CN111338197B - 用于产生边缘全息图的设备和方法、边缘全息图以及用于车辆的照明设备 - Google Patents

用于产生边缘全息图的设备和方法、边缘全息图以及用于车辆的照明设备 Download PDF

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Abstract

一种用于产生边缘全息图的设备，包括：光源，用于产生光束；用于将由光源产生的光束分成物体光束和参考光束的第一光学器件；用于将与边缘全息图相关的信息调制到物体光束上的调制器件；用于使物体光束和参考光束在光敏的记录材料上或者中叠加以印入边缘全息图的第二光学器件，包括至少一个对于参考光束来说透明的物体，在所述设备运行时，参考光束通过所述物体射入到所述光敏的记录材料中，透明物体成型并且设置在所述设备中，使得参考光束以与物体的表面上的法线成小于10°的角度射入到物体中或者垂直于物体的表面地射入所述物体中，第二光学器件包括反射器，在设备运行时，参考光束由反射器经由一次反射而反射到所述至少一个透明物体上。

Description

用于产生边缘全息图的设备和方法、边缘全息图以及用于车 辆的照明设备
技术领域
本发明涉及一种用于产生边缘全息图的设备、一种用于产生边缘全息图的方法、一种通过这种方法产生的和/或利用这种设备产生的边缘全息图以及一种用于车辆的具有这种边缘全息图的照明设备。
背景技术
在产生边缘全息图时，需要在参考光束与物体光束之间的非常大的角度，因为边缘全息图的重构角度必须大于全反射的角度。在产生过程中，由于在空气与记录材料之间的分界面上的折射而在物体波与参考波之间形成角度损失。还有效率的下降，因为参考光束的反射份额随着与记录材料的角度增大而同样增加。只是难以产生非常扁平的重构角度，因为光在与记录材料的分界面上的折射不容许这种角度或边缘全息图的效率由于参考光束的反射份额增加而降低。
从EP 0 930 549 A1已知之前提到的类型的方法和设备。其中所描述的设备包括透明基座，在该透明基座上设置有光敏的记录材料。棱镜的底面贴靠在基座的背离记录材料的一侧，其中，在棱镜的底面与基座之间设置有浸渍液。通过棱镜将参考光束耦合输入到基座中，该参考光束在记录材料中以比全反射的角度更大的角度延伸。同时，物体光束垂直地射到记录材料的背离基座的一侧，使得边缘全息图被写入到记录材料中。
此外，从DE 10 2016 107 210 A1已知一种用于产生计算机生成的全息图的方法和设备、一种计算机生成的全息图和一种照明设备。在其中所描述的方法中，将全息图印入光敏的记录材料中，该全息图由多个亚全息图组成。在此，记录材料的与各个亚全息图相对应的部分依次被加载物体光束和参考光束。物体光束由光调制器利用计算机生成的全息图信息来调制。全息图或者利用作为主全息图的全息图来产生的副本全息图可以被集成到机动车的头灯中。
在产生全息图时，用于重构的光源的特性起重要作用。用于重构全息图的光源相对于在产生过程中使用的光源的特性的变化、诸如发散度导致被重构的图像的剧烈变化。同样内容适用于全息图所施加于的基座几何形状的改变。因而值得期望的是：可以改变参考光束射到记录介质上的入射角。
由按照EP 0 930 549 A1的现有技术已知的具有棱镜和浸渍液的设备只容许固定的参考角度并且因此并不能够产生参考角度灵活的主全息图。
发明内容
本发明所基于的问题是提供开头提到的类型的方法和设备，利用该方法和该设备可以产生灵活的边缘全息图和/或利用该方法和该设备可以在没有反射或角度损失的情况下以在物体光束与参考光束之间的非常大的角度来写边缘全息图。还应该说明一种通过这种方法来产生的和/或利用这种设备来产生的边缘全息图以及一种用于车辆的具有这种边缘全息图的照明设备。
按照本发明，这通过开头提到的类型的设备、开头提到的类型的方法、边缘全息图和照明设备来实现。
本发明涉及一种用于产生边缘全息图的设备，所述设备包括：
-光源，用于产生光束；
-第一光学器件，用于将由光源产生的光束分成物体光束和参考光束；
-调制器件，用于将与边缘全息图相关的信息调制到物体光束上；
-第二光学器件，用于使物体光束和参考光束在光敏的记录材料上叠加或者在光敏的记录材料中叠加以印入边缘全息图，其中，所述第二光学器件包括用于参考光束的至少一个透明物体，在所述设备运行时，所述参考光束通过所述至少一个透明物体射入到所述光敏的记录材料中。
按照本发明规定：所述至少一个透明物体成型并且设置在所述设备中，使得参考光束以与物体的表面上的法线成小于10°的角度射入到所述物体中或者垂直于所述物体的表面地射入所述物体中，其中，用于使物体光束和参考光束叠加的第二光学器件包括反射器，在所述设备运行时，所述参考光束由所述反射器经由一次反射而反射到所述至少一个透明物体上，其中，所述设备包括基座，所述光敏的记录材料设置在所述基座上，其中，所述至少一个透明物体设置在记录材料上并且与所述记录材料连接，和/或所述至少一个透明物体设置在基座的背离所述记录材料的侧面上并且与所述基座连接。由此可能的是：至少基本上在没有角度损失或效率下降的情况下实现在物体光束与参考光束之间的非常大的角度，因为在所述至少一个透明物体上由于参考光束的垂直或基本上垂直的射入而没有光折射或者只有非常微小的光折射而且在记录材料中或者在与之连接的基座中至少基本上保持参考光束的定向。
存在如下可能性：用于使物体光束和参考光束叠加的光学器件包括反射器、尤其是抛物面状反射器，在该设备运行时，参考光束由该反射器反射到所述至少一个透明物体上。通过该反射器，利用简单的手段就可以改变参考光束对记录材料的入射角。
可以规定：一方面所述反射器另一方面所述至少一个透明物体的朝向彼此的表面彼此相对应、尤其是类似地成型，其中，优选地所述反射器的朝向所述至少一个透明物体的表面凹地、尤其是抛物面状凹地成型，并且所述至少一个透明物体的朝向所述反射器的表面凸地、尤其是球面状凸地成型。在此，所述反射器和透明物体可具有至少部分地相对于彼此同心的表面造型。以这种方式可以确保：由反射器反射到透明物体上的参考光束始终垂直地射到透明物体的表面上。
存在如下可能性：该设备包括基座、尤其是透明基座，所述光敏的记录材料设置在所述基座上。用于使物体光束和参考光束叠加的光学器件可包括两个对于参考光束来说透明的物体，参考光束可以通过这两个对于参考光束来说透明的物体射入到光敏的记录材料中，其中，这两个物体尤其是设置在基座的背离彼此的侧面上。优选地，所述设备可包括浸渍剂、尤其是浸渍液，该浸渍剂设置在所述至少一个透明物体与该光敏的记录材料之间或设置在所述至少一个透明物体与该基座之间。因此，记录材料可以与基座一起在浸渍下支承在两个设置在不同侧面上的透明物体之间。
可以规定：所述光敏的记录材料可相对于所述至少一个透明物体和反射器运动，尤其是与基座一起相对于所述至少一个透明物体和反射器运动。在此，所述至少一个透明物体和反射器可以不相对于彼此运动。
存在如下可能性：用于使物体光束和参考光束叠加的光学器件构造为，使得参考光束射到记录材料的第一部段的表面上的入射角不同于参考光束射到记录材料的第二部段的表面上的入射角，其中，通过光敏的记录材料相对于所述至少一个透明物体和反射器的在此期间的运动可以从第一部段转变成第二部段。以这种方式可以依次写一些亚全息图。
在此，可以读入具有参考光束的不同的入射角的不同的亚全息图，使得用于重构边缘全息图的光源的特性和/或基座的几何形状可以在写边缘全息图时予以考虑。例如，可以根据用于重构的光源的发散度或者根据全息图应施加于的基座的曲率来针对不同的亚全息图来选择参考光束的不同的入射角。在此，可能的可以是：在此可能的是，近似连续地为每个亚全息图调整在参考光束与物体光束之间的角度，并且因此为弯曲的基座创造前提，以及能够实现对各种光源的不同的发射特性的匹配。
此外，本发明还涉及一种用于产生边缘全息图的方法，所述方法包括如下方法步骤：
-借助于第一光学器件产生参考光束；
-借助于第一光学器件产生物体光束；
-将与边缘全息图相关的信息调制到物体光束上；
-借助于第二光学器件使物体光束和参考光束在光敏的记录材料上叠加或者在光敏的记录材料中叠加，以印入边缘全息图，其中，所述第二光学器件包括用于参考光束的至少一个透明物体，所述参考光束通过所述至少一个透明物体射入到所述光敏的记录材料。
按照本发明规定：所述至少一个透明物体成型并且设置在所述设备中，使得参考光束以与物体的表面上的法线成小于10°的角度射入到所述物体中或者垂直于所述物体的表面地射入所述物体中，其中，用于使物体光束和参考光束叠加的第二光学器件包括反射器，在所述设备运行时，所述参考光束由所述反射器经由一次反射而反射到所述至少一个透明物体上，其中，所述设备包括基座，所述光敏的记录材料设置在所述基座上，其中，所述至少一个透明物体设置在记录材料上并且与所述记录材料连接，和/或所述至少一个透明物体设置在基座的背离所述记录材料的侧面上并且与所述基座连接。该方法也允许：至少基本上在没有角度损失或效率下降的情况下实现在物体光束与参考光束之间的非常大的角度，因为在所述至少一个透明物体上由于参考光束的垂直或基本上垂直的射入而没有光折射或者只有非常微小的光折射并且在记录材料中或者在与之连接的基座中至少基本上保持获得参考光束的定向。
可以规定：所产生的、尤其是计算机生成的边缘全息图用作为用于产生副本全息图的主全息图。这些副本全息图例如可以被读入到薄的柔性膜中。接着，所述膜例如可以被施加到照明设备、尤其是前照灯的曲面上。
本发明还涉及一种边缘全息图。按照本发明规定，边缘全息图、尤其是副本全息图利用按照本发明的设备和/或通过按照本发明的方法来产生，其中，所述全息图尤其是设置用于施加到曲面上和/或用于与具有预设的发散度的光源一起使用。
本发明还涉及一种用于车辆的照明设备。按照本发明规定，用于车辆的照明设备、尤其是用于车辆的前照灯包括根据本发明的全息图，其中，所述照明设备尤其是包括曲面，所述全息图设置在所述曲面上。
附图说明
以下借助于附图更详细地阐述本发明。在此：
图1示出了对按照本发明的设备的一部分的示意性俯视图；
图2示出了按照图1的按照本发明的设备的该部分的示意性侧视图。
具体实施方式
在这些附图中，相同且功能上相同的部分配备有相同的附图标记。在这些附图中，还绘制了笛卡尔坐标系。
在所绘出的实施例中，边缘全息图应该被印入仅仅示意性示出的光敏的记录材料1中，该边缘全息图由多个亚全息图组成。在此，这些亚全息图可以在二维矩阵中沿x方向和y方向并排地设置。
作为光敏的记录材料1可以考虑在制造全息图时常用的材料。记录材料1例如可以构成为设置在透明基座7上的膜、例如层压到基座7上的膜。基座7例如可以是玻璃基座或塑料基座。光敏的记录材料1具有平坦的表面并且在x-y平面上延伸。
根据本发明的设备的在图1中示意性地部分示出的实施方式还包括未绘出的激光光源，所述激光光源产生激光束，所述激光束由同样未绘出的光学器件分成物体光束2和参考光束3。所述设备还包括未绘出的调制器件，所述调制器件可以构成为在反射装置中的LC显示器。所述LC显示器可以根据与一些亚全息图的创建相关的计算机生成的数据来操控。
物体光束2可以由同样未绘出的光学器件加宽到LC显示器上。根据操控LC显示器的数据，LC显示器可以在反射时改变物体光束2的一部分的相位，使得物体光束2的该部分相对于物体光束2的其它部分具有相位偏移。由此，将与亚全息图有关的信息调制到物体光束2上。
所述设备还包括朝向光敏的记录材料1的抛物面状反射器4。在此，反射器4的光学轴线5沿x方向延伸穿过记录材料1的平坦的表面的x-y平面。尤其是，抛物面状反射器4的焦点6位于记录材料1的平坦的表面的x-y平面中。
平行于抛物面状反射器4的光学轴线或沿负的x方向延伸的激光束聚焦到抛物面状反射器4的焦点6中，其中，这些激光束进入光敏的记录材料1的角度与它们射到反射器4上时所处的位置相关。
在图2中绘制了两条示例性的参考光束3、3’，这两条示例性的参考光束分别沿x方向射到反射器4上并且在此具有相对于反射器4的光轴5的不同的距离。与此相应地，这两条示例性的参考光束射到记录材料1上的角度也不同。
在图2中在光轴5的更下方射到反射器4上的参考光束3与在图2中在光轴5的更上方或更接近光轴5地射到反射器4上的参考光束3’相比以与x-y平面成更大的入射角射到记录材料1的表面上。因此，参考光束3、3’的位置的变化造成参考光束3、3’射到记录材料1上的入射角的改变，并且因此也造成在边缘全息图中布拉格平面的定向的改变以及造成该边缘全息图可以稍后以其来重构的入射角的改变。
物体光束2不在反射器4上反射，而是沿正的z方向直接向上运动到记录材料1中，并且在此处与参考光束3、3’叠加。通过与参考光束3、3’的干涉，以自身已知的方式将全息图写入光敏的记录材料1中。
所述设备还包括两个透明物体8、9，这两个透明物体中的一个设置在记录材料1上方，而另一个设置在基座7下方。透明物体8、9通过具有适合的折射率的浸渍剂10、例如浸渍液来与基座7或记录材料1连接。
一方面反射器4的朝向透明物体8、9的表面11、12而另一方面透明物体8、9的朝向反射器4的表面13、14彼此相对应并且类似地成型。例如，反射器4的朝向透明物体8、9的表面11、12抛物面状凹地成型，而透明物体8、9的朝向反射器4的表面13、14球面状凸地成型。尤其是，反射器4和透明物体8、9可具有至少部分相同的曲率和相对于彼此同心的表面造型。
在反射器4的形状不是抛物面状的实施方式中，透明物体8、9的表面13、14可具有与球面状造型不同的曲率、尤其是自由形状。
通过一方面反射器4的朝向透明物体8、9的表面11、12和另一方面透明物体8、9的朝向反射器4的表面13、14的彼此相对应的形状，确保了：由反射器4反射到透明物体8、9上的参考光束3、3’始终垂直地射到透明物体8、9的表面上。
由于参考光束3、3’垂直地射到透明物体8、9的表面上，在参考光束3、3’射入到透明物体8、9中时，没有光折射或者只有非常微小的光折射。此外，通过与基座7和记录材料1的折射率适配，在记录材料1和与之连接的基座7中至少基本上保持参考光束3、3’的定向或入射角。由此可能的是：至少基本上在没有角度损失或效率下降的情况下实现在物体光束2与参考光束3、3’之间的非常大的角度。
记录材料1以能与基座7一起在x-y平面内移动的方式支承在反射器4的焦点处。为此，设置适合的运动器件，以使光敏的记录材料1和基座7运动。基座7可以与记录材料1一起在透明物体8、9之间滑动。透明物体8、9本身相对于抛物面状反射器4固定且不能移动地定向。
反射器4承担两个功能。一方面，所述反射器用于将参考光束3、3’聚焦到记录材料1上或中，另一方面，所述反射器能够实现参考光束3、3’的入射角的改变。
为了产生边缘全息图，可以将记录材料1定位在x-y平面内，使得物体光束2和参考光束3、3’在记录材料1的表面的第一部段上叠加，以便印入第一亚全息图。为此，将与第一亚全息图有关的信息调制到物体光束2上。
在读入第一亚全息图之后，使记录材料1与基座7一起在x-y平面内移动，直至物体光束2和参考光束3、3’在记录材料1的表面的第二部段上叠加，以便印入第二亚全息图。为此，将与第二亚全息图有关的信息调制到物体光束2上。
以这种方式，逐渐将全部亚全息图都读入到记录材料1中。
附图标记列表
1 光敏的记录材料
2 物体光束
3、3’ 参考光束
4 抛物面状反射器
5 抛物面状反射器的光轴
6 抛物面状反射器的焦点
7 基座
8、9 透明物体
10 浸渍剂
11、12 反射器的朝向透明物体的表面
13、14 透明物体的朝向反射器的表面

Claims (30)

1.一种用于产生边缘全息图的设备，所述设备包括：
-光源，用于产生光束；
-第一光学器件，用于将由光源产生的光束分成物体光束(2)和参考光束(3、3’)；
-调制器件，用于将与边缘全息图相关的信息调制到物体光束(2)上；
-第二光学器件，用于使物体光束(2)和参考光束(3、3’)在光敏的记录材料(1)上叠加或者在光敏的记录材料中叠加以印入边缘全息图，其中，所述第二光学器件包括用于参考光束(3、3’)的至少一个透明物体(8、9)，在所述设备运行时，所述参考光束(3、3’)通过所述至少一个透明物体射入到所述光敏的记录材料(1)中，
其特征在于，所述至少一个透明物体(8、9)成型并且设置在所述设备中，使得参考光束(3、3’)以与透明物体(8、9)的表面上的法线成小于10°的角度射入到所述透明物体(8、9)中或者垂直于所述透明物体(8、9)的表面地射入所述透明物体(8、9)中，其中，用于使物体光束(2)和参考光束(3、3’)叠加的第二光学器件包括反射器(4)，在所述设备运行时，所述参考光束(3、3’)由所述反射器经由一次反射而反射到所述至少一个透明物体(8、9)上，
其中，所述设备包括基座(7)，所述光敏的记录材料(1)设置在所述基座上，
其中，所述至少一个透明物体(8、9)设置在记录材料(1)上并且与所述记录材料(1)连接，和/或所述至少一个透明物体(8、9)设置在基座(7)的背离所述记录材料(1)的侧面上并且与所述基座(7)连接。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述反射器(4)是凹的抛物面状反射器(4)。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述光源是激光光源。
4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述边缘全息图是计算机生成的边缘全息图。
5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述信息是计算机生成的信息。
6.根据权利要求1至5之一所述的设备，其特征在于，一方面所述反射器(4)和另一方面所述至少一个透明物体(8、9)的朝向彼此的表面彼此相对应地成型。
7.根据权利要求1至5之一所述的设备，其特征在于，一方面所述反射器(4)和另一方面所述至少一个透明物体(8、9)的朝向彼此的表面类似地成型。
8.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述反射器(4)的朝向所述至少一个透明物体(8、9)的表面凹地成型，并且所述至少一个透明物体(8、9)的朝向所述反射器(4)的表面凸地成型。
9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述反射器(4)的朝向所述至少一个透明物体(8、9)的表面抛物面状凹地成型，并且所述至少一个透明物体(8、9)的朝向所述反射器(4)的表面球面状凸地成型。
10.根据权利要求1至5中任一项所述的设备，其特征在于，所述基座(7)是透明基座。
11.根据权利要求1至5中任一项所述的设备，其特征在于，用于使物体光束(2)和参考光束(3、3’)叠加的第二光学器件包括用于所述参考光束(3、3’)的两个透明物体(8、9)，所述参考光束(3、3’)能通过所述两个透明物体射入到所述光敏的记录材料(1)中。
12.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，所述两个透明物体(8、9)设置在基座(7)的背离彼此的侧面上。
13.根据权利要求1至5中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备包括浸渍剂(10)，所述浸渍剂设置在所述至少一个透明物体(8、9)与所述光敏的记录材料(1)之间或设置在所述至少一个透明物体(8、9)与基座(7)之间。
14.根据权利要求13所述的设备，其特征在于，所述浸渍剂(10)是浸渍液。
15.根据权利要求1至5中任一项所述的设备，其特征在于，所述光敏的记录材料(1)能相对于所述至少一个透明物体(8、9)和反射器(4)运动。
16.根据权利要求15所述的设备，其特征在于，所述光敏的记录材料(1)能与基座(7)一起相对于所述至少一个透明物体(8、9)和反射器(4)运动。
17.根据权利要求1至5中任一项所述的设备，其特征在于，用于使物体光束(2)和参考光束(3、3’)叠加的第二光学器件构造为，使得参考光束(3、3’)射到记录材料(1)的第一部段的表面上的第一入射角不同于参考光束(3、3’)射到记录材料(1)的第二部段的表面上的第二入射角。
18.一种用于在使用根据权利要求1至17中任一项所述的设备的情况下产生边缘全息图的方法，所述方法包括如下方法步骤：
-借助于第一光学器件产生参考光束(3、3’)；
-借助于第一光学器件产生物体光束(2)；
-将与边缘全息图相关的信息调制到物体光束(2)上；
-借助于第二光学器件使物体光束(2)和参考光束(3、3’)在光敏的记录材料(1)上叠加或者在光敏的记录材料中叠加，以印入边缘全息图，其中，所述第二光学器件包括用于参考光束(3、3’)的至少一个透明物体(8、9)，所述参考光束(3、3’)通过所述至少一个透明物体射入到所述光敏的记录材料(1)中，
其特征在于，所述至少一个透明物体(8、9)成型并且设置在所述设备中，使得参考光束(3、3’)以与透明物体(8、9)的表面上的法线成小于10°的角度射入到所述透明物体(8、9)中或者垂直于所述透明物体(8、9)的表面地射入所述透明物体(8、9)中，其中，用于使物体光束(2)和参考光束(3、3’)叠加的第二光学器件包括反射器(4)，在所述设备运行时，所述参考光束(3、3’)由所述反射器经由一次反射而反射到所述至少一个透明物体(8、9)上，
其中，所述设备包括基座(7)，所述光敏的记录材料(1)设置在所述基座上，
其中，所述至少一个透明物体(8、9)设置在记录材料(1)上并且与所述记录材料(1)连接，和/或所述至少一个透明物体(8、9)设置在基座(7)的背离所述记录材料(1)的侧面上并且与所述基座(7)连接。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，依次给所述光敏的记录材料(1)的多个部段分别同时用物体光束(2)和参考光束(3、3’)加载，以便产生多个亚全息图，其中，所述参考光束(3、3’)射到记录材料(1)的第一部段的表面上的第一入射角不同于所述参考光束(3、3’)射到记录材料(1)的第二部段的表面上的第二入射角。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，使所述光敏的记录材料(1)在为了产生第一亚全息图而以物体光束(2)和参考光束(3、3’)进行的第一曝光与为了产生第二亚全息图而以物体光束(2)和参考光束(3、3’)进行的第二曝光之间运动。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，使所述光敏的记录材料(1)在与所述光敏的记录材料(1)的平坦的表面平行的平面中运动。
22.根据权利要求20或21所述的方法，其特征在于，使所述光敏的记录材料(1)相对于所述至少一个透明物体(8、9)和反射器(4)运动。
23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，将所述光敏的记录材料(1)设置在基座上，并且使所述光敏的记录材料(1)与所述基座(7)一起相对于所述至少一个透明物体(8、9)和反射器(4)运动。
24.根据权利要求18或19所述的方法，其特征在于，所产生的边缘全息图用作为用于产生副本全息图的主全息图。
25.一种边缘全息图，所述边缘全息图利用根据权利要求1至17中任一项所述的设备和/或通过根据权利要求18至24中任一项所述的方法来产生。
26.根据权利要求25所述的边缘全息图，其特征在于，所述边缘全息图是副本全息图。
27.根据权利要求25或26所述的边缘全息图，其特征在于，所述边缘全息图设置用于施加到曲面上和/或用于与具有预设的发散度的光源一起使用。
28.一种用于车辆的照明设备，其特征在于，所述照明设备包括根据权利要求25至27之一所述的边缘全息图。
29.根据权利要求28所述的照明设备，其特征在于，所述照明设备是用于车辆的头灯。
30.根据权利要求28或29所述的照明设备，其特征在于，所述照明设备包括曲面，所述边缘全息图设置在所述曲面上。
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