DE3738648A1 - Holographisches abbildungsgeraet fuer aufrechte kopfhaltung - Google Patents

Holographisches abbildungsgeraet fuer aufrechte kopfhaltung

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DE3738648A1 DE19873738648 DE3738648A DE3738648A1 DE 3738648 A1 DE3738648 A1 DE 3738648A1 DE 19873738648 DE19873738648 DE 19873738648 DE 3738648 A DE3738648 A DE 3738648A DE 3738648 A1 DE3738648 A1 DE 3738648A1
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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein holographisches Abbildungsgerät für aufrechte Kopfhaltung und genauer ein holographisches Abbildungsgerät, das mit einer Vorrichtung ausgerüstet ist zur Beseitigung von Unschärfen (Unklarheiten im abgebildeten Bild) auf Grund von chromatischer Aberration, die durch das Abbildungsgerät hervorgerufen wird.
Ein Beispiel eines holographischen Abbildungsgeräts für aufrechte Kopfhaltung ist offenbart in U.S. Patent Nr. 43 18 111. In diesem Patent sind eine Reihe von Zwischenlinsen und eine schmalbandige Kathodenstrahlröhre (CRT) mit hoher Bildleuchtdichte in dem Gerät eingebaut, um den Einfluß der chromatischen Aberration auf die abgebildeten Bilder zu beseitigen, die durch Projektion der CRT Anzeigenbilder auf ein reflektierendes holographisches Beugungsgitter (Platte) erzeugt werden. Deshalb besitzt dieses Anzeigegerät einige Nachteile, indem das optische System kompliziert ist und demnach die Lichteffizienz gering oder indem das Anzeigegerät schwer ist und große Abmessungen besitzt.
Um die oben genannten Nachteile zu vermeiden offenbart das U.S. Patent 46 13 200 (Abbildungssystem für aufrechte Kopfhaltung mit holographischer Dispersionskorrektur) ein anderes Abbildungsgerät, bei dem ein Paar getrennter reflektierender holographischer Beugungsgitter, hergestellt unter den selben Herstellungsbedingungen, parallel zueinander angeordnet sind, um das Abbildungsbild im Hinblick auf chromatische Aberration zu kompensieren. In diesem Gerät jedoch bestehen andere Probleme, indem die zwei holographischen Beugungsgitter erforderlich sind, um unter strengen Beschränkungen angeordnet zu werden oder indem es schwierig ist, die Eigenschaften der zwei holographischen Beugungsgitter vollständig aufeinander abzustimmen.
Die zwei oben genannten U.S. Patentdokumente sind hier als Bezugspunkt aufgenommen.
Darüber hinaus deutet eine holographische Abbildung für aufrechte Kopfhaltung in dieser Beschreibung ein Bild über dem Kopf an, das durch eine Zusammenführung eines nach außen gerichteten Blicks, wie z.B. der eines Kraftfahrers mit überlagertem Licht einer anderen Quelle (Instrumentenabbildung) durch Einsatz von Beugungsoptiken als zusammenführendes und ausrichtendes Element erzielt wird.
Angesichts dieser Probleme ist es demnach eine vorrangige Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein holographisches Abbildungsgerät für aufrechte Kopfhaltung zu schaffen, das wirksam chromatische Aberration beseitigt, ohne Erhöhung des Gewichts und der Größe des Gerätes, um so in verschiedenen industriellen Bereichen einsetzbar zu sein.
Um die oben erwähnte Aufgabe zu lösen umfaßt ein holographisches Abbildungsgerät für aufrechte Kopfhaltung gemäß der vorliegenden Erfindung : (a) eine lichtaussendende Anzeigevorrichtung für die Erzeugung sichtbaren Anzeigenlichts; (b) eine durchlässige holographische Beugungsgittervorrichtung zur durchlässigen Ablenkung des sichtbaren Anzeigenlichtes, das von der lichtaussendenden Anzeigevorrichtung ausgeht; (c) einer reflektierenden holographische Beugungsgittervorrichtung zur reflektierenden Ablenkung des sichtbaren Anzeigenlichts, das durchlässig von der durchlässigen holographischen Beugunsgittervorrichtung abgelenkt wird, zum Beobachter hin, so daß der Beobachter ein klares virtuelles Bild des sichtbaren Anzeigenlichts erkennen kann, frei von chromatischer Aberration, das von der lichtaussendenden Anzeigenvorrichtung ausgeht.
Die durchlässige holographische Beugungsgittervorrichtung wird gebildet durch Anstrahlung einer holographischen Trockenplatte mit zwei Lichtquellen, die auf derselben Seite der durchlässigen holographischen Beugungsgittervorrichtung angeordnet sind, während die reflektierende holographische Beugungsgittervorrichtung durch Anstrahlen einer holographischen Trockenplatte mit zwei Lichtquellen gebildet wird, die auf beiden Seiten der reflektierenden holographischen Beugungsgittervorrichtung plaziert sind. Wenn das Gerät der vorliegenden Erfindung in einem Automobil eingesetzt wird, sind die lichtaussendende Anzeigevorrichtung und die durchlässige holographische Beugungsgittervorrichtung in oder auf dem Armaturenbrett oder dem Dach des Automobils angeordnet, während die reflektierende holographische Beugungsgittervorrichtung auf der Windschutzscheibe oder dem Armaturenbrett angeordnet ist.
Wenn das Gerät gemäß der vorliegenden Erfindung in einem Automobil eingesetzt wird, wird, da das sichtbare Licht, das von der lichtaussendenden Anzeigevorrichtung ausgesandt wird, durch die durchlässige holographisohe Platte hindurchtritt und dann von der reflektierenden holographischen Platte reflektiert wird, der Unterschied im Beugungswinkel des breitbandigen sichtbaren Lichts ausgeschaltet, so daß der Fahrer ein klares virtuelles Bild vor der Windschutzscheibe ohne Unschärfe auf Grund von chromatischer Aberration sehen kann.
Die Eigenschaften und Vorteile des holographischen Abbildungsgeräts für aufrechte Kopfhaltung gemäß der vorliegenden Erfindung wird klarer deutlich durch die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, zusammen mit den dazugehörenden Zeichnungen, in denen gleiche Bezugsziffern, gleiche oder ähnliche Elemente oder Querschnitte durch deren Figuren kennzeichnen.
Fig. 1A zeigt eine Darstellung, die eine Ausführungsform des holographischen Abbildungsgeräts für aufrechte Kopfhaltung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 1B zeigt eine Darstellung, die eine Veränderung des holographischen Abbildungsgerätes für aufrechte Kopfhaltung, dargestellt in Fig. 1A, wiedergibt.
Fig. 2A zeigt eine Darstellung, die die Erklärung der Unschärfe des Abbildungsbildes aufgrund von chromatischer Aberration unterstützt.
Fig. 2B zeigt eine Darstellung, die die Erklärung der Vorgehensweise zur Vermeidung der chromatischen Aberration bei der vorliegenden Erfindung unterstützt.
Fig. 3A zeigt eine Darstellung, die die Erklärung der Vorgehensweise bei der Ausbildung eines reflektierenden holographischen Beugungsgitters gemäß der vorliegenden Erfindung unterstützt.
Fig. 3B zeigt eine Darstellung, die die Erklärung der Vorgehensweise der Bildung eines durchlässigen holographischen Beugungsgitters gemäß der vorliegenden Erfindung unterstützt.
Fig. 4A zeigt eine Darstellung, die eine andere Ausführungsform des holographischen Abbildungsgerätes für aufrechte Kopfhaltung gemäß der vorliegenden Erfindung wiedergibt.
Fig. 4B zeigt eine Darstellung, die eine Veränderung des holographischen Abbildungsgeräts, dargestellt in Fig. 4A, wiedergibt.
Ausführungsformen der vorliegenden Formen werden weiter unten, unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1A zeigt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in der das holographische Abbildungsgerät für aufrechte Kopfhaltung in einem Fahrzeug befestigt ist. Durch den Einsatz des Abbildungsgeräts für aufrechte Kopfhaltung kann der Fahrer 6 sowohl eine direkte Ansicht durch eine Windschutzscheibe 4 als auch eine Abbildung 1′ einer lichtaussendenden Anzeigeeinheit 1 in einem zueinander überlagerten Lageverhältnis sehen. Mit anderen Worten kann der Fahrer ein Abbildungsbild 1′ an der unteren Seite der Windschutzscheibe 4 sehen, ohne sein Gesicht nach unten zu wenden, um die Anzeigeeinheit 1 zu sehen, die in dem Armaturenbrett 5 angeordnet ist. In Fig. 1A tritt ein Anzeigenabbild der lichtaussendenden Anzeigeeinheit 1 durch ein durchlässiges holographisches Beugungsgitter 3 und wird dann durch ein reflektierendes holographisches Beugungsgitter 2 zum Fahrer 6 hin reflektiert.
Die lichtaussendende Anzeigeeinheit 1 ist zum Beispiel eine fluoriszierende Buchstabenanzeige-Röhreneinheit. Diese lichtaussendende Anzeigeeinheit 1 und das durchlässige holographische Beugungsgitter 3 sind innerhalb des Armaturenbretts 5 angeordnet und das reflektierende holographische Beugungsgitter 2 ist auf der Innenraumseite der Windschutzscheibe 4 über eine geeignete Vorrichtung angeordnet.
Wenn die lichtaussendende Anzeigeeinheit 1 Licht zur Anzeige aussendet, tritt das sichtbare Licht, das davon ausgeht, durch das durchlässige holographische Beugungsgitter 3 und trifft dann auf das reflektierende holographische Beugungsgitter 2. Das heißt, daß das lichtaussendende Anzeigenabbild der lichtaussendenden Anzeigeeinheit 1 wird auf das reflektierende holographische Beugungsgitter 2 so projiziert, daß ein virtuelles Abbild 1′ der lichtaussendenden Anzeigeeinheit 1 vor der Windschutzscheibe 4 focusiert wird.
Daher kann der Fahrer das virtuelle Abbild 1′ innerhalb seines Gesichtsfeldes sehen, während er eine äußere Szene durch die Windschutzscheibe 4 in überlagertem Verhältnis zueinander sieht.
Darüber hinaus sind in der Zeichnung die Winkel R1 und R2 und die Abstände L 1, L 2 und L 4 festgelegt auf der Grundlage der Fahrerposition 6 und der Position des virtuellen Abbilds 1′.
Weiter wie in Fig. 1B dargestellt ist es ebenfalls möglich, daß reflektierende holographische Beugungsgitter 2 auf dem Armaturenbrett 5 anzuordnen.
Vor der Beschreibung des aufhebenden Betriebs des holographischen Abbildungsgeräts, das wie oben beschrieben aufgebaut ist, wird die Unklarheit (Unschärfe) eines Anzeigenabbildes auf Grund von chromatischer Aberration in dem reflektierenden holographischen Beugungsgitter 2 unter Bezugnahme auf die Fig. 2A beschrieben. In Fig. 2A wird das sichtbare Licht von einem Punkt 1 a der lichtaussendenden Anzeigeeinheit 1 wiedergegeben durch gerade Linien als drei Strahlen, die drei Wellenlängen λ 0, λ 0+Δ λ, und λ 0-Δ λ besitzen, wobei λ 0 eine zentrale Wellenlänge des lichtaussendenden Spektrums und 2 Δ λ die halbe Weite des Spektrums wiedergibt, so daß drei virtuelle Bilder 1 a′ eines punktes 1 a vor dem reflektierenden holographischen Beugungsgitter gebildet werden. Obwohl, übertrieben dargestellt, und obwohl die Abstände dieser drei virtuellen Bilder in der Wirklichkeit sehr nahe beieinanderliegen, wird das Anzeigenabbild unklar gesehen, aufgrund der chromatischen Aberration, wie in Fig. 2A dargestellt.
Fig. 2B zeigt den Zustand, bei dem die oben erwähnte chromatische Aberration ausgeschaltet werden kann durch das Gerät gemäß der vorliegenden Erfindung, um die Unschärfe des Abbildes zu verbessern. Wie in den Zeichnungen werden Unterschiede in den Beugungswinkeln der drei Strahlen, die drei Wellenlängen λ 0+Δ λ, λ 0 und g 0-Δ λ besitzen und die von dem Punkt 1 a ausgehen und von dem reflektierenden holographischen Beugungsgitter 2 reflektiert werden vermieden durch das durchlässige holographische Beugungsgitter 3, bevor sie das Auge 6 des Beobachters erreichen, so daß der Beobachter das virtuelle Bild 1 a′ des Punktes 1 a grob als Punktabbildung erkennen kann.
Die Fig. 3A und 3B zeigen das gemeinsame Lageverhältnis zwischen zwei Lichtquellen 7 und einer holographischen photoempfindlichen Trockenplatte 2 A oder 3 A oder den reflektierenden holographischen Beugungsgitter 2 A oder den durchlässigen holographischen Beugungsgitter 3 A, um die Interferenzmuster zu erzeugen. In beiden Fällen wird die holographische fotoempfindliche Trockenplatte 2 A oder 3 A angestrahlt von zwei diffusen Lichtquellen mit sphärischer Oberfläche, um Interferenzmuster oder Interferenzgitter zu erzeugen. Im reflektierenden holographischen Beugungsgitter 2 wird jedoch die holographische Trockenplatte 2 A auf beiden Seiten angestrahlt, während bei dem durchlässigen holographischen Beugungsgitter 3 die holographische Trockenplatte 3 A auf einer einzelnen Seite angestrahlt wird.
In der Fig. 3A kennzeichnet L 1 einen Abstand zwischen einer virtuellen Abbildungsposition der im Einsatz gesehen werden muß und dem Mittelpunkt des reflektierenden holographischen Beugungsgitters 2 L 2 einen Abstand zwischen dem Mittelpunkt des reflektierenden holographischen Beugungsgitters 2 und dem des durchlässigen holographischen Beugungsgitters 3 im Einsatz, R 1 einen Winkel zwischen dem reflektierenden und dem durchlässigen holographischen Beugungsgitter 2 und 3. Darüber hinaus kennzeichnet L 3 einen Abstand wie unten in Bezug auf Fig. 3A beschrieben.
In Fig. 3B kennzeichnet L 4 einen Abstand im Gebrauch zwischen dem Mittelpunkt der lichtaussendenden Anzeigeeinheit 1 und dem des durchlässigen holographischen Beugungsgitters 3. Darüber hinaus besteht keine absolute Beschränkung bei der Festlegung des Abstands L 3 und des Winkels R 2. Diese Werte stehen in Bezug zu dem Maß an Unschärfe des Anzeigenabbilds in Verbindung mit den Positionen der lichtaussendenden Anzeigeeinheit 1 und dem durchlässigen holographischen Beugungsgitter 3 im Einsatz.
Fig. 4A zeigt eine andere Anordnung des holographischen Abbildungsgeräts für aufrechte Kopfhaltung gemäß der vorliegenden Erfindung.
In der Ausführungsform, dargestellt in Fig. 1A sind sowohl die lichtemittierende Anzeige 1 als auch das durchlässige holographische Beugungsgitter 3 innerhalb des Armaturenbretts 5 angeordnet. Sie können jedoch auch am Dach 9 des Fahrzeuginnenraums, wie in Fig. 4A dargestellt, vorgesehen sein. In dieser Ausführungsform ist das reflektierende holographische Beugungsgitter 2 auf dem Armaturenbrett 5 demzufolge, wie dargestellt, angeordnet.
Die Anordnung, dargestellt in Fig. 4A ist zweckmäßig, wenn nicht genug Platz besteht, um die lichtaussendende Anzeigeeinheit 1 oder das durchlässige holographische Beugungsgitter 3 in der Nähe des Armaturenbretts 5 anzuordnen, weil verschiedene Instrumente und Einheiten innerhalb des Fahrzeugarmaturenbretts 5 angeordnet sind oder wenn das Gerät, gemäß der vorliegenden Erfindung, in einem bereits hergestellten Automobil eingebaut wird.
Darüber hinaus, wie aus Fig. 4B hervorgeht, ist es ebenso möglich, das reflektierende holographische Beugungsgitter 2 auf der Windschutzscheibe 4 vorzusehen.
Wie zuvor beschrieben ist es möglich, in einem holographischen Abbildungsgerät für aufrechte Kopfhaltung gemäß der vorliegenden Erfindung, da chromatische Aberration genau beseitigt werden kann, indem einfach das durchlässige holographische Beugungsgitter zwischen der lichtaussendenden Anzeigeeinheit und dem reflektierenden holographischen Beugungsgitter vorgesehen wird, ein klares Abbild zu erzielen, das auf das reflektierende holographische Beugungsgitter projiziert und von ihm reflektiert wird, ohne den Einsatz eines komplizierten optischen Systems und ein helles Abbild durch den Einsatz einer breitbandigen lichtaussendenden Anzeigeeinheit, ohne die Erhöhung des Gewichts und der Größe des Geräts. Demnach kann das Gerät gemäß der vorliegenden Erfindung in verschiedenen Bereichen eingesetzt werden.
Da das durchlässige holographische Beugungsgitter eingesetzt wird zur Unterdrückung der chromatischen Aberration des sichtbaren Lichts, kann im einzelnen die lichtaussendende Anzeigeeinheit frei in Bezug auf das reflektierende holographische Beugungsgitter positioniert werden und das durchlässige holographische Beugungsgitter ist einfach in einem Massenfertigungssystem herzustellen.

Claims (7)

1. Holographisches Abbildungsgerät für aufrechte Kopfhaltung, das folgende Elemente umfaßt:
  • (a) eine lichtaussendende Anzeigevorrichtung zur Erzeugung sichtbaren Anzeigenlichts,
  • (b) eine durchlässige holographische Beugungsgittervorrichtung zur durchlässigen Ablenkung des sichtbaren Anzeigenlichts, das von der lichtaussendenden Anzeigevorrichtung ausgeht,
  • (c) eine reflektierende holographische Beugungsgittervorrichtung zur reflektierenden Ablenkung des sichtbaren Anzeigenlichts, das durchlässig durch die durchlässige holographische Beugungsgittervorrichtung abgelenkt wurde zum Beobachter hin, so daß der Beobachter ein klares virtuelles Bild frei von chromatischer Aberration des sichtbaren Anzeigenlichts erkennen kann, das von der lichtaussendenden Anzeigevorrichtung ausgeht.
2. Holographisches Abbildungsgerät für aufrechte Kopfhaltung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durchlässige holographische Beugungsgittervorrichtung gebildet wird durch Anstrahlung einer holographischen Trockenplatte (3 A) mit zwei Lichtquellen (7 C, 7 D), die auf derselben Seite der durchlässigen holographischen Beugungsgittervorrichtung derart plaziert sind, daß eine erste Lichtquelle (7 C) in einem Abstand L 4 entfernt von dem Mittelpunkt der holographischen Trockenplatte (3 A) angeordnet ist, um so mit einer Position der lichtaussendenden Anzeigevorrichtung (1) in Bezug auf die durchlässige Vorrichtung (3) übereinzustimmen, und eine zweite Lichtquelle (7 D) in einem Abstand L 3 entfernt von dem Mittelpunkt davon, unter Berücksichtigung der chromatischen Aberration des sichtbaren Anzeigenlichts angeordnet ist.
3. Holographischen Abbildungsgerät für aufrechte Kopfhaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierende holographische Beugungsgittervorrichtung gebildet wird durch Anstrahlen einer holographischen Trockenplatte (2 A) mit zwei Lichtquellen (7 A, 7 B), die auf beiden Seiten der reflektierenden holographischen Beugungsgittervorrichtung derart plaziert sind, daß eine erste Lichtquelle (7 A) in einem Abstand L 1 entfernt von einem Mittelpunkt der holographischen Trockenplatte (2 A) angeordnet ist, um so mit einer Position des virtuellen Abbilds (1′) des sichtbaren Anzeigenlichts in Bezug auf die reflektierende Vorrichtung (2) übereinzustimmen, und eine zweite Lichtquelle (7 B) in einem Abstand L 2+L 3 entfernt von dem Mittelpunkt davon angeordnet ist, wobei L 2 den Abstand zwischen der durchlässigen und der reflektierenden holographischen Beugungsgittervorrichtung kennzeichnet.
4. Holographisches Abbildungsgerät für aufrechte Kopfhaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtaussendende Anzeigevorrichtung (1) und die durchlässige holographische Beugungsgittervorrichtung (3) in oder auf einem Armaturenbrett (5) eines Automobils angeordnet sind und die reflektierende holographische Beugungsgittervorrichtung (2) an einer Windschutzscheibe (4) des dem Automobils angeordnet ist.
5. Holographisches Abbildungsgerät für aufrechte Kopfhaltung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die lichtaussendende Anzeigevorrichtung (1) und die durchlässige holographische Beugungsgittervorrichtung (3) in oder auf einem Armaturenbrett (5) eines Automobils angeordnet sind und die reflektierende holographische Beugungsgittervorrichtung (2) auf dem Armaturenbrett des Automobils angeordnet ist.
6. Holographisches Abbildungsgerät für aufrechte Kopfhaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtaussendende Anzeigevorrichtung (1) und die durchlässige holographische Beugungsgittervorrichtung (3) am Dach eines Automobils angeordnet sind und die reflektierende holographische Beugungsgittervorrichtung (2) auf dem Armaturenbrett des Automobils angeordnet ist.
7. Holographisches Abbildungsgerät für aufrechte Kopfhaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtaussendende Anzeigevorrichtung (1) und die durchlässige holographische Beugungsgittervorrichtung (3) am Dach eines Automobils angeordnet sind und die reflektierende holographische Beugungsgittervorrichtung (2) an der Windschutzscheibe des Automobils angeordnet ist.
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