DE4211728A1

DE4211728A1 - Holographische Anzeigevorrichtung

Info

Publication number: DE4211728A1
Application number: DE4211728A
Authority: DE
Inventors: Andreas Dr Dorsel
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH; Carl Zeiss AG
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH; Carl Zeiss AG
Priority date: 1992-04-08
Filing date: 1992-04-08
Publication date: 1993-10-14

Description

Die Erfindung betrifft eine holographische Anzeigevorrichtung auf einer Sichtscheibe nach Art eines Head-up-displays, bei der die Lichtführung bis zu dem das Bild in das Gesichtsfeld des Betrachters einkoppelnden holographischen Gitter ohne Freistrahl auskommt.

Ein solches Head-up-display ist aus US 4 711 512 bekannt.

Ein von der Bildröhre erzeugtes Bild wird über eine Kollima torlinse und ein Einkoppelgitter in eine planparallele Glas platte eingekoppelt, welche aus dem Armaturenbrett in das Gesichtsfeld eines Piloten ragt, wo das Bild nach mehreren Reflexionen in der Glasplatte über ein Auskoppelgitter in das Gesichtsfeld des Piloten ausgekoppelt wird. Der obere Bereich der Glasplatte kann erklärtermaßen in der Windschutzscheibe. enthalten sein.

Da die Glasplatte jedoch als bildübertragende Spiegelplatte dient, ist es nicht möglich, sie der Krümmung einer Wind schutzscheibe, die regelmäßig aus aerodynamischen Gründen und zur Reflexminderung erforderlich ist, anzupassen.

Aus der US 4 818 048 (Fig. 2) ist ein auch mehrlagiges holo graphisches Anzeigesystem bekannt, das auf einer Windschutz scheibe aufgebracht ist und seitwärts durch runde Lichtleiter beleuchtet wird. Die Anordnung des Anzeigefelds ist dabei offensichtlich auf den Rand der Windschutzscheibe beschränkt. Bei zentraler Anordnung wird in dem Patent die Beleuchtung durch Freistrahlen (Fig. 9) angegeben. Die Anzeigemöglichkei ten sind gegenüber der Projektion einer Bildröhre bewußt eingeschränkt. Verfahren und Werkstoffe für die Herstellung holographischer Gitter auf einer Windschutzscheibe werden angegeben. Diese sind auch für die vorliegende Erfindung geeignet. Nicht beschrieben wird eine Integration der Licht zufuhr in die Windschutzscheibe.

Andere bekannte Head-up-displays mit Hologramm auf der Wind schutzscheibe beleuchten dieses durch den Luftraum im Cockpit, was Gefahren durch das Laserlicht im Cockpit und durch die Windschutzscheibe nach außen durchdringendes Laserlicht erzeugt. Ebenfalls ist die Betriebssicherheit solcher Head- up-displays durch mögliche Abschattungen des Laserstrahls durch den Bediener oder durch Gegenstände begrenzt.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine holographische Anzei gevorrichtung anzugeben, bei der eine Anzeige nach Art eines Head-up-displays ohne Freistrahl nur mit in eine beliebig gekrümmte Sichtscheibe integrierten optischen Mitteln auch für die Lichtzufuhr erreicht wird. Die Lage der Anzeige auf der Sichtscheibe soll frei wählbar sein. Auf eine Anzeige analoger Werte und komplexer Bilder kann dabei zugunsten digitaler und binär logischer Signale und gerasterter Struk turen verzichtet werden.

Gelöst wird die Aufgabe durch eine holographische Anzeige auf einer Sichtscheibe mit einer oder mehreren an die Sicht scheibe angekoppelten Laser-, oder Lumineszenzdioden, einem oder mehreren in die Sichtscheibe integrierten Monomode- Lichtwellenleitern und einem oder mehreren in die Sichtschei be integrierten holographischen Auskoppelgittern, die Licht aus dem Monomode-Lichtwellenleiter auskoppeln und in das Gesichtsfeld eines Bedieners in der Bedienerkabine einspie geln.

Die erfindungsgemäße Lösung hat durch die Integration der Lichtzufuhr in der Sichtscheibe eine hohe Betriebssicherheit, hohe Augensicherheit, wirkt wesentlich weniger in den Außen bereich und erfordert im Innenbereich keine Anpassungen.

Besonders eignet sich die Anzeige für gekrümmte Sichtschei ben. Vorteilhaft können ein oder mehrere binär logische Signale, insbesondere in der Art von Warnleuchten, übertragen werden.

Beispielsweise ist die Erfindung besonders geeignet zur Anordnung an der Windschutzscheibe oder der Heckscheibe eines Kraftfahrzeugs. Die Anordnung an der Heckscheibe dient dabei der Signalisation bei Rückwärtsfahrt. Wichtig ist auch die Anordnung in der Pilotenkanzel eines Flugzeugs.

Die Anordnung von Monomode-Lichtwellenleiter und Auskoppel gitter in der Zwischenlage einer Verbundglasscheibe sichert die optischen Mittel optimal gegen mechanische Beanspruchun gen.

Die Auskoppelung des Lichts läßt sich optimal gestalten, wenn dabei dem Auskoppelgitter ein zweites Gitter auf der Innen seite der Sichtscheibe zugeordnet ist, nach Art der DE 41 31 738 (91032 P). Insbesondere läßt sich die Emission von Licht in den Außenraum weiter reduzieren.

Werden die optischen Elemente der erfindungsgemäßen Vorrich tung auf eine Folie aufgebracht, dann kann bei ihrer Herstel lung von Format und Stabilität der Sichtscheibe unabhängig vorgegangen werden.

Besonders vorteilhaft ist der Monomode-Lichtwellenleiter flächig ausgebildet und umfaßt den Bereich zwischen mehreren Ankoppelstellen und Hologrammen, insbesondere auch die gesamte Fläche der Sichtscheibe.

Im weiteren wird die Erfindung anhand der Zeichnungen erläu tert. Es zeigen

Fig. 1 eine erfindungsgemäße holographische Anzeige vorrichtung auf der Sichtscheibe einer Bediener kabine im teilweisen Schnitt;

Fig. 2 eine Variante der erfindungsgemäßen holographischen Anzeigevorrichtung im Schnitt;

Fig. 3 zeigt eine Ansicht eines Ausführungsbeispiels.

Fig. 1 zeigt einen Einblick in eine Bedienerkabine (8), ins besondere das Führerhaus eines Kraftfahrzeugs, oder eine Pilotenkanzel. Ein Bediener (7) mit einem Gesichtsfeld (71) blickt auf eine Sichtscheibe (1). Diese ist aus aerodyna mischen Gründen, aber auch zur Reflexunterdrückung und aus ästhetischen Gründen, gekrümmt. Am Rand der Sichtscheibe (1) sind eine oder mehrere Lichtquellen (6), Lumineszenzdioden oder Laserdioden angebracht, insbesondere angeklebt oder bevorzugt über Lichtleitfasern (60) angekoppelt.

Über bekannte Koppelstellen (46) sind die Lichtquellen (6) mit planaren oder streifenförmigen Monomode-Lichtwellenlei tern (4) verbunden, die auf der Sichtscheibe (1) verlaufen und in holographische Gitter (5) münden, welche so seitwärts beleuchtet werden. Die Gitter können beispielsweise in der Art ausgeführt werden, wie in US 4 818 048 beschrieben.

Über die elektrischen Anschlüsse (611) ist das Head-up- display mit einer Versorgungseinrichtung (61) im Armaturen brett (81) der Bedienerkabine (8) verbunden. Diese Ver sorgungseinrichtung (61) wird mit nicht dargestellten Mitteln mit Signalen versorgt und wandelt sie in für den Betrieb der Lichtquellen (6) geeignete Signale um, so daß die vor gesehenen Anzeigen im Gesichtsfeld (71) des Bedieners (7) erscheinen.

In Fig. 2 ist nur ein Ausschnitt der Sichtscheibe (1) dar gestellt, die hier als Verbundglasscheibe mit einem inneren Glas (12) und einem äußeren Glas (11) sowie mit einer dazwischen angeordneten Folie (3) ausgeführt ist. Schicht wellenleiter (4) und Gitter (51) sind geschützt an der Grenze inneres Glas (12) zu Folie (3) angebracht. Der Schichtwellen leiter (4) wie das Gitter (51) können dabei sowohl auf oder in dem Glas (12) dargestellt sein, oder die Folie (3) kann als Substrat dienen.

Besonders hohen Wirkungsgrad der Lichtauskopplung erhält man, wenn das Gitter (51) mit einem auf der Innenseite der Sicht scheibe (1) angeordneten zweiten Gitter (52) zusammenwirkt, wie in DE 41 31 738 beschrieben.

Fig. 3 zeigt die Sichtscheibe (1) der Fig. 1 oder 2 aus der Sicht des Bedieners (7). Am Rand der Sichtscheibe (1), im Bereich des Kleberands (14), sind hier vier Koppelstellen (46a, b, c, d) angeordnet, und die Lichtleiterfasern (60a, b, c, d) angekoppelt sind, welche durch Laserdioden (6a, b, c, d) beleuchtet werden. Die Laserdioden (6a, b, c, d) werden über elektrische Anschlüsse (611) von der Versorgungseinrich tung (61) gesteuert. Drei Koppelstellen (46a, b, c) sind an einem planaren Wellenleiter (41) angekoppelt, der in die Sichtscheibe (4) integriert ist. Die aus den Koppelstellen (46a, b, c) austretenden Bündel (45a, b, c) breiten sich im Wellenleiter (41) mit begrenzter Divergenz aus und beleuchten so selektiv die Hologramme (5a, b, c), die durch beispielhaf te angezeigte Symbole dargestellt sind.

Die vierte Koppelstelle (46d) ist in diesem Beispiel an einen Streifenwellenleiter (4d) mit seitlicher Berandung (42) ange koppelt und führt an ein Hologramm (5d). Die in die Sicht scheibe (1) integrierten Hologramme (5a, b, c, d) werden so seitlich beleuchtet. Die gesamte optische Anordnung ist so fein aufgebaut, daß sie für den Bediener (7) unsichtbar ist und den Durchblick durch die Sichtscheibe (1) nicht beein trächtigt.

Die Zeichnung ist nur schematisch zu verstehen. Wird eine oder mehrere der Laserdioden (6a, b, c, d) zum Strahlen ge bracht, dann erscheint dem Bediener (7) das in den zugeordne ten Gittern (5a, b, c, d) eingezeichnete Signalbild (links, stop, rechts, Achtung Bordsteinkante, z. B.), und zwar in einem von der Lage der Sichtscheibe (1) unabhängigen, durch die holographische Ausführung der Gitter (5a, b, c, d) be stimmten Abstand.

Die Anordnung hat also den Vorteil, daß nicht verteilte optische Baugruppen zueinander justiert werden müssen, daß innerhalb einer Bedienerkabine kein freier Laserstrahl hoher Intensität zur Hologrammbeleuchtung vorhanden ist, der unter brochen werden könnte oder eine Augengefährdung darstellen könnte. Außerdem ist das Durchdringen von Laserstrahlung in den Außenraum, was wegen möglicher Lasergefährdung oder La serirritation für Dritte und auch wegen der dadurch gegebenen Detektionsmöglichkeit (militärische Anwendungen) unerwünscht ist, wirksam reduziert.

Claims

1. Holographische Anzeigevorrichtung auf einer Sichtscheibe (1) mit einer oder mehreren an der Sichtscheibe (1) ange koppelten Laser-, oder Lumineszenzdioden (6), einem oder mehreren in die Sichtscheibe (1) integrierten Monomode- Lichtwellenleitern (4) und einem oder mehreren integrier ten holographischen Auskoppelgittern (5), die Licht aus dem Monomode-Lichtwellenleiter (4) auskoppeln und in ein Gesichtsfeld (71) einspiegeln, das ein auf die Sicht scheibe (1) blickender Bediener (7) erfassen kann.

2. Holographische Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß die Sichtscheibe (1) gekrümmt ist.

3. Holographische Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere binär logische Signale, insbesondere in der Art von Warn leuchten, übertragen werden.

4. Holographische Anzeigevorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sichtscheibe (1) die Windschutzscheibe oder das Heck fenster eines Kraftfahrzeugs ist.

5. Holographische Anzeigevorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sichtscheibe (1) Teil der Pilotenkanzel eines Flugzeugs ist.

6. Holographische Anzeigevorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß Monomode-Lichtwellenleiter (4) und Auskoppelgitter (51) in der Zwischenlage (3) einer Verbundglasscheibe (1) an geordnet sind (Fig. 2).

7. Holographische Anzeigevorrichtung nach Anspruch 6, da durch gekennzeichnet, daß einem Auskoppelgitter (51) in der Zwischenlage (3) ein zweites Gitter (52) auf der Innenseite der Sichtscheibe (1) zugeordnet ist (Fig. 2).

8. Holographische Anzeigevorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß Monomo de-Lichtwellenleiter (4) und holographische Auskoppelgit ter (5) auf einer Folie (3) ausgebildet sind und komplett mit dieser mit der Sichtscheibe (1) verklebt sind.

9. Holographische Anzeigevorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß minde stens ein Monomode-Lichtwellenleiter (4) flächig ausge führt ist und den Bereich zwischen mehreren Ankoppelstel len (46a, b, c) und holographischen Auskoppelgittern (5a, b, c) ausfüllt.

10. Holographische Anzeigevorrichtung nach Anspruch 9, da durch gekennzeichnet, daß der Monomode-Lichtwellenleiter (4) die gesamte Fläche der Sichtscheibe (1) bedeckt.