CN117242406A - 用于浮动全息图的光学系统 - Google Patents

Abstract

一种光学系统(110)包括成像全息光学元件(130)，该成像全息光学元件产生浮动全息图(150)。上游光整形全息光学元件(120)引起光(90)的光谱滤波。

Description

用于浮动全息图的光学系统

技术领域

多个不同示例涉及包括用于产生浮动全息图的多个全息光学元件的系统。

背景技术

通过成像全息光学元件(HOE)产生浮动全息图的技术是已知的。这种浮动全息图是在布置在成像HOE外部的体积中产生的。这意味着全息图被布置成偏离成像HOE。这可以产生光学“浮动效应”；全息图自由地立在空间中。

已确定，距成像HOE深度大或距离远的全息图对于成像HOE的照明的质量提出了特别高的要求。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种能够产生高质量浮动全息图的光学系统。本发明的另一个目的是提供一种能够形成浮动全息图的紧凑光学系统。

这个目的通过独立专利权利要求的特征来实现。从属专利权利要求的特征限定了实施例。

根据多个不同示例，由多个HOE制成的系统用于产生高质量全息图。特别地，可以使用成像HOE，由于适当的曝光，该成像HOE被配置成使得它在后续照明下产生具有期望主题(Motiv)的全息图。进一步地，可以使用光整形HOE；用于对成像HOE进行照明的光可以由光整形HOE整形。

因此，光学系统包括成像HOE。成像HOE被配置成基于光而产生浮动全息图。这个浮动全息图布置在成像HOE外部的体积中。进一步地，光学系统包括光源。光源被配置成将光沿着射束路径发射到成像HOE。该光学系统还包括光整形HOE。该光整形HOE在光源与成像HOE之间布置在射束路径中，并且被配置成对光应用一个或多个光整形功能。

在这种情况下，原则上，可以例如单独地或者累积地提供非常不同的光整形功能。举例来说，示例性光整形功能包括：光谱滤波，也就是说选择更小波长范围的入射光；在角空间中滤波，也就是说，例如选择光借以沿着射束路径传播的较小角谱；以及光在位置空间中的布置，这例如因此将光偏转到成像HOE和/或均匀地对成像HOE进行照明。

一种用于制造光学系统的方法包括提供成像HOE。该成像HOE被配置成基于光而产生浮动全息图。浮动全息图布置在成像HOE外部的体积中。此外，该方法包括提供光源。该光源被配置成将光沿着射束路径发射到成像HOE。该方法还包括提供光整形HOE。该光整形HOE在光源与成像HOE之间布置在射束路径中，并且被配置成对光应用一个或多个光整形功能。

在不脱离本发明的保护范围的情况下，上文阐述的特征和下文描述的特征不仅可以在明确阐述的对应组合中使用，而且可以在进一步的组合中使用、或单独使用。

附图说明

图1是根据多个不同示例的光学系统的示意图，该光学系统包括沿着光的射束路径串联连接的光整形HOE和成像HOE。

图2展示了根据多个不同示例的图1的光学系统的示例性实现方式。

图3展示了根据多个不同示例可以由光整形HOE提供的光谱滤波。

图4展示了根据多个不同示例的图1的光学系统的示例性实现方式。

图5展示了根据多个不同示例的图1的光学系统的示例性实现方式。

图6A展示了根据多个不同示例的光学系统到机动车辆的内部装饰面板中的示例性集成。

图6B是图2的光学系统的实现方式的立体图。

图7是示例性方法的流程图。

图8是根据多个不同示例的光学系统的示意图，该光学系统包括沿着光的射束路径串联连接的光整形HOE和成像HOE、并且还包括光波导。

图9是根据多个不同示例的图8的光学系统的示例性实现方式的立体图。

图10是根据多个不同示例的图8的光学系统的示例性实现方式的侧视图。

图11是根据多个不同示例的光学系统的示意图，该光学系统包括多个光学通道。

图12是根据多个不同示例的光学系统的示意图，该光学系统包括多个光学通道。

图13是根据多个不同示例的光学系统的示意图，该光学系统包括多个光学通道。

图14是根据多个不同示例的图11至图13之一的光学系统的示例性实现方式的立体图。

图15是根据多个不同示例的图11至图13之一的光学系统的示例性实现方式的立体图。

图16是根据多个不同示例的图11至图13之一的光学系统的示例性实现方式的侧视图。

图17是图16的光学系统的实现方式的立体图。

图18是根据多个不同示例的图11至图13之一的光学系统的示例性实现方式的立体图。

图19是图18的光学系统的实现方式的立体图。

图20示意性地展示了根据多个不同示例的用于多个光学通道的控制器。

图21是示例性方法的流程图。

具体实施方式

结合以下对示例性实施例的描述，上文描述的本发明的特性、特征和优点以及实现其的方式将变得更清楚且更清晰明白，这些示例性实施例结合附图进行更详细地解释。

下面基于优选的实施例，参考附图更详细地解释本发明。在附图中，相同的附图标记表示相同或相似的要素。附图是本发明的不同实施例的示意性表示。图中图示的要素不一定按真实比例图示。替代地，附图中图示的不同要素以使得它们的功能和一般用途对于本领域技术人员来说易懂的方式呈现。

下文描述了能够产生浮动全息图的技术。全息图可以再现图像主题，例如按钮或信息标志。全息图也可以再现多个图像主题。举例来说，图像可以由多个图像主题组合而成，或者单独的图像主题可以被再现。

为此，使用包括多个HOE的光学系统。

通过对应光学系统产生的全息图可以具有特别高的浮动高度和/或特别大的深度效果。举例来说，在成像HOE的适当照明的情况下在其中描绘全息图的体积与成像HOE之间的距离可以不小于成像HOE的折射率调制区域的侧向尺寸(垂直于该距离)的60％。

原则上，全息图可以具有一个或多个图像主题。该多个不同图像主题可以由穿过不同射束路径延伸的光产生。

成像HOE可以实现为体积HOE，也就是说，它可以具有3D折射率变化。对应的折射率调制区域具有3D范围。折射率的这种变化以衍射图案折射光，由此形成全息图。体积HOE由表面HOE界定，其中基材的表面的调制产生衍射图案。举例来说，表面可以是波浪形的。

成像HOE可以实现为透射HOE或反射HOE。在透射HOE的情况下，从一侧对折射率调制区域进行照明，并且在面向相反侧的体积中产生全息图。在反射HOE的情况下，从一侧对折射率调制区域进行照明，并且在面向同一侧的体积中产生全息图。

例如，光的射束路径可以以侧入式几何形状(Edge-Lit-Geometrie)入射在成像HOE上。这意味着成像HOE包括基材(由光学密度大于空气的透明材料制成)，折射率调制区域已施加到该基材上。射束路径在窄侧耦合到基材中，并且接着在入射到折射率调制区域上之前穿过基材，例如玻璃或聚甲基丙烯酸甲酯。典型地，基材的层厚度显著大于折射率调制区域的层厚度。所谓的重构角表示光入射到折射率调制区域上的角度。该折射率调制区域可以沿着成像HOE的表面布置。为了产生全息图，没有被折射率调制区域衍射的光接着可以在成像HOE的表面处经历全内反射，并且被反射回基材中。

在一些变型中，可以想到吸收材料吸收这种反射回的光(束流收集器)；结果，全息图的再现不受“背景光”的干扰。

然而，在其他示例中，也可以想到基材用于实现光波导。接着，在成像HOE的表面处反射回的光在光波导的另一表面处反射，并且再次入射到成像HOE上。因此，光波导可以布置在成像HOE下方并沿着成像HOE延伸，并且在光波导中传播的光可以用于完全对成像HOE进行照明。在这种情况下，成像HOE被施加到光波导的外表面。这实现了特别紧凑的设计，因为形成光波导的基材的厚度可以小于成像HOE的侧向尺寸。举例来说，可以想到光波导的垂直于成像HOE(即，沿着背离成像HOE延伸的方向)的厚度不超过成像HOE的沿着光波导的长度的20％。

光学系统可以包括光源。该光源被配置成将光沿着射束路径发射到成像HOE。例如，射束路径可以由具有光学部件的对应光学通道的光轴来限定。光沿着射束路径传播到成像HOE。

光源优选发射可见光谱中的、特别是在380nm与780nm之间的光。

一个或多个发光二极管可以用作本文描述的多个不同示例中的光源。发光二极管特别简单、耐用且便宜，并且关于多种照明功能(特别是全息照明功能)具有足够的光学特性，特别是在发射光的相干性方面。发光二极管特别有效。

例如，发光二极管可以包括尺寸在0.5×0.5mm²与1×1mm²之间的光发射器(发射光子的有效区域)。特别地，对于前述应用，使用小的发射器表面可以是有利的。

原则上，有所帮助的是，重构波(即在照明期间光的波前)与记录全息图时的参考波(即在曝光期间光的波前)最大可能程度地相对应。曝光是通过激光实现的，激光原则上表示点光源。因此，有利的是，用于重构目的的LED具有尽可能小的发射器表面，并且因此更好地满足点光源的假设的需要。

多个不同示例基于以下发现：通过使用在光源与成像HOE之间布置在射束路径中的光整形HOE，可以实现成像HOE的照明的进一步改进。此外，由于使用光整形HOE，光学系统还可以具有特别紧凑的实施例，也就是说小的外部尺寸。

光整形HOE可以实现多个不同光整形功能。总的来说，这可以改进成像HOE的照明。

下文在表1的上下文中描述了光整形HOE可以提供的一些这样的光整形功能。

表1：光整形HOE可以提供的多个不同光整形功能。通过这样的光整形功能，可以获得成像HOE的照明的均匀的角谱和波长光谱，因此，可以重构全息图，该全息图距成像HOE的折射率调制区域的距离很大、并且具有大的景深。

原则上，光整形HOE的多种不同实现方式是可以想到的。举例来说，光整形HOE可以以反射几何形状偏转射束路径。也就是说，可以使用反射HOE。

反射HOE是波长选择性的，也就是说，对于特定输出角度，只有来自窄波长光谱的光被有效地衍射。结果，可以实现根据表1示例I的光谱滤波。例如，在光谱滤波之后，可以获得不大于10nm、特别是不大于5nm的光的波长光谱的半峰全宽。结果，可以以全息图的形式实现图像的更好重构，因为避免了拖尾和重影—这原本会在成像HOE的宽带照明的情况下出现。

类似于上文在成像HOE的上下文中描述的，可以想到将光整形HOE附接到光波导的外表面。光整形HOE和成像HOE可以被施加到光波导的不同外表面。

在一些示例中，光学系统可以具有多个光学通道。每个光学通道的特征可以至少在于对应射束路径。指派给相应光学通道的光沿着此射束路径传播。射束路径可以由光阑元件分离。这意味着射束路径可以例如由相应光学通道的特定光学元件的光轴限定，例如由对应准直透镜限定。

举例来说，每个光学通道可以具有所指派的光整形HOE。不同光学通道的光整形HOE可以由共同的光栅结构形成，也就是说，共同的光栅结构的不同区域被来自不同光学通道的光照明。然而，也可以使用单独的光栅结构。

每个光学通道可以可选地包括相关联的光源。然而，原则上，也可以想到光源为多个光学通道提供光。

可以想到，对应的全息照明功能被指派给每个光学通道。例如，照明功能可以包括图像主题的显示，因此，每个光学通道重构一个或多个图像主题。此外，还可以实现共同的照明功能，例如在整个全息图表面上延伸的图像主题，其中每个通道相应地重构共同的图像主题的一部分。因此，通过使用多个光学通道，可以产生特殊的全息图。可以提供对应的控制器，该控制器被配置成单独或联合控制多个不同光学通道的光源。举例来说，可以例如取决于哪个光学通道被激活而产生能够显示不同主题的全息图。举例来说，控制器可以被配置成基于全息图的图像主题的主题规格来单独或联合控制不同通道的光源。还可以想到，取决于多少光学通道被激活，产生具有可灵活调整的亮度的全息图。因此，控制器可以被配置成基于全息图的图像主题的亮度规格来单独或联合控制不同光学通道的光源。在该过程中，因此可以用多个光学通道的光对成像HOE的重叠区域进行照明；接着，共同的图像主题此处被重构，取决于多少光学通道被激活而看起来更亮或更暗。

在该过程中，光学通道有不同的布置选项。通道可以彼此相邻布置，因此，使得能够逐行或逐列的重构。这意味着多个不同光学通道的射束路径至少在局部区域中彼此平行或垂直地延伸。光学通道同样可以布置在光栅结构中，因此，提供了逐行且逐列的重构。此外，通道也可以相对于彼此在对角线方向上或以另外的方位角布置。因此，射束路径之间的角度例如可以在45°到90°的范围内。

图1展示了与光学系统110相关的方面。图1是光学系统110的示意图示，该光学系统被配置成产生全息图150。

光学系统110包括光源111。光源111可以由一个或多个发光二极管实现。光源111被配置成沿着射束路径81发射光90。光90用于产生全息图150。这限定了对应光学通道31。

多个不同光学部件171、120、130沿着射束路径81布置。

举例来说，折射或镜像光学式光学元件171、172可以在光源81之间邻近于光源111布置在射束路径81中。此折射或镜像光学式光学元件被配置成收集光90。结果，可以获得更大的光输出。

例如，光学元件171、172可以由凹面镜或透镜(即准直透镜)实现。

光90朝光整形HOE 120的方向沿着射束路径81向前传播。已在上文在表1的上下文中描述了光整形HOE 120可以提供的多个不同光整形功能。

光90(在被光整形HOE 120整形之后)接着沿着射束路径81向前传播到成像HOE130。成像HOE 130被配置成基于光90而产生浮动全息图150。

光学系统110的多个不同结构实现方式是可以想到的。下文例如在图2的上下文中描述了一些实现方式。

图2展示了与光学系统110相关的方面。特别地，图2展示了光学系统110的示例性结构实现方式。在图2的示例中，光学系统110不包括在光源111与光整形HOE 120之间布置在射束路径81中的折射或镜像光学式光学元件。

光源111发射显著发散的光90，也就是说具有相对宽的角谱的光。举例来说，图2示出了沿着射束路径81的光线90(“光线跟踪”)。

光90入射到光整形HOE 120上。光整形HOE 120包括基材122和折射率调制区域121。光整形HOE 120将光90沿着射束路径以反射几何形状偏转。

出现了光谱滤波，因为反射全息图(例如反射全息图120)是波长选择性的，也就是说，特定角度的光仅在某个波长范围内被有效衍射。图3中也描绘了光谱滤波。图3展示了取决于波长的特定立体角下的衍射的效率。展示了入射光的波长光谱601(由虚线描绘)和衍射光的波长光谱602(实线)。衍射光的光谱的半峰全宽612不超过光源的发射光谱(即入射光的光谱)的半峰全宽611的30％，可选地不超过40％，并且进一步可选地不超过50％。特别地，衍射光的半峰全宽612不大于10nm，并且可选地大于5nm。

再次回到图2：由于光谱滤波，入射到成像HOE 130上的光90比由光源111发射的光90更窄带。

图2还描绘了反射角125，在该反射角下，光整形HOE 120沿着射束路径81反射光。此外，还描绘了光90在光整形HOE 120上的入射角126。在这种情况下，这些角度125、126对应于在来自两个不同激光源的光整形HOE 120的曝光期间参考光入射到光整形HOE 120上的角度。此反射角125可以对应于基材122的材料的布鲁斯特(Brewster)角。这意味着被光整形HOE 120偏转的光90是线性偏振的。通过在曝光期间使用布鲁斯特角，可以避免由于在光整形HOE 120的曝光期间光90的不同偏振而导致的不希望的相互作用。

在这种情况下，入射角126(在图2所描绘的示例中，入射角126为0°，也就是说垂直于光整形HOE 120上的入射；然而，原则上其他值也是可能的)被选择成使得光90的菲涅耳反射是背离成像HOE 130定向的。结果，可以额外提高成像HOE 130的照明的质量。

图2还描绘了所谓的重构角135。重构角135表示沿着射束路径81的光90入射到成像HOE 130的折射率调制区域131上所沿着的方向。此重构角135由反射角125、光整形HOE120相对于成像HOE 130的相对布置、以及空气与基材132的界面处的折射来限定。

接着，基于光90在体积159中产生全息图150，该体积被布置在距成像HOE 130的折射率调制区域131的距离155处。因此，产生了浮动全息图150。

在图2的示例中，基材132的厚度134的尺寸被确定成相对较大。特别地，基材132的厚度134的尺寸被确定成使得光90对成像HOE 130的折射率调制区域131的整个侧向表面进行照明，而不会在基材132的远离成像HOE 130的背面139处反射。这意味着在图2的所展示的示例中，基材132没有实现光波导功能。例如，光吸收材料(所谓的“束流收集器”)可以附接到背面139。

在多个不同示例中，一个或多个另外的射束整形部件可以在光源111与光整形HOE120之间沿着射束路径81布置。举例来说，可以使用透镜171(参见图4)或反射镜172(参见图5)。结果，可以增加光输出，也就是说，可以使用由光源111发射的更大量的光90来对成像HOE 130进行照明。

在光源111与光整形HOE 120之间布置在射束路径81中的这种折射或镜像光学式光学元件171、172可以在水平和/或竖直方向上对光进行收集/整形。在这种情况下，“竖直”表示附图的平面中的方向；“水平”表示与其垂直的方向(参见图6B)。因此，可以使用旋转对称的、圆柱形的或变形的光学器件。

图6A展示了光学系统110与机动车辆的内部装饰面板201集成的上下文中的方面。此处示出的是，成像HOE 130以与内部装饰面板201齐平的方式布置在内部装饰面板201的凹部中，并且全息图150(所展示的示例中的开/关按钮)以偏离内部装饰面板201的表面的方式描绘在机动车辆的内部的体积中。

下文列出了这种集成的示例性几何尺寸：

全息图150的浮动高度(即距离155；参见图2)可以大于20mm，例如30mm。

重构角135(参见图2)典型地可以位于60°到80°的范围内，例如70°。

举例来说，成像HOE 130的基材132可以由玻璃制成，并且具有20mm的厚度134(在图2中绘出)。在折射率调制区域131的更大重构角135或更小侧向尺寸136(也在图2中绘出)的情况下，此厚度134也可以选择得更小。

光整形HOE 120与成像HOE 130的基材132的输入耦合表面之间的距离被选择成使得从光源111到光整形HOE 120的光90的射束不会被成像HOE 130的基材132(图2中基材132的右下角)削减。

进一步地，可能希望从光源111到光整形HOE 120的距离被选择得尽可能大，使得光源111最大可能程度地具有点光源的特性。同时，成像HOE 130的更大区域也可以被照明，这是由于与光源111之间的例如垂直于图2中的附图的平面或者沿着和/或垂直于侧向尺寸136(对应深度方向在图6B中可见)的距离更大。既而，再次，为了使用光整形HOE 120在竖直方向上对尽可能多的光源111的光90进行整形，该距离不应选择得太大(即，这对应于光整形HOE 120的高度)。例如，从50mm到100mm的范围被确定为有助于距离，例如特别是70mm。

因此，取决于成像HOE 130的侧向尺寸136的大小，可以通过成像HOE 130的重构角135和光源111与光整形HOE 120之间的距离的参数来设定尽可能最佳的照明情况。

图7示出了用于制造光学系统的示例性方法的流程图。举例来说，可以使用图7的方法制造根据上文讨论的任一示例的光学系统110。在图7中使用虚线描绘了可选框。

最初在框3005中，提供成像HOE。例如，可以根据上述示例来实现成像HOE 130。

例如，框3005可以包括用来自多个干涉激光光源的参考光对成像HOE 130进行曝光。以这种方式，可以在对应基材上形成折射率调制区域。由此限定了重构角135。

原则上，本领域技术人员知道用于对成像HOE进行曝光的技术，因此，此处不需要详细说明。

在框3010中，提供光整形HOE。例如，可以根据上述示例来提供光整形HOE 120。

框3010可以包括用来自多个干涉激光光源的参考光对光整形HOE 120进行曝光。特别地，光整形HOE的反射角可以由此限定。反射角对应于来自这些干涉激光光源之一的照明角，并且此角度可以被设定成等于光整形HOE的布鲁斯特角。

为了获得表1中讨论的光整形功能，光整形HOE可以特别地以反射几何形状形成；然而，作为透射HOE的实现方式原则上也是可能的。衍射和反射入射光的对应光栅可以提供光谱滤波和角空间中的滤波，如表1中所讨论。此外，通过光整形HOE相对于来自框3005的成像HOE的合适尺寸和布置可以实现的是，尤其以侧入式几何形状获得了成像HOE的折射率调制区域的均匀照明。

在框3015中，可以提供光源。特别地，此光源可以布置在距光整形HOE合适的距离处。

接着，在框3020中，可以可选地将由此获得的光学系统集成到装饰面板中，例如机动车辆的内部装饰面板中。

图8展示了与光学系统110相关的方面。图8是光学系统110的示意图，该光学系统被配置成产生全息图150。原则上，图8的光学系统110对应于图1的光学系统110。然而，图8中的光学系统110还包括光波导301。光波导301将光90的射束路径81(概括地说)引导到成像HOE 130。在所展示的示例中，光波导301还将光90引导到光整形HOE 120，并且从光整形HOE 120向前引导到成像HOE 130。光波导301可以例如通过在其界面处的全内反射将光引导到周围的光学较薄介质。

这意味着光波导301的输入耦合表面302布置在折射或镜像光学元件171(例如准直透镜)与光整形HOE 120之间。例如，如果使用折射式准直透镜，那么输入耦合表面302可以是垂直于准直透镜的光轴定向的。

然而，原则上也可以想到，输入耦合表面302例如布置在光整形HOE 120与成像HOE130之间。

通过使用光波导310，可以实现光学系统110的特别紧凑的结构。举例来说，光波导301可以实现其上布置有成像HOE 130的基材132。通过在光波导301中并沿着折射率调制区域131引导光90，因此可以将基材132或光波导301的厚度134的尺寸设计得相对较小(例如，与图2的情况相比)。针对示例性结构实现方式，在图9和图10中描绘了这种情况。

图9是具有光波导301的图8的光学系统110的示例性结构实现方式的立体图。图10是图9的光学系统110的结构实现方式的侧视图。

从图9和图10可以明显看出，光波导301由块状材料(例如玻璃或塑料)形成。光波导301可以被实现为光学块350。光整形HOE 120被施加到光波导301的外表面308，并且成像HOE 130被施加到光波导301的与该外表面垂直的外表面309。通常，光整形HOE 120和成像HOE 130可以布置在不同外表面上。

从图9可以明显看出(不同于图2)，由于光波导301中的反射，光多次入射在成像HOE 130的折射率调制区域131上，因为光波导301在成像HOE 130下方延伸并实现其基材。因此，厚度134比侧向尺寸136小很多倍，或者特别是比沿着光波导301的长度小很多倍。通常，厚度134可以不大于成像HOE 130的沿着光波导301的长度的20％。

光90的射束截面也可以随着厚度134的减小而减小。因此，可以减小光整形HOE120的侧向范围，使得光学系统110的设计更加紧凑。

上文描述了光学系统110具有单个光学通道31的实现方式。这意味着提供单个射束路径81来产生全息图150。光学系统110具有不止一个光学通道的实现方式也是可以想到的。在以下附图的上下文中解释了示例性实施方式。

图11展示了与光学系统110相关的方面。图11是光学系统110的示意图，该光学系统被配置成产生全息图150。图11的示例中的光学系统110包括两个光学通道31、32。

光学通道31对应于图8的示例，并且已在图8的上下文中讨论过。

光学系统110还包括另一光学通道32。该另一光学通道以类似于光学通道31的方式实现，也就是说，它包括光源111#、光整形HOE 171#、以及具有对应输入耦合表面302#的光波导301#。

可选地，光学系统110还可以包括光阑元件39，该光阑元件布置在光学通道31、32之间并且避免光学通道31、32之间的光串扰。光阑元件39可以由光吸收材料制成。光阑元件39可以例如在相应光源111、111#之间延伸，直到准直透镜171、171#(或者通常到如上所述的折射或镜像光学元件)。在准直之后，光阑可以是可省去的。

光学通道31、32在图11中被相应地配置。概括地说，光学通道31、32可以就光学元件的布置和/或存在而言被不同地配置。下面列出了一些示例性变型：

第一变型：例如，可以以类似于图1的情况中的光学通道31的方式省去光波导301和/或光波导301#。

第二变型：虽然图11和随后的图各自示出了两个光学通道31、32，但是原则上可以实现更多数量的光学通道。

第三变型：还可以想到，使用共同的光源来沿着光学通道31的射束路径81和沿着光学通道32的射束路径81#发射光(在图11所描绘的示例中使用单独的光源111、111#，结果是，不同的光90、90#用于射束路径81和射束路径81#)。

第四变型：在图11的示例中，光学通道31、32寻址不同的成像HOE 130、130#，这些成像HOE各自通过光90、90#产生对应全息图150-1、150-2。然而，光学通道31、32寻址同一成像HOE 130(例如在不同或重叠的区域中)的变体也是可以想到的。这样的示例示出在图12和图13中。

在图12的示例中，第一光学通道31被配置成用光90对成像HOE的区域801进行照明，并且第二光学通道32被配置成用光90#对成像HOE 130的区域802进行照明。区域801和区域802彼此相邻地布置。因此，如果两个光学通道31、32同时被激活，那么可以通过光90和光90#来重构呈全息图150-3形式的共同的图像主题。对应图像主题可以具有面积特别大的实施例。

代替相邻布置的区域801、802由两个光学通道31、32寻址的如图12所示的这种实现方式，也可以想到光学通道31用光90对成像HOE 130的第一区域进行照明，并且光学通道32用光90#对成像HOE 130的第二区域进行照明，其中第一区域和第二区域具有共同的重叠区域。图13描绘了这种示例。

在图13的示例中，光学通道31因此被配置成用光90对成像HOE 130的区域811进行照明，并且光学通道32被配置成用光90#对成像HOE 130的区域812进行照明。区域801和区域802具有重叠区域813，该重叠区域因此由两个光学通道服务。

在图13所展示的示例中，光90用于在全息图150-4的范围内产生图像主题，并且光90#用于在全息图150-5的范围内产生图像主题。这些图像主题可以布置在相同空间区域中(这在图13的示意图中未示出)。

这允许取决于哪个光学通道31、32被激活，在相同位置显示改变的图像主题。还可以在一个区域中实现具有不同颜色的图像主题(在光90和光90#使用不同的波长进行重构的情况下)。这种几何形状是特别有利的，因为这允许图像主题在波长和重构角两个方面均分离，并且这使得能够避免光学通道之间的串扰。还可以想到通过增加个别光学通道(具有相同的图像主题和颜色)来递增地切换亮度。

为了产生不同的全息图150-4、150-5，光学通道的对应分离可以以不同方式实现。例如，在图13的示例中，不同重构角用于光90和光90#。这意味着光90和光90#以不同的角度入射到成像HOE 130上。

原则上，作为替代或补充，不同的光学通道可以与不同波长的光相关联。例如，光学通道31的光源111可以被配置成发射具有第一发射光谱的光90，并且光学通道32的光源111#可以被配置成发射具有第二发射光谱的光90#。发射光谱可以彼此不同。这允许全息图150-4、150-5的图像主题以不同的颜色显示，甚至在相同的空间区域中显示。可以避免串扰。作为替代或补充，可以想到以空间偏移显示全息图150-4、150-5。

可以想到，在另一变体中，发射光谱至少部分重叠。如果需要，波长范围的分离则可以通过光整形HOE 120、120#来实现。例如，光学通道31的光整形HOE 120的光谱滤波可以让光90的在第一波长范围内的部分通过，并且光学通道32的光整形HOE 120#的光谱滤波可以让光90#的在第二波长范围内的部分通过，其中第一波长范围不同于第二波长范围。这允许全息图150-4、150-5的图像主题以不同的颜色显示，甚至在相同的空间区域中显示。可以避免串扰。作为替代或补充，可以想到以空间偏移显示全息图150-4、150-5。

下文讨论具有多个光学通道的光学系统110的示例性结构实现方式。

图14是具有三个光学通道31、32、33的立体图，这些光学通道分别具有彼此平行延伸的射束路径81、81#和81##。使用了联合呈光学块350形式的光导元件301、301#、301##。准直透镜171、171#、171##也一体地形成为透镜阵列。例如，准直透镜171、171#、171##可以在联合注射成型工艺或联合3D打印工艺中制造。

图15是图14的示例的增强。在图15中使用了总共六个光学通道31至36，其中光学通道31-33和34-36分别彼此垂直地布置(即，对应射束路径相对于彼此形成90°的角度)。通道31-33对应于图14的示例；通道34-36也对应于图14的示例。

以这种方式，可以为不同的成像HOE 130或者至少为共同的成像HOE的不同区域形成行列阵列。可以重构不同图像主题的行列阵列。

一般来说，多个不同光学通道的射束路径可以彼此形成不同的角度，例如从45°到90°。

图16是具有两个光学通道31、32的光学系统110的可能实施方式的另一示例，这些光学通道的射束路径81、81#彼此平行，确切地说，彼此成180°角。因此，重构角在方位角方向相差180°。图17是图16的光学系统的对应立体图。

图18和图19以两个不同的立体图示出了光学系统110，该系统是图16和图17的光学系统110的增强。图18和图19中的光学系统110使用四个光学通道31-34，其中两个相应通道具有彼此平行延伸的射束路径、并且分别对应于图16或图17的光学系统110。

图20示意性地展示了根据多个不同示例的控制器。图20示出了数据处理设备901，该数据处理设备包括处理器902和存储器903。数据处理设备901实现控制器，该控制器能够控制如上所述的光学装置的多个光学通道。为此，处理器902可以从存储器903加载并执行程序代码。接着，借助于经由接口904输出的适当指令，处理器902能够单独地开启和关闭与光学装置的不同光学通道相关联的个别光源。因此，处理器902能够可选地以单独或联合的方式控制来自不同通道的多个光源。

下文在图21的上下文中描述了用于控制光学装置的示例性方法。

图21是示例性方法的流程图。图21的方法用于控制具有多个光学通道的光学装置。例如，可以如上所述地控制光学装置110。

基于来自存储器903(参见图20)的程序代码，图21的方法可以由控制器执行，例如由数据处理设备901的处理器902执行。

在框920中，执行关于是否应开启第一光学通道的检查。例如，为此可以进行关于是否应显示浮动全息图的特定图像主题的检查，其中旨在显示的图像主题由第一光学通道产生。为此，例如，可以考虑从显示控制器或用户输入获得的主题规格。例如，如果不同的成像HOE 130、130#由不同的光学通道寻址(参见图11)，那么不同的按钮或图像部分例如可以以这种方式开启/关闭。

还可以检查浮动全息图的特定图像主题是否存在亮度规格。取决于亮度规格，可以激活更多或更少的光学通道。举例来说，在低亮度规格的情况下，可以做出第一光学通道不需要开启的决定。尤其有帮助的是，通过该多个光学通道在相同的空间区域中重构相同的全息图(参见图13)。

如果第一光学通道被开启，那么在框925中，与第一光学通道相关联的第一光源被开启。

在框930中实施与框920中的检查相对应的检查，然而是针对另一光学通道。接着，框935再次对应于框925，然而是针对另一光学通道。因此，可以个别地控制光学通道。

不言而喻，上述本发明的实施例和方面的特征可以彼此组合。特别地，在不脱离本发明的范围的情况下，这些特征不仅可以在所描述的组合中使用，而且可以在其他组合中使用或单独使用。

Claims (30)

1.一种光学系统(110)，包括：

-成像全息光学元件HOE(130)，该成像HOE被配置成基于光(90)产生布置在该成像HOE(130)外部的体积(159)中的浮动全息图(150)，

-光源(111)，该光源被配置成将该光(90)沿着射束路径(81)发射到该成像HOE(130)，以及

-光整形HOE(120)，该光整形HOE在该光源(111)与该成像HOE(130)之间布置在该射束路径(81)中、并且被配置成执行该光(90)的光谱滤波。

2.如权利要求1所述的光学系统(110)，还包括：

-光波导(301)，该光波导将该射束路径(81)引导到该成像HOE(130)。

3.如权利要求2所述的光学系统(110)，还包括：

-折射或镜像光学式光学元件(171，172)，该折射或镜像光学式光学元件在该光源(111)与该光整形HOE(120)之间布置在该射束路径(81)中、并且被配置成收集由该光源(111)发射到该光整形HOE(120)上的该光(90)，

其中该光波导(301)的输入耦合表面(302)布置在该折射或镜像光学元件(171，172)与该光整形HOE(120)之间。

4.如权利要求2或3所述的光学系统(110)，

其中，该光整形HOE(120)和该成像HOE(130)被施加到该光波导(301)的不同外表面(308，309)。

5.如权利要求2至4中任一项所述的光学系统(110)，

其中，该光波导(301)在该成像HOE(130)下方延伸、并且实现用于该成像HOE(130)的折射率调制区域(131)的基材。

6.如权利要求5所述的光学系统(110)，

其中，垂直于该成像HOE(130)并邻近于该成像HOE(130)的该光波导(301)的厚度(134)不超过该成像HOE(130)的沿着该光波导(301)的长度(136)的20％。

7.如前述权利要求中任一项所述的光学系统(110)，还包括：

-第一光学通道(31)，该第一光学通道由该射束路径(81)限定，

-第二光学通道(32)，该第二光学通道由另一射束路径(81#)限定，另一光(90#)沿着该另一射束路径传播到该成像HOE(130)或另一成像HOE(130#)。

8.如权利要求7所述的光学系统(110)，

其中，该第一光学通道(31)的射束路径(81)和该第二光学通道(32)的另一射束路径(81#)彼此平行延伸，或者

其中，该第一光学通道(31)的射束路径(81)和该第二光学通道(32)的另一射束路径(81#)相对于彼此形成45°至90°范围内的角度。

9.如权利要求7或8所述的光学系统(110)，

其中，该第一光学通道(31)被配置成用该光(90)对该成像HOE(130)的第一区域(811)进行照明，

其中，该第二光学通道(32)被配置成用该另一光(90#)对该成像HOE(120)的第二区域(812)进行照明，

其中，该第一区域(811)和该第二区域(812)具有共同的重叠区域(813)。

10.如权利要求9所述的光学系统(110)，

其中，该第一光学通道(31)被配置成以第一重构角(135)用该光(90)对该重叠区域(813)进行照明，

其中，该第二光学通道(32)被配置成以第二重构角(135)用该另一光(90#)对该重叠区域(813)进行照明，

其中，该第一重构角(135)不同于该第二重构角(135)。

11.如权利要求7至10中任一项所述的光学系统(110)，

其中，该第一光学通道(31)被配置成用该光(90)对该成像HOE(130)的第一区域(801)进行照明，

其中，该第二光学通道(32)被配置成用该另一光(90#)对该成像HOE(130)的第二区域(802)进行照明，

其中，该第一区域(801)和该第二区域(802)彼此相邻地布置。

12.如权利要求11所述的光学系统(110)，

其中，该成像HOE(130)的第一区域(801)和第二区域(802)重构共同的图像主题。

13.如权利要求7至12中任一项所述的光学系统(110)，还包括：

-另一光源(111#)，该另一光源被配置成沿着该另一射束路径(81#)发射该另一光(90#)，

其中，该光源(111)被配置成发射具有第一发射光谱的该光(90)，

其中，该另一光源(111#)被配置成发射具有第二发射光谱的该另一光(90#)，其中，该第一发射光谱和该第二发射光谱不重叠。

14.如权利要求7至12中任一项所述的光学系统(110)，还包括：

-另一光源(111#)，该另一光源被配置成沿着该另一射束路径(81#)发射该另一光(90#)，

其中，该光源(111)被配置成发射具有第一发射光谱的该光(90)，

其中，该另一光源(111)被配置成发射具有第二发射光谱的该另一光(90#)，其中，该第一发射光谱和该第二发射光谱至少部分重叠。

15.如权利要求14所述的光学系统(110)，还包括：

-另一光整形HOE(120#)，该另一光整形HOE在该另一光源(111#)与该成像HOE(130)或另一成像HOE(130#)之间布置在该另一射束路径(81#)中、并且被配置成执行该另一光(90#)的光谱滤波，

其中，该第一光学通道(31)中的该光整形HOE(120)的光谱滤波允许该光(90)的在第一波长范围中的部分通过，

其中，该第二光学通道(32)中的该另一光整形HOE(120#)的光谱滤波允许该另一光(90#)的在第二波长范围中的部分通过，

其中，该第一波长范围不同于该第二波长范围。

16.如权利要求7至15中任一项所述的光学系统，

其中，该第一光学通道(31)还包括：折射或镜像光学式光学元件(171，172)，该折射或镜像光学式光学元件被配置成收集该光(90)，

其中，该第二光学通道(32)还包括：另一折射或镜像光学式光学元件(171#)，该另一折射或镜像光学式光学元件被配置成收集该另一光(90#)，

其中，该折射或镜像光学式光学元件(171，172)和该另一折射或镜像光学式光学元件(171#)是一体形成的。

17.如权利要求7至16中任一项所述的光学系统，还包括：

-光阑元件(39)，该光阑元件被布置成将该第一光学通道(31)的光(90)与该第二光学通道(32)的另一光(90#)分离。

18.如权利要求7至17中任一项所述的光学系统，还包括：

-控制器(901)，该控制器被配置成单独或联合控制该第一光学通道(31)的光源(111)和该第二光学通道(32)的另一光源(111#)。

19.如权利要求18所述的光学系统，

其中，该控制器(901)被配置成基于该浮动全息图的图像主题的亮度规格而单独或联合控制该第一光学通道的光源(111)和该第二光学通道(32)的另一光源(111#)。

20.如权利要求18或19所述的光学系统，

其中，该控制器(901)被配置成基于该浮动全息图的图像主题的主题规格而单独或联合控制该第一光学通道(31)的光源(111)和该第二光学通道(32)的另一光源(111#)。

21.如前述权利要求中任一项所述的光学系统(110)，

其中，该光整形HOE(120)还被配置成减小该光(90)沿着该射束路径(81)传播的角谱。

22.如前述权利要求中任一项所述的光学系统(110)，

其中，该光整形HOE(120)还被配置成将该光(90)沿着该射束路径(81)偏转到该成像HOE(130)。

23.如权利要求22所述的光学系统(110)，

其中，该光整形HOE(120)将该光(90)沿着该射束路径(81)以反射几何形状偏转。

24.如权利要求23所述的光学系统(110)，

其中，该光整形HOE(120)沿着该射束路径(81)反射该光(90)的反射角(125)对应于该光整形HOE(120)的基材(122)的材料的布儒斯特角。

25.如权利要求22至24中任一项所述的光学系统(110)，

其中，该光(90)沿着该射束路径(81)在该光整形HOE(120)上的入射角(126)被选择成使得该光(90)的菲涅耳反射是背离该成像HOE(130)定向的。

26.如前述权利要求中任一项所述的光学系统(110)，

其中，该射束路径(81)以侧入式几何形状入射在该成像HOE(130)上。

27.如前述权利要求中任一项所述的光学系统(110)，

其中，该光源(111)包括具有发射光谱(601)的发光二极管，

其中，该光整形HOE(120)的光谱滤波允许该光(90)的在该发射光谱(601)的宽度(611)的50％以内的部分通过。

28.如前述权利要求中任一项所述的光学系统(110)，还包括：

-折射或镜像光学式光学元件(171，172)，该折射或镜像光学式光学元件在该光源(111)与该光整形HOE(120)之间布置在该射束路径(81)中、并且被配置成收集由该光源(111)发射到该光整形HOE(120)上的该光(90)。

29.如前述权利要求中任一项所述的光学系统(110)，

其中，该体积(159)与该成像HOE(130)之间的距离(155)不小于该成像HOE的折射率调制区域(131)的侧向尺寸(136)的60％。

30.一种用于制造光学系统(100)的方法，其中，该方法包括：

-提供成像全息光学元件HOE(130)，该成像HOE被配置成基于光(90)产生布置在该成像HOE(130)外部的体积(159)中的浮动全息图(150)，

-提供光源(111)，该光源被配置成将该光沿着射束路径(81)发射到该成像HOE，以及

-提供光整形HOE(120)，该光整形HOE在该光源与该成像HOE之间布置在该射束路径中、并且被配置成执行该光的光谱滤波。