CN107209395A - 用于借由全息光学元件来投影数据的方法和设备 - Google Patents

Abstract

公开了用于投影数据的设备和方法，特别是用于挡风玻璃。所述设备和方法使用全息元件(11)，特别是成像全息元件。本发明具有被安装在支撑件(10；20；30)例如挡风玻璃上的全息元件(11)和被设计及被安装用于将光传输至全息元件(11；25；33)的成像设备(12；21；31)，所述光对应于要被传输的数据。全息元件(11；25；33)被设计用于将由成像设备(12；21；31)接收到的光引导到观看位置(15；27；35)。

Description

用于借由全息光学元件来投影数据的方法和设备

技术领域

本申请涉及用于数据投影的方法和设备，特别是用于所谓的平视显示器(head-updisplay，HUD)。本申请特别地涉及可被用于车辆中特别是机动车辆中的这种类型的方法和设备。然而，本申请中所描述的方法和设备也可被用于不同的应用，特别是在所有透明窗玻璃中。例如，所描述的方法和设备也可以被用于其他车辆的透明窗玻璃中，诸如火车、公共汽车、船舶或飞机，或者针对窗玻璃的房地产中，如果在这里需要数据投影的话

背景技术

用于数据投影的方法和设备越来越多地被用于以简单的方式向用户提供数据。这里术语“数据”应当被理解为一般术语，例如投影的数据可以包括图像、视频、符号、字符和/或数字。

用于数据投影的这类方法和设备的一个应用领域是汽车领域，例如用于在驾驶期间向车辆的处理者(例如汽车的驾驶员)提供数据。这可以例如借由车辆挡风玻璃中的对应元件来实现，因而驾驶员不必为了获得数据而特别地将其目光引导在例如仪表板的显示器上，却可以充分感知所述数据而不需要将他的目光从道路上大幅转移。

这样的方法和设备例如通常从DE 10 2008 039 737 A1是已知的。该文献提出了提供用于人眼的反射的挡风玻璃中的全息光学元件，其中对特别涉及乘用车倾斜挡风玻璃的概念进行了解释。

可用于例如也针对汽车应用的数据投影的进一步示例从WO 2014/115095 A2是已知的。这里，全息屏被使用，并且取决于该屏幕与人眼的距离，需要特殊的隐形眼镜以便能够以简单的方式聚焦到该屏幕上。

发明内容

因此，本申请的目的在于提供用于数据投影的改进的设备和方法。

提供了如权利要求1所述的设备和如权利要求24所述的方法以及如权利要求26所述的使用。从属权利要求限定进一步的实施例。

根据第一个方面，提供了用于数据投影的设备，包括：

全息元件，其要由载体布置，例如在该载体中或载体上，以及

成像设备，其适于并被布置成将对应于要被投影的数据的光传输至全息元

件，其中全息元件适于将从成像设备接收到的光转向到观看位置。

通过使用全息图，特别是成像全息图，尽可能地是紧凑结构。

该装置可以适于表示三维对象。

为此，成像设备可以包括用于生成三维图像的振幅调制器和相位调制器。

因此，有可能以相对地简单的方式，提供例如用于控制元件的三维对象。

全息元件可以适于将由成像设备提供的图像成像在从观看位置是可视的的至少一个中间图像上。

中间图像与观看位置之间的距离这里可以是至少2m，但并不限于此。

至少一个中间图像可以包括实像。例如，2D或3D图像(或对象)被表示在全息元件(或显示器)与观看者之间的平面中据此也是可能的。

此外或可替选地，所述至少一个中间图像可以包括虚像。

至少一个中间图像可以包括至少两个中间图像。以这种方式，在不同平面中、在不同位置处或者针对不同的观看者的表示是可能的。

所述至少两个中间图像可以特别地被布置在与全息元件相距不同的距离处，其对应于不同平面中的表示。

所述至少两个中间图像从相应的不同观看位置也可以是可视的。例如，不同的内容可以被提供给不同的观看者(例如，驾驶员和前排乘客)，或者可用的眼框(eyebox)的尺寸可以被增大。

全息元件可适于基于第一组波长而生成所述至少两个中间图像中的第一中间图像，并且基于不同于第一组波长的第二组波长而生成所述至少两个中间图像中的第二中间图像。以这种方式，可以生成分离的彩色图像。

成像设备可以包括用于生成所述至少两个中间图像中的第一中间图像的第一成像系统和用于生成所述至少两个中间图像中的第二中间图像的第二成像系统(121)，其中第一成像系统和第二成像系统被布置在不同位置处。这里，利用全息元件的角度选择性。

全息元件也可以包括全息漫射屏。在这样的设计中，全息平面充当用于限定的波长和偏转角范围的投影屏。因此，紧凑型激光投影仪的使用特别地成为可能。在这种情况下，图像作为实像被直接形成在窗玻璃上。

设备还可以包括载体，其中载体可以包括挡风玻璃，其被布置在相对于垂线<30°的角度处，例如<15°或者等于15°。

通过使全息元件适于近似垂直的载体(例如在相对于垂线小于30°的范围内)，在具有近似垂直的前窗玻璃的卡车、公共汽车及其他车辆中的简单应用是可能的。

在全息元件的方向上的来自成像设备的光的主光线与挡风玻璃上的垂线之间的角度这里可以在40°和80°之间。

全息元件可以适于将以特定角度范围入射到全息元件上的光引导到观看位置，并且对于特定角度范围以外的光是透明的。

全息元件可以适于对于一个或多个特定波长范围以外的光是透明的，其中波长范围可以具有特别是<20nm或<10nm的光谱带宽。在一个或多个波长范围内，全息元件可以具有例如高衍射效率。然后，一个或多个波长范围可以被用作平视显示器的工作波长。

借由使用这种窄带，尽管提供了全息元件，但是对于可见光的最大部分，高透明度可以特别地被实现。环境印象没有被它明显地影响。

一个或多个波长范围可以包括红色范围中的波长、绿色范围中的波长和蓝色范围中的波长。这里优选的是该成像设备的波长被精确地调谐到全息元件的波长，例如具有小于2nm的偏差，这使得不同颜色的像素在深度上可能侧向地和精确地位于另一个的顶部，并且从而相对精确地生成混合颜色，例如白色。在单色使用的情况下，更大的偏差或更大的工作范围(例如在30nm的范围内)是可能的。也可能使用三种以上的这种波长，例如允许多色操作。

一个或多个波长范围可以包括第一组波长范围和第二组波长范围，其中全息元件可以适于将第一组波长引导到不同于第二组波长的观看位置。在不同位置处彩色图像的表示因而是可能的。

特别地，工作波长和主偏转方向的组合能够以有针对性的方式来实现，使得在窗玻璃中或其上的反射全息图阻挡来自环境的光，特别是来自车辆处理者的主观看方向的光，其中被阻挡的波长可以对应于商业化激光指示器的波长。在这种设计中，特别适合的HUD还能够有效地降低由不利于人眼安全的激光源而导致的对驾驶员有意或无意的眩光或者损伤的风险。

全息元件可以适于保护全息元件的观看者免受外部激光辐射。

全息元件可以具有成像功能。

全息元件可以适于(例如借由适当的曝光)载体(例如挡风玻璃)的曲率。

根据第二方面，提供了用于操作如上所述设备的方法，包括：

照亮设备的全息元件，并且

借由全息元件将光引导到观看位置。

所述的照亮可以包括使用红色波长、绿色波长和蓝色波长的光照亮。

根据第三方面，提供了在挡风玻璃中的用于防范激光指示器的全息元件的使用。

附图说明

参照附图，将对本发明的各种实施例进行如下更详细的解释，其中：

图1示出了根据实施例的用于数据投影的设备的示意图，

图2示出了根据进一步实施例的用于数据投影的设备的图示，

图3示出了根据进一步实施例的用于数据投影的设备的图示，

图4示出了用于展示根据实施例的方法的流程图，

图5示出了根据进一步实施例的用于数据投影的设备的图示，

图6示出了根据实施例的用于免受激光辐射的全息元件的图示，

图7示出了根据进一步实施例的用于数据投影的设备的图示，

图8A至图8C示出了用于展示根据实施例的设备的生产的图示，

图9A至图9B示出了用于展示根据进一步实施例的设备的生产的图示，

图10示出了根据进一步实施例的用于数据投影的设备的示意图，

图11示出了用于展示根据图10实施例的设备的生产的示意图，

图12示出了根据进一步实施例的用于数据投影的设备的示意图，并且

图13示出了3D成像设备的示意图。

具体实施方式

以下将对各种实施例作详细解释。这些实施例仅用于说明性目的，而不应当被解释为限制性的。借由示例，将对具有大量特征、元件和细节的实施例进行详细描述，其不应当被解释为意味着所有这些特征、元件和细节对于实施是必需的。相反，在其他实施例中对于一些元件、特征和细节可能被省略和/或被可替选的特征、元件和细节所替代。不同实施例的元件、特征和细节相互之间可以组合。

在实施例中，用于数据投影的全息元件被使用。全息元件特别地可以是波长选择性的，例如对于红色、绿色和/或蓝色波长，而对于其他波长则是透明的。

图1示出了根据实施例的设备。在图1的实施例中，全息元件11被安装在载体10上。载体10特别地可以是车辆的挡风玻璃。在优选实施例中，载体10是近似垂直的挡风玻璃，例如相对于垂线倾斜至多15°或者至多10°的挡风玻璃，如在公共汽车或卡车中使用的。特别地，这样的挡风玻璃可以具有曲率。全息元件11被设置在载体10上或在载体10中。全息元件11可以充当例如漫射屏，但也可以具有用于生成中间图像的成像效果。下面将参照图2和图3对这样的示例进行解释。

全息元件11可以是在窄带中具有波长选择性的，即对于一个或多个窄光谱范围内的波长具有成像功能和/或漫射屏功能，而对于其余波长它保持透明。在这种方式中，全息元件11对于大多数波长是透明的，并且允许例如视线穿过充当载体10的挡风玻璃。窄带在这种情况中可以被理解为意味着全息元件的功能仅应用在宽度＜20nm或＜10nm的一个或多个光谱范围内，特别地用于特定的波长±生产相关的公差。

特别地，可以出现用于红色、蓝色和绿色波长的全息功能，因而彩色数据的投影变得可能，同时对于可见光的最大部分具有透明度。

图1的设备此外还包括成像设备12(以下也称为成像系统)，其将对应于要被投影的数据的光引导到全息元件11。在具有漫射屏功能的全息元件11中，成像设备12可以借由一个或多个激光束(例如红色、绿色和/或蓝色激光束)扫描例如全息元件11。在具有用于生成虚的中间图像的成像功能的全息元件11中，成像设备12本身可以具有例如漫射屏，并且对应于漫射屏上的光的光以光13的形式被引导到全息元件11。在其他实施例中，成像设备12也可以包括例如显示器，诸如作为成像元件的(O)LED、LCD或TFT显示器。

然后，全息元件11将对应于全息元件11的全息功能的光13，以光14的形式引导到观看者的眼睛15，因而观看者可以观看到被投影的数据。

正如在介绍部分已经解释过的那样，术语“数据”这里应当以宽泛术语来理解，并且可以指任何数量的符号、字母、数字、图像、视频和/或其组合。

借由使用全息元件11，特别地是成像全息元件，用于数据投影所需的安装空间可以被缩小。特别地，全息图11的成像特性可以被选择，使得不需要例如用于放大的进一步成像元件，例如自由式的反射镜或透镜和/或用于光束折叠的元件。

图2示出了根据实施例的用于数据投影的设备。图2的实施例用于将数据投影到挡风玻璃20中，其充当全息元件25的载体。在示出的实施例中，挡风玻璃20是倾斜的。在其他实施例中，挡风玻璃20可以是垂直的或者近似垂直的，如同例如在卡车或公共汽车中的挡风玻璃的情况那样。

全息元件25被布置在挡风玻璃20上或其中。全息元件25可以特别地包括体全息图，其中成像功能在一个或多个层中被全息照相。在优选实施例中，这个功能可以特别地对于在红色、蓝色和绿色范围内的三个离散波长进行全息照相，使得如下所述全息元件25具有用于这三个波长的成像功能，而其对于其他波长则是透明的，并且因而特别地允许视线穿过挡风玻璃。

成像设备21如由光线22指示的照亮具有对应于要被投影的数据的要被表示的图像的全息元件25。例如，可以通过用一个或多个激光扫描漫射屏或者借由诸如LED显示器、TFT显示器或发光二极管(LED)显示器(例如基于有机发光二极管(OLED))的显示装置来生成要被表示的图像。

这里用图像以相对于挡风玻璃20上的垂线23的一个角度照亮全息元件25，其中角度可取决于全息元件25的配置。特别地，全息元件25在一些实施例中示出成像功能仅针对一个或多个特定入射角(例如在光线22和垂线23之间)，而对于其他角度它是透明的。

在图2的实施例中，全息元件25将接收到的图像成像到虚像25之上。如借由光线26指示的虚像25被表示用于观看者眼睛27的眼框。

这里，对于眼睛27出现虚像25的角度不同于对应于光线22的图像落在全息元件25之上的角度。可以借由相应全息元件25的设计来适于参与角度(participating angles)。特别地，可以在全息图的曝光期间考虑参与角度以及挡风玻璃20的曲率。

在特定实施例中全息元件的功能因此变成仅对于一个或多个选出的波长且仅对于在一个或多个角度的入射有效，因为例如仅对于这些角度和波长的布拉格条件(Braggcondition)可以被满足。不同颜色的光无阻碍地通过全息元件，使得窗玻璃在这种情况下是透明的。

图2的实施例因而可以被简单地适用于许多不同的挡风玻璃，而且可以被特别地用于近似垂直的挡风玻璃。

优选地，虚像25被成像在与眼睛27的距离＞2m处，更优选地＞4m处，特别地＞6m处或＞8m处。以这种方式，在通过挡风玻璃20观看例如道路和观看虚像25之间眼睛27的焦点的无改变或者仅小的改变是必需的。这可以利于观看虚像25，并且因此有利于观看投影数据，并且例如对于眼睛而言，与必需在近处虚像和道路之间不断转换焦点的情况相比，眼睛的疲劳可以更少。在其他实施例中，虚像也可以于＜2m的距离处被生成。

在图2的实施例中，例如在光线22和垂线23之间的角度可以在35°范围内，挡风玻璃可以处在相对于水平线成30°的角度处，并且挡风玻璃与眼睛27的距离可以大约为80cm。对于虚像25的观看角度可以在5°-7°范围内，并且可以在相对于挡风玻璃上的垂线成大约65°角处执行虚像25的观看。对于曝光设置，然后可以选择对应的角度以用于曝光全息图。

图5示出了类似于图2的设备的用于垂直挡风玻璃情况的设备。挡风玻璃在这里被指定为50，而51指定对应的全息元件的位置。在从成像设备52到全息元件51的主光线和挡风玻璃50上的垂线之间，例如在40°和80°之间，成像设备52用对应于要被投影的数据的图像以角α照亮全息元件51。全息元件51以虚拟放大的方式对该图像进行成像，其中虚像53可以被眼框中的眼睛54观看到。与例如投影平视显示器相比，这里全息元件51的使用提供了优势，即该照亮可以以基本上任意角度α(例如在40°和80°之间)发生，并且观看可以发生在法线附近，结果是这里的入射角和发射角可以不同。成像设备52这里可以被布置在例如挡风玻璃的上方(如示出的)或者其下方的位置中。全息漫射屏的相应配置也是可能的，如以下将更详细地描述的那样。

因而有可能为具有垂直挡风玻璃的车辆诸如公共汽车、卡车或商用车辆，设置用于数据投影的设备，迄今为止对于这些车辆还没有借由常规投影解决方案进行平视显示的可能性。

图3示出了根据进一步实施例的设备。在图3的实施例中，全息元件33被再次设置在挡风玻璃30中。在图3的实施例中，全息元件33具有漫射屏功能(也被称为全息漫射屏)。对于入射光32相对垂线36的特定入射角和对于特定波长，优选红色、绿色和/或蓝色波长，该漫射屏功能可以特别地再次被实现。对于其它波长或者角度，全息元件33可以是透明的。

通过提供漫射屏功能，不需要生成中间图像。全息元件可以被直接照亮，例如借由激光光源31被特别地扫描。这里，例如像传统阴极射线管那样，通过光点的线性的、快速的偏转发生图像构建。当前情况中的光点通常由激光焦点形成，并且在偏转运动期间就其亮度在时间上被调制，使得基于人眼不再能分辨的时间间隔内的时间平均，图像印象被获得。

在一个实施例中，激光光源31具有红色、绿色和蓝色三种不同的激光器，全息元件33可以被该激光器扫描使得颜色表示是可能的。然而，其他类型的多色图像生成是可能的，即具有多种颜色的图像生成。例如，使用微镜器件(DMD，数字微镜器件)或液晶器件(例如LcoS，硅基液晶)显示的可能性可以与时间触发一起被使用。这里整个图像被相继地以单独颜色表示，由于表示的时序如此之快以至于观看者仅看到具有期望的图像着色的多色图像。

对于多色图像表示，图像生成的波长(例如红色、绿色和蓝色波长)被精确地适于全息元件的工作波长，在这里对于典型的全息元件是重要的。典型地，所使用的波长与全息元件的工作波长之间的偏差应该不超过2nm。如果更大偏差发生，则虚像的绿色、红色和蓝色像素可能不再精确地位于另一个的顶部，并且因此不会发生正确的颜色混合。相比之下，通过更精确的调谐，不同颜色的像素位于另一个的顶部，并且可以生成基本上任何期望的颜色，例如白色或黄色。

然而，在其他实施例中，单色表示也可以被使用，特别地如果这对于特定的应用是足够的的话(例如文本或数字的表示)。在这种情况中，波长的精确调谐是不必要的，并且全息元件可以被设计例如用于在相对宽的工作范围，例如在30nm的范围内。然后，由成像系统生成的光仅需要位于这个工作范围之内以生成具有最低可能失真的图像。

如光线34指示出的，投影在充当漫射屏的全息元件33之上的图像，然后可以被在相对垂线37成一定角度处的眼睛35观看到。对于特定像素的光源的位置这里由激光投影仪与窗玻璃的几何形状的相互作用来确定。低失真图像可以在特定的空间区域(眼框)被感知到。在优选实施例中，全息图可以被局部地配置使得激光束的偏转功能能够以足够的衍射效率被实现，即在有助于图像形成的所有位置处布拉格条件被满足。因此，在图3的实施例中，在全息元件33中挡风玻璃30的可能曲率被考虑在内。

代替激光光源，其他光源也可以被用于照亮，例如宽带光源，诸如与成像系统组合的卤素灯。

在图3的实施例中，漫射屏的入射角和发射角也可以基本上被任意地选择，使得类似于图5布置的适于垂直挡风玻璃的布置是可能的。

在示出的实施例中，特别地可能省略更多的光学元件，其允许紧凑的结构，并且例如仅有成像设备和在挡风玻璃中或其上的全息元件的结构是可能的。

在一些实施例中，除了数据投影功能之外，调谐所使用的全息元件的工作波长和局部偏转功能可以提供防范现在常用的激光指示器的光的保护功能。为此，已经讨论的全息元件适于使得全息图层中布拉格平面的取向确保数据光束路径的偏转允许阻挡特定波长的光(例如532nm、640nm、450nm、405nm)的进入。借由以反射全息图形式的全息结构的优选配置，类似于在介电层系统中借由反射回外部，发生光学阻挡动作。布拉格平面之间的距离必须被配置成使得激光指示器波长的布拉格平面邻近处的部分反射的相位延迟沿着材料内部光束的光路发生。当使用具有较大的折射率差(大约0.03)和较低的层厚度(大约10μm)的体全息图材料时，在扩展的角度范围(大约±10…30°)内可能实现对来自外部的激光的良好抑制。存在最佳的激光投影，例如用于观看精确地朝着严格地针对全息元件操作的波长的所表示图像内容而运行的方向。

对于如图2或图5中示出的结构，将借由图6的示例对此进行解释。全息元件用60来指定。这种类型的全息元件可以包含多个布拉格平面65，即具有略微不同光学折射率的平面，其总体充当适于指示器波长的选择性镜面。来自成像设备的入射光束用61来指定，其被衍射为光束62并且被朝着观看者的眼睛转向(例如，参照图3所解释的)。全息元件60上的法线用66来指定。

对于全息元件被设计的对应波长，反射功能可以额外地被实现为对从外部入射的激光束63的防范，并且激光束63基本上被反射(衍射)为激光束64。全息元件60可以被调谐到激光指示器(例如，红色、绿色或蓝色半导体激光器)的波长。除了已经提到的用于数据投影的波长之外，这些波长可以被集成到全息元件60的设计中。以这种方式，获得了设备的数据显示和激光保护(功能集成)的组合功能，除了全息元件(也被称为组合全息图)之外没有额外的光学有效元件。因此驾驶员或飞行员或观看者将相对于主观看方向由显示器保护。为了使这种保护功能适于显示系统的不同配置，可能利用针对特定角度和特定波长设计的布拉格光栅能够在不同的角度有效地衍射不同波长的这一事实。

如果基于不同方面的设备的设计以这种方式发生，即从成像系统开始的物质波相对于光栅的布拉格平面的法向量的主入射角，例如明显低于激光指示器的预期入射角，例如低超过10°，那么用于显示数据的全息元件的工作波长在这种情况下必须相对于激光指示器的波长被相应地减小(反之亦然)。以这种方式，要获得相对于在激光指示器波长的布拉格平面处的部分反射的适当相位延迟的上述条件将再次是有可能的。

图7示出了对于全息漫射屏情况(根据图3的实施例)的对应激光投影功能。挡风玻璃用70来指定，并且具有全息漫射屏71。如参照图3已经解释过的，为了提供用于一只眼睛/双眼73的要被投影的数据，全息漫射屏71可以使用来自成像设备72的光扫描，特别地具有一个或多个波长的扫描激光光源。

如果光从外侧入射，则图7的实施例中的全息漫射屏提供保护功能。为此，示出的实施例中的全息漫射屏71按如上所述被调谐到对应的波长。借由示例，在图7中，入射激光束74被全息元件71、即全息漫射屏漫射散射。

由于市售的激光指示器具有相对少的可能波长，这些波长可以相对简单地被添加到用于防范激光指示器而分别使用的全息元件的设计中，不会显著地影响例如挡风玻璃整体的透明性。

图4示出了用于展示根据实施例的方法的流程图。图4的方法可以特别地被用于操作图1-图3的设备。

在步骤40中，全息元件使用三种光谱颜色的光来照亮，例如红色、绿色和蓝色(rgb)，其中全息元件优选地对于其他波长是透明的。在步骤41中，全息元件将光引导到观看位置，其中全息元件为此可以将光成像到中间图像上，其从观看位置(例如，如图2中示出的)处可被观看，或者全息元件可以用作漫射屏(例如，如图3中示出的)。

现参照图8和图9将对根据实施例的全息元件的生产进行解释如下。

图8A示出了用于数据投影目的的全息元件82的曝光，例如根据图2的实施例。这里，为了生成全息元件82，可以例如使用具有足够相干长度的相干激光生成的两个相对球面波的干涉被记录在全息元件82之上，特别是在全息图层内。用于发射球面波之一的点光源80在这里位于成像设备的稍后的位置处并且发射所谓的参考波，而用于发射另一个球面波的另一个点光源81位于稍后的虚像的位置处，并且发射所谓的信号波。

在曝光期间，借由两个点光源80、81与全息元件82的距离，成像设备与全息元件82的稍后的距离和与稍后表示的虚像的距离是固定的。例如，如果点光源81位于与全息元件82相距8m的距离处，则稍后，在回放期间，虚像将同样位于与全息元件82相距8m的距离处。

虚像与眼框(即实质上与观看者的眼睛)的距离，稍后将相应地至少近似为点光源80与全息元件82的距离加上点光源81与全息元件82的距离之和。因而，在稍后使用期间原则上可能实现虚像的任何期望的距离。

这里，图8B示出了如在图8A中曝光的全息元件在“理想情况”下的应用。全息元件被始于点光源83(对应于成像设备)的参考光照亮，其导致可以由在85处的眼睛(眼框)观看的虚像84(对应于图8A中点光源81的位置)的形成。

然后，图8C示出了一种实际的应用情况。这里，在使用期间，代替点光源83，使用成像设备86，与点光源形成对照，其在y方向上具有范围Δy，并且在x方向上具有范围Δx。这可以导致相对于图8B的理想情况的失真，然而对于实际应用，这在某种程度上可以被忽略，取决于所期望的图像质量。优选地，成像设备的范围被选择为相对小的，并且成像设备被布置在点光源80位置的附近处。

图9A和图9B示出了实施其中观看者与虚像的距离“无限大”的进一步情况。

这里，图9A示出了全息元件90的曝光。参考波92由对应于图8A的信号源80的大体上点式信号源91生成。代替用于生成信号波的第二点式信号源，这里使用带有平行光锥的信号波93，其可以例如由准直加宽的激光束生成。

图9B示出了全息元件90的应用，如图9中示出的已经对其进行了曝光。成像设备95(在点式源的理想情况下，在如图8C中示出的源的实际情况下)从对应于信号源91的位置的位置照亮全息元件90。这导致在无穷远处生成对应于光线94的虚像，其在位置96处可被观看。

作为漫射屏的全息元件的生产根据图8A可以被实现，其中在这种情况下，信号波由位于全息元件附近的漫射屏(代替由信号源81)生成。全息漫射屏因此在实施例中被记录为反射全息图。参考源的形式和位置保持不变，即像图8A的信号源80一样可以被选择处在相对于相应的全息元件的合适的角度处，以便稍后实现适于相应安装空间的合适的布置。

在目前为止已被讨论的实施例中，虚像借由全息元件和对应的成像设备生成。在其他实施例中，实像也可以被生成。现在将参照图10和图11对相应的实施例进行解释。

对应的修改，即在所有讨论的实施例中提供代替虚像的实像可以被实现，只要观看者和用于生成实像的全息元件之间存在足够的空间。特别地，在这些实施例中，实像被生成在观看者和全息元件之间。这样的设备适合例如用于表示控制元件，然后其能够被观看者操作，其中用于手势识别的常规设备(例如摄像机和距离传感器等等)可以被用于检测操作。在因此生产的控制元件的操作期间，控制元件(例如，头或旋转开关)的表示可以根据操作来改变，例如旋转开关的调整可以被示出。

图10示出了对应设备的实施例。图10的设备包括可以像在上面讨论的实施例中的成像设备那样被配置的成像设备100和全息元件101。在借由成像设备100照亮的情况中，全息元件101在位置102处生成可在盒子103中被观看的实像。这里，实像102因而被生成在观看者(在103处)和全息元件101之间。

图11示出了用于图10全息元件101的生产过程。对于生产，正如上文已经讨论的全息材料，被曝光于从位置112开始发散的参考光束(或参考波)111。位置112这里对应于稍后成像设备100将被布置的位置。同时，全息材料被曝光于朝着实像的位置102汇聚的信号光束(物质波)110。如已经解释的，这种曝光对于例如红色、绿色和蓝色波长的不同波长可以分别发生。

应当注意的是，混合形式也是可能的，其中例如使用不同组合的体全息图，虚像和实像都被生成。

在目前为止已被讨论的实施例中，虚像或实像被表示在一个平面中。在其他实施例中，图像表示(虚和/或实)也可以在不同的角度处和/或通常不同的位置处实现在多个平面中。这里，可能利用这一事实，即所使用的全息元件、特别是体全息图，如已描述的那样，以波长选择性和角度选择性的方式操作。因此，在全息元件生产期间，通过选择例如参考光束以及用于不同波长的信号光束的方向和形式，将不同颜色成像到不同位置和/或从不同角度观看是可能的。

特别地，借由红色、绿色和蓝色波长在不同位置生成彩色图像(实或虚)是可能的，其在波长方面不同于分别使用的全息图的多于一个的灵敏度范围。例如，工作波长532nm(绿色)、460nm(蓝色)和660nm(红色)可被用于第一图像，而工作波长520nm(绿色)、442nm(蓝色)和647nm(红色)可被用于第二图像。通过组合对应的体全息图，因而由此可能在相距全息元件的第一距离处、例如1m处生成第一虚像，并且在第二距离处、例如5m处生成第二图像，其中对于这些图像中的每一个，包括白色的多色表示是可能的。对于每种情况仅有一个波长的单色图像的类似的情况也是可以被实现的。图像生成可以用单个成像系统来实现，其中在这种情况下总共生成6种不同颜色，或者使用也可以被布置在不同角度处的分离的成像系统。然后，在眼框中的观看者看到在不同距离处的两个内容。这里，每个全息元件仅看到“它自己的”工作波长，否则是透明的。具有甚至更多波长和不同距离的组合也是可能的。

在其中成像系统被布置在不同位置处的实施例中，对于两个图像也可能使用相同的波长，因为如提到的全息元件也是角度选择性的。在图12中对应的实施例被示出。

在图12的实施例中，全息元件122包含用于两个不同成像系统120、121的体全息图。在位置123处，基于来自成像系统120的光而生成虚像，并且在与全息元件122的距离不同于位置122的位置124处，基于来自成像系统121的光而生成虚像。然后，两个虚像可以在眼框125中被观看。对于两个成像系统120、121的体全息图的投影可以在上述的每种情况中在分离的层中实现。

在图12中示出的示例中，在位置123、124处从相同的眼框125，虚像可以被观看到，即同时地。然而，其他变化也是可能的。例如，全息元件122和成像系统120及121可被适于使得虚像似乎可以被“彼此相邻”地观看，这可以有效地增加眼框的尺寸。这种配置也可以使得分离的图像能够从不同的位置被观看到，例如从驾驶员的位置和车辆中前排乘客的位置。以这种方式，不同内容可以被表示给不同的人。因而，在整体上借由可能具有不同工作波长的一个或多个成像系统在不同的位置和/或用于从不同的位置观看来提供不同的虚像或实像是可能的。

在以上讨论的实施例中，平面虚像或平面实像借由成像系统设备和全息元件生成。在其他实施例中，三维内容(3D内容)也可以被表示。

在一些实施例中，类似于如上描述的，为了这个目的，为相应小眼框中的左眼和右眼生成分离的虚像或实像。如果图像使用不同的视角被相应地选择，则可以因此带来立体效果。

在其他实施例中，3D成像系统可以被使用，因而真实的或真正的三维图像的表示成为可能。在图13中，示意性地示出了对应的成像系统。

图13的成像系统包括面光源130、空间振幅调制器131和空间相位调制器132。空间振幅调制器可被用于相对于振幅以位置选择性的方式调制由光源130生成的光。这种空间振幅调制器的示例是例如LCD、微镜器件(DMD)或LCoS布置。

空间相位调制器132可以相应地被用于以空间分辨的方式调制所生成的光的相位。对应的空间相位调制器同样是市售的，并且可以基于例如液晶技术(例如LCoS)。因而，可能相对于振幅且相对于相位两方面来调制所生成的光。由于特别是借由到达眼睛的光的不同相位带来3D印象，所以用这种布置来生成三维图像是可能的。这里，也可以通过某种程度上的扫描(例如借由激光)来操作光源130，并且其可以具有用于颜色表示的不同的颜色(例如红色、绿色和蓝色)。在图13中示出的成像系统可以被布置在之前讨论的实施例的成像系统的位置处。在图8C的实施例中，人为生成的空间3D对象随后在记录期间位于参考光束的源点(图8C中的附图标记86)，并且因此可以在信号源的源点(图8C中的附图标记84)中被再现为针对相应眼框在尺寸方面增加的3D对象。所以，三维对象的表示也是可能的。这样的三维对象也可以被如上所解释，并且被用于表示控制元件。

通过使用示出的解决方案，高度的设计自由度可以被实现，因为需要更少的安装空间，并且特别是可以在宽的限制内自由选择成像设备的位置。用于数据投影的大面积设备的实现被简化，因为即使在具有用于数据投影的大视场的设备的情况下，与小型设备相比，不需要更多的安装空间或几乎不需要更多的安装空间(仅全息元件的尺寸增加-但仅应用于具有低窗玻璃曲率+相对于窗玻璃法线的小视角的漫射屏变体)。此外，提供了用于垂直挡风玻璃的简单解决方案。在挡风玻璃中集成的全息元件例如相对于太阳辐射也是强健的。对于大多数设计的针对性设计，对抵抗来自外部的激光指示器辐射的最佳保护功能是可能的。

示出的实施例仅是为了说明性目的，而不应当是被理解为限制性的。

Claims (26)

1.一种用于数据投影的设备，包括：

全息元件(11；25；33)，其要由载体(10；20；30)布置，以及

成像设备(12；21；31)，其适于并被布置成将对应于要被投影的数据的光传输至所述全息元件(11；25；33)，其中所述全息元件(11；25；33)适于将由所述成像设备(12；21；31)接收到的光引导到观看位置(15；27；35)。

2.如权利要求1所述的设备，其中所述设备适于表示三维对象。

3.如权利要求2所述的设备，其中所述成像设备包括用于生成三维图像的振幅调制器(131)和相位调制器(132)。

4.如权利要求1-3中任一项所述的设备，其中所述全息元件适于将由所述成像设备(12；21；31)提供的图像成像在从所述观看位置(15；27；35)为可视的的至少一个中间图像(25)上。

5.如权利要求4所述的设备，其中所述至少一个中间图像包括实像。

6.如权利要求4或5所述的设备，其中所述至少一个中间图像包括虚像。

7.如权利要求4-6中任一项所述的设备，其中所述中间图像(25)与所述观看位置(27)的距离为至少2m。

8.如权利要求4-7中任一项所述的设备，其中所述至少一个中间图像包括至少两个中间图像。

9.如权利要求8所述的设备，其中所述至少两个中间图像被布置在与所述全息元件(122)相距不同的距离处。

10.如权利要求8或9所述的设备，其中所述至少两个中间图像从每种情况中的不同观看位置是可视的。

11.如权利要求8-10中任一项所述的设备，其中所述全息元件适于基于第一组波长而生成所述至少两个中间图像中的第一中间图像，并且基于与所述第一组波长不同的第二组波长而生成所述至少两个中间图像中的第二中间图像。

12.如权利要求8-11中任一项所述的设备，其中所述成像设备包括用于生成所述至少两个中间图像中的第一中间图像的第一成像系统(120)，以及用于生成所述至少两个中间图像中的第二中间图像的第二成像系统(121)，其中所述第一成像系统(120)和所述第二成像系统(121)被布置在不同位置处。

13.如权利要求1-12中任一项所述的设备，其中所述全息元件包括全息漫射屏。

14.如权利要求1-13中任一项所述的设备，还包括所述载体(10；20；30)，其中所述载体(10；20；30)包括相对于垂线以＜15°的角度被布置的挡风玻璃。

15.如权利要求14所述的设备，其中从所述成像设备到所述全息元件的主光线与所述挡风玻璃上的垂线之间的角度在40°到80°之间。

16.如权利要求1-15中任一项所述的设备，其中所述全息元件适于将以特定角度范围入射到所述全息元件上的光引导到所述观看位置，并且对于所述特定角度范围之外的光是透明的。

17.如权利要求1-16中任一项所述的设备，其中所述全息元件适于对于一个或多个特定波长范围之外的光是透明的。

18.如权利要求17所述的设备，其中所述一个或多个波长范围包括红色范围内的波长、绿色范围内的波长和/或蓝色波长范围内的波长。

19.如权利要求17或18所述的设备，其中所述波长范围的宽度为＜20nm，特别是＜10nm。

20.如权利要求17-18中任一项所述的设备，其中所述一个或多个波长范围包括第一组波长范围和第二组波长范围，其中所述全息元件适于将所述第一组波长引导到与所述第二组波长不同的观看位置。

21.如权利要求1-20中任一项所述的设备，其中所述全息元件具有成像功能。

22.如权利要求1-21中任一项所述的设备，其中所述全息元件适于所述载体(10；20；30)的曲率。

23.如权利要求1-22中任一项所述的设备，其中所述全息元件适于保护所述全息元件的观看者免受外部激光辐射。

24.用于操作如权利要求1-23中任一项所述的设备的方法，包括：

照亮所述设备的所述全息元件(11；25；33)，并且

借由所述全息元件(11；25；33)将所述光引导到所述观看位置。

25.如权利要求13所述的方法，其中所述照亮包括使用至少一个红色波长、至少一个绿色波长和/或至少一个蓝色波长的光照亮。

26.在挡风玻璃中的用于对激光指示器进行防范的全息元件的使用。