DE19549395A1 - Bilderzeugungssysteme zur Bestimmung von Sehfehlern an Probanden und für deren Therapie - Google Patents
Bilderzeugungssysteme zur Bestimmung von Sehfehlern an Probanden und für deren TherapieInfo
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Description
Die Erfindung betrifft Bilderzeugungssysteme zur Darstellung reeller oder virtueller,
zweidimensionaler oder dreidimensionaler, farbiger oder monochromer Bilder zur
Bestimmung von Sehfehlern an Probanden und für deren Therapie gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die Bilderzeugungssysteme nutzen die physiologischen Fähigkeiten des menschlichen
Auges, einerseits mehrere Farben als Mischfarbe wahrnehmen zu können (additive
Farbmischung) und andererseits einzelne, im Raum örtlich eng und zeitlich schnell
aneinandergereihte Lichtpunkte als Bild wahrzunehmen. In diesen Unterlagen bedeutet
Licht diskrete Wellenlängen (λ) oder Wellenlängenbereiche (Δλ) sichtbarer
elektromagnetischer Strahlung, insbesondere im Wellenlängenbereich von 400 nm bis
760 nm. Vorzugsweise werden die Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche gewählt,
die dem roten, dem grünen und dem blauen Licht entsprechen (Grundfarben).
Licht bedeutet hier auch unsichtbare elektromagnetische Strahlung, falls es mittels
eines Leuchtstoffes auf einem Bildschirm oder mittels eines nichtlinear-optischen
Bauelementes in sichtbares Licht umgewandelt wird.
Ein modernes Verfahren der Farbmischung und Erzeugung eines Fernseh- bzw.
Videobildes wurde mit Hilfe der Lichtventiltechnik auf der Grundlage verschiedener
physikalischer Effekte realisiert (R. Gerhard-Multhaupt und H. Röder, "Lichtventil-
Großbildprojektion: Eine Übersicht", Fernseh- und Kino-Technik, 45(9) Seiten 448-452
(1991)).
In der Patentanmeldung DE 31 52 020 A1 wird eine Bilderzeugungseinrichtung zur
Herstellung von farbigen Bildern beliebiger Größe beschrieben, bei der Licht von drei
Laser-Dioden in je ein Lichtleiter-Rohr gelenkt wird, die Rohre zu einem Lichtleitfaser-
Rohrbündel zusammengefaßt sind, und das Ende des Lichtleitfaser-Rohrbündels mit
einer magnetischen Ummantelung versehen ist. Die magnetische Ummantelung ist in
einem veränderlichen Magnetfeld horizontal und vertikal ablenkbar. Es folgen eine
Projektionsoptik und mindestens ein Umlenkspiegel, mit dem die Lichtstrahlen auf eine
leuchtstofffreie oder mit in den Grundfarben leuchtenden Leuchtstoffen beschichtete
Mattscheibe gelenkt werden. Diese Bilderzeugungseinrichtung verwendet an sich
bekannte Baugruppen zur Farbbilderzeugung, die nicht oder nur schwer mikrooptisch
und/oder mikromechanisch realisierbar sind. Es erfolgt keine räumliche
Zusammenführung von Lichtanteilen in den Lichtleitfasern. Die Lichtleitfasern, die die
einzelnen Farbanteile übertragen, werden zu einem Bündel zusammengefaßt und die
Faserenden räumlich eng nebeneinanderliegend angeordnet (siehe Fig. 26).
In der Patentanmeldung DE 43 24 848 C1 wird ein Farbbildprojektionssystem,
bestehend aus zwei Baugruppen, beschrieben. Die Baugruppe zur Lichterzeugung und
Lichtmodulation enthält drei Laserlichtquellen. Die drei Lichtanteile werden unter
Verwendung volumenoptischer Amplitudenmodulatoren, z. B. Pockelszellen, selektiv
intensitäts- oder amplitudenmoduliert und anschließend unter Verwendung von
Spiegeln zusammengeführt. Dieses farb- und intensitätsmodulierte Licht wird in die
Baugruppe zur spalten- und zeilenmäßigen Ablenkung für die Projektion übertragen
und synchron zur Modulation in den Raum geschrieben.
Es wird weiterhin beschrieben, daß mehrere einzelne Lichtleitfasern räumlich so
vereinigt werden können, daß diese in einem vereinigten Faserstrang fortgeführt
werden. Es entsteht ein Lichtleitfaser-Koppler, der in der Lage ist, den breiten
Spektralbereich des sichtbaren Lichts effektiv zu übertragen. Die Lichtleitfasern dienen
nur als Lichtübertragungseinrichtung, die die Verbindung zwischen den zwei räumlich
getrennten Komponenten Baugruppe zur Lichterzeugung und Lichtmodulation und
Baugruppe zur spalten- und zeilenmäßigen Ablenkung für die Projektion herstellt.
Die Erfindung soll das Problem lösen, vergleichsweise klein und einfach aufgebaute
und universell einsetzbare Bilderzeugungssysteme zur Erzeugung reeller oder
virtueller Bilder zu schaffen, die verbesserte Eigenschaften, z. B. höhere Bildauflösung
oder umfangreicheres Farbenspektrum haben, und damit qualitativ geeignet sind, daß
mit seiner Hilfe monokulare und/oder binokulare Sehfehler an Probanden bestimmt und
therapeutische Maßnahmen durchgeführt werden können.
Mit der Anordnung soll ein intensitäts- oder amplitudenmoduliertes und farbmoduliertes
Farbsignal erzeugt und in den Raum geschrieben werden, insbesondere zur
Erzeugung eines zweidimensionalen oder dreidimensionalen Fernseh- bzw.
Videobildes oder computergenerierten Bildes.
Die Lösung der Aufgabe gelingt bei einem Bilderzeugungssystem gemäß dem
Oberbegriff durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen
Merkmale.
Die Unteransprüche 2 bis 56 sind vorteilhafte Ausgestaltungen des Hauptanspruchs 1.
Grundidee ist in einem ersten Fall, gemäß Anspruch 3, eine Wellenleiterstruktur, hier
"Einheit zur räumlichen Strahlvereinigung" genannt, zum räumlichen Zusammenführen
von Lichtanteilen unterschiedlicher diskreter Wellenlängen oder unterschiedlicher
diskreter Wellenlängenbereiche (Grundfarben) zu verwenden. Das räumlich
zusammengeführte Licht wird so abgelenkt, daß durch eine zur Ablenkung des
zusammengeführten Lichts synchrone Modulation der Lichtanteile ein virtuelles Bild im
Betrachtungsraum oder ein reelles Bild auf einer Projektionswand entsteht, das mit
dem Auge des Beobachters wahrgenommen werden kann.
Die Farberzeugung geschieht durch additive Farbmischung der Lichtanteile
unterschiedlicher Wellenlänge am Zusammenführungspunkt der Wellenleiter,
nachfolgend als Koppelstelle bezeichnet, in der Einheit zur räumlichen
Strahlvereinigung, wobei die Lichtanteile entweder vor oder innerhalb der Einheit zur
räumlichen Strahlvereinigung voneinander unabhängig intensitäts- oder
amplitudenmoduliert werden.
In einem zweiten Fall, gemäß Anspruch 4, geht die Erfindung davon aus, daß spektrale
Lichtanteile von in einem Breitband-Wellenleiter geführtem Licht eines großen
Wellenlängenbereichs, der insbesondere dem Wellenlängenbereich des weißen Lichts
entspricht, ausfilterbar sind. Die Farberzeugung geschieht durch subtraktive
Farbmischung. Die Farbe des ausgekoppelten Lichts entspricht im Falle der
Verwendung von weißem Lichts der Komplementärfarbe des ausgefilterten
Wellenlängenbereichs. Zur Erzeugung eines vollwertigen Farbbildes sind drei auf die
beschriebene Weise erzeugte verschiedenfarbige Lichtanteile (Grundfarben) nötig.
Sie können in einer ersten Variante zeitgleich mittels dreier verschiedener
Filterelemente erzeugt werden. Das in die Wellenleiterstruktur eingekoppelte Licht des
großen Wellenlängenbereichs ist dabei in einer breitbandigen
Verzweigerstruktur auf die einzelnen Filterelemente aufzuteilen. Nach der Intensitäts-
oder Amplitudenmodulation der drei erzeugten Lichtanteile werden sie in einer "Einheit
zur räumlichen Strahlvereinigung" zusammengeführt und sind in die Einheit zur
Strahlformung und Strahlablenkung auskoppelbar.
In einer zweiten Variante wird ein steuerbares Filterelement verwendet, das aus dem
im Wellenleiter geführten Licht einen auswählbaren Wellenlängenbereich ausfiltert. Die
Farbe des ausgekoppelten Lichts entspricht im Falle der Verwendung weißen Lichts
der Komplementärfarbe des ausgefilterten Wellenlängenbereichs.
Mittels eines in einem einzigen Wellenleiter angeordneten steuerbaren Filterelements
sind die drei verschiedenfarbigen Lichtanteile (Grundfarben) zeitmultiplex erzeugbar,
intensitäts- oder amplitudenmodulierbar und auskoppelbar. Bei genügend hoher
Wiederholfrequenz der Farberzeugung ist der Eindruck eines farbigen Bildes
erzeugbar. Bei Verzicht auf den Zeitmultiplexbetrieb ist bei Verwendung eines
steuerbaren Filterelements der verfügbare Farbumfang eingeschränkt, jedoch für viele
Anwendungen ausreichend. Ein steuerbares Filterelement stellt beispielsweise ein
integriert-elektrooptischer Mach-Zehnder-Interferometer-Modulator aus einmodigen
integriert-optischen Breitband Streifenwellenleitern (EOBSW oder Weißlicht-
Wellenleitern) dar. Dieser ist aufgrund der Wellenlängenabhängigkeit seiner
Halbwellenspannung in der Lage, durch Anlegen verschiedener Spannungen
verschiedene Wellenlängenbereiche aus dem im Wellenleiter vor dem Interferometer
geführten Licht auszufiltern.
Bei geeigneten Fiterelementen gelingt es, ausgewählte Farbwerte im Spektrum des
sichtbaren Lichts einzustellen. Durch die synchron zur Farbwerteinstellung und
Intensitäts- oder Amplitudenmodulation des Lichts erfolgende Ablenkung in den
Betrachtungsraum hinein wird durch additive Farbmischung ein farbiges Bild erzeugt,
das alle Farbwerte enthalten kann.
Die nachfolgenden Ausführungen gelten, bis auf die Ausführungen zur ,"Einheit zur
räumlichen Strahlvereinigung" und zum "räumlichen Zusammenführen von Licht",
sinngemäß für beide der oben genannten Fälle. Bezüglich des oben genannten ersten
Falles der additiven Farbmischung, gemäß Anspruch 3, werden unter der "Einheit zur
räumlichen Strahlvereinigung" in dieser Beschreibung Kombinationen von
Wellenleitern verstanden, die in der Lage sind, das Licht breitbandig oder in
ausgewählten Spektralbereichen effektiv zu übertragen und räumlich
zusammenzuführen.
Die Wellenleiter sind integriert-optische Streifenwellenleiter, Lichtleitfasern oder
Quasiwellenleiter.
Quasiwellenleiter sind streifenförmige Brechzahlanordnungen, deren Funktionsprinzip
nicht auf dem Prinzip der Totalreflexion, sondern auf anderen Reflexionsprinzipien
beruht, z. B. resonanter und anti-resonanter Fabry-Perot-Reflexion (ARROW) oder auf
starker Reflexion an hohen Brechzahlerniedrigungen im lichtleitenden Bereich.
Zumindest der gemeinsame Wellenleiter nach der Koppelstelle - in Lichtrichtung
gesehen - muß breitbandig sein. Breitbandig heißt hier, daß Licht des gesamten
sichtbaren Wellenlängenbereiches, zumindest aber aller verwendeter Wellenlängen,
im Wellenleiter führbar ist oder die Wellenleiter die Eigenschaft haben, Licht
verschiedener diskreter Wellenlängen, insbesondere aus dem Spektrum des
sichtbaren Lichts, in einem einzigen Wellenleiter effektiv zu führen. Die geeignete
Zusammenführung mehrerer Wellenleiter ermöglicht auf einfache Weise, Licht in einem
gemeinsamen Breitband-Wellenleiter räumlich zu vereinigen.
Grundsätzlich gilt, daß bei einer Modulation der Lichtanteile außerhalb des
Wellenleiters keine Einschränkung bezüglich der Anzahl der im Wellenleiter geführten
Moden vorliegt. Einmodige Wellenleiter sind jedoch erforderlich, falls das verwendete
Modulationsprinzip im Wellenleiter die Einmodigkeit erfordert, z. B. wenn Intensitäts-
oder Amplitudenmodulatoren auf der Basis von integriert-optischen
Interferometerstrukturen verwendet werden.
Die Einmodigkeit ist beispielsweise im Falle der cut-off-Modulation, der
Elektroabsorptionsmodulation und der Polarisationsmodulation in Verbindung mit
einem Polarisator oder einem polarisierenden Wellenleiter nicht zwingend erforderlich.
Die Lichtanteile sind in dem Bilderzeugungssystem an folgenden Stellen intensitäts-
oder amplitudenmodulierbar und/oder schaltbar: entweder bei ihrer Erzeugung mit Hilfe
einer Steuerung der Lichtquelle und/oder zwischen der Lichtquelle und der Einheit zur
räumlichen Strahlvereinigung mit externen Modulatoren und/oder innerhalb der Einheit
zur räumlichen Strahlvereinigung in mindestens einem Wellenleiter und/oder in der
Koppelstelle der Wellenleiter und/der nach der Koppelstelle, hier allerdings nur im
Zeitmultiplexbetrieb der Lichtquellen. Um einen Farbwert einzustellen, werden die
mindestens zwei verschiedenen Lichtanteile in ihrer Intensität oder Amplitude moduliert
und in mindestens einer Koppelstelle räumlich zusammengeführt. Für eine flimmerfreie
bildliche Darstellung ist aufgrund der sehr hohen möglichen Modulationsfrequenz zur
Beeinflussung der Lichtanteile die zeitmultiplexe Übertragung der einzelnen
Lichtanteile möglich.
Die räumliche Zusammenführung und Abbildung der mindestens zwei verschiedenen
Lichtanteile soll also in einem ersten Fall zeitlich gleichzeitig oder in einem zweiten
Fall zeitlich nacheinander (zeitmultiplex) erfolgen. Die Abbildung bzw. Projektion
erfolgt mit Hilfe einer Einheit zur Strahlformung und Strahlablenkung, wobei die
Abbildung eines Bildpunktes oder einer Bildzeile oder des ganzen Bildes in sehr
schneller Aufeinanderfolge in zur Farberzeugung geeigneten Grundfarben,
beispielsweise in Rot, in Grün und in Blau, durchgeführt wird. Das Auge "addiert" aus
den einzelnen einfarbigen Bildpunkten oder Bildzeilen oder Bildern ein farbiges Bild.
In einer ersten Variante werden mindestens zwei einzelne Lichtleitfasern so räumlich
vereinigt, daß das Licht in einer vereinigten Lichtleitfaser fortgeführt wird.
Es entsteht ein Lichtleitfaser-Koppler, der in der Lage ist, den breiten Spektralbereich
des sichtbaren Lichts effektiv zu übertragen. Dabei stellen die Fasern nicht nur eine
räumliche Verbindung zwischen den Lichtquellen und dem System zur Strahlablenkung
her. Sie bilden auch eine Einheit zur räumlichen Strahlvereinigung auf einem Träger,
die mit mindestens zwei Lichtquellen und der Einheit zur Strahlformung und
Strahlablenkung korrespondiert.
In einer zweiten Variante wird mindestens ein integriert-optischer
Streifenwellenleiter-Koppler zur Lichtübertragung und räumlichen Zusammenführung
der Lichtanteile genutzt. Diese Bauelemente sind in der Lage, zum Beispiel das
Wellenlängenspektrum des sichtbaren Lichts mit einer hohen Effektivität zu übertragen
und zusammenzuführen.
Mindestens zwei Streifenwellenleiter werden vereinigt und bilden einen gemeinsamen
dritten Streifenwellenleiter zur Weiterleitung der räumlich zusammengeführten
Lichtanteile.
Im Falle einer vorgesehenen Intensitäts- oder Amplitudenmodulation der in den
Wellenleitern geführten Lichtanteile ist der Streifenwellenleiter-Koppler, falls
erforderlich, zumindest teilweise aus Breitband-Streifenwellenleitern aufgebaut, die
Licht im gesamten zu übertragenden bzw. zu modulierenden Spektralbereich einmodig
führen. Diese werden als einmodige integriert-optische Breitband-Streifenwellenleiter
(EOBSW) bezeichnet.
Die Einmodigkeit ist nur in den Wellenleiterbereichen zwingend erforderlich, in denen
ein solcher integriert-optischer Intensitäts- oder Amplitudenmodulator angeordnet ist,
der aufgrund seiner Funktion die Einmodigkeit erfordert. In den übrigen
Wellenleiterbereichen, z. B. im Bereich der vereinigten Lichtanteile (vergleiche zum
Beispiel in Fig. 10 der gemeinsame Breitband-Streifenwellenleiter 9) ist die
Einmodigkeit nicht erforderlich.
Falls erforderlich ist, daß die Einzelwellenleiter einmodig sein müssen, aber die
Lichtquellen, die mit den Einzelwellenleitern korrespondieren, jeweils Licht einer
Bandbreite abstrahlen, die die Verwendung von Breitband-Wellenleitern nicht erfordert
(z. B. Laserlichtquellen), können auch einmodige schmalbandige Wellenleiter als
Einzelwellenleiter verwendet werden. Nur der gemeinsame Wellenleiter muß mit
Notwendigkeit breitbandig sein.
Mehrmodige Wellenleiter sind bei geeigneter Dimensionierung immer optisch
breitbandig.
Die einmodigen, integriert-optischen Breitband-Streifenwellenleiter und einmodigen
Weißlicht-Wellenleiter sind Gegenstand der am gleichen Tag hinterlegten
Patentanmeldung "Streifen-Wellenleiter und Verwendungen".
Die einmodigen, integriert-optischen Breitband-Streifenwellenleiter-Koppler und die
einmodigen Weißlicht-Streifenwellenleiter-Koppler sind Gegenstand der am gleichen
Tag hinterlegten Patentanmeldung "Verbindungsaufspalter aus Streifen-Wellenleitern
und Verwendungen".
In einer dritten Variante werden Breitband-Quasiwellenleiter-Koppler (z. B. ARROW-
Koppler) zur Lichtübertragung und räumlichen Zusammenführung der Lichtanteile
genutzt.
Es kann gezeigt werden, daß Quasiwellenleiter so dimensioniert werden können, daß
diese in der Lage sind, diskrete Wellenlängenbereiche aus dem Spektrum des
sichtbaren Lichts, technisch gesehen, effektiv zu übertragen.
Mit den oben genannten drei Wellenleiter-Varianten lassen sich Koppelstellen
prinzipiell als Y-Verzweiger, Richtkoppler, Parallelstreifenkoppler, BOA oder X-Koppler
oder unter Verwendung von Reflektoren realisieren. Die praktische Realisierung einer
konkreten Ausführung ist jedoch von den heutigen technischen Möglichkeiten und
erzielbaren technischen Parametern abhängig.
Ein Y-Verzweiger (Y-Aufspalter) ist in der Regel ein passives Bauelement, das nur
sehr eingeschränkt schaltbar ist. Im Fall der Einmodigkeit der sich an den Y-
Verzweiger anschließenden Wellenleiter bzw. im Falle extremer Vielmodigkeit (mehr
als etwa 50 Moden) hat der Y-Verzweiger ein gutes und stabiles Teilerverhältnis (1 : 1)
im Aufspalterbetrieb. Im Verbinderbetrieb weisen die Y-Verzweiger im Falle der
Einmodigkeit der an den Y-Verzweiger anschließenden Wellenleiter im Falle der
Lichteinkopplung in nur einen Eingangswellenleiter einen Verlust von 3 dB auf.
Richtkoppler und Parallelstreifenkoppler haben ein vorteilhaft nutzbares, z. B.
elektrooptisch realisierbares, Schaltverhalten. Die Koppeleigenschaften sind stark
wellenlängenabhängig, was für die räumliche Zusammenführung und zur Modulation
von Licht zum Zwecke der Farbmischung vorteilhaft ausgenutzt werden kann.
Die Schaltspannungen liegen für eine wirksame Elektrodenlänge L im Millimeterbereich
und einen Elektrodenabstand d im Mikrometerbereich für den Fall der Verwendung von
Substratmaterialien wie Kalium-Titanyl-Phosphat (KTiOPO₄, KTP) oder Lithiumniobat
(LiNbO₃) bei 5 bis 20 Volt.
BOA ist eine französischsprachige Bezeichnung (bifurcation optique active) für eine
Gruppe integriert-optischer Bauelemente (siehe: M. Papuchon, A. Roy, D.B. Ostrowsky,
"Electrically active optical bifurcation: BOA", Appl. Phys. Lett., Vol. 31(1977) pp. 266-
267). BOA zeigen ebenfalls ein vorteilhaft nutzbares, z. B. elektrooptisch realisiertes,
Schaltverhalten.
Es sind einfache Elektrodenstrukturen möglich. Die Koppeleigenschaften von BOA sind
stark wellenlängenabhängig, was zur Farbmischung vorteilhaft ausgenutzt werden
kann. Die Schaltspannungen liegen in KTP oder LiNbO₃ bei 10 bis 20 Volt.
Ein X-Koppler hat Eigenschaften wie ein BOA, erfordert aber aufgrund seiner kurzen
Wechselwirkungslänge wesentlich höhere Schaltspannungen (typisch 50 Volt).
Integriert-optische oder mikrooptische Reflektoren werden in Form von Prismen,
Spiegeln oder Gittern in oder auf ein Substratmaterial ein- oder aufgebracht und
koppeln zwei Streifenwellenleiter miteinander.
Als Lichtquellen dienen cw-Laser (cw = continuous wave) oder Impulslaser oder
Optische-Faser-Laser oder Laserdioden oder Lumineszenzdioden oder
Spektrallampen, die vorzugsweise jeweils in der Lage sind, Licht in den Wellenlängen
des roten, des grünen und des blauen Lichts auszusenden.
Wegen der nach dem gegenwärtigen Stand der Technik beschränkten Verfügbarkeit
von miniaturisierten schmalbandigen Lichtquellen, die grünes und blaues Licht
aussenden, kann das Prinzip der Erzeugung der zweiten Harmonischen angewendet
werden, um infrarote Lichtstrahlung in den erforderlichen Spektralbereich zu
transformieren.
Pumplicht genügender Leistung vermag aufgrund nichtlinear-optischer Effekte in
Anordnungen auf Basis geeigneter Materialien Licht der halben Wellenlänge zu
erzeugen, zum Beispiel wird das infrorote Laserdiodenlicht mit einer Wellenlänge von
830 nm zu Licht mit einer Wellenlänge von 415 nm transformiert (Erzeugung der
zweiten Harmonischen). Ferner lassen sich höhere Harmonische, Summen- und
Differenzfrequenzen des Lichts erzeugen.
Das Bilderzeugungssystem beinhaltet mindestens zwei unabhängig steuerbare
Modulationseinrichtungen zur Umwandlung eines zweckmäßigen, im allgemeinen
elektrischen, Eingangssignals in ein optisches intensitäts- oder amplitudenmoduliertes
und farbmoduliertes Ausgangssignal. Zur Erzeugung eines monochromen Bildes ist nur
eine Modulationseinrichtung erforderlich. Die Modulationseinrichtungen ermöglichen
eine separate aktive Steuerung des Lichts einer oder mehrerer Lichtquellen bis zu sehr
hohen Steuerfrequenzen (nach dem heutigen Stand der Technik bis in den GHz-
Bereich). Zur Farbbilderzeugung muß das Licht mindestens einer Lichtquelle synchron
zur Ablenkung der Lichtstrahlen intensitäts- oder amplitudenmodulierbar sein.
In einer ersten Variante erfolgt die Intensitäts- oder Amplitudenmoduation des Lichtes
durch die Modulation der Strahlungsleistung der Lichtquelle.
In einer zweiten Variante erfolgt die Intensitäts- oder Amplitudenmoduation des
Lichtes zwischen Lichtquelle und Wellenleiter in einem externen Intensitäts- oder
Amplitudenmodulator.
In einer dritten Variante erfolgt die Intensitäts- oder Amplitudenmoduation des Lichtes
in mindestens einem optischen Wellenleiter vor der räumlichen Vereinigung der
Lichtanteile. Falls es das Prinzip der Intensitäts- oder Amplitudenmodulation erfordert,
muß der Wellenleiter einmodig sein. Ob ein einmodiger integriert-optischer Breitband-
Streifenwellenleiter zu verwenden ist, ist von der Bandbreite der Lichtquelle abhängig.
Die sich an die Wellenleiter anschließende Koppelstelle und der gemeinsame
Wellenleiter müssen eine Bandbreite aufweisen, die die Führung aller verwendeten
Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche gestattet.
In einer vierten Variante erfolgt die Intensitäts- oder Amplitudenmodulation des
Lichtes in einer steuerbaren Koppelstelle der Wellenleiter. Falls es das Prinzip der
Intensitäts- oder Amplitudenmodulation in der Koppelstelle erfordert, müssen die
Wellenleiter, aus denen die Koppelstelle aufgebaut ist, einmodig sein, bzw. eine dem
Funktionsprinzip entsprechende Anzahl von Moden aufweisen (z. B. beim Prinzip der
Zweimodeninterferenz). Ob einmodige integriert-optische Breitband-Streifenwellenleiter
(EOBSW) zu verwenden sind, ist von der Bandbreite der Lichtquellen abhängig. Der
sich an die Koppelstelle anschließende gemeinsame Wellenleiter muß eine Bandbreite
aufweisen, die die Führung aller verwendeten Wellenlängen oder
Wellenlängenbereiche gestattet, muß jedoch nicht zwingend einmodig sein.
In einer fünften Variante erfolgt die Intensitäts- oder Amplitudenmodulation, der nach
der Koppelstelle zeitlich nacheinander anliegenden Lichtanteile (z. B. bei zeitmultiplex
betriebenen Lichtquellen), im Zeitmultiplexbetrieb in dem gemeinsamen Wellenleiter,
in dem die Lichtanteile räumlich zusammengeführt sind. Dieser muß eine Bandbreite
aufweisen, die die Führung aller verwendeten Wellenlängen oder
Wellenlängenbereiche gestattet.
Falls es das Prinzip der Intensitäts- oder Amplitudenmodulation erfordert, muß der
gemeinsame Wellenleiter einmodig, also gegebenenfalls ein einmodiger integriert-
optischer Breitband-Streifenwellenleiter (EOBSW) sein.
In einer sechsten Variante erfolgt die Intensitäts- oder Amplitudenmodulation der nach
dem gemeinsamen Wellenleiter zeitlich nacheinander anliegenden Lichtanteile (z. B.
bei zeitmultiplex betriebenen Lichtquellen), im Zeitmultiplexbetrieb in einem Intensitäts-
oder Amplitudenmodulator an geeigneter Stelle nach der integriert-optischen Struktur,
zum Beispiel zwischen dem Ausgang des gemeinsamen Wellenleiters und der Einheit
zur Strahlformung und Strahlablenkung.
Die Intensitäts- oder Amplitudenmodulation des Lichtes erfolgt nach einem der
folgenden Prinzipien:
- - elektrooptische, akustooptische, thermooptische, magnetooptische, opto-optische, photothermische Modulation,
- - Änderung des effektiven Brechungsindex durch Injektion oder Verarmung von freien Ladungsträgern in Halbleitermaterialien,
- - elektrooptische, akustooptische, thermooptische, magnetooptische, opto-optische oder photothermische cut-off-Modulation,
- - cut-off-Modulation aufgrund der Änderung des effektiven Brechungsindex durch Injektion oder Verarmung von freien Ladungsträgern in Halbleitermaterialien,
- - steuerbare Wellenleiterverstärkung,
- - steuerbare Polarisationsdrehung in Verbindung mit einem Polarisator,
- - Wellenleiter-Modenwandlung,
- - Elektroabsorptionsmodulation,
- - Modulation mit Hilfe eines integriert-optischen Schalt- oder Verteilerelements, wie X-Koppler, Parallelstreifenkoppler, Richtkoppler oder BOA,
- - Modulation der Lichtquelle selbst,
- - Modulation durch Änderung der Koppeleffektivität Lichtquelle-Wellenleiter oder
- - Modulation durch Strahlabschwächer, wie steuerbare Blenden oder Absorber, die nach der Lichtquelle angeordnet sind.
Zur Intensitäts- oder Amplitudenmodulation im Wellenleiter oder außerhalb der
Wellenleiter sind jeweils zweckmäßige Prinzipien auszuwählen. Gegebenenfalls erfolgt
die Intensitäts- oder Amplitudenmodulation auf der Basis von integriert-optischen
Interferometerstrukturen unter vorteilhafter Ausnutzung der genannten
Modulationsverfahren.
Die Erfindung betrifft auch integriert-optische Realisierungsvarianten der Einheit zur
räumlichen Strahlvereinigung, bei denen die Koppelstelle zweier Breitband-
Wellenleiter aktiv beeinflußbar, d. h. steuerbar, ist die steuerbare Koppelstelle ist je
nach Bedarf zur steuerbaren räumlichen Strahlvereinigung und/oder zur steuerbaren
Strahlumlenkung ausgebildet.
Die steuerbare Koppelstelle arbeitet auf der Grundlage der Zweimodeninterferenz als
X-Koppler, Richtkoppler, Parallelstreifenkoppler oder BOA.
Die Erfindung betrifft auch eine Anordnung sich kreuzender Wellenleiter, insbesondere
einmodiger integriert-optischer Streifenwellenleiter, bei der die Kreuzungsstellen eine
Matrix bilden. Die Kreuzungsstellen sind
- a) völlig passiv (passive Wellenleiterkreuzungen) oder
- b) passive Koppelstellen zur räumlichen Zusammenführung von Lichtanteilen oder
- c) steuerbare Koppelstellen zur Modulation und räumlichen Strahlvereinigung und/oder Strahlumlenkung.
Prinzipiell sind in jeden Wellenleiter Lichtanteile einkoppelbar.
In einer ersten Variante sind für die drei Lichtanteile mit verschiedenen Wellenlängen
drei parallel geführte Wellenleiter vorgesehen, die einen weiteren Wellenleiter
kreuzen, wobei die Kreuzungsstellen passive Koppelstellen zur räumlichen
Strahlvereinigung sind.
Die Intensitäts- oder Amplitudenmodulation kann über die Lichtquellen erfolgen oder
die Intensitäts- oder Amplitudenmodulation erfolgt an jedem der drei einmodigen
Wellenleiter. Zur Intensitäts- oder Amplitudenmodulation in den einmodigen
Wellenleitern ist je ein Intensitäts- oder Amplitudenmodulator am einmodigen
Wellenleiter angeordnet.
Im Falle steuerbarer Koppelstellen erfolgt die Intensitäts- oder Amplitudenmodulation
innerhalb der Kreuzungsstellen der einmodigen Wellenleiter.
In jedem Fall ist am Ausgang des gemeinsamen Wellenleiters intensitäts- oder
amplitudenmoduliertes und farbmoduliertes, räumlich zusammengeführtes Licht
auskoppelbar.
In einer zweiten Variante sind für zwei Lichtanteile zwei parallel angeordnete
Wellenleiter vorgesehen, die einen weiteren Wellenleiter kreuzen. In einen Eingang
des gemeinsamen Wellenleiters ist Licht einer dritten Wellenlänge einkoppelbar.
Dabei sind die Kreuzungsstellen Koppelstellen zur räumlichen Strahlvereinigung und
- a) die Lichtquellen intensitäts- oder amplitudenmodulierbar und die Koppelstellen passiv oder
- b) an jedem der drei einmodigen Wellenleiter ist ein Intensitäts- oder Amplitudenmodulator angeordnet und die Koppelstellen sind passiv oder
- c) die Kreuzungsstellen der einmodigen Wellenleiter sind steuerbare Koppelstellen zur räumlichen Strahlvereinigung und/oder Strahlumlenkung.
In jedem Fall ist an dem Ausgang des gemeinsamen Wellenleiters intensitäts- oder
amplitudenmoduliertes und farbmoduliertes, räumlich zusammengeführtes Licht
auskoppelbar.
In einer dritten Variante sind die drei Lichtanteile in drei parallel geführte Wellenleiter
einkoppelbar. Diese drei Wellenleiter kreuzen drei weitere Wellenleiter und einen
vierten gemeinsamen Wellenleiter, wobei die Kreuzungsstellen der Wellenleiter je nach
konstruktiver Auslegung steuerbare Koppelstellen oder passive Koppelstellen oder
völlig passive Wellenleiterkreuzungen sind. Die drei gekreuzten weiteren Wellenleiter
haben Blindausgänge, aus denen nicht genutzte Lichtanteile auskoppelbar sind. An
dem Ausgang des gemeinsamen vierten Wellenleiters ist das intensitäts- oder
amplitudenmodulierte und farbmodulierte, räumlich zusammengeführte Licht
auskoppelbar.
Durch Kombination und Abwandlung der hier vorgestellten Prinzipien sind auch
höherwertige Matrixanordnungen realisierbar.
Jede der hier beschriebenen Ausführungsformen der Einheit zur räumlichen
Strahlvereinigung koppelt an ihrem Ausgang intensitäts- oder amplitudenmoduliertes
und farbmoduliertes, räumlich zusammengeführtes Licht in eine
Einheit zur Strahlformung und Strahlablenkung.
Diese besteht aus einer separaten Einrichtung zur Strahlformung und einer separaten
Einrichtung zur Strahlablenkung oder einer funktionsintegrierenden Baugruppe, die
beide Funktionen realisiert.
Die Funktionen Strahlformung und Strahlablenkung sind durch die Ansteuereinheit
einzeln oder gemeinsam ansteuerbar. Durch die Einheit zur Strahlformung wird das
aus der Einheit zur räumlichen Strahlvereinigung ausgekoppelte Licht, im allgemeinen
in kollimierter Form, auf eine Projektionsfläche oder in den Betrachtungsraum gerichtet.
Durch die Einheit zur Strahlablenkung wird der ausgekoppelte und geformte Lichtstrahl
synchron zur Intensitäts- oder Amplitudenmodulation und Farbmodulation über die
Projektionsfläche oder durch den Betrachtungsraum geführt, um ein räumlich
ausgedehntes Bild zu erzeugen, das mit dem Auge des Beobachters wahrnehmbar ist.
Falls kollimierte Lichtstrahlen hinreichend geringen Durchmessers in den Raum
geschrieben werden, bleibt die Schärfe des erzeugten reellen Bildes für beliebige
Projektionsentfernungen und beliebig geformte Projektionsflächen zwangsläufig immer
erhalten, mit der Bildpunktgröße gleich dem Durchmesser des kollimierten Lichtstrahls.
Die Einrichtung zur Realisierung der Funktion Strahlformung des vereinigten
Lichtstrahles erfolgt nach einer der folgenden technischen Lösungen, die, falls
erforderlich, steuerbar sind:
- - mittels einer verstellbaren konventionellen Optik;
- - mittels eines mikrooptischen Systems;
- - mittels eines strahlformenden Gitters
- - mittels eines strahlformenden Reflektors;
- - Strahlformung mittels Brechzahlvariation innerhalb des strahlformenden Elements
- - Strahlformung durch Geometrievariation (Dicke, Krümmung) des strahlformenden Elements.
Die Einheit zur Realisierung der Funktion Strahlablenkung des vereinigten
Lichtstrahles erfolgt nach einer der folgenden technischen Lösungen, die synchron zur
Intensitäts- oder Amplitudenmodulation und Farbmodulation steuerbar sind:
- - mittels einer verstellbaren konventionellen Optik;
- - mittels eines beweglichen Reflektors mit einer optisch wirksamen Fläche
- - mittels eines beweglichen Gitters oder eines veränderbaren Gitters;
- - mittels eines elektrooptischen, akustooptischen, thermooptischen, magnetooptischen, optooptischen, photothermischen und/oder nichtlinear-optischen Gitters;
- - mittels eines elektrooptischen, akustooptischen, thermooptischen, magnetooptischen, optooptischen, photothermischen und/oder nichtlinear-optischen Ablenkers im Volumen-Material (bulk);
- - mittels eines elektrooptischen, akustooptischen, thermooptischen, magnetooptischen, optooptischen, photothermischen und/oder nichtlinear-optischen Ablenkers in mikrooptischer oder integriert-optischer Bauweise;
- - mittels eines integriert-optischen Vielkanal-Verzweigers;
- - mittels eines mikromechanischen Ablenksystems oder
- - mittels eines mikrooptischen Ablenksystems.
Die Einheit zur Strahlformung und Strahlablenkung kann weiterhin auch aus einem
funktionsintegrierten Bauelement zur Strahlformung und Strahlablenkung aufgebaut
sein, insbesondere
- - als beweglicher Reflektor mit einer optisch wirksamen Fläche oder
- - als elektrooptisches Gitter oder
- - durch Erzeugung von Brechzahlinhomogenitäten im Volumen-Material (bulk) oder
- - als Kombination von mikrooptischen und mikromechanischen Bauelementen.
Die vorhergehend beschriebenen erfindungsgemäßen Anordnungen sind auch mit nur
einer Lichtwellenlänge oder einem Lichtwellenlängenbereich betreibbar, wobei dann
ein monochromes (einfarbiges) reelles oder virtuelles Bild erzeugbar ist.
Eine weitere Variante benutzt Strahlung einer Wellenlänge oder eines
Wellenlängenbereiches aus dem Spektralbereich der sichtbaren oder unsichtbaren
(infraroten und ultravioletten) elektromagnetischen Strahlung, die auf eine ganzflächig
mit einem Leuchtstoff beschichtete Projektionsfläche gelenkt wird. Durch die
Fluoreszenz entsteht ein sichtbares monochromes Bild.
In einer weiteren Variante ist die Projektionsfläche rastermäßig mit verschiedenen
Leuchtstoffen belegt, die bei Anregung zum Beispiel in den Grundfarben Blau, Grün
und Rot leuchten. Die einzelnen Leuchtstoffpunkte sind beispielsweise als Triplett
angeordnet, wobei jedes Triplett einen Bildpunkt bildet. Die einzelnen
Leuchtstoffpunkte können einerseits mit ein und derselben Wellenlänge oder ein und
demselben Wellenlängenbereich elektromagnetischer Strahlung (Anregungslicht)
einzeln und zeitlich nacheinander angeregt werden (Zeitmultiplexbetrieb).
Andererseits können auch drei verschiedene Wellenlängen oder
Wellenlängenbereiche als Anregungslicht verwendet werden, die verschiedene
Leuchtstoffpunkte selektiv zum Aussenden des Lichts der jeweiligen Grundfarbe
anregen können.
Bei entsprechender Intensitäts- oder Amplitudenmodulation und Ablenkung des
Anregungslichts auf die verschiedenartigen Pixel der Projektionsfläche ist der Eindruck
eines farbigen Bildes erzeugbar.
Je nach der gewünschten Komplexität des erfindungsgemäßen Moduls sind auf einem
Träger alle oder einzelne der nachfolgend aufgezählten Baugruppen zusätzlich zu dem
mindestens einem Wellenleiter angeordnet:
- - die mindestens eine Lichtquelle,
- - der mindestens eine Lichtmodulator,
- - die Einheit zur Strahlformung und Strahlablenkung und
- - die Ansteuerelektronik zur Lichtmodulation, zur Strahlformung und Strahlablenkung.
Im extremsten Fall ist ein Modul realisiert, der alle Funktionen eines
Bilderzeugungssystems enthält und nur noch mit elektrischen Anschlüssen zur
Energiezufuhr, Ansteuerung und Einstellung versehen werden muß, um ein
einsatzfähiges Bilderzeugungssystem zu erhalten.
Es sind Realisierungsvarianten möglich, die auf bewegliche klassische mechanische
Bauteile, wie Kippspiegel oder Spiegelscanner, verzichten.
Mit Hilfe der Erfindung gelingt es prinzipiell, mit einem Modul alle denkbaren
medizinischen Anwendungen, die der Darstellung von reellen oder virtuellen Bildern
bedürfen, zu realisieren.
Unter Umständen ist es zweckmäßig, die Lichtquellen nicht mit im Modul zu integrieren,
um die Einsatzmöglichkeiten des Moduls, der als einsatzfähiges Bauelement vertrieben
werden kann, zu erhöhen.
Durch die Möglichkeit der elektrooptischen Modulation, nach dem heutigen Stand der
Technik bis in den GHz-Bereich, wird eine Anordnung zur Erzeugung sehr schnell
veränderbarer Lichtintensitäten geschaffen. Mit Hilfe eines schnellen
Ablenkmechanismus werden brilliante Farbbilder und Farbfernseh- bzw. -Videosignale
auf einem Bildschirm (reelle Bilder) oder im Raum (virtuelle Bilder) erzeugt die auch
medizinische Anwendungen, insbesondere in der Augenheilkunde, ermöglichen.
Weitere Merkmale der Erfindung sind in der Beschreibung der Figuren und in den
Unteransprüchen dargestellt, wobei alle Einzelmerkmale und alle Kombinationen von
Einzelmerkmalen erfindungswesentlich sind.
Die Vorteile der Anordnung liegen in einer Erhöhung der Auflösung des Fernseh- bzw.
Videobildes, der Möglichkeit zur Erhöhung der Bildfrequenz, einer Erhöhung der
Helligkeit und des Kontrastes des Bildes und in einer kompakten und integrierbaren
Anordnung als Modul. Die erforderlichen Spannungen zu einer elektrooptischen
Modulation der Lichtanteile liegen im Bereich von einigen Volt.
Das erzeugte Bild ist mit vergleichsweise geringem technischen Aufwand mit Hilfe der
Einheit zur Strahlformung und Strahlablenkung vergrößerbar oder verkleinerbar (Zoom-
Effekt). Durch entsprechende Ansteuerung mit Hilfe der Ansteuereinheit sind
Ausschnittsvergrößerungen und der Grad der Auflösung des Bildes einstellbar.
Durch eine entsprechende Einstellung der Abbildung der Lichtstrahlen in der Einheit
zur Strahlformung und Strahlablenkung können monokulare und/oder binokulare
Sehfehler des Beobachters ausgeglichen werden. Anhand der Einstellungen zur
Abbildung der Lichtstrahlen können monokulare und/oder binokulare Sehfehler am
Beobachter bestimmt werden.
Insbesondere ermöglicht die Erfindung die Anwendung bekannter Technologien der
Integrierten Optik und der Mikroelektronik, um alle Bestandteile eines
Bilderzeugungssystems in einem Modul zu integrieren.
Der Modul des Bilderzeugungssystems besteht aus dem Träger mit den Baugruppen
und einem geeigneten Gehäuse. Das Gehäuse hat eine Lichtaustrittsöffnung und
Anschlüsse zur Stromversorgung, Signaleingänge und Anschlüsse zur Einstellung der
Farbbildparameter.
Die erfindungsgemäßen Bilderzeugungssysteme sind für alle denkbaren Anwendungen
in der Diagnose und Therapie von Erkrankungen, insbesondere in der Augenheilkunde
geeignet, bei denen die Ansteuerung der Modulationseinrichtungen zur Intensitäts-
oder Amplitudenmodulation und/oder Farbmodulation von Licht durch ein beliebiges
Signal, insbesondere ein Televisionssignal, ein Videosignal, ein Audiosignal, ein
computergeneriertes Signal oder das Signal einer Meßeinrichtung zu einem intensitäts-
oder amplitudenmodulierten und farbmodulierten Farbmischsignal führt, das in den
Betrachtungsraum projiziert wird und dort zu weiterer Verwendung zur Verfügung
stehen soll.
Das Bilderzeugungssystem ist als Bildprojektionssystem virtueller oder reeller Bilder
verwendbar, die in der Augenheilkunde zur Bestimmung und Korrektur monukolarer
und bikularer Sehfehler dient. Diese Sehfehler sind insbesondere Farbfehlsichtigkeit
(Farbtüchtigkeit), Fehlsichtigkeit (Sehschärfe), Gesichtsfeld, Dämmerungssehen,
Stereofehlsichtigkeit (räumliches Sehen) Konvergenz und Schielen.
Die Anwendung des erfindungsgemäßen Bilderzeugungssystems ist dabei nicht an
eine bestimmte Form der Projektion reeller Bilder gebunden.
Das Bilderzeugungssystem ist für die Projektion
- - auf eine lichtreflektierende Projektionswand oder
- - auf eine Mattscheibe verwendbar.
Dabei können sich die Projektionswand oder die Mattscheibe entweder
- - passiv (normalreflektierend oder normalrückstreuend) verhalten oder
- - aktiv ihre Reflexions- oder Streueigenschaften bei Bestrahlung ändern oder
- - mit Pixelgruppen (z. B. Tripletts) von Leuchtstoffen versehen sein, die entweder wellenlängenselektiv oder wellenlängenunspezifisch auf die durch das Bilderzeugungssystem ausgesendeten Wellenlängen des Lichtes reagieren.
Die Erfindung soll nachfolgend an Hand von Figuren beschrieben werden.
Es zeigen:
Fig. 1 Prinzip eines Moduls zur Farbbilderzeugung mit einem
Streifenwellenleiter-Koppler
Fig. 2 Prinzip des Bilderzeugungssystems durch räumliches
Zusammenführen der Lichtanteile in den Grundfarben Rot-Grün-Blau
Fig. 3 Bilderzeugungssystem mit Lichtleitfaser-Kopplern und Modulation
der Lichtquellen
Fig. 4 Bilderzeugungssystem mit einem Quasiwellenleiter-Koppler
Fig. 5 Prinzip des Quasiwellenleiter-Kopplers
Fig. 6 Darstellung des Übertragungsverhaltens von Quasiwellenleitern
Fig. 7 Einheit zur räumlichen Strahlvereinigung mit Faser-Modulatoren
Fig. 8 Modulation durch Steuerung der Lichtquellen sowie Intensitäts- oder
Amplitudenmodulation durch einen Faser-Modulator im
Zeitmultiplexbetrieb
Fig. 9 Komplettes Bilderzeugungssystem als Modul
Fig. 10 Bilderzeugungssystem zur Erzeugung eines reellen Bildes
Fig. 11 Bilderzeugungssystem zur Erzeugung eines virtuellen Bildes
Fig. 12 Einheit zur räumlichen Strahlvereinigung mit steuerbaren
Koppelstellen
Fig. 13 Bilderzeugungssystem mit X-Kopplern als steuerbaren Koppelstellen
in 2×1-Matrixanordnung
Fig. 14 Bilderzeugungssystem unter Verwendung einer Struktur mit sich
kreuzenden Streifenwellenleitern in 3×1-Matrixanordnung mit
steuerbaren Koppelstellen
Fig. 15 Bilderzeugungssystem unter Verwendung einer Struktur mit sich
kreuzenden Streifenwellenleitern in
3×1-Matrixanordnung mit Intensitäts- oder Amplitudenmodulatoren in
Streifenwellenleitern und mit passiven Koppelstellen
Fig. 16 Bilderzeugungssystem unter Verwendung einer Struktur mit sich
kreuzenden Streifenwellenleitern in 3×4-Matrixanordnung
Fig. 17 Bilderzeugungssystem mit Modulatoren in
Streifenwellenleitern und Richtkopplern als steuerbaren Koppelstellen
Fig. 18 Stereo-Bilderzeugungssystem
Fig. 19 Einheiten zur Strahlformung und Strahlablenkung mit in
verschiedenen Bauelementen realisierten Funktionen Strahlablenkung
und Strahlformung
Fig. 20 Einheiten zur Strahlformung und Strahlablenkung mit in einem
Bauelement integrierten Funktionen Strahlablenkung und Strahlformung
Fig. 21 Bilderzeugungssystem mit drei Lichtquellen, Frequenzumsetzern und
Streifenwellenleiter-Kopplern
Fig. 22 Bilderzeugungssystem mit einer Lichtquelle und Frequenzumsetzern
Fig. 23 Bilderzeugungssystem unter Verwendung von weißem Licht mit
Farbfiltern und
wellenlängenunabhängigen Modulatoren
Fig. 24 Bilderzeugungssystem unter Verwendung von weißem Licht mit
wellenlängenabhängigen Modulatoren
Fig. 25 Bilderzeugungssysteme mit Weißlicht-Streifenwellenleiter
und Farbfilter
Fig. 26 Bilderzeugungssystem mit zusammengefaßten Glasfaserbündeln,
das den Stand der Technik repräsentiert
Fig. 27 Sehfehlerkorrektur beim virtuellen Bild
Fig. 28 Sehfehlerkorrektor beim reellen Bild.
In den Fig. 1 bis 18 und 21 bis 24 werden Ausführungsformen von
erfindungsgemäßen Bilderzeugungssystemen dargestellt, die gemäß Anspruch 3 auf
dem Prinzip der Farberzeugung durch selektive Intensitäts- oder Amplitudenmodulation
und additive Farbmischung aufgrund räumlicher Zusammenführung der einzelnen
Lichtanteile beruhen.
Die Fig. 25 a bis c zeigen Ausführungsformen von Bilderzeugungssystemen, die
gemäß Anspruch 4 auf dem Prinzip der Farberzeugung durch subtraktive
Farbmischung beruhen.
Die Fig. 26 stellt den Stand der Technik entsprechend der Patentanmeldung
DE 31 52 020 A1 dar.
In den Fig. 19 und 20 werden technische Lösungen der Einheit zur Strahlformung
und Strahlablenkung beschrieben.
Die Fig. 27 bis 28 zeigen beispielhafte Verwendungen des erfindungsgemäßen
Bilderzeugungssystems.
Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau des Bilderzeugungssystems als Modul, bei dem
aus Licht zweier Farben durch den physiologischen Effekt der Farbmischung im
menschlichen Auge der Eindruck eines flimmerfreien farbigen Bildes entsteht.
Alle Baugruppen sind auf einem Träger 11 angeordnet. Der Modul dient zur Erzeugung
eines Farbmischsignals, bei dem das gewünschte Intensitätsverhältnis eingestellt
werden kann, und zur Erzeugung von Bildpunkten oder Lichtstrahlen, die in die
gewünschte Richtung in den Beobachtungsraum hinein schreibbar sind.
Der Modul wird durch Anwendung an sich bekannter Technologien der Integrierten
Optik und der Mikroelektronik hergestellt.
Alle Baugruppen des Bilderzeugungssystems:
- - zwei Lichtquellen 7′, 7′′,
- - eine Einheit zur räumlichen Strahlvereinigung 14,
- - eine Einrichtung zur Strahlformung und Strahlablenkung 10 und
- - eine elektronische Ansteuereinheit 15 zur Lichtmodulation, zur Strahlformung und zur Strahlablenkung
sind auf dem Träger 11 hybrid-integriert.
Die mit den Baugruppen bestückte Fläche des Trägers 11 wird von einem geeigneten
Gehäuse 20 abgedeckt. Das Gehäuse 20 hat eine Lichtaustrittsöffnung 21 und
Arischlüsse zur Stromversorgung 22, elektrische Signaleingänge 23 und elektrische
Anschlüsse zur Einstellung der Bilddarstellungsparameter 24.
Im Modul sind zwei modulierbare Lichtquellen 7′ und 7′′ mit der Einheit zur räumlichen
Strahlvereinigung 14 gekoppelte. Die Einheit zur räumlichen Strahlvereinigung 14 ist mit
der Einheit zur Strahlformung und Strahlablenkung 10 zur Erzeugung eines reellen
oder virtuellen Bildes gekoppelt. Jede Lichtquelle 7′ und 7′′ und die Einheit zur
Strahlformung und Strahlablenkung 10 sind mit der Ansteuereinheit 15 verbunden, die
die Modulation der Lichtquellen 7′ und 7′′ mit der Strahlprojektion durch die Einheit zur
Strahlformung und Strahlablenkung 10 synchronisiert. Die Einheit zur räumlichen
Strahlvereinigung 14 ist hier passiv ausgeführt.
Die Lichtquellen 7′ und 7′′ sind Laserdioden, die Licht in den Wellenlängen des roten
und des grünen Lichts aussenden.
Die Einheit zur räumlichen Strahlvereinigung 14 besteht aus zwei integriert-optischen
Streifenwellenleitern 2′ und 2′′, die in der passiven Koppelstelle 6 zu dem
gemeinsamen Breitband-Streifenwellenleiter 9 zusammengeführt sind. Die
Streifenwellenleiter 2′ und 2′′ sind nicht notwendigerweise Breitband-
Streifenwellenleiter, sind aber vorteilhafterweise ebenfalls als solche ausgeführt. Die
drei Breitband-Streifenwellenleiter bilden einen integriert-optischen Breitband-
Streifenwellenleiter-Koppler. Die Streifenwellenleiter müssen im Beispiel nicht einmodig
sein, da in den Streifenwellenleitern keine Modulation erfolgt.
Der Streifenwellenleiter 2′ korrespondiert mit der Lichtquelle 7′, die Licht der
Wellenlänge λ₁ aussendet. Der Streifenwellenleiter 2′′ korrespondiert mit der
Lichtquelle 7′′, die Licht der Wellenlänge λ₂ aussendet.
Eine Ansteuereinheit 15 ist über Stromleitungen mit den Lichtquellen 7′ und 7′′ und mit
der Einheit zur Strahlformung und Strahlablenkung 10 verbunden. Die Signale S₁ und
S₂ dienen der Intensitäts- oder Amplitudenmodulation der Lichtquellen 7′ und 7′′. Das
Signal S₅ dient zur Einstellung der Fokussierung des intensitäts- oder
amplitudenmodulierten und farbmodulierten, räumlich zusammengeführten Lichtstrahls
und das Signal S₆ dient zur Strahlablenkung, die zum Beispiel in Form von Zeilen und
Spalten erfolgt.
Am Ausgang des gemeinsamen Breitband-Streifenwellenleiters 9 steht intensitäts- oder
amplitudenmoduliertes und farbmoduliertes, räumlich zusammengeführtes Licht LMV
aus den Lichtanteilen der Lichtquellen 7′ und 7′′ zur Verfügung.
Der Ausgang des gemeinsamen Breitband-Streifenwellenleiters 9 korrespondiert mit
der Einheit zur Strahlformung und Strahlablenkung 10. Die Einheit zur Strahlformung
und Strahlablenkung 10 besteht im Beispiel aus einem strahlformenden optischen
Element 3, im Beispiel einer optischen Linse, die zur Strahlformung durch das
Steuersignal S₅ in x-Richtung einstellbar ist, und aus einer Einrichtung zur
Strahlablenkung 4 des Lichtstrahls, im Beispiel eine dreiseitige Pyramide, die durch
das Steuersignal S₆ um die y-Achse (horizontale Ablenkung) und um die x-Achse
(vertikale Ablenkung) gekippt werden kann. Die Einheit zur Strahlformung und
Strahlablenkung 10 schreibt einen Lichtstrahl in den umgebenden Raum
(Betrachtungsraum), wo der Eindruck eines farbigen Bildes entsteht, das als reelle
Abbildung auf einem Bildschirm 5 oder für die Erzeugung eines virtuellen Bildes im
menschlichen Auge 12 realisierbar ist. Die Ablenkung des zusammengeführten Lichtes
erfolgt synchron zur Modulation der Lichtanteile mit den Wellenlängen λ₁ und λ₂ um
den Eindruck eines farbigen Bildes im Auge zu erzeugen.
Allerdings kann durch die Verwendung zweier Wellenlängen ein - in heutigem Sinne -
vollwertiges Farbbild mit allen Farbnuancen nicht erzeugt werden.
Fig. 2 zeigt den prinzipiellen Aufbau des Bilderzeugungssystems mittels Breitband-
Streifenwellenleitern zur Farbbilderzeugung aus den drei Grundfarben Rot, Grün und
Blau nach dem Prinzip der additiven Farbmischung. Es besteht aus drei modulierbaren
Lichtquellen 7′, 7′′ und 7′′′, die mit der Einheit zur räumlichen Strahlvereinigung 14
gekoppelt sind.
Der Breitband-Streifenwellenleiter 2′ korrespondiert mit der Lichtquelle 7′, die Licht der
Wellenlänge λ₁ aussendet. Der Breitband-Streifenwellenleiter 2′′ korrespondiert mit
der Lichtquelle 7′′, die Licht der Wellenlänge λ₂ aussendet. Der Breitband-
Streifenwellenleiter 2′′′ korrespondiert mit der Lichtquelle 7′′′, die Licht der
Wellenlänge λ₃ aussendet. Die Breitband-Streifenwellenleiter 2′′und 2′′′ werden zu
einem gemeinsamen Breitband-Streifenwellenleiter 8 zusammengeführt. Die Breitband-
Streifenwellenleiter 2′ und 8 werden zum gemeinsamen Breitband-Streifenwellenleiter
9 zusammengeführt. Die Koppelstellen sind passive Koppelstellen 6. Am Ausgang des
gemeinsamen Breitband-Streifenwellenleiters 9 steht intensitäts- oder
amplitudenmoduliertes und farbmoduliertes, räumlich zusammengeführtes Licht LMV
aus den Lichtanteilen der Lichtquellen 7′, 7′′, 7′′′ zur Verfügung. Der Ausgang des
gemeinsamen Breitband-Streifenwellenleiters 9 korrespondiert mit der Einheit zur
Strahlformung und Strahlablenkung 10.
Jede Lichtquelle 7′, 7′′, 7′′′ und die Einheit zur Strahlformung und Strahlablenkung 10
sind mit einer Ansteuereinheit 15 verbunden, die die Modulation der Lichtquellen 7′,
7′′, 7′′′ mit der Einheit zur Strahlformung und Strahlablenkung 10 synchronisiert.
Die Lichtquellen 7′, 7′′, 7′′′ sind Laserdioden, die Licht in den Wellenlängen des roten,
des grünen und des blauen Lichts aussenden.
Die Einheit zur räumlichen Strahlvereinigung 14 besteht aus den fünf Breitband-
Streifenwellenleitern 2′, 2′′, 2′′′, 8 und 9, drei Lichteingängen, zwei Koppelstellen 6
und einem Lichtausgang. Die Koppelstellen 6 werden durch jeweils drei Breitband-
Streifenwellenleiter gebildet und sind somit ein integriert-optischer Breitband-
Streifenwellenleiter-Koppler. Da nicht moduliert wird, müssen die Breitband-
Streifenwellenleiter nicht einmodig sein.
Durch die Verwendung dreier Grundfarben ist ein vollwertiges Farbbild erzeugbar.
Fig. 3 zeigt ein Bilderzeugungssystem, das dem in der Fig. 2 dargestellten
entspricht, bei dem jedoch die Einheit zur räumliche Strahlvereinigung 14 aus
Lichtleitfasern F als Wellenleiter 2′, 2′′, 2′′′ aufgebaut ist. Die Zusammenführung des
Lichts entspricht der Art und Weise, wie sie in Fig. 2 beschrieben wurde.
Die Verbindung der Fasern (Wellenleiter 2′′, 2′′′, bzw. 2′, 8) an den Koppelstellen 6
kann durch flächiges Aneinanderschmelzen an den Außendurchmessern beider Fasern
in einem Bereich von einigen Millimetern erfolgen.
Die Lichtübertragung wird in der gemeinsamen Faser 9 fortgeführt und dient zur
Weiterleitung des modulierten, räumlich zusammengeführten Lichtes LMV.
Wellenleiter und Koppelstellen bilden eine Einheit zur räumlichen Strahlvereinigung 14.
Die Fasern sind auf dem Träger 11 fest angeordnet und die Faserenden
korrespondieren mit den auf dem Träger angeordneten Lichtquellen 7 und der Einheit
zur Strahlformung und Strahlablenkung 10.
Fig. 4 zeigt ein Bilderzeugungssystem, bei dem die Einheit zur räumlichen
Strahlvereinigung 14 aus Quasiwellenleitern (ARROW) und Quasiwellenleiter-Kopplern
(ARROW-Kopplern) besteht. Es wird der prinzipielle Aufbau einer Struktur dreier
nebeneinanderliegender ARROW dargestellt. Mit einem ARROW (Wellenleiter 2′) wird
Licht der Wellenlänge λ₁ geführt. Mit einem anderen ARROW (Wellenleiter 2′′) wird
Licht der Wellenlänge λ₂ geführt.
Mit einem weiteren ARROW (Wellenleiter 2′′′) wird Licht der Wellenlänge λ₃ geführt.
Die Figur zeigt drei nebeneinanderliegende ARROW 2, die, von der Stelle der
Strahleinkopplung beginnend, bis zum Anfang der Koppelstelle 6 durch Absorber 25
voneinander getrennt sind. Im Bereich der Koppelstelle 6 der drei Quasiwellenleiter
erfolgt die räumliche Vereinigung der Lichtanteile, wobei der weiter fortgeführte
ARROW (hier als Breitband-Wellenleiter 9 gekennzeichnet) die Lichtanteile aller drei
Wellenlängen λ₁, λ₂ und λ₃ führt.
Das in der Fig. 2 dargestellten Bilderzeugungssystem entspricht in der bildlichen
Darstellung und der Funktion dem hier in Fig. 4 beschriebenen System, mit dem
Unterschied, daß die Einheit zur räumliche Strahlvereinigung 14 aus
Quasiwellenleitern (ARROW) als Wellenleiter 2′, 2′′, 2′′′ aufgebaut ist.
Für gleiche Wellenlängen ist das Überkoppelverhalten der ARROW-Struktur bekannt.
Für ungleiche Wellenlängen ist die räumliche Vereinigung von Lichtstrahlen
theoretisch darstellbar.
Durch entsprechende Dimensionierung ist es möglich, eine ARROW-Struktur zu
schaffen, die in der Lage ist, mehrere verschiedene Wellenlängen mit einer
ausreichenden Effizienz in einem ARROW zu leiten und in einem ARROW-Koppler
räumlich zusammenzuführen.
Fig. 5 zeigt drei nebeneinanderliegende ARROW, die, von der Stelle der
Strahleinkopplung (Eingänge E) beginnend, bis zum Anfang der Koppelstelle 6 durch
Absorber 25 voneinander getrennt sind. In der Koppelstelle 6 erfolgt die räumliche
Vereinigung der Lichtanteile der drei Wellenlängen λ₁, λ₂ und λ₃.
In dem Wellenleiter 2′′, der als gemeinsamer Breitband-Wellenleiter 9 fortgeführt wird,
werden die räumlich zusammengeführten Lichtanteile bis zum Ausgang A
weitergeleitet.
In Fig. 6 sind mögliche Übertragungscharakteristika dargestellt.
Fig. 6a zeigt das Übertragungsverhalten eines ARROW, dessen Geometrie so
bestimmt wurde, daß für drei verschiedene Wellenlängen, zum Beispiel der Farben
Rot, Grün und Blau, je eine Resonanzbedingung mit, technisch gesehen,
ausreichender Effizienz erfüllt ist.
Fig. 6b zeigt ein breitbandiges Übertragungsverhalten eines ARROW, der die
Wellenlängen der Farben Rot, Grün und Blau mit, technisch gesehen, ausreichender
Effizienz überträgt.
Fig. 7 zeigt eine Anordnung zur Bilderzeugung, bei der Modulationseinrichtungen
17′, 17′′ und 17′′′ an einmodigen Breitband-Lichtleitfasern F angeordnet sind.
Die einmodigen Breitband-Lichtleitfasern sind so miteinander gekoppelt, daß eine
Einheit zur räumlichen Strahlvereinigung 14 auf einem gemeinsamen Träger 11
entsteht (siehe Fig. 3).
Die Modulatoren sind als Fasermodulatoren ausgebildet und basieren auf den
Prinzipien mechanischer (piezoelektrischer), magnetooptischer, elektrooptischer,
thermooptischer, optooptischer oder photothermischer Modulation oder funktionieren
als steuerbare Faserverstärker.
Fig. 8 zeigt eine Anordnung zur Bilderzeugung, bei der eine Übertragung der
Lichtanteile Rot-Grün-Blau im Zeitmultiplexbetrieb erfolgt. Die Lichtquellen 7′, 7′′ und
7′′′ senden zeitlich nacheinander Lichtimpulse aus, die durch die Ansteuereinheit
gesteuert werden (Steuersignale S₁, S₂ und S₃). Die Lichtimpulse werden in der
Einheit zur räumlichen Strahlvereinigung 14, die aus einmodigen Breitband-
Lichtleitfasern besteht, zeitlich nacheinander räumlich zusammengeführt (LV) und
werden dann zeitlich nacheinander mit Hilfe der an der gemeinsamen einmodigen
Breitband-Lichtleitfaser 9 angeordneten Modulationseinrichtung 17 in ihrer Intensität
mit Hilfe des Steuersignals S₄ moduliert. Die räumlich vereinigten, intensitäts- oder
amplitudenmodulierten Lichtanteile LVM der Farben Rot, Grün und Blau, die für die
Erzeugung eines farbigen Bildpunktes BPi (i = 1, 2, . . .) notwendig sind, werden zeitlich
nacheinander (zeitmultiplex) durch die Einheit zur Strahlformung und/oder
Strahlablenkung 10 projiziert. Die Projektion der Farbanteile eines Bildpunktes erfolgt
in sehr schneller Aufeinanderfolge, zum Beispiel erst in Rot, dann in Grün und dann in
Blau (siehe Diagramme in Fig. 8). Das Auge "addiert" aus den einzelnen einfarbigen
Bildpunktanteilen einen farbigen Bildpunkt BPi. Die schnelle räumliche Ablenkung eng
aneinandergereihter farbiger Bildpunkte erzeugt den Eindruck eines farbigen Bildes. In
diesem Beispiel sind einmodige Breitband-Lichtleitfaser-Koppler dargestellt. Die
Funktion ist bei dem einmodigen integriert-optischen Breitband-Streifenwellenleiter-
Koppler und bei dem einmodigen Quasiwellenleiter-Koppler entsprechend.
Fig. 9 zeigt ein Bilderzeugungssystem als Modul mit einer Einheit zur räumlichen
Strahlvereinigung 14 aus einmodigen, integriert-optischen Breitband-
Streifenwellenleitern (EOBSW) 2, 8, 9 sowie mit Mach-Zehnder-Interferometer-
Strukturen MZI als Intensitäts- oder Amplitudenmodulatoren 17′, 17′′, 17′′′ in den
einmodigen, integriert-optischen Breitband-Streifenwellenleitern 2′, 2′′ und 2′′′ in
einem Substrat 1 aus Kaliumtitanylphosphat (KTiOPO₄, KTP). Die Figur zeigt ein
hybrid-integriertes, integriert-optisch 44962 00070 552 001000280000000200012000285914485100040 0002019549395 00004 44843es Farbbild-Projektionssystem, das alle
Komponenten auf einem gemeinsamen Träger 11 enthält.
Auf dem gemeinsamen Träger 11 sind die drei Laserdioden 7′, 7′′, 7′′′, die Licht der
Farben Rot, Grün und Blau abstrahlen, die Einheit zur räumlichen Strahlvereinigung 14
und die Einrichtung zur Strahlformung und Strahlablenkung 10 und die
Ansteuereinrichtung 15 angeordnet.
Die Laserdioden 7 sind auf einer Einrichtung zur Temperaturstabilisation 18
aufgebracht, die zwischen dem Träger 11 und den Laserdioden 7 liegt.
Die Einkopplung des in der Regel divergenten Lichts der Laserdioden in die
einmodigen, integriert-optischen Breitband-Streifenwellenleiter 2′, 2′′, 2′′′ der Einheit
zur räumlichen Strahlvereinigung 14 erfolgt mit einer Baugruppe zur Strahleinkopplung
19, im Beispiel einer Mikrooptikbaugruppe, die aus drei in einem Abstand voneinander
auf einem Trägermaterial angeordneten Fresnellinsen besteht.
Die Einheit zur räumlichen Strahlvereinigung 14 ist in diesem Fall mit passiven
Koppelstellen 6 ausgeführt. Die Amplitudenmodulation erfolgt mit elektrooptisch
steuerbaren Mach-Zehnder-Interferometer-Modulatoren MZI₁, MZI₂, MZI₃, die als
lichtleitende und lichtsteuernde Strukturen in den einmodigen, integriert-optischen
Breitband-Streifenwellenleitern 2′, 2′′ und 2′′′ angeordnet sind.
Durch Anlegen von Steuerspannungen (Signale S₄′, S₄′′, S₄′′′) an die Elektroden
werden über den elektrooptischen Effekt in dem elektrooptisch aktiven Material die
Ausbreitungskonstante bzw. die Phase des geführten Lichts in beiden Zweigen der
Mach-Zehnder-Interferometer-Struktur mit unterschiedlichem Vorzeichen geändert. An
der Stelle der Zusammenführung des Lichts beider Arme im Mach-Zehnder-
Interferometer-Modulator kommt es je nach Phasenlage zur konstruktiven oder
destruktiven Interferenz. Mit der Modulationsspannung wird also die Amplitude in den
einmodigen, integriert-optischen Breitband-Streifenwellenleitern 2′, 2′′ und 2′′′
geregelt.
Es folgt eine Zusammenführung der einmodigen, integriert-optischen Breitband-
Streifenwellenleiter 2′, 2′′ bzw. 2′′′, 8 in den passiven Koppelstellen 6.
Die Auskopplung des intensitäts- oder amplitudenmodulierten und farbmodulierten,
räumlich zusammengeführten Lichts LMV erfolgt mit einer mikrooptischen Linse 16, die
senkrecht zur Ausbreitungsrichtung in zwei Dimensionen mittels eines Piezoelements
beweglich ist. Sie erfüllt die Funktionen der Einheit zur Strahlformung und
Strahlablenkung 10 gemeinsam in einem Bauelement.
Durch die mikrooptische Linse 16 wird das divergente Licht vom Ausgang des
gemeinsamen Streifenwellenleiters 9 auf die Projektionsebene (Bildschirm 5) fokussiert
oder ein kollimierter Lichtstrahl in den Beobachtungsraum hineingeschrieben.
Durch ein Verschieben der mikrooptischen Linse 16 in x- und y-Richtung wird das
Bildfeld abgerastert Unterhalb der mikrooptischen Linse 16 ist ein piezoelektrisches
Element als Einrichtung zur Strahlablenkung 4 zur mechanischen Verstellung der
Linsenposition senkrecht zur Lichtausbreitungsrichtung vorgesehen.
Auf dem Träger 11 sind alle zur Farbbilderzeugung notwendigen Baugruppen montiert:
die Ansteuerung 15 für die Laserlichtquellen und deren Temperaturkompensation
(Einrichtung zur Temperaturstabilisierung 18), die Mikrooptikbaugruppe zur
Strahleinkopplung 19, das Substrat 1 mit den drei Mach-Zehnder-Interferometer-
Modulatoren MZI und der Einheit zur räumlichen Strahlvereinigung 14 und weiterhin
die Einheit zur Strahlformung und Strahlablenkung 10. Auf dem Träger 11 ist das alle
Baugruppen umgebende Gehäuse 20 mit dem Lichtaustrittsfenster 21 angebracht.
Fig. 10 zeigt eine Integration der Komponenten Lichtquellen 7′, 7′′, 7′′′, der
Streifenwellenleiter 2, 8, 9 in der Einheit zur räumlichen Strahlvereinigung 14, der
Intensitäts- oder Amplitudenmodulatoren 17′, 17′′, 17′′′ an den Streifenwellenleitern
2′, 2′′, 2′′′, der Ansteuereinheit 15 und der Einheit zur Strahlformung und
Strahlablenkung 10 auf einem Träger 11 zur Erzeugung eines reellen Bildes. Die
Signale S₁, S₂ und S₃ steuern die Lichtquellen 7′, 7′′, und 7′′′.
Die Signale S₄′, S₄′′ und S₄′′′ steuern jeweils einen Intensitäts- oder
Amplitudenmodulator 17′, 17′′ und 17′′′ in den Streifenwellenleitern 2′, 2′′ und 2′′′ an.
Die Einheit zur Strahlformung und Strahlablenkung 10 erzeugt in einer
Projektionsebene, die einen Bildschirm 5 oder eine Projektionswand enthält, ein reelles
Bild.
Das divergente Strahlenbündel am Ausgang des gemeinsamen Breitband-
Streifenwellenleiters 9 wird durch eine bündelformende Optik in die Projektionsebene
als Punkt abgebildet. Der Punkt wird durch die Einheit zur Strahlformung und
Strahlablenkung 10 so abgelenkt, daß die Punkte nacheinander in der
Projektionsebene abgebildet werden können.
Fig. 11 zeigt eine Integration der Komponenten Lichtquellen 7′, 7′′, 7′′′, der
Streifenwellenleiter 2, 8, 9 in der Einheit zur räumlichen Strahlvereinigung 14, der
Intensitäts- oder Amplitudenmodulatoren 17′, 17′′, 17′′′ in den Streifenwellenleitern 2′,
2′′, 2′′′, der Ansteuereinheit 15 und der Einheit zur Strahlformung und Strahlablenkung
10 auf einem Träger 11 zur Erzeugung eines virtuellen Bildes, das direkt mit dem
menschlichen Auge 12 betrachtbar ist.
Voraussetzung ist, daß das menschliche Auge 12 in der optischen Achse des Systems
liegt, das aus dem gemeinsamen Breitband-Streifenwellenleiter 9 und der Einheit zur
Strahlformung und Strahlablenkung 10 gebildet wird.
Das wird durch eine entsprechende Halterung vor dem Auge (Sehhilfe), durch
Einspiegelung des Bildes auf eine Scheibe (Windschutzscheibe eines Verkehrsmittels)
oder durch Betrachtung des Bildes durch ein Loch (Peep-Show) erreicht. Durch eine
entsprechende Einstellung der Abbildung der Bildpunkte in der Einheit zur
Strahlformung und Strahlablenkung 10 kann der Sehfehler "Fehlsichtigkeit′′ gemessen
und ausgeglichen werden.
Die Ansteuerung des Bilderzeugungssystems erfolgt analog zu Fig. 10.
Die Fig. 12 bis 17 zeigen weitere integriert-optische Realisierungsvarianten der
Einheit zur räumlichen Strahlvereinigung 14, bei der die Koppelstelle 6 zweier
Streifenwellenleiter bei Bedarf aktiv beeinflußbar, d. h. steuerbar, ist. Es sind jeweils
einmodige integriert-optische Breitband-Streifenwellenleiter (EOBSW) dargestellt. Die
steuerbare Koppelstelle 13 ist zur steuerbaren räumlichen Strahlvereinigung und/oder
zur steuerbaren Strahlumlenkung ausgebildet. Die steuerbare Koppelstelle 13 arbeitet
auf der Grundlage der Zweimodeninterferenz als X-Koppler, Richtkoppler,
Parallelstreifenkoppler oder BOA.
Die Fig. 13 bis 16 zeigen Kreuzungen von einmodigen, integriert-optischen
Breitband-Streifenwellenleitern, bei denen die Kreuzungsstellen passive Koppelstellen
6 oder steuerbare Koppelstellen 13 oder völlig passive Kreuzungen von
Streifenwellenleitern sind.
Fig. 12 zeigt ein Bilderzeugungssystem, bei dem die Einheit zur Strahlvereinigung 14
aus einmodigen, integriert-optischen Breitband-Streifenwellenleitern mit steuerbaren
Koppelstellen 13 aufgebaut ist, die durch ein Steuersignal aktiv beeinflußbar sind. Licht
dreier Wellenlängen λ₁, λ₂ und λ₃ wird in je einen der einmodigen Breitband-
Streifenwellenleiter 2′, 2′′ und 2′′′ eingekoppelt. Die Lichtanteile in den einmodigen
Breitband-Streifenwellenleitern 2′′ und 2′′′ werden in der aktiven Koppelstelle 13′ mit
einer durch das angelegte Steuersignal 57′ regelbaren Intensität räumlich
zusammengeführt und im einmodigen Breitband-Streifenwellenleiter 8 weitergeführt.
Der gleiche Vorgang erfolgt in der aktiven Koppelstelle 13′′ mit den Lichtanteilen im
einmodigen Breitband -Streifenwellenleiter 8 und dem Lichtanteil im einmodigen
Breitband-Streifenwellenleiter 2′ durch das Steuersignal S₇′′. Die Intensitäts- oder
Amplitudenmodulation kann je nach technischer Realisierbarkeit mit den Lichtquellen 7
und/oder mit den steuerbaren Koppelstellen 13 erfolgen.
Aus dem einmodigen Breitband-Streifenwellenleiter 9 ist das räumlich vereinigte,
intensitäts- oder amplitudenmodulierte und farbmodulierte Licht LVM in die Einheit zur
Strahlformung und Strahlablenkung 10 auskoppelbar.
Fig. 13 zeigt eine Kreuzung zweier einmodiger Breitband-Streifenwellenleiter 2′ und
2′′ mit einem weiteren einmodigen Breitband-Streifenwellenleiter 9 als eine 2×1-Matrix.
Die beiden Kreuzungsstellen bilden steuerbare Koppelstellen 13. Licht ist in die
Eingänge E₁, E₂ und/oder E₃ einkoppelbar. Die steuerbaren Koppelstellen 13′ und
13′′ werden so angesteuert, daß aus dem einmodigen Breitband-Streifenwellenleiter 9
räumlich zusammengeführtes, intensitäts- oder amplitudenmoduliertes und
farbmoduliertes Licht LVM auskoppelbar ist. Vorteilhafterweise wird diese Anordnung
zeitmultiplex betrieben (wie in Fig. 8 beschrieben), um mögliche Probleme durch die
gegenseitige Beeinflussung der Modulation der verschiedenen Lichtanteile zu
umgehen.
Fig. 14 zeigt die Kreuzung von drei einmodigen Breitband-Wellenleitern 2′, 2′′, 2′′′
mit einem weiteren Breitband-Wellenleiter 9 (3×1-Matrix). Die steuerbaren
Koppelstellen 13 steuern die räumliche Strahlvereinigung und die Strahlumlenkung.
Licht dreier Wellenlängen λ₁ λ₂ und λ₃ wird in je einen der einmodigen Breitband-
Streifenwellenleiter 2′, 2′′ und 2′′′ eingekoppelt. Die steuerbaren Koppelstellen 13
wirken als Lichttore, die das Licht im einmodigen Breitband-Streifenwellenleiter 9 in
Richtung des Lichtaustrittes vollständig unbeeinflußt passieren lassen, jedoch die
Lichtanteile der Wellenlängen λ₁, λ₂ und λ₃ in den einmodigen Breitband-
Streifenwellenleitern 2′, 2′′ und 2′′′ in Abhängigkeit von den angelegten
Steuersignalen S₇′, S₇′′ und S₇′′′ elektrooptisch unterschiedlich effektiv in die
Richtung des gemeinsamen einmodigen Breitband-Streifenwellenleiters 9 umlenken
und räumlich vereinigen. Der nicht umgelenkte Teil in den einmodigen Breitband-
Streifenwellenleitern 2′, 2′′ und 2′′′ wird zu Blindausgängen B fortgeführt. Die
steuerbaren Koppelstellen 13′, 13′′ und 13′′′ sind so dimensioniert, daß sie für die
jeweils ausgewählte Wellenlänge λ₁, λ₂ oder λ₃ gleichzeitig als
wellenlängenspezifische Modulatoren, als räumliche Vereiniger der Lichtanteile und als
wellenlängenspezifische Lichtumlenker wirken. Die Koppelstelle 13′ moduliert Licht der
Wellenlänge λ₁ Das Licht der Wellenlängen λ₂ und λ₃ kann diese Koppelstelle
ungehindert passieren. Die Koppelstelle 13′′ moduliert Licht der Wellenlänge λ₂ Das
Licht der Wellenlängen λ₁ und λ₃ kann diese Koppelstelle ungehindert passieren. Die
Koppelstelle 13 moduliert Licht der Wellenlange λ₃. Das Licht der Wellenlängen λ₁
und λ₂ kann diese Koppelstelle ungehindert passieren.
Am Ausgang des gemeinsamen einmodigen Breitband-Wellenleiters 9 steht räumlich
zusammengeführtes, intensitäts- oder amplitudenmoduliertes und farbmoduliertes Licht
LVM für die Projektion zur Verfügung. Nicht genutzte Lichtanteile gelangen in die
Blindausgänge B.
Durch eine entsprechende elektronische Korrektur der Steuersignale S₁, S₂, S₃, S₇′,
S₇′′, und S₇′′′ kann die mögliche gegenseitige Beeinflussung der Lichtanteile λ₁, λ₂
und λ₃ in den steuerbaren Koppelstellen 13′, 13′′, 13′′′ korrigiert werden.
Diese Anordnung ist jedoch besonders einfach realisierbar, wenn die drei Lichtanteile
zeitlich nacheinander (im Zeitmultiplexbetrieb) von den Lichtquellen ausgesendet und
einzeln moduliert werden.
In diesem Fall ist die Funktion der jeweils einen steuerbaren Koppelstelle 13 auf die
Intensitätsmodulation und die Umlenkung des jeweiligen im Zeitintervall anliegenden
Lichtanteiles beschränkt. Die anderen Koppelstellen sind passiv und sind in Richtung
des Breitband-Wellenleiters 9 auf Durchgang geschalten.
Fig. 15 zeigt eine weitere integriert-optische Realisierungsvariante der Einheit zur
räumlichen Strahlvereinigung 14 mit passiven Koppelstellen 6, die als
Wellenleiterkreuzungen ausgebildet sind. Die einmodigen Breitband-
Streifenwellenleiter 2′, 2′′ und 2′′′ kreuzen den weiteren einmodigen Breitband-
Streifenwellenleiter 9. Die Koppelstelle 6 ist eine passive Einheit zur räumlichen
Strahlvereinigung und Strahlumlenkung. Zur Intensitäts- oder Amplitudenmodulation
der Lichtanteile sind die Modulationseinrichtungen 17′, 17′′ und 17′′′ an je einem der
einmodigen Breitband-Streifenwellenleiter 2′, 2′′ und 2′′′ angeordnet, die das Licht der
drei Wellenlängen λ₁ λ₂ und λ₃, in Abhängigkeit von den angelegten Steuersignalen
S₄′, S₄′′ und S₄′′′ elektrooptisch gesteuert, unterschiedlich stark passieren lassen.
Die passiven Koppelstellen 6 wirken als Lichtumlenker, in denen die einzelnen
Lichtanteile räumlich zusammengeführt und zum Ausgang des einmodigen Breitband-
Streifenwellenleiters 9 weitergeleitet und der Einheit zur Strahlformung und
Strahlablenkung 10 zugeführt werden.
Fig. 16 zeigt eine weitere integriertoptische Realisierungsvariante einer Einheit zur
räumlichen Strahlvereinigung 14, die aus steuerbaren Koppelstellen 13 zur räumlichen
Strahlvereinigung und/oder Strahlumlenkung aufgebaut ist. Licht dreier Wellenlängen
λ₁, λ₂ und λ₃ wird in je einen der einmodigen Breitband-Streifenwellenleiter 2′, 2′′ und
2′′′ eingekoppelt. Die einmodigen Breitband-Streifenwellenleiter 2′, 2′′ und 2′′′
kreuzen vier weitere einmodige Breitband-Streifenwellenleiter 8′, 8′′, 8′′′ und 9.
Zur Erläuterung der Funktion sind die Kreuzungsstellen der Wellenleiter in Form einer
Matrix dargestellt. In den Kreuzungsstellen, die durch die Spalten-Zeilen 2′-8′, 2′′-8′′
und 2′′′-8′′′ bestimmt sind, sind die Kreuzungsstellen als Modulationseinrichtungen
17′, 17′′ und 17′′′ ausgebildet. Diese Einheiten dienen der Intensitäts- oder
Amplitudenmodulation der drei Lichtanteile.
In den Spalten-Zeilen 2′-9, 2′′-9 und 2′′′-9 sind in den Kreuzungsstellen die
steuerbaren Koppelstellen 13′, 13′′ und 13′′′ angeordnet. Diese Einheiten dienen der
räumlichen Zusammenführung der Lichtanteile. Sie werden angesteuert, um die
intensitäts- oder amplitudenmodulierten Lichtanteile LM vereinigen und so
intensitäts- oder amplitudenmoduliertes und farbmoduliertes, räumlich
zusammengeführtes Licht LMV am Ausgang des einmodigen Breitband-
Streifenwellenleiters 9 in die Einheit zur Strahlformung und Strahlablenkung 10
abzustrahlen. Nicht benötigte Lichtanteile werden in die Blindausgänge B geleitet.
Die Kreuzungsstellen in den Spalten-Zeilen 2′-9, 2′′-9 und 2′′′-9 können aber auch
passive Koppelstellen 6′, 6′′ und 6′′′ sein (im Prinzip steuerbare Koppelstellen 13
ohne Ansteuerung), um die Lichtanteile räumlich zu vereinigen. Die Modulation erfolgt
dann mit Hilfe der Lichtquellen 7 oder in den einmodigen Breitband-
Streifenwellenleitern 2.
Fig. 17 zeigt ein Bilderzeugungssystem mit modulierbaren einmodigen Breitband-
Streifenwellenleitern 2 und Richtkopplern als steuerbare Koppelstellen 13. Zur
Intensitäts- oder Amplitudenmodulation der Lichtanteile sind die
Modulationseinrichtungen 17′, 17′′ und 17′′′ an je einem der einmodigen Breitband-
Streifenwellenleiter 2′, 2′′ und 2′′′ angeordnet, die das Licht der drei Wellenlängen λ₁,
λ₂ und λ₃ modulieren.
Die einmodigen Breitband-Streifenwellenleiter 2′ und 8 bzw. die einmodigen Breitband-
Streifenwellenleiter 2′′ und 2′′′ werden räumlich aneinander entlang geführt und Bilder
einen integriert-optischen Richtkoppler (steuerbare Koppelstelle 13).
In Abhängigkeit von den praktischen Realisierungsmöglichkeiten für die Richtkoppler
ist eine Ansteuerung der steuerbaren Koppelstelle 13 nicht erforderlich, wenn es
gelingt die Lichtanteile mit, technisch gesehen, ausreichender Effizienz in die
gemeinsamen einmodigen Breitband-Streifenwellenleiter 8 und 9 überzukoppeln.
Ist eine effiziente Kopplung ohne Ansteuerung nicht gegeben, werden die Richtkoppler
angesteuert, um die Lichtanteile in die gemeinsamen einmodigen Breitband-
Streifenwellenleiter 8 und 9 zu schalten bzw. umzulenken. In diesem Fall ist nur ein
Zeitmultiplex-Betrieb der Lichtquellen möglich.
Fig. 18 zeigt ein Bilderzeugungssystem zur Erzeugung eines Stereo-Farbbildes.
Die Anordnung kann nach einem der vorherigen Beispiele aufgebaut sein. In diesem
Beispiel entspricht die Anordnung im Prinzip der in Fig. 2 beschriebenen Anordnung,
mit dem Unterschied, daß die drei Wellenleiter 2′, 2′′ und 2′′′ in einer passiven
Koppelstelle 6 zusammengeführt werden.
An dem Ausgang der Einheit zur räumlichen Strahlvereinigung 14 ist zusätzlich ein
Polarisationsdreher PD angeordnet. Der Polarisationsdreher PD wird mit einem
Steuersignal S₈ aus der Ansteuereinheit 15 geschalten. Die Augen 12 des
Beobachters betrachten das auf den Bildschirm 5 projizierte Bild durch vor die Augen
gesetzte Polarisatoren P, z. B. durch eine spezielle Brille.
Der Polarisationsdreher PD liefert in schneller Folge in einer ersten Stellung ein Bild
für das linke Auge und in einer anderen Stellung ein Bild für das rechte Auge.
Die Wellenlängenselektivität der Polarisationsmodulation erfordert einen
Zeitmultiplexbetrieb des Systems.
Die hohen möglichen Frequenzen der Intensitäts- oder Amplitudenmodulation und
Farbmodulation der Lichtanteile und der Steuerung der Ablenkung des räumlich
zusammengeführten Lichts gewährleisten, daß diese Art der Stereo-Bilderzeugung in
hoher Qualität realisierbar ist.
Je ein Polarisationsdreher PD kann (statt im gemeinsamen Breitband-
Streifenwellenleiter 9, wie in Fig. 18 dargestellt) auch in jedem der Streifenwellenleiter
2′, 2′′, und 2′′′ angeordnet werden (nicht dargestellt).
Das System kann alternativ auch zur Erzeugung virtueller Stereo-Farbbilder verwendet
werden (nicht dargestellt).
Fig. 19 zeigt einige Beispiele der Einheit zur Strahlformung und Strahlablenkung,
deren Funktionen auf eine Einrichtung zur Strahlformung 3 und eine Einrichtung zur
Strahlablenkung 4 aufgeteilt sind:
- - a) Strahlformung mittels Linse 3 oder Linsensystem und Strahlablenkung 4 mittels eines beweglichen Reflektors (Scanner),
- - b) Strahlformung mittels Linse 3 und Strahlablenkung 4 mittels eines mikromechanisch beweglichen Reflektors,
- - c) Strahlformung mittels Linse 3 und Strahlablenkung 4 mittels eines beweglichen Prismas,
- - d) Strahlformung mittels Linse 3 und Strahlablenkung 4 mit einem in der Brechzahl veränderlichen Prisma, z. B. mittels des elektrooptischen Effekts durch ein äußeres elektrisches Feld E,
- - e) Strahlformung mittels Linse 3 und Strahlablenkung 4 mit einem beweglichen Gitter. Hierbei ist zu beachten, daß unterschiedliche Wellenlängen unterschiedliche Beugungswinkel aufweisen, beim Wechseln der Wellenlänge also der Gitterwinkel zu korrigieren ist, d. h. das Gitter bewegt sich mit hoher Frequenz. In diesem Fall ist nur ein Zeitmultiplexbetrieb möglich.
- -f) Strahlformung mittels Linse 3 und Strahlablenkung 4 mittels eines Mediums mit einem Brechzahlgradienten, der senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des Lichts liegt und z. B. mittels des elektrooptischen Effekts durch ein inhomogenes äußeres elektrisches Feld E erzeugt wird.
- - g) Strahlformung mittels Linse 3 und Strahlablenkung 4 durch ein in einem
Schichtwellenleiter akustooptisch erzeugtes Gitter.
Der gemeinsame Breitband-Wellenleiter endet auf dem Chip und geht in einen Schichtwellenleiter über. Bei Bedarf kann eine integriert-optische Linse 27 zur Kollimation des aus dem Breitband- Wellenleiter ausgekoppelten Lichts dienen.
Senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des Lichts wird eine stehende oder laufende akustische Oberflächenwelle erzeugt, die das Licht im Schichtwellenleiter beugt. Um für jede Lichtwellenlänge denselben Ablenkwinkel zu erzeugen, ist die akustische Wellenlänge zu variieren, d. h. der Interdigitalwandler (nicht dargestellt) zur Erzeugung der akustischen Welle darf nur ein oder wenige Elektrodenpaare oder muß eine sogenannte Chirpfunktion der Elektrodenstruktur aufweisen, um die Bandbreite zu erhöhen.
In diesem Fall ist nur ein Zeitmultiplexbetrieb möglich. - - h) Strahlformung mittels Linse 3 und Strahlablenkung 4 durch ein akustooptisch
erzeugtes Gitter im Volumenmaterial (bulk). Senkrecht zur
Ausbreitungsrichtung des Lichts wird eine stehende oder laufende akustische
Oberflächenwelle erzeugt, die das Licht beugt. Um für jede Lichtwellenlänge
denselben Ablenkwinkel zu erzeugen, ist die akustische Wellenlänge
entsprechend zu korrigieren.
In diesem Fall ist nur ein Zeitmultiplexbetrieb möglich.
Fig. 20 zeigt einige Beispiele der Einheit zur Strahlformung und Strahlablenkung,
deren Funktionen Strahlformung und Strahlablenkung in einer Baugruppe integriert
sind:
- a) mittels eines beweglichen und fokussierenden Reflektors (Scanner);
- b) mittels eines mikromechanisch beweglichen und fokussierenden Reflektors;
- c) mittels eines beweglichen und fokussierenden Gitters.
Hierbei ist zu beachten, daß unterschiedliche Wellenlängen unterschiedliche Beugungswinkel aufweisen, beim Wechseln der Wellenlänge also der Gitterwinkel zu korrigieren ist; d. h. vorteilhaft bewegt sich das Gitter zeilenweise oder bilderweise nacheinander jeweils zyklisch mit einer der drei Wellenlängen λ₁, λ₂ und λ₃. In diesem Fall ist nur ein Zeitmultiplex-Betrieb möglich; - d) mittels einer senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des Lichts, z. B. piezoelektrisch, beweglichen Mikrolinse;
- e) mittels einer senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des Lichts, z. B. piezoelektrisch, beweglichen Linse;
- f) mittels eines modulierbaren, fokussierbaren Auskoppelgitters; in diesem Fall ist nur ein Zeitmultiplex-Betrieb möglich;
- g) mittels einer mechanisch, z. B. piezoelektrisch, kippbaren Lichtleitfaser, die mit einer Auskoppeloptik (Linse) verbunden ist.
Fig. 21 zeigt ein Bilderzeugungssystem, bei dem
frequenzumsetzer FU, im Beispiel Quasi-Phase-Matching-Elemente, in den
Streifenwellenleitern 2′′ und 2′′′ angeordnet sind.
Falls für ein Bilderzeugungssystem Laserdioden als Lichtquellen 7 verwendet werden,
ist die Bereitstellung des geeigneten blauen und grünen Lichts nach dem
gegenwärtigen Stand der Technik unter Umständen problematisch. Es kann jedoch das
Prinzip der Erzeugung der zweiten Harmonischen angewendet werden, wenn
nichtlinear-optisch aktive Materialien als Substrat 1 Verwendung finden (z. B.
KTiOPO₄). In KTiOPO₄ ist das Prinzip des Quasi-Phase-Matching nutzbar, um aus
infrarotem Pumplicht Licht der zweiten Harmonischen, also grünes oder blaues Licht,
zu generieren.
Dabei muß eine Phasenanpassung zwischen der Pumpwelle und der zweiten
Harmonischen erreicht werden hierzu wird ein Stück des Streifenwellenleiters in
geeigneter Weise segmentiert um eine möglichst effiziente ferroelektrische
Domänenumkehr zu bewirken. Pumplicht genügender Leistung vermag dann, Licht der
halben Wellenlänge zu erzeugen.
Das Licht mit der Wellenlänge λ₂ wird zu Licht mit der Wellenlänge λ₄; das Licht mit
der Wellenlänge λ₃ wird zu Licht mit der Wellenlänge λ₅.
Zum Beispiel strahlt die Lichtquelle 7′ rotes Licht der Wellenlänge λ₁ = 647 nm aus.
Die Lichtquelle 7′′ strahlt zum Beispiel Licht der Wellenlänge λ₂ = 1064 nm aus,
welches durch das Quasi-Phase-Matching-Element FU′′ zu grünem Licht der
Wellenlänge λ₄ = 532 nm transformiert wird.
Die Lichtquelle 7′′′ strahlt zum Beispiel Licht der Wellenlänge λ₃ = 830 nm aus,
welches durch das Quasi-Phase-Matching-Element FU′′′ zu blauem Licht der
Wellenlänge λ₅ = 415 nm transformiert wird. Nach der räumlichen Zusammenführung
der Lichtanteile steht am Ausgang des gemeinsamen Breitband-Wellenleiters 9 mittels
der Lichtquellen intensitäts- oder amplitudenmoduliertes und farbmoduliertes, räumlich
zusammengeführtes Licht LMV zur Strahlformung und Strahlablenkung zur Verfügung.
Fig. 22 zeigt ein Bilderzeugungssystem, bei dem Licht einer Wellenlänge λ₀ in einen
Streifenwellenleiter 9′ eingekoppelt wird. In den Koppelstellen 6′ erfolgt eine
Aufspaltung in drei Lichtanteile mit der gleichen Wellenlänge λ₀. Diese Lichtanteile
werden in jedem der Streifenwellenleiter 2′, 2′′ und 2′′′ geführt. In jedem der
Streifenwellenleiter 2 ist ein Element zur Frequenzumsetzung FU und nachfolgend eine
Modulationseinrichtung 17 angeordnet. Die Elemente zur Frequenzumsetzung FU sind
so ausgelegt, daß aus der Wellenlänge λ₀ Licht einer jeweils anderen Wellenlänge
erzeugt wird, zum Beispiel Licht in den Farben Rot, Grün und Blau, welches in jeder
zugehörigen Modulationseinrichtung 17 jeweils intensitäts- oder amplitudenmoduliert
wird. Die modulierten Lichtanteile der Wellenlängen λ₁, X₂ und λ₃ werden in den
passiven Koppelstellen 6 räumlich zusammengeführt und am Ausgang des
gemeinsamen einmodigen Breitband-Streifenwellenleiters 9 als intensitäts- oder
amplitudenmoduliertes und farbmoduliertes, räumlich zusammengeführtes Licht LMV
ausgekoppelt. Die Frequenzumsetzer FU arbeiten nach den Prinzipien der Erzeugung
höherer Harmonischer, der Summen- und/oder Differenzfrequenzbildung (beschrieben
in M.L. Sundheimer, A. Villeneuve, G.I. Stegemann and J.D. Biellein, "Simultaneous
generation of red, green and blue light in a segmented KTP waveguide using a single
source" Electronics letters, vol. 30 (1994), No. 12, pp. 975-976).
Fig. 23 zeigt ein Bilderzeugungssystem, dessen modulierbare Lichtanteile durch
integrierte Farbfilter Fi aus einem Wellenlängenbereich ΔλE, insbesondere aus
weißem Licht, erzeugt werden.
Licht einer Lichtquelle 7 strahlt weißes Licht in den Eingang des Breitband-
Streifenwellenleiters 9′ ein. Der Breitband-Streifenwellenleiter 9′ wird durch
Koppelstellen 6′ in die drei Breitband-Streifenwellenleiter 2′, 2′′ und 2′′′ aufgespalten.
In jedem dieser Breitband-Streifenwellenleiter ist je ein Farbfilter Fi′, Fi′′ und Fi′′′
angeordnet, der Licht in den Wellenlängen λ₁, λ₂ und λ₃ oder schmalbandige
Wellenlängenbereiche, z. B. der Bandbreite 10 nm, die den Farben Rot, Grün und Blau
entsprechen, passieren läßt.
Im Bedarfsfall sind die Filter Fi mit Hilfe der Steuersignale S₉ einstellbar oder
ansteuerbar.
Hinter den Filtern sind in jedem der Breitband-Streifenwellenleiter 2 nur Lichtanteile
einer Wellenlänge oder eines schmalen Wellenlängenbandes vorhanden, die, wie
oben beschrieben, moduliert und räumlich zusammengeführt werden. Das intensitäts-
oder amplitudenmodulierte und farbmodulierte, räumlich zusammengeführte Licht LMV
gelangt dann in die Einheit zur Strahlformung und Strahlablenkung 10, die das Licht
auf einen Bildschirm 5 projiziert. Die Lichtanteile eines Bildpunktes erzeugen durch
additive Farbmischung den gewünschten Farbeindruck.
Im Fall der Verwendung einer Spektrallampe (z. B. einer Hg-Hochdruckdampflampe) als
Lichtquelle 7 brauchen die Filter Fi in jedem Einzelwellenleiter 2 nur in dem Maße
schmalbandig zu sein, daß sie nur die gewünschte Linie passieren lassen.
Fig. 24 zeigt ein Bilderzeugungssystem, das den Effekt der Ausfilterung bestimmter
Lichtanteile eines Wellenlängenbereiches ΔλE aus einem breiten
Wellenlängenspektrum, insbesondere aus weißem Licht nutzt (subtraktive
Farbmischung).
Das Bilderzeugungssystem benutzt eine Lichtquelle 7, die weißes Licht aussendet,
welches in den Breitband-Streifenwellenleiter 9′ eingekoppelt wird. In den
Koppelstellen 6′ wird das weiße Licht in die Breitband-Streifenwellenleiter 2′, 2′′
und 2′′′ aufgespalten.
In den Breitband-Streifenwellenleitern 2′, 2′′ und 2′′′ sind ′wellenlängenselektive
Intensitäts- oder Amplitudenmodulatoren 17 angeordnet, die aufgrund der
Wellenlängenabhängigkeit der elektrooptischen oder einer anderen Modulationsart in
Abhängigkeit vom angelegten Steuersignal S₉ nur einen Teil des Spektrums ausfiltern.
Der Rest erscheint demzufolge in der Komplementärfarbe. Die in den Breitband-
Wellenleitern 2′, 2′′ und 2′′′ geführten, gefilterten und in der Intensität oder Amplitude
modulierten Lichtanteile werden in den Koppelstellen 6 räumlich zusammengeführt und
in die Einheit zur Strahlformung und Strahlablenkung 10 eingekoppelt. Diese
Anordnung ist bei entsprechender Dimensionierung der wellenlängenselektiven
Intensitäts- oder Amplitudenmodulatoren 17 (z. B. in Form von elektrooptischen Mach-
Zehnder-Interferometer-Modulatoren) sehr einfach aufgebaut.
Der Träger 11 dient zur Aufnahme der Weißlichtquelle 7, der Einheit zur räumlichen
Strahlvereinigung′ 14′ (die hier aus den Breitband-Wellenleitern 9′, 8′, 2′, 2′′ und 2′′′
und weiterhin den Koppelstellen 6′ besteht und die Funktion Strahlaufspaltung
realisiert), den wellenlängenselektiven Intensitäts- oder Amplitudenmodulatoren 17′,
17′′ und 17′′′ an den Breitband-Streifenwellenleitern 2′, 2′′ und 2′′′ und weiterhin der
Einheit zur räumlichen Strahlvereinigung 14, bestehend aus den Breitband-
Streifenwellenleitern 2′, 2′′, 2′′′, 8, 9 und den passiven Koppelstellen 6, und der Einheit
zur Strahlformung und Strahlablenkung 10.
Fig. 25 zeigt Bilderzeugungssysteme, bei denen aus Licht eines breiten
Wellenlängenbereiches bestimmte Wellenlängenbereiche ΔλE ausgefiltert und farbige
Lichtpunkte zur Farbbilderzeugung projiziert werden.
Da zum gegenwärtigen Zeitpunkt kein Farbfilter bekannt ist, mit dem sich die zur
vollwertigen Farbbilddarstellung notwendigen Farbwerte einstellen lassen, ist diese
Lösung nur für Farbbilder mit untergeordneten Anforderungen an die
Farbdarstellungsqualität einsetzbar.
Eine allen Anforderungen genügende Farbdarstellungsqualität wird erreicht, wenn die
Anordnung zeitmultiplex betrieben wird und drei Lichtanteile zur additiven
Farbmischung überlagert werden.
Gemäß Fig. 25a wird Licht eines Wellenlängenspektrums ΔλE im Beispiel weißes
Licht, in den Breitband-Streifenwellenleiter 9 eingekoppelt. An dem Breitband-
Streifenwellenleiter 9 ist ein Filterelement Fi angeordnet. Mit Hilfe des Filterelementes
Fi werden in Abhängigkeit von dem angelegten Steuersignal 59 aus dem
Wellenlängenspektrum ΔλE bestimmte Wellenlängen bzw. Wellenlängenbereiche
ausgefiltert. Die Amplituden- bzw. Intensitätsmodulation erfolgt in der Lichtquelle 7 oder
mittels einer anderen Modulationseinrichtung (nicht dargestellt) zwischen der
Lichtquelle 7 und dem Farbfilter Fi.
Gemäß Fig. 25b wird Licht eines Wellenlängenspektrums ΔλE im Beispiel weißes
Licht, in den Breitband-Streifenwellenleiter 9 eingekoppelt. An dem Breitband-
Streifenwellenleiter 9 sind ein Filterelement Fi und eine Einrichtung zur Intensitäts-
oder Amplitudenmodulation 17 angeordnet. Mit Hilfe des Filterelementes Fi werden in
Abhängigkeit von dem angelegten Steuersignal S₉ aus dem Wellenlängenspektrum
ΔλE bestimmte Wellenlängen bzw. Wellenlängenbereiche ausgefiltert.
Die Einrichtung zur Intensitäts- oder Amplitudenmodulation 17 muß hier nicht
notwendigerweise wellenlängenselektiv arbeiten.
Am Ausgang des Breitband-Streifenwellenleiters 9 steht moduliertes Licht LM eines
Wellenlängenspektrums ΔλA zur weiteren Verarbeitung durch die Einheit zur
Strahlformung und Strahlablenkung 10 zur Verfügung.
Fig. 25c zeigt eine konkrete Ausführungsform des in Fig. 25b beschriebenen
Bilderzeugungssystems. Als Breitband-Streifenwellenleiter dienen EOBSW. Als Filter
Fi dient eine elektrooptisch steuerbare integriert-optische Mach-Zehnder-
Interferometer-Struktur MZI, die aufgrund ihrer wellenlängenselektiven Eigenschaften
einen mit dem Steuersignal S₉ (Steuerspannung) einstellbaren Wellenlängenbereich
ausfiltert. Falls die Lichtquelle 7 weißes Licht aussendet, erscheint das transmittierte
Licht somit in der Komplementärfarbe zum ausgefilterten Lichtanteil. Als Intensitäts-
oder Amplitudenmodulator 17 dient ein mit dem Steuersignal S₄ (Steuerspannung)
elektrooptisch steuerbarer Cut-off-Modulator. Am Ausgang des einmodigen Breitband-
Streifenwellenleiters 9 steht intensitäts- oder amplitudenmoduliertes und
farbmoduliertes Licht LM des Wellenlängenspektrums ΔλA zur weiteren Verarbeitung
zur Verfügung.
Das Licht wird in jedem der Beispiele in Fig. 25 von der Einheit zur Strahlformung und
Strahlablenkung 10 als Bildpunkt einer Farbzusammensetzung auf einen Bildschirm 5
projiziert und vom menschlichen Auge 12 wahrgenommen.
Voraussetzung dafür ist, daß das Filterelement in der Lage ist, mit seinen
Filtereigenschaften alle gewünschten Farbwerte einzustellen. Mit einem einzelnen
Filterelement lassen sich nicht alle benötigten Farbwerte für ein Farbbild zur Verfügung
stellen, das alle Farbnuancen enthält. Um einen beschränkten, aber für viele Zwecke
(z. B. Einspiegelung in Scheiben) ausreichenden Farbwert-Umfang zur Verfügung zu
stellen, reichen die zu den Fig. 25a, 25b und 25c beschriebenen Varianten völlig
aus.
Um alle Farbwerte darstellen zu können, die für ein qualitativ hochwertiges Farbbild
notwendig sind, ist jedoch eine additive Farbmischung von mindestens drei
Farbanteilen notwendig.
Daher werden mindestens drei Lichtimpulse, die einen Farbwert bilden sollen, nach
dem Prinzip der zeitmultiplexen Farbpunkterzeugung weiterverarbeitet (siehe
Beschreibung zu Fig. 8). Licht einer ersten Farbzusammensetzung wird in einem
ersten Zeitraum mit Hilfe der Einheit zur Strahlformung und Strahlablenkung 10 in
einen Punkt projiziert. Licht mindestens einer zweiten und einer dritten
Farbzusammensetzung wird in den folgenden Zeiträumen in den gleichen Bildpunkt
projiziert. Im Auge erfolgt eine physiologische Farbmischung der mindestens drei auf
diesen Punkt projizierten Lichtanteile.
Fig. 26 zeigt das bekannte Bilderzeugungssystem nach der Patentanmeldung
DE 31 52 020 A1, das gattungsbildend ist. Das System nutzt Lichtleiterrohre F zur
Lichtstrahlführung.
Je ein Lichtleiterrohr F korrespondiert mit seinem Rohranfang mit einer Lichtquelle 7.
Die anderen Rohrenden werden der Einheit zur Strahlformung und Strahlablenkung 10
so zugeführt, daß die Austrittsflächen der Rohre in einer Ebene räumlich eng
aneinander liegen.
Fig. 27 zeigt ein Bilderzeugungssystem zur Erzeugung virtueller Bilder, das die
Möglichkeit zur Bestimmung und zum Ausgleich des Sehfehlers Schielen bietet. Die
Stereobilderzeugung erfolgt gemäß dem in Fig. 18 vorgestellten Prinzip durch das
Erzeugen von zwei Bildern verschiedener Polarisation, die beim Betrachten durch eine
Polarisationsbrille ein Stereobild ergeben. Die beiden Polarisationen werden mit Hilfe
eines Polarisationsprismas PP räumlich getrennt. Die zum Ausgleich des Sehfehlers
erforderliche Neigung der optischen Achsen der beider Polarisationen erfolgt durch
Verkippen eines Strahlablenkers SA (Prisma) mittels des Steuersignals S₁₀.
Die Einstellung des Abstandes der beiden optischen Achsen ist durch lineares
Verschieben des Strahlablenkers SA mittels des Steuersignals S₁₀ erfolgbar.
Polarisationsprisma PP und Strahlablenker SA werden zwischen der Einheit zur
Strahlformung und Strahlablenkung und den Polarisatoren P positioniert. Mit dieser
Anordnung werden neue medizinische und therapeutische Anwendungsgebiete
erschlossen.
Fig. 28 zeigt ein Bilderzeugungssystem zur Erzeugung reeller Bilder, das die
Möglichkeit zur Bestimmung und zum Ausgleich des Sehfehlers Schielen bietet. Die
Stereobilderzeugung erfolgt gemäß dem in Fig. 18 vorgestellten Prinzip durch das
Erzeugen von zwei Bildern verschiedener Polarisation, die beim Betrachten durch eine
Polarisationsbrille ein Stereobild ergeben. Die beiden Polarisationen werden mit Hilfe
eines Polarisationsprismas PP räumlich getrennt. Die zum Ausgleich des Sehfehlers
erforderliche Neigung der optischen Achsen der beiden Polarisationen erfolgt durch
Verkippen eines Strahlablenkers SA (Prisma) mittels des Steuersignals S₁₀, die
Einstellung des Abstandes der beiden optischen Achsen ist durch lineares Verschieben
des Strahlablenkers SA mittels des Steuersignals S₁₀ erfolgbar. Polarisationsprisma
PP und Strahlablenker SA werden zwischen dem Bildschirm 5 und den Polarisatoren P
positioniert. Mit dieser Anordnung werden neue medizinische und therapeutische
Anwendungsgebiete erschlossen.
Bezugszeichenliste
1 Substrat, Substratmaterial
2 Wellenleiter
3 Einrichtung zur Strahlformung (Optik)
4 Einrichtung zur Strahlablenkung (Ablenkspiegel)
5 Bildschirm
6 passive Koppelstelle
7 Lichtquelle
8 Wellenleiter
9 Wellenleiter, gemeinsamer Wellenleiter
10 Einheit zur Strahlformung und Strahlablenkung
11 Träger
12 menschliches Auge
13 steuerbare Koppelstelle
14 Einheit zur räumlichen Strahlvereinigung
15 Ansteuereinheit
16 mikrooptische Linse
17 Modulationseinrichtung (Intensitäts- oder Amplitudenmodulator)
18 Einrichtung zur Temperaturstabilisierung
19 Baugruppe zur Strahleinkopplung (Mikrooptik-Baugruppe)
20 Gehäuse
21 Lichtaustrittsfenster
22 Stromversorgung
23 Eingang für Steuersignale
24 Eingang für Bediensignale bezüglich der Farbbildparameter
25 Absorber
A Ausgang
B Blindausgang
x, y, z Koordinatensystem
λ, λ₀, λ₁, λ₂, λ₃, λ₄, λ₅ Wellenlängen
ΔλE, ΔλE,1, ΔλE,2, ΔλE,3 Eingekoppelte Wellenlängenbereiche
ΔλA Ausgekoppelter Wellenlängenbereich
E₁, E₂, E₃ Eingänge
A₁, A₂, A₃Ausgänge
S₁, S₂, S₃ Steuersignale für die Lichtquellen
S₄ Steuersignal für die Einheit zur Intensitäts- oder Amplitudenmodulation
S₅ Steuersignal zur Strahlformung
S₆ Steuersignal zur Strahlablenkung
S₇ Steuersignal für steuerbare Koppelstellen
S₈ Steuersignal für Polarisationsdreher
S₉ Steuersignal für Farbfilter
S₁₀ Steuersignal für verkippbaren Strahlablenker (Prisma)
F Lichtleitfaser
PD Polarisationsdreher
P Polarisator
AM Intensitäts-oder Amplitudenmodulator
MZl Mach-Zehnder-Interferometer-Struktur
LV räumlich zusammengeführtes Licht
LM intensitäts- oder amplitudenmoduliertes und farbmoduliertes Licht
LVM räumlich zusammengeführtes, intensitäts- oder amplitudenmoduliertes und farbmoduliertes Licht
LMV Intensitäts- oder amplitudenmoduliertes und farbmoduliertes, räumlich zusammengeführtes Licht
Fi Farbfilter
FU Frequenzumsetzer (Quasi-Phase-Matching-Element)
BPi Bildpunkte
PP Polarisationsprisma
SA Strahlablenker
2 Wellenleiter
3 Einrichtung zur Strahlformung (Optik)
4 Einrichtung zur Strahlablenkung (Ablenkspiegel)
5 Bildschirm
6 passive Koppelstelle
7 Lichtquelle
8 Wellenleiter
9 Wellenleiter, gemeinsamer Wellenleiter
10 Einheit zur Strahlformung und Strahlablenkung
11 Träger
12 menschliches Auge
13 steuerbare Koppelstelle
14 Einheit zur räumlichen Strahlvereinigung
15 Ansteuereinheit
16 mikrooptische Linse
17 Modulationseinrichtung (Intensitäts- oder Amplitudenmodulator)
18 Einrichtung zur Temperaturstabilisierung
19 Baugruppe zur Strahleinkopplung (Mikrooptik-Baugruppe)
20 Gehäuse
21 Lichtaustrittsfenster
22 Stromversorgung
23 Eingang für Steuersignale
24 Eingang für Bediensignale bezüglich der Farbbildparameter
25 Absorber
A Ausgang
B Blindausgang
x, y, z Koordinatensystem
λ, λ₀, λ₁, λ₂, λ₃, λ₄, λ₅ Wellenlängen
ΔλE, ΔλE,1, ΔλE,2, ΔλE,3 Eingekoppelte Wellenlängenbereiche
ΔλA Ausgekoppelter Wellenlängenbereich
E₁, E₂, E₃ Eingänge
A₁, A₂, A₃Ausgänge
S₁, S₂, S₃ Steuersignale für die Lichtquellen
S₄ Steuersignal für die Einheit zur Intensitäts- oder Amplitudenmodulation
S₅ Steuersignal zur Strahlformung
S₆ Steuersignal zur Strahlablenkung
S₇ Steuersignal für steuerbare Koppelstellen
S₈ Steuersignal für Polarisationsdreher
S₉ Steuersignal für Farbfilter
S₁₀ Steuersignal für verkippbaren Strahlablenker (Prisma)
F Lichtleitfaser
PD Polarisationsdreher
P Polarisator
AM Intensitäts-oder Amplitudenmodulator
MZl Mach-Zehnder-Interferometer-Struktur
LV räumlich zusammengeführtes Licht
LM intensitäts- oder amplitudenmoduliertes und farbmoduliertes Licht
LVM räumlich zusammengeführtes, intensitäts- oder amplitudenmoduliertes und farbmoduliertes Licht
LMV Intensitäts- oder amplitudenmoduliertes und farbmoduliertes, räumlich zusammengeführtes Licht
Fi Farbfilter
FU Frequenzumsetzer (Quasi-Phase-Matching-Element)
BPi Bildpunkte
PP Polarisationsprisma
SA Strahlablenker
Claims (64)
1. Bilderzeugungssystem zur Bestimmung von Sehfehlern an Probanden und für deren
Therapie, bestehend aus
- - mindestens einer Lichtquelle (7), die Licht mindestens einer Wellenlänge (λ) oder eines Wellenlängenbereichs (ΔλE) zu mindestens einem optischen Wellenleiter (2 oder 9) aussendet,
- - einer Ansteuereinheit (15), die mit mindestens einer unabhängig steuerbaren Modulationseinrichtung (17) zur Steuerung der Intensitäts- oder Amplitudenmodulation und/oder Farbmodulation des Lichts sowie mit einer Einheit zur Strahlformung und Strahlablenkung (10) verbunden ist,
- - der Einheit zur Strahlformung und Strahlablenkung (10), mit deren Hilfe das
intensitäts- oder amplitudenmodulierte und/oder farbmodulierte Licht mittels der
Ansteuereinheit (15) synchron zur Steuerung der Modulation in mindestens eine
Raumrichtung ablenkbar ist und ein Bildfeld digital (Lichtpunkte) oder analog
(Lichtstrahl) beschreibbar ist
dadurch gekennzeichnet, daß - - zwischen der mindestens einen Lichtquelle (7) und der Einheit zur Strahlformung und Strahlablenkung (10) ein Träger (11) angeordnet ist, auf dem mindestens ein optischer Wellenleiter (2, 9) so aufgebracht ist, daß der mindestens eine optische Wellenleiter (2, 9) - der in der Lage ist, die anwendungsgemäßen Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche effizient zu übertragen - intensitäts- oder amplitudenmoduliertes und/oder farbmoduliertes Licht in die Einheit zur Strahlformung und Strahlablenkung (10) einstrahlt.
2. Bilderzeugungssystem nach Anspruch 1, bei dem
zur vollwertigen Farbbilddarstellung
mindestens zwei unabhängig steuerbaren Modulationseinrichtungen zur Intensitäts-
oder Amplitudenmodulation und Farbmodulation des schreibenden Lichtstrahles
- - in der mindestens einen Lichtquelle (7) und/oder
- - zwischen der mindestens einen Lichtquelle (7) und dem Träger (11) mit dem mindestens einen optischen Wellenleiter (2, 9) und/oder
- - auf dem Träger (11) mit dem mindestens einen optischen Wellenleiter (2, 9) und/oder
- - zwischen dem Träger (11) mit dem mindestens einen optischen Wellenleiter (2, 9) und der Einheit zur Strahlformung und Strahlablenkung (10)
angeordnet sind, wobei von den nachfolgenden Modulationsarten
- - Amplituden- bzw. Intensitätsmodulation und/oder
- - Phasenmodulation und/oder
- - Polarisationsmodulation in Verbindung mit einem Polarisator oder einem polarisierenden optischen Wellenleiter und/oder
- - Farbmodulation (spektrale Zusammensetzung des Lichts)
mindestens zwei der Modulationsarten mindestens einfach oder
mindestens eine der Modulationsarten mindestens zweifach eingesetzt sind und somit
folgende Varianten
- - Intensitäts- oder Amplitudenmodulation in den mindestens zwei Lichtquellen,
- - Intensitäts- oder Amplitudenmodulation mindestens einer Lichtquelle und Farbmodulation in dem mindestens einen optischen Wellenleiter
- - Farbmodulation der Lichtquelle und Intensitäts- oder Amplitudenmodulation in dem mindestens einen optischen Wellenleiter,
- - Intensitäts- oder Amplitudenmodulation in mindestens zwei optischen Wellenleitern,
- - Intensitäts- oder Amplitudenmodulation in mindestens einer Lichtquelle und in mindestens einem optischen Wellenleiter, der mit der anderen Lichtquelle verbunden ist, und
- - Farbmodulation der Lichtquelle und Intensitäts- oder Amplitudenmodulation in dem optischen Wellenleiter
möglich sind und weiterhin
die Ansteuerung der Einrichtungen zur Intensitäts- oder Amplitudenmodulation
und/oder Farbmodulation durch ein beliebiges Signal, insbesondere ein
Televisonssignal, ein Videosignal, ein Audiosignal, ein computergeneriertes Signal
oder das Signal einer Meßeinrichtung, erfolgt.
3. Bilderzeugungssystem nach Anspruch 1, bestehend aus
- - mindestens zwei Lichtquellen (7′, 7′′), mit denen Lichtanteile unterschiedlicher Wellenlängen (λ₁ und λ₂) oder unterschiedlicher Wellenlängenbereiche (ΔλE,1 und ΔλE,2) in jeweils einen optischen Wellenleiter (2′, 2′′) einkoppelbar und effektiv übertragbar sind,
- - den mindestens zwei optischen Wellenleitern (2′, 2′′), wobei an den Ausgängen der optischen Wellenleiter (2′, 2′′) eine passive Koppelstelle (6) oder eine steuerbare Koppelstelle (13) angeordnet ist,
- - der passiven Koppelstelle (6) oder der steuerbaren Koppelstelle (13), von der aus mindestens ein optischer Wellenleiter (9) weitergeführt ist,
- - dem weiterführenden optischen Wellenleiter (9), aus dessen Ausgang intensitäts- oder amplitudenmoduliertes und farbmoduliertes, räumlich zusammengeführtes Licht (LMV oder LVM) auskoppelbar ist, wobei die mindestens drei optischen Wellenleiter (2′, 2′′, 9) und die passive Koppelstelle (6) oder die steuerbare Koppelstelle (13) eine Einheit zur räumlichen Strahlvereinigung (14) bilden, und dabei die Lichtanteile jeder Wellenlänge (λ₁ und λ₂) oder jedes Wellenlängenbereiches (ΔλE,1 und ΔλE,2) entsprechend der Ansteuerung mit der Ansteuereinheit (15) auf geeignete Weise unabhängig voneinander modulierbar sind, und
- - der Einheit zur Strahlformung und Strahlablenkung (10), die sich an den weiterführenden optischen Wellenleiter (9) anschließt. (Fig. 1)
4. Bilderzeugungssystem nach Anspruch 1, bestehend aus
- - einer Lichtquelle (7), deren Licht mehrerer diskreter Wellenlängen (λ₁, λ₂, λ₃, . . .) oder mehrerer diskreter Wellenlängenbereiche (ΔλE,1, ΔλE,2, ΔλE,3, . . .) oder eines Wellenlängenbereiches (ΔλE) in einen optischen Wellenleiter (9), der in der Lage ist, die anwendungsgemäßen Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche effizient zu übertragen, einkoppelbar und in diesem optischen Wellenleiter (9) effektiv übertragbar ist, und
- - dem optischen Wellenleiter (9), in dem das Licht in geeigneter Weise entsprechend der Ansteuerung mit der Ansteuereinheit (15) intensitäts- oder amplitudenmodulierbar und farbmodulierbar ist und an dessen Ausgang intensitäts- oder amplitudenmodulierte und farbmodulierte Lichtanteile (ΔλA, LM) auskoppelbar sind.
5. Bilderzeugungssystem nach Anspruch 1, bei dem
der mindestens eine optische Wellenleiter (2, 9) ein Breitband-Wellenleiter
insbesondere ein Weißlicht-Wellenleiter, ist und
dieser Breitband-Wellenleiter ein
- - integriert-optischer Breitband-Streifenwellenleiter, insbesondere ein Weißlicht- Streifenwellenleiter, oder
- - eine Breitband-Lichtleitfaser oder
- - ein Breitband-Quasi-Wellenleiter, insbesondere ein ARROW, ist.
6. Bilderzeugungssystem nach Anspruch 3, bei dem
die drei Wellenleiter (2′, 2′′, 9) und die passive Koppelstelle (6) oder die steuerbare
Koppelstelle (13) eine Einheit zur räumlichen Strahlvereinigung (14) bilden und jeder
Wellenleiter entweder
- - eine Lichtleitfaser ist und ein Lichtleitfaser-Koppler vorliegt oder
- - ein Streifenwellenleiter, insbesondere ein integriert-optischer Streifenwellenleiter ist, und ein Streifenwellenleiter-Koppler, insbesondere ein Weißlicht-Streifenwellenleiter-Koppler vorliegt, oder
- - ein Quasi-Wellenleiter, insbesondere ein ARROW, ist und ein Quasi-Wellenleiter-Koppler vorliegt.
7. Bilderzeugungssystem nach Anspruch 1 und 5, bei dem
der Träger (11) entweder
- - Halterung für die die mindestens eine Breitband-Lichtleitfaser ist oder
- - Halterung für ein Substrat (1) ist, wobei
in oder auf dem Substrat (1)
der mindestens eine integriert-optische Streifenwellenleiter, insbesondere ein EOBSW oder
der mindestens eine Quasi-Wellenleiter, insbesondere ein ARROW,
erzeugt ist.
8. Bilderzeugungssystem nach Anspruch 6, bei dem
die Einheit zur räumlichen Strahlvereinigung (14) aus einer Kombination gleichartiger
oder verschiedenartiger Lichtleitfasern und/oder Streifenwellenleiter und/oder Quasi-
Wellenleiter besteht.
9. Bilderzeugungssystem nach Anspruch 3, bei dem
die passive räumliche Zusammenführung der Lichtanteile in der passiven
Koppelstelle (6) der Wellenleiter durch
- - Nutzung eines Y-Verzweigers oder
- - Nutzung eines integriert-optischen Schalt- und Verteilerelementes, wie X-Koppler oder BOA oder Richtkoppler oder Parallelstreifenkoppler, oder
- - integriert-optische und/oder mikrooptische Reflektoren, wie Spiegel, Gitter oder Prismen, erfolgbar ist.
10. Bilderzeugungssystem nach Anspruch 2 und Anspruch 3, bei dem
jeder Wellenleiter (2′, 2′′, 9) passiv ist und eine passive Koppelstelle (6) der
Wellenleiter vorliegt und
die Modulation der Lichtanteile (mit den Wellenlängen λ₁ und λ₂) in den Lichtquellen
(7′ und 7′′)
- - durch eine Regelung der Lichtleistung der Lichtquelle (z.B durch die Steuerung des Diodenstromes der Lichtquelle) oder
- - durch eine Regelung der Lichtintensität (z. B. durch die Änderung der Koppeleffektivität Lichtquelle-Wellenleiter) oder
- - durch eine Strahlabschwächung (z. B. durch eine regelbare Blende oder Absorber nach der Lichtquelle)
erfolgbar ist.
11. Bilderzeugungssystem nach Anspruch 2 und Anspruch 3, bei dem
- - das Licht in mindestens einem der Wellenleiter (2′, 2′′, 9) intensitäts- oder amplitudenmodulierbar ist und/oder
- - die Koppelstelle eine steuerbare Koppelstelle (13) ist.
12. Bilderzeugungssystem nach Anspruch 3 und Anspruch 5 bis 11, bei dem
- - drei Lichtquellen (7′, 7′′, 7′′′) jeweils Licht unterschiedlicher Wellenlängen (λ₁, λ₂, λ₃) oder Wellenlängenbereiche (ΔλE,1, ΔλE,2, ΔλE,3) zu einer Einheit zur räumlichen Strahlvereinigung (14) aussenden,
- - das Licht in je einen Eingang von drei Wellenleitern (2′, 2′′, 2′′′) einkoppelbar ist,
- - die Wellenleiter (2′, 2′′, 2′′′) an ihren Ausgängen in mindestens einer passiven Koppelstelle (6) oder einer steuerbaren Koppelstelle (13) zu einem weiteren Wellenleiter (9) so zusammengeführt sind, daß räumlich zusammengeführtes Licht an dem Ausgang des weiteren Wellenleiters (9) auskoppelbar ist und weiterhin
- - in eine Einheit zur Strahlformung und Strahlablenkung (10) gelangt und damit in den Raum projizierbar ist, wobei
- - die Lichtanteile jeder Wellenlänge (λ₁, λ₂, λ₃) oder jedes Wellenlängenbereiches (ΔλE,1, ΔλE,2, ΔλE,3) auf geeignete Weise unabhängig voneinander modulierbar sind und
- - die Strahlformung und Strahlablenkung des räumlich zusammengeführten Lichts in mindestens einer Raumrichtung synchron zur Steuerung der Modulation der jeweiligen Lichtanteile der drei Lichtquellen erfolgbar ist.
13. Bilderzeugungssystem nach Anspruch 12, bei dem
die drei Lichtanteile (der Wellenlängen λ₁, λ₂, λ₃ oder der Wellenlängenbereiche
(ΔλE,1, ΔλE,2, ΔλE,3), die in je einen Wellenleiter (2′, 2′′, 2′′′) einkoppelbar sind, dem
Farbsystem mit den Grundfarben Rot, Grün und Blau entsprechen.
14. Bilderzeugungssystem nach Anspruch 1 zur Erzeugung eines durch das
menschliche Auge wahrnehmbaren reellen Farbbildes (Fernsehbild oder Videobild)
durch additive Farbmischung, bei dem
mit Hilfe der Einheit zur Strahlformung und Strahlablenkung (10) das intensitäts- oder
amplitudenmodulierte und farbmodulierte Licht auf einen Bildschirm (5) oder
auf eine Projektionswand projizierbar ist und dort die räumlich enge und zeitlich
schnelle Aneinanderreihung einzelner Bildpunkte oder abgelenkter Lichtstrahlen im
menschlichen Auge (12) den Eindruck eines zusammenhängenden Bildes erzeugt.
15. Bilderzeugungssystem nach Anspruch 1 zur Erzeugung eines durch das
menschliche Auge wahrnehmbaren virtuellen Farbbildes (Fernsehbild oder Videobild)
durch additive Farbmischung, bei dem
mit Hilfe der Einheit zur Strahlformung und Strahlablenkung (10) das intensitäts- oder
amplitudenmodulierte und farbmodulierte Licht in einen Betrachtungsraum lenkbar ist
und auf der Netzhaut des menschlichen Auges (12), das sich im Betrachtungsraum in
der optischen Achse der Einheit zur Strahlformung und Strahlablenkung (10) befindet,
durch die räumlich enge und zeitlich schnelle Aneinanderreihung einzelner Bildpunkte
oder Lichtstrahlen der Eindruck eines zusammenhängenden Bildes erzeugbar ist.
16. Bilderzeugungssystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche
3 und 5 bis 15 als matrixförmige Anordnung sich kreuzender Wellenleiter, wobei
die Kreuzungsstellen entweder
- a) völlig passive Kreuzungen von Wellenleitern sind oder
- b) passive Koppelstellen (6) zur räumlichen Zusammenführung von Lichtanteilen sind oder
- c) steuerbare Koppelstellen (13) zur Intensitäts- oder Amplitudenmodulation und räumlichen Strahlvereinigung und/oder Strahlumlenkung sind und in jeden Wellenleiter (2) Lichtanteile einkoppelbar sind und am Ausgang eines gemeinsamen Wellenleiters (9) intensitäts- oder amplitudenmoduliertes und farbmoduliertes, räumlich zusammengeführtes Licht (LMV oder LVM) auskoppelbar ist.
17. Bilderzeugungssystem nach Anspruch 16, bei dem
für die Führung der drei Lichtanteile unterschiedlicher Wellenlängen (λ₁, λ₂, λ₃) oder
Wellenlängenbereiche (ΔλE,1, ΔλE,2, ΔλE,3) drei Wellenleiter (2′, 2′′, 2′′′) parallel
angeordnet sind und einen weiteren Wellenleiter (9) kreuzen, wobei
die Kreuzungsstellen passive Koppelstellen (6) zur räumlichen Strahlvereinigung sind
und bei Bedarf an jedem der drei Wellenleiter (2′, 2′′, 2′′′) ein Intensitäts- oder
Amplitudenmodulator (AM) angeordnet ist oder
die Kreuzungsstellen steuerbare Koppelstellen (13) zur räumlichen Strahlvereinigung
und/oder Strahlumlenkung sind und an dem Ausgang des gemeinsamen Wellenleiters
(9) intensitäts-oder amplitudenmoduliertes und farbmoduliertes, räumlich
zusammengeführtes Licht (LMV oder LVM) auskoppelbar ist.
18. Bilderzeugungssystem nach Anspruch 16, bei dem
für die Führung zweier Lichtanteile unterschiedlicher Wellenlängen (λ₁, λ₂) oder
Wellenlängenbereiche (ΔλE,1, ΔλE,2) zwei Wellenleiter (2′, 2′′) parallel angeordnet
sind und einen weiteren Wellenleiter (9) kreuzen, weiterhin
in einen Eingang des gemeinsamen Wellenleiters (9) Licht der Wellenlänge (λ₃) oder
eines weiteren Wellenlängenbereiches (ΔλE,3) einkoppelbar ist, wobei
- - die Kreuzungsstellen passive Koppelstellen (6) zur räumlichen Strahlvereinigung sind und bei Bedarf an jedem der drei Wellenleiter (2′, 2′′, 9) vor den Koppelstellen ein Intensitäts- oder Amplitudenmodulator (AM) angeordnet ist oder
- - die Kreuzungsstellen steuerbare Koppelstellen (13) zur räumlichen Strahlvereinigung und/oder Strahlumlenkung sind und
an dem Ausgang des gemeinsamen Wellenleiters (9) das intensitäts- oder
amplitudenmodulierte und farbmodulierte, räumlich zusammengeführte Licht (LMV oder
LVM) auskoppelbar ist.
19. Bilderzeugungssystem nach Anspruch 16, bei dem
für die Führung der drei Lichtanteile unterschiedlicher Wellenlängen
(λ₁, λ₂, λ₃) oder Wellenlängenbereiche (ΔλE,1, ΔλE,2, ΔλE,3) drei erste Wellenleiter
(2′, 2′′, 2′′′) parallel angeordnet sind und diese Wellenleiter drei weitere Wellenleiter
(8′, 8′′, 8′′′) und einen gemeinsamen Wellenleiter (9) kreuzen, wobei
- - die Kreuzungsstellen der ersten Wellenleiter mit den weiteren Wellenleitern (2′ mit 8′, 2′′ mit 8′′ und 2′′′ mit 8′′′) steuerbare Koppelstellen (13) sind,
- - die Kreuzungsstellen der ersten Wellenleiter mit dem einen gemeinsamen Wellenleiter (2′ mit 9, 2′′ mit 9 und 2′′′ mit 9) passive Koppelstellen (6) oder steuerbare Koppelstellen (13) sind und
- - die übrigen Kreuzungsstellen völlig passive Kreuzungen von Wellenleitern sind, weiterhin
- - alle Wellenleiter (2′, 2′′, 2′′′, 8′, 8′′, 8′′′) außer dem gemeinsamen Wellenleiter (9) Blindausgänge haben und
an dem Ausgang des gemeinsamen Wellenleiters (9) das intensitäts- oder
amplitudenmodulierte und farbmodulierte, räumlich zusammengeführte Licht (LMV oder
LVM) auskoppelbar ist.
20. Bilderzeugungssystem nach einem oder mehreren der Ansprüche von 1 bis 19, bei
dem
Lichtanteile der mindestens zwei Wellenlängen (λ₁, λ₂) oder Wellenlängenbereiche
(ΔλE,1, ΔλE,2) als Lichtimpulse zeitlich nacheinander in je einen Wellenleiter (2′, 2′′)
einkoppelbar und in der passiven Koppelstelle (6) oder in der steuerbaren Koppelstelle
(13) räumlich überlagerbar sind, weiterhin
die räumlich zusammengeführten Lichtanteile im gemeinsamen Wellenleiter (9) durch
eine Modulationseinrichtung (17) im Impulstakt steuerbar sind.
21. Bilderzeugungssystem nach Anspruch 4, bei dem
im Verlauf des Wellenleiters (9) eine Einrichtung (17) zur Intensitäts- oder
Amplitudenmodulation und/oder zur Farbmodulation angeordnet ist, wobei
die Einrichtung zur Farbmodulation ein steuerbarer Filter (Fi) ist und
die Modulationsseinrichtung (17) mit der Ansteuereinheit (15) verbunden sind,
und insbesondere die Modulation der Intensität oder Amplitude des Lichtes entweder
- - durch eine steuerbare Lichtquelle (7) oder
- - durch einen im Breitband-Wellenleiter (9) vor oder nach dem Filter (Fi) angeordneten Intensitäts- oder Amplitudenmodulator (17) erfolgbar ist.
22. Bilderzeugungssystem nach Anspruch 4, bei dem
die Farbwerte einer Mischfarbe durch die räumliche Überlagerung einzelner Bildpunkte
zeitmultiplex erzeugbar sind.
23. Bilderzeugungssystem nach Anspruch 4, bei dem
der Farbwert jedes Bildpunktes durch den Filter (Fi) direkt einstellbar ist.
24. Bilderzeugungssystem nach Anspruch 4, bei dem
- - ein Wellenleiter (9′) in mindestens einer passiven Koppelstelle (6′) mindestens einmal aufspaltbar ist und Lichtanteile gleicher Wellenlängen (λE) oder gleicher Wellenlängenbereiche (ΔλE) in jedem Wellenleiter (2′, 2′′) führbar sind,
- - in jedem Wellenleiter (2′, 2′′) ein Filter (Fi) und bei Bedarf ein Intensitäts- oder Amplitudenmodulator (17) angeordnet ist, und weiterhin
- - die in den Wellenleitern (2′, 2′′) geführten Lichtanteile in mindestens einer weiteren passiven Koppelstelle (6) in einem gemeinsamen Wellenleiter (9) räumlich zusammengeführt sind und am Ausgang des gemeinsamen Wellenleiter (9) das intensitäts- oder amplitudenmodulierte und farbmodulierte, räumlich zusammengeführte Licht (LMV) auskoppelbar ist. (Fig. 23)
25. Bilderzeugungssystem nach Anspruch 1, bei dem
- - entweder Licht einer Wellenlänge (λ₀) in den Wellenleiter (9′) einkoppelbar ist, in einer oder mehreren passiven Koppelstellen (6′) aufspaltbar ist und die Lichtanteile in jedem Wellenleiter (2′, 2′′, . . .) führbar sind oder
- - Licht mindestens zweier Wellenlängen (λ₁, λ₂, . . .) in mindestens zwei Wellenleiter (2′, 2′′, . . .) einkoppelbar ist, wobei
- - in mindestens einem der Wellenleiter (2′, 2′′, . . .) ein Frequenzumsetzer (FU) angeordnet ist, mit dessen Hilfe auf Basis nichtlinear-optischer Effekte höhere Harmonische der Grundfrequenz, Summen- oder Differenzfrequenzen des Lichts erzeugbar sind, und bei Bedarf ein Intensitäts- oder Amplitudenmodulator (17) angeordnet ist, und weiterhin
- - die in den Wellenleitern (2′, 2′′) geführten Lichtanteile in mindestens einer weiteren passiven Koppelstelle (6) in einem gemeinsamen Wellenleiter (9) räumlich zusammengeführt sind und am Ausgang des gemeinsamen Wellenleiter (9) das intensitäts- oder amplitudenmodulierte und farbmodulierte, räumlich zusammengeführte Licht (LMV) auskoppelbar ist. (Fig. 21, 22)
26. Bilderzeugungssystem nach Anspruch 1, bei dem
die mindestens eine Lichtquelle (7) ein cw-Laser (cw = continuous wave) oder ein
Impulslaser oder ein Optischer-Faser-Laser oder eine Laserdiode oder eine
Lumineszenzdiode oder eine Spektrallampe ist.
27. Bilderzeugungssystem nach Anspruch 2, bei dem
die Intensitäts- oder Amplitudenmodulation des Lichts in den Wellenleitern
(2′, 2′′, . . ., 9) oder in der steuerbaren Koppeisfelle (13) durch
eines oder mehrere der nachfolgenden Prinzipien erfolgbar ist:
- - elektrooptische Modulation,
- - akustooptische Modulation,
- - thermooptische Modulation
- - magnetooptische Modulation,
- - optooptische Modulation,
- - photothermische Modulation,
- - Änderung des effektiven Brechungsindex durch Injektion oder Verarmung von freien Ladungsträgern in Halbleitermaterialien,
- - elektrooptische, akustooptische, thermooptische, magnetooptische, optooptische oder photothermische Cut-off-Modulation;
- - Cut-off-Modulation aufgrund der Änderung des effektiven Brechungsindex durch Injektion oder Verarmung von freien Ladungsträgern in Halbleitermaterialien,
- - steuerbare Wellenleiterverstärkung,
- - steuerbare Polarisationsdrehung in Verbindung mit einem polarisierenden Bauelement oder einem polarisierenden Wellenleiter,
- - Wellenleiter-Modenwandlung,
- - Elektroabsorptionsmodulation oder durch
- - Modulation mit Hilfe eines integriert-optischen Schalt- oder Verteilerelements, wie X-Koppler, Parallelstreifenkoppler, Richtkoppler oder BOA.
28. Bilderzeugungssystem nach Anspruch 27, bei dem
die Intensitäts- oder Amplitudenmodulation auf der Basis von integriert-optischen
Interferometerstrukturen unter vorteilhafter Ausnutzung der genannten
Modulationsverfahren erfolgbar ist.
29. Bilderzeugungssystem nach Anspruch 5 und/oder Anspruch 6, bei dem
der Wellenleiter, insbesondere der Breitband- und Weißlichtwellenleiter, einmodig ist
und der Wellenleiter insbesondere ein einmodiger, integriert-optischer Breitband-
Streifenwellenleiter ist, welcher EOBSW genannt wird.
30. Bilderzeugungssystem nach Anspruch 1, bei dem
die Einheit zur Strahlformung und Strahlablenkung (10) aus einer separaten
Einrichtung zur Strahlformung und einer separaten Einrichtung zur Strahlablenkung
aufgebaut ist.
31. Bilderzeugungssystem nach Anspruch 30, bei dem
- a) die Funktion Strahlformung bei Bedarf passiv oder ansteuerbar ist,
- b) die Funktion Strahlablenkung ansteuerbar ist, und
- c) beide Funktionen bei Bedarf einzeln oder gemeinsam ansteuerbar sind, und weiterhin die Ansteuerung der separaten Einrichtungen zur Strahlformung und Strahlablenkung durch ein beliebiges Signal, insbesondere ein Televisonssignal, ein Videosignal, ein Audiosignal, ein computergeneriertes Signal oder das Signal einer Meßeinrichtung, erfolgt.
32. Bilderzeugungssystem nach Anspruch 30 und Anspruch 31, bei dem die
Einrichtung zur Strahlformung des vereinigten Lichtstrahles nach einem der
folgenden Prinzipien arbeitet:
- - mittels einer konventionellen Optik;
- - mittels eines mikrooptischen Systems;
- - mittels eines strahlformenden Gitters;
- - mittels eines strahlformenden Reflektors;
- - mittels Strahlformung durch Brechzahlvariation innerhalb des strahlformenden Elements oder
- - mittels Strahlformung durch Geometrievariation (Dicke, Krümmung) des strahlformenden Elements.
33. Bilderzeugungssystem nach Anspruch 30 und Anspruch 31, bei dem die
Einrichtung zur Strahlablenkung des vereinigten Lichtstrahles nach einem der
folgenden Prinzipien arbeitet:
- - mittels einer verstellbaren konventionellen Optik;
- - mittels eines beweglichen Reflektors mit einer optisch wirksamen Fläche;
- - mittels eines beweglichen Gitters oder eines veränderbaren Gitters;
- - mittels eines elektrooptischen, akustooptischen, thermooptischen, magnetooptischen, optooptischen, photothermischen und/oder nichtlinear-optischen Gitters;
- - mittels eines elektrooptischen, akustooptischen, thermooptischen, magnetooptischen, optooptischen, photothermischen und/oder nichtlinear-optischen Ablenkers im Volumen-Material (bulk-);
- - mittels eines elektrooptischen, akustooptischen, thermooptischen, magnetooptischen, optooptischen, photothermischen und/oder nichtlinear-optischen Ablenkers in mikrooptischer oder integriert-optischer Bauweise;
- - mittels eines integriert-optischen Vielkanal-Verzweigers;
- - mittels eines mikromechanischen Ablenksystems oder
- - mittels eines mikrooptischen Ablenksystems.
34. Bilderzeugungssystem nach Anspruch 32 und Anspruch 33, bei dem die Einheit
zur Strahlformung und Strahlablenkung (10) aus einem funktionsintegrierten
Bauelement zur Strahlformung und Strahlablenkung aufgebaut ist.
35. Bilderzeugungssystem nach Anspruch 1, bei dem
zur Erzeugung eines reellen Bildes die Einheit zur Strahlformung und
Strahlablenkung (10) Licht auf einen Bildschirm (5) oder auf eine Projektionswand
projiziert.
36. Bilderzeugungssystem nach Anspruch 1, bei dem
zur Erzeugung eines reellen Bildes durch die Einheit zur Strahlformung und
Strahlablenkung (10) intensitäts- oder amplitudenmoduliertes und farbmoduliertes Licht
als eine Bildzeile oder ein Bild auf eine photosensitive Fläche projizierbar ist.
37. Bilderzeugungssystem nach Anspruch 1, bei dem
zur Erzeugung eines virtuellen Bildes die Einheit zur Strahlformung und
Strahlablenkung (10) einen parallelen oder schwach divergenten Strahlengang erzeugt
und die Lichtstrahlen über einen Reflektor in das menschliche Auge (12) einspiegelbar
sind oder der Betrachter beim Blick in eine Vorrichtung, die als Lochblende wirkt, das
menschliche Auge (12) in der optischen Achse der Einheit zur Strahlformung und
Strahlablenkung (10) positioniert.
38. Bilderzeugungssystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche
von 1 bis 37, bei dem
der Aufbau der einzelnen Baugruppen, das heißt
- - der Ansteuereinheit (15),
- - der mindestens einen Lichtquelle (7),
- - des mindestens einen Wellenleiters (9),
- - der mindestens einen Modulationseinrichtung (17) für das Licht und
- - der Einheit zur Strahlformung und Strahlablenkung (10),
diskret erfolgt oder mehrere oder alle dieser Baugruppen monolithisch, auf einem
Substratmaterial (1), oder hybrid, auf der Basis mehrerer Substratmaterialien, und
integriert als ein Modul realisierbar sind, die Baugruppen von einem Gehäuse (20) mit
einem Lichtaustrittsfenster (21) umgeben sind und in dem Modul die
Ansteuereinheit (15) mit elektrischen Anschlüssen zur Stromversorgung (22), für das
Steuersignal (23) und für Bediensignale (24) bezüglich der Farbbildparameter
enthalten ist.
39. Bilderzeugungssystem nach Anspruch 30 oder Anspruch 34, bei dem
- - die Einheit zur Strahlformung und Strahlablenkung (10) des räumlich vereinigten Lichts räumlich getrennt oder räumlich zusammengefaßt aus einer Einrichtung zur Strahlformung (Optik 3) und aus einer Einrichtung zur Strahlablenkung (Ablenkeinrichtung 4) aufgebaut ist, oder
- - die Funktionen Strahlformung und Strahlablenkung in der Einheit zur Strahlformung und Strahlablenkung (10) des räumlich vereinigten Lichts in einer einzigen Baugruppe integriert sind und/oder
- - die Einheit zur Strahlformung und Strahlablenkung (10) des räumlich vereinigten Lichts monolithisch- oder hybrid-integriert aufgebaut ist.
40. Bilderzeugungssystem nach Anspruch 1, bei dem
zwischen der mindestens einen Lichtquelle (7) und dem mindestens einen Wellenleiter
(2 oder 9′) eine als Einkoppelvorrichtung (19) wirkende Mikrolinse oder ein
Einkoppelgitter oder eine konventionelle Optik, eine Prismenkopplung oder eine
Lichtleitfaser angeordnet ist.
41. Bilderzeugungssystem nach Anspruch 1, bei dem
die Lichtanteile, die aus dem Wellenleiter (9) auskoppelbar sind, bei der Bilderzeugung
einem spektral verfälschten Farbsystem entsprechen, das so dimensioniert ist, daß auf
einem farbigen Bildschirm ein unverfälschtes Farbbild erzeugbar ist, was auch als
Weißabgleich bezeichnet wird, oder eine gezielte Farbverfälschung des gesamten
Bildes oder von einzelnen Bildbereichen erzeugbar ist.
42. Bilderzeugungssystem nach Anspruch 1, bei dem
die räumliche Ausdehnung des Bildes, das heißt die Zoomfunktion, durch eine
Einstellung der Abbildungseigenschaften in der Einheit zur Strahlformung und
Strahlablenkung (10) mit Hilfe der Ansteuereinheit (15) regulierbar ist.
43. Bilderzeugungssystem nach Anspruch 1, bei dem
die örtliche Auflösung des Bildes, das heißt die Bildpunktzahl, durch die Einstellung
der Steuerfrequenz für die Intensitäts- oder Amplitudenmodulation und Farbmodulation
der einzelnen Lichtanteile und durch die dazu synchrone Einstellung der Steuerung der
Einrichtung zur Strahlablenkung mit Hilfe der Ansteuereinheit (15) regulierbar ist.
44. Bilderzeugungssystem nach Anspruch 1, bei dem
eine Ausschnittsvergrößerung des Bildes durch eine Auswahl entsprechender
Bildpunkte mit Hilfe der Ansteuereinheit (15) erfolgbar ist.
45. Bilderzeugungssystem nach Anspruch 11 bei dem
eine Erhöhung der Bildpunktzahl in einem ausgewählten Bereich zur Erhöhung der
Auflösung des Bildes mit Hilfe der Ansteuereinheit (15) erfolgbar ist.
46. Bilderzeugungssystem nach Anspruch 1, bei dem
die Anordnung auch mit Licht nur einer Wellenlänge oder eines
Wellenlängenbereiches betreibbar ist und somit ein monochromes (einfarbiges, z. B.
rotes) Bild oder Schwarzweißbild direkt erzeugbar ist.
47. Bilderzeugungssystem nach Anspruch 1, bei dem
der Bildschirm (5) mit Pixeln von Leuchtstoffen versehen ist, die bei Anregung durch
sichtbare oder unsichtbare, das heißt infrarote oder ultraviolette, elektromagnetische
Strahlung mindestens einer geeigneten Wellenlänge (λ) oder mindestens eines
geeigneten Wellenlängenbereiches (ΔλE) in drei Grundfarben leuchten und jeweils
drei Pixel, die in jeweils einer Grundfarbe leuchten, in geeigneter Weise in einer
Gruppe, die einen Bildpunkt bildet, angeordnet sind.
48. Bilderzeugungssystem nach Anspruch 47, bei dem
Licht einer einzigen modulierbaren Wellenlänge (λ) oder eines Wellenlängenbereiches
(Δλ) durch die Einheit zur Strahlformung und Strahlablenkung (10) so ausrichtbar ist,
daß die drei zusammengehörigen Pixel (Rot, Grün, Blau), die einen Bildpunkt bilden,
zeitlich nacheinander und selektiv zum Leuchten anregbar sind.
49. Bilderzeugungssystem nach Anspruch 47, bei dem
räumlich zusammengeführte Lichtanteile dreier Wellenlängen (λ₁ λ₂, λ₃) oder
Wellenlängenbereiche (ΔλE,1, ΔλE,2, ΔλE,3) durch die Einheit zur Strahlformung und
Strahlablenkung (10) so ausrichtbar sind, daß die drei zusammengehörigen Pixel eines
Bildpunktes gleichzeitig zum Leuchten anregbar sind, wobei jeweils eine Wellenlänge
oder ein Wellenlängenbereich des modulierten Lichts nur jeweils einen Pixelfarbstoff
zum Leuchten anregt.
50. Bilderzeugungssystem nach Anspruch 47, bei dem
zeitlich nacheinander abgestrahlte, räumlich zusammengeführte Lichtanteile dreier
Wellenlängen (λ₁, λ₂, λ₃) oder Wellenlängenbereiche (ΔλE,1, ΔλE,2, ΔλE,3) jeweils
einen der drei zusammengehörigen Pixel eines Bildpunktes zeitlich nacheinander zum
Leuchten anregen, wobei jede Wellenlänge oder jeder Wellenlängenbereich des
modulierten Lichts durch die Einheit zur Strahlformung und Strahlablenkung (10) nur
auf einen Pixelfarbstoff ausrichtbar ist.
51. Bilderzeugungssystem nach Anspruch 1, bei dem
der Intensitäts- oder Amplitudenmodulator (17) entweder wellenlängenselektiv, das
heißt wellenlängenabhängig, oder wellenlängenunabhängig arbeitet.
52. Bilderzeugungssystem nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche
von 1 bis 51, bei dem
unter Verwendung von Licht unterschiedlicher Polarisation zusammengehörende
virtuelle oder reelle Bilder zeitgleich oder zeitmultiplex erzeugbar sind, die vom
Betrachter mit Hilfe einer Polarisationsbrille als Stereobild wahrnehmbar sind.
(Fig. 18).
53. Bilderzeugungssystem nach Anspruch 52, bei dem
durch eine Kippung der zwei optischen Achsen der Strahlabbildung mittels eines in den
Strahlengang zwischen der Einheit zur Strahlformung und Strahlablenkung (10) und
einem Auge (12) des Beobachters angeordneten verkippbaren Strahlablenkers und
die Einstellung des Augenabstandes durch lineares Verschieben des Strahlablenkers
in Richtung der optischen Achse zwischen dem die polarisierten Lichtstrahlen
trennenden Element (Polarisationsprisma PP) und dem Strahlablenker (SA)
der Sehfehler "Schielen" ausgleichbar ist und die Verkippung des Strahlablenkers (SA)
ein Maß für den Grad des Sehfehlers "Schielen" ist. (Fig. 27, 28).
54. Bilderzeugungssystem nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche
von 1 bis 51, bei dem
bei der Abbildung der Bildpunkte in einem virtuellen Bild durch geeignete Ansteuerung
der Einheit zur Strahlformung und Strahlablenkung (10) ein Ausgleich des Sehfehlers
"Fehlsichtigkeit" erfolgbar ist, wobei bei der Erzeugung von zusammengehörigen
Bildern mit Licht unterschiedlicher Polarisation ein Ausgleich der Fehlsichtigkeit einzeln
für jedes der beiden Augen (12) erfolgbar ist und die Unschärfe der Abbildung ein Maß
für den Grad der Fehlsichtigkeit ist oder der Grad der Fehlsichtigkeit meßbar ist.
55. Bilderzeugungssystem nach Anspruch 1, das
als Baugruppe in Anordnungen für medizinische und therapeutische
Anwendungsgebiete in einem Projektionssystem für virtuelle und/oder reeller Bilder
eingesetzt ist,
insbesondere in der Augenheilkunde zur Bestimmung und Korrektur monokularer und/oder biokularer Sehfehler insbesondere
Farbfehlsichtigkeit (Farbtüchtigkeit), Dämmerungssehen,
Fehlsichtigkeit (Sehschärfe), Stereofehlsichtigkeit (räumliches Sehen),
Konvergenz und Schielen.
insbesondere in der Augenheilkunde zur Bestimmung und Korrektur monokularer und/oder biokularer Sehfehler insbesondere
Farbfehlsichtigkeit (Farbtüchtigkeit), Dämmerungssehen,
Fehlsichtigkeit (Sehschärfe), Stereofehlsichtigkeit (räumliches Sehen),
Konvergenz und Schielen.
56. Bilderzeugungssystem nach Anspruch 1, das
als Baugruppe in einem Bildprojektionssystem für reelle Bilder eingesetzt ist, wobei
die Projektion entweder
auf eine Lichtreflektierende Projektionswand
oder
auf eine Mattscheibe erfolgt, weiterhin
diese sich entweder
passiv (normalreflektierend oder normalrückstreuend) verhalten
oder
aktiv ihre Reflexions- oder Streueigenschaften bei Bestrahlung
ändern
oder
die mit Pixelgruppen (z. B. Tripletts) von Leuchtstoffen versehen
sind, die
entweder
wellenlängenselektiv
oder
wellenlängenunspezifisch auf die durch das Bilderzeugungssystem
ausgesendeten Wellenlängen des Lichtes reagieren.
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