Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung oder einem Verfahren nach Gattung der unabhängigen Ansprüche. The invention is based on a device or a method according to the preamble of the independent claims.
Bei einem Head-Up System umfasst eine Projektionsoptik optische Linsen und/oder Spiegel, um ein Bild eines Projektors in einem Betrachtungsbereich für einen Betrachter bereitzustellen.In a head-up system, projection optics include optical lenses and / or mirrors to provide an image of a projector in a viewing area to an observer.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Vor diesem Hintergrund wird mit dem hier vorgestellten Ansatz ein Projektionssystem zum Bereitstellen eines Bilds in einen Betrachtungsbereich gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.Against this background, with the approach presented here, a projection system for providing an image in a viewing area according to the main claims is presented. The measures listed in the dependent claims advantageous refinements and improvements of the independent claim device are possible.
Optische Linsen und Spiegel brechen und reflektieren Licht. Dabei wird das Licht geformt. Ein Winkel und eine Richtung der Brechung beziehungsweise Reflexion ändert sich über eine Fläche der Linse beziehungsweise des Spiegels. Die Brechung oder Reflexion kann in einer Funktion abgebildet werden. Optical lenses and mirrors break and reflect light. The light is formed. An angle and a direction of refraction change over an area of the lens and the mirror, respectively. The refraction or reflection can be mapped in one function.
Die Funktion kann in einem Hologramm, also einer Gitterstruktur abgebildet werden. Somit können Linsen und Spiegel eines Projektionssystems durch Hologramme ersetzt werden. The function can be mapped in a hologram, ie a grid structure. Thus, lenses and mirrors of a projection system can be replaced by holograms.
Ein Hologramm kann in einer holografischen Schicht geschrieben werden. Die Schicht kann sehr dünn sein. Beispielsweise kann das Hologramm als Trägermaterial eine Folie aufweisen. Dadurch können Hologramme ein geringes Gewicht und einen geringen Platzbedarf aufweisen. Durch Verwendung zumindest eines Hologramms kann ein Projektionssystem kompakt konstruiert werden und kostengünstig hergestellt werden.A hologram can be written in a holographic layer. The layer can be very thin. For example, the hologram may have a film as a carrier material. As a result, holograms can have a low weight and a small footprint. By using at least one hologram, a projection system can be made compact and manufactured inexpensively.
Es wird ein Projektionssystem zum Bereitstellen eines Bilds in einen Betrachtungsbereich vorgestellt, wobei das Projektionssystem einen Projektor zum Projizieren des Bilds auf eine Projektionsfläche, und eine zwischen dem Projektor und dem Betrachtungsbereich angeordnete holografische optische Einrichtung aufweist.A projection system for providing an image to a viewing area is presented, wherein the projection system has a projector for projecting the image onto a projection surface, and a holographic optical device arranged between the projector and the viewing area.
Unter einem Projektionssystem kann ein Sichtfeldanzeigegerät beziehungsweise Head-Up Display verstanden werden. Ein Betrachtungsbereich kann als Eyebox bezeichnet werden. Eine Projektionsfläche kann beispielsweise eine Mattscheibe sein. Die Projektionsfläche kann einen einfallenden Lichtstrahl in einen Lichtkegel streuen. Damit ist der Lichtkegel aus einem Winkelbereich sichtbar. Die holografische optische Einrichtung kann ein oder mehrere holografische optische Elemente umfassen. Gemäß einer Ausführungsform ist die Einrichtung durch ein holografisches optisches Element realisiert.A projection system can be understood as meaning a field of view display device or head-up display. A viewing area can be called an eyebox. A projection screen may be, for example, a ground-glass screen. The projection surface can scatter an incident light beam into a cone of light. This makes the light cone visible from an angle range. The holographic optical device may comprise one or more holographic optical elements. According to one embodiment, the device is realized by a holographic optical element.
Die holografische optische Einrichtung kann zwischen dem Projektor und der Projektionsfläche angeordnet sein. Die holografische optische Einrichtung kann das Licht von dem Projektor in einem vorbestimmten Winkel auf die Projektionsfläche lenken. Dadurch können die Lichtkegel der Projektionsfläche konvergent sein und ein eng begrenzter Betrachtungsbereich erreicht werden. Beispielsweise kann zwischen der holografischen optischen Einrichtung und der Projektionsfläche ein Luftspalt angeordnet sein.The holographic optical device may be arranged between the projector and the projection surface. The holographic optical device can direct the light from the projector at a predetermined angle to the projection surface. As a result, the light cones of the projection surface can be convergent and a narrow viewing range can be achieved. For example, an air gap may be arranged between the holographic optical device and the projection surface.
Zusätzlich oder alternativ kann die holografische optische Einrichtung zwischen der Projektionsfläche und dem Betrachtungsbereich angeordnet sein. Dabei kann die Einrichtung das Bild zu einem Betrachter umlenken. Durch eine holografische optische Einrichtung zwischen der Projektionsfläche und dem Betrachter kann das Bild für den Betrachter geformt werden. Beispielsweise kann ein zwischen der Projektionsfläche und dem Betrachtungsbereich angeordnetes holografisches optisches Element der Einrichtung zum Einspiegeln des Bilds in ein Sichtfeld des Betrachters verwendet werden.Additionally or alternatively, the holographic optical device may be arranged between the projection surface and the viewing region. The device can redirect the image to a viewer. By means of a holographic optical device between the projection surface and the viewer, the image can be shaped for the viewer. For example, a holographic optical element arranged between the projection surface and the viewing region of the device can be used to mirror the image into a field of view of the observer.
Wenn die Einrichtung beabstandet zu der Projektionsfläche zwischen dem Projektor und der Projektionsfläche angeordnet ist, kann die Einrichtung beabstandet zu der Projektionsfläche angeordnet sein. In diesem Fall kann die Einrichtung beispielsweise durch einen Luftspalt von der Projektionsfläche getrennt angeordnet sein.If the device is arranged at a distance from the projection surface between the projector and the projection surface, the device can be arranged at a distance from the projection surface. In this case, the device may be arranged, for example, separated from the projection surface by an air gap.
Alternativ kann die Einrichtung an die Projektionsfläche gekoppelt sein. Beispielsweise kann die Einrichtung an die Projektionsfläche gebondet sein. Bei der Projektionsfläche und dem holographischen Element handelt es sich explizit um zwei getrennte Elemente. Wenn das holographische Element ohne Abstand direkt an der Projektionsfläche platziert angekoppelt oder gar daran gebonded ist, handelt es sich bei dem holographischen Element und der Projektionsfläche immer noch um zwei getrennte Schichten. Während die Umlenkung in der holographischen Schicht erfolgt, wird das Licht erst an der eigentlichen Projektionsfläche gestreut.Alternatively, the device may be coupled to the projection surface. For example, the device may be bonded to the projection surface. The projection surface and the holographic element are explicitly two separate elements. If the holographic element is coupled without spacing directly to the projection surface or even bonded thereto, the holographic element and the projection surface are still two separate layers. While the deflection takes place in the holographic layer, the light is only scattered at the actual projection surface.
Die Einrichtung kann ausgebildet sein, um zum Projizieren des Bilds verwendetes Licht ungestreut umzulenken. Das durch die Einrichtung realisierte Hologramm stellt somit nicht die Projektionsfläche oder eine Funktionalität der Projektionsfläche dar, sondern stellt ein umlenkendes Element vor der Projektionsfläche dar, welches selbst keine streuenden Eigenschaften besitzt.The device may be configured to redirect light used to project the image unscattered. The hologram realized by the device thus does not provide the projection surface or a functionality of the projection surface but represents a deflecting element in front of the projection surface, which itself has no scattering properties.
Somit ist die Projektionsfläche nicht als eine holographische Projektionsfläche ausgeführt, welche das mit dem Projektor aufgespielte Bild in unterschiedliche Raumrichtungen streut, sodass das Bild jeweils nur aus begrenzten, getrennten Raumwinkeln heraus sichtbar ist. Realisiert werden könnte eine solche holographische Projektionsfläche, wie sie gemäß dem hier vorgestellten Ansatz nicht verwendet wird, durch drei holographische Schichten, die jeweils das Bild in eine Raumrichtung lenken. Im Unterschied dazu ist das durch die hier verwendete Einrichtung realisierte Hologramm nicht ausgebildet, um das Bild in unterschiedliche Richtungen aufzuspalten. Das Licht des Projektors wird zwar umgelenkt, aber nicht in verschiedene Kanäle gespalten.Thus, the projection surface is not designed as a holographic projection surface, which scatters the image played with the projector in different spatial directions, so that the image is visible only from limited, separate solid angles out. Such a holographic projection surface, as is not used according to the approach presented here, could be realized by three holographic layers, each of which directs the image in a spatial direction. In contrast, the hologram realized by the device used herein is not designed to split the image in different directions. Although the projector's light is redirected, it is not split into different channels.
Die Einrichtung kann als eine einzige holographische Schicht realisiert sein, in die drei Hologramme für die drei Grundfarben einbelichtet sind. Somit kann die verwendete holographische Funktion in einer einzelnen holographischen Schicht realisiert werden in die drei Hologramme für die drei Grundfarben einbelichtet werden. Durch die Wellenlängenselektivität des Hologramms lassen sich die Hologramme für die drei unterschiedlichen Wellenlängen der drei Grundfarben in dieselbe holographische Schicht einbelichten.The device can be realized as a single holographic layer in which three holograms for the three primary colors are imprinted. Thus, the holographic function used can be realized in a single holographic layer into which three holograms for the three primary colors are imprinted. Due to the wavelength selectivity of the hologram, the holograms for the three different wavelengths of the three primary colors can be imprinted in the same holographic layer.
Die Einrichtung kann ein Kugelwellenumlenker sein. Ein Kugelwellenumlenker ist eine Sonderform eines Hologramms. Der Kugelwellenumlenker lenkt von einem Punkt ausgehende, sich kugelförmig ausbreitende Lichtwellen um und fokussiert diese auf einen weiteren Punkt. Der Kugelwellenumlenker kann reflektierend oder transluzent sein.The device may be a spherical wave deflector. A spherical wave deflector is a special form of hologram. The spherical waveguide deflects spherical waves propagating from one point and focuses them on another point. The spherical wave deflector can be reflective or translucent.
Die Einrichtung kann eine Vielzahl von einzelnen Pixelhologrammen aufweisen. Ein Pixelhologramm kann ein eigenständiges Hologramm sein. Dabei kann jedes Pixelhologramm eine eigene Funktion abbilden. So kann die holografisch optische Einrichtung gut an ihren Einsatzzweck angepasst werden. Die Pixelhologramme können reflektierend oder transluzent sein.The device may include a plurality of individual pixel holograms. A pixel hologram can be a standalone hologram. Each pixel hologram can represent its own function. Thus, the holographic optical device can be well adapted to their application. The pixel holograms can be reflective or translucent.
Die Pixelhologramme können in einer reihenförmigen und/oder spaltenförmigen Struktur angeordnet sein. Durch die Matrixform können die einzelnen Pixelhologramme einfach geschrieben werden, während die anderen Pixel durch eine Blende abgedeckt sind.The pixel holograms can be arranged in a row-shaped and / or column-shaped structure. Due to the matrix shape, the individual pixel holograms can be easily written while the other pixels are covered by a shutter.
Die Pixelhologramme können in einer hexagonalen Struktur angeordnet sein. Die hexagonale Struktur kann wabenförmig sein. Durch die hexagonale Struktur kann eine hohe Pixeldichte erreicht werden.The pixel holograms may be arranged in a hexagonal structure. The hexagonal structure may be honeycomb. Due to the hexagonal structure, a high pixel density can be achieved.
Das Projektionssystem kann zumindest zwei zwischen dem Projektor und dem Betrachtungsbereich angeordnete holografisch optische Elemente aufweisen. Die holografischen optischen Elemente können unterschiedliche Funktionen abbilden. Jedes holografisch optische Element kann eine Linse oder einen Reflektor ersetzen. Die Elemente können unterschiedliche Abstände zu dem Projektor aufweisen.The projection system may comprise at least two holographic optical elements arranged between the projector and the viewing area. The holographic optical elements can map different functions. Each holographic optical element can replace a lens or a reflector. The elements may have different distances to the projector.
Die Projektionsfläche kann ein Mikrolinsenarray sein. Ein Mikrolinsenarray kann eine Vielzahl von regelmäßig angeordneten Linsen aufweisen, die jeweils einen einfallenden Lichtstrahl definiert in einen Abstrahlkegel brechen. Ein Mikrolinsenarray kann eine hohe Lichtdurchlässigkeit aufweisen.The projection surface may be a microlens array. A microlens array may comprise a plurality of regularly arranged lenses, each of which defines an incident light beam to break into a radiation cone. A microlens array can have a high light transmission.
Der Projektor kann ein Laserprojektor sein. Bei einem Laserprojektor wird das Bild mit Laserlicht bereitgestellt. Die holografisch optische Einrichtung kann das Laserlicht in normales Licht umwandeln.The projector can be a laser projector. In a laser projector, the image is provided with laser light. The holographic optical device can convert the laser light into normal light.
Weiterhin wird ein Verfahren zum Herstellen eines holografischen optischen Elements vorgestellt, bei dem in einem Schritt des Schreibens zumindest eine Hologrammstruktur unter Verwendung einer Referenzwelle und einer Objektwelle geschrieben wird.Furthermore, a method for producing a holographic optical element is presented in which, in a step of writing, at least one hologram structure is written using a reference wave and an object wave.
Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein.This method can be implemented, for example, in software or hardware or in a mixed form of software and hardware, for example in a control unit.
Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:Embodiments of the approach presented here are shown in the drawings and explained in more detail in the following description. It shows:
1 eine Darstellung eines Projektionssystems mit einer Projektionsfläche; 1 a representation of a projection system with a projection screen;
2 eine Darstellung eines Projektionssystems mit einer Projektionsfläche und einer Feldlinse; 2 a representation of a projection system with a projection surface and a field lens;
3 eine Darstellung eines schematischen Aufbaus eines Head-Up Displays; 3 a representation of a schematic structure of a head-up display;
4 eine Darstellung eines Betriebs eines Head-Up Displays; 4 a representation of an operation of a head-up display;
5 eine Darstellung eines Systemaufbaus gemäß einem Ausführungsbeispiel; 5 a representation of a system structure according to an embodiment;
6 eine Darstellung einer Funktionsweise eines Hologramms gemäß einem Ausführungsbeispiel; 6 a representation of an operation of a hologram according to an embodiment;
7 eine Prinzipskizze einer Aufnahme eines Hologramms gemäß einem Ausführungsbeispiel; 7 a schematic diagram of a recording of a hologram according to an embodiment;
8 Darstellung eines Systemaufbaus eines HUD-Systems gemäß einem Ausführungsbeispiel; 8th Representation of a system structure of a HUD system according to an embodiment;
9 eine Darstellung eines Hologramms als Reflexionshologramm gemäß einem Ausführungsbeispiel; 9 a representation of a hologram as a reflection hologram according to an embodiment;
10 eine Darstellung verschiedener Aufnahmepatterns für ein geschriebenes HOE gemäß Ausführungsbeispielen; 10 a representation of various recording patters for a written HOE according to embodiments;
11 eine Darstellung einer Funktionsweise eines pixelweise geschriebenen Hologramms gemäß einem Ausführungsbeispiel; 11 a representation of an operation of a pixel-wise written hologram according to an embodiment;
12 eine Darstellung einer Funktionsweise einer Frontscheibe mit holografischem Kugelwellenumlenker gemäß einem Ausführungsbeispiel; 12 a representation of an operation of a windshield with holographic spherical wave deflector according to an embodiment;
13 eine Verwendung eines Frontscheibenhologramms mit ausgedehnter Lichtquelle gemäß einem Ausführungsbeispiel; und 13 a use of a windscreen hologram with extended light source according to an embodiment; and
14 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines holografischen optischen Elements gemäß einem Ausführungsbeispiel. 14 a flowchart of a method for producing a holographic optical element according to an embodiment.
In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.In the following description of favorable embodiments of the present invention, the same or similar reference numerals are used for the elements shown in the various figures and similar acting, wherein a repeated description of these elements is omitted.
1 zeigt eine Darstellung eines Projektionssystems 100 mit einer Projektionsfläche 102. Die Projektionsfläche 102 streut die von einem Projektor 104 projizierten Bildpunkte 106 in einen Abstrahlkegel, der einem bestimmten Raumwinkel α entspricht. Eine Hauptabstrahlrichtung dieses Kegels ist durch die Positionierung des Projektors 104 bestimmt. 1 shows a representation of a projection system 100 with a projection screen 102 , The projection screen 102 scatters the from a projector 104 projected pixels 106 in a Abstrahlkegel that corresponds to a certain solid angle α. A main direction of radiation of this cone is through the positioning of the projector 104 certainly.
Bei dem Projektionssystem 100 ist der Projektor 104 auf die Projektionsfläche 102 gerichtet, die die Bildpunkte 106 in dem Kegel streut, der den Raumwinkel α abdeckt. Die Hauptabstrahlrichtung dieses Kegels ist abhängig von der Positionierung des Projektors 104 und unterscheidet sich für die verschiedenen Bildpunkte 106. Nutzt ein nachfolgendes optisches System nur einen begrenzten Raumwinkel α oder befindet sich ein Betrachterbereich nur in einem begrenzten Raumwinkel α, so ist es vorteilhaft, wenn alle Bildpunkte 106 in diesen Raumwinkel α strahlen. Dazu kann eine sehr breit streuende oder lambertartig streuende Projektionsfläche 102 verwendet werden.In the projection system 100 is the projector 104 on the projection screen 102 directed the pixels 106 scatters in the cone covering the solid angle α. The main radiation direction of this cone depends on the positioning of the projector 104 and differs for the different pixels 106 , If a subsequent optical system uses only a limited solid angle α or if a viewer area is located only in a limited solid angle α, then it is advantageous if all the pixels 106 radiate α into this solid angle. This can be a very wide scattering or lambertartig scattering projection surface 102 be used.
Bei konventionellen Projektionssystemen 100 wird die Projektionsfläche 102 von einem Projektor 104 bestrahlt, ohne dass eine zusätzliche, richtungsumlenkende Optik zum Einsatz kommt, um die Abstrahlung des von der Projektionsfläche 102 abgehenden Lichts in eine bestimmte Richtung zu leiten. Dadurch ist die Abstrahlung im Wesentlichen durch den Ort des Projektors 104 relativ zur Projektionsfläche 102 bestimmt und die Projektionsfläche 102 strahlt divergent in den Raum ab. Eine Umlenkung des auf die Projektionsfläche 102 treffenden Lichtes mit Hilfe von Feldlinsen ist nur sehr eingeschränkt möglich, da die Feldlinsen als refraktive Elemente nur eine begrenzte Brechkraft besitzen und aufgrund ihrer Dicke nicht beliebig nahe an der Projektionsfläche 102 platziert werden können. Durch den Abstand einer Feldlinse zu einer Projektionsfläche 102 kann ebenfalls eine Unschärfe des Bildes auftreten.In conventional projection systems 100 becomes the projection screen 102 from a projector 104 irradiated, without the need for an additional, direction-deflecting optics to the radiation of the projection surface 102 outgoing light in a certain direction. As a result, the radiation is essentially due to the location of the projector 104 relative to the projection surface 102 determined and the projection screen 102 emits divergent into the room. A deflection of the on the projection surface 102 The use of field lenses is only possible to a very limited extent because the field lenses only have a limited refractive power as refractive elements and, due to their thickness, are not arbitrarily close to the projection surface 102 can be placed. By the distance of a field lens to a projection surface 102 may also blur the image.
2 zeigt eine Darstellung eines Projektionssystems 100 mit einer Projektionsfläche 102 und einer Feldlinse 200. Das Projektionssystem 100 entspricht dabei im Wesentlichen dem Projektionssystem in 1. Die Feldlinse 200 lenkt das Licht des Projektors 104 um, um eine bestimmte Abstrahlrichtung an der Projektionsfläche 102 zu realisieren. Der Grad der Umlenkung ist beschränkt durch die Brechkraft der Linse 200. Aufgrund der Linsendicke können Aberrationen im Bild auftreten. 2 shows a representation of a projection system 100 with a projection screen 102 and a field lens 200 , The projection system 100 corresponds essentially to the projection system in 1 , The field lens 200 directs the light of the projector 104 order a certain direction of emission at the projection surface 102 to realize. The degree of deflection is limited by the refractive power of the lens 200 , Due to the lens thickness, aberrations can occur in the image.
Um bei Einsatz einer in schmalere Abstrahlkegel streuenden Projektionsfläche 102 die Hauptabstrahlrichtung der Kegel anzupassen, kann die Feldlinse 200 verwendet werden. Die Feldlinse 200 befindet sich nahe der Projektionsfläche 102 und lenkt das Licht des Projektors 104 derart um, dass die Abstrahlrichtung an der Projektionsfläche 102 angepasst wird. Da die Linse 200 aufgrund ihrer Dicke nicht beliebig nahe an der Projektionsfläche 102 positioniert werden kann, können Bildfehler auftreten. Die Linse 200 kann außerdem zu einer Unschärfe des Bildes führen. Durch die begrenzte Brechkraft der Linse 200 können die Strahlen nicht beliebig stark umgelenkt werden. Insbesondere bei großen Projektionsflächen 102 ist die Umlenkung durch eine Feldlinse 200 nicht mehr realisierbar.To when using a scattering in narrower beam cone projection surface 102 To adjust the main emission direction of the cone, the field lens 200 be used. The field lens 200 is near the screen 102 and directs the light of the projector 104 such that the emission direction at the projection surface 102 is adjusted. Because the lens 200 due to their thickness not arbitrarily close to the projection surface 102 can be positioned, artifacts can occur. The Lens 200 may also cause the image to blur. Due to the limited refractive power of the lens 200 the rays can not be deflected at will. Especially for large projection surfaces 102 is the deflection by a field lens 200 no longer feasible.
3 zeigt eine Darstellung eines schematischen Aufbaus eines Head-Up Displays 300. Bei dem Head-Up Display 300 wird eine Bildebene einer Bildgebereinheit (PGU, Picture Generating Unit) 302 mithilfe einer Optik (HUD-Optik) 304 auf ein virtuelles, vor dem Fahrzeug 306 befindliches Bild 308 abgebildet. Der Fahrer 310 nimmt dadurch ein vergrößertes Bild 308 wahr, das von der PGU 302 erzeugt wurde. Dieses Bild 308 ist mit der Fahrszene überlagert und befindet sich in definiertem Abstand von der Frontscheibe 312 auf der virtuellen Leinwand. LCD-Module können als bildgebendes Element in der PGU 302 verwendet werden. 3 shows a representation of a schematic structure of a head-up display 300 , In the head-up display 300 is an image plane of an image generator unit (PGU, Picture Generating Unit) 302 using optics (HUD optics) 304 on a virtual, in front of the vehicle 306 located picture 308 displayed. The driver 310 takes an enlarged picture 308 true, that of the PGU 302 was generated. This picture 308 is superimposed on the driving scene and is at a defined distance from the windscreen 312 on the virtual screen. LCD modules can act as an imaging element in the PGU 302 be used.
4 zeigt eine Darstellung eines Betriebs eines Head-Up Displays 300. Das Head-Up Display 300 entspricht dabei im Wesentlichen dem Head-Up Display in 3. Das dargestellte virtuelle Bild 308 ist eine vergrößerte Abbildung des von der Bildgebereinheit erzeugten Displays. Daher benötigt die Head-Up Display Optik eine bestimmte Vergrößerung. Die notwendige Vergrößerung nimmt mit dem Abstand der virtuellen Leinwand zu, da es erforderlich ist, das von der Bildgebereinheit erzeugte Bild stärker zu vergrößern, um in größerem Abstand das gewünschte Sichtfeld des Fahrers einzunehmen. Bei Head-Up Displays 300 kann die virtuelle Leinwand in einem Abstand von etwa 15 m liegen. 4 shows a representation of an operation of a head-up display 300 , The head-up display 300 essentially corresponds to the head-up display in 3 , The illustrated virtual image 308 Figure 13 is an enlarged diagram of the display generated by the imager unit. Therefore, the head-up display optics requires a certain magnification. The necessary magnification increases with the distance of the virtual screen, since it is necessary to increase the image generated by the image generator unit more strongly in order to occupy the desired field of view of the driver at a greater distance. For head-up displays 300 the virtual screen can be at a distance of about 15 m.
5 zeigt eine Darstellung eines Systemaufbaus 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Der Systemaufbau 100 entspricht im Wesentlichen dem Projektionssystem in den 1 und 2. Der Systemaufbau 100 kann beispielsweise in einem Bildgeber eines Head-Up Displays wie in den 3 und 4 verwendet werden. Ein laserbasierter Projektor 104 projiziert dabei auf eine Projektionsfläche 102. Die Projektionsfläche 102 weitet die projizierten Bildpunkte 106 in schmale Kegel auf. Eine holografisch optische Einrichtung 500 in Form eines holografisch optischen Elements (HOE), im Folgenden auch als Hologramm bezeichnet, ist vor der Projektionsfläche 102 platziert, um die Hauptabstrahlrichtung der Kegel umzulenken, sodass eine konvergente Abstrahlform der Projektionsfläche 102 entsteht. 5 shows a representation of a system structure 100 according to an embodiment. The system structure 100 essentially corresponds to the projection system in the 1 and 2 , The system structure 100 For example, in an imager of a head-up display as in the 3 and 4 be used. A laser-based projector 104 projected onto a projection screen 102 , The projection screen 102 expands the projected pixels 106 in narrow cones. A holographic optical device 500 in the form of a holographic optical element (HOE), also referred to below as a hologram, is in front of the projection surface 102 placed to redirect the main radiation direction of the cone, so that a convergent emission of the projection surface 102 arises.
In 5 ist der prinzipielle Aufbau des vorgeschlagenen Systems 100 dargestellt. Dabei projiziert ein Projektor 104 ein Bild auf eine Projektionsfläche 102, vor der die holografisch optische Einrichtung 500 in Form des holografisch optischen Elements (HOE) 500 platziert ist. Dadurch, dass das holografisch optische Element 500 als dünne Schicht nahe an der Projektionsfläche 102 platziert oder mit der Projektionsfläche 102 gekoppelt werden kann, wird eine scharfe Abbildung des Bildes auf die Projektionsfläche 102 erhalten. Wenn das holografisch optische Element 500 direkt an die Projektionsfläche 102 angekoppelt ist, kann das holografisch optische Element 500 beispielsweise über eine Bondverbindung an die Projektionsfläche 102 angebondet sein. Das holografisch optische Element 500 lenkt das vom Projektor 104 aus einfallende Licht derart um, dass die Projektionsfläche 102 von einem konvergenten Strahlkegel bestrahlt wird. Die Projektionsfläche 102 selbst weitet das Licht eines jeden Bildpunktes 106 in einen Abstrahlkegel auf. Die Hauptabstrahlrichtung eines jeden Kegels wird von der holografischen Funktion des holografisch optischen Elements bestimmt. Die Projektionsfläche 102 kann hier beispielsweise als ein Mikrolinsenarray oder eine schwach streuende Projektionsfläche realisiert sein. In 5 is the basic structure of the proposed system 100 shown. It projects a projector 104 a picture on a projection screen 102 , in front of the holographic optical device 500 in the form of the holographic optical element (HOE) 500 is placed. Because of the holographic optical element 500 as a thin layer close to the projection surface 102 placed or with the projection screen 102 can be coupled, a sharp picture of the image on the screen 102 receive. If the holographic optical element 500 directly to the projection screen 102 coupled, the holographic optical element 500 for example, via a bond to the projection surface 102 be bonded. The holographic optical element 500 directs this from the projector 104 from incident light in such a way that the projection surface 102 is irradiated by a convergent beam cone. The projection screen 102 itself widens the light of each pixel 106 in a radiating cone. The main emission direction of each cone is determined by the holographic function of the holographic optical element. The projection screen 102 can be realized here, for example, as a microlens array or a weakly scattering projection surface.
Ein nachfolgender Betrachtungsbereich der Projektionsfläche 102 oder ein nachfolgendes optisches System zur Abbildung der Projektionsfläche 102 kann beispielsweise bauartbedingt nur Winkel aus einem bestimmten Abstrahlbereich eines jeden Pixels 106 aufnehmen. Durch die vorgestellte Anordnung 100 kann ein großer Teil des zur Verfügung stehenden Lichts in diesen Bereich gestrahlt werden. Das Licht wird nicht wie bei breit streuenden Projektionsflächen 102 in ungenutzte Bereiche gestrahlt. Somit kann die Systemeffizienz erhöht werden.A subsequent viewing area of the projection screen 102 or a subsequent optical system for imaging the projection surface 102 For example, due to the design, only angles from a specific emission range of each pixel 106 take up. By the presented arrangement 100 A large part of the available light can be radiated into this area. The light does not become like broadly scattering projection surfaces 102 blasted into unused areas. Thus, the system efficiency can be increased.
Mit anderen Worten wird eine holografisch optische Einrichtung 500 in Form eines holografischen Strahlformungselements 500 für ein Laserprojektionssystem 100 vorgestellt. Bei dem hier vorgestellten Ansatz wird eine spezifische Abstrahlcharakteristik auf einer Projektionsfläche 102 eines Projektionssystems 100 mithilfe des holografisch optischen Elements 500 erreicht.In other words, it becomes a holographic optical device 500 in the form of a holographic beam-shaping element 500 for a laser projection system 100 presented. The approach presented here has a specific emission characteristic on a projection surface 102 a projection system 100 using the holographic optical element 500 reached.
Das vorgeschlagene Konzept arbeitet mit dem holografisch optischen Element (HOE) 500 zur Strahlformung an der Projektionsfläche 102. Das holografische Element 500 kann dabei als einfacher Kugelwellenumlenker 500 realisiert sein und ist damit einfach und kostengünstig herzustellen. Es lassen sich damit sehr starke Umlenkungen des Lichts realisieren, da das holografisch optische Element 500 als flache Schicht direkt an beziehungsweise vor oder hinter der Projektionsfläche 102 platziert werden kann. Aufgrund der Platzierung direkt an der Projektionsfläche 102 bleibt die Bildschärfe der Projektion erhalten.The proposed concept works with the holographic optical element (HOE) 500 for beam shaping on the projection surface 102 , The holographic element 500 can be used as a simple spherical wave deflector 500 be realized and is thus easy and inexpensive to manufacture. It can thus realize very strong deflections of the light, since the holographic optical element 500 as a flat layer directly on or in front of or behind the projection surface 102 can be placed. Due to the placement directly on the projection surface 102 the image sharpness of the projection is retained.
Es wird somit auch die Verwendung einer holografisch optischen Einrichtung 500 in Form eines holografischen Vorsatzelements in einem bildgebenden Projektionssystem 100 vorgestellt. Durch die Verwendung des holografischen Elements 500 kann die Abstrahlung an der Projektionsfläche 102 in bestimmte Richtungen umgelenkt werden. Das System 100 wird damit auf einen bestimmten Betrachtungsbereich oder eine nachfolgende Optik angepasst.It is thus also the use of a holographic optical device 500 in the form of a holographic attachment element in an imaging projection system 100 presented. By using the holographic element 500 Can the radiation on the screen 102 be redirected in certain directions. The system 100 is thus adapted to a particular viewing area or a subsequent optics.
Durch die Realisierung der optischen Funktion einer Feldlinse in einer als dünne holografische Schicht realisierten holografischen optischen Einrichtung 500 nahe an der Projektionsfläche 102 kann eine Verbesserung der Bildschärfe erreicht werden.By realizing the optical function of a field lens in a holographic optical device realized as a thin holographic layer 500 close to the projection screen 102 An improvement in image sharpness can be achieved.
Durch die in die holografische Schicht 500 einbelichtete Funktion kann eine Umlenkung des vom Projektor 104 eingestrahlten Lichts weit über die Möglichkeiten refraktiv arbeitender Systeme hinaus realisiert werden. Through the into the holographic layer 500 imprinted function can be a deflection of the projector 104 radiated light far beyond the possibilities of refractive working systems beyond realized.
Insbesondere wird dadurch ermöglicht, eine konvergente Form der Abstrahlung an der Projektionsfläche 102 zu realisieren. In particular, this makes possible a convergent form of the radiation on the projection surface 102 to realize.
Durch die Anpassung der Abstrahlung kann eine hohe Systemeffizienz des Projektionssystems 100 erreicht werden. Durch die zielgerichtete Abstrahlung der Projektionsfläche 102 in den Nutzbereich kann die Leuchtdichte erhöht werden.By adapting the radiation can high system efficiency of the projection system 100 be achieved. Due to the targeted radiation of the projection surface 102 in the working area, the luminance can be increased.
Das Konzept eignet sich durch die Verwendung von holografischen Elementen 500 und Laserlicht zur Integration weiterer holografischer Elemente. Durch die hohe Anpassungsfähigkeit der holografischen Funktionen bietet das System 100 eine hohe Designfreiheit.The concept lends itself to the use of holographic elements 500 and laser light for integrating further holographic elements. Due to the high adaptability of the holographic functions, the system offers 100 a high degree of design freedom.
Der Einsatz von holografischen Elementen 500 bietet eine kostengünstige Lösung von komplexen optischen Funktionen und kann zu einer Kostenersparnis gegenüber refraktiven Lösungen führen.The use of holographic elements 500 offers a cost-effective solution of complex optical functions and can lead to cost savings over refractive solutions.
Durch die Realisierung von komplexen optischen Funktionen in dünnen holografischen Schichten 500 kann Bauraum gegenüber klassischen Lösungen eingespart werden. Insbesondere eignet sich das vorgeschlagene Konzept auch zur Realisierung einer holografischen Frontscheibe.By realizing complex optical functions in thin holographic layers 500 space can be saved compared to classic solutions. In particular, the proposed concept is also suitable for the realization of a holographic windshield.
In einem Ausführungsbeispiel wird ein holografisches Vorsatzelement 500 zur Strahlformung einem Projektionssystem 100 verwendet.In one embodiment, a holographic attachment element 500 for beam shaping a projection system 100 used.
6 zeigt eine Darstellung einer Funktionsweise einer holografisch optischen Einrichtung 500 in Form eines Hologramms gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Hologramm 500 entspricht im Wesentlichen dem Hologramm in 5. Das Hologramm 500 ist dabei ein Kugelwellenumlenker, der die Wellen einer Lichtquelle 600 derart umlenkt, dass sie zu einem Punkt 602 im Raum zusammenlaufen. 6 shows a representation of an operation of a holographic optical device 500 in the form of a hologram according to an embodiment. The hologram 500 essentially corresponds to the hologram in 5 , The hologram 500 is a spherical wave deflector, the waves of a light source 600 so diverted that it becomes a point 602 converge in the room.
In 6 ist die Funktionsweise des in 5 dargestellten Hologramms 500 dargestellt. Das Hologramm 500 wirkt dabei als Kugelwellenumlenker, der eine divergente Kugelwelle bündelt und auf einen Punkt 602 im Raum fokussiert. Wird nach dem holografisch optischen Element 500 eine Projektionsfläche platziert, kann so eine konvergente Abstrahlung an der Projektionsfläche realisiert werden. In 6 is the functioning of the in 5 presented hologram 500 shown. The hologram 500 acts as a spherical wave deflector that focuses a divergent spherical wave and on a point 602 focused in the room. Will after the holographic optical element 500 Placed a projection surface, so a convergent radiation can be realized on the projection surface.
7 zeigt eine Prinzipskizze einer Aufnahme eines Hologramms 500 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Hologramm 500 entspricht im Wesentlichen dem Hologramm in den 5 und 6. Die bei einer Belichtung eines holografisch optischen Elements 500 eingestrahlte Referenzwelle 700 ist eine divergente Kugelwelle. Als Objektwelle 702 kommt eine konvergente Welle zum Einsatz, die auf einen Punkt 704 im Raum hinter dem holografisch optischen Element 500 zuläuft. Mittels der Referenzwelle 700 kann so im Betrieb der weitere Verlauf der Objektwelle 702 rekonstruiert werden. 7 shows a schematic diagram of a recording of a hologram 500 according to an embodiment. The hologram 500 essentially corresponds to the hologram in the 5 and 6 , The at an exposure of a holographic optical element 500 irradiated reference wave 700 is a divergent spherical wave. As an object wave 702 A convergent wave is used, which is at one point 704 in the room behind the holographic optical element 500 tapers. By means of the reference wave 700 can thus in operation the further course of the object wave 702 be reconstructed.
In 7 ist die Aufnahme eines Hologramms 500 veranschaulicht. Dabei wird eine Referenzwelle 700 und eine Objektwelle 702 in die holografische Schicht 500 eingestrahlt. Die divergente Referenzwelle 700 strahlt dabei aus dem Ort 706, an dem im System der Projektor platziert wird. Die Objektwelle 702 verläuft konvergent, durchstrahlt die holografische Schicht 500 und konvergiert auf einen Punkt 704 im Raum hinter dem Hologramm 500. Damit die Lichtquellen sich bei der Aufnahme nicht gegenseitig abschatten, können die Lichtquellen aus unterschiedlichen Richtungen auf das Hologramm 500 einstrahlen oder es kann beispielsweise ein Strahlteiler bei der Aufnahme verwendet werden. Beim Abspielen des Hologramms 500 wird mittels der Referenzwelle 700 der weitere Verlauf der Objektwelle 702 nach dem Hologramm 500 rekonstruiert.In 7 is the recording of a hologram 500 illustrated. This will be a reference wave 700 and an object wave 702 into the holographic layer 500 irradiated. The divergent reference wave 700 radiates from the place 706 where the projector is placed in the system. The object wave 702 runs convergent, radiates through the holographic layer 500 and converges to a point 704 in the room behind the hologram 500 , So that the light sources do not shade each other when shooting, the light sources from different directions on the hologram 500 irradiate or, for example, a beam splitter can be used in the recording. When playing the hologram 500 is determined by the reference wave 700 the further course of the object wave 702 after the hologram 500 reconstructed.
8 zeigt eine Darstellung eines Systemaufbaus 100 eines Head-Up Display (HUD) Systems 300 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Head-Up Display System 300 entspricht dabei im Wesentlichen dem Head-Up Display in 3. Die abbildende Optik 304 des Head-Up Displays 300 ist hier schematisch als ein mehrstufiges Linsensystem mit Zwischenfokus 800 dargestellt. Durch den Zwischenfokus 800 ist eine konvergente Abstrahlung am Display 102 erforderlich. 8th shows a representation of a system structure 100 a Head-Up Display (HUD) system 300 according to an embodiment. The Head-Up Display System 300 essentially corresponds to the head-up display in 3 , The imaging optics 304 of the head-up display 300 is here schematically as a multi-stage lens system with intermediate focus 800 shown. Through the intermediate focus 800 is a convergent emission on the display 102 required.
Eine konvergente Abstrahlung einer Projektionsfläche 102 kann insbesondere bei Systemen 100 erforderlich sein, bei denen die Projektionsfläche 102 wiederum durch ein nachfolgendes optisches System über einen Zwischenfokus 800 abgebildet wird. Dies kann beispielsweise beim Einsatz im einem Head-Up Display 300 der Fall sein. In 8 ist beispielhaft ein solches System 100 dargestellt. Dabei ist die Abbildungsoptik 304 des Head-Up Displays 300 vereinfacht durch ein zweistufiges Linsensystem mit Zwischenfokus 800 dargestellt. Im Zwischenfokus 800 wird das Display 102 des Head-Up Displays 300 verkleinert abgebildet. Das Display 102 kann hier beispielsweise die Projektionsfläche 102 einer projektionsbasierten Bildgebereinheit 302 sein.A convergent radiation of a projection surface 102 especially in systems 100 be required, where the projection screen 102 again through a subsequent optical system via an intermediate focus 800 is shown. This can, for example, when used in a head-up display 300 be the case. In 8th is an example of such a system 100 shown. Here is the imaging optics 304 of the head-up display 300 simplified by a two-stage lens system with intermediate focus 800 shown. In the intermediate focus 800 becomes the display 102 of the head-up display 300 shown reduced in size. the display 102 Here, for example, the projection surface 102 a projection-based imager unit 302 be.
9 zeigt eine Darstellung eines Hologramms 500 als Reflexionshologramm gemäß einem Ausführungsbeispiel. Wird das strahlformende Hologramm 500 beziehungsweise Vorsatzelement 500 in einem Abstand zur Projektionsfläche eingesetzt, kann eine Ausführung als Reflexionshologramm 500 erfolgen. 9 shows a representation of a hologram 500 as a reflection hologram according to an embodiment. Will the beam-forming hologram 500 or intent element 500 used at a distance to the projection surface, an embodiment as a reflection hologram 500 respectively.
Das holografische Element 500 kann ebenfalls in einigem Abstand zur Projektionsfläche platziert werden. Um den Fokus der Projektion weiterhin auf der Projektionsfläche zu belassen, um eine scharfe Abbildung zu erhalten, kann die teilweise Fokussierung durch das Hologramm 500 durch die Scharfstellung des Objektivs kompensiert oder bei der Objektivauslegung berücksichtigt werden. Das holografische Vorsatzelement 500 kann als Teil des Objektives verstanden werden.The holographic element 500 can also be placed at some distance from the screen. To continue the focus of the projection can be left on the screen to get a sharp picture, the partial focus through the hologram 500 compensated by the focusing of the lens or taken into account in the lens design. The holographic intent element 500 can be understood as part of the lens.
Bei der Verwendung des holografischen Elements 500 in einigem Abstand zur Projektionsfläche kann anstelle eines transmissiv arbeitenden Hologramms auch ein Reflexionshologramm 500 eingesetzt werden. Das Funktionsprinzip eines solchen Hologramms 500 ist in 9 dargestellt. Ähnlich dem Hologramm aus 6 wird dabei das Licht einer Punktlichtquelle 600 auf einen Punkt im Raum fokussiert. Das reflektiv arbeitende Hologramm 500 profitiert dabei von einer erhöhten Wellenlängenselektivität gegenüber Transmissionshologrammen, wodurch das System sehr gut an die Laserwellenlängen der Bildgebereinheit angepasst werden kann.When using the holographic element 500 at some distance from the projection surface, instead of a transmissive hologram, a reflection hologram can also be used 500 be used. The functional principle of such a hologram 500 is in 9 shown. Similar to the hologram 6 becomes the light of a point light source 600 focused on one point in space. The reflective hologram 500 benefits from increased wavelength selectivity over transmission holograms, allowing the system to be adapted very well to the laser wavelengths of the imager unit.
10 zeigt eine Darstellung verschiedener Aufnahmepatterns für ein geschriebenes holografisch optisches Element 500 gemäß Ausführungsbeispielen. Die holografisch optischen Elemente 500 entsprechen dabei im Wesentlichen den holografisch optischen Elementen in den vorhergehenden Figuren. Links dargestellt ist der einfache Fall einer Strukturierung der holografischen Fläche 500 mit abgetrennten Bereichen 1000. Ein solches Hologramm 500 kann bei der Aufnahme über Blenden hergestellt werden. In der Mitte ist eine Aufnahmestruktur gezeigt, in der einzelne einbelichtete Spots 1002 in einem quadratischen Gitter angeordnet sind. Rechts dargestellt ist eine mögliche hexagonale Struktur. 10 shows a representation of various recording patters for a written holographic optical element 500 according to embodiments. The holographic optical elements 500 essentially correspond to the holographic optical elements in the preceding figures. On the left is the simple case of structuring the holographic surface 500 with separated areas 1000 , Such a hologram 500 can be produced by aperture during recording. In the middle, a recording structure is shown, in which individual imprinted spots 1002 are arranged in a square grid. On the right is a possible hexagonal structure.
Alternativ zu der Implementierung des vorgeschlagenen Systems mittels eines Punktlichtquellenhologramms kann in einer weiteren Ausführungsform ein pixelweise geschriebenes Hologramm 500 verwendet werden. Bei einem pixelweise geschriebenen holografisch optischen Element 500 wird bei der Aufnahme der holografischen Funktion die holografische Schicht 500 in einzelnen Pixeln 1000 schrittweise beleuchtet. Die einzelnen Pixel 1000 enthalten dadurch eine voneinander unabhängige optische Funktion. Es ist daher möglich, dem Element 500 eine beliebige und dadurch sehr gut anpassbare optische Funktion einzubelichten.As an alternative to the implementation of the proposed system by means of a point light source hologram, in another embodiment, a pixel-wise written hologram 500 be used. In a pixel-wise written holographic optical element 500 becomes the holographic layer when recording the holographic function 500 in single pixels 1000 illuminated step by step. The individual pixels 1000 thus contain an independent optical function. It is therefore possible to the element 500 to record any optical function that is very adaptable.
In 10 sind verschiedene Muster dargestellt, nach denen die Pixel 1000 des Hologramms 500 aufgenommen werden können. Die holografische Schicht 500 kann beispielsweise in eine quadratische Struktur unterteilt werden, bei der die einzelnen Pixel 1000 mit Blenden versehen und nacheinander belichtet werden. Anstatt einer quadratischen Struktur können hier auch beispielsweise hexagonale Strukturen oder runde Strukturen mit ungenutzten Zwischenbereichen 1004 verwendet werden. Durch die Aufnahme mittels Blenden können hier insbesondere bei sehr kleinen Strukturen Effekte durch die Beugung an der Blendenstruktur selbst entstehen.In 10 Different patterns are shown after which the pixels 1000 of the hologram 500 can be included. The holographic layer 500 For example, it can be divided into a square structure in which the individual pixels 1000 provided with apertures and exposed one after the other. Instead of a square structure here also, for example, hexagonal structures or round structures with unused intermediate areas 1004 be used. Due to the inclusion of diaphragms, effects can arise here due to the diffraction at the diaphragm structure itself, in particular in the case of very small structures.
Im hier vorgeschlagenen Konzept kann ein pixelweise geschriebenes Hologramm 500 verwendet werden, bei dem die einzelnen Pixel 1000 mit sich überlappenden Bereichen 1004 aufgenommen wurden. Die runden Bereiche 1002 der Aufnahmepunkte 1000 können dabei beispielsweise in einer quadratischen oder einer hexagonalen Struktur angeordnet sein. Solche Aufnahmemuster sind beispielhaft in 10 in der Mitte und rechts dargestellt. Der sich überlappende Bereich 1004 der eingeschriebenen Pixel 1000 beinhaltet zwei sich überlagernde Hologramme 1002. In the concept proposed here, a pixel-wise written hologram 500 can be used where the individual pixels 1000 with overlapping areas 1004 were recorded. The round areas 1002 the pickup points 1000 can be arranged, for example, in a square or a hexagonal structure. Such recording patterns are exemplary in 10 in the middle and on the right. The overlapping area 1004 the inscribed pixels 1000 includes two overlapping holograms 1002 ,
11 zeigt eine Darstellung einer Funktionsweise eines pixelweise geschriebenen Hologramms 500 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Hologramm 500 entspricht dabei im Wesentlichen einem der Hologramme in 10. In überlappenden Bereichen 1004 findet ein Übergang der Beugungseffizienz der einzelnen einbelichteten Pixelhologramme 1002 statt. 11 shows a representation of an operation of a pixel-wise written hologram 500 according to an embodiment. The hologram 500 essentially corresponds to one of the holograms in 10 , In overlapping areas 1004 finds a transition in the diffraction efficiency of the individual imprinted pixel holograms 1002 instead of.
In 11 ist die Funktion eines solchen Hologramms 500 im Betrieb dargestellt. Der zentrale Bereich des einzelnen Pixels 1000 ist dabei unbeeinflusst durch das Nachbarpixel 1000. Im sich überlappenden Randbereich 1004 des einzelnen Pixels 1000 sinkt die Beugungseffizienz des holografischen Pixels 1000 und es findet ein Übergang zur benachbarten holografischen Funktion 1002 statt. Die Beugungseffizienz der einzelnen Pixel 1000 geht dadurch ineinander über, während die optischen Funktionen 1002 der einzelnen Pixel 1000 unabhängig bleiben.In 11 is the function of such a hologram 500 shown in operation. The central area of the single pixel 1000 is unaffected by the neighboring pixel 1000 , In the overlapping border area 1004 of the single pixel 1000 the diffraction efficiency of the holographic pixel decreases 1000 and there is a transition to the neighboring holographic function 1002 instead of. The diffraction efficiency of each pixel 1000 thus merges into each other while the optical functions 1002 the single pixel 1000 stay independent.
12 zeigt eine Darstellung einer Funktionsweise einer Frontscheibe 312 mit holografischem Kugelwellenumlenker 500 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Der Kugelwellenumlenker 500 entspricht dabei im Wesentlichen einem holografisch optischen Element in einer der vorhergehenden Figuren. Das Frontscheibenhologramm 500 wirkt hier als Kugelwellenhologramm und besitzt damit eine Abbildungsfunktion der Zentren 600, 602 von Objekt- und Referenzwelle. 12 shows a representation of an operation of a windshield 312 with holographic spherical wave deflector 500 according to an embodiment. The spherical shaft deflector 500 corresponds essentially to a holographic optical element in one of the preceding figures. The windscreen hologram 500 acts as a spherical wave hologram and thus has a mapping function of the centers 600 . 602 of object and reference wave.
Das hier vorgeschlagene System kann in einem projektionsbasierten Head-Up Display eingesetzt werden, bei dem ein holografisches Element 500 mit Vergrößerungsfunktion in der Frontscheibe 312 eingesetzt wird. Die holografische Frontscheibe 312 eines solchen Head-Up Displays kann als Kugelwellenumlenker realisiert sein, wodurch die Frontscheibe 312 als eine vergrößernde Linse wirkt und einen Teil der vergrößernden Head-Up Display Optik darstellt. In 12 ist die Funktionsweise eines solchen Frontscheibenhologramms 500 dargestellt. Das Hologramm 500 ist dabei derart aufgenommen, dass das Licht einer Punktlichtquelle 600 aufgefangen und zu einem weiteren Punkt 602 im Raum hin fokussiert wird.The system proposed here can be used in a projection-based head-up display in which a holographic element 500 with magnification function in the windscreen 312 is used. The holographic windshield 312 Such a head-up display can be realized as a spherical wave deflector, whereby the windscreen 312 acts as a magnifying lens and forms part of the magnifying head-up display optics. In 12 is the operation of such a windscreen hologram 500 shown. The hologram 500 is recorded in such a way that the light of a point light source 600 intercepted and to another point 602 is focused in the room.
13 zeigt eine Verwendung eines Frontscheibenhologramms 500 mit ausgedehnter Lichtquelle 800 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Frontscheibenhologramm 500 entspricht dabei im Wesentlichen dem holografisch optischen Element in 12. Bei ausgedehnter Lichtquelle 800 treffen Lichtstrahlen aus verschiedenen Winkeln auf das Hologramm 500. Da das Hologramm 500 winkelselektiv ist, nimmt die Effizienz des Hologramms 500 bei Abweichung vom Aufnahmewinkel des Hologramms 500 ab. 13 shows a use of a windscreen hologram 500 with extended light source 800 according to an embodiment. The windscreen hologram 500 corresponds essentially to the holographic optical element in FIG 12 , With extended light source 800 Light rays from different angles hit the hologram 500 , Because the hologram 500 angle selective, decreases the efficiency of the hologram 500 for deviation from the acceptance angle of the hologram 500 from.
Im eigentlichen Betrieb des holografischen Head-Up Displays bildet die als vergrößernde Linse wirkende Frontscheibe 312 das Bild des Displays virtuell ab. Das Display wirkt dabei als eine ausgedehnte Lichtquelle 800. Durch die Ausdehnung der Lichtquelle 800 wird das Hologramm 500 von den unterschiedlichen Bildpunkten aus unterschiedlichen Winkeln bestrahlt. Aufgrund der Winkelselektivität von Hologrammen 500 sinkt die Effizienz des Hologramms 500 bei einer Abweichung vom Aufnahmewinkel und es können Aberrationen vor allem im Randbereich des Bildes auftreten. Bei großen Ausdehnungen der Lichtquelle 800 kann dadurch die erforderliche Effizienz am Randbereich unterschritten werden. Bei dem hier vorgestellten Ansatz wird eine abbildende Head-Up Display Optik mit Zwischenfokus 800 verwendet, bei der der Zwischenfokus 800 als verkleinerte Abbildung der Projektionsfläche einer kleineren ausgedehnten Lichtquelle 800 entspricht.In the actual operation of the holographic head-up display, the windscreen acting as a magnifying lens forms 312 the image of the display virtually from. The display acts as an extended light source 800 , By the extension of the light source 800 becomes the hologram 500 irradiated from different pixels from different angles. Due to the angular selectivity of holograms 500 decreases the efficiency of the hologram 500 at a deviation from the recording angle and aberrations can occur especially in the edge region of the image. For large dimensions of the light source 800 This can be below the required efficiency at the edge area. In the approach presented here is an imaging head-up display optics with intermediate focus 800 used in which the intermediate focus 800 as a reduced image of the projection area of a smaller extended light source 800 equivalent.
Wie zuvor beschrieben, erfordern insbesondere Systeme, bei denen die Projektionsflächen nachfolgend mit einem Zwischenfokus 800 abgebildet werden, häufig eine konvergente Abstrahlung, die mit dem vorgeschlagenen Konzept realisiert werden kann.As described above, in particular systems in which the projection surfaces subsequently require an intermediate focus 800 often a convergent radiation that can be realized with the proposed concept.
14 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines holografischen optischen Elements gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren weist einen Schritt 1400 des Schreibens auf, in dem zumindest eine Hologrammstruktur unter Verwendung einer Referenzwelle und einer Objektwelle geschrieben wird. 14 FIG. 12 shows a flowchart of a method for producing a holographic optical element according to an exemplary embodiment. The method has one step 1400 of writing in which at least one hologram structure is written by using a reference wave and an object wave.
In einem Ausführungsbeispiel umfasst das Verfahren einen Schritt 1402 des Bereitstellens einer holografischen Schicht, in die im Schritt 1400 des Schreibens die Hologrammstruktur geschrieben wird.In one embodiment, the method includes a step 1402 of providing a holographic layer in the step 1400 of writing the hologram structure is written.
In einem Ausführungsbeispiel umfasst das Verfahren einen Schritt 1404 des Fixierens, in dem die geschriebene Hologrammstruktur in der holografischen Schicht fixiert wird.In one embodiment, the method includes a step 1404 fixing, in which the written hologram structure is fixed in the holographic layer.
Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“ -Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.If an exemplary embodiment comprises a "and / or" link between a first feature and a second feature, then this is to be read so that the embodiment according to one embodiment, both the first feature and the second feature and according to another embodiment either only first feature or only the second feature.
