DE102007022247B4 - Holographische Abbildungsoptik und Darstellungsvorrichtung mit einer solchen - Google Patents

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Abstract

Holographische Abbildungsoptik mit zumindest einem ersten Hologramm (1) und einem zweiten Hologramm (3), die im optischen Weg unmittelbar aufeinander folgen und zusammen ein holographisch-optisches Element bilden,dadurch gekennzeichnet,dass die zumindest zwei Hologramme (1, 3) direkt übereinander angeordnete Reflexionshologramme sind, die ein flächiges Element bilden,wobei durch die Abbildung des zweiten Hologramms (3) der Einfallwinkel in das erste Reflexionshologramm (1) und somit die Einfallbedingungen des Lichts festgelegt werden, unter denen das erste Reflexionshologramm (1) rekonstruiert und eine Abbildung insgesamt erfolgt,und wobei das zweite Hologramm ein zweites Reflexionshologramm (3) für die gleiche Wellenlänge wie das erste Reflexionshologramm (1) ist, das so gegen das erste Reflexionshologramm (1) orientiert ist, dass unter dem Einfallwinkel des zweiten Reflexionshologramms (3) das erste Reflexionshologramm (1) nicht rekonstruiert, der Ausfallwinkel des zweiten Reflexionshologramms (3) dem Einfallwinkel des ersten Reflexionshologramms (1) entspricht und unter dem Ausfallwinkel des ersten Reflexionshologramms (1) das zweite Reflexionshologramms (3) nicht rekonstruiert, so dass sich insgesamt eine Transmission des abgebildeten Lichts durch die holographische Abbildungsoptik ergibt.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine holographische Abbildungsoptik und eine Darstellungsvorrichtung mit einer solchen holographischen Abbildungsoptik gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 10, welche z. B. für den Einsatz im Armaturenbereich von Kraftfahrzeugen, Flugzeugen etc. geeignet ist.
  • Bekanntlich besteht großer Bedarf an einer Abbildungsoptik, die eine beliebige Winkeländerung zur optischen Achse eines Abbildungssystems und/oder eine Korrektur nicht ebener, verzerrender und optisch wirksamer Flächen ermöglicht. So besteht z. B. bei herkömmlichen Anzeigeelementen im Armaturenbereich von Fahrzeugen das Problem, daß der Fahrer, um das Anzeigeelement ablesen zu können, seine Augen vom Fernbereich auf den Nahbereich umstellen muß. Um den entsprechenden Akkomodationsschwierigkeiten und damit zusammenhängender Ermüdung zu begegnen, ist bekannt, sogenannte Head-Up-Displays zu verwenden, durch welche die Anzeige als virtuelles Bild im Abstand von einigen Metern vor dem Fahrer dargestellt wird. Die hierfür verwendeten Systeme sind jedoch noch nicht optimal.
  • So wurde versucht, bekannte optische Elemente zu verwenden, wie Linsen oder Prismen. Diese haben aber den Nachteil hohen Gewichts und auch relativ großen Platzbedarfs. Leichte Elemente wie Fresnellinsen haben unzureichende optische Abbildungseigenschaften. Klassische optische Spiegel müssen geometrisch stets so angeordnet werden, dass die Spiegelungsbedingung, Einfallwinkel gleich Ausfallwinkel, erfüllt ist.
  • Bei der Verwendung von Transmissionshologrammen zu diesem Zweck, erfolgt, wenn Licht durch diese gerichtet wird, die Beugung des Lichts nahezu unabhängig von Einfallwinkel und der Wellenlänge im gesamten sichtbaren Spektrum. Der Winkel, um den diese Beugung in der jeweiligen Ordnung erfolgt, wird durch die Wellenlänge des Lichts bestimmt. Nur bei so genannten Volumenhologrammen, die eine große Dicke aufweisen, ist der Ablenkungswinkel sowie die Wellenlänge, die abgelenkt wird, selektiv. Diese Winkelselektivität in Abhängigkeit von der Wellenlänge tritt beispielsweise bei einem 20 µm dicken Volumentransmissionshologramm nur in sehr geringem Maß auf, beziehungsweise ist kaum noch feststellbar. Es kommt daher zu einem erheblichen Dispersionseffekt. Um diesen zu kompensieren, ist bekannt, zwei Gitter oder Transmissionshologramme zu verwenden. Dabei wird um einen Winkel gebeugtes Licht einer höheren Ordnung als 0 auf das zweite Gitter oder Transmissionshologramm gelenkt und wiederum in Gegenrichtung gebeugt, um die Dispersion auszugleichen. (vgl. de Bitetto, Appl. Physics Letters 9, 1966, 417- 418). Dies ist aber es nur mit einem gewissen Platzbedarf möglich. Somit geht der Vorteil eines relativ dünnen Hologramms als optisches Abbildungselement verloren. Überdies werden die möglichen Winkel der Ablenkung eingeschränkt.
  • Es kann auch bedacht werden, Reflexionshologramme als Volumenhologramme zu verwenden, die auch als Lippmann-Bragg-Hologramme bezeichnet werden. Diese rekonstruieren nur Licht in einer Wellenlänge unter einem bestimmten Winkel in Reflexion, wobei die Trennschärfe bzw. Bandbreite von der Anzahl der Gitterebenen und somit der Dicke des Volumenhologramms abhängt. Zudem ist auch eine Transmission, mit Korrekturen, in deren bisheriger Verwendungsweise nicht erreichbar.
  • Aus der DE 199 27 712 A1 ist ein holographisches Display-System zur Darstellung von Information bekannt, das insbesondere konventionelle Anzeigeelemente im Armaturenbereich von Fahrzeugen, Flugzeugen etc. zu ersetzen versucht. Es umfaßt u. a. ein Laserprojektionssystem, einen holographischen Zwischenbildschirm sowie ein Displayelement. Das Laserprojektionssystem erzeugt mindestens einen Laserstrahl, dem die darzustellende Information aufgeprägt ist. Diese Information wird auf einen holographischen Zwischenbildschirm projiziert, der als Mattscheibe wirkt, aber eine Richtcharakteristik aufweist, denn das aufprojizierte Bild wird nur in einen definierten Raumwinkelbereich gestreut. Mittels eines Displayelements, welches entweder ein holographisch-optisches Element, ein Spiegel oder eine Linse sein kann, wird ein virtuelles Bild des holographischen Zwischenbildschirms sowie der darauf projizierten Information erzeugt. Einem Betrachter erscheint dieses virtuelle Bild als in die Tiefe verlagert und deshalb kann er es wahrnehmen, ohne seine Augen auf den Nahbereich zu akkommodieren. Für die Richtungsänderung des holographischen Zwischenbildschirms wird aber ein Transmissionshologramm mit den oben geschilderten Nachteilen (Dispersionseffekt etc) eingesetzt.
  • Aus der DE 37 12 663 A1 ist ein Anzeigesystem mit einem Abbildungssystem bekannt, das von einer Lichtquelle über einen Kollimator o. dgl. ausgeleuchtete, der Informationsdarstellung dienende Objekte sichtbar macht. Die Information wird als virtuelles Bild in für die beobachtende Person akkommodationsfreier Darstellung in die Frontscheibe eines Kraftfahrzeugs o. dgl. eingespiegelt oder durch holographisch optische Elemente (HOE) im Bereich des Armaturenbrettes dargestellt. Zur Kompensation der durch die Krümmungen der Windschutzscheibe verursachten Verzerrungen (Doppelbilder) wird eine Kompensationsoptik verwendet, die ein holographisches optisches Element sein kann. Hierdurch wird aber ein relativ hoher Aufwand betrieben.
  • Aus der EP 0 999 104 A2 ist ein Regensensor bekannt, bei dem zwei übereinander angeordnete Hologramme vorgesehen sind, die jedoch als Strahlteiler dienen, wobei ein Strahl auf die Außenfläche und der andere Strahl auf die Innenfläche der Windschutzscheibe gerichtet ist, um den Regen oder den Tau bzw. die Innenfeuchtigkeit aufzuzeigen. Eine Korrekturmöglichkeit eines optisch verzerrten Bildes oder dessen Optimierung ist über diese Einrichtung nicht möglich.
  • Die WO 01/02912 A1 beschreibt ein System zum Generieren einer Abbildung, bei dem Stapel mehrerer übereinander aufliegender Hologramme dazu verwendet werden, jeweils Licht einer bestimmten Wellenlänge (Farbe) zu erzeugen (rekombinieren). Die Rekombination einer Schicht beeinflusst aber die Rekombination der anderen Schicht bzw. Schichten nicht. Verzerrungskompensationen sind somit nicht möglich.
  • Schließlich zeigt die WO 02/054137 A2 multifokale holographische Linsen, bei denen z. B. flächenmäßig gekrümmte Hologramme nebeneinander auf einer Augenlinse oder Kontaktlinse angeordnet sind, jedoch ohne daß ein gemeinsamer optischer Weg durch diese hindurchführt.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine holographische Abbildungsoptik gemäß o. g. Gattung anzugeben, die einfach, platzsparend, flächig dünn ausführbar ist, die unter einem engen Winkelbereich eines schmalen Frequenzbandes einfallendes Licht weitestgehend unter einem einzigen frei wählbaren Austrittswinkel aussendet und eine kontrastreiche lichtstarke Abbildung ohne Dispersionseffekte erzeugt. Zudem ist eine Darstellungsvorrichtung mit einer solchen Abbildungsoptik anzugeben.
  • Diese Aufgabe wird durch eine holographische Abbildungsoptik mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Dem gemäß besitzt die erfindungsgemäße holographische Abbildungsoptik mindestens zwei im optischen Weg unmittelbar aufeinander folgende bzw. unmittelbar übereinander angeordnete Reflexionshologramme, die zusammen ein flächiges Element bilden. Dabei werden durch die Abbildung des zweiten Hologramms der Einfallwinkel in das erste Reflexionshologramm und somit die Einfallbedingungen des Lichts festgelegt, unter denen das erste Reflexionshologramm rekonstruiert und eine Abbildung insgesamt erfolgt.
    Durch die erfindungsgemäße Kombination eines (ersten) Reflexionshologramms, das flächig mit einem zweiten Hologramm verbunden ist, wobei die Rekombinationsbedingungen des Reflexionshologramms durch die Einfallbedingungen des durch das andere Hologramm beeinflussten Lichts festgelegt werden, ist es möglich, über eine dünne flächige holographische Ausbildungsoptik in einem engen Winkelbereich Licht eines schmalen Frequenzbandes in einen einzigen frei wählbaren Austrittswinkel auszusenden und dabei eine Abbildung ohne Dispersionseffekte zu erreichen.
  • Somit wird ermöglicht, eine Abbildung unter großen Winkeln zur Senkrechten bezogen auf das flächige Element der holographischen Abbildungsoptik zu erreichen, da durch das zweite Hologramm eine zusätzliche Beugung möglich ist. Das Reflexionshologramm verhindert dabei das Entstehen von Dispersionseffekten und sorgt für eine schmalbandige Abbildung einer Wellenlänge.
  • Zudem ist das zweite Hologramm ein zweites Reflexionshologramm für die gleiche Wellenlänge wie das erste Reflexionshologramm, das so gegen das erste Reflexionshologramm orientiert ist, dass unter dem Einfallwinkel des zweiten Reflexionshologramms das erste Reflexionshologramm nicht rekonstruiert, der Ausfallwinkel des zweiten Reflexionshologramms dem Einfallwinkel des ersten Reflexionshologramms entspricht und unter dem Ausfallwinkel des ersten Reflexionshologramms das zweite Reflexionshologramm nicht rekonstruiert, so dass sich insgesamt eine Transmission des abgebildeten Lichts durch die holographische Abbildungsoptik ergibt.
  • Zwei Reflexionshologramme, die in der gleichen Wellenlänge, jedoch durch die Aufnahmebedingungen bei unterschiedlichen Einfallswinkeln rekonstruieren, arbeiten auf diese Weise kombiniert in Transmission. Dabei wird das einfallende Licht vom einen Hologramm, als erstes Reflexionshologramm nicht beeinflusst, wenn es nicht in dessen, durch die Aufnahme definierten Einfallswinkel auftrifft. Entspricht der Einfallwinkel des durch das erste Reflexionshologramm durchgehenden Lichts der Aufnahmegeometrie des zweiten Reflexionshologramms, wird dieses zur Rekonstruktion gebracht und erzeugt einen rekonstruierten Lichtstrahl der der Aufnahmegeometrie des ersten Hologramms entspricht. Das erste Reflexionshologramm rekonstruiert nun und reflektiert die Lichtstrahlen erneut. Das so im Sandwich hergestellte Hologramm arbeitet in Transmission nur für Wellen die den Bragg-Bedingungen genügen, also monochrom sind.
  • Zwar ist aus der WO 01/ 35 170 A1 ein optisches Filtersystem bekannt, bei dem auch eine mittelbare Anordnung von mindestens zwei Hologrammen als HOEs vorhanden ist. Es handelt sich aber dabei lediglich um ein optisches Filtersystem für ein Licht erzeugendes System und nicht um eine im Armaturenbrett eines Kraftfahrzeuges integrierbare Abbildungsoptik einer Darstellungsvorrichtung. Auch der WO 00/ 49 431 A1 ist nur ein optisches Filtersystem zu entnehmen, während die US 2004 / 0 121 241 A1 lediglich ein Volumenhologramm Medium beschreibt, wobei beide ebenfalls nicht zu einer im Armaturenbrett eines Kraftfahrzeuges integrierbaren Abbildungsoptik einer Darstellungsvorrichtung geeignet sind.
  • In günstiger Ausführungsform ist ein drittes Reflexionshologramm im optischen Weg so angeordnet, dass sein Einfallwinkel dem Ausfallwinkel des ersten Reflexionshologramm entspricht und sich insgesamt eine Reflexion des abgebildeten Lichts durch die holographische Abbildungsoptik ergibt. Durch drei Reflexionshologramme, die so angeordnet sind, dass den zwei zusammen transmittierenden Reflexionshologrammen noch ein drittes im optischen Weg folgt, kann die holographische Abbildungsoptik auch insgesamt reflektierend ausgeführt werden.
  • Vorteilhaft kann eine Mehrzahl von Reflexionshologrammen so im optischen Weg angeordnet sein, dass sich bei gerader Anzahl insgesamt eine Transmission und bei ungerader Anzahl insgesamt eine Reflexion ergibt.
    Es können somit je nach Wunsch reflektierende oder transmittierende Stapel aus Holgrammschichten gebildet werden.
  • Im optischen Weg können auch ein oder mehrere Transmissionshologramme angeordnet sein. Dadurch bestehen noch weitere Möglichkeiten, z. B. Farbfehler oder Verzerrungen zu korrigieren.
    In günstiger Ausführungsform bilden die Reflexions- und/oder Transmissionshologramme eine dreidimensionale Fläche oder gespeicherte Korrekturwellenfront ab, um eine gewünschte Verzerrung zu erzeugen oder eine Verzerrung im optischen Weg zu korrigieren.
  • Durch die holographische Abbildungsoptik kann insgesamt eine Fläche so abgebildet werden, dass etwa das Bild einer Anzeigevorrichtung als virtuelles Bild abgebildet wird. Ein abbildendes Hologramm kann dabei so mit einer verzerrten oder verformten Wellenfront aufgenommen werden, dass es an anderer Stelle im Strahlengang/ optischen Weg auftretende Verzerrungen kompensiert.
    Insbesondere, wenn das holographische Abbildungssystem zum Einblenden von Informationen etwa durch Einspiegeln in den Sichtbereich einer Windschutzscheibe eingesetzt wird, kommt es zu Verzerrungen durch die dreidimensionale Freiformfläche der Scheibenfläche. Dies kann korrigiert werden, wenn beim Belichten des Hologramms keine ebene Fläche als Objekt, sondern eine entsprechend geformte Korrekturfläche benutzt wird, so dass das Hologramm eine Korrekturwellenfront speichert.
  • Von Vorteil ist auch, wenn einige oder alle der Reflexions- und/oder Transmissionshologramme gemeinsam in eine Trägerschicht realisiert sind. Da die Beugung des Lichts und Rekonstruktion des ursprünglichen Gegenstands durch eine Vielzahl von gespeicherten Gitterpunkten erfolgt, wird das Licht auch im ganzen Volumen rekonstruiert. Daher ist es möglich, zwei Hologramme, die im optischen Weg aufeinander folgen müssen, ineinander in dasselbe Volumen zu belichten.
  • In vorteilhafter Ausführung sind einige oder alle der Reflexions- und/oder Transmissionshologramme jeweils einzeln oder zu mehreren gemeinsam in eine Trägerschicht belichtet und die Schichten miteinander verklebt. Dadurch wird die Schwierigkeit vermieden, z. B. bei zwei Hologrammen die Belichtung auf beide gleichmäßig zu verteilen.
  • Vorteilhaft sind die Trägerschichten Volumenhologramme mit einer Schichtdicke von 5 µm bis 50 µm, bevorzugt von 20 µm vorgesehen.
  • Schichten mit einer Dicke von 5 µm bis 50 µm stehen kostengünstig zur Verfügung und ermöglichen Volumenhologramme mit einer ausreichend engen Bandbreite. Besonders gut geeignet sind Schichtstärken von 20 µm.
  • In bevorzugter Ausführungsform können die Trägerschicht oder die Trägerschichten eine dreidimensionale Freiformfläche bilden und in dieser Form belichtet sein. Dies ermöglicht es, die holographische Abbildungsoptik in eine gekrümmte Fläche, wie etwa ein Armaturenbrett zu integrieren.
  • Die Aufgabe wird auch durch eine Darstellungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den entsprechend rückbezogenen Unteransprüchen angegeben.
  • Dem gemäß verwendet die erfindungsgemäße Darstellungsvorrichtung vorteilhaft eine Projektionsvorrichtung, die relativ klein ausführbar und im Verhältnis zum Armaturenbrett im wesentlichen darüber oder auf der Fahrerseite angeordnet ist. So kann sie auch seitlich von dem Fahrer im Bereich eines in der Zeichnung nicht dargestellten Rückspiegels anordenbar sein. Die flächige dünne holographische Abbildungsoptik kann dennoch, ohne an die symmetrischen Spiegelungsgesetze eines klassischen optischen Spiegels gebunden zu sein, das Bild über die Windschutzscheibe an die richtige Stelle im Sichthorizont spiegeln. Weiter kann sie Verzerrungen durch die gekrümmte Form der Windschutzscheibe ausgleichen. Schließlich ist es möglich, die holographische Abbildungsoptik selbst als dreidimensionale Fläche auszuführen und in das entsprechend gestaltete Armaturenbrett zu integrieren.
  • Dies ermöglicht auch bei stark gekrümmten sowie sehr geneigt eingebauten Windschutzscheiben mit den sich daraus ergebenden engen Platzverhältnissen dennoch eine fehlerfreie Abbildung eines Bildes der sehr platzsparend angeordneten Projektionsvorrichtung. Insbesondere kann die holographische Abbildungsoptik unauffällig gestaltet werden, da sie an die Form des Armaturenbretts angepasst werden kann.
  • Bei der Herstellung einer erfindungsgemäßen holographischen Abbildungsvorrichtung werden in einem ersten Schritt die Trägerschichten getrennt belichtet und sodann in weiteren Schritten über- bzw. aufeinander liegend miteinander verklebt. Sie können aber auch bereits in der dreidimensionalen Form der holographischen Abbildungsvorrichtung belichtet werden.
  • So wird jeweils eine kompakte und an die jeweilige Form der Unterlage, z. B. des Armaturenbrettes, anpassbare oder in diese bereits bei der Herstellung integrierbare Abbildungsoptik erhalten, deren mehrere optischen Elemente störungsfrei und maximal platzsparend bezüglich ihrer relativen Position zueinander angeordnet sind.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand von mehreren Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die Zeichnung näher erläutert.
    Es zeigen:
    • 1: schematisch eine Abbildungsoptik in erster Ausführung mit zwei Reflexionshologrammen,
    • 2: schematisch eine Abbildungsoptik in zweiter Ausführung mit drei Reflexionshologrammen,
    • 3: schematisch eine Abbildungsoptik in dritter Ausführung mit einem Reflexionshologramm und zwei Transmissionshologrammen, und
    • 4: schematisch eine Darstellungsvorrichtung zur Einblendung von Informationen.
  • 1 zeigt als erstes Beispiel einer erfindungsgemäßen holographischen Abbildungsoptik ein Element mit einem ersten Reflexionshologramm 1 in einer ersten Trägerschicht 2 und einem zweiten Reflexionshologramm 3 in einer zweiten Trägerschicht 4, wobei erste Trägerschicht 2 und zweite Trägerschicht 4 miteinander (im wesentlichen aufeinander liegend) laminiert oder verklebt sind. Dabei entspricht die dargestellte Schraffur der Reflexionshologramme 1, 3 der ungefähren Orientierung der Bragg'schen Ebenen zu den Wellenfronten.
  • Das erste Reflexionshologramm 1 ist derart ausgeführt, dass für einen Lichtstrahl 5, welcher von unten durch dieses in das zweite Reflexionshologramm 3 hindurch läuft, die Bragg-Bedingungen bei diesem Winkel und der festen Wellenlänge des monochromatischen Lichts nicht erfüllt sind. Damit trifft der Lichtstrahl 5 unbeeinflusst auf das zweite Reflexionshologramm 3. Für das zweite Reflexionshologramm 3 dagegen sind die Bragg-Bedingungen erfüllt und der Lichtstrahl 5 wird senkrecht nach unten in Richtung des ersten Reflexionshologramms 1 reflektiert. Für diesen jetzt senkrechten Einfallswinkel in das Reflexionshologramm 1 sind die Bragg-Bedingungen erfüllt und der Lichtstrahl wird, wie durch den Pfeil verdeutlicht, nach oben in das zweite Reflexionshologramm 3 abgelenkt.
  • 2 zeigt eine holographische Abbildungsoptik mit insgesamt drei Reflexionshologrammen 1, 3, 6 bzw. Lippman-Bragg-Hologrammen. Zu beachten ist dabei, daß zu 1 gleiche Bauteile auch hier mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind und daß die Schraffuren der Hologramme die ungefähre Orientierung der Bragg'schen Ebenen zu den Wellenfronten darstellen. So ist das erste Reflexionshologramm 1 in der ersten Trägerschicht 2 und das zweite Reflexionshologramm 3 in der zweiten Trägerschicht 4 in unterschiedlichen Winkeln angeordnet. Ein zusätzliches drittes Reflexionshologramm 6 in einer dritten Trägerschicht 7 ist ebenfalls unter einem Winkel angeordnet. Für bestimmte Anwendungen können erstes Reflexionshologramm 1, zweites Reflexionshologramm 3 und drittes Reflexionshologramm 6 auch parallel und in Kontakt bzw. in eine einzige Trägerschicht belichtet sein.
  • Ein Lichtstrahl 8 durchstrahlt unverändert das Reflexionshologramm 3 und trifft auf Reflexionshologramm 1, in welchem die Bragg-Bedingungen erfüllt sind. Von dort wird er senkrecht auf das Reflexionshologramm 3 gerichtet. Damit sind auch für das Reflexionshologramm 3 die Bragg-Bedingungen erfüllt und der Lichtstrahl wird schräg in Richtung Reflexionshologramm 6 gelenkt, von dem aus er, entsprechend gebeugt und die Bragg-Bedingungen erfüllend, die Reflexionshologramme 1 und 3 unbeeinflusst durchläuft. Ein jedes der drei Reflexionshologramme 1, 3 und 6 hat eine eigene Aufgabe, z. B. Lupenfunktion, „Off axis“ Spiegel oder Seitenablenkung. Wenn ein einziges der Reflexionshologramme alle Funktionen zugleich erfüllen muss, können große Abbildungsfehler entstehen.
  • 3 zeigt ein weiteres erfindungsgemäßes Beispiel einer holographischen Abbildungsoptik mit drei Hologrammen und zwar mit insgesamt zwei Transmissionshologrammen 10, 12 und einem Reflexionshologramm 1 bzw. Lippman-Bragg-Hologramm. Ein erstes Reflexionshologramm 1 in einer ersten Trägerschicht 2, ein erstes Transmissionshologramm 10 in einer zweiten Trägerschicht 11 und ein zweites Transmissionshologramm 12 in einer dritten Trägerschicht 13 sind in unterschiedlichen Winkeln angeordnet. Für bestimmte Anwendungen können erstes Reflexionshologramm 1, erstes Transmissionshologramm 10 und zweites Transmissionshologramm 12 auch parallel und in Kontakt bzw. in eine einzige Trägerschicht belichtet sein.
  • Wenn ein Lichtstrahl 14 das erste Transmissionshologramm 10 und das zweite Transmissionshologramm 12 durchläuft, wird er bei richtigem Einfallwinkel so abgelenkt, bzw. abgebildet, dass das erste Reflexionshologramm 1 rekonstruiert.
  • Beim erneuten Durchlaufen des ersten Transmissionshologramms 10 und des zweiten Transmissionshologramms 12 wird der Lichtstrahl 14 erneut abgelenkt.
  • Durch die Transmissionshologramme 10, 12 können Verzerrungen und Farbfehler korrigiert werden.
  • 4 zeigt schematisch eine Darstellungsvorrichtung zur Einblendung von Informationen bei einem Fahrzeug. Eine Projektionsvorrichtung 16 erzeugt ein Bild der zu ermittelnden Informationen, das in die Achse eines Sichthorizonts 17 für einen Fahrer eingeblendet werden soll. Die von der Projektionsvorrichtung ausgehenden Lichtstrahlen 18 treffen auf eine holographische Abbildungsoptik 19 entsprechend dem Ausführungsbeispiel z. B. der 3. Über diese wird das Bild entsprechend den Strahlen 20 auf eine Windschutzscheibe 21 des Fahrzeugs gespiegelt. Die holographische Abbildungsoptik 19 ist flächig in ein Armaturenbrett 22 des Fahrzeugs eingelassen. In dem Sichthorizont 17 ergibt sich ein virtuelles Bild 23, verdeutlicht durch den Bildpfeil.
  • Die Projektionsvorrichtung 16 kann relativ klein ausgeführt sein und auch seitlich von dem Fahrer im Bereich eines hier nicht dargestellten Rückspiegels angebracht sein. Die holographische Abbildungsoptik 19 kann dennoch, ohne an die symmetrischen Spiegelungsgesetze eines klassischen optischen Spiegels gebunden zu sein, das Bild an die richtige Stelle im Sichthorizont 17 spiegeln. Weiter kann sie Verzerrungen durch die gekrümmte Form der Windschutzscheibe 21 ausgleichen. Schließlich ist es möglich, die holographische Abbildungsoptik 19 selbst als dreidimensionale Fläche auszuführen und in das entsprechend gestaltete Armaturenbrett zu integrieren.
  • Bezugszeichenliste
  • 1.
    erstes Reflexionshologramm
    2.
    erste Trägerschicht
    3.
    zweites Reflexionshologramm
    4.
    zweite Trägerschicht
    5.
    Lichtstrahl
    6.
    drittes Reflexionshologramm
    7.
    dritte Trägerschicht
    8.
    Lichtstrahl
    9.
    ---
    10.
    erstes Transmissionshologramm
    11.
    zweite Trägerschicht
    12.
    zweites Transmissionshologramm
    13.
    dritte Trägerschicht
    14.
    Lichtstrahl
    15.
    ---
    16.
    Projektionsvorrichtung
    17.
    Sichthorizont
    18.
    Lichtstrahlen
    19.
    holographische Abbildungsoptik
    20.
    Lichtstrahlen
    21.
    Windschutzscheibe
    22.
    Armaturenbrett
    23.
    virtuelles Bild

Claims (11)

  1. Holographische Abbildungsoptik mit zumindest einem ersten Hologramm (1) und einem zweiten Hologramm (3), die im optischen Weg unmittelbar aufeinander folgen und zusammen ein holographisch-optisches Element bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Hologramme (1, 3) direkt übereinander angeordnete Reflexionshologramme sind, die ein flächiges Element bilden, wobei durch die Abbildung des zweiten Hologramms (3) der Einfallwinkel in das erste Reflexionshologramm (1) und somit die Einfallbedingungen des Lichts festgelegt werden, unter denen das erste Reflexionshologramm (1) rekonstruiert und eine Abbildung insgesamt erfolgt, und wobei das zweite Hologramm ein zweites Reflexionshologramm (3) für die gleiche Wellenlänge wie das erste Reflexionshologramm (1) ist, das so gegen das erste Reflexionshologramm (1) orientiert ist, dass unter dem Einfallwinkel des zweiten Reflexionshologramms (3) das erste Reflexionshologramm (1) nicht rekonstruiert, der Ausfallwinkel des zweiten Reflexionshologramms (3) dem Einfallwinkel des ersten Reflexionshologramms (1) entspricht und unter dem Ausfallwinkel des ersten Reflexionshologramms (1) das zweite Reflexionshologramms (3) nicht rekonstruiert, so dass sich insgesamt eine Transmission des abgebildeten Lichts durch die holographische Abbildungsoptik ergibt.
  2. Abbildungsoptik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein drittes Reflexionshologramm (6) im optischen Weg so angeordnet ist, dass sein Einfallwinkel dem Ausfallwinkel des ersten Reflexionshologramms (1) entspricht und sich insgesamt eine Reflexion des abgebildeten Lichts durch die holographische Abbildungsoptik ergibt.
  3. Abbildungsoptik nach einem der Ansprüche 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Reflexionshologrammen (1, 3, 6) so im optischen Weg angeordnet ist, dass sich bei gerader Anzahl insgesamt eine Transmission und bei ungerader Anzahl insgesamt eine Reflexion ergibt.
  4. Abbildungsoptik nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass im optischen Weg ein oder mehrere Transmissionshologramme (10, 12) angeordnet sind.
  5. Abbildungsoptik nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexions- und/oder Transmissionshologramme eine gespeicherte Korrekturwellenfront abbilden, um eine gewünschte Verzerrung zu erzeugen oder eine Verzerrung im optischen Weg zu korrigieren.
  6. Abbildungsoptik nach einem der Ansprüche 1-5 , dadurch gekennzeichnet, dass einige oder alle der Reflexions- und/oder Transmissionshologramme gemeinsam in eine Trägerschicht belichtet sind.
  7. Abbildungsoptik nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass einige oder alle der Reflexions- und/oder Transmissionshologramme jeweils einzeln oder zu mehreren gemeinsam in eine Trägerschicht (2, 4, 7, 11,13) belichtet sind und die Trägerschichten (2, 4, 7, 11,13) miteinander verklebt oder laminiert sind.
  8. Abbildungsoptik nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerschichten (2, 4, 7, 11,13) Volumenhologramme mit einer Schichtdicke von 5 µm bis 50 µm, bevorzugt von 20 µm enthalten.
  9. Abbildungsoptik nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerschicht oder die Trägerschichten (2, 4, 7, 11,13) eine dreidimensionale Fläche bilden und in dieser Form belichtet sind.
  10. Darstellungsvorrichtung zur Einblendung von Informationen in einen Durchsichtbereich einer Scheibe, wie einer Frontscheibe eines Fahrzeugs, Flugzeugs oder sonstigen Verkehrsmittels, mit einer oberhalb des Fahrers angeordneten Projektionsvorrichtung (16) und mit einer in das Armaturenbrett (22) integrierten holographischen Abbildungsoptik (19) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die holographische Abbildungsoptik (19) ein Bild der Projektionsvorrichtung (16) über die Scheibe (21) in den Sichtbereich des Fahrers gespiegelt abbildet.
  11. Darstellungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe die Windschutzscheibe (21) eines Fahrzeugs ist, die Projektionsvorrichtung vorzugsweise seitlich von dem Fahrer im Bereich eines Rückspiegels angeordnet ist und die holographische Abbildungsvorrichtung bündig in das Armaturenbrett (22) integriert ist.
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