP1 zugeordnet ist, und ein zweiter Polarisationsumschalter PS2, der dem zweiten Bragg-Polarisationsgitter BP2 zugeordnet ist, vorgesehen. Jeweils ein Bragg-Polarisationsgitter und ein Polarisationsumschalter bilden ein steuerbares Bragg-Polarisationsgitter. Das erste Bragg- Polarisationsgitter BP1 weist eine Gitterstruktur mit Gitterebenen 3 auf, wobei die Gitterebenen 3 schräg im Gitter angeordnet sind bzw. in eine definierte Richtung gekippt sind. Hier sind diese Gitterebenen 3 nach links gekippt. Das zweite Bragg-Polarisationsgitter BP2 weist ebenfalls eine Gitterstruktur mit Gitterebenen 4 auf, wobei auch diese Gitterebenen 4 schräg angeordnet bzw. in eine definierte Richtung gekippt sind. Allerdings sind diese Gitterebenen 4 spiegelverkehrt zu bzw. unter einem Winkel zu den Gitterebenen 3 des ersten Bragg- Polarisationsgitters BP1 angeordnet. Die Richtung, in die die Gitterebenen geneigt sind und der Drehsinn des Gitters (ob die Flüssigkristall-Moleküle im Gitter innerhalb einer Gitterperiode mit oder gegen den Uhrzeigersinn drehen), entscheiden darüber, in welche Richtung das Bragg- Polarisationsgitter im Fall der ersten Beugungsordnung ablenkt und für welchen Polarisationszustand das Bragg-Polarisationsgitter in die erste Beugungsordnung lenkt. Trifft nun polarisiertes Licht auf diesen Stapel von Bragg-Polarisationsgittern BP1 , BP2 in Verbindung mit Polarisationsumschaltern PS1 , PS2, wird dieses Licht entsprechend der gegebenen Polarisation entweder von den einzelnen Bragg-Polarisationsgittern jeweils in die nullte Beugungsordnung oder in eine erste Beugungsordnung gebeugt bzw. abgelenkt. Trifft nun, wie ersichtlich, linear polarisiertes Licht auf den ersten Polarisationsumschalter PS1 , der so geschaltet ist, dass dieser das Licht in rechtszirkular polarisiertes Licht umwandelt, wird dieses Licht vom ersten Bragg-Polarisationsgitter BP1 in linkszirkular polarisiertes Licht umgewandelt und in die -1. Beugungsordnung gebeugt. Dieses Licht durchläuft dann ohne Ablenkung den zweiten Polarisationsumschalter PS2, der in einem AUS-Zustand ist, und das zweite Bragg- Polarisationsgitter BP2. Es kann auch bereits rechtszirkular polarisiertes Licht auf den ersten Polarisationsumschalter PS1 auftreffen, wobei dann dieser sich jedoch in einem AUS-Zustand befinden sollte, so dass keine Änderung der Polarisation zustande kommt. Ist keine Ablenkung des Lichts gefordert, so können beide Polarisationsumschalter PS1 und PS2 sich in einem AUS-Zustand befinden, wobei linkszirkular polarisiertes Licht auf den ersten Polarisationsumschalter PS1 auftreffen sollte, so dass das Licht durch den Gitterstapel ohne Ablenkung in die nullte Beugungsordnung gerichtet wird. Ist jedoch eine Ablenkung des Lichts in die +1. Beugungsordnung gewollt, dann kann sich der Polarisationsumschalter PS1 in einem AUS-Zustand befinden, wobei zugleich linkszirkular polarisiertes Licht auf diesen auftreffen sollte, so dass dieses unabgelenkt durch das erste Bragg-Polarisationsgitter BP1 hindurchtreten kann. Der zweite Polarisationsumschalter PS2 ist dann in einem AN-Zustand, so dass das darauf auftreffende Licht von linkszirkular in rechtszirkular polarisiertes Licht umgewandelt wird und vom zweiten Bragg-Polarisationsgitter BP2 in die +1. Beugungsordnung nahezu ohne Lichtverlust gebeugt wird. Auf diese Weise kann das Licht in drei verschiedene Richtungen gerichtet werden. Ein Schalten zwischen verschiedenen Ablenkrichtungen ist somit mittels eines steuerbaren Bragg-Polarisationsgitterstapels möglich.

In Fig. 4 ist ein Abschnitt eines optischen Aufbaus aus einem Lichtleiter LG und einem Bragg- Polarisationsgitter BP dargestellt. Das Bragg-Polarisationsgitter BP dient hier zur Auskopplung des im Lichtleiter LG propagierenden Lichts. Bisher ist bekannt, zur Auskopplung von Licht aus einem Lichtleiter beispielsweise Volumengitter zu verwenden, die für einen definierten Austreffwinkel des Lichts ausgelegt sind. Nun können auch Bragg-Polarisationsgitter zur Auskopplung des Lichts verwendet werden, da diese zwar eine gewisse Polarisation des Lichts erfordern, allerdings eine breite Winkelakzeptanz aufweisen. Hierzu ist das Bragg- Polarisationsgitter BP mit einem Polarisationsumschalter PS kombiniert, der zur Änderung der Polarisation des Lichts vorgesehen ist. In der oberen Darstellung der Fig. 4 propagiert das Licht mit einer definierten Polarisation im Lichtleiter LG, wobei am Ort des Bragg-Polarisationsgitters BP keine Auskopplung des Lichts aus dem Lichtleiter LG erfolgen soll, so dass sich der Polarisationsumschalter PS in einem AUS-Zustand befindet, d.h. die Polarisation des auf ihn auftreffenden, beispielsweise linkszirkular polarisierten, Lichts wird nicht geändert. Dadurch tritt das Licht unabgelenkt durch das Bragg-Polarisationsgitter BP hindurch, trifft unter schrägem Winkel auf die Oberfläche und propagiert weiter unter Totalreflexion oder durch Reflexion an einem dielektrischen Schichtstapel, der auf einer Grenzfläche des Lichtleiters LG aufgebracht ist, im Lichtleiter LG. Eine Auskopplung des im Lichtleiter LG propagierenden Licht an einer Position des Lichtleiters LG ist in der unteren Darstellung der Fig. 4 gezeigt, wobei dies nur auf einfache Weise dargestellt ist. Dort befindet sich der Polarisationsumschalter PS jedoch in einem AN-Zustand, so dass dieser die Polarisation des auftreffenden Lichts ändert. Propagiert das Licht im Lichtleiter LG mit einer rechtzirkularen Polarisation, ändert der Polarisationsumschalter PS das auf ihn auftreffende Licht in linkszirkular polarisiertes Licht, so dass dieses Licht beim Durchtritt durch das Bragg-Polarisationsgitter BP gebeugt bzw. abgelenkt wird. Aufgrund der Beugung bzw. Ablenkung trifft das Licht dann nahezu senkrecht oder unter kleinen Winkeln auf die Oberfläche des Lichtleiters LG, so dass an dieser Oberfläche keine Totalreflexion mehr auftritt beziehungsweise keine Reflexion an dem dielektrischen Schichtstapel mehr auftritt. Das Licht wird daher aus dem Lichtleiter LG ausgekoppelt.

Die Gitter können auch reflektiv ausgebildet sein und Licht nach der gegenüberliegenden Seite des Lichtleiters auskoppeln

Wenigstens ein Bragg-Polarisationsgitter kann auch zur Erzeugung einer farbigen Information, beispielsweise zur Erzeugung eines farbigen Objekts oder Szene mit einer Anzeigevorrichtung, eingesetzt werden. Ein hierfür geeigneter optischer Aufbau ist in Fig. 5 prinzipmäßig dargestellt. Dieser optische Aufbau weist auch einen Stapel 5 von Kompensationsgitterelementen auf, der zur Korrektur der auftretenden Dispersion des Lichts vorgesehen ist. Der Stapel 5 weist hier zwei Volumengitter 5B und 5R auf. Das Kompensationsgitterelement bzw. das Volumengitter 5B ist zur Korrektion der unterschiedlichen Beugung von blauem Licht B zum grünen Licht G vorgesehen, wobei das Kompensationsgitterelement bzw. das Volumengitter 5R zur Korrektion der unterschiedlichen Beugung von rotem Licht R zum grünen Licht G vorgesehen ist. Hierbei soll angenommen werden, dass grünes Licht G nach Durchgang durch den optischen Aufbau der Fig. 5 in die korrekte Richtung gebeugt wird, so dass nur die Richtungen des roten und des blauen Lichts mittels der Kompensationsgitterelemente 5B und 5R korrigiert werden müssen. Die Kompensationsgitterelemente 5B und 5R sind hierbei passive Kompensationsgitterelemente und sind für einen bestimmten Auftreffwinkel des roten Lichts bzw. des blauen Lichts ausgelegt.

Bei dem in Fig. 5 dargestellten optischen Aufbau handelt es sich wieder um einen Lichtleiter ähnlich wie in Fig. 4. Licht aller drei Grundfarben RGB soll im Lichtleiter unter dem gleichen Winkel propagieren und wahlweise aus dem Lichtleiter ausgekoppelt werden, jedoch nach der Auskopplung ebenfalls für RGB unter dem gleichen Winkel weiter propagieren. Die Anordnung aus Bragg-Polarisationsgitter und Kompensationsgitterelementen soll somit insgesamt rotes, grünes und blaues Licht unter dem gleichen Winkel ablenken. Ein derartiger Stapel aus Bragg- Polarisationsgitter und Kompensationsgitterelementen kann in entsprechender Weise auch zur Ablenkung von rotem, grünem und blauem Licht unter dem gleichen Winkel in anderen Anordnungen als einem Lichtleiter eingesetzt werden.

Wie in Fig. 5 zu erkennen ist, trifft jeweils roten Licht R, grünes Licht G und blaues Licht B auf einen Polarisationsumschalter PS, der sich entweder in einem AUS-Zustand oder in einem AN- Zustand befinden kann. Das auf den Polarisationsumschalter PS auftreffende Licht ist in diesem Ausführungsbeispiel rechtszirkular CR polarisiert. Befindet sich der Polarisationsumschalter PS nun in einem AUS-Zustand, so passiert das rechtszirkular polarisiertes Licht diesen Polarisationsumschalter PS ohne Änderung seiner Polarisation, durchläuft ein in Lichtrichtung nachfolgendes Bragg-Polarisationsgitter BP und trifft unter schrägem Winkel auf die Oberfläche eines Lichtleiters 6. Von dieser Oberfläche des Lichtleiters 6 wird das Licht, egal unter welcher Wellenlänge, unter Totalreflexion oder durch Reflexion an einem dielektrischen Schichtstapel entsprechend reflektiert und propagiert weiter im Lichtleiter 6. Wird nun der Polarisationsumschalter PS in einen AN-Zustand geschaltet, so wird das rechtszirkular - polarisierte Licht in linkszirkular CL polarisiertes Licht umgewandelt. Das linkszirkular polarisierte Licht der entsprechenden Farbe RGB trifft auf das Bragg-Polarisationsgitter BP, wird von diesem entsprechend gebeugt bzw. abgelenkt. Das abgelenkte Licht trifft nun entweder senkrecht oder unter einem kleinen Winkel auf die Oberfläche des Lichtleiters 6. Wegen des durch die Ablenkung im Bragg-Polarisationsgitter geänderten Auftreffwinkels auf die Oberfläche des Lichtleiters 6 tritt keine Totalreflexion beziehungsweise keine Reflexion an einem dielektrischen Schichtstapel auf und das Licht wird für alle drei Grundfarben aus dem Lichtleiter 6 ausgekoppelt werden. Wie in Fig. 5 zu erkennen ist, wird das rote Licht R, das grüne Licht G und das blaue Licht B aufgrund der Dispersion jedoch in unterschiedliche Richtungen abgelenkt. Damit wird beispielsweise das grüne Licht G senkrecht zur Oberfläche des Lichtleiters 6 aus diesem ausgekoppelt. Das blaue Licht B und das rote Licht R wird aber jeweils unter einem kleinen Winkel schräg aus dem Lichtleiter 6 ausgekoppelt. Damit jedoch das Licht unterschiedlicher Farben in die gleiche Richtung abgelenkt wird, sind in Lichtausbreitungsrichtung nach der Auskopplung aus dem Lichtleiter 6 die beiden Kompensationsgitterelemente 5B und 5R vorgesehen. Diese Kompensationsgitterelemente 5B und 5R bzw. der Kompensationsgitterstapel 5 richtet die Lichtstrahlen des blauen Lichts und des roten Lichts wieder parallel zum grünen Licht aus, d.h. das Licht der roten Wellenlänge und das Licht der blauen Wellenlänge wird vom für die entsprechende Farbe und Winkel ausgelegten Kompensationsgitterelement 5B und 5R in die geforderte Richtung abgelenkt. Auf diese Weise kann auch eine genaue und effiziente Darstellung einer farbigen Information erreicht werden. In Fig. 6 ist eine Beleuchtung einer in einer Anzeigevorrichtung vorgesehenen räumlichen Lichtmodulationseinrichtung SLM durch den Einsatz von steuerbaren Bragg-Polarisationsgittern dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel ist die räumliche Lichtmodulationseinrichtung SLM (im nachfolgenden nur als SLM bezeichnet) reflektiv ausgebildet. Zur Beleuchtung des SLM ist ein Lichtleiter LG, zwei Bragg-Polarisationsgitter BP1 und BP2 und zwei Polarisationsumschalter PS1 und PS2 vorgesehen, die miteinander gekoppelt sind, um den SLM homogen zu beleuchten. Das Bragg-Polarisationsgitter BP1 ist dabei zur Einkopplung des Lichts in den Lichtleiter LG vorgesehen. Dafür ist das Bragg-Polarisationsgitter BP1 mit dem Polarisationsumschalter PS1 optisch gekoppelt, so dass die Polarisation des Lichts so geändert werden kann, wenn notwendig, dass das Licht mittels des Bragg-Polarisationsgitters BP1 entsprechend definierter Anforderungen in den Lichtleiter LG eingekoppelt werden kann. Wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, wird rechtszirkular polarisiertes Licht mittels des Polarisationsumschalter PS1 in linkszirkular polarisiertes Licht umgewandelt und dieses Licht dann mittels des Bragg-Polarisationsgitters BP1 in den Lichtleiter LG eingekoppelt und propagiert dann unter Reflexion, vorzugsweise unter Totalreflexion, im Lichtleiter LG. Um den SLM homogen mit Licht zu beleuchten, wird über die gesamte Fläche des Bragg- Polarisationsgitters BP2 das im Lichtleiter LG propagierende Licht ausgekoppelt. Das bedeutet, dass das im Lichtleiter LG propagierende Licht immer nur teilweise an bestimmten Positionen mittels des Bragg-Polarisationsgitters BP2 ausgekoppelt wird, um eine homogene Beleuchtung des SLM zu erzeugen. Die Beugungseffizienz des Bragg-Polarisationsgitters kann dabei bewusst niedrig gewählt sein, damit an jeder Position nur ein kleiner Teil des Lichts aus dem Lichtleiter LG ausgekoppelt wird. Das immer noch linkszirkular polarisierte Licht trifft dann entsprechend der durchgezogenen dargestellten Pfeile auf den Polarisationsumschalter PS2, tritt durch den sich im angeschalteten Zustand befindlichen Polarisationsumschalter PS2 und trifft gleichmäßig auf den SLM auf. Im ersten Durchgang ändert der Polarisationsumschalter PS2 das Licht in linear polarisiertes Licht. Der SLM moduliert daraufhin das auftreffende linear polarisierte Licht, beispielsweise entsprechend einer darzustellenden Information. Dieses Licht wird aufgrund des reflektiv ausgebildeten SLM von diesem wieder in Richtung des Lichtleiters LG reflektiert bzw. gerichtet. Dieses reflektierte Licht passiert nun erneut den Polarisationsumschalter PS2, der sich nun ebenfalls in einem AN-Zustand befindet, so dass das bisher linear polarisierte Licht in rechtszirkular polarisiertes Licht umgewandelt wird. Diese Umwandlung des Lichts ist wichtig, damit dieses ungehindert durch das Bragg- Polarisationsgitter BP2 und durch den Lichtleiter LG hindurchtreten kann bzw. nicht von diesen beiden Elementen optisch beeinflusst wird.

Die in Fig. 6 dargestellte SLM-Beleuchtung bezieht sich nur auf eine verwendete Wellenlänge bzw. auf monochromatische Beleuchtung des SLM. Ist eine farbige (RGB) Beleuchtung des SLM vorgesehen, so könnte unter Umständen der Einsatz von Kompensationsgitterelementen zur Korrektur der Dispersion notwendig sein. Die zur Einkopplung und zur Auskopplung vorgesehenen Bragg-Polarisationsgitter BP1 und BP2 können vorzugsweise die gleichen optischen Eigenschaften, wie z.B. die gleiche Gitterperiode und/oder der gleiche Winkel der Gitterebenen und/oder die gleiche Dicke des Gitters, aufweisen. Sind diese Gitter dementsprechend ausgebildet, so können bereits durch die Bragg-Polarisationsgitter BP1 und BP2 chromatische Effekte zumindest teilweise kompensiert werden.

Diese Möglichkeit des Einsatzes von Bragg-Polarisationsgittern gemäß Fig. 6 ist besonders geeignet zur Beleuchtung von Mikro-SLMs in Frontlicht-Einrichtungen.

Die Einkopplung des Lichts in den Lichtleiter muss nicht schaltbar ausgeführt sein. Das bedeutet, dass zur Einkopplung des Lichts in den Lichtleiter auch nur wenigstens ein Bragg- Polarisationsgitter vorgesehen sein kann, ohne dass dieses mit einem Polarisationsumschalter gekoppelt sein muss. Zudem kann der aktive bzw. steuerbare Polarisationsumschalter PS2 auch als passiver Polarisationsumschalter, beispielsweise als Verzögerungsplatte, ausgebildet sein.

Es ist selbstverständlich auch möglich, einen ähnlichen Aufbau zu nutzen in Verbindung mit transmissiven SLMs. Hierbei wird jedoch nur ein Polarisationsumschalter PS benötigt und zwar dient dieser dann mit dem Bragg-Polarisationsgitter BP1 zur Einkopplung des Lichts in den Lichtleiter.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel zum Einsatz eines Bragg-Polarisationselements in einer Anzeigevorrichtung ist in Fig. 7 dargestellt. Dieser dort gezeigte Aufbau soll eine Grobnachführung eines virtuellen Betrachterbereichs in einer Betrachterebene ermöglichen. Somit stellt der dargestellt Aufbau in Fig. 7 eine Art Nachführeinrichtung dar. Es sind holographische Anzeigevorrichtung der Anmelderin bekannt, wie beispielsweise die Anzeigevorrichtung bzw. die Lichtmodulationseinrichtung gemäß der WO 2010/149587 A1 , in der bereits in Verbindung mit einer holographischen Anzeigevorrichtung Lösungen für eine Nachführung eines virtuellen Betrachterbereichs beschrieben sind. Wie daraus bekannt ist eine holographisch rekonstruierte Szene jedoch auch nur dann für einen Betrachter sichtbar, wenn er wenigstens ein Auge an einem virtuellen Betrachterbereich positioniert, so dass er durch dieses hindurchblicken und die Szene beobachten kann. Er muss jedoch dafür eine feste Position einnehmen. Bewegt sich hingegen der Betrachter, so muss dieser virtuelle Betrachterbereich der neuen Position des Auges des Betrachters nachgeführt werden, was unter dem Begriff „Tracking“ bekannt ist. Dazu wird die Augenposition des Betrachters mittels eines Positionsdetektionssystems ermittelt und der virtuelle Betrachterbereich mittels einer Nachführeinrichtung nachgeführt.

Eine derartige Nachführung des virtuellen Betrachterbereichs kann beispielsweise wie in Fig. 7 gezeigt ist, erfolgen, wobei in Fig. 7 nur die Nachführeinrichtung an sich dargestellt ist, ohne die Darstellung eines SLMs oder eines virtuellen Betrachterbereichs. Die Nachführeinrichtung weist ein Bragg-Polarisationsgitter BP und einen Polarisationsumschalter PS auf, so dass zwischen einer Ablenkung des auftreffenden Lichts und einer Nicht-Ablenkung des Lichts durch Einstellung der Polarisation im Polarisationsumschalter PS gewählt werden kann. Auf diese Weise kann somit der virtuelle Betrachterbereich an eine neue Position bewegt werden. Trifft nun, wie im dargestellten Fall, moduliertes farbiges (RGB) Licht ausgehend vom nicht dargestellten SLM auf die Kombination aus dem Bragg-Polarisationsgitter BP und dem Polarisationsumschalter PS, die somit zusammen ein steuerbares Bragg-Polarisationsgitter bilden, so wird dieses farbige Licht bei einer fest definierten Position des Auges des Betrachters und somit des virtuellen Betrachterbereichs unabgelenkt vom Bragg-Polarisationsgitter BP durchgelassen, sofern der Polarisationsumschalter PS in einem AUS-Zustand ist. Dieses Licht dient somit zur Erzeugung eines virtuellen Betrachterbereichs an einer vorher festdefinierten Position des Betrachters. Ändert jedoch der Betrachter seine Position hinsichtlich des SLM oder eines Bildes des SLM, so kann durch Anschalten des Polarisationsumschalter PS, das Licht in eine andere Richtung gelenkt werden. Das bedeutet, Trifft nun Licht mit einer vordefinierten Polarisation auf den Polarisationsumschalter PS, so ändert der Polarisationsumschalter PS die auftreffende Polarisation in eine Polarisation, für die das Bragg-Polarisationsgitter BP sensitiv ist. Dieses polarisierte Licht fällt nun auf das Bragg-Polarisationsgitter BP und wird durch dieses entsprechend in eine erste Beugungsordnung mit einer entgegengesetzten Polarisation abgelenkt, wie durch die dargestellten Pfeile ersichtlich ist. Da nun bei Einsatz von farbigem Licht die Ablenkwinkel der Lichtfarben des Bragg-Polarisationsgitters BP sich unterscheiden, sind nachfolgende optische Elemente, wie Kompensationsgitterelemente, z.B. Volumengitter, in einem Stapel 7 vorgesehen, die die Dispersion des Lichts korrigieren. Diese Kompensationsgitterelemente im Stapel 7 weisen bevorzugt eine Winkel- und Wellenlängenselektivität auf, die jeweils für eine Farbe und einen Lichteinfallswinkel des Lichts, das vom Bragg-Polarisationsgitter BP auf die Kompensationsgitterelemente einfällt, zugeschnitten ist. Das erste Kompensationsgitterelement in dem Stapel 7 lenkt zum Beispiel aufgrund seiner Wellenlängenselektivität nur rotes Licht ab, das zweite Kompensationsgitterelement nur blaues Licht und das dritte Kompensationsgitterelement nur grünes Licht. Nach den Kompensationsgitterelementen im Stapel 7 propagiert das Licht aller drei Wellenlängen unter dem gleichen Winkel weiter.

Um in eine weitere Richtung Licht richten zu können, kann ein weiteres Bragg- Polarisationsgitter in Verbindung mit einem weiteren Polarisationsumschalter und weiteren Kompensationsgitterelementen vorgesehen werden. Hierbei sind die Gitterebenen der Gitterstruktur des weiteren Bragg-Polarisationsgitters jedoch unter einem Winkel zu den Gitterebenen der Gitterstruktur des bereits vorhandenen Bragg-Polarisationsgitters anzuordnen bzw. die beiden Bragg-Polarisationsgitter derart zueinander anzuordnen, dass deren Gitterebenen einen Winkel zueinander bilden. Oder das weitere Bragg-Polarisationsgitter weist eine andere Gitterperiode auf und auch die Kompensationsgitterelemente weisen andere Gitterperioden auf.

Beispielsweise kann die gesamte in Fig. 7 gezeigte Anordnung aus Polarisationsumschalter, Bragg-Polarisationsgitter und Kompensationsgitterelementen gespiegelt sein, um eine Ablenkung des Lichts in die entgegengesetzte Richtung zu erhalten.

Die gesamte Anordnung kann zum Beispiel auch um 90 Grad gedreht sein, um mit einem Polarisationsumschalter, Bragg-Polarisationsgitter und Kompensationsgitterelementen eine horizontale Ablenkung und mit dem weiteren Polarisationsumschalter, Bragg-Polarisationsgitter und Kompensationsgitterelementen eine vertikale Ablenkung einzustellen.

Dieses Prinzip eignet sich zur Nachführung, insbesondere zur Grobnachführung oder Grobtracking, eines virtuellen Betrachterfensters, vorzugsweise in einem Head-Up-Display (HUD). Allerdings ist dieses Prinzip nicht nur zur Nachführung geeignet, sondern auch zur Kachelung von darzustellender Information, hier insbesondere in einem Head-Mounted-Display (HMD), jedoch auch geeignet für den Einsatz in einem HUD. Auf derartige Anwendungen wird später noch eingegangen.

In einer Anzeigevorrichtung, insbesondere einer holographischen Anzeigevorrichtung, die mit einem virtuellen Betrachterbereich arbeitet, ist neben einem optischen System zum Erzeugen eines virtuellen Betrachterbereichs auch wenigstens eine Feldlinse vorgesehen, die zusammen mit dem optischen System das vom SLM modulierte Licht fokussiert und auf ein Auge eines Betrachters richtet, um dort einen virtuellen Betrachterbereich zu erzeugen. Soll die darzustellende Szene farbig angezeigt werden und ist die wenigstens eine Feldlinse diffraktiv ausgebildet, dann ist wegen der Dispersion diffraktiver Linsen pro Grundfarbe RGB eine Feldlinse vorzusehen, d.h. es sind dann in der Anzeigevorrichtung drei Feldlinsen vorgesehen. Beispielsweise sind die Feldlinsen als Volumengitter mit einer engen Wellenlängenselektivität ausgebildet, so dass pro Grundfarbe nur jeweils eine dieser drei Feldlinsen mit hoher Beugungseffizienz als Linse wirkt. Da in einer holographischen Anzeigevorrichtung als Lichtquellen hauptsächlich Laser oder auch LED verwendet werden, um im Wesentlichen kohärentes Licht auszusenden, werden die einzelnen farbigen Teilszenen (subframe) bzw. einfarbigen Teilbilder, d.h. eine grüne Szene, eine blaue Szene und eine rote Szene, zeitsequentiell dargestellt. Jede Teilszene beinhaltet dabei die gesamte Rekonstruktion oder aber auch nur einen Teil der Szene für die dargestellte Farbe. Um die gesamte Szene farbig (RGB) korrekt darzustellen, müssen die einzelnen Teilszenen zusammengefügt und genau überlagert werden. Dies wird hauptsächlich mittels der drei Feldlinsen vorgenommen, die wellenlängenselektiv nur für jeweils eine Farbe eine hohe Beugungseffizienz aufweisen, und die dafür mit drei Gitterelementen zur Vorablenkung des Lichts kombiniert werden, wobei jedes Gitterelement entsprechend der mit ihm in Verbindung stehenden Feldlinse ausgelegt ist und üblicherweise ebenfalls als Volumengitter mit enger Wellenlängenselektivität ausgelegt sind, so dass sie jeweils nur für eine Farbe Licht mit hoher Beugungseffizienz vorablenken

Im nun erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel werden die drei Gitterelemente zur Vorablenkung des Lichts für jeweils eine Farbe durch ein Bragg-Polarisationsgitter ersetzt, das deren Aufgabe für alle drei Farben übernimmt. Aufgrund der breiten Wellenlängen- und Winkelakzeptanz ist dieses dafür bestens geeignet. Die einzelnen Feldlinsen für die jeweilige Farbe müssen jedoch derart ausgelegt bzw. ausgebildet sein, dass deren Akzeptanzwinkel bzw. deren möglicher Lichteinfallswinkel mit der natürlichen Dispersion des Bragg- Polarisationsgitters abgestimmt ist. Dadurch, dass nun nicht mehr drei Gitterelemente, sondern nur noch ein Gitterelement vorliegt, kann vorteilhaft das Übersprechen (crosstalk) zwischen den einzelnen Gitterelementen für die Vorablenkung des Lichts vermieden werden.

Der Aufbau gemäß Fig. 7 kann nicht nur zur Nachführung eines virtuellen Betrachterfensters verwendet werden, sondern auch zur Vergrößerung eines Sichtfelds, in dem eine mittels einer holographischen Anzeigevorrichtung erzeugte rekonstruierte Szene dargestellt wird. Dafür wird mittels eines in der Anzeigevorrichtung vorgesehenen optischen Systems eine aus Segmenten aufgebaute Mehrfachabbildung eines SLM erzeugt, die dann ein Sichtfeld bestimmt, innerhalb dessen eine im SLM kodierte Information einer Szene oder eines Objekts zum Betrachten durch den virtuellen Betrachterbereich rekonstruiert wird. Die Einrichtung zur Vergrößerung eines Sichtfelds kann wenigstens ein steuerbares Bragg-Polarisationsgitter aufweisen, das durch ein Bragg-Polarisationsgitter und einen Polarisationsumschalter gebildet wird, ähnlich wie in Fig. 7 dargestellt. Eine derartige Einrichtung kann beispielsweise in einem HUD eingesetzt werden, um dort wenigstens zwei Segmente oder Kacheln einer Mehrfachabbildung eines SLM zu erzeugen und somit das Sichtfeld für einen Betrachter zu vergrößern, wie in Fig. 8 dargestellt ist. Head-Up-Displays (HUD) werden beispielsweise in einem Fortbewegungsmittel, wie zum Beispiel ein Automobil oder ein Flugzeug, eingesetzt, um Informationen, wie Geschwindigkeitsanzeigen, Temperaturanzeigen, Schilder, Warnungen, Spurwechsel oder aber auch Assistenzfunktionen, Navigationssystemfunktionen oder Radiofunktionen, in das Blickfeld eines Bedieners des Fortbewegungsmittels bzw. Betrachters der Informationen einzublenden. Ein HUD weist meist ein Projektionssystem auf, das eine Beleuchtungseinrichtung 8, hier in diesem Beispiel eine Laserlichtquelle, einen SLM und ein optisches System 9 mit Abbildungselementen, wie beispielsweise Linsen, aufweist. Das aus dem Projektionssystem austretende und durch den dicken Pfeil dargestellte Licht wird über eine Optikeinheit 10, die Linsenelemente, Spiegelelemente und/oder Korrekturelemente aufweisen kann, grundsätzlich an einer Windschutzscheibe 1 1 in Richtung eines virtuellen Betrachterbereichs 12 reflektiert. Der virtuelle Betrachterbereich 12 wird im Bereich mindestens eines Auges des Betrachters positioniert. Die richtige Positionierung des virtuellen Betrachterbereichs 12 zum Betrachter kann über eine entsprechende Einrichtung im HUD vorgenommen werden. Die dargestellte virtuelle Information wird in einem Raumbereich eingeblendet, der vom virtuellen Betrachterbereich 12 bis zur Windschutzscheibe 11 des Fortbewegungsmittels und darüber hinaus aufgespannt wird. Die Windschutzscheibe 1 1 ist lichtdurchlässig ausgeführt, so dass der Betrachter die dargestellte Information oder das dargestellte Bild in die Umgebung eingeblendet beobachten kann.

Um nun das Sichtfeld zwischen dem virtuellen Betrachterbereich 12 und der Windschutzscheibe 1 1 bzw. darüber hinaus zu vergrößern, ist ein steuerbares Bragg-Polarisationsgitter im HUD vorgesehen, das aus einem Bragg-Polarisationsgitter BP und einem Polarisationsumschalter PS gebildet ist. Zur Erzeugung von wenigstens zwei Segmenten oder Kacheln einer Mehrfachabbildung des SLM wird das von der Beleuchtungseinrichtung 8 ausgesandte Licht auf den SLM gerichtet und dort mit für eine darzustellende Szene geforderter Information entsprechend in Amplitude und/oder Phase moduliert. Der SLM kann reflektiv oder transmissiv ausgebildet sein. Dieses modulierte Licht wird mittels des optischen Systems entsprechend fokussiert und auf den Polarisationsumschalter PS gerichtet, der zur Erzeugung eines ersten Segments bzw. Kachel sich in einem AUS-Zustand befindet, so dass der Polarisationszustand des auftreffenden Lichts nicht geändert wird. Das auf das Bragg-Polarisationsgitter BP auftreffende Licht wird daraufhin in die nullte Beugungsordnung abgelenkt und ein erstes Segment S1 erzeugt, das über die Optikeinheit 10 und die Windschutzscheibe 11 in Richtung eines Betrachters gerichtet wird. Zur Erzeugung eines zweiten Segments wird das vom SLM modulierte Licht wieder über das optische System 9 auf den Polarisationsumschalter PS gerichtet, der nun im AN-Zustand ist, so dass das auftreffende Licht in seiner Polarisation geändert wird, um vom nachfolgenden Bragg-Polarisationsgitter BP gebeugt zu werden. Das Bragg-Polarisationsgitter BP beugt daraufhin das auftreffende Licht in eine erste Beugungsordnung, so dass ein zweites Segment S2 erzeugt wird. Auch dieses zweite Segment S2 wird über die Optikeinheit 10 und die Windschutzscheibe 11 in Richtung des Betrachters gerichtet. Die beiden Segmente S1 und S2 der Mehrfachabbildung des SLM bilden ein Sichtfeld, das im Vergleich zu einem HUD ohne eines steuerbaren Bragg-Polarisationsgitters wesentlich vergrößert ist bzw. sich nahezu verdoppelt hat.

Durch Hinzufügen eines weiteren steuerbaren Bragg-Polarisationsgitters, das ebenfalls aus einem Bragg-Polarisationsgitter und einem Polarisationsumschalter gebildet wird, und direkt im Bereich des in Fig. 8 dargestellten steuerbaren Bragg-Polarisationsgitters angeordnet ist, kann das Sichtfeld durch die Erzeugung eines weiteren Segments weiterhin vergrößert werden. Bei der Verwendung einer RGB-Lichtquelle für eine farbige Darstellung der Information im Sichtfeld sollten zur Fokussierung der einzelnen farbigen Segmente geeignete Feldlinsen vorgesehen werden. Diese Feldlinsen können wieder unterschiedliche Volumengitter für rotes, grünes oder blaues Licht sein. In einem HUD-Aufbau können aber auch refraktive Feldlinsen eingesetzt werden, beispielsweise achromatische Linsen, die eine Brennweite unabhängig von der Wellenlänge aufweisen, oder auch Spiegelelemente, die ebenfalls unabhängig von der Wellenlänge fokussieren. Zusätzlich zum Bragg-Polarisationsgitter können

Kompensationsgitterelemente verwendet werden, beispielsweise Volumengitter, die bewirken, dass rotes, grünes und blaues Licht unter dem gleichen Winkel abgelenkt werden, so dass das Segment S2 für unterschiedliche Wellenlängen an der gleichen Position erzeugt wird.

In einer alternativen Ausgestaltung eines Head-Up-Displays (HUD) gemäß Fig. 9 weist das HUD einen ähnlichen Aufbau auf, wie in Fig. 8. Es ist wieder ein Projektionssystem vorgesehen, das eine Beleuchtungseinrichtung 8, auch hier eine Laserlichtquelle, einen SLM und ein optisches System 9 mit Abbildungselementen, wie beispielsweise Linsen, aufweist. Das aus dem Projektionssystem austretende und durch den dicken Pfeil dargestellte Licht wird über eine Optikeinheit 10, die Linsenelemente, Spiegelelemente und/oder Korrekturelemente aufweisen kann, grundsätzlich an einer Windschutzscheibe 11 in Richtung eines virtuellen Betrachterbereichs 12 reflektiert. Der virtuelle Betrachterbereich 12 wird wieder im Bereich mindestens eines Auges des Betrachters positioniert. Die richtige Positionierung des virtuellen Betrachterbereichs 12 zum Betrachter kann über eine entsprechende Einrichtung im HUD vorgenommen werden. Die dargestellte virtuelle Information wird in einem Raumbereich eingeblendet, der vom virtuellen Betrachterbereich 12 bis zur Windschutzscheibe 1 1 des Fortbewegungsmittels und darüber hinaus aufgespannt wird. Die Windschutzscheibe 11 ist lichtdurchlässig ausgeführt, so dass der Betrachter die dargestellte Information oder das dargestellte Bild in die Umgebung eingeblendet beobachten kann. Im Vergleich zu Fig. 9 ist nun hier in die Windschutzscheibe 1 1 ein Lichtleiter LG integriert oder auf die Windschutzscheibe 11 aufgebracht oder direkt bei ihr positioniert oder die Windschutzscheibe 11 selbst dient als Lichtleiter. Die Windschutzscheibe könnte auch weiter entfernt vom Lichtleiter vorgesehen sein. Der Lichtleiter LG ist in seiner Form der Windschutzscheibe 11 angepasst, d.h. er kann plan oder zumindest teilweise gekrümmt ausgebildet sein. Zur Einkopplung des Lichts in den Lichtleiter LG ist ein steuerbares Bragg-Polarisationsgitter, das aus einem Bragg- Polarisationsgitter BP und einem Polarisationsumschalter PS gebildet ist, vorgesehen. Um mit dieser Anordnung wenigstens zwei Segmente zu erzeugen, wird für ein erstes Segment S1 der Polarisationsumschalter PS in einen AUS-Zustand gebracht, so dass die Polarisation des auf diesen auftreffenden Lichts nicht geändert wird und das Licht auf das nachfolgend vorgesehene Bragg-Polarisationsgitter BP auftrifft, das für diese Polarisation des Lichts nicht sensitiv ausgebildet ist. Somit durchläuft das Licht das Bragg-Polarisationsgitter BP ohne Ablenkung, so dass das Licht in die nullte Beugungsordnung gerichtet und gegebenenfalls durch ein zusätzliches passives Gitter, beispielsweise ein Volumengitter VG1 , in den Lichtleiter LG eingekoppelt wird. Nach einer oder mehreren Reflexionen an den Grenzflächen des Lichtleiters LG wird das Licht an der dafür vorgesehenen Position aus dem Lichtleiter LG ausgekoppelt. Die Auskopplung des Lichts aus dem Lichtleiter kann beispielsweise ebenfalls durch ein passives Gitter erfolgen, beispielsweise ein Volumengitter VG2. Zur Erzeugung eines zweiten Segments wird der Polarisationsumschalter PS in einen AN-Zustand gebracht, so dass das vom SLM modulierte auftreffende Licht in seiner Polarisation geändert, auf die das nachfolgend vorgesehene Bragg-Polarisationsgitter BP sensitiv reagiert. Trifft nun dieses Licht auf das Bragg-Polarisationsgitter BP auf, so wird es von diesem gebeugt, in eine erste Beugungsordnung abgelenkt und gegebenenfalls in Kombination mit dem passiven Volumengitter VG1 unter einem veränderten Winkel in den Lichtleiter LG eingekoppelt. Auch dieses Licht propagiert im Lichtleiter LG und wird an einer definierten Position wieder aus dem Lichtleiter LG ausgekoppelt, gegebenenfalls mit Hilfe des weiteren Volumengitters VG2, beispielsweise eines Volumengitters. Auf diese Weise wird ein zweites Segment S2 erzeugt, das in Richtung des Betrachters gerichtet wird und mit dem ersten Segment S1 ein vergrößertes Sichtfeld bildet.

Zur weiteren Vergrößerung des Sichtfelds durch die Erzeugung von weiteren Segmenten kann wenigstens ein weiteres steuerbares Bragg-Polarisationsgitter im Lichteinkopplungsbereich des Lichtleiters LG vorgesehen sein.

Eine Einrichtung zur Vergrößerung des Sichtfelds durch eine Erzeugung einer aus Segmenten aufgebauten Mehrfachabbildung eines SLM, die dann ein Sichtfeld bestimmt, ähnlich einer Einrichtung gemäß den Figuren 8 und 9, kann auch in einem Head-Mounted-Display (HMD) verwendet werden. Eine mögliche Ausführung eines HMD mit einer derartigen Einrichtung zur Vergrößerung des Sichtfelds ist in Fig. 10 dargestellt. Dafür wird mittels eines in der Anzeigevorrichtung bzw. im HMD vorgesehenen optischen Systems eine aus Segmenten aufgebaute Mehrfachabbildung eines SLM erzeugt, die dann ein Sichtfeld bestimmt, innerhalb dessen eine im SLM kodierte Information einer Szene oder eines Objekts zum Betrachten durch einen virtuellen Betrachterbereich rekonstruiert wird. Die Einrichtung zur Vergrößerung eines Sichtfelds kann wenigstens ein steuerbares Bragg-Polarisationsgitter aufweisen, das durch ein Bragg-Polarisationsgitter und einen Polarisationsumschalter gebildet wird, ähnlich wie in Fig. 7 dargestellt. Das HMD weist eine Beleuchtungseinrichtung 15, hier in diesem Beispiel eine Laserlichtquelle, einen SLM und ein optisches System 16 mit Abbildungselementen, wie beispielsweise Linsen, auf. Das aus dem SLM austretende und durch den dicken Pfeil dargestellte Licht wird über eine Optikeinheit 17, die Linsenelemente, Spiegelelemente und/oder Korrekturelemente aufweisen kann, in Richtung eines optischen Elements 18, das direkt vor einem Auge des Benutzers des HMDs angeordnet ist, gelenkt. An diesem optischen Element 18, das z.B. ein Brillenglas sein kann, wird das auftreffende Licht derart abgelenkt, dass dieses in Richtung eines virtuellen Betrachterbereichs 19 gerichtet wird. Der virtuelle Betrachterbereich 19 wird im Bereich mindestens eines Auges des Benutzers des HMDs positioniert. Das Auge des Benutzers nimmt dann die Rekonstruktion der im SLM kodierten Information bzw. des Hologramms wahr. Um auch in einem HMD das zu erzeugende Sichtfeld für den Benutzer zu vergrößern, ist ein steuerbares Bragg-Polarisationsgitter im HMD vorgesehen, das aus einem Bragg- Polarisationsgitter BP und einem Polarisationsumschalter PS gebildet ist. Das von der Beleuchtungseinrichtung 15 ausgesandte Licht beleuchtet zur Erzeugung von wenigstens zwei Segmenten einer Mehrfachabbildung des SLM den SLM und wird durch diesen mit für eine darzustellende Szene geforderter Information entsprechend in Amplitude und Phase moduliert. Das derart modulierte Licht wird dann mittels des optischen Systems 16 entsprechend fokussiert und auf den Polarisationsumschalter PS gerichtet, der zur Erzeugung eines ersten Segments sich in einem AUS-Zustand befindet, so dass der Polarisationszustand des auftreffenden Lichts nicht geändert wird. Das danach auf das Bragg-Polarisationsgitter BP auftreffende Licht wird daraufhin nicht abgelenkt und in die nullte Beugungsordnung gerichtet, woraufhin ein erstes Segment S1 erzeugt wird, das über die Optikeinheit 17 und dem optischen Element 18 in Richtung eines Betrachters gerichtet wird. Gleichzeitig wird ein virtueller Betrachterbereich 19 erzeugt, durch den dann das Auge des Benutzers die dargestellte Szene beobachten kann. Zur Erzeugung eines zweiten Segments wird das vom SLM modulierte Licht wieder über das optische System 16 auf den Polarisationsumschalter PS gerichtet, der sich nun in einem AN-Zustand befindet. Das dabei auftreffende Licht wird in seiner Polarisation derart geändert, dass das nachfolgend angeordnete Bragg-Polarisationsgitter BP das Licht in eine erste Beugungsordnung beugt, wodurch ein zweites Segment S2 erzeugt wird. Auch dieses zweite Segment S2 wird über die Optikeinheit 17 und das optische Element 18 in Richtung des Auges des Benutzers gerichtet, wobei ein zweiter virtueller Betrachterbereich erzeugt wird, der an der gleichen Position in einer Betrachterebene erzeugt werden muss wie der erste virtuelle Betrachterbereich. Auch hier in Verbindung mit einem HMD bilden die beiden Segmente S1 und S2 der Mehrfachabbildung des SLM ein Sichtfeld, das vergrößert ist. Die darzustellende Information bzw. die Szene wird zeitsequentiell durch das zusammengesetzte virtuelle Bild des SLM erzeugt.

Auch in diesem Ausführungsbeispiel kann das Sichtfeld durch Hinzufügen wenigstens eines weiteren steuerbaren Bragg-Polarisationsgitters und somit durch Erzeugen wenigstens eines weiteren Segments weiter vergrößert werden. Wird in der Beleuchtungseinrichtung 15 für eine farbige Darstellung der Information im Sichtfeld eine RGB-Lichtquelle verwendet, dann sollten zur Fokussierung der einzelnen farbigen Segmente auch in einem HMD geeignete Feldlinsen vorgesehen werden, die entsprechend ausgebildet sind, so dass entsprechend eines farbigen Segments die zugehörige Feldlinse anwählbar ist und dieses Segment in die korrekte Richtung fokussiert wird.

In Fig. 1 1 ist ebenfalls ein HMD dargestellt, dass jedoch alternativ zum HMD gemäß Fig. 10 ausgebildet ist. Hierbei ist in Draufsicht schematisch jeweils für ein linkes und ein rechtes Betrachterauge 22 und 23 eines Benutzers oder Betrachters die Erzeugung eines virtuellen hochauflösenden zusammengesetzten Bildes eines SLM dargestellt. In dieser Ausführung eines HMD ist in jedem Strahlengang für ein Auge 22, 23 ein Lichtleiter LG vorgesehen, der im Bereich direkt vor dem Auge 22, 23 angeordnet ist. Der Lichtleiter LG muss dabei nicht vollständig planar ausgeführt sein, sondern kann auch wenigstens teilweise gekrümmt ausgebildet sein.

Wie aus Fig. 11 ersichtlich, sind die einzelnen optischen Komponenten für das linke Auge und für das rechte Auge 22, 23 weitestgehend identisch bzw. spiegelsymmetrisch aufgebaut, so dass im Folgendem daher nur der Kanal für nur ein Auge 22 oder 23 beschrieben wird. Ein hier reflektiv ausgebildeter SLM, wobei selbstverständlich auch transmissiv ausgebildete SLM verwendet werden können, wird über eine Frontlight-Beleuchtung 24 beleuchtet. Dazu wird für ein holographisches HMD kohärentes Licht einer Beleuchtungseinrichtung 25 in die Frontlight- Beleuchtung 24 eingekoppelt. Im Strahlengang in Lichtrichtung nach dem SLM ist ein optisches System 26 vorgesehen, mittels dem das durch den SLM modulierte Licht auf den Lichtleiter LG auftrifft. Zur Einkopplung des Lichts in den Lichtleiter LG ist hier wenigstens ein steuerbares Bragg-Polarisationsgitter vorgesehen. Dieses steuerbare Bragg-Polarisationsgitter wird auch hier wieder durch ein Bragg-Polarisationsgitter BP und einen Polarisationsumschalter PS gebildet. Befindet sich der Polarisationsumschalter PS in einem AUS-Zustand wird das Licht vom Bragg-Polarisationsgitter BP ohne Ablenkung in die nullte Beugungsordnung gerichtet und in den Lichtleiter LG eingekoppelt, propagiert im Lichtleiter LG, vorzugsweise über Totalreflexion an den beiden Grenzflächen des Lichtleiters LG, und wird über wenigstens ein Auskoppelgitter 27, beispielsweise über ein Volumengitter, das hier reflektiv ausgebildet ist, in Richtung des Auges 22, 23 aus dem Lichtleiter LG ausgekoppelt. Auf diese Weise wird ein erstes Segment für ein großes Sichtfeld erzeugt. Wird der Polarisationsumschalter PS nun in einen AN-Zustand gebracht, kann ein zweites Segment erzeugt werden. Dadurch, dass sich mittels des Polarisationsumschalters PS nun die Polarisation des auftreffenden Lichts ändern lässt, beugt das nachfolgend angeordnete Bragg-Polarisationsgitter BP, wenn es für diese geänderte Polarisation sensitiv ausgebildet ist, das Licht in eine erste Beugungsordnung und wird unter diesem Einfallswinkel in den Lichtleiter LG eingekoppelt. Auch dieses Licht propagiert vorzugsweise im Lichtleiter LG über Totalreflexion und wird dann mittels des wenigstens einen Auskoppelgitter 27 aus dem Lichtleiter LG ausgekoppelt und in Richtung Auge 22, 23 des Benutzers gerichtet. Das wenigstens eine Auskoppelgitter 27 sieht dabei vor, an einem definierten Ort des Lichtleiters LG jeweils einen definierten Lichteinfallswinkel in einen definierten Lichtausfallswinkel und somit in einen definierten Lichtauskoppelwinkel umzuwandeln. Es ist selbstverständlich möglich, dass das wenigstens eine Auskoppelgitter 27 auch transmissiv ausgebildet sein und auf der dem Auge 22, 23 zugewandten Seite des Lichtleiters LG angeordnet werden kann. Am Ort des Auges 22, 23 wird wieder, wie in den Figuren 8 bis 10 beschrieben, ein virtueller Betrachterbereich erzeugt, durch den dann das Auge die dargestellte Information oder Szene betrachten kann. Für die Auskopplung des Lichts aus dem Lichtleiter LG können auch mehrere Auskoppelgitter vorgesehen sein, die jeweils für einen unterschiedlichen Winkelbereich ausgelegt sind. Die darzustellende Information bzw. die Szene wird wieder zeitsequentiell durch das zusammengesetzte virtuelle Bild des SLM erzeugt. Bezüglich einer farbigen Darstellung einer Szene wie auch der Erzeugung von weiteren Segmenten soll das bereits zu Fig. 10 Beschriebene auch hier gelten.

Die Fig. 12 zeigt eine geeignete Möglichkeit, um das Licht aus einem Lichtleiter bei der Erzeugung von wenigstens zwei Segmenten gemäß den Figuren 9 bis 11 auszukoppeln. Dieses Lichtauskopplungsprinzip kann in einem HUD als auch in einem HMD angewandt werden.

Hierfür ist der Lichtleiter LG mit einem steuerbaren Bragg-Polarisationsgitter, das wiederum auch hier ein Bragg-Polarisationsgitter BP und einen Polarisationsumschalter PS aufweist, gekoppelt. Das Bragg-Polarisationsgitter BP weist eine Gitterstruktur mit Gitterebenen auf, die geneigt zur Oberfläche des Gitters vorgesehen sind. Der Polarisationsumschalter PS ist als strukturierter Polarisationsumschalter, vorzugsweise eindimensional strukturierter Polarisationsumschalter, mit einer feinen Auflösung ausgebildet, um zu erreichen, dass an definierten Positionen des Lichtleiters LG das Licht für ein Segment ausgekoppelt werden kann. Das bedeutet, der strukturierte Polarisationsumschalter PS ist in einzelne Bereiche 30 unterteilt, die jeweils einzeln schaltbar bzw. ansteuerbar sind. Zur Erzeugung und zur Auskopplung von sich im Lichtleiter LG vorzugsweise über Totalreflexion ausbreitenden Lichts eines ersten Segments S1 aus dem Lichtleiter LG wird beispielsweise der Polarisationsumschalter PS in einem AUS-Zustand belassen, so dass beispielsweise rechtzirkular polarisiertes Licht Rpol (= CR) vorliegt. Das durch den strukturierten Polarisationsumschalter PS und durch das Bragg- Polarisationsgitter BP durchtretende Licht durchläuft diese unabgelenkt und wird in die nullte Beugungsordnung gerichtet. Dieses Licht trifft dann auf die Grenzfläche des Lichtleiters LG, wird von dieser reflektiert und propagiert dann weiter unter diesem Winkel im Lichtleiter LG bis dieses Licht an eine Position im Lichtleiter LG kommt, an der es definiert ausgekoppelt werden soll. Dafür wird an dieser definierten Position im Lichtleiter der einzelne Bereich 30 des strukturierten Polarisationsumschalter PS angesteuert, so dass nur dieser eine Bereich 30 sich in einem AN-Zustand befindet. Das nun auf diesen Bereich 30 des strukturierten Polarisationsumschalters PS auftreffende Licht wird in seiner Polarisation so geändert, dass das dem strukturierten Polarisationsumschalter PS nachfolgende Bragg-Polarisationsgitter BP dafür empfindlich ausgelegt ist. Im vorliegenden Fall bedeutet dies, dass das rechtszirkular polarisierte Licht vom Bereich 30 des strukturierten Polarisationsumschalters PS in linkszirkular polarisiertes Licht umgewandelt wird, das dann auf das Bragg-Polarisationsgitter BP auftrifft, von diesem in die erste Beugungsordnung gebeugt und somit aus dem Lichtleiter LG ausgekoppelt wird. Auf diese Weise wird, wie in der Darstellung a) der Fig. 12 zu erkennen ist, ein erstes Segment S1 der Mehrfachabbildung eines SLM erzeugt. In der Darstellung b) der Fig. 12 ist ersichtlich auf welche Weise ein zweites Segment S2 der Mehrfachabbildung des SLM erzeugt wird. Dieses zweite Segment S2 wird an einer anderen Position des Lichtleiters LG aus diesem ausgekoppelt. Hierfür wird ein anderer Bereich 30 des strukturierten Polarisationsumschalters PS in einen AN-Zustand gebracht, so dass an dieser Position die Polarisation des Lichts geändert wird, so dass dort das Licht aus dem Lichtleiter LG ausgekoppelt werden kann. Auf diese Weise können verschiedene Bereiche 30 des strukturierten Polarisationsumschalters PS angesteuert, Licht an definierten Positionen des Lichtleiters LG ausgekoppelt und mehrere Segmente Sn, wie in den Darstellung c) und d) rein schematisch und skizzenhaft gezeigt, erzeugt werden, die zusammen ein großes Sichtfeld bilden bzw. erzeugen, in dem eine rekonstruierte Szene darstellbar ist. Die Darstellung c) zeigt die Erzeugung von Segmenten in nur einer Richtung, hier in vertikaler Richtung. Die Darstellung d) hingegen stellt die Erzeugung zweidimensional dar, d.h. sowohl vertikal als auch in horizontaler Richtung werden Segmente erzeugt, um ein zweidimensionales Sichtfeld zu erzeugen.

Bevorzugterweise soll das Licht im Lichtleiter LG über Totalreflexion propagieren. Es könnte jedoch durchaus sein, dass dies mit definierten Lichteinfallswinkeln nicht verwirklicht werden kann, so dass der Lichteinfallswinkel nicht größer als der Grenzwinkel der Totalreflexion ist. Um dennoch unter Reflexion das Licht im Lichtleiter propagieren zu lassen, können an den Grenzflächen des Lichtleiters dielektrische Schichtstapel vorgesehen sein, die entsprechend winkelselektiv das auftreffende Licht reflektieren.

Die Größe der Bereiche 30 des strukturierten Polarisationsumschalters PS hängt von der Geometrie, wie Dicke, Brechungsindex des verwendeten Materials und gegebenenfalls Krümmung, des verwendeten Lichtleiters ab, so dass die Bereiche 30 entsprechend angepasst werden können.

Damit keine Lücken im Sichtfeld und damit in der rekonstruierten Szene vorliegen, ist es notwendig, dass die erzeugten Segmente der Mehrfachabbildung des SLM im Wesentlichen lückenlos einander angrenzend angeordnet sind oder sich vorzugsweise gegenseitig teilweise überlagern bzw. überlappen. Vorteilhaft sollten die Bereiche 30 dabei derart ausgelegt sein, dass eine Überlagerung der einzelnen benachbarten Segmente in deren Randbereichen ermöglicht wird und der Überlagerungsbereich nicht größer als ca. 5% beträgt. Wie in Fig. 13 zu erkennen ist, können die Bereiche 30 des strukturierten Polarisationsumschalters PS in diskreten Schrittbreiten entsprechend angepasst werden, um eine Überlagerung von benachbarten Segmenten in ihren Randbereichen zu erzielen. In Fig. 13 oben und in Fig. 12 ist jeweils ein strukturierter Polarisationsschalter PS gezeigt, dessen separat ansteuerbare Abschnitte 30 so breit sind wie die Segmente, die ausgekoppelt werden sollen. Jeweils ein Abschnitt 30 des Polarisationsumschalters PS ist eingeschaltet, um entweder das Segment 1 oder das Segment 2 auszukoppeln. Damit lässt sich jedoch keine Überlappung der Segmente erreichen. Im Vergleich dazu ist in der Fig. 13 in der Mitte ein feiner strukturierter Polarisationsumschalter PS gezeigt. Jeweils vier Abschnitte 300 des strukturierten Polarisationsschalter PS werden hier eingeschaltet, um ein Segment auszukoppeln. Wie in Fig. 13 in der unteren Darstellung gezeigt, kann das zweite Segment S2 jetzt so verschoben werden, dass es in dieser schematischen Darstellung um einen Abschnitt 300 des strukturierten Polarisationsschalters PS, in diesem Fall um 25 %, mit dem ersten Segment S1 überlappt. Durch eine entsprechend feinere Strukturierung, zum Beispiel 20 Abschnitte 300, des strukturierten Polarisationsschalters PS entsprechend einem Segment, kann ein entsprechend feinerer Überlapp, um beispielsweise 5%, zwischen den Segmenten S1 und S2 eingestellt werden.

In Fig. 14 ist eine Möglichkeit dargestellt, mit der allgemein Licht oder auch Licht, das von einem SLM moduliert wurde, in einen Lichtleiter eingekoppelt werden kann. Dieses Prinzip ist allgemein bei einer Einkopplung von Licht in einen Lichtleiter anwendbar, kann aber insbesondere in einer Anzeigevorrichtung, wie beispielsweise in einem HUD oder HMD, angewandt werden, die jeweils wenigstens einen Lichtleiter aufweisen. Zur Einkopplung des Lichts in einen Lichtleiter LG ist wenigstens ein steuerbares Bragg-Polarisationsgitter vorgesehen, das aus einem Bragg-Polarisationsgitter BP und einem Polarisationsumschalter PS gebildet wird. Auf diese Weise kann das Licht, wenn es die richtige Polarisation für das Bragg-Polarisationsgitter BP aufweist, in den Lichtleiter durch Beugen des Lichts in eine erste Beugungsordnung eingekoppelt werden. Zur Auskopplung des im Lichtleiter LG unter Reflexion propagierenden Lichts kann wenigstens ein Auskopplungsgitter 32 vorgesehen sein, das beispielsweise, wie zu den Figuren 12 und 13 offenbart, als steuerbares Bragg- Polarisationsgitter oder aber auch als Volumengitter, das aufgrund seiner Winkelselektivität für den entsprechenden Lichteinfallswinkel ausgelegt sein muss, damit das Licht ausgekoppelt werden kann, ausgebildet sein kann.

In Fig. 14 ist speziell eine Möglichkeit zur Einkopplung von Licht dargestellt, die insbesondere für die Erzeugung von mehreren Segmenten einer Mehrfachabbildung eines SLM zur Erzielung eines großen Sichtfelds geeignet ist. Hierfür ist ein Stapel aus wenigstens zwei steuerbaren Bragg-Polarisationsgittern vorgesehen, die als Einkopplungsmittel dienen und am Lichtleiter LG angeordnet sind. Jedes steuerbare Bragg-Polarisationsgitter weist ein Bragg-Polarisationsgitter BP1 (BP2) und einen Polarisationsumschalter PS1 (PS2) auf. Mittels dieses Stapels aus zwei steuerbaren Bragg-Polarisationsgittern kann das Licht unter zwei verschiedenen Lichteinfallswinkel in den Lichtleiter LG eingekoppelt werden. Hierfür weisen die beiden Bragg- Polarisationsgitter BP1 und BP2 unterschiedliche Gitterperioden auf, was durch die unterschiedliche Neigung der Gitterebenen in Fig. 14 dargestellt werden soll. Dadurch können zwei verschiedene Lichteinfallswinkel erreicht werden, die in den Lichtleiter LG zur Erzeugung von zwei Segmenten einer Mehrfachabbildung eines SLM einkoppelbar sind. In der oberen Darstellung der Fig. 14 wird zur Erzeugung eines ersten Lichteinfallswinkels der Polarisationsumschalter PS1 in einen AN-Zustand gebracht, während der Polarisationsumschalter PS2 sich in einem AUS-Zustand befindet. Auf diese Weise wird das zugehörige Bragg-Polarisationsgitter BP1 angewählt, das dann das auftreffende, die richtige Polarisation aufweisende Licht in eine erste Beugungsordnung beugt und somit das Licht unter einem ersten definierten Lichteinfallswinkel in den Lichtleiter LG eingekoppelt wird. Dies ist mittels des durchgezogenen Pfeils dargestellt.

Befindet sich hingegen der Polarisationsumschalter PS2 in einem AN-Zustand und der Polarisationsumschalter PS1 in einem AUS-Zustand gemäß der unteren Darstellung der Fig. 14, dann kann ein zur oberen Darstellung verschiedener Lichteinfallswinkel erreicht werden. Das auf das erste steuerbare Bragg-Polarisationsgitter auftreffende Licht durchläuft somit ohne Ablenkung bzw. Beugung das Bragg-Polarisationsgitter BP1 , so dass das Licht nur vom Bragg- Polarisationsgitter BP2 in eine erste Beugungsordnung gebeugt wird und unter einem weiteren definierten Lichteinfallswinkel in den Lichtleiter LG eingekoppelt wird. Dies ist in der unteren Darstellung durch den durchgezogenen Pfeil dargestellt. Wie bereits erwähnt, können die beiden Lichtsegmente mittels wenigstens eines Auskoppelgitters 32 ausgekoppelt werden.

Um weitere Segmente einer Mehrfachabbildung eines SLM zu erzeugen, können weitere steuerbare Bragg-Polarisationsgitter zur Lichteinkopplung in den Lichtleiter LG vorgesehen sein. Die Bragg-Polarisationsgitter können auch reflektiv ausgebildet sein und Licht nach der gegenüberliegenden Seite des Lichtleiters auskoppeln.

In Fig. 15 ist schematisch in den Darstellungen a) und b) ein Head-Up-Display (HUD) gezeigt, das zwischen wenigstens zwei Tiefenebenen eines dargestellten Objekts umschaltbar ausgebildet ist.

Das HUD weist eine Beleuchtungseinrichtung 35, einen SLM, ein nicht dargestelltes optisches System und wenigstens zwei steuerbare Bragg-Polarisationsgitter zum Umschalten zwischen in diesem Ausführungsbeispiel zwei verschiedenen Tiefenebenen eines Objekts. Die beiden steuerbaren Bragg-Polarisationsgitter weisen jeweils ein Bragg-Polarisationsgitter BP und jeweils einen Polarisationsumschalter PS auf, der optisch mit dem jeweiligen Bragg- Polarisationsgitter gekoppelt ist. Die Beleuchtungseinrichtung 35 beleuchtet den SLM, der das auftreffende Licht entsprechend der darzustellenden Information moduliert. Im Strahlengang in Lichtausbreitungsrichtung nach dem SLM sind nun die zwei Polarisationsumschalter PS1 und PS2 und die zwei Bragg-Polarisationsgitter BP1 und BP2 angeordnet, die als Linsenelemente ausgebildet sind. Diese Linsenelemente weisen unterschiedliche Brennweiten auf. Die Darstellung a) der Fig. 15 zeigt das HUD in einem Fall, bei dem die Polarisationsumschalter PS1 und PS2 derart angesteuert werden, dass das sich in Lichtausbreitungsrichtung vorgesehene erste Bragg-Polarisationsgitter BP1 das auftreffende Licht in eine erste Beugungsordnung ablenkt, während das in Lichtausbreitungsrichtung dem ersten Bragg- Polarisationsgitter BP1 nachgeordnete zweite Bragg-Polarisationsgitter BP2 das auftreffende Licht in eine nullte Beugungsordnung lenkt. Die vorliegende Linse im ersten Bragg- Polarisationsgitter BP1 ist somit„eingeschaltet“ und die vorliegende Linse im zweiten Bragg- Polarisationsgitter BP2 ist„ausgeschaltet“. In diesem Fall wird ein virtuelles Bild 38 des SLM in größerer Entfernung von einem Betrachter 36, der hier durch ein Auge dargestellt werden soll, erzeugt. Dieses virtuelle Bild 38 des SLM kann dann der Betrachter 36 durch eine Windschutzscheibe 37 eines Fortbewegungsmittels, in das das HUD integriert ist, hindurchsehen und beobachten.

In der Darstellung b) der Fig. 15 werden die Polarisationsumschalter PS1 und PS2 nun so angesteuert, dass das erste Bragg-Polarisationsgitter BP1 das auftreffende Licht in die nullte Beugungsordnung und das zweite Bragg-Polarisationsgitter BP2 das auftreffende Licht in die erste Beugungsordnung ablenkt. In dem dargestellten Beispiel erzeugt das zweite Bragg- Polarisationsgitter BP2 dann ein reelles Bild 39 des SLM, das der Betrachter 36 innerhalb des Fortbewegungsmittels, somit vor der Windschutzscheibe 37, sieht und beobachten kann.

Weiterhin können für beide Bragg-Polarisationsgitter BP1 und BP2 auch

Kompensationsgitterelemente zur Korrektur der Dispersion vorgesehen sein.

Die Erfindung soll selbstverständlich nicht auf den Fall eines reellen und eines virtuellen Bildes eines SLM beschränkt sein, sondern es könnten auch mehrere virtuelle oder mehrere reelle Bilder des SLM in verschiedenen Entfernungen zum Betrachter erzeugt werden.

Die Erfindung soll weiterhin nicht auf die Verwendung zweier transmissiver Bragg- Polarisationsgitter beschränkt sein. Eines oder beide Bragg-Polarisationsgitter könnten auch reflektiv ausgebildet sein.

Zudem soll die Erfindung auch nicht auf Bragg-Polarisationsgitter im Lichtweg zwischen dem SLM und der Windschutzscheibe beschränkt sein. Insbesondere könnten ein oder mehrere reflektive Bragg-Polarisationsgitter auch auf der Windschutzscheibe angebracht sein.

Die Fig. 16 zeigt schematisch ein Head-Mounted-Display (HMD), bei dem das dargestellte Objekt in zwei verschiedenen Tiefenebenen dargestellt werden kann.

Das HMD weist eine Beleuchtungseinrichtung 40, einen SLM, ein optisches System 41 , einen Lichtleiter 42, eine Lichteinkopplungseinrichtung 43 und eine Lichtauskopplungseinrichtung 44 auf. Der SLM wird mittels der Beleuchtungseinrichtung 40 beleuchtet und moduliert das Licht entsprechend einer darzustellenden Information oder Szene. Der SLM wird dann mittels des optischen Systems 41 , das hier als Linsenelement dargestellt ist, ins Unendliche abgebildet. Das bedeutet, die Lichtstrahlen, die von einem einzelnen Pixel des SLM ausgehen, verlaufen parallel zueinander. Diese Lichtstrahlen werden danach mittels der Lichteinkopplungseinrichtung 43 in den Lichtleiter 42 eingekoppelt und propagieren im Lichtleiter 42 über Reflexion bis sie mittels der Lichtauskopplungseinrichtung 44 wieder aus dem Lichtleiter 42 ausgekoppelt werden. Wie in Fig. 16 ersichtlich, sind zwei steuerbare Bragg- Polarisationsgitter vorgesehen, die zwischen der Lichtauskopplungseinrichtung 44 und einem Betrachter 45, der auch hier nur als Auge dargestellt sein soll, angeordnet sind. In diesem Ausführungsbeispiel sind die beiden steuerbaren Bragg-Polarisationsgitter auf einer innenseitigen Oberfläche bzw. Grenzfläche des Lichtleiters 42, d.h. von Richtung des Betrachters 45 aus gesehen, angeordnet. Die zwei Bragg-Polarisationsgitter weisen jeweils einen Polarisationsumschalter PS1 , PS2 und jeweils ein Bragg-Polarisationsgitter BP1 , BP2 auf, wobei die Bragg-Polarisationsgitter BP1 , BP2 als Linsenelemente ausgebildet sind bzw. Linsenfunktionen aufweisen.

In der Darstellung a) der Fig. 16 werden die beiden Polarisationsumschalter PS1 und PS2 derart angesteuert bzw. geschaltet, dass das in Lichtrichtung nach der Lichtauskopplungseinrichtung 44 vorgesehene erste Bragg-Polarisationsgitter BP1 das auftreffende Licht in eine erste Beugungsordnung beugt und das nachfolgend angeordnete zweite Bragg-Polarisationsgitter BP2 das auftreffende Licht in die nullte Beugungsordnung lenkt. Auf diese Weise wird ein Bild 46 des SLM in einer ersten Entfernung vom Betrachter 45 erzeugt.

In der Darstellung b) der Fig. 16 werden die Polarisationsumschalter PS1 und PS2 nun in anderer Weise so angesteuert bzw. geschaltet, dass das erste Bragg-Polarisationsgitter BP1 das auftreffende Licht in die nullte Beugungsordnung lenkt bzw. richtet und das zweite Bragg- Polarisationsgitter BP2 das auftreffende Licht in die erste Beugungsordnung beugt. Auf diese Weise wird ein Bild 48 des SLM in einer zweiten Entfernung zum Betrachter 45 erzeugt.

In dieser schematisch dargestellten Fig. 16 ist der Abstand des Bildes des SLM zum Lichtleiter und die Größe des Bildes des SLM jeweils im Vergleich zu einer maßstäblichen Ansicht jeweils verkleinert gezeichnet. Der Lichtleiter selbst ist üblicherweise nur wenige Millimeter dick. Der Abstand des Auges zum Lichtleiter kann ca. 25 mm - 30 mm betragen. Ein Bild des SLM wird aber üblicherweise in einem Bereich zwischen ca. 20 cm und mehreren Metern vom Lichtleiter entfernt erzeugt werden und ist üblicherweise im Vergleich zum SLM selbst vergrößert.

Weiterhin können für beide Bragg-Polarisationsgitter BP1 und BP2 auch Kompensationsgitterelemente zur Korrektur der Dispersion vorgesehen sein.

Eine derartige Anordnung gemäß Fig. 16 kann bevorzugt auch in Kombination mit einer Blickverfolgung eines Betrachters eingesetzt werden. Wird hierbei beispielsweise detektiert, dass ein Betrachter ein bestimmtes Objekt ansieht bzw. anfokussiert, das sich näher bei dem ersten Bild des SLM befindet als bei dem zweiten Bild des SLM, so wird daraufhin das erste Bild 46 des SLM mittels des HMD erzeugt. Befindet sich das anfokussierte Objekt hingegen näher bzw. in der Nähe des zweiten Bildes des SLM, so wird daraufhin das zweite Bild 48 des SLM erzeugt.

Das beschriebene Prinzip bzw. die offenbarte Vorgehensweise kann auch auf mehr als zwei steuerbare Bragg-Polarisationsgitter und mehr als zwei Bildebenen bzw. Tiefenebenen erweitert werden. Dieses Prinzip kann auch mit zusätzlichen passiven Linsenelementen kombiniert werden. Oder es können auch beide Bragg-Polarisationsgitter der zwei steuerbaren Bragg- Polarisationsgitter in die erste Beugungsordnung lenken, um durch Kombination der beiden Linsenfunktionen der zwei Bragg-Polarisationsgitter ein Bild des SLM in einer weiter entfernten Tiefenebene zum Betrachter zu erzeugen.

Diese Art der Nachführung in z-Richtung bzw. in axialer Richtung des HMD kann selbstverständlich auch mit einer Feinnachführung kombiniert werden. Dieses beschriebene Prinzip gilt selbstverständlich auch für ein HUD gemäß Fig. 15.

In Fig. 17 ist auf allgemeine Weise dargestellt wie mittels wenigstens eines steuerbaren Bragg- Polarisationsgitters ein mittels einer Anzeigevorrichtung erzeugter virtueller Betrachterbereich verschoben werden kann, d.h. an eine neue Position bewegt werden kann, wenn sich ein Betrachter einer dargestellten Szene an eine neue Position begibt. Die Anzeigevorrichtung weist zur Erzeugung einer vorzugsweise holographisch dargestellten Szene eine Beleuchtungseinrichtung, wenigstens einen SLM und ein optisches System auf, wobei diese Elemente aus Übersichtlichkeitsgründen hier nicht dargestellt sind und die Fig. 17 sich nur auf die Nachführung eines virtuellen Betrachterbereichs konzentriert.

Die Anzeigevorrichtung erzeugt im Bereich eines Auges eines Betrachters 50 einen virtuellen Betrachterbereich, so dass der Betrachter 50 beim Blick durch diesen virtuellen Betrachterbereich eine dargestellte Szene beobachten kann. Der Kopf eines Betrachters 50, der sich in Fig. 17 im oberen Bereich befindet soll zur Erläuterung einer Grobnachführung des virtuellen Betrachterfensters in einer lateralen Richtung, hier der x-Richtung, dienen, wobei der Kopf des Betrachters 50 im unteren Bereich der Fig. 17 zur Erläuterung einer Grobnachführung des virtuellen Betrachterfensters in einer axialen Richtung, d.h. der z-Richtung, dienen soll.

Zur Nachführung des virtuellen Betrachterbereichs bei einer Positionsänderung des Betrachters 50 weist die Anzeigevorrichtung wenigstens ein steuerbares Bragg-Polarisationsgitter, das aus einem Bragg-Polarisationsgitter BP und einem Polarisationsumschalter PS gebildet ist, wenigstens zwei Gitterelemente, hier Volumengitter, VG1 und VG2 und Flüssigkristallgitter LCG auf. Das steuerbare Bragg-Polarisationsgitter in Verbindung mit den Volumengittern VG1 und VG2 dienen hier zur Grobnachführung des virtuellen Betrachterbereichs in xyz-Richtung, wohingegen die Flüssigkristallgitter LCG zur Feinnachführung des virtuellen Betrachterbereichs vorgesehen sind. Trifft nun polarisiertes Licht auf den Polarisationsumschalter PS in Verbindung mit dem Bragg- Polarisationsgitter BP wird dieses Licht entsprechend der gegebenen Polarisation entweder von dem Bragg-Polarisationsgitter in die nullte Beugungsordnung oder in eine erste Beugungsordnung gebeugt bzw. abgelenkt.

Zur Grobnachführung des virtuellen Betrachterbereichs sind die Volumengitter VG1 und VG2, die eine unterschiedliche jeweils schmale Winkelselektivität aufweisen, als Feldlinsen mit unterschiedlichem lateralen Fokuspunkt oder unterschiedlicher Brennweite ausgebildet, so dass das Licht entsprechend in z-Richtung unterschiedlich fokussiert werden kann. Mittels des Polarisationsumschalters PS wird die Polarisation des von der Beleuchtungseinrichtung ausgesandten und vom SLM modulierten auftreffenden Lichts so eingestellt, dass das Bragg- Polarisationsgitter BP das Licht entweder in die nullte Beugungsordnung oder in eine erste Beugungsordnung lenkt. Die Einfallswinkel der Volumengitter VG1 und VG2 sind dabei derart eingestellt bzw. ausgelegt, dass ein Volumengitter, beispielsweise das Volumengitter VG1 , mit hoher Beugungseffizienz das Licht aus der nullten Beugungsordnung des Bragg- Polarisationsgitters BP in eine erste z-Ebene fokussiert, beispielsweise in die z-Ebene, in der sich der Betrachter 50 im oberen Bereich der Fig. 17 befindet. Das weitere Volumengitter, beispielsweise das Volumengitter VG2, fokussiert dann das Licht aus der ersten Beugungsordnung des Bragg-Polarisationsgitters BP mit hoher Beugungseffizienz in eine andere z-Ebene, beispielsweise in die z-Ebene, in der sich der Betrachter 50 im unteren Bereich der Fig. 17 befindet. Mittels wenigstens eines steuerbaren Bragg-Polarisationsgitters können somit Gitterelemente mit Linsenfunktionen angesteuert werden, die dann das Licht in eine geforderte z-Ebene fokussieren.

Für eine Grobnachführung des virtuellen Betrachterbereichs, z.B. wie hier dargestellt in x- Richtung, wird mittels des Polarisationsumschalters PS die Polarisation des Lichts derart eingestellt, dass das Bragg-Polarisationsgitter BP das auftreffende Licht entweder in die nullte Beugungsordnung oder in eine erste Beugungsordnung lenkt. Das auftreffende Licht wird dann je nach Schaltzustand des mit dem Bragg-Polarisationsgitters BP gekoppelten Polarisationsumschalters PS in zwei verschiedene Winkel ablenkt. Diese zwei Ablenkwinkel sind an die Winkelakzeptanz der im Strahlengang nachfolgend angeordneten unterschiedlichen Volumengitter VG1 und VG2 angepasst, so dass entweder das Volumengitter VG1 oder das Volumengitter VG2 adressiert und das Licht entsprechend abgelenkt wird. Auf diese Weise kann das Licht in lateraler (x-y-Richtung) Richtung gezielt gelenkt und der virtuelle Betrachterbereich entsprechend einer neuen Position des Betrachters 50 verschoben werden, wie durch die Darstellung der beiden Köpfe des Betrachters 50 ersichtlich ist.

Beide Möglichkeiten einer Grobnachführung, die Nachführung in lateraler Richtung wie auch die Nachführung in axialer Richtung, können miteinander kombiniert werden. Zudem kann die Grobnachführung mit einer Feinnachführung des virtuellen Betrachterbereichs kombiniert werden, die mittels der Flüssigkristallgitter LCG durchgeführt werden kann.

Die Erfindung ist nicht auf die hier dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Es sind zudem weitere Kombinationen der Ausführungsformen bzw. 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 beschränken soll.