DE102012100212A1 - Method for manufacturing hologram of optical device for illuminating spatial light modulator for stereoscopic display, involves directing exposure light at holographic recording material through optical waveguide - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren bei der Herstellung eines Hologramms zum Auskoppeln von Beleuchtungslicht aus einer Lichtführungsschicht eines, insbesondere ebenen, Lichtwellenleiters, wobei ein Belichten von holographischem Aufnahmematerial, insbesondere einer Photopolymerschicht, mit Belichtungslicht erfolgt. The invention relates to a method in the production of a hologram for coupling out illumination light from a light-guiding layer of a, in particular planar, optical waveguide, wherein exposure of holographic recording material, in particular a photopolymer layer, takes place with exposure light.
Die Erfindung betrifft außerdem eine optische Vorrichtung zum Beleuchten einer Pixelmatrix und/oder eines steuerbaren räumlichen Lichtmodulators für ein Display, insbesondere ein stereoskopisches oder holographisches 3D-Display, wobei die optische Vorrichtung einen Lichtwellenleiter und ein Hologramm zum Auskoppeln von Beleuchtungslicht aus der Lichtführungsschicht des Lichtwellenleiters aufweist. The invention also relates to an optical device for illuminating a pixel matrix and / or a controllable spatial light modulator for a display, in particular a stereoscopic or holographic 3D display, wherein the optical device comprises an optical waveguide and a hologram for coupling out illumination light from the light guiding layer of the optical waveguide ,
Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine optische Anordnung, insbesondere ein Display, insbesondere ein stereoskopisches oder holographisches 3D-Display, mit einer solchen optischen Vorrichtung. Moreover, the invention relates to an optical arrangement, in particular a display, in particular a stereoscopic or holographic 3D display, with such an optical device.
Displays mit flächigen, ebenen Lichtleitern zur Hintergrundbeleuchtung einer Pixelmatrix oder eines steuerbaren, räumlichen Lichtmodulators sind in unterschiedlichen Ausführungsformen bekannt. Die Verwendung eines ebenen Lichtleiters zur Hintergrundbeleuchtung hat den besonderen Vorteil, dass diese flach ausgebildet sein kann. Das in den ebenen Lichtleiter eingekoppelte Licht wird an den Grenzflächen des Lichtleiters durch totalinterne Reflexion reflektiert und kann so im Lichtleiter propagieren. Zur Auskopplung jeweils eines Teils des im Lichtleiter propagierenden Lichts in Richtung auf eine Pixelmatrix, beispielsweise eine LCD-Matrix, können beispielsweise Störstellen oder ein Auskoppelgitter an einer der Grenzflächen vorgesehen sein. Displays with planar, planar light guides for backlighting a pixel matrix or a controllable, spatial light modulator are known in different embodiments. The use of a planar light guide for backlighting has the particular advantage that it can be made flat. The coupled into the planar light guide light is reflected at the interfaces of the light guide by total internal reflection and can thus propagate in the light guide. For decoupling in each case a part of the light propagating in the optical waveguide in the direction of a pixel matrix, for example an LCD matrix, it is possible, for example, to provide impurities or a coupling-out grating at one of the interfaces.
Aus
Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art, bei der ein holographisches Auskoppelgitter vorgesehen ist, ist beispielsweise aus der wissenschaftlichen Veröffentlichung
Auch aus
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren anzugeben, das es ermöglicht, Hologrammen zum Auskoppeln von Beleuchtungslicht aus der Lichtführungsschicht eines, insbesondere ebenen, Lichtwellenleiters bei deren Herstellung besondere optische Strukturen aufzuprägen, insbesondere optische Strukturen die nicht lediglich eine ausschließliche Auskopplung des Beleuchtungslichts bewirken, sondern dem ausgekoppelten Beleuchtungslicht – je nach Anwendungsfall – besondere zusätzliche optische Eigenschaften verleihen. It is the object of the present invention to specify a method which makes it possible to impose special optical structures on the light guide layer of a, in particular planar, optical waveguide for coupling out illumination light, in particular optical structures which do not merely cause an exclusive coupling out of the illumination light but give the coupled-out illumination light - depending on the application - special additional optical properties.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, dass wenigstens ein Teil des Belichtungslichts während der Belichtung durch den Lichtwellenleiter hindurch zu dem holographischen Aufnahmematerial gelenkt wird, um in dem holographischen Aufnahmematerial das Hologramm zu erzeugen bzw. einzubelichten. The object is achieved by a method of the type mentioned in the introduction, which is characterized in that at least part of the exposure light is directed to the holographic recording material during the exposure through the optical waveguide in order to produce or register the hologram in the holographic recording material.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass es für eine Reihe von Beleuchtungssituationen von Vorteil ist, wenn das ausgekoppelte Beleuchtungslicht an die betreffende Beleuchtungssituation angepasste, optische Eigenschaften aufweist. Beispielsweise ist es bei Displays, die zur Erzeugung einer holographischen 3D-Rekonstruktion vorgesehen sind, von Vorteil, wenn das ausgekoppelte Beleuchtungslicht, mit dem eine Pixelmatrix oder ein steuerbarer räumlicher Lichtmodulator beleuchtet wird, sphärische Wellenfronten aufweist, obwohl das in den betreffenden Lichtleiter eingekoppelte, vorzugsweise kohärente, Licht ebene Wellenfronten aufweist. Hierdurch wird de facto eine Abbildung der Lichtquelle oder eine Fokussierung des Lichts der Lichtquelle in eine Ebene, an welcher ein Benutzer sich befinden kann, erreicht, wobei der Krümmungsradius der Wellenfronten im Wesentlichen dem Betrachterabstand zu dem steuerbaren räumlichen Lichtmodulator entspricht. According to the invention, it has been recognized that it is advantageous for a number of lighting situations when the coupled-out illumination light has optical properties adapted to the relevant lighting situation. For example, in displays provided for generating a holographic 3D reconstruction, it is advantageous if the coupled-out illumination light, with which a pixel matrix or a controllable spatial light modulator is illuminated, has spherical wavefronts, although this is coupled into the relevant light guide, preferably coherent, light-level wavefronts. This will de facto be a picture of the light source or a Focusing the light of the light source in a plane at which a user may be located reaches, wherein the radius of curvature of the wavefronts substantially corresponds to the observer distance to the controllable spatial light modulator.
Um beispielsweise einen solchen Effekt mit den aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen zu erzielen, müsste – soweit überhaupt möglich – aufwändige zusätzliche Optik in die Beleuchtungsvorrichtung integriert oder diesem nachgeordnet werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, auf solche zusätzlichen optischen Bauteile verzichten zu können, weil dem Hologramm entsprechende optische Eigenschaften, beispielsweise Linseneigenschaften, bereits bei der Herstellung aufgeprägt werden können. For example, in order to achieve such an effect with the devices known from the prior art, expensive additional optics would have to be integrated into the lighting device or arranged downstream of it, if at all possible. The inventive method makes it possible to dispense with such additional optical components, because the hologram corresponding optical properties, such as lens properties, can already be impressed during production.
Hierbei wurde insbesondere erkannt, dass dem herzustellenden Hologramm die spezifisch besonderen Eigenschaften besonders einfach und qualitativ hochwertig aufgeprägt werden können, wenn für die Belichtung wenigstens teilweise die Lichtwege genutzt werden, die später das Beleuchtungslicht nimmt. Hierbei kann vorgesehen sein, dass das Belichtungslicht in derselben Richtung propagiert, wie später das Beleuchtungslicht. Es kann jedoch – je nach Anwendungsfall –, wie weiter unten noch im Detail aufgezeigt wird, auch von Vorteil sein, wenn das Belichtungslicht dem späteren Beleuchtungslichtweg in umgekehrter Richtung folgt. In this case, it was in particular recognized that the holograms to be produced can be impressed in a particularly simple and high-quality manner if, for the exposure, the light paths are used at least in part, which later absorbs the illumination light. In this case it can be provided that the exposure light propagates in the same direction as later the illumination light. However, depending on the application, as will be shown in more detail below, it may also be advantageous if the exposure light follows the later illumination light path in the opposite direction.
Dadurch, dass erfindungsgemäß das Belichtungslicht nicht lediglich aus dem freien Halbraum auf das holographische Aufnahmematerial gelenkt wird, sondern auch von der Seite auf das Aufnahmematerial treffen kann, auf der sich der Lichtwellenleiter befindet, können bei der Belichtung Interferenzmuster erzeugt werden, die mit den aus dem Stand der Technik bekannten Herstellungsverfahren nicht erzeugbar sind. The fact that according to the invention the exposure light is not only directed from the free half-space on the holographic recording material, but can also hit from the side of the recording material on which the optical fiber is located, can be generated in the exposure interference pattern with the from the State of the art known production methods are not produced.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Hologramme eignen sich besonders dazu, insbesondere kohärentes, Beleuchtungslicht aus einem Lichtwellenleiter auszukoppeln, der eine Lichtführungsschicht aufweist, in der Beleuchtungslicht, insbesondere nach dem Prinzip der totalinternen Reflexion, zwischen zwei im wesentlichen einander gegenüberliegenden Reflexionsflächen geführt ist. Allerdings ist auch denkbar, dass das Hologramm selbst eine der Reflexionsflächen bildet und zusätzlich als Auskoppelmittel fungiert, das jeweils einen Teil des auf die Reflexionsfläche treffenden Lichtes aus dem Lichtleiter auskoppelt. Holograms produced by the method according to the invention are particularly suitable for decoupling, in particular coherent, illumination light from an optical waveguide which has a light-guiding layer in which illumination light, in particular according to the principle of total internal reflection, is guided between two substantially mutually opposite reflection surfaces. However, it is also conceivable that the hologram itself forms one of the reflection surfaces and additionally acts as decoupling means, which in each case decouples a part of the light striking the reflection surface from the light guide.
Bei einer besonderen Ausführung ist vorgesehen, dass das holographische Aufnahmematerial vor dem Belichten unmittelbar an dem Lichtwellenleiter angebracht wird und/oder dass eine Auskoppelseite eines Lichtwellenleiters vor dem Belichten mit dem holographischen Aufnahmematerial, insbesondere vollflächig, beschichtet wird. Das Beschichten kann insbesondere in der Art erfolgen, dass das Aufnahmematerial als Schicht auf einer Trägerschicht bereitgestellt wird und die trägerschichtfrei Seite durch Verkleben oder durch eigene Adhäsionskräfte mit dem Lichtwellenleiter verbunden wird. Nach dem Verbinden kann die Trägerschicht entfernt werden. In a particular embodiment, it is provided that the holographic recording material is attached directly to the optical waveguide before exposure and / or that a decoupling side of an optical waveguide before the exposure to the holographic recording material, in particular over the entire surface, is coated. The coating can be carried out in particular in such a way that the recording material is provided as a layer on a carrier layer and the carrier layer-free side is connected by gluing or by its own adhesion forces with the optical waveguide. After bonding, the carrier layer can be removed.
Davon abweichend kann auch vorgesehen sein, dass das holographische Aufnahmematerial nach dem Belichten und/oder nach dem vollständigen Herstellen des Hologramms unmittelbar an dem Lichtwellenleiter angebracht wird und/oder dass eine Auskoppelseite eines Lichtwellenleiters nach dem Belichten mit dem belichteten holographischen Aufnahmematerial, insbesondere vollflächig, beschichtet wird. Deviating from this, it can also be provided that the holographic recording material is attached directly to the optical waveguide after exposure and / or after complete production of the hologram and / or that a decoupling side of an optical waveguide is coated after exposure with the exposed holographic recording material, in particular over its entire surface becomes.
Insbesondere für Auskoppelanwendungen, bei denen das ausgekoppelte Beleuchtungslicht sphärische Wellenfronten aufweisen soll, ist es von Vorteil, wenn der Lichtwellenleiter und das holographische Aufnahmematerial relativ zueinander für die Belichtung in eine Belichtungsstellung verbracht werden, die sich von der späteren Relativstellung der beiden Bauteile zueinander (z. B. in der Beleuchtungsstellung) unterscheidet. In particular for decoupling applications in which the decoupled illumination light should have spherical wavefronts, it is advantageous if the optical waveguide and the holographic recording material are moved relative to each other for exposure in an exposure position, which differs from the later relative position of the two components (z. B. in the lighting position) differs.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der Lichtwellenleiter und das holographische Aufnahmematerial relativ zueinander für die Belichtung in eine Belichtungsstellung verbracht werden, die sich von der späteren Beleuchtungsstellung, in die die beiden Bauteile nach der Belichtung verbracht werden, dadurch unterscheidet, dass der Lichtwellenleiter relativ zum holographischen Aufnahmematerial jeweils um 180° um zwei zueinander senkrechte Achsen gedreht wird. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Lichtwellenleiter und das holographische Aufnahmematerial nach der Belichtung relativ zueinander in einer von der Belichtungsstellung verschiedene Beleuchtungsstellung derart verbracht werden, dass der Lichtweg für das Beleuchtungslicht oder die Ausbreitungsrichtung des Beleuchtungslichts in der Beleuchtungsstellung dem umgekehrten Lichtweg für das Belichtungslicht oder entgegengesetzt der Ausbreitungsrichtung des Belichtungslichts in der Belichtungsstellung entspricht und/oder dass die Strahlengänge für das Beleuchtungslicht und das Belichtungslicht wenigstens teilweise zueinander spiegelsymmetrisch sind. For example, it can be provided that the optical waveguide and the holographic recording material are moved relative to each other for the exposure in an exposure position, which differs from the later illumination position, in which the two components are spent after exposure, that the optical waveguide relative to the holographic Recording material is rotated in each case by 180 ° about two mutually perpendicular axes. In particular, it can be provided that the optical waveguide and the holographic recording material are spent after the exposure relative to each other in a different illumination position from the exposure position such that the light path for the illumination light or the propagation direction of the illumination light in the illumination position the opposite light path for the exposure light or opposite corresponds to the propagation direction of the exposure light in the exposure position and / or that the beam paths for the illumination light and the exposure light are at least partially mirror-symmetrical to each other.
Durch solche Ausgestaltungen kann erreicht werden, dass das auf dem umgekehrten und/oder gespiegelten Lichtweg verlaufende Beleuchtungslicht konvergent verläuft, weil wenigstens ein Teil des zur Belichtung verwendeten Lichts zuvor divergent verlaufen ist. By such embodiments can be achieved that the running on the reverse and / or mirrored light path illumination light converges, because at least a part of the Exposure of light used previously divergent.
Bei der Herstellung eines solchen Hologramms verläuft vorzugsweise ein divergentes Belichtungsstrahlenbündel, das mit einem weiteren Belichtungslichtstrahlenbündel zur Interferenz gebracht wird, durch die beiden Reflexionsflächen hindurch zu dem holographischen Aufnahmematerial. In der Beleuchtungsstellung folgt das ausgekoppelte Beleuchtungslicht dem umgekehrten – also konvergenten – Lichtweg, was zur Folge hat, dass das mit ebenen Wellenfronten in den Lichtwellenleiter eingekoppelte Licht nach seiner Auskopplung sphärische Wellenfronten aufweist. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Aufnahmematerial derart belichtet wird, dass das resultierende Transmissionshologramm an unterschiedlichen Stellen unterschiedliche Auskoppelwinkel aufweist, insbesondere zum Rand hin zunehmende Auskoppelwinkel aufweist. In the production of such a hologram, a divergent exposure beam, which is brought into interference with another exposure light beam, preferably passes through the two reflection surfaces to the holographic recording material. In the illumination position, the decoupled illumination light follows the inverted-that is, convergent-light path, with the result that the light coupled into the optical waveguide with plane wavefronts has spherical wavefronts after being coupled out. In particular, it may be provided that the recording material is exposed in such a way that the resulting transmission hologram has different outcoupling angles at different locations, in particular has outcoupling angles which increase towards the edge.
Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass das Hologramm als Transmissionshologramm und/oder als ein holographisches Gitter, insbesondere holographisches Volumengitter, erzeugt wird. Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass in das Hologramm weitere optische Komponenten bzw. Funktionen mit einbelichtet werden. Beispielsweise kann auch ein Reflexionsgitter mit einbelichtet werden, das dafür sorgt, dass ein Teil des aus der Lichtführungsschicht auf das Hologramm auftreffenden Beleuchtungslichtes in die Lichtführungsschicht zurück reflektiert wird. Es ist auch möglich, das Hologramm zum Auskoppeln als Reflexionsgitter auszubilden, das aus der Lichtführungsschicht auf das Hologramm auftreffende Beleuchtungslicht unter einem derartigen Winkel reflektiert, dass es nach Durchlaufen der Lichtführungsschicht durch die andere Reflexionsschicht des Lichtwellenleiters, beispielsweise weil der Grenzwinkel der Totalreflexion unterschritten ist, austritt. In particular, it may be provided that the hologram is produced as a transmission hologram and / or as a holographic grating, in particular a holographic volume grating. In addition, it can be provided that further optical components or functions are also imprinted in the hologram. By way of example, it is also possible to imprint a reflection grating which ensures that part of the illumination light incident on the hologram from the light-guiding layer is reflected back into the light-guiding layer. It is also possible to form the hologram for decoupling as a reflection grating that reflects from the light guide layer incident on the hologram illumination light at an angle such that it is after passing through the light guide layer by the other reflection layer of the optical waveguide, for example, because the critical angle of total reflection is exceeded, exit.
Bei einer besonderen Ausführung ist vorgesehen, dass der Lichtwellenleiter, eine Lichtführungsschicht aufweist, in der Beleuchtungslicht, insbesondere nach dem Prinzip der totalinternen Reflexion, zwischen zwei im wesentlichen einander gegenüberliegenden Reflexionsflächen führbar ist, und dass das holographische Aufnahmematerial an einer, insbesondere nach dem Prinzip der totalinternen Reflexion arbeitenden, Reflexionsfläche des Lichtwellenleiters angebracht wird und dass wenigstens ein Teil des Belichtungslichts während der Belichtung durch die andere Reflexionsfläche hindurch zu dem holographischen Aufnahmematerial gelenkt wird. In a particular embodiment, it is provided that the optical waveguide, a light guide layer, in the illumination light, in particular according to the principle of total internal reflection, between two substantially opposite reflecting surfaces is feasible, and that the holographic recording material on a, in particular according to the principle of and the at least part of the exposure light is directed through the other reflection surface to the holographic recording material during the exposure.
Alternativ oder zusätzlich kann auch vorgesehen sein, der Lichtwellenleiter eine Lichtführungsschicht aufweist, in der Beleuchtungslicht, insbesondere nach dem Prinzip der totalinternen Reflexion, zwischen zwei im Wesentlichen einander gegenüberliegenden Reflexionsflächen führbar ist und dass wenigstens ein Teil des Belichtungslichts während der Belichtung durch eine von den Reflexionsfläche verschiedene Einkoppelfläche, insbesondere eine Stirnseite des Lichtwellenleiters, hindurch zu dem holographischen Aufnahmematerial gelenkt wird und/oder dass der Lichtwellenleiter eine Einkopplungsstelle zum Einkoppeln des Beleuchtungslichts aufweist und dass wenigstens ein Teil des Belichtungslichts während der Belichtung durch die Einkopplungsstelle hindurch zu dem holographischen Aufnahmematerial gelenkt wird. Bei derartigen Ausführungen ist das resultierende Hologramm besonders gut auf die Ausbreitungsrichtung und die optischen Eigenschaften des, insbesondere kohärenten, Beleuchtungslichtes abgestimmt, weil dieses denselben Lichtweg entlang propagiert, wie wenigstens ein Teil des bei der Herstellung des Hologramms benutzten Belichtungslichts. Alternatively or additionally, it may also be provided that the optical waveguide has a light-guiding layer in which illumination light, in particular according to the principle of total internal reflection, can be guided between two essentially mutually opposing reflection surfaces and at least part of the exposure light during exposure through one of the reflection surface different launch surface, in particular an end face of the optical waveguide is directed therethrough to the holographic recording material and / or that the optical waveguide has a Einkopplungsstelle for coupling the illumination light and that at least a portion of the exposure light is directed during the exposure through the coupling-in point to the holographic recording material. In such embodiments, the resulting hologram is particularly well matched to the propagation direction and the optical properties of the, particularly coherent, illumination light because it propagates along the same light path as at least part of the exposure light used in the fabrication of the hologram.
Bei einer Ausführung, die das Herstellen besonders präzise abgestimmter Hologramme ermöglicht, wird erstes Belichtungslicht während der Belichtung durch zwei Reflexionsflächen hindurch zu dem holographischen Aufnahmematerial gelenkt, während gleichzeitig zweites Belichtungslicht, welches kohärent zum ersten Belichtungslicht ist, durch eine Einkopplungsstelle des Lichtwellenleiters für das Beleuchtungslicht hindurch zu dem holographischen Aufnahmematerial gelenkt. Hierbei kann vorteilhafter Weise das erste Beleuchtungslicht und das zweite Beleuchtungslicht derselben Lichtquelle entstammen, um die für die Erzeugung eines stabilen Interferenzmusters nötige Kohärenz zu erreichen. In one embodiment, which enables the production of highly precisely matched holograms, first exposure light is directed to the holographic recording material through two reflecting surfaces during exposure, while second exposure light, which is coherent with the first exposure light, passes through a coupling point of the optical waveguide for the illumination light directed to the holographic recording material. In this case, advantageously, the first illumination light and the second illumination light originate from the same light source in order to achieve the coherence necessary for generating a stable interference pattern.
Insbesondere um dem Hologramm zusätzlich eine Linseneigenschaft aufzuprägen kann, wie bereits erwähnt, vorgesehen sein, dass wenigstens ein Teil des Belichtungslichts in dem Bereich, in dem es auf das holographische Aufnahmematerial wirkt, eine gekrümmte, insbesondere sphärische, Wellenfront aufweist. Zu demselben Zweck kann alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein, dass das Aufnahmematerial derart ausgebildet ist und belichtet wird, dass bei Einkopplung von Beleuchtungslicht mit ebener Wellenfront das ausgekoppelte Beleuchtungslicht eine sphärische Wellenfront aufweist. Hierbei könnte das Beleuchtungslicht kohärent sein. In particular, in order to additionally impose a lens characteristic on the hologram, as already mentioned, it can be provided that at least part of the exposure light has a curved, in particular spherical, wavefront in the region in which it acts on the holographic recording material. For the same purpose, it may alternatively or additionally be provided that the recording material is embodied and exposed in such a way that when the illumination light with a planar wavefront is coupled in, the coupled-out illumination light has a spherical wavefront. In this case, the illumination light could be coherent.
Das Belichten kann beispielsweise sequentiell in mehreren Belichtungsschritten erfolgen. Es ist insbesondere auch möglich, dass das Belichten sequentiell in mehreren Belichtungsschritten erfolgt, wobei die Position und/oder Ausrichtung des Lichtwellenleiters samt des holographischen Aufnahmematerials zwischen den Belichtungsschritten geändert wird. Hierbei kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Position und/oder Ausrichtung des Lichtwellenleiters samt des holographischen Aufnahmematerials zwischen den Belichtungsschritten geändert wird, während die Position und/oder Ausrichtung wenigstens einer Belichtungslichtquelle oder Belichtungslichtquellenabbildungen, vorzugsweise aller Belichtungslichtquellen, und/oder der Belichtungsstrahlengang unverändert bleibt. Mit anderen Worten verbleibt das auf das holographische Aufnahmematerial gerichtete Beleuchtungslichtfeld unverändert. The exposure can, for example, be carried out sequentially in several exposure steps. In particular, it is also possible for the exposure to take place sequentially in a plurality of exposure steps, wherein the position and / or orientation of the optical waveguide, together with the holographic recording material, is changed between the exposure steps. In this case, it may be provided, in particular, that the position and / or orientation of the optical waveguide, together with the holographic recording material, between the Exposure steps is changed, while the position and / or orientation of at least one exposure light source or exposure light source images, preferably all exposure light sources, and / or the exposure beam path remains unchanged. In other words, the illumination light field directed to the holographic recording material remains unchanged.
Es kann das Aufnahmematerial von einer Trägerfolie abgelöst und auf den Lichtwellenleiter aufgebracht werden, um eventuell störende Einflüsse der Trägerfolie bei dem Belichtungsvorgang zu vermeiden. Hierzu kann beispielsweise das holographische Aufnahmematerial samt Trägerfolie auf den Lichtwellenleiter aufgebracht werden. Anschließend kann die Trägerfolie von dem holographischen Aufnahmematerial abgelöst werden, wobei hierzu das holographische Aufnahmematerial und die Trägerfolie derart ausgebildet sein sollte, dass die Anziehungskraft zwischen Lichtwellenleiter und holographischem Aufnahmematerial größer ist als die Anziehungskraft zwischen holographischem Aufnahmematerial und Trägerfolie. Insbesondere für Mehrfarbanwendungen, also für Anwendungen bei denen das Beleuchtungslicht unterschiedliche Komponenten mit jeweils unterschiedlichen Wellenlängen aufweist, kann das Hologramm vorteilhaft mehrere Einzelhologramme für die einzelnen Komponenten des Beleuchtungslichts aufweisen. Insbesondere kann das Hologramm vorteilhaft als Hologramm für die drei Grundfarben (rot, grün, blau), also als RGB-Hologramm hergestellt werden. Insbesondere hierfür kann vorgesehen sein, dass als Aufnahmematerial ein Stapel von wenigstens zwei spektral unterschiedlich empfindlichen Schichten, insbesondere Photopolymerschichten, hergestellt wird, wobei ein Belichten der einzelnen Schichten (simultan oder sequenziell) vorzugsweise nach dem Herstellen des Stapels erfolgt. Die nachträgliche Belichtung eines zuvor hergestellten Schichtstapels hat den besonderen Vorteil, dass ein aufwändiges nachträgliches Aufeinanderstapeln bereits fertig belichteter Einzelhologramme und die durch den Prozess der nötigen Verklebung der fertig belichteten Einzelhologramme eingeführten mechanischen Spannungen und Deformationen vermieden ist. The recording material can be detached from a carrier film and applied to the optical waveguide in order to avoid possibly interfering influences of the carrier film during the exposure process. For this purpose, for example, the holographic recording material together with the carrier film can be applied to the optical waveguide. Subsequently, the carrier film can be detached from the holographic recording material, for which purpose the holographic recording material and the carrier film should be designed such that the attractive force between optical waveguide and holographic recording material is greater than the attraction between holographic recording material and carrier film. In particular for multi-color applications, ie for applications in which the illumination light has different components, each with different wavelengths, the hologram can advantageously have a plurality of individual holograms for the individual components of the illumination light. In particular, the hologram can advantageously be produced as a hologram for the three primary colors (red, green, blue), that is to say as an RGB hologram. In particular, it may be provided for this purpose that a stack of at least two spectrally differently sensitive layers, in particular photopolymer layers, is produced as the recording material, wherein an exposure of the individual layers (simultaneously or sequentially) preferably takes place after the stack has been produced. The subsequent exposure of a previously prepared layer stack has the particular advantage that a complex subsequent stacking already finished exposed individual holograms and introduced by the process of the necessary bonding of the finished exposed individual holograms mechanical stresses and deformations is avoided.
Nach der Herstellung eines als Schichtstapel ausgebildeten Aufnahmematerials kann das Belichten der einzelnen Schichten des Stapels jeweils mit Belichtungslicht erfolgen, das eine Wellenlänge aufweist, für das die jeweilige Schicht empfindlich ist. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Schichten jeweils aus Aufnahmematerial bestehen, das so lange für eine Belichtung unempfindlich ist, wie es nicht aktiviert wird. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Aufnahmematerial jeweils durch Beaufschlagung von Licht, das wenigstens eine Aktivierungsdosis aufweist, aktivierbar ist. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass zuverlässig nur die Schicht belichtet wird, die gerade auch belichtet werden soll. Dies deshalb, weil das Belichtungslicht, das für eine Schicht bestimmt ist, nicht in der Lage ist, eine benachbarte Schicht zu aktivieren. After the production of a recording material in the form of a layer stack, the exposure of the individual layers of the stack can be carried out in each case with exposure light having a wavelength for which the respective layer is sensitive. It is particularly advantageous if the layers each consist of recording material which is insensitive to exposure for as long as it is not activated. In particular, it can be provided that the recording material can be activated in each case by applying light which has at least one activation dose. In this way it can be ensured that only the layer which is to be exposed is reliably exposed. This is because the exposure light destined for one layer is unable to activate an adjacent layer.
Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass als Aufnahmematerial ein Stapel von wenigstens zwei, spektral unterschiedlich empfindlichen Schichten, insbesondere Photopolymerschichten, hergestellt wird, wobei die jeweils nächste Schicht zunächst auf den Stapel aufgebracht und dann eine mit dieser Schicht verbundene Trägerfolie entfernt wird. It may be provided, in particular, that a stack of at least two spectrally differently sensitive layers, in particular photopolymer layers, is produced as the recording material, the next layer being first applied to the stack and then a carrier film connected to this layer being removed.
Eine optische Vorrichtung zum Beleuchten einer Pixelmatrix und/oder eines steuerbaren räumlichen Lichtmodulators für ein Display, insbesondere ein stereoskopisches oder holographisches 3D-Display, wobei die optische Vorrichtung einen Lichtwellenleiter und ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 hergestelltes Hologramm zum Auskoppeln von Beleuchtungslicht aus der Lichtführungsschicht des Lichtwellenleiters aufweist, kann unter anderem den Vorteil aufweisen, dass auf zusätzliche optische Bauteile zum Führen und/oder Fokussieren des ausgekoppelten Beleuchtungslicht weitgehend verzichtet werden kann. Dies insbesondere deshalb, weil dem Hologramm, wie bereits geschildert, zusätzliche optische Eigenschaften aufgeprägt sein können. Hierdurch kann die optische Vorrichtung zum Beleuchten insbesondere besonders flach ausgebildet sein. An optical device for illuminating a pixel matrix and / or a controllable spatial light modulator for a display, in particular a stereoscopic or holographic 3D display, wherein the optical device comprises an optical waveguide and a coupling device produced by the method according to any one of
Bei einer besonderen Ausführungsform der optischen Vorrichtung weisen die Reflexionsflächen des Lichtwellenleiters einen von Null Grad verschiedenen Winkel zueinander auf. Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Lichtführungsschicht des Lichtleiters keilförmig ausgebildet ist. Dies hat den Vorteil, dass sich der Einfallswinkel des innerhalb der Lichtführungsschicht propagierenden Lichtes beim Auftreffen auf die Reflexionsschichten mit zunehmender Anzahl der Reflexionen verändert bzw. vergrößert, wodurch die Wahrscheinlichkeit für eine Auskopplung erhöht wird, je weiter das Licht von der Einkoppelstelle weg propagiert ist. Hierdurch wird ausgeglichen, dass die absolute Lichtmenge, des von der Einkoppelstelle weg propagierenden Lichtes abnimmt, da bei jedem Auftreffen auf das Hologramm Licht ausgekoppelt wird. Im Ergebnis wird über die gesamte Auskoppelfläche des Lichtleiters eine homogene Auskoppellichtleistung erreicht. In a particular embodiment of the optical device, the reflection surfaces of the optical waveguide have an angle different from zero degrees with respect to one another. It can be provided in particular that the light-guiding layer of the light guide is wedge-shaped. This has the advantage that the angle of incidence of the light propagating within the light guide layer changes or increases as it encounters the reflection layers with increasing number of reflections, which increases the probability of outcoupling the further the light propagates away from the coupling point. This compensates for the fact that the absolute amount of light of the light propagating away from the coupling-in point decreases because light is coupled out with each hitting the hologram. As a result, a homogeneous decoupling light output is achieved over the entire outcoupling surface of the light guide.
Natürlich kann alternativ auch vorgesehen sein, dass der Lichtwellenleiter ein ebener Lichtwellenleiter ist und/oder dass die Reflexionsflächen des Lichtwellenleiters parallel zueinander ausgerichtet sind. Um bei einer solchen Ausführung eine homogene Auskoppellichtleistung über die gesamte Fläche des Lichtleiters zu erreichen, kann vorgesehen sein, dass der Auskoppelgrad des Hologramms von der Einkoppelstelle weg zunimmt. Auch diese optische Eigenschaft kann in das Hologramm bei der Herstellung mit einbelichtet werden. Of course, alternatively, it may also be provided that the optical waveguide is a planar optical waveguide and / or that the reflection surfaces of the optical waveguide are aligned parallel to one another. In order to achieve a homogeneous Auskoppellichtleistung over the entire surface of the light guide in such an embodiment, can be provided be that the Auskoppelgrad the hologram from the coupling point increases away. This optical property can also be imprinted into the hologram during production.
Wie bereits erwähnt, kann das Hologramm, neben seiner Auskoppelfunktion dazu ausgebildet sein, weitere Funktionen wahrzunehmen. Beispielsweise kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass wenigstens eine der Reflexionsflächen des Lichtwellenleiters durch das Hologramm gebildet ist und/oder dass wenigstens eine der Reflexionsflächen des Lichtwellenleiters als Reflexionsgitter oder als dielektrischer Spiegel ausgebildet ist. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass eine der Reflexionsflächen des Lichtwellenleiters als Reflexionsgitter oder als dielektrischer Spiegel ausgebildet ist und wobei die andere der Reflexionsflächen in der lichtführenden Schicht (Lichtführungsschicht) befindliches Licht nach dem Prinzip der totalinternen Reflexion reflektiert. As already mentioned, in addition to its coupling-out function, the hologram can be designed to perform further functions. For example, it may be advantageously provided that at least one of the reflection surfaces of the optical waveguide is formed by the hologram and / or that at least one of the reflection surfaces of the optical waveguide is formed as a reflection grating or as a dielectric mirror. However, it can also be provided that one of the reflection surfaces of the optical waveguide is designed as a reflection grating or as a dielectric mirror and wherein the other of the reflection surfaces in the light-guiding layer (light-guiding layer) reflects light according to the principle of total internal reflection.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Aufnahmematerial derart ausgebildet und wurde derart belichtet, dass bei Einkopplung von Beleuchtungslicht mit ebener Wellenfront das ausgekoppelte Beleuchtungslicht eine sphärische Wellenfront aufweist. Das Beleuchtungslicht könnte kohärent sein. According to a preferred embodiment, the recording material is formed in such a way and was exposed such that when coupling illumination light with a planar wavefront, the coupled-out illumination light has a spherical wavefront. The illumination light could be coherent.
Wie bereits erwähnt, kann eine optische Anordnung, insbesondere ein Display, insbesondere stereoskopisches oder holographisches 3D-Display, mit einer erfindungsgemäßen optischen Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 12 bis 16 derart verbaut sein, dass die optische Vorrichtung unmittelbar mit einer Pixelmatrix und/oder einem steuerbaren räumlichen Lichtmodulator verbunden, insbesondere verklebt, ist. Bei einer besonderen Ausführung ist die optische Vorrichtung parallel zu einer Pixelmatrix und/oder einem steuerbaren räumlichen Lichtmodulator angeordnet, insbesondere verklebt. Die optische Vorrichtung könnte auch schichtartig ausgebildet sein. Ausführungen dieser Art haben den ganz besonderem Vorteil, dass sie einerseits besonders kompakt, insbesondere besonders flach ausgebildet sein können. Darüber hinaus haben solche Ausführungen in den Vorteil, dass sie in sich besonders stabil sind, weil die einzelnen Schichten sich gegenseitig stabilisieren. As already mentioned, an optical arrangement, in particular a display, in particular stereoscopic or holographic 3D display, with an optical device according to the invention according to one of
In ganz besonders vorteilhafter Weise kann das hierin beschriebene Verfahren zum Herstellen eines Hologramms mit dem Herstellungsverfahren für ein Hologramm kombiniert werden, welches in den Anmeldungen
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand schematisch dargestellt und wird anhand der Figuren nachfolgend beschrieben, wobei gleiche oder gleich wirkende Elemente zumeist mit denselben Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen: In the drawing, the subject invention is shown schematically and will be described with reference to the figures below, wherein the same or equivalent elements are usually provided with the same reference numerals. Showing:
Konkret wird das holographische Aufnahmematerial
Das zweite Belichtungslicht
Hierdurch wird bei der späteren Verwendung beispielsweise zum Beleuchten einer (hier nicht dargestellt) Pixelmatrix und/oder eines (hier nicht dargestellt) steuerbaren räumlichen Lichtmodulators für ein Display, insbesondere ein stereoskopisches oder holographisches 3D-Display, eine korrekte Abbildung einer Beleuchtungslichtquelle
Bei dieser Ausführungsform werden der Lichtwellenleiter
Eine solche Herstellungsweise ist für kleinere Abbildungen des zweiten Belichtungslichts
Zur Herstellung von größeren Vorrichtungen zum Beleuchten bietet sich daher das in
Bei dem in
Bei diesem Ausführungsbeispiel befinden sich der Lichtwellenleiter
Bei der späteren Verwendung, die in
Um das Licht der Lichtquelle
Die Erfindung wurde in Bezug auf eine besondere Ausführungsform beschrieben. Es ist jedoch selbstverständlich, dass Änderungen und Abwandlungen durchgeführt werden können, ohne dabei den Schutzbereich der nachstehenden Ansprüche zu verlassen. The invention has been described with reference to a particular embodiment. However, it is to be understood that changes and modifications may be made without departing from the scope of the following claims.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- WO 2004/109380 A1 [0005] WO 2004/109380 A1 [0005]
- US 2004/0246743 A1 [0007] US 2004/0246743 A1 [0007]
- DE 102011076945 [0036] DE 102011076945 [0036]
- DE 102011051213 [0036] DE 102011051213 [0036]
- DE 102011084379 [0036] DE 102011084379 [0036]
Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- „Short period holographic structures for backlight display applications“, Roberto Caputo et al., OPTICS EXPRESS 10540, Vol. 15, No. 17 [0006] "Short period holographic structures for backlight display applications", Roberto Caputo et al., OPTICS EXPRESS 10540, Vol. 17 [0006]
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102011076946A1 (en) | 2011-06-06 | 2012-12-06 | Gerald Fütterer | Method for measuring wavefront of plane mirror, involves mechanically tilting angle-selective filter elements at respective axes during measurement of wavefront by Shack-Hartmann wavefront sensor |
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US20040246743A1 (en) | 2001-06-30 | 2004-12-09 | Lee Moon-Gyu | Backlight using planar hologram for flat display device |
WO2004109380A1 (en) | 2003-06-06 | 2004-12-16 | Cambridge Flat Projection Displays Ltd | Scanning backlight for flat-panel display |
-
2012
- 2012-01-11 DE DE102012100212A patent/DE102012100212A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (2)
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Non-Patent Citations (1)
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"Short period holographic structures for backlight display applications", Roberto Caputo et al., OPTICS EXPRESS 10540, Vol. 15, No. 17 |
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DE102011076946A1 (en) | 2011-06-06 | 2012-12-06 | Gerald Fütterer | Method for measuring wavefront of plane mirror, involves mechanically tilting angle-selective filter elements at respective axes during measurement of wavefront by Shack-Hartmann wavefront sensor |
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