显示装置

本发明涉及一种用于表示三维场景的显示装置。这种显示装置在该情况下包括至少一个偏振光栅元件，尤其是具有布拉格特性的偏振光栅元件。

众所周知，偏振光栅是衍射光学元件，也可以以液晶为基础构造，因此具有双折射或各向异性作用。因此，这些偏振光栅是基于液晶分子取向的空间周期变化，从而产生双折射的局部变化。它们局部调制入射偏振光。偏振光栅作为薄膜在衍射级中具有较高的衍射效率，其衍射效率值取决于光的偏振程度。偏振光栅可以改变光的偏振状态；例如，它们可以将线性偏振光转换为左偏振光或右偏振光。

由于偏振光栅的这些特性，它们特别适合于显示装置或显示器。例如，它们可以用作偏振分束器或光束控制元件。

已经研发了由垂直于光栅平面的取向轴线连续旋转产生的偏振光栅，取向轴线在一个周期内的旋转角为180度。这种偏振光栅被称为圆偏振光栅，在显示器领域有着广泛的应用前景。这些偏振光栅总体是由螺旋增加的分子取向形成的，这导致局部线性双折射在光栅上的旋转和z方向的均匀性。产生这种光栅的一种方法是偏振全息术，其中彼此正交偏振的两个相干光束产生干涉图案。对于法向入射的光，圆偏振光栅的衍射效率η可由下列确定：

其中λ是波长，η

尽管已知圆偏振光栅具有良好的衍射性能，但用在显示装置或显示器中，除了衍射效率高之外，还需要相应的光学元件能够提供光的大衍射角。在这种情况下，需要比迄今已知的光栅周期约为2μm(即对于波长为532nm的情况角度约为15°)的偏振光栅所能达到的角度大得多的衍射角或偏转角。在模拟中，证明了当光栅周期接近所用波长时，第1衍射级中的最大衍射效率急剧下降。为了使薄圆偏振光栅同时实现具有较高的衍射效率和较大的衍射角，可以使用具有高线性双折射的材料。然而，这种偏振光栅在技术上很难提供。

利用偏振全息技术制作圆偏振光栅的最著名的材料是液晶材料，即所谓的反应基元，它们被应用在配向层上。这种圆偏振光栅由两层组成，即反应基元层和配向层，分两步形成。首先，利用偏振全息技术产生取向周期性旋转的薄配向层。反应基元混合物随后被施加到配向层上，该混合物与配向层的表面图案对齐，并通过紫外线照明固定。

在出版物“具有高的效率和大衍射角的偏振体光栅”中(Yi.Weng,D.Xu,Yu.Zhang,X.Lim,Sh.Wu:Opt.Express 24 17746(2016))，描述了一种新型的光栅，即所谓的偏振体光栅，理论上可以在反应基元配向层中提供小的光栅周期和高的衍射效率。提出了一种利用胆甾相液晶和调制配向层在两个空间维度上调制的周期性结构。这两种空间调制的叠加可以产生倾斜的衍射面。模拟结果表明，可以达到100％的衍射效率。

基于布拉格衍射的偏振光栅是已知的，它是基于一种可选的生产方法，也可以提供高的衍射效率和高的偏转角。这种布拉格偏振光栅同样是通过偏振全息技术产生的。然而，这种布拉格偏振光栅是基于特殊性质的光交联液晶聚合物和两步光化学/热生产过程(即所谓的体光对准方法)产生的。

因此，本发明的目的是提供一种用于场景的三维表示的显示装置，该显示装置包含具有衍射特性的至少一个偏振光栅，该显示装置可以作为现有技术中已经知道的显示装置的替代品。此外，该显示装置还尤其用于增强现实和/或虚拟现实领域。

该目的根据本发明通过具有权利要求1所述的特征的显示装置实现。

根据本发明，用于表示三维场景的显示装置包括至少一个照明装置、至少一个空间光调制装置和至少一个布拉格偏振光栅。布拉格偏振光栅包括至少一个双折射层，入射光能够以至少20°的偏转角或衍射角偏转。

在这种情况下，布拉格偏振光栅现在用于显示装置或显示器中，这些装置可以配置为全息显示装置以及立体显示装置，以便能够以更简单和更有效的方式满足显示装置所需的特性，尤其是在全息显示装置的情况下。尤其地，显示装置可以配置为直视显示器、抬头显示器或头戴式显示器。

布拉格偏振光栅形成一种新型光栅，它具有体光栅的典型特性和偏振光栅的典型特性。因此，相应地生产的在显示装置中使用的表示三维场景的布拉格偏振光栅应具有高达100％的衍射效率、至少20°(优选地>50°)的大偏转角、高的偏振灵敏度、宽的角度接受性、宽的颜色接受性以及基于偏振状态在第零衍射级和第±1衍射级之间进行选择的能力。

众所周知，当光栅周期变小时，在法向光入射到光栅上的情况下，圆偏振光栅的衍射效率急剧下降。在小光栅周期的情况下，必须考虑至少两个已知的衍射光栅模型，即拉曼纳模型和布拉格模型。识别衍射光栅的已知参数是Q(Cook-Klein准则)和ρ：

其中λ是波长，d是光栅的厚度，Λ是光栅周期，n是平均折射率，Δn是双折射。在这种情况下，当Q<1并且ρ<1时，光栅可以被认为是“薄的”。当Q>1或ρ>1时，这些光栅可以被视为“厚”且属于布拉格模型。结果表明，布拉格特性存在以下方面，例如对于光栅周期为Λ<1μm的光栅，光栅厚度约为1μm，折射率为n＝1.5至1.7，双折射的值为0.2。如果光栅具有布拉格特性，这意味着对光栅上的光的特定入射角实现了最大的衍射效率。这个角叫做布拉格角。在显示装置中，光尽可能法向地入射在光栅上是非常重要的。然而，为了为法向入射光提供光栅的最大衍射效率，光栅平面必须相对于衬底倾斜。

此外，模拟结果表明，光栅周期为1.4μm和0.7μm的光栅也不能称为“薄的”光栅，因为光栅周期为0.7μm时，虽然其物理厚度很小(例如～1.5μm)，但ρ的值约等于5。众所周知的圆偏振光栅具有较大的光栅周期，即Λ>2μm，物理厚度同样为1.5μm，其可被视为薄光栅。例如对于Λ＝2μm、d＝1.5μm、n＝15、Δn＝0.2并且λ＝532nm，ρ约等于0.5，即ρ<1。

另外已知的是，具有较大的光栅周期(即Λ>2μm)的已知圆偏振光栅根据入射光是右圆偏振还是左圆偏振来提供第+1衍射级和第-1衍射级之间的偏振切换。然而，具有布拉格特性的圆偏振光栅(下面称为布拉格偏振光栅并且根据本发明意在用于显示装置中并且具有小的光栅周期)表现出在第±1衍射级和第零衍射级之间的偏振切换。

与此不同的区分(例如：T.K.Gaylord和M.G.Moharam公开的：“薄光栅和厚光栅：术语澄清”，《应用光学》，第20卷，第3271页，1981年)，其中偶尔也使用“薄”光栅或“厚”光栅，这与角度和波长选择性有关。在这种情况下，重要的是光栅的物理厚度d与光栅周期Λ的比值。对于d/Λ<10的光栅被认为是薄光栅，因为它们具有宽的角度和波长选择性，而对于d/Λ>10的光栅被认为是厚光栅，因为它们具有窄的角度和波长选择性。

在这种情况下，本发明涉及布拉格偏振光栅的使用，该布拉格偏振光栅具有在拉曼纳模型和布拉格模型意义上的布拉格性质，并且它们在这个意义上可以被视为厚光栅。在波长选择性的意义上，这些布拉格偏振光栅可以用于可见光谱中的不同波长，例如蓝光、绿光和红光，具有相似的衍射效率，因此它们具有±150nm的宽的波长选择性。根据它们的布拉格特性，这些布拉格偏振光栅只对合适的光入射角具有较高的衍射效率，但它们的角度选择性可以在±10度或更高的范围内(例如甚至在±17.5度)，因此也是比较宽的。在这种情况下，至少一个布拉格偏振光栅的衍射效率η>80％，优选地η>90％。

这些布拉格偏振光栅在角度和波长选择性方面与基于光聚合物的布拉格光栅不同，基于光聚合物的布拉格光栅通常只在较窄的波长范围内具有较高的衍射效率，因此只适用于蓝光或绿光或红光，它们的角度选择性在透射光栅的情况下为±1度的范围，而在反射光栅的情况下可达±5度。因此，布拉格偏振光栅的角度和波长选择性与在这个意义上是厚光栅的特性不对应。例如，布拉格偏振光栅的厚度可以在约0.7μm至2μm之间，光栅周期Λ小于1μm。这些布拉格偏振光栅尤其具有重要的布拉格性质：只对合适的光入射角具有较高的衍射效率，并且只存在第零衍射级和第+1衍射级或第-1衍射级。此外，这里使用的布拉格偏振光栅意在通过体光对准方法形成，这样可以确保配向层表面的分子取向的独立性。而且以一种非常自然的方式提供倾斜光栅平面的形成。在这种情况下，液晶的指向矢(即取向方向)位于垂直于光栅线的平面中。局部双折射不依赖于光栅平面倾角。这是用于这些光栅的光交联液晶聚合物的实质性优势，根据本发明，本发明意在在这里使用这些光栅，从而提供了将这种布拉格偏振光栅有效地用于显示装置的可行方案。

由于布拉格偏振光栅的这些特殊优点，它可以尤其用于光偏转。尤其是通过在显示装置中使用至少一个这样的布拉格偏振光栅，现在可以有利地提供改进的显示装置，因为可以以简化的方式并且通过高效率的光束偏转以更高的质量尤其全息地生成场景或要表示的信息。

本发明的另外的有利配置和改进可以在另外的从属权利要求中找到。

有益的是，布拉格偏振光栅可以具有Λ<1μm的光栅周期。

有益地，可以设置至少一个偏振开关，利用该至少一个偏振开关可以改变入射光的偏振状态。

为此，可以使用已知或先前可用的基于液晶的偏振开关作为至少一个偏振开关。通过根据本发明的设置在显示装置中的至少一个偏振开关，可以根据所要求的光的偏振对来自至少一个照明装置的光的偏振状态进行改变。例如，如果至少一个布拉格偏振光栅需要右圆偏振光，以使入射光偏转到第-1衍射级中，那么可以通过至少一个偏振开关来调整这种右圆偏振状态。

为此，至少一个布拉格偏振光栅可以与至少一个偏振开关相结合，这两个部件的整个布置可以配置为可控的布拉格偏振光栅，入射光从可控的布拉格偏振光栅中偏转或不偏转，这取决于至少一个偏振开关的开关状态。

这样，就可以在第零衍射级和第±1衍射级之间切换，使入射在可控的布拉格偏振光栅上的光可以以较大的偏转角(优选地＞50°)相应地偏转或衍射到所需的衍射级。

通过布拉格偏振光栅，光可以有效地偏转到第零衍射级或第一衍射级，或两个第一衍射级之一，偏转到第一衍射级中的光的偏振状态与入射在布拉格偏振光栅上的光的偏振状态不同。入射光的偏振状态在通过布拉格偏振光栅后发生变化，并且偏转的光进入第±1衍射级，例如，右圆偏振光被转换成左圆偏振光。左圆偏振光透射而不偏转。

优选地，照明装置所发射的光所使用的波长可处于可见范围内，优选在400～700nm之间。这意味着，在可见波长范围内，至少一个布拉格偏振光栅具有较高的衍射效率，可以产生较大的偏转角或衍射角。然而，通常情况下，布拉格偏振光栅的偏转角随波长的变化而变化，即出现色散。在某些应用中，有必要使多个波长的光以相同的角度偏转，从而补偿色散。在本发明的一种有利的配置中，在场景的彩色表示的情况下，因此还可以设置至少一个补偿光栅元件，以补偿光的色散。例如，布拉格偏振光栅可以以期望的角度偏转绿光，但由于色散，红光和蓝光以不合适的角度偏转。在这种情况下，可以设置用于红光的至少一个补偿光栅元件和用于蓝光的至少一个补偿光栅元件。

以这种方式，可以对所表示的各个RGB(红-绿-蓝)场景或子场景进行色彩校正，以便在所表示的场景的观察者前面的视场中，在同一位置生成场景的各个彩色图像。为此，通过补偿光栅元件针对三基色中的两种校正各个光束的色散，通过补偿光栅元件相应地将光偏转到所需的方向，使所有颜色的光束再次近似彼此平行地传输，并在同一位置生成各个彩色图像，从而实现合适的彩色场景。

尤其地，具有窄的波长选择性的体光栅(例如基于光聚合物的体光栅)可以用作补偿光栅元件，从而使这些体光栅高效地只偏转一种颜色的光，例如只有红光或蓝光。然而，本发明并不局限于这种类型的补偿元件。

在本发明的另一种有利的配置中，为了产生反射配置的空间光调制装置的前照光，可以设置光导和至少两个布拉格偏振光栅，它们彼此耦合，使空间光调制装置能够被均匀地照明。

在显示装置中，还可以设置布拉格偏振光栅，用于对至少一个空间光调制装置进行均匀照明。当前照照明装置和反射空间光调制装置意在设置在显示装置中时这是尤其有利的。

在这种情况下，光导和至少两个布拉格偏振光栅以下列方式相对于彼此布置在显示装置中，即，使得反射配置的空间光调制装置可以均一地或均匀地照明。为此，可以设置用于将光耦合到光导中的第一布拉格偏振光栅。光以这种方式耦合到光导中并且以较大的偏转角然后通过反射(优选地通过全内反射)在光导中传播。为了将光耦合到光导中，还可以提供与布拉格偏振光栅相结合的偏振开关。

根据本发明，为了使光适当并且总体均匀地与光导解耦，可以设置第二布拉格偏振光栅。为了达到这个目的，以下列方式配置布拉格偏振光栅，即，使得通过反射(优选通过全内反射)在光导中传播的光可以通过布拉格偏振光栅的整个表面解耦，从而使空间光调制装置能够被二维地和均匀地照明。

偏振开关或波板在光的方向上设置在光导和空间光调制器之间，该偏振开关或波板在空间光调制器处改变经反射后从光导解耦出来的光的偏振状态，以使入射在光导上的光可以再次不受阻碍地传输通过光导。在这种情况下，布拉格偏振光栅对来自偏振开关的当前具有相反的偏振方向的光不敏感。

在本发明的另一种有利配置中，为了产生透射配置的空间光调制装置的照明，可以设置光导和至少两个布拉格偏振光栅，它们彼此耦合，使空间光调制装置能够被均匀地照明。

还可设置与至少两个布拉格偏振光栅相结合的光导，以照明透射配置的空间光调制装置。为此，该光导可以耦合到至少两个布拉格偏振光栅。至少两个布拉格偏振光栅中的一个布拉格偏振光栅可以设置用于将光耦合到光导中，并且至少两个布拉格偏振光栅中的另一个可以设置用于使光与光导解耦。在这种情况下，还可以设置与布拉格偏振光栅相结合的偏振开关，以用于将光耦合到光导中。

至少两个布拉格偏振光栅具有相同的光学性质，即相同的光栅周期和/或相同的光栅厚度和/或相同的偏转角和/或相等的光栅平面倾角。这是有利的，以补偿潜在存在的色差，在利用三基色RGB照明空间光调制装置同时利用布拉格偏振光栅的情况下可能存在色差，这样可以避免另外存在的补偿元件。这适用于透射和反射的空间光调制装置的照明。

此外，还可以有利地设置至少一个光学系统，至少一个光学系统设置用于生成虚拟观察者区域，观察者可以通过该区域观察到所表示的场景。

一种特定的全息直视图显示器，该显示器产生虚拟观察者区域，该显示器包括照明光束路径。该显示装置或显示器包括具有至少一个光源的照明装置。例如，照明装置可以配置为背光，其产生照明空间光调制装置的准直平面波前。准直波前对应于在无限远处照明空间光调制装置的虚拟光源。然而，也可以用发散或收敛波前照明空间光调制装置，该波前对应于空间光调制装置前面或后面有限距离处的真实或虚拟光源。光学系统将来自空间光调制装置的光聚焦到虚拟观察者区域的位置。如果全息图没有写入空间光调制装置，则在观察者平面上形成光源的图像和该图像以较高衍射级的周期性重复。然而，如果将合适的全息图写入空间光调制装置中，则在接近第零衍射级的情况下形成虚拟观察者区域，也可以称为虚拟观察者窗口。在下文这被称为位于光源图像的平面上的虚拟观察者区域。在全息直视显示器中，光学系统所包括的并且生成光源图像的场透镜总体定位为靠近空间光调制装置的位置。观察者在其实际距离处看到空间光调制装置，而不存在空间光调制装置的成像，当观察者的至少一只眼睛位于虚拟观察者区域的位置时，可以通过虚拟观察者区域观察所表示的三维场景。

在其他优选的全息显示装置中，例如头戴式显示器(HMD)、抬头显示器(HUD)或其他投影显示器，还可以存在成像光束路径。在这些显示装置中，生成观察者看到的空间光调制装置的实像或虚像，照明光束路径对于生成虚拟观察者区域具有重要意义。因此，在这种情况下，光束路径、照明光束路径和成像光束路径都是重要的。

在其他显示装置中，例如立体显示装置，可以出现成像光束路径和照明光束路径的情况。为了产生最佳点，例如立体显示装置可以包括类似于上述全息显示器的光学布置，即准直照明的空间光调制装置和光学系统，但也有另外的部件，例如具有限定散射角的散射元件。如果将散射元件从显示装置中移除，则光学系统将在最佳点的平面中产生光源图像。利用散射元件，光被分布在扩展的最佳点上，它比观察者的瞳孔间的距离窄。然而，照明光束路径是重要的，以便能够看到立体图像，而完全不会产生晕眩效应。三维立体显示装置也可以具有成像光束路径，空间光调制装置利用该成像光束路径在距离观察者的特定距离处成像。

在一般情况下，显示装置可以包括透镜或其他成像元件，它们影响光学系统中的两个光束路径，即照明光束路径和成像光束路径。例如，可以在空间光调制装置和观察者之间设置单个成像元件，以便该成像元件既生成空间光调制装置的图像，又将光源成像到观察者平面中。

例如，为了能够通过利用具有至少一个虚拟观察者区域操作的显示装置生成大视场，可以有利地以可以生成空间光调制装置的多个图像的方式设置和配置至少一个光学系统，多个图像由片段构成并且确定视场，编码在空间光调制装置中的场景的信息在该视场中重建以通过虚拟观察者区域观察。

为了实现空间光调制装置的这种多个图像以产生大视场(FOV)，至少一个布拉格偏振光栅可以与至少一个偏振开关组合，并配置为可控的布拉格偏振光栅，在至少一个可控的布拉格偏振光栅的一种开关状态下生成空间光调制装置的由片段构成的多个图像的一个片段，在至少一个可控的布拉格偏振光栅的另一种开关状态下生成空间光调制装置的多个图像的另一片段。

在本发明的一种可选配置中，为了产生较大的视场，可以设置光导，通过该光导结合至少一个光学系统，可生成由片段构成的空间光调制装置的多个图像。为此目的，光导可以被配置为平面的、扁平的或弯曲的。光导可以配置为只在部分区域中弯曲。

有益地，耦合到光导中的光可以通过反射(优选地通过全内反射)在光导中传播，并且可以通过至少一个可控的布拉格偏振光栅与光导解耦。可选择地，代替全内反射，光还可以通过介电层堆叠结构在光导内传播，该介电层堆叠结构充当角度选择性反射器。介电层堆叠结构可以设置在光导的边界表面，使光在介电层堆叠结构处以所需的角度偏转或反射，以便光能够按要求在光导内部传播，并通过至少一个可控的布拉格偏振光栅相应地与光导解耦。

为此，可以由布拉格偏振光栅和偏振开关形成至少一个可控的布拉格偏振光栅。偏振开关可以有利地配置为结构化的偏振开关。通过结构化的偏振开关，可以局部地改变在光导中传播的光的偏振方向，从而可以限定光在哪里或在光导中的哪个位置必须与光导解耦，从而产生大的视场。以这种方式，就可以达到这样的效果，即在空间光调制装置成像所需的位置使光与光导解耦，并相应地产生空间光调制装置的多个图像。通过空间光调制装置的多个图像，这些图像的连续布置产生了大的视场。

在本发明的另一有利的配置中，可以设置至少一个可控的布拉格偏振光栅以用于使光耦合到光导中，至少一个可控的布拉格偏振光栅由布拉格偏振光栅和偏振开关形成，通过可控的布拉格偏振光栅使入射光以光的入射角度衍射到第一衍射级中。光的入射角的角度值可以大于全内反射临界角的值，也可以与介电层堆叠结构的反射角相适应。

还可以设置用于将光耦合到光导中的可控的布拉格偏振光栅。入射在布拉格偏振光栅上的光根据布拉格偏振光栅的衍射结构或光栅结构的光栅平面在光栅结构上所限定的方式被衍射到第一衍射级中。以这种方式，产生了光的光入射角，在该光入射角，光优选地通过全内反射在光导中传播。

与使光可以在两种状态之间切换的可控的布拉格偏振光栅不同，在这种状态下，光要么耦合到光导中，要么不与光导耦合，如果总是想要光耦合(尤其是以同一角度)到光导中，则也可以使用无源(非可控)的布拉格偏振光栅。

此外，还可以有利地设置至少两个可控的布拉格偏振光栅的堆叠结构，至少两个布拉格偏振光栅分别与偏振开关耦合，可生成进入光导中的不同的光入射角，以及光通过反射(优选地通过全内反射)在光导中传播。

至少两个布拉格偏振光栅与至少两个偏振开关相结合的堆叠结构可以设置为可控制光与光导的耦合。以这种方式，可以产生不同的光入射角，光相应地以该角度在光导中传播。例如，对于至少两个布拉格偏振光栅，光栅周期和与周期相适应的光栅平面的倾角可以是不同的。

至少两个布拉格偏振光栅以使其光栅结构的光栅平面彼此形成预定角度的方式相对于彼此布置。这意味着两个布拉格偏振光栅的光栅平面例如平行于彼此、或成镜像倒置或相对于彼此旋转90°地布置，但其他角度也是可行的。在必要时，偏振开关的驱动方式可以使它们根据所需的偏振改变入射光的偏振状态，从而使来自至少一个布拉格偏振光栅的光或来自多个布拉格偏振光栅的组合的光被偏转并以所需的角度入射到光导中。光栅周期决定光在光导中传播的角度。在光导中，光然后以这个角度传播，直到想要使光解耦。因此，可以通过设置具有不同光栅周期的布拉格偏振光栅使光以不同的角度耦合到光导中，从而使光在光导中以不同的角度传播。各个布拉格偏振光栅的光栅平面相对于彼此的定向决定了光在光导中传播的方向。例如，使用两个镜像对称布置的布拉格偏振光栅，光可以从与耦合位置相反的方向在光导中传播。例如，在头戴式显示器中，这样的布置可以使光在鼻子的水平上耦合到光导中，然后选择性地将光定向到左眼或右眼。例如，也可以由布拉格偏振光栅进行光与光导的解耦，也可以通过体光栅进行，这两种类型的光栅都需要以针对所需的光传播角度配置这些光栅的方式形成。

在本发明的另一有利的配置中，至少一个布拉格偏振光栅可以与至少一个偏振开关耦合。

例如，为了在大视场中生成要表示的优选的三维场景，可以生成要生成的场景的各个拼接片或空间光调制装置的多个图像的片段。

通过用偏振开关调整偏振，布拉格偏振光栅将光偏转到第零衍射级或第一衍射级。以这种方式，利用单个布拉格偏振光栅和单个偏振开关，可以例如分别在竖直方向或水平方向上生成空间光调制装置的多个图像的两个拼接片或片段。

在本发明的一种有利的配置中，还可以设置至少两个布拉格偏振光栅，至少两个布拉格偏振光栅分别包括具有光栅平面的光栅结构，两个布拉格偏振光栅相对于彼此布置成使它们的光栅平面彼此形成预定角度。此外，至少两个布拉格偏振光栅的光栅周期可以彼此不同。换句话说，至少两个布拉格偏振光栅可以具有不同的光栅周期。

这意味着在每种情况下，一个布拉格偏振光栅与一个偏振开关耦合。布拉格偏振光栅的光栅结构的光栅平面彼此有一个角度，也就是说，它们例如布置为彼此平行、或镜像倒置或相对于彼此旋转90°，但其他角度也是可行的。通过相对于彼此角度为90度的两个布拉格偏振光栅的组合，可以分别例如在竖直方向或水平方向生成空间光调制装置的多个图像的两个拼接片或片段，即总共有四个拼接片或片段，因为两个布拉格偏振光栅的每个的光都可以选择性地偏转到第零衍射级和第一衍射级。因此，总共可以有四种组合(0水平/0竖直，0水平/1竖直，1水平/0竖直或1水平/1竖直)。可以按顺序进行空间光调制装置的多个图像的拼接片或片段的生成。例如，镜像倒置布置的两个布拉格偏振光栅可以在水平方向或竖直方向上产生空间光调制装置的多个图像的三个拼接片或片段。使用具有不同光栅周期的布拉格偏振光栅，也可以在相同的方向上产生不同的偏转角，例如因此可以增加在水平方向或竖直方向上的拼接片或片段的数量。

空间光调制装置的多个图像的生成片段可以布置为彼此相邻而基本上没有空隙。优选地，空间光调制装置的多个图像的生成片段可以部分叠加或者相互重叠。在将生成的场景信息编码到空间光调制装置中的过程中，可以考虑到重叠区域。

可以设置至少一个布拉格偏振光栅与至少一个偏振开关和至少一个光学系统的组合，以用于生成由片段构成的空间光调制装置的多个图像。

此外，还可以设置与至少一个光学系统相结合的至少一个布拉格偏振光栅，其用于对虚拟观察者区域在x方向上、y方向(横向方向)上和/或z方向(显示装置的轴向方向)上进行粗跟踪。

例如在对空间光调制装置进行简单成像甚至不成像的显示装置中以及因此在所谓的直视显示器中对于虚拟观察者区域的粗跟踪的使用也可以独立于由片段构成的空间光调制装置的多个图像。

可以设置布拉格偏振光栅尤其用于对虚拟观察者区域进行粗跟踪。在这种情况下，不仅可以在横向方向上进行粗跟踪，而且可以在z方向、或在轴向方向上、远离观察者或朝向观察者的方向上进行粗跟踪。可以通过液晶光栅(LCGS)以已知的方式进行虚拟观察者区域的精细跟踪。液晶光栅可以与布拉格偏振光栅相结合，以扩展液晶光栅的受限的偏转角。以这种方式，通过液晶光栅和布拉格偏振光栅组合可以显著增加(例如几乎增加一倍)跟踪虚拟观察者区域所需的角度。

在一个实施例中，至少一个光学系统可以包括至少两个传统的体光栅，例如基于光聚合物的光栅，它们具有不同的、分别是窄角度选择性的并且配置为具有不同的横向焦点或不同焦距的场透镜。通过至少一个偏振开关，对光的偏振进行调整，使至少一个布拉格偏振光栅将光定向到第零衍射级或第一衍射级。对体光栅的入射角进行调整，以便一个体光栅使具有高衍射效率的来自至少一个布拉格偏振光栅的第零衍射级的光聚焦，第二或另一体光栅使具有高衍射效率的来自布拉格偏振光栅的相应的第一衍射级的光聚焦。

在本发明的另一有利的配置中，还可以设置至少一个透镜元件，该透镜元件配置为布拉格偏振光栅，并与偏振开关耦合。

例如，作为布拉格偏振光栅的至少一个透镜元件可以包括具有不同局部光栅周期的光栅结构。

因此，显示装置中设置的布拉格偏振光栅本身也可以配置为透镜元件或聚焦元件。因此，布拉格偏振光栅具有局部光栅周期，这取决于布拉格偏振光栅上的位置并对应于透镜功能。由于布拉格偏振光栅要么偏转到第零衍射级，要么偏转到第一衍射级，例如在第零衍射级的情况下，布拉格偏振光栅的透镜功能将被关闭，而在第一衍射级的另一种情况下，布拉格偏振光栅的透镜功能将被打开。

优选地，至少一个透镜元件可设置为场透镜，其用于在z方向上跟踪虚拟观察者区域。

至少一个可控的布拉格偏振光栅也可以作为显示装置中的可切换或可控的元件与用于对虚拟观察者区域进行粗跟踪的元件相结合，在这种情况下，粗跟踪元件还可以包括或包含透镜功能。例如，这些粗跟踪元件可以配置为至少两个体光栅，例如基于光聚合物的体光栅，它们具有窄的角度选择性并且配置为具有不同的横向焦点或不同焦距的场透镜。

通过至少一个偏振开关，对偏振进行调整，使至少一个布拉格偏振光栅将光定向到第零衍射级或第一衍射级。在这种情况下，至少一个布拉格偏振光栅本身将用作棱镜，根据与它耦合的偏振开关的开关状态，棱镜可以以两个不同的角度偏转入射光，这些偏转角度适应于遵循光束路径中的至少两个不同体光栅的角度接受性，从而寻找其中一个体光栅或另一个体光栅。在使用至少两个布拉格偏振光栅的情况下，这些光栅相应地可以相对于彼此布置，使它们的光栅平面彼此形成预定角度和/或它们可以具有不同的光栅周期。例如，一个布拉格偏振光栅可使相对于水平方向成+45°的光偏转30°的角度，第二个布拉格偏振光栅可使相对于水平方向成-45°的光偏转30°的角度，在这种情况下，可以配置两个体光栅场透镜，使其中一个体光栅场透镜聚焦以+45°方向入射的光，而另一个体光栅场透镜聚焦以-45°方向入射的光，两者以高的衍射效率在角度为30°的方向聚焦。

对于场景的彩色表示，也可以有利地使用布拉格偏振光栅偏转处于可见光范围内的不同波长的光，其衍射效率高，但角度不同。另一方面，基于光聚合物的体光栅场透镜具有窄的角度和波长选择性。对于具有相同焦点的RGB体光栅场透镜的三元组，透镜以较高的衍射效率偏转的光的入射角度因此可以配置为与布拉格偏振光栅的色散相匹配。例如，布拉格偏振光栅将蓝光偏转35°、绿光偏转40.5°、红光偏转48.7进入第一衍射级中。然后具有相同焦距的三个体光栅场透镜配置为使蓝色体光栅场透镜偏转以35°倾斜入射的光、绿色体光栅场透镜偏转以40.5°入射的光、红色体光栅场透镜偏转以48.7°倾斜入射的光，三者具有高的衍射效率。

同样，例如可以使用至少两个布拉格偏振光栅。它们相对于彼此设置为使它们的光栅平面彼此形成预定的角度和/或它们可以具有不同的光栅周期。每个布拉格偏振光栅可以分别被分配一个RGB体光栅场透镜的三元组，不同的三元组具有不同的横向焦点或不同的焦距。

然而，如果布拉格偏振光栅本身被配置为场透镜，则可以相应地设置补偿光栅元件以纠正色散。可选地，可以分别为红光、绿光或蓝光设置单独的布拉格偏振光栅，以便例如在使用蓝光时，为此目的设置的布拉格偏振光栅以第一衍射级操作，为红光和绿光设置的布拉格偏振光栅以第零衍射级操作。

因此，在根据本发明的显示装置中，用于优选三维场景的彩色表示(RGB-三个场透镜)的场透镜或场透镜堆叠结构本身也可以配置为可控的布拉格偏振光栅或至少两个可控的布拉格偏振光栅的堆叠结构，该场透镜或场透镜堆叠结构设置用于在z方向上(即在显示装置的轴向方向)对虚拟观察者区域进行粗跟踪和/或用于跟踪，其中一个布拉格偏振光栅分别选择性地以第一衍射级或第零衍射级操作。通过耦合到布拉格偏振光栅的偏振开关实施将各自的布拉格偏振光栅切换到所需的光的偏振。

当然，可控的布拉格偏振光栅也可以用于在横向方向(即在x方向和/或y方向)或在水平方向和/或竖直方向上对虚拟观察者区域进行粗跟踪。例如，为了对虚拟观察者区域进行精细跟踪，还可以使用液晶光栅(LCG)。因此，具有受限的光偏转角度的液晶光栅可以与可控的布拉格偏振光栅相结合，以增加光的偏转角度。

下面将解释可控的布拉格偏振光栅作为偏转元件与角度选择元件或本身作为用于对虚拟观察者区域进行粗跟踪的透镜元件的潜在应用。

例如，可控的布拉格偏振光栅可以用在抬头显示器中，其允许在一个或多个固定深度平面之间切换。

在运输工具中，例如在机动车辆中，有时需要显示与运输工具的驾驶员或操作员距离非常远的对象(例如街道上的交通标志和警告)以及与驾驶员距离非常接近的对象(例如运输工具的操作元件)。

例如，抬头显示器(HUD)可以包括作为光学元件的体光栅，该体光栅被配置为具有特定焦距的透镜元件并在固定距离处生成图像。然而，HUD还可以包括多个体光栅的堆叠结构，例如具有不同焦距的两个体光栅的堆叠结构。通过在HUD中设置至少一个可控的布拉格偏振光栅，由于体光栅的角度选择性，可以根据是否使用至少一个可控的布拉格偏振光栅的第零衍射级或第一衍射级来选择其中一个体光栅，并相应地将光定向到该选定的体光栅上。例如，可以在空间光调制装置的距离驾驶员70厘米处的图像或距离驾驶员5米处的图像之间切换。在距离驾驶员不同距离处的图像之间的这种切换可用于立体HUD显示装置。在距离驾驶员不同距离处的图像之间的这种切换也可以有利于具有虚拟观察者窗口的全息HUD显示装置，并使其能够全息地表示三维场景，因为空间光调制装置的图像的深度平面影响用于重建场景的子全息图的大小，因此影响确定要编码到空间光调制装置中的全息图的计算工作。因此，可以利用位于远处的空间光调制装置的图像以更简单的方法计算位于远处的三维场景，并且可以用靠近空间光调制装置的图像更容易地计算位于驾驶员附近的三维场景。

当使用体光栅场透镜对虚拟观察者区域进行粗跟踪时，当体光栅透镜的光的入射角适应布拉格偏振光栅的色散时，相应地也可以由单个布拉格偏振光栅处理RGB体光栅透镜的三元组。例如，RGB体光栅透镜的一个三元组因此可以在距离驾驶员或观察者约70厘米处产生空间光调制装置的图像，而另一个三元组可以在距离驾驶员或观察者5米处产生空间光调制装置的图像，可以通过至少一个可控的布拉格偏振光栅在两个三元组之间切换。

作为使用至少一个可控的布拉格偏振光栅与至少一个角度选择性光栅元件组合的替代方案，相应地可以使用本身具有不同焦距和透镜功能的至少一个可控的布拉格偏振光栅。在这种情况下，也可以分别为其中一个波长设置补偿光栅元件，以纠正布拉格偏振光栅或单独的可控的布拉格偏振光栅的色散。

此外，可控的布拉格偏振光栅可用于立体头戴式显示器(HMD)，其用于在对象的至少两个深度平面之间切换。还可以为立体HMD设置可切换的光学元件，以代替所表示的对象的深度平面。

这种多焦点HMD可以包括凝视跟踪装置。因此，可以检测观察者此时是否在仔细地查看或者正在关注所表示的三维场景的哪个对象。例如，如果可以从场景的三维模型中确定所聚焦的该对象的深度位置，则以使得该深度位置尽可能靠近对象的深度位置的方式从多个潜在的深度位置中选择空间光调制装置的图像的深度位置。在这种情况下，可以使用至少一个可控的布拉格偏振光栅实施从多个潜在的深度位置的选择。该至少一个可控的布拉格偏振光栅然后寻找设置在HMD中的体光栅，体光栅具有不同的透镜功能并且具有各自的角度选择性。

同样，RGB体光栅的三元组可以分别适应布拉格偏振光栅的色散。

可选地，也可以用至少两个可控的布拉格偏振光栅实施这一过程，至少两个可控的布拉格偏振光栅本身具有不同的透镜功能。

同样，在这种情况下，为了校正色散，可以设置补偿光栅元件，或者分别为一种颜色设置单独可控的布拉格偏振光栅。

例如，在调整深度平面时，在变焦距HMD中，布拉格偏振光栅对深度位置的粗调整也可以与通过另一个可变聚焦元件(例如至少一个液晶光栅(LCG))对深度位置进行的精细调整相结合。

例如，这种立体HMD可以包括光导。在光耦合到光导之前，使空间光调制装置在无穷远处成像。在光导的光解耦区域，设置了具有不同焦距的透镜功能的多个体光栅。其中一个体光栅是通过设置一个可控的布拉格偏振光栅来解决的，例如，同样设置在光导的光解耦区域。还可以在光导的光解耦区域设置或布置具有不同透镜功能的多个可控的布拉格偏振光栅。具有不同透镜功能的光栅的处理或使用使得空间光调制装置在距离观察者不同的距离处或在不同的横向位置处成像，以便通过在与光导解耦之后的空间光调制装置的多个图像来增加视场。

本发明的其他配置中所述的措施可以再次实施以纠正色散。

然而，可控的布拉格偏振光栅的使用并非意在仅限于具有光导的HMD显示装置中；可控的布拉格偏振光栅也可用于其他显示装置中。

此外，HMD中的使用也并非意在仅限于立体HMD，因此它们也可以用于其他三维显示器，例如全息HMD或显示装置。

在HMD或HUD中或在另一三维显示装置中的两个或多个深度平面之间切换尤其可以有利于通过单视差被编码到空间光调制装置中的全息图。然而，由于全息图的单视差编码，使得三维场景可以实现高分辨率表示的深度区域受到限制。通过在三维图像的不同深度平面之间的切换，可以有利地扩展这个深度范围。

根据本发明的显示装置可以配置为全息显示装置或立体显示装置。

尤其地，根据本发明所述的显示装置可以配置为直视显示器、抬头显示器或头戴式显示器。两个这样的根据本发明的显示装置可以构成头戴式显示器，这样的显示装置分别被分配给观察者的左眼和观察者的右眼。

现在存在有利地配置本发明的教导和/或用于将上述示例性实施例或配置彼此组合的各种可行方案。为此，一方面，参考从属于独立权利要求的专利权利要求，另一方面参考借助于附图对本发明的优选示例性实施例的以下说明，其中总体还说明了该教导的优选配置。本发明原则上借助于所述的示例性实施例进行说明，但并不意在将本发明限制于此。

在图中：

图1以示意图示出了布拉格偏振光栅的分子结构；

图2以示意图示出了布拉格偏振光栅在不同偏振状态下的性质；

图3示出了根据本发明的光偏转光学结构的大纲视图；

图4示出了用于使光解耦的光导和布拉格偏振光栅的大纲视图；

图5示出了根据本发明的光学结构的大纲视图，该光学结构用于生成彩色信息并结合色散校正；

图6以示意图示出了根据本发明的空间光调制装置的图示；

图7以示意图示出了根据本发明的对虚拟观察者区域进行粗跟踪的可行方案；

图8以侧视图示出了根据本发明的抬头显示器的大纲视图，该抬头显示器包括可控的布拉格偏振光栅；

图9以侧视图示出了根据本发明的另一种抬头显示器的大纲视图，该抬头显示器包括可控的布拉格偏振光栅；

图10以侧视图示出了根据本发明的头戴式显示器的大纲视图，该显示器包括可控的布拉格偏振光栅；

图11以俯视图示出了根据本发明的另一头戴式显示器的大纲视图；

图12示出了在产生SLM(空间光调制器)的多个图像片段时，将光从光导中解耦的大纲视图；

图13以大纲视图示出了图12的各个片段的重叠；

图14以大纲视图示出了根据本发明的用于将光耦合到光导中的可行方案：

图15在图示a)和图示b)中以轮廓线示出了抬头显示器，该抬头显示器可以在表示对象的多个深度平面之间切换；

图16在图示a)和图示b)中以轮廓线示出了头戴式显示器，该头戴式显示器可以在表示对象的多个深度平面之间切换；以及

图17以俯视图示出了用于对虚拟观察者区域进行粗跟踪和细跟踪的装置。

应简要地提到，相同的元件/部分/部件在附图中也具有相同的附图标记。

在许多光学应用中，尤其是在显示装置或显示器领域，为了表示尤其的三维物体或场景，需要法向地入射到光学元件上的光。在衍射光栅的情况下，同时寻求高衍射效率和入射光的有效偏转。如所示，在法向入射光的情况下，布拉格偏振光栅具有较高的衍射效率。在这种情况下，形成这种布拉格偏振光栅的各种构思已经为人所知。例如，生产光栅的一种方法是基于反应基元，反应基元与光结构配向层(PAL)、环或定向为垂直于光栅的衬底相的光栅平面结合。在这种情况下，液晶指向矢的取向总是保持在平行于衬底的平面上。然而，这导致光栅在大倾角α

然而，这里使用的布拉格偏振光栅是基于另一种生产方法。在这种情况下，布拉格偏振光栅是通过体光对准产生的。这一过程确保了分子取向与配向层的结构化的表面无关。此外，它允许以简单和自然的方式形成倾斜的光栅环或光栅平面，如图1所示。通过曝光引入的光栅以倾斜光入射，从而诱导液晶聚合物的复杂三维取向。附图标记Λ

以这种方式产生布拉格偏振光栅，在操作期间利用法向光入射到布拉格偏振光栅上的情况下，其具有约为98％(即接近100％)的高衍射效率。

图2以示意图示出了在法向入射光的情况下处于不同偏振状态的这种布拉格偏振光栅的性质。在图示a)中示出了用右圆偏振光CR照射的布拉格偏振光栅BP。然后，布拉格偏振光栅BP将入射光衍射到第-1衍射级(第-1BO)中。在利用布拉格偏振光栅BP的右圆偏振光的衍射中，该光被转换成左圆偏振光CL。在该第-1衍射级中，实现了约为98％的衍射效率，使几乎100％的光被偏转到这个衍射级，几乎没有光损失。这意味着没有光或几乎没有光被偏转或衍射到第零衍射级和第+1衍射级。

图2的图示b)示出了左圆偏振光CL作为法向入射光入射在布拉格偏振光栅BP上的情况。该偏振光在没有衍射的情况下由布拉格偏振光栅BP透射，因此被定向到第零衍射级(第0BO)。在这种情况下，在光通过布拉格偏振光栅时光的偏振状态不会改变。这意味着即使经过布拉格偏振光栅BP之后，光仍然是左圆偏振的。

另一方面，在图2的图示c)中，线性偏振光LP入射到布拉格偏振光栅BP上。在这种情况下，光几乎以近似相等的部分衍射到第-1衍射级(第-1BO)和第零衍射级(第0BO)中。因此，衍射效率分布在这两个衍射级之间。

因此，总体来说，布拉格偏振光栅具有将具有一个圆偏振态的光偏转到第一衍射级并且将具有另一圆偏振态的光偏转到第零衍射级的特性。这意味着，不一定总是需要右圆偏振光必须定向到第一衍射级，左圆偏振光被定向到第零衍射级，如图2所示的。相反，根据布拉格偏振光栅的配置，它也可以是相反的方式。

由于它们的厚度(从约0.7μm到约2μm，通常从约1.2μm到约1.8μm，优选约1.5μm)较小，因此这里使用的布拉格偏振光栅具有广泛的光谱接受性和较大的角度接受性。因此，布拉格偏振光栅在绿色以及红色和蓝色波长范围内的衍射效率很高，在每种情况下都超过90％。因此，布拉格偏振光栅可以用于整个可见光谱范围，即波长λ从400nm左右到700nm左右。

布拉格偏振光栅的角度接受性(FWHM-半极大处全宽度)通常约为35°(即，±17.5°)。这显著高于基于光聚合物的体光栅的角度接受性，基于光聚合物的体光栅的角度接受性处于较低的一位数范围内，即≤±5°。

如下图3至图5所示，因此，这样的布拉格偏振光栅可用于光的有效偏转，可以实现超过50°的大偏转角。这些附图示出了布拉格偏振光栅的基本应用，图6至图16示出了布拉格偏振光栅使用的特定示例性实施例。

图3以大纲视图示出了根据本发明的用于光偏转的光学结构。该光学结构包括第一布拉格偏振光栅BP1和第二布拉格偏振光栅BP2。此外，还设置了分配给第一布拉格偏振光栅BP1的第一偏振开关PS1和分配给第二布拉格偏振光栅BP2的第二偏振开关PS2。在每种情况下，一个布拉格偏振光栅和一个偏振开关形成一个可控的布拉格偏振光栅。第一布拉格偏振光栅BP1包括具有光栅平面3的光栅结构，该光栅平面3在光栅中斜置，或以限定的方向倾斜。在这里，这些光栅平面3向左倾斜。第二布拉格偏振光栅BP2同样包括具有光栅平面4的光栅结构，这些光栅平面4也斜置或以限定的方向倾斜。然而，这些光栅平面4相对于第一布拉格偏振光栅BP1的光栅平面3镜像相反地布置或相对于该光栅平面3以预定的角度布置。光栅平面倾斜的方向和光栅的旋转感(在光栅周期内，液晶分子在光栅中是否以顺时针方向或逆时针方向旋转的感觉)决定布拉格偏振光栅在第一衍射级和布拉格偏振光栅指向第一衍射级的偏振状态下偏转的方向。如果只将偏振光入射到布拉格偏振光栅BP1、BP2结合偏振开关PS1、PS2的堆叠结构上，则根据给定的偏振，该光分别衍射或偏转到各个布拉格偏振光栅的第零衍射级或第一衍射级。可以看出，如果线性偏振光现在入射到第一偏振开关PS1上，第一偏振开关PS1的开关方式是将光转换成右圆偏振光，则该光由第一布拉格偏振光栅BP1转换成左圆偏振光，并且衍射到第-1衍射级。然后，该光通过处于关闭状态的第二偏振开关PS2和第二布拉格偏振光栅BP2而不偏转。已经右圆偏振的光也可以入射到第一偏振开关PS1上，但第一偏振开关PS1应该处于关闭状态，这样偏振就不会发生变化。如果不需要光的偏转，则偏振开关PS1和PS2都可以处于关闭状态，左圆偏振光意在入射到第一偏振开关PS1上，以便光在不偏转的情况下被引导通过光栅堆叠结构进入第零衍射级。如果需要光偏转到第+1衍射级，那么偏振开关PS1可以处于关闭状态，左圆偏振光也意在入射到偏振开关PS1上，使得光可以在不偏转的情况下通过第一布拉格偏振光栅BP1。然后，第二偏振开关PS2处于开启状态，从而将入射在其上的光从左圆偏振光转换为右圆偏振光，并且由第二布拉格偏振光栅BP2在几乎没有光损失的情况下衍射到第+1衍射级内。这样，光就可以定向到三个不同的方向。因此，通过可控的布拉格偏振光栅堆叠结构，可以在不同的偏转方向之间切换。

图4示出了由光导LG和布拉格偏振光栅BP组成的光学结构的一部分。在这种情况下，布拉格偏振光栅BP用于将在光导LG中传播的光解耦。例如，对于光从光导中解耦，先前已知使用体光栅，体光栅针对限定角度入射的光进行配置。现在，布拉格偏振光栅也可以用于光解耦，因为虽然它们需要一定的光偏振，但它们具有广泛的角度接受性。为此，将布拉格偏振光栅BP与偏振开关PS相结合，该开关用于改变光的偏振。

在图4的上部视图中，光在光导LG中以预定的偏振传播，在布拉格偏振光栅BP的位置处，不想要出现光与光导LG的解耦，使得偏振开关PS处于关闭状态，即入射到它上的偏振光(例如左圆偏振光)没有变化。因此，光在未偏转的情况下通过布拉格偏振光栅BP，以倾斜角入射到表面，并通过全内反射或在介电层堆叠结构上的反射继续在光导LG中传播，该堆叠结构应用于光导LG的边界表面。

在图4的下部视图中示出了在光导LG中传播的光在光导LG的位置处解耦，这只是简单的表示。然而，在那种情况下，偏振开关PS处于开启状态，从而改变入射光的偏振。如果具有右圆偏振的光在光导LG中传播，则偏振开关PS将入射在其上的光改变为左圆偏振光，使该光在通过布拉格偏振光栅BP时被衍射或偏转。由于衍射或偏转，光随后几乎法向地或以小角度入射到光导LG的表面上，使得在该表面不再发生全内反射，或在介电层堆叠结构处不再发生反射。因此，光与光导LG解耦。

也可以反射地配置光栅并且在光导的另一侧使光解耦。

至少一个布拉格偏振光栅也可用于生成彩色信息，例如用于为显示装置生成彩色对象或场景。适合于这一目的一种光学结构在图5中以大纲视图示出。该光学结构还包括补偿光栅元件的堆叠结构5，该堆叠结构5是为了纠正所发生的光的色散而设置的。堆叠结构5包括两个体光栅5

如图5所示的光学结构同样类似于图4中的光导。所有三基色RGB的光意在以相同的角度在光导中传播并有选择地与光导解耦，但在解耦之后，RGB同样以相同的角度继续传播。因此，由布拉格偏振光栅和补偿光栅元件组成的布置总体是为了以相同的角度偏转红光、绿光和蓝光。由布拉格偏振光栅和补偿光栅元件组成的这种堆叠结构也可以相应地用于在除光导以外的布置中以相同的角度偏转红光、绿光和蓝光。

如图5所示，红光R、绿光G和蓝光B分别入射到偏振开关PS上，偏振开关PS可以处于关闭状态或开启状态。在该示例性实施例中，入射到偏振开关PS上的光是右圆CR偏振的。如果偏振开关PS处于关闭状态，则右圆偏振光在不改变其偏振的情况下通过该偏振开关PS，沿光的方向通过布拉格偏振光栅BP，并以斜倾斜角入射到光导6的表面。从光导6的这个表面，无论在哪个波长，光都相应地通过全内反射或在介电层堆叠结构上的反射进行反射，并在光导6中进一步传播。如果偏振开关PS现在转换到开启状态，则将右圆偏振光转换为左圆CL偏振光。相应颜色RGB的左圆偏振光入射到布拉格偏振光栅BP上，并相应地被它衍射或偏转。然后，偏转的光以法向或小角度入射到光导6的表面。由于光导6表面的入射角被布拉格偏振光栅中的偏转所改变，不会发生全内反射或在介电层堆叠结构上的反射，对于全部三基色而言，光与光导6解耦。然而，如图5所示，由于色散，红光R、绿光G和蓝光B在不同的方向上偏转。因此，例如，绿光G垂直于光导6的表面与光导6解耦。然而，蓝光B和红光R相对于光导6分别成小角度倾斜地与光导6解耦。为了使不同颜色的光仍向同一方向偏转，在光传播方向上与光导6解耦之后处设置两个补偿光栅元件5

图6示出了设置在使用了可控的布拉格偏振光栅的显示装置中的空间光调制装置SLM的照明方式。在该示例性实施例中，空间光调制装置SLM(以下仅称为SLM)被反射地配置。为了照明SLM，设置了光导LG、两个布拉格偏振光栅BP1和BP2以及两个偏振开关PS1和PS2，它们相互耦合以均匀地照明SLM。在这种情况下，布拉格偏振光栅BP1设置用于将光耦合到光导LG。为此，布拉格偏振光栅BP1以在需要时改变光的偏振的方式光学耦合到偏振开关PS1，从而使光可以根据限定的要求通过布拉格偏振光栅BP1耦合到光导LG中。从图6中可以看到，利用偏振开关PS1将右圆偏振光转换为左圆偏振光，然后利用布拉格偏振光栅BP1将该光耦合到光导LG中，然后在光导LG中通过反射(优选地通过全内反射)传播。为了利用光均匀地照明SLM，在光导LG中传播的光在布拉格偏振光栅BP2的整个区域上解耦。这意味着在光导LG中传播的光总是通过布拉格偏振光栅BP2在特定位置仅部分地解耦，以产生SLM的均匀照明。在这种情况下，布拉格偏振光栅的衍射效率可以故意选择为较低，这样在每个位置只有一小部分光与导光LG解耦。然后，将仍为左圆偏振光按实线表示的箭头入射到偏振开关PS2上，穿过处于开启状态的偏振开关PS2，均匀地入射到SLM上。在第一次传递中，偏振开关PS2将光转变为线性偏振光。因此，SLM对入射线偏振光进行调制，例如根据要表示的信息进行调制。由于反射配置的SLM，该光被反射或重定向为返回到光导LG的方向。该反射光再次穿过偏振开关PS2，偏振开关PS2现在同样处于开启状态，因此先前的线性偏振光被转换成右圆偏振光。光的这种转换是很重要的，这样它就可以不受阻碍地通过布拉格偏振光栅BP2和通过光导LG，并且不受这两个元件的光学影响。

图6中所示的SLM的照明只涉及使用的一个波长或涉及SLM的单色照明。如果设置SLM的彩色(RGB)照明，为了纠正色散，有时可以需要使用补偿光栅元件。针对耦合和解耦设置的布拉格偏振光栅BP1和BP2优选具有相同的光学特性，例如相同的光栅周期和/或相同角度的光栅平面和/或相同的光栅厚度。如果这些光栅被相应地配置，可以通过布拉格偏振光栅BP1和BP2至少部分地补偿色效应。

根据图6的使用布拉格偏振光栅的这种可行方案尤其适用于前照光装置中的微型SLMS的照明。

光与光导的耦合不必配置为可切换的。这意味着也可以只提供至少一个布拉格偏振光栅，其用于将光耦合到光导中，而不需要将其耦合到偏振开关。此外，有源或可控偏振开关PS2也可以配置为无源偏振开关，例如配置为延迟板。

当然，还可以结合透射的SLM使用类似的结构。然而，在这种情况下，只需要一个偏振开关PS，然后与用于将光耦合到光导中的布拉格偏振光栅BP1一起使用。

在图7中示出了在显示装置中使用的布拉格偏振元件的另一示例性实施例。所示的这种结构意在允许对观察者平面中的虚拟观察者区域进行粗跟踪。图7中所示的结构因此表示一种跟踪装置。以申请人名义的全息显示装置是已知的，例如根据专利文献WO2010/149587A1的显示装置或光调制装置，其中已经描述了与全息显示装置相关的虚拟观察者区域的跟踪的解决方案。然而，正如已知的那样，只有当观察者将至少一只眼睛放置在虚拟观察者区域中时，全息重建的场景对于观察者才是可见的，这样他就可以通过这个区域查看和观察场景。然而，为此，他必须设定一个固定的位置。另一方面，如果观察者移动，必须将这个虚拟观察者区域跟踪到观察者眼睛的新位置，这是通过术语“跟踪”表示的。为此，通过位置检测系统确定观察者的眼睛位置，并通过跟踪装置跟踪虚拟观察者区域。

例如，对虚拟观察者区域的这种跟踪可以如图7所示地进行，图7只示出了跟踪装置本身，而没有表示SLM或虚拟观察者区域。跟踪装置包括布拉格偏振光栅BP和偏振开关PS，从而可以通过调整偏振开关PS中的偏振来在入射光的偏转和光的非偏转之间进行选择。以这种方式，虚拟观察者区域就可以被移动到新的位置。如果像所表示的情况一样，来自SLM(未示出)的调制彩色(RGB)光随后入射到布拉格偏振光栅BP和偏振开关PS的组合结构上，两者共同形成可控的布拉格偏振光栅，则该彩色光被布拉格偏振光栅BP不偏转地传输到观察者眼睛的严格限定的位置并且因此是虚拟观察者区域的位置，在此情形下偏振开关PS处于关闭状态。因此，该光用于在先前严格限定的观察者位置处生成虚拟观察者区域。然而，如果观察者改变他相对于SLM或SLM图像的位置，则通过开启偏振开关PS，可以将光定向到不同的方向。这意味着，如果具有预定偏振的光现在入射到偏振开关PS上，则偏振开关PS将入射偏振变为布拉格偏振光栅BP敏感的偏振。然后，该偏振光被入射到布拉格偏振光栅BP上，并相应地偏转到具有相反偏振的第一衍射级，如所呈现的箭头所示的。当使用彩色光时，由于布拉格偏振光栅BP的光色的偏转角不同，在堆叠结构7中设置后续的光学元件，如补偿光栅元件，例如校正光的色散的体光栅。堆叠结构7中的这些补偿光栅元件优选地具有角度和波长选择性，它们分别针对从布拉格偏振光栅BP入射到补偿光栅元件上的光的一种颜色和一个光入射角分别进行设定。例如，由于其波长选择性，堆叠结构7中的第一补偿光栅元件只偏转红光，第二补偿光栅元件只偏转蓝光，第三补偿光栅元件只偏转绿光。在堆叠结构7中的补偿光栅元件之后，所有三个波长的光以同一角度进一步传播。

为了能够使光指向另一方向，可以设置结合另一偏振开关和另一补偿光栅元件的另一布拉格偏振光栅。然而，在这种情况下，另一布拉格偏振光栅的光栅结构的光栅平面相对于已存在的布拉格偏振光栅的光栅结构的光栅平面成一定的角度布置，或者两个布拉格偏振光栅以使得它们的光栅平面彼此形成一个角度的方式相对于彼此布置。可选地，另一布拉格偏振光栅具有不同的光栅周期并且补偿光栅元件也具有不同的光栅周期。

例如，图7中所示的包括偏振开关、布拉格偏振光栅和补偿光栅元件的整个布置可以镜像设置，以获得相反方向的光的偏转。

例如，整个布置也可以旋转90度，以便用一个偏振开关、布拉格偏振光栅和补偿光栅元件来调整水平偏转，并且用另一偏振开关、布拉格偏振光栅和补偿光栅元件来调整竖直偏转。

该原理适用于优选地在抬头显示器(HUD)中的虚拟观察者窗口的跟踪，尤其是粗跟踪。然而，这一原理不仅适用于跟踪，而且在这种情况下也适用于尤其是在头戴式显示器(HMD)中以及也适用于HUD中将表示的信息拼接。下面将更详细地讨论这些应用。

在显示装置中，尤其是利用虚拟观察者区域操作的全息显示装置，除了用于生成虚拟观察者区域的光学系统外，还设置至少一个场透镜，该场透镜与光学系统一起聚焦由SLM调制的光并使其指向观察者的眼睛，以便在那里生成虚拟观察者区域。如果要表示的场景意在以彩色显示，并且如果至少一个场透镜被衍射地配置，那么由于衍射透镜的分散，因此需要为每个基色RGB提供一个场透镜，即，在显示装置中提供三个场透镜。例如，场透镜被配置为具有窄波长选择性的体光栅，因此对于每种基色而言，这三个场透镜中分别只有一个作为具有较高的衍射效率的透镜。由于激光或LED主要用作全息显示装置中的光源，为了发出基本上相干的光，各个彩色子场景(子帧)或单色子图像(即绿色场景、蓝色场景和红色场景)按时间顺序表示。每个子场景包含整个重建，或者可选地只包含所表示颜色的场景的一部分。为了以彩色(RGB)正确地表示整个场景，需要将各个子场景组合在一起并且准确地叠加。这主要通过三个场透镜来实现，它们波长选择性地仅对一种颜色具有较高的衍射效率，并且为此目的与用于光的预偏转的三个光栅元件结合，每个光栅元件根据与其连接的场透镜进行配置，并且通常同样地配置为具有窄波长选择性的体光栅，以便它们分别只对一种颜色以高衍射效率预偏转光。

在根据本发明的当前的示例性实施例中，分别针对一种颜色的用于光的预偏转的三个光栅元件被替换为布拉格偏振光栅，该光栅满足对所有三种颜色的功能。由于波长和角度的宽的接受度，这是最适合的。然而，用于各自颜色的各个场透镜必须以其接受角或其潜在的光入射角与布拉格偏振光栅的自然色散相匹配的方式进行配置或形成。由于现在不再有三个光栅元件，而只有一个光栅元件，因此可以有利地避免用于光的预偏转的各个光栅元件之间的串扰。

根据图7的结构不仅可用于跟踪虚拟观察者窗口，还可用于增加视场，利用全息显示装置在该视场中生成要表示的重建场景。为此目的，利用在显示装置中设置的光学系统，生成由片段组成的SLM的多个图像，然后确定视场，编码在SLM中的场景或对象的信息在该视场中被重建，以便通过虚拟观察者区域进行观察。增加视场的装置可以包括至少一个可控的布拉格偏振光栅，该光栅由布拉格偏振光栅和偏振开关形成，其布置方式类似于图7所示的方式。例如，这种装置可以在HUD中使用，以便在其中生成SLM的多个图像的至少两个片段或拼接片，从而增加观察者的视场，如图8所示。抬头显示器(HUD)用于例如运输工具中，例如车辆或飞机，以便将例如速度显示、温度显示、标志、警告、车道改变等信息以及辅助功能、导航系统功能或无线电功能叠加到运输工具操作者或信息观察者的视场中。HUD通常包括投影系统，投影系统包括照明装置8(该示例中是激光光源)、SLM和具有成像元件的光学系统9(例如透镜)。从投影系统中产生并由粗箭头显示的光通过光学单元10原理上在挡风玻璃11上朝向虚拟观察者区域12反射，该光学单元10包括透镜元件、反射镜元件和/或校正元件。虚拟观察者区域12位于观察者的至少一个眼睛的区域中。可以通过HUD中的相应装置进行虚拟观察者区域12相对于观察者的正确定位。所表示的虚拟信息覆盖在空间的区域中，该区域从虚拟观察者区域12延伸到运输工具的挡风玻璃11以及更远的地方。挡风玻璃11被配置为透明的，这样观察者就可以观察到覆盖到环境中的所表示的信息或所表示的图像。

为了增加虚拟观察者区域12和挡风玻璃11或更远处之间的视场，在HUD中提供了由布拉格偏振光栅BP和偏振开关PS形成的可控的布拉格偏振光栅。为了生成SLM的多幅图像的至少两个片段或拼接片，照明装置8发射的光被定向到SLM上，并且在那里利用要表示的场景所需的信息进行相应地振幅和/或相位调制。SLM可以反射或透射地配置。该调制光通过光学系统相应地聚焦，并定向到偏振开关PS上，为了产生第一片段或拼接片，开关PS处于关闭状态，从而不改变入射光的偏振状态。在布拉格偏振光栅BP上入射的光随后偏转到第零衍射级上，并且产生第一片段S1，该片段通过光学单元10和挡风玻璃11定向到观察者的方向上。为了产生第二片段，利用光学系统9再次将SLM调制的光定向到偏振开关PS上，偏振开关PS现在处于开启状态，从而改变入射光的偏振，以便由随后的布拉格偏振光栅BP衍射。因此，布拉格偏振光栅BP将入射光衍射到第一衍射级，从而产生第二片段S2。该第二片段S2也利用光学单元10和挡风玻璃11定向到观察者的方向上。与没有可控的布拉格偏振光栅的HUD相比，SLM的多个图像的两个片段S1和S2形成了视场，该视场显著增加或几乎增加了一倍。

通过添加同样由布拉格偏振光栅和偏振开关形成并且直接设置在图8中所示的可控的布拉格偏振光栅的区域中的另一可控的布拉格偏振光栅，可以通过产生另一片段来进一步增加视场。当使用RGB光源对视场中的信息进行彩色表示时，应提供适当的场透镜来聚焦各个彩色片段。对于红光、绿光或蓝光，这些场透镜还可以是不同的体光栅。然而，在HUD结构中，也可以使用焦距与波长无关的折射场透镜(例如消色差透镜)或其他反射镜元件，反射镜的聚焦同样与波长无关。除了布拉格偏振光栅外，还可以使用补偿光栅元件，例如体光栅，其具有使红光、绿光和蓝光以相同的角度偏转的效果，从而对于不同的波长在同一位置产生片段S2。

在根据图9的抬头显示器(HUD)的另一可选配置中，HUD的结构与图8中的结构相似。同样设置了投影系统，投影系统包括照明装置8(在该情况下是激光光源)、SLM和具有成像元件的光学系统9(例如透镜)。从投影系统中产生并由粗箭头表示的光由光学单元10原理上在挡风玻璃11上朝向虚拟观察者区域12反射，该光学单元10可以包括透镜元件、反射镜元件和/或校正元件。虚拟观察者区域12同样定位于观察者的至少一个眼睛的区域中。可以通过HUD中的相应装置进行虚拟观察者区域12相对于观察者的正确定位。所表示的虚拟信息覆盖在从虚拟观察者区域12延伸到运输工具的挡风玻璃11以及更远的地方的空间区域中。挡风玻璃11被配置为透明的，这样观察者就可以观察到覆盖到环境中的所表示的信息或所表示的图像。与图9形成对比，在这种情况下，光导LG现在集成到挡风玻璃11中，或应用于挡风玻璃11上，或直接放置在其上，或挡风玻璃11本身用作光导。挡风玻璃也可以设置为远离光导。光导LG的形状调整为与挡风玻璃11相适应，即它可以配置为平面或至少部分弯曲。为了将光耦合到光导LG中，设置了由布拉格偏振光栅BP和偏振开关PS组成的可控的布拉格偏振光栅。为了利用该布置产生至少两个片段，对于第一片段S1，偏振开关PS进入关闭状态，从而不改变入射在其上的光的偏振，并将光入射到随后设置的布拉格偏振光栅BP上，该布拉格偏振光栅BP配置为对光的这种偏振不敏感。因此，光穿过布拉格偏振光栅BP而不发生偏转，从而使光定向到第零衍射级并且耦合到光导LG中，可选地通过附加的无源光栅，例如体光栅VG1。在光导LG的边界表面进行一次或多次反射后，光在其预定位置与光导LG解耦。例如，光与光导的解耦也可以由无源光栅进行，例如体光栅VG2。为了产生第二片段，使偏振开关PS进入开启状态，使SLM调制的入射光改变其偏振，进入随后设置的布拉格偏振光栅BP，布拉格偏振光栅BP对该光反应灵敏。当该光入射到布拉格偏振光栅BP上时，它被布拉格偏振光栅BP衍射，偏转到第一衍射级中，并且可选地可以与无源体光栅VG1相结合，以便以改变的角度耦合到光导LG中。该光也在光导LG中传播，并且同样在限定的位置与光导LG解耦，可选地可以借助另一体光栅VG2(例如体光栅)。以这种方式，生成第二片段S2，它指向观察者的方向并与第一片段S1形成增加的视场。

为了通过产生另外的片段来进一步增加视场，在光导LG的光耦合区域可以设置至少一个另外的可控的布拉格偏振光栅。

通过生成由片段组成的SLM的多个图像来增加视场的装置也可以用于头戴式显示器(HMD)，增加视场的装置以类似于根据图8和图9的装置的方式确定视场。图10中示出了具有这样的用于增加视场的装置的HMD的一个可行的实施例。为此目的，利用设置在显示装置或HMD中的光学系统，生成由片段组成的SLM的多个图像，多个图像然后确定视场，在该视场中，编码在SLM中的场景或对象的信息被重建，以便通过虚拟观察者区域进行观察。增加视场的装置可以包括至少一个可控的布拉格偏振光栅，该可控的布拉格偏振光栅由布拉格偏振光栅和偏振开关形成，其形成方式类似于图7所示的方式。该HMD包括照明装置15(在该示例中是激光光源)、SLM和具有成像元件(例如透镜)的光学系统16。从SLM中产生并由粗箭头显示的光通过光学单元17定向到光学元件18的方向上，该光学单元17可以包括透镜元件、反射镜元件和/或校正元件，该光学元件18直接设置在HMD用户的眼睛前面。在该光学元件18(例如可以是眼镜片透镜)处，入射光被偏转到指向虚拟观察者区域19的方向上。虚拟观察者区域19位于HMD用户的至少一只眼睛的区域中。用户的眼睛然后感知在SLM中重建的信息或编码的全息图。

为了增加在HMD中为用户产生的视场，在HMD中设置了由布拉格偏振光栅BP和偏振开关PS形成的可控的布拉格偏振光栅。照明装置15发出的光照射SLM，以便生成SLM的多个图像的至少两个片段，并由SLM利用要表示的场景所需的信息在振幅和相位上进行相应地调制。然后，利用光学系统16相应地聚焦以这种方式调制的光，并将光定向到偏振开关PS上，为了产生第一片段，该开关PS处于关闭状态，从而不改变入射光的偏振状态。随后入射到布拉格偏振光栅BP上的光不会偏转，并被定向到第零衍射级，然后产生第一片段S1，通过光学单元17和光学元件18将第一片段定向到观察者的方向上。同时，生成虚拟观察者区域19，通过该区域，观察者的眼睛可以观察所要表示的场景。为了产生第二片段，由SLM调制的光同样通过光学系统16定向到偏振开关PS上，该开关现在处于开启状态。入射光以下列方式改变其偏振，即使得随后布置的布拉格偏振光栅BP将光衍射到第一衍射级中，从而产生第二片段S2。该第二片段S2也通过光学单元17和光学元件18定向到观察者的眼睛的方向上，产生第二虚拟观察者区域，第二虚拟观察者区域必须在与第一虚拟观察者区域相同的位置上产生。在这种情况下，对于HMD，SLM的多个图像的两个片段S1和S2形成增加的视场。由SLM的复合虚像按时间顺序生成要表示的信息或场景。

在该示例性实施例中，还可以通过添加至少一个另外的可控的布拉格偏振光栅并且由此通过生成至少一个另外的片段来进一步增加视场。如果照明装置15中使用了RGB光源对视场中的信息进行彩色表示，那么为了对单个颜色片段进行聚焦，还应在HMD中设置适当的场透镜，HMD相应地配置为根据彩色片段选择相关的场透镜并且该片段聚焦在正确的方向上。

图11同样示出了HMD，但它是根据图10的HMD的替代方式配置的。在这种情况下，针对用户或观察者的左眼22和右眼23以俯视图示意性示出了SLM的虚拟高分辨率复合图像的产生。在HMD的该实施例中，在每个光束路径中为眼睛22、23设置了位于眼睛22、23正前方区域中的光导LG。在这种情况下，光导LG不需要以完全平面的方式配置，而是也可以配置为至少部分弯曲。

从图11中可以看到，左眼22和右眼23的各个光学元件以基本相同或镜像对称的方式构造，因此下面将仅描述针对仅一只眼睛22或23的通道。利用前照光24照射反射配置的SLM，但当然也可以使用透射配置的SLM。为此，对于全息HMD，照明装置25的相干光耦合到前照光24中。在光的方向上在SLM之后在光束路径中设置光学系统26，通过该系统，由SLM调制的光入射到光导LG上。为了将光耦合到光导LG中，在这种情况下，设置至少一个可控的布拉格偏振光栅。这种可控的布拉格偏振光栅同样由布拉格偏振光栅BP和偏振开关PS形成。如果偏振开关PS处于关闭状态，则来自布拉格偏振光栅BP的光在不偏转的情况下定向到第零衍射级中，并且耦合到光导LG中，在光导LG中传播，优选地通过在光导LG的两个边界表面的全内反射来传播，并通过至少一个解耦光栅27(例如通过体光栅)与光导LG解耦，在这种情况下，体光栅在眼睛22、23的方向上反射地配置。以这种方式，就生成了大视场的第一片段。如果偏振开关PS随后进入开启状态，则可以产生第二片段。由于现在可以通过偏振开关PS来改变入射光的偏振，因此随后设置的布拉格偏振光栅BP(如果它被配置为对这种改变后的偏振敏感)将光衍射到第一衍射级，并以该入射角耦合到光导LG中。该光优选地也通过全内反射在光导LG中传播，然后利用至少一个解耦光栅27与光导LG解耦，并定向到用户的眼睛22、23的方向上。至少一个解耦光栅27相应地用于将预定的光入射角转换为所限定的光出射角，并因此转换为在光导LG的预定位置处所限定的光解耦角。当然，同样可行的是，至少一个解耦光栅27可以透射地配置和设置在光导LG朝向眼睛22、23的一侧。在眼睛22、23的位置，如图8至图10所述，同样生成虚拟观察者区域，通过该区域，眼睛可以观察所表示的信息或场景。还可以设置多个解耦光栅，其用于使光与光导LG解耦，每个解耦光栅配置为不同的角度范围。同样通过SLM的复合虚像按时间顺序生成要表示的信息或场景。

关于场景的彩色表示以及更多片段的生成，上面关于图10描述的内容同样可以在此应用。

图12示出了与根据图9-11的至少两个片段的生成一起使用的将光与光导解耦的适当的可行方案。这种光解耦原理可以用于HUD和HMD。

为此，将光导LG耦合到可控的布拉格偏振光栅上，该可控的布拉格偏振光栅同样包括布拉格偏振光栅BP和偏振开关PS。布拉格偏振光栅BP包括具有相对于光栅表面倾斜设置的光栅平面的光栅结构。偏振开关PS配置为结构化的偏振开关，优选是一维结构化的偏振开关，其具有良好的分辨率，以便能够达到使片段的光在光导LG的预定位置解耦的效果。这意味着结构化的偏振开关PS被细分为各个区域30，每个区域都是单独可切换或可控的。为了产生第一片段S1的光在光导LG中的传播(优选地通过全内反射)和在光导LG中传播的第一片段S1的光的解耦，例如偏振开关PS处于关闭状态，因此例如存在右圆偏振光Rpol(＝CR)。穿过结构化的偏振开关PS和通过布拉格偏振光栅BP的光通过它们不偏转，并被定向到第零衍射级。然后，该光被入射到光导LG的边界表面，由后者反射，然后在光导LG中以这个角度进一步传播，直到该光到达光导LG中想要以预定方式解耦的位置。为此，结构化的偏振开关PS的各个区域30被控制为只有处于光导中的这个预定位置处的这个区域30处于开启状态。然后在结构化的偏振开关PS的这个区域30上入射的光以下列方式改变其偏振，即使得结构化的偏振开关PS之后的布拉格偏振光栅BP配置为对改变后的偏振敏感。在这种情况下，这意味着右圆偏振光被结构化的偏振开关PS的区域30转换成左圆偏振光，然后入射到布拉格偏振光栅BP上，由后者衍射到第一衍射级，并且因此与光导LG解耦。以这种方式，如可以在图12的图示a)中看到的，生成SLM的多个图像的第一片段S1。

可以从图12的图示b)中看到生成SLM的多个图像的第二片段S2的方式。该第二片段S2在不同的位置与光导LG解耦。为此，使结构化的偏振开关PS的不同区域30进入开启状态，以在该位置改变光的偏振，这样光就可以在那里与光导解耦。以这种方式，可以控制结构化的偏振开关PS的不同区域30，光可以在光导LG的不同位置解耦，并且可以产生多个片段Sn，如图示c)和d)中仅示意性地并且以轮廓线示出的，它们共同形成或产生大的视场，在该视场中可以表示重建的场景。图示c)示出了仅在一个方向上产生的片段，这里是竖直方向。另一方面，图示d)示出了二维生成，即在竖直和水平方向产生的片段，以产生二维视场。

优选地，光意在通过全内反射在光导LG中传播。然而，这很可能无法用光的入射角不大于全内反射的临界角的预定入射角度的光来实现的情况。但为了使光通过反射在光导中传播，可以在光导的边界表面设置相应地反射选择角度的入射光的介电层堆叠结构。

结构化的偏振开关PS的区域30的大小取决于所使用的光导的几何形状，例如厚度、所使用材料的折射率和潜在的曲率，因此可以相应地调整区域30。

因此，在视场中并且由此在重建的场景中没有空隙，有必要将SLM的多个图像的生成的片段设置为基本上无空隙地彼此相邻地布置，或者优选地部分叠加或重叠。有益地，区域30以使其边缘区域中的各个相邻片段可以重叠并且重叠区域不大于约5％的方式进行配置。如图13所示，为了实现边缘区域相邻片段的重叠，结构化的偏振开关PS的区域30可以相应地适应离散步长。图13的上部和图12分别示出了结构化的偏振开关PS，结构化的偏振开关PS的单独可控的区域30与想要解耦的片段一样宽。在每种情况下，偏振开关PS的一个区域30被开启，以便使片段1或片段2解耦。然而，不能以这种方式实现片段的重叠。与此相反，图13在中间示出了结构更精细的偏振开关PS。在每种情况下，结构化的偏振开关PS的四个区域300在这里被开启，以便使一个片段解耦。如图13在下部示出的，第二片段S2现在可能以下列方式移位，即在该示意性图示中利用结构化的偏振开关PS的区域300使得它与第一片段S1重叠在该示例中约为25％。通过对应于一个片段的结构化的偏振开关PS相应的更精细的结构，例如20个区域300，可以在片段S1和S2之间调整例如5％。

图14示出了一种可行方案，即一般的光或被SLM调制的光可以耦合到光导中。这一原理总体可用于将光耦合到光导中，但尤其可用于显示装置中，例如分别包括至少一个光导的HUD或HMD。为了将光耦合到光导LG中，设置至少一个可控的布拉格偏振光栅，该可控的布拉格偏振光栅由布拉格偏振光栅BP和偏振开关PS形成。这样，当光具有对布拉格偏振光栅BP的合适的偏振时，光可以通过光的衍射耦合到光导中，进入第一衍射级。为了通过反射使在光导LG中传播的光解耦，可以设置至少一个解耦光栅32，例如如关于图12和图13所公开的，该光栅可以配置为可控的布拉格偏振光栅，但也可以配置为体光栅，必须根据其对相应光入射角的角度选择性配置光栅，以便使光解耦。

图14尤其示出了光耦合的可行方案，该方案尤其适合于生成SLM的多个图像的多个片段，以实现大视场。为此，设置了至少两个可控的布拉格偏振光栅的堆叠结构，其用作耦合工具并且设置在光导LG上。每个可控的布拉格偏振光栅包括布拉格偏振光栅BP1(BP2)和偏振开关PS1(PS2)。通过两个可控的布拉格偏振光栅的堆叠结构，可以将两个不同入射角度的光耦合到光导LG中。为此，两个布拉格偏振光栅BP1和BP2具有不同的光栅周期，这将通过图14中光栅平面的不同倾角来表示。因此可以实现两个不同入射角度的光，这些光可以耦合到光导LG中，以便生成SLM的多个图像的两个片段。在图14的上部图示中，为了产生第一入射角度的光，使偏振开关PS1进入开启状态，同时偏振开关PS2处于关闭状态。以这种方式，选择了相关的布拉格偏振光栅BP1，然后将具有合适偏振的入射光衍射到第一衍射级中，因此光以第一预定的光入射角度耦合到光导LG中。这用实心箭头表示。

另一方面，根据图14的下部图示，如果偏振开关PS2处于开启状态，偏振开关PS1处于关闭状态，可以实现与上部图示不同入射角度的光。因此，入射在第一可控的布拉格偏振光栅上的光通过布拉格偏振光栅BP1而没有偏转或衍射，使得该光只被布拉格偏振光栅BP2衍射到第一衍射级中，并以另一限定的光入射角度耦合到光导LG中。这由下部图示中的实心箭头表示。如前所述，可以通过至少一个解耦光栅32解耦这两个光片段。

为了产生SLM的多个图像的另外的片段，可以设置另外的可控的布拉格偏振光栅，以用于将光耦合到光导LG中。

布拉格偏振光栅也可以反射地进行配置并在光导的另一侧使光解耦。

在图15的图示a)和b)中，示意性地示出了抬头显示器(HUD)，该抬头显示器(HUD)被配置为可在所表示对象的至少两个深度平面之间切换。

该HUD包括照明装置35、SLM、光学系统(未示出)和在该示例性实施例中用于在对象的两个不同的深度平面之间切换的至少两个可控的布拉格偏振光栅。两个可控的布拉格偏振光栅分别包括布拉格偏振光栅BP和光学地耦合到各自的布拉格偏振光栅的偏振开关PS。照明装置35照明SLM，SLM根据要表示的信息对入射光进行调制。两个偏振开关PS1和PS2和两个布拉格偏振光栅BP1和BP2(它们被配置为透镜元件)现在在光传播方向上在光束路径中设置在SLM之后。这些透镜元件具有不同的焦距。

图15的图示a)示出了HUD，其中以下列方式控制偏振开关PS1和PS2，即使得设置在光的传播方向上的第一布拉格偏振光栅BP1将入射光偏转到第一衍射级中，而在光的传播方向上设置在第一布拉格偏振光栅BP1之后的第二布拉格偏振光栅BP2将入射光定向到第零衍射级。因此，第一布拉格偏振光栅BP1中存在的透镜被“开启”，第二布拉格偏振光栅BP2中存在的透镜被“关闭”。在这种情况下，在距离观察者36更大距离处生成SLM的虚像38，该虚像38意在显示给眼睛。然后，观察者36可以通过集成HUD的运输工具的挡风玻璃37观看并且观察SLM的这个虚像38。

在图15的图示b)中，现在以下列方式控制偏振开关PS1和PS2，即使得第一布拉格偏振光栅BP1将入射光偏转到第零衍射级中，第二布拉格偏振光栅BP2将入射光偏转到第一衍射级中。在所示的示例中，第二布拉格偏振光栅BP2然后生成SLM的实像39，观察者36可以在运输工具的内侧(即在挡风玻璃37前面)看到该实像39并且观察该实像39。

此外，还可以为两个布拉格偏振光栅BP1和BP2设置用于校正色散的补偿光栅元件。

本发明当然不限于SLM的一个实像和一个虚像的情况；相反，也可以生成距离观察者不同距离处的SLM的多个虚像和多个实像。

本发明也不限于使用两个透射的布拉格偏振光栅。一个或两个布拉格偏振光栅也可以是反射配置。

此外，本发明并非意在仅限于在光束路径中位于SLM和挡风玻璃之间的布拉格偏振光栅。尤其地，也可以在挡风玻璃上安装一个或多个反射的布拉格偏振光栅。

图16示意性地显示了头戴式显示器(HMD)，其中显示的对象可以在两个不同的深度平面上表示。

该HMD包括照明装置40、SLM、光学系统41、光导42、光耦合装置43和光解耦装置44。利用照明装置40对SLM进行照明，并根据要表示的信息或场景对光进行调制。然后，利用光学系统41在无穷远处对SLM进行成像，这里将光学系统41显示为透镜元件。这意味着来自SLM的各个像素的光束彼此平行。然后，这些光束通过光耦合装置43耦合到光导42中，并通过反射在光导42中传播，直到它们再次通过光解耦装置44与光导42解耦。如图16所示，设置了两个可控的布拉格偏振光栅，它们布置在光解耦装置44和观察者45之间，观察者45在这里也只显示为眼睛。在该示例性实施例中，两个可控的布拉格偏振光栅设置在光导42的内侧表面或边界表面上(即从观察者45的方向看)。两个布拉格偏振光栅分别具有偏振开关PS1、PS2和布拉格偏振光栅BP1、BP2，布拉格偏振光栅BP1、BP2被配置为透镜元件或具有透镜功能。

在图16的图示a)中，控制或切换两个偏振开关PS1和PS2，以使在光的方向上设置在光解耦装置44之后的第一布拉格偏振光栅BP1将入射光衍射到第一衍射级中，并且后续布置的第二布拉格偏振光栅BP2将入射光定向到第零衍射级中。以这种方式，在离观察者45的第一距离处生成SLM的图像46。

在图16的图示b)中，以不同的方式控制或切换两个偏振开关PS1和PS2，以便第一布拉格偏振光栅BP1将入射光引导或定向到第零衍射级中，并且第二布拉格偏振光栅BP2将入射光衍射到第一衍射级中。以这种方式，在离观察者45的第二距离处生成SLM的图像48。

在该示意性示出的图16中，SLM图像与光导的距离和SLM图像的大小分别比缩放视图小。光导本身通常只有几毫米厚。眼睛与光导的距离可约为25毫米-30毫米。然而，SLM的图像通常在距光导约20厘米至几米的范围内生成，并且与SLM相比，通常自身被放大。

此外，还可以为两个布拉格偏振光栅BP1和BP2提供用于校正色散的补偿光栅元件。

根据图16的这种布置优选地也可与观察者的注视跟踪结合使用。例如，如果检测到观察者正在观察或关注一个特定的对象，与SLM的第二图像相比，该对象更接近SLM的第一图像，则随后通过HMD生成SLM的第一图像46。然而，如果聚焦的对象更接近SLM的第二图像或位于SLM的第二图像附近，则生成SLM的第二图像48。

所述原理或所公开的过程也可扩展到两个以上的可控的布拉格偏振光栅和两个以上的图像平面或深度平面。这一原理也可以与附加的无源透镜元件相结合。可选地，两个可控的布拉格偏振光栅的两个布拉格偏振光栅也可以引导到第一衍射级中，以便通过两个布拉格偏振光栅的两个透镜功能的组合，在离观察者更远的深度平面上生成SLM的图像。

HMD的这种在z方向或轴向方向上的跟踪当然也可以与精细跟踪相结合。当然，所描述的该原理也适用于根据图15的HUD。

图17总体示出了当要表示的场景的观察者移动到新位置时，通过至少一个可控的布拉格偏振光栅使通过显示装置生成的虚拟观察者区域移位的方式，即可以移动到新位置。为了生成优选地全息表示的场景，显示装置包括照明装置、至少一个SLM和光学系统，在这里为了清晰而没有显示这些元件，图17只集中于虚拟观察者区域的跟踪。

显示装置在观察者50的眼睛的区域中生成虚拟观察者区域，使观察者50能够在通过这个虚拟观察者区域观看时观察到被表示的场景。位于图17中的上部区域中的观察者50的头部用于解释对虚拟观察者窗口在横向方向上(这里是x方向)的粗跟踪，位于图17的下部区域中的观察者50的头部用于解释对虚拟观察者窗口在轴向方向上(这里是z方向)的粗跟踪。

在观察者50发生位置变化的情况下，为了对虚拟观察者区域进行跟踪，显示装置包括由布拉格偏振光栅BP和偏振开关PS构成的至少一个可控的布拉格偏振光栅、至少两个光栅元件(在这种情况下是体光栅VG1和VG2)以及液晶光栅LCG。这里将可控的布拉格偏振光栅与体光栅VG1和VG2相结合，用于在xyz方向上对虚拟观察者区域进行粗跟踪，而液晶光栅LCG则设置用于对虚拟观察者区域进行精细跟踪。

如果偏振光现在入射到与布拉格偏振光栅BP相结合的偏振开关PS上，则根据给定的偏振，布拉格偏振光栅将该光衍射或偏转到第零衍射级或第一衍射级。

对于虚拟观察者区域的粗跟踪，分别具有不同窄角选择性的体光栅VG1和VG2被配置为具有不同横向焦点或不同焦距的场透镜，从而可以相应地在z方向上聚焦不同的光。通过偏振开关PS，对照明装置发射并由SLM调制的入射光的偏振进行调整，以使布拉格偏振光栅BP将光定向到第零衍射级或第一衍射级。对体光栅VG1和VG2的入射角进行调整或配置，以使一个体光栅(例如体光栅VG1)将来自布拉格偏振光栅BP的第零衍射级的光以高的衍射效率聚焦到第一个z平面上，例如位于图17的上部区域中的观察者50所在的z平面。另一体光栅(例如体光栅VG2)然后将来自布拉格偏振光栅BP的第一衍射级的光以高的衍射效率聚焦到不同的z平面上，例如将光聚焦到位于图17的下部区域中的观察者50所在的z平面上。因此，通过至少一个可控的布拉格偏振光栅，可以控制具有透镜功能的光栅元件，然后将光聚焦到所需的z平面上。

对于虚拟观察者区域的粗跟踪，例如在这里所示的x方向上，通过偏振开关PS调整光的偏振，使布拉格偏振光栅BP将入射光定向到第零衍射级或第一衍射级。然后，入射光在两个不同的角度上偏转，这取决于耦合到布拉格偏振光栅BP的偏振开关PS的开关状态。这两个偏转角适应于随后布置在光束路径中的不同体光栅VG1和VG2的角度接受度，从而使体光栅VG1或体光栅VG2可以被寻找到并相应地偏转光。以这种方式，光可以以受控的方式定向到横向(x-y方向)方向上，虚拟观察者区域可以根据观察者50的新位置移位，这可以从观察者50的两个头部的图示中看出。

粗跟踪的两种可行方式(横向方向的跟踪和轴向方向的跟踪)可以相互结合。此外，粗跟踪可以与虚拟观察者区域的精细跟踪相结合，可以通过液晶光栅LCG来实现。

本发明不限于此处所示的示例性实施例。实施例或示例性实施例的进一步组合也是可行的。总之，尤其应该指出的是，上述描述的示例性实施例仅用于描述所声称的教导，但此教导并非意在仅限于示例性实施例。