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Die vorliegende Anmeldung betrifft Vorrichtungen zur Dateneinspiegelung.
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Vorrichtungen zur Dateneinspiegelung werden zunehmend verwendet, um einem Benutzer Daten auf einfache Weise bereitzustellen. Der Begriff „Daten“ ist dabei allgemein zu verstehen. Eingespiegelte Daten können beispielsweise Bilder, Videos, Symbole, Zeichen und/oder Zahlen umfassen. Dabei werden solche Daten bevorzugt so dargestellt, dass ein Benutzer sowohl die Daten als auch eine Umgebung wahrnehmen kann.
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Ein Anwendungsbereich derartiger Vorrichtungen zur Dateneinspiegelung ist der Fahrzeugbereich, um z.B. einem Führer eines Fahrzeugs, beispielsweise einem Fahrer eines Automobils, während der Fahrt Daten bereitzustellen. Dies kann insbesondere durch entsprechende Elemente in einer Windschutzscheibe eines Fahrzeugs erfolgen. So muss der Fahrer seinen Blick nicht extra auf eine Anzeige beispielsweise eines Kombiinstruments richten, um Daten zu erhalten, sondern diese Daten wahrnehmen kann, ohne seinen Blick wesentlich von der Straße abzuwenden. Derartige Vorrichtungen sind beispielsweise aus der
DE 10 2008 039 737 A1 bekannt.
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Ein anderes Anwendungsgebiet sind sogenannte Datenbrillen, bei welchen Daten in ein Brillenglas eingespiegelt werden. Bei einem transparenten Brillenglas kann der Benutzer dann gleichzeitig die Daten wahrnehmen und seine Umgebung sehen.
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Die in der vorliegenden Anmeldung beschriebenen Vorrichtungen zur Dateneinspiegelung können jedoch auch bei anderen Anwendungen, insbesondere generell bei allen transparenten Trägern, beispielsweise transparenten Scheiben, angewendet werden. Beispielsweise können die beschriebenen Vorrichtungen auch bei transparenten Scheiben von anderen Fahrzeugen als Automobilen, beispielsweise Bahnen, Bussen, Schiffen oder Flugzeugen, oder auch im Immobilienbereich bei Fensterscheiben verwendet werden. Letztlich können die beschriebene Vorrichtung überall Anwendung finden, wo veränderbare Inhalte dargestellt und/oder wiedergegeben werden sollen.. Es ist z.B. möglich, mittels der beschriebenen Vorrichtungen Anzeigeelemente mit Beleuchtungsfunktionen, wie z.B. Autorücklichter, variabel zu gestalten.
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Dabei sind bei verschiedenen Anwendungen, beispielsweise in Datenbrillen oder auch Motorradhelmen, wo nicht viel Platz ist, insbesondere kompakte Lösungen gefragt. Zudem ist es wünschenswert, Bilder in mehreren Ebenen darzustellen. Bei Datenbrillen besteht zudem ein Bedarf, die Einspiegelung von Daten mit einer optischen Korrekturfunktion der Brillengläser wie bei einer herkömmlichen Brille zu verbinden.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Anmeldung, diesbezüglich Lösungsmöglichkeiten zu bieten.
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Hierzu wird eine Vorrichtung nach Anspruch 1 bereitgestellt. Die Unteransprüche definieren weitere Ausführungsformen.
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Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zur Dateneinspiegelung bereitgestellt, umfassend: eine an einem transparenten Träger angeordnete holografische Schicht, und einen Bildgeber mit einer Streuscheibe zum Erzeugen eines Zwischenbildes, wobei die Streuscheibe eingerichtet ist, Licht entsprechend einzuspiegelnden Daten zu der holografischen Schicht zu senden, wobei die holografische Schicht eingerichtet ist, ein von einem Benutzer betrachtbares, reelles oder virtuelles, Bild oder ein Bild in der Ebene der holographischen Schicht (in diesem Fall auch als „image-plane-Hologramm“ bezeichnet), entsprechend den einzuspiegelnden Daten zu erzeugen. Es können auch mehrere Bilder erzeugt werden, wobei hier auch Kombinationen aus reellen Bilder, virtuellen Bildern und in der Ebene der holographischen Schicht liegenden Bilder möglich sind.
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Durch die Benutzung der holografischen Schicht kann das Bild insbesondere in einer gewünschten Position erzeugt werden.
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Der Bildgeber kann des Weiteren eine Lichtquelle, einen Amplitudenmodulator zum Modulieren von Licht von der Lichtquelle entsprechend den einzuspiegelnden Daten und eine Abbildungsoptik zum Abbilden von Licht von dem Amplitudenmodulator auf die Streuscheibe umfassen.
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Die Streuscheibe kann in einem Winkel zwischen 85° und 95° zu der holografischen Schicht angeordnet sein.
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Bei anderen Ausführungsbeispielen kann die Streuscheibe auch in anderen Winkeln, z.B. in dem Winkelbereich 95 bis 0°, zu der holographischen Schicht angeordnet sein. Die Streuscheibe kann insbesondere eine holografische Streuscheibe sein. So kann Licht gezielt zu der holografischen Schicht gelenkt werden.
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Die holografische Schicht kann an einer ersten Seite des Trägers angeordnet sein, und die Streuscheibe kann an einer zweiten Seite des Trägers angeordnet sein, so dass Licht von der Streuscheibe durch den Träger zu der holografischen Schicht gelangt. Indem die Streuscheibe und das holografische Element auf verschiedenen Seiten des Trägers angeordnet werden, ist ein kompakter Aufbau möglich.
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Das Licht von der Streuscheibe gelangt dabei bevorzugt ausschließlich durch den Träger zu der holografischen Schicht.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung als Datenbrille ausgestaltet ist, wobei der Träger ein Brillenglas der Datenbrille ist, und wobei der Bildgeber in einem Brillenbügel der Datenbrille angeordnet ist.
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Auf diese Weise kann eine kompakte Dateneinspiegelung in eine Brille erreicht werden. Durch die Verwendung eines holografischen Elements kann dies insbesondere in Kombination mit gewölbten oder gekrümmten Scheiben, insbesondere optisch korrigierenden Brillengläsern, kombiniert werden.
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Die Streuscheibe kann eine Abmessung kleiner als 1,5 cm·1,5 cm, bevorzugt kleiner als 1,0 cm·1,0 cm, aufweisen, so dass sie gut in dem Brillenbügel unterbringbar ist.
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Die Vorrichtung kann zur Darstellung von polychromatischen Bildern eingerichtet sein.
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Das Bild kann ein erstes Bild an einer ersten Position und ein zweites Bild an einer zweiten Position umfassen.
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Hierfür kann die holografische Schicht eingerichtet sein, das erste Bild auf Basis einer ersten Gruppe von Wellenlängen und das zweite Bild auf Basis einer zweiten Gruppe von Wellenlängen zu erzeugen.
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Alternativ kann hierfür der Bildgeber einen ersten Bildgeber und einen zweiten Bildgeber umfassen, wobei die Streuscheibe eine erste Streuscheibe des ersten Bildgebers und eine zweite Streuscheibe des zweiten Bildgebers umfasst, wobei die erste Streuscheibe an einer anderen Position angeordnet ist als die zweite Streuscheibe, wobei die holografische Schicht eingerichtet ist, das erste Bild auf Basis von Licht von der ersten Streuscheibe und das zweite Bild auf Basis von Licht von der zweiten Streuscheibe zu erzeugen.
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Durch derartige Maßnahmen ist eine Darstellung in mehreren Bildebenen möglich.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
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1A eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zur Dateneinspiegelung gemäß einem Ausführungsbeispiel,
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1B eine Draufsicht auf die Vorrichtung der 1A,
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2 eine schematische Querschnittsansicht einer Datenbrille gemäß einem Ausführungsbeispiel,
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3A und 3B Darstellungen zur Erläuterung der Herstellung von holografischen Elementen für Ausführungsbeispiele, und
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4 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Dateneinspiegelung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsbeispiele detailliert erläutert. Diese Ausführungsbeispiele dienen lediglich der Veranschaulichung und sind nicht als einschränkend auszulegen. Insbesondere ist eine Beschreibung eines Ausführungsbeispiels mit einer Vielzahl von Details und Merkmalen nicht dahingehend auszulegen, dass alle diese Details und Merkmale zur Implementierung notwendig sind. Vielmehr können manche der dargestellten Merkmale oder Details auch weggelassen werden oder durch alternative Merkmale oder Details ersetzt werden. Zusätzlich zu den explizit beschriebenen und dargestellten Merkmalen können weitere Merkmale, Komponenten, etc. bereitgestellt sein, welche herkömmlicherweise in Vorrichtungen zur Dateneinspiegelung verwendet werden.
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Unter einer Vorrichtung zur Dateneinspiegelung werden im Folgenden allgemein Vorrichtungen verstanden, welche einem Betrachter Daten bereitstellen, insbesondere unter Verwendung von transparenten Trägern, um einem Benutzer gleichzeitig einen Blick auf eine Umgebung zu ermöglichen. Derartige Vorrichtungen zur Dateneinspiegelung können insbesondere als Head-up-Displays in Fahrzeugen oder auch in Datenbrillen verwendet werden, sind jedoch nicht hierauf beschränkt.
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In 1 ist eine Vorrichtungen zur Dateneinspiegelung gemäß einem Ausführungsbeispiel dargestellt, wobei die 1A eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung 10 und die 1B eine Draufsicht auf die Vorrichtung 10 zeigt.
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Die Vorrichtung der 1 umfasst eine Lichtquelle 12 zur Erzeugung eines Lichtstrahls. Die Lichtquelle 12 kann eine monochromatische Lichtquelle sein. Bevorzugt ist die Lichtquelle 12 jedoch eine mehrfarbige Lichtquelle, beispielsweise ein Modul mit mindestens einem roten, einem grünen und einem blauen Laser (RGB-Lasermodul) oder ein Modul mit roten, grünen und blauen Leuchtdioden (RGB-LED-Modul). Licht von der Lichtquelle 12 fällt auf einen räumlichen Amplitudenmodulator 13, um das Licht räumlich hinsichtlich der Intensität entsprechend einzustellenden Daten zu modulieren. Hierfür kann als Amplitudenmodulator 13 beispielsweise eine Mikrospiegelanordnung (DMD, „Digital Micromirror Device“) oder eine Flüssigkristallanordnung (z.B. Lcos, „Liquid Crystal on Silicon“) zum Einsatz kommen. Insbesondere wird der Amplitudenmodulator 13 bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel mit einem oder mehreren Lichtstrahlen von der Lichtquelle 12 abgerastert. Der Amplitudenmodulator 13 kann von einer (nicht dargestellten) Steuerung entsprechend der einzuspiegelnden Daten gesteuert werden.
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Das so durch den Amplitudenmodulator 13 räumlich und zeitlich modulierte Licht wird durch eine Abbildungsoptik 14 auf eine Streuscheibe 15 abgebildet. Durch die Streuscheibe 15 wird ein Zwischenbild erzeugt. Während die Abbildungsoptik 14 in 1 schematisch als einfache Linse dargestellt ist, kann die Abbildungsoptik 14 irgendeine Kombination von einer oder mehreren Linsen, einer oder mehreren Spiegeln, einem oder mehreren diffraktiven Elementen oder anderen geeigneten optischen Elementen umfassen, um das Licht von dem Amplitudenmodulator 13 auf die Streuscheibe 15 abzubilden. Die Anordnung aus Lichtquelle 12, Amplitudenmodulator 13, Abbildungsoptik 14 und Streuscheibe 15 wird im Rahmen dieser Anmeldung auch als Bildgeber bezeichnet. Auf der Streuscheibe 15 wird das Zwischenbild erzeugt, und das von der Streuscheibe 15 ausgehende Winkelspektrum von Licht enthält Bildinformation.
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Die Streuscheibe
15 kann bei manchen Ausführungsbeispielen eine einfache Mattscheibe sein. Bevorzugt ist die Streuscheibe derart ausgestaltet, dass sie eine gewünschte Streucharakteristik aufweist, so dass Licht entsprechend dem Zwischenbild gerichtet weitergeleitet wird. Insbesondere kann eine holografische Mattscheibe verwendet werden, wie sie in der
deutschen Patentanmeldung 10 2015 116 408.6 beschrieben ist. Eine derartige holografische Mattscheibe kann insbesondere eine holografische Struktur aufweisen, welche derart ausgestaltet ist, dass verschiedene Wellenlängen, welche die Lichtquelle
12 erzeugt (z.B. eine rote, eine grüne und eine blaue Wellenlänge), unter gleichen Streuwinkeln gestreut werden. Hierzu kann die Streuscheibe
15 für die verschiedenen Wellenlängen verschiedene Hologramme umfassen, welche jeweils für gleiche Streuwinkel, aber unterschiedliche Wellenlängen ausgelegt sind. Mittels einer derartigen Streuscheibe können insbesondere Farbsäume vermieden werden.
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In dem Ausführungsbeispiel der 1 ist die Streuscheibe 15 in einer ersten Fläche eines transparenten Trägers 11 angeordnet, welche durch Eckpunkte A, B, C und D begrenzt ist. Der Träger 11 kann beispielsweise aus einem Glas oder einem transparenten Kunststoff gefertigt sein.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der 1 wird dieses von der Streuscheibe 15 gestreute Licht zu einer holografischen Schicht 16 gelenkt, welche bei einer zweiten Seitenfläche mit den Eckpunkten C, D, E, F des Trägers 11 angeordnet ist. Die Streucharakteristik der Streuscheibe 15 ist dabei bevorzugt so, dass möglichst viel Licht zu der holografischen Schicht 16 gelangt. Ein derartiges gerichtetes Streuen ist insbesondere mit der oben erwähnten holografischen Mattscheibe möglich.
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Die holografische Schicht 16 ist bei dem Ausführungsbeispiel der 1 als Reflexionshologramm ausgestaltet und bildet das Licht von der Streuscheibe 15, wie insbesondere in der Draufsicht der 1B gezeigt, auf ein virtuelles Bild 18 zur Betrachtung durch eine Eyebox 17 eines Betrachters ab. In anderen Worten kann der Betrachter das virtuelle Bild 18 betrachten und somit die Daten wahrnehmen.
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Beispielsweise kann die holografische Schicht als Reflexionshologramm für drei diskrete Wellenlängen im roten, grünen und blauen Bereich entsprechend den Wellenlängen der Lichtquelle 12 implementiert sein, um somit ein polychromatisches (d.h. mehrfarbiges) virtuelles Bild zu erzeugen. Die Entfernung, in welcher das virtuelle Bild 18 von der holografischen Schicht 16 entsteht, wird bei der Fertigung der holografischen Schicht 16 durch entsprechende Belichtung eines lichtempfindlichen Materials festgelegt. Der Abstand kann von wenigen Zentimetern bis praktisch unendlich betragen. Die holografische Schicht 16 hat dabei für die Wellenlängen der Lichtquelle 12 die gewünschte optische Wirkung, d.h. das Abbilden auf das virtuelle Bild 18, während es für andere Wellenlängen transparent ist. Dies ermöglicht eine Durchsicht durch den Träger 11. Als holografische Schicht 16 kann z.B. eine eingebettete oder laminierte holografische Folie mit einem Fotopolymer, in welches die entsprechende holografische Funktion belichtet wurde, verwendet werden. Ebenfalls kann die holographische Funktion in ein photoreaktives Glas oder in eine photorefraktive Glasschicht integriert sein. Eine solche photorefraktive Schicht kann aus einer dünnen photorefraktiven Glasfolie bestehen, die auf ein Substrat aufgebracht sein kann.. Die Verwendung von Kunststoff z.B. PQ-doped PMMA ist auch möglich.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel steht dabei die Fläche, auf der die Streuscheibe
15 angeordnet ist, im Wesentlichen senkrecht (z.B. in einem Winkel zwischen 85 und 95°) zu der Fläche, in der die holografische Schicht
16 angeordnet ist. Eine derartige Konfiguration ähnelt der herkömmlichen Edge-Lit-Holografie, bei welcher ein Hologramm seitlich beleuchtet wird, um in dem Hologramm gespeicherte Bildinformation darzustellen (vgl. beispielsweise die
US 5,121,229 A ). Im Unterschied dazu dient hier die holografische Schicht
16 zur Abbildung eines veränderlichen Bildinhaltes, welcher durch den Amplitudenmodulator
13 festgelegt wird. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann die Streuscheibe
15 auch unter einem anderen Winkel zu der holographischen Schicht angeordnet sein, z.B. in einem Winkelbereich von 95° bis 0°. Bei 0° wäre die Streuscheibe gegenüber der holographischen Schicht und parallel zu dieser angeordnet. Die Position für die Streuscheibe wäre somit auf der Fläche ABHG statt ABCD.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der 1 arbeitet die Streuscheibe in Transmission, d.h. sie empfängt Licht auf einer Seite über die Abbildungsoptik 14 von dem Amplitudenmodulator 13 und gibt Licht auf einer anderen Seite zu der holografischen Schicht 16 hin aus. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann auch eine in Reflexion arbeitende Streuscheibe verwendet werden. Dabei wird dann die Streuscheibe von der gleichen Seite beleuchtet, in die sie auch das Licht wieder zu der holografischen Schicht abgibt. In einem solchen Fall könnte die Streuscheibe 15 beispielsweise in der Fläche mit den Eckpunkten E, F, G, H angeordnet sein und über die Abbildungsoptik 14 durch den transparenten Träger 11 hindurch Licht von dem Amplitudenmodulator 13 empfangen.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der 1 erzeugt die holografische Schicht 16 ein virtuelles Bild 18. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann die holografische Schicht 16 eingerichtet sein, ein reelles Bild zwischen dem Träger 11 und der Eyebox 17 zu erzeugen.
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Des Weiteren ist bei dem Ausführungsbeispiel der 1 die holografische Schicht 16 als Reflexionshologramm ausgestaltet. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann ein Transmissionshologramm verwendet werden. In diesem Fall wäre die Position der Eyebox z.B. wie mit 17‘ in 1A bezeichnet.
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Somit können verschiedene Arten von Hologrammen und Streuscheiben verwendet werden, um erfindungsgemäße Vorrichtungen zur Dateneinspiegelung zu implementieren.
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In 2 ist eine Querschnittsansicht in Draufsicht auf eine Vorrichtung 20 zur Dateneinspiegelung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel dargestellt. Das Ausführungsbeispiel der 2 ist dabei insbesondere als Datenbrille ausgestaltet, mit Brillenbügeln 21, Brillengläsern 22 sowie einer Nasenbrücke 23.
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Die Brillengläser 22 können insbesondere transparente Gläser sein, um einen Träger der Vorrichtung 20 einen Blick auf die Umgebung zu ermöglichen. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Brillengläser 22 gewölbte optische Gläser, welche eine Fehlsichtigkeit des Trägers der Vorrichtung 20 korrigieren können.
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Die Vorrichtung 20 verfügt zudem über eine Vorrichtung zur Dateneinspiegelung. Diese wird im Folgenden für das in 2 links dargestellte Brillenglas 22 beschrieben. Eine entsprechende Vorrichtung kann auch für das andere, in 2 rechts gezeigte, Brillenglas 22 bereitgestellt sein.
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Die Vorrichtung 20 der 2 umfasst hierzu einen Bildgeber, umfassend eine Lichtquelle 24, einen Amplitudenmodulator 28, eine Abbildungsoptik 25 und eine Streuscheibe 26, um ein Zwischenbild zu erzeugen. Der so gebildete Bildgeber ist dabei so dimensioniert, dass er in dem Brillenbügel 21 untergebracht werden kann. Hierzu kann beispielsweise die Streuscheibe 26 Abmessungen kleiner als 1,5·1,5 cm, insbesondere kleiner als 1,0·1,0 cm aufweisen. Abgesehen von dieser Miniaturisierung entspricht die Funktionsweise des Bildgebers mit den Komponenten 24, 28, 25 und 26 dem Bildgeber der 1 mit den Komponenten 12, 13, 14 und 15, und die Details, Abwandlungen und Implementierungsmöglichkeiten, die unter Bezugnahme auf 1 für den dortigen Bildgeber diskutiert worden sind, sind auch auf den Bildgeber der 2 anwendbar. Daher werden diese Details nicht nochmals erläutert.
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Von der Streuscheibe 26 gelangt dann Licht zu einer holografischen Schicht 27, welche auf einer dem Träger zugewandten Seite des Brillenglases 22 (in diesem Fall des linken Brillenglases) angeordnet ist. Die Streuscheibe 26 kann insbesondere wiederum eine holografische Streuscheibe sein, die so eingerichtet ist, dass möglichst viel Licht zu der holografischen Schicht 27 gelangt. Eine entsprechende holografische Schicht 27 ist in 2 auch auf dem rechten Brillenglas 22 angeordnet, um Licht von einem (nicht dargestellten) weiteren Bildgeber zu empfangen, welcher in dem rechten Brillenbügel 21 angeordnet ist.
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Die holografische Schicht 27 der 2 kann wiederum wie für die holografische Schicht 16 der 1 beschrieben ausgestaltet sein, um ein virtuelles Bild für einen Benutzer der Brille zu erzeugen. Grundsätzlich ist auch eine Erzeugung eines reellen Bildes zwischen Brille und Auge möglich, wobei dieses in diesem Fall sehr nahe an dem Auge wäre. Die holografische Schicht 27 ist bei dem Ausführungsbeispiel der 2 wie bei der 1 als Reflexionshologramm ausgestaltet, und die Streuscheibe 26 als Transmissionsstreuscheibe. Die Streuscheibe 26 ist bei dem Ausführungsbeispiel der 2 näherungsweise senkrecht zu der holografischen Schicht 27 angeordnet, beispielsweise in einem Winkel zwischen 85 und 95°. Die holografische Schicht 27 kann dabei wie erwähnt insbesondere auch auf gewölbten Brillengläsern 22 angebracht sein.
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Holografische Schichten wie die holografische Schicht 16 der 1 oder die holografische Schicht 27 der 2 können durch eine geeignete Belichtung eines lichtempfindlichen Materials, beispielsweise der erwähnten holografischen Folie mit Fotopolymer, erzeugt werden. Eine Vervielfältigung ist dann auch mit optischer Kontaktreplikation möglich.
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Ein Beispiel für die Herstellung eines Reflexionshologramms, welches beispielsweise für die holografische Schicht 16 der 1 oder die holografische Schicht 27 der 2 verwendet werden kann, wird nunmehr anhand der 3A und 3B erläutert.
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In 3A ist eine Belichtung eines holografischen Elements 82 für eine Dateneinspiegelung dargestellt, welches beispielsweise als holografische Schicht 16 der 1 oder als holografische Schicht 27 der 2 verwendbar ist. Dabei wird zur Erzeugung eines holografischen Elements 82 auf dem holografischen Element 82, insbesondere innerhalb einer lichtempfindlichen holografischen Schicht, eine Interferenz zweier gegenläufiger sphärischer Wellen aufgenommen, die beispielsweise mit einem kohärenten Laser ausreichender Kohärenzlänge erzeugt werden können. Eine Punktlichtquelle 80 zum Aus-senden einer der sphärischen Wellen befindet sich dabei am späteren Ort der Streuscheibe 15 bzw. 26 und sendet eine sogenannte Referenzwelle aus, und eine weitere Punktlichtquelle 81 zum Aussenden der anderen der sphärischen Wellen befindet sich am Ort des späteren virtuellen Bildes (18 in 1B) und sendet eine sogenannte Signalwelle aus.
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Durch Entfernung der beiden Punktlichtquellen 80, 81 von dem holografischen Element 82 bei der Belichtung wird die spätere Entfernung von der Bildgebungsvorrichtung zu dem holografischen Element 82 sowie die Entfernung des später dargestellten virtuellen Bildes festgelegt. Befindet sich beispielsweise die Punktlichtquelle 81 in einer Entfernung von 8 m zu dem holografischen Element 82, so befindet sich später beim Abspielen das virtuelle Bild ebenfalls in 8 m Entfernung von dem holografischen Element 82.
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Die Entfernung des virtuellen Bildes zur Eyebox (d.h. im Wesentlichen zu einem Auge eines Betrachters) beträgt später dementsprechend zumindest näherungsweise der Summe aus Entfernung der Punktlichtquelle 80 zu dem holografischen Element 82 zuzüglich der Entfernung der Punktlichtquelle 81 zu dem holografischen Element 82. Somit lässt sich prinzipiell jede beliebige Entfernung des virtuellen Bildes bei einem späteren Einsatz realisieren.
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Die 3B zeigt dabei die Anwendung des wie in 3A belichteten holografischen Elements in einem „Idealfall“. Das holografische Element wird ausgehend von einer Punktlichtquelle 83 (entsprechend einer Bildgebungsvorrichtung) mit Referenzlicht beleuchtet, was zur Ausbildung eines virtuellen Bildes 84 (entsprechend der Position der Punktlichtquelle 81 der 3A) führt, welches von einem Auge (Eyebox) bei 85 betrachtet werden kann.
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Im realen Anwendungsfall wird statt Punktlichtquelle 83 eine Bildgebungsvorrichtung mit einer Streuscheibe verwendet, welche im Gegensatz zu einer Punktlichtquelle eine Ausdehnung Δy in y-Richtung und eine Ausdehnung Δx in x-Richtung aufweist. Dies kann zu Verzerrungen gegenüber dem idealen Fall der 3B führen, welche jedoch für praktische Anwendungen in gewissem Umfang vernachlässigbar sind, abhängig von einer gewünschten Bildqualität. Bevorzugt wird dabei die Ausdehnung der Streuscheibe vergleichsweise gering gewählt, und die Streuscheibe wird in der Nähe des Ortes der Punktlichtquelle 80 angeordnet.
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Für mehrere Farben können dann mehrere holografische Elemente 82 zur Bildung der holografischen Schicht 16 der 1A oder 27 der 2 übereinander gestapelt werden, eine Schicht für jede gewünschte Wellenlänge. Wie bereits erwähnt, sind die Hologramme sowohl wellenlängen- als auch winkelselektiv, so dass sie insbesondere für andere als die gewünschten Arbeitswellenlängen der Lichtquelle 12 oder 24 transparent sind.
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Die Wellenlängen- und Winkelselektivität kann auch verwendet werden, um Inhalte in mehreren Ebenen darzustellen. Dies wird im Folgenden erläutert.
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Dabei kann eine Bilddarstellung (virtuell und/oder reell) also in mehreren Ebenen, unter verschiedenen Winkeln und/oder allgemein an verschiedenen Orten erfolgen. Es wird ausgenutzt, dass die verwendeten holografischen Schichten, insbesondere Volumenhologramme, wie bereits beschrieben sowohl wellenlängen- als auch winkelselektiv arbeiten. Somit können verschiedene Farben zu verschiedenen Orten in abgebildet werden und/oder aus verschiedenen Winkeln betrachtet werden, indem bei der Herstellung des holografischen Elements beispielsweise die Richtungen und Formen von Referenzstrahl und Signalstrahl für verschiedene Wellenlängen verschieden gewählt werden.
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Insbesondere können durch Orte, grüne und blaue Wellenlängen, welche sich hinsichtlich der Wellenlänge um mehr als einen Sensitivitätsbereich des jeweils verwendeten Hologramms unterscheiden, Farbbilder (real oder virtuell) an verschiedenen Orten erzeugt werden. Beispielsweise können für ein erstes Bild die Arbeitswellenlängen 532 nm (grün), 460 nm (blau) und 660 nm (rot) verwendet werden, während für ein 2. Bild die Arbeitswellenlängen 520 nm (grün), 442 nm (blau) und 647 nm (rot) verwendet werden können. Durch Kombination entsprechender Volumenhologramme kann hiermit beispielsweise ein erstes virtuelles Bild in einem ersten Abstand zu dem holografischen Element, beispielsweise 1 m, und ein zweites Bild in einem zweiten Abstand, beispielsweise 1,5 m, erzeugt werden, wobei für jedes dieser Bilder eine polychromatische Darstellung inklusive Weiß möglich ist. Entsprechendes kann auch für monochrome Bilder mit jeweils nur einer Wellenlänge implementiert werden. Die Bildgenerierung kann mit einem einzigen Bildgeber, welcher dann insgesamt 6 verschiedene Farben erzeugt, oder auch mit getrennten Bildgebern, welche auch unter verschiedenen Winkeln angeordnet sein können, realisiert werden. Ein Betrachter in der Eyebox sieht dann beide Inhalte in verschiedenen Abständen. Dabei sieht jedes holografische Element nur „seine Anführungszeichen Arbeitswellenlängen und ist ansonsten transparent. Es sind auch Kombinationen mit noch mehr Wellenlängen und anderen Abständen möglich.
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Bei Ausführungsbeispielen, bei welchen die Bildgeber an verschiedenen Orten angeordnet sind, können auch für beide Bilder die gleichen Wellenlängen verwendet werden, da wie erwähnt die holografischen Elemente auch winkelselektiv sind. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel ist in 4 dargestellt.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der 4 enthält ein holografisches Element 122 Volumenhologramme für zwei verschiedene Bildgeber, von denen Streuscheiben 120, 121 dargestellt sind. Basierend auf Licht von der Streuscheibe 120 wird ein virtuelles Bild an einem Ort 123 erzeugt, und basierend auf Licht von der Streuscheibe 121 wird ein virtuelles Bild an einem Ort 124 erzeugt, der einen anderen Abstand von dem holografischen Element 122 aufweist als der Ort 122. Die beiden virtuellen Bilder können dann innerhalb einer Eyebox 125 betrachtet werden. Die Einbelichtung der Volumenhologramme für die beiden Bildgeber 120, 121 kann in getrennten Schichten und jeweils wie oben besprochen erfolgen.
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Bei dem in 4 dargestellten Beispiel können die virtuellen Bilder an den Orten 123, 124 von derselben Eyebox 125 aus, also gleichzeitig, betrachtet werden. Es sind jedoch auch andere Variationen möglich. Beispielsweise kann das holografische Element 122 und können die Streuscheiben 120 und 121 derart eingerichtet sein, dass die virtuellen Bilder gleichsam „nebeneinander“ betrachtet werden können, was effektiv die Eyebox vergrößern kann. Auch kann die Ausgestaltung so sein, dass z.B. bei Anwendung der Ausführungsform der 1 in einem Fahrzeug getrennte Bilder von verschiedenen Positionen, beispielsweise von einer Fahrerposition und einer Beifahrerposition in einem Fahrzeug aus, betrachtet werden können. Auf diese Weise können verschiedenen Personen verschiedene Inhalte dargestellt werden. Insgesamt ist es also möglich, verschiedene virtuelle oder reelle Bilder mittels einem oder mehreren Bildgebern, gegebenenfalls mit unterschiedlichen Arbeitswellenlängen, an verschiedenen Orten und/oder zur Betrachtung von verschiedenen Orten aus bereitzustellen.
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Bei anderen Ausführungsbeispielen können auch dreidimensionale Inhalte (3D-Inhalte) dargestellt werden.
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Bei manchen Ausführungsbeispielen werden hierfür ähnlich wie oben geschrieben getrennte virtuelle oder reelle Bilder für linkes und rechtes Auge in entsprechend kleinen Eyeboxen erzeugt. Werden die Bilder entsprechend mit unterschiedlichen Perspektiven gewählt, kann so ein Stereoeffekt hervorgerufen werden. Dies ist insbesondere bei einer Datenbrille wie der Ausführungsform der 2 möglich.
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Auf diese Weise können die Eigenschaften von holografischen Elementen genutzt werden, um einen räumlichen Eindruck zu hinterlassen. Hierdurch ergeben sich Freiheiten hinsichtlich der dargestellten Inhalte.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008039737 A1 [0003]
- DE 102015116408 [0035]
- US 5121229 A [0040]
