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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anzeigevorrichtung,
genauer gesagt eine Anzeigevorrichtung, bei der Licht von
einer Anzeige durch ein Beugungsgitter, wie beispielsweise
ein Hologramm&sub1; auf eine Pupillenposition gerichtet wird, um
die Beobachtung eines auf einer Anzeige angezeigten Bildes
zur ermöglichen.
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Headup-Anzeigevorrichtungen zum Anzeigen eines Bildes von
einer Anzeige über ein Hologramm, das einem
Vorwärtsgesichtsfeld zu überlagern ist, sind bekannt. Bei einer
Headup-Anzeigevorrichtung zur Durchführung einer Anzeige
unter Verwendung einer fluoreszierenden Anzeigeröhre zur
Abgabe von Anzeigelicht mit einem breiten
Wellenlängenbereich muß das Unscharfwerden eines Bildes in
Vertikalrichtung, das durch den breiten Wellenlängenbereich des
Anzeigenlichtes verursacht wird, verhindert werden.
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Die in einem Anzeigebild verursachte Unschärfe wird
besonders auffallend, wenn das Anzeigebild unter einer Distanz
angezeigt wird. Wenn die Halbbreite des Beugungsgradwellen
längenspektrums eines Hologramms etwa 10 nm beträgt, wird
die Abnahme der Bildqualität visuell festgestellt.
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Als Mittel zur Korrektur einer Farbdispersion, die durch
ein Hologramm verursacht wird, beschreibt die JP-A-51-5956
(US-A-3 580 655) eine Technik zur Anordnung eines optischen
Elementes (d.h. eines anderen Hologramms), um eine
Farbdispersion entgegengesetzt zu der, die vom Hologramm in einem
zum Hologramm verlaufenden optischen Weg verursacht wurde,
zu bewirken.
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Die US-A-4 613 200 beschreibt ein Ausführungsbeispiel, bei
dem dieses Mittel bei einer Headup-Anzeigevorrichtung
Verwendung findet. Eine Anzeigevorrichtung, die die Merkmale
des Oberbegriff 5 von Patentanspruch 1 aufweist, ist aus
dieser Veröffentlichung bekannt. Diese bekannte Vorrichtung
ist in Figur 1 gezeigt.
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Bei der in Figur 1 gezeigten Vorrichtung ist ein Paar von
Hologrammen 111 und 135, die eine relativ große Halbbreite
und eine identische Struktur besitzen, so angeordnet, daß
ihre reflektierenden Flächen parallel zueinander verlaufen,
so daß Licht von einer Anzeige (nicht gezeigt) zu einer
Pupillenposition 51 eines Beobachters gerichtet wird.
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Diese Vorrichtung kann Licht von der Anzeige über den
gesamten sichtbaren Lichtbereich von Rot, Grün und Blau auf
die Pupillenposition 51 richten, ohne daß ein
Unscharfwerden auftritt. Wie in Figur 1 gezeigt&sub1; ist es jedoch nicht
einfach, die Hologramme 111 und 135 in einem Fahrzeug o.ä.
im parallelen Zustand anzuordnen. In diesem Fall können
diese Hologramme in einem nichtparallelen Zustand
angeordnet werden, um im engen Raum der Kabine eines Fahrzeuges
untergebracht zu werden. Hierbei tritt jedoch das folgende
Problem auf.
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In einer Kabine eines Fahrzeuges befindet sich die
Pupillenposition 51 eines Beobachters an einer Stelle, die in
einem Abstand von etwa 800 mm von der Windschutzscheibe
entfernt ist. Die Position der Pupille hängt dabei jedoch
stark von der Sitzhöhe des Fahrers, der Bewegung eines
Sitzes nach vorne und nach hinten u.ä. ab.
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Figur 2 zeigt einen Zustand, in dem die maximalen
Wellenlängenbeugungsgrade von Hologrammen 111 und 135 einen Un
terschied besitzen, da die Hologramme 111 und 135 in einem
nichtparallelen Zustand angeordnet sind und die
Pupillenposition 51 in Vertikalrichtung stark verschoben ist. Da, wie
vorstehend beschrieben, die Hologramme 111 und 135 die
gleichen Eigenschaften besitzen, sind die Halbbreiten ihrer
Beugungsgradwellenlängenspektra gleich. Gemäß Figur 2
besitzen bei einer Kombination von zwei Hologrammen
(Beugungsgittern), die jeweils eine Halbbreite von 20 nm
aufweisen, die Mittenwellenlängen der Hologramme einen
Unterschied von 5 nm in bezug auf die Pupille, die in
Vertikalrichtung verschoben ist.
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Die Menge des auf die Pupille treffenden Anzeigelichtes ist
proportional zum Produkt aus den Beugungsgraden der beiden
Hologramme. Wenn die Differenz von 5 nm auftritt, wird die
Lichtmenge um etwa 35 % reduziert. Zur Überraschung der
Erfinder wird diese Differenz von 5 nm durch eine
Verschiebung der Pupille um nur 30 nm in Vertikalrichtung
verursacht.
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Der Versatz der Mittenwellenlängen erscheint als
Ungleichmäßigkeit der Helligkeit im beobachteten Bild, wenn die
Pupille vorwärt und rückwärts bewegt wird, so daß die
Anzeigegualität herabgesetzt wird.
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Ein derartiges Problem wird in auffallender Weise
verursacht, wenn die Halbbreite des Hologramms so erniedrigt
wird, daß sie geringer wird als die des Lichtes von der
Anzeige, um ein helles Vorwärtsgesichtsfeld zu beobachten.
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Wenn daher die Anzeigevorrichtung, bei der Beugungsgitter,
d.h. Hologramme, Verwendung finden, in einem Fahrzeug o.ä.
montiert wird, kann das Bild der Anzeige nicht immer klar
beobachtet werden.
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Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf das
vorstehend genannte Problem konzipiert. Das Ziel der Erfindung
besteht darin, die Anzeigevorrichtung gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1 so zu verbessern, daß ein Bild der
Anzeige selbst bei Veränderung der Pupillenposition eines
Beobachters immer klar beobachtet werden kann.
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Dieses Ziel wird mit der Anzeigevorrichtung gemäß
Patentanspruch 1 erreicht.
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Die EP-A-0 278 395 stellt Stand der Technik gemäß Artikel
54(3) EPÜ dar. Diese Veröffentlichung beschreibt eine
Anzeigevorrichtung, die die Merkmale der Anzeigevorrichtung
gemäß Patentanspruch 1 aufweist, mit Ausnahme des
Merkmales, daß die Variationsgröße 20 nm beträgt.
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Weiterentwicklungen der Anzeigevorrichtung gemäß der
Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 5 wiedergegeben.
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Die Merkmale und detaillierten Aspekte der vorliegenden Er
findung werden anhand der nachfolgenden Ausführungsformen
verständlich.
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Von den Zeichnungen zeigen:
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Figur 1 eine Ansicht einer herkömmlichen
Anzeigevorrichtung;
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Figur 2 ein Diagramm, das Wellenlängeneigenschaften von
zwei Hologrammen zeigt;
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Figur 3 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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Figur 4 ein Diagramm, das Wellenlängenspektra des Beu
gungsgrades eines ersten und zweiten
Beugungsgitters der in Figur 3 gezeigten Vorrichtung
zeigt;
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Figur 5 eine Ansicht eines optischen
Hologramm-Drucksystems;
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Figur 6 eine Ansicht eines Beugungsgitters vom Relief-
Typ;
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Figur 7 ein Diagramm, das den Beugungsgrad eines
handelsüblichen Beugungsgitters vom
Oberflächenrelief-Typ zeigt; und
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Figur 8 eine Ansicht, die eine Modifikation des
Beugungsgitters vom Relief-Typ zeigt.
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Figur 3 ist eine schematische Ansicht, die eine
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Eine Anzeige
31, wie beispielsweise eine fluoreszierende Anzeigeröhre,
gibt einen Lichtstrahl mit einer vorgegebenen Wellenlänge
ab. Wenn eine Lichtkomponente, die der Mittenwellenlänge
dieses Lichtstrahles entspricht, durch die durchgezogene
Linie 32 wiedergegeben wird, dann wird diese
Lichtkomponente von einem ersten Beugungsgitter (Hologramm) 11 vom
Volumen-Phasen-Typ, das auf einem Substrat 10 ausgebildet
ist, reflektierend gebeugt, um in einen Lichtstrahl 33
(primär gebeugtes Licht) umgewandelt zu werden. Der
Lichtstrahl 33 wird dann von einem zweiten Beugungsgitter
(Hologramm) 35 vom Volumen-Phasen-Typ, das auf einem
transparenten Substrat 34 ausgebildet ist und ein
Brechungsvermögen besitzt, reflektierend gebeugt, um in
einen Lichtstrahl 36 (primär gebeugtes Licht) umgewandelt
zu werden. Das Bild der Anzeige 31 wird somit vergrößert
und von der Pupille eines Beobachters an einer
Pupillenposition 51 beobachtet. Im Gegensatz dazu besitzen die
Lichtkomponenten, die sich entlang den optischen Wegen 32' und
33' fortpflanzen, eine etwas größere Wellenlänge als der
Lichtstrahl 32 mit der Mittenwellenlänge.
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Bei der Ausbildung dieser Vorrichtung findet eine
"reziproke Lichtstrahlverfolgungstechnik" Verwendung. Der
Gitterabstand und der Winkel des Beugungsgitters 11 in
bezug auf das Beugungsgitter 35 und die Längen der optischen
Wege der Lichtstrahlen 32 und 33 können wie folgt
eingestellt werden. Es sei angenommen, daß sich Licht, das eine
größere Wellenlänge besitzt als die Mittenwellenlänge,
entlang einem optischen Weg 36 fortpflanzt, der sich von der
festen Pupillenposition 51 aus erstreckt. Nachdem das Licht
vom Beugungsgitter 35 in den optischen Weg 33' in einer
Richtung gebeugt wurde, die sich von der des Lichtes mit
der Mittenwellenlänge unterscheidet, wird das gebeugte
Licht vom Beugungsgitter 11, das größere
Wellenlängendispersionseigenschaften in einer Richtung entgegengesetzt
zum Beugungsgitter 35 besitzt, dispergiert. Folglich kreuzt
derlichtstrahl 32' den Lichtstrahl 32 auf der Anzeige 31.
Mit dieser Anordnung kann eine Farbdispersionskorrektur des
Beugungsgitters 35 in zufriedenstellender Weise
verwirklicht werden.
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Da bei dieser Ausführungsform das Beugungsgitter 35, das in
bezug auf sichtbares Licht transparent ist, auf dem
transparenten Substrat 34 angeordnet ist, dringt Licht 100 von
einem Vorwärtsgesichtsfeld durch das Substrat 34 und das
Beugungsgitter 35 und trifft auf die Pupillenposition 51.
Ein Beobachter kann daher sowohl das Vorwärtsgesichtsfeld
(Landschaft) als auch ein von der Anzeige 130 angezeigtes
Bild durch das Beugungsgitter 35 beobachten. Wenn die
Anzeigevorrichtung dieser Ausführungsform in der Kabine eines
Fahrzeuges montiert wird, kann die Windschutzscheibe als
Substrat 34 dienen. Die Anzeige 31 zeigt Informationen an,
um einen Beobachter, d.h. einen Fahrer, zu unterstützen.
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Bei dieser Ausführungsform ist das zweite Beugungsgitter 35
größer als das erste Beugungsgitter 11, und die Beugungs
gitterlf und 35 (deren Reflexionsflächen) sind so
angeordnet, daß sie eine vorgegebene Lagebeziehung besitzen, d.h.
nicht parallel zueinander verlaufen. Die Länge des
optischen Weges zwischen der Anzeige 31 und dem Beugungsgitter
11 ist so eingestellt, daß sie geringer ist als die
zwlschen den Beugungsgittern 11 und 35, so daß die gesamte
Vorrichtung kompakt wird. Die Vorrichtung kann somit in
einfacher Weise in der Kabine des Fahrzeuges untergebracht
werden. Da die Längen der optischen Wege in der vorstehend
beschriebenen Weise eingestellt sind, kann die Sichtzone
des Fahrers, innerhalb der eine Anzeige beobachtet werden
kann, erweitert werden.
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Das Licht 100 vom Vorwärtsgesichtsfeld dringt in wirksamer
Weise durch das Beugungsgitter 35 und trifft auf die
Pupillenposition 51.
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Wie nachfolgend beschrieben&sub1; ist das Beugungsgitter 11 so
hergestellt, daß die Halbbreite des ersten Beugungsgitüers
11 (Halbbreite des Beugungsgradwellenlängenspektrums im
Hinblick auf das zur Anzeige verwendete primäre gebeugte
Licht) größer ist als die des zweiten Beugungsgitters 35
(Halbbreite des Beugungsgradwellenlängenspektrums im
Hinblick auf das zur Anzeige verwendete primäre gebeugte
Licht).
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Es wird davon ausgegangen, daß die Position der Pupille in
eine obere oder untere Pupillenposition 52 oder 53
verschoben ist. In diesem Fall wird die Mittenwellenlänge, die zum
maximalen Beugungsgrad führt, in Abhängigkeit von den
Eigenschaften des Beugungsgitters 35 in Richtung auf die
Seite einer kurzen oder langen Wellenlänge verschoben.
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Figur 4 zeigt gleichzeitig die Wellenlängenspektra
(gestrichelt) des Beugungsgrades des primären gebeugten
Lichtes mit einer Halbbreite von 25 nm des zweiten
Beugungsgitters 35 und die Wellenlängenspektra des
Beugungsgrades des primären gebeugten Lichtes des ersten
Beugungsgitters 11 bei dieser Ausführungsform Da bei dieser
Ausführungsform das Beugungsgitter 11 mit flachem Spektrum mit
einer Halbbreite von über etwa 40 nm Verwendung findet,
tritt keine Helligkeitsänderung des beobachteten Bildes
auf, selbst wenn die Position der Pupille zwischen den
Positionen 51 bis 53 und die Mittenwellenlänge des auf die
Pupille treffenden Lichtes um + 10 nm verändert wird. Dies
stellt eine große Verbesserung im Vergleich zu den in Figur
2 gezeigten Spektra dar, die einen Abfall der Lichtmenge um
35 % bei Änderung der Mittenwellenlänge um 5 nm bewirken.
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Wenn eine Veränderung der Mittenwellenlänge von ± 10 nm zu
gelassen wird, kann der Beobachtungsbereich in der
nachfolgend beschriebenen Weise expandiert werden. Es sei davon
ausgegangen, daß der mittlere Brechungsindex des zweiten
Beugungsgitters 35 1,65 beträgt, daß Licht von der Anzeige
31 mit einer Wellenlänge von 505 nm auf das Beugungsgitter
35 mit einem Einfallwinkel von 28º trifft und daß das
auftreffende Licht unter 51º reflektiert und gebeugt wird. Der
Gitterneigungswinkel des Beugungsgitters 35 beträgt 5,78º,
und dessen mittlerer Brechungsindex beträgt 1,65. Die
Beziehung zwischen der Bragg-Wellenlänge λB und dem Bragg-
Winkel φB kann wie folgt ausgedrückt werden:
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2ndcosφB = λB
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wobei d den Gitterabstand (d.h. 0,166 µm) darstellt. Wenn
man davon ausgeht, daß die Mittenwellenlänge von 505 nm auf
495 nm oder 515 nm verändert wird, wird der Bragg-Winkel φB
von 28º auf 31º oder 20º verändert, und der Austrittswinkel
in die Luft wird von 51º auf 58º oder 45º verändert.
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Es sei vorausgesetzt, daß der Abstand vom Beugungsgitter 35
zur Pupillenposition 51 800 mm beträgt. Wenn sich die
Fupillenposition 52 um 90 mm über der Pupillenposition 51
befindet und sich die Pupillenposition 53 um 91 mm unter der
Pupillenposition 51 befindet, kann die Pupille des Beobach
ters in ausreichender Weise Licht von der Anzeige 31
empfangen. Wenn diese Vorrichtung in der Kabine montiert wird,
kann somit ein Bild einer ausreichenden Helligkeit für
Fahrer mit unterschiedlichen Sitzhöhen verwirklicht werden.
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Die Anderung in der Pupillenposition, d.h. der
veränderliche Bereich einer Beobachtungsposition, ist nahezu
proportional dem Anderungsbetrag der Mittenwellenlänge. Wenn die
Beugungsgitter 11 und 35 so ausgebildet sind, daß sie eine
große Änderung der Mittenwellenlänge ermöglichen, kann ein
breiterer Beobachtungspositionsbereich eingestellt werden.
Die Halbbreite des Beugungsgitters 11 wird so eingestellt,
daß sie größer ist als die Summe aus der Halbbreite des
Beugungsgitters 35 und einer Änderungsgröße von 20 nm der
Mittenwellenlänge.
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Figur 5 zeigt ein optisches System zum Drucken des in Figur
3 dargestellten Beugungsgitters 11. Licht mit einer
Wellenlänge von 488 nm von einer Argonlaserlichtquelle 1 wird von
einem reflektierenden Spiegel 2 reflektiert und von einem
Halbspiegel 3 in Lichtstrahlen 4 und 5 aufgeteilt. Der
Lichtstrahl 4 wird über ein Mikroskopobjektivlinsensystem 6
zerstreut und in einen Lichtstrahl 7 umgewandelt. Der
Lichtstrahl 7 trifft auf ein lichtempfindliches
Hologrammaterial 12 auf einem Substrat 10. Dem gegenüber wird der vom
Halbspiegel reflektierte Lichtstrahl 5 von einem
Mikroskopobjektivlinsensystem 8 zerstreut und in einen Lichtstrahl 9
verwandelt. Der Lichtstrahl 9 trifft auf das
lichtempfindliche Hologrammaterial 12 durch das transparente Substrat
10. Diese Lichtstrahlen 7 und 9 werden im
lichtempfindlichen Hologrammaterial 12 überlagert und bilden
Interferenzstreifen. Die Einfallwinkel der beiden Lichtstrahlen 7 und
9 sind so ausgewählt, daß sie 70º und 30º betragen. Als
Druckstrahl kann ein Parallelstrahl oder ein konvergierter
Strahl Verwendung finden, je nach Bedarf.
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Als Hologramm-Auf zeichnungsmaterial (lichtempfindliches
Material) 11 kann ein in der JP-B-62-14831, JP-B-62-221152
oder JP-A-53-15154 beschriebenes Material verwendet werden.
Die Materialien und Entwicklungsbedingungen werden
nachfolgend beschrieben.
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2,0 g Polyvinylcarbazol, 0,2 g Kohlenstofftetrajodid und 20
mg 2,6-Di-tert-Butylphenol werden in 25 g Monochlorobenzol
gelöst. Das entstandene Material wird auf eine 1,3 mm dicke
Glasplatte mit polierter Oberfläche an einer dunklen Stelle
schleuderbeschichtet (Mikasa Spinner, 1H-2) und an einer
dunklen Stelle getrocknet, um ein 6-µm dickes
lichtempfindliches Hologrammaterial herzustellen.
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Unter Verwendung des in Figur 5 gezeigten optischen Systems
wird dann eine Belichtung durchgeführt.
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Die Belichtung wird so durchgeführt, daß die Lichtquelle 1
monochromatisches (bläulichgrünes) Licht mit einer
Wellenlänge von 488 nm unter Verwendung eines Argonionenlasers
abstrahlt und die Lichtstrahlen 7 und 9 in einer Lichtmenge
von 50 mJ/cm² auftreffen.
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Das belichtete lichtempfindliche Material wird 5 Minuten
lang in eine Trichloroethylenlösung von 25 ºC eingetaucht,
um Jodverbindungskomponenten zu entfernen. Danach wird das
entstandene Material in eine Xylolösung von 36 ºC als
Quellösung (erstes Bad) über 60 sec und dann in eine n-
Hexanlösung von 36 ºC als zweites Bad über 60 sec
eingetaucht. Dann wird das Material natürlich getrocknet. Auf
diese Weise kann ein lichtreflektierendes Beugungsgitter 11
mit dem durch die durchgezogene Kurve in Figur 4
angedeuteten Wellenlängenspektrum erhalten werden.
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Wenn ein reflektierendes Hologramm vom Volumen-Phasen-Typ,
das einer Entwicklungsbehandlung ausgesetzt wurde, um die
Spektralreflexions/Beugungseigenschaften der vorstehend
beschriebenen Art in einem breiten Wellenlängenbereich zu
erhalten, erfindungsgemäß als erstes Beugungsgitter 11
verwendet wird, können die folgenden Vorteile erzielt werden.
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Ein helles Bild kann erhalten werden, wenn die
Mittenwellenlänge des zweiten Beugungsgitters 35 in bezug auf die
Pupillenposition 51 bei Veränderung der
Beobachtungsposition verändert wird, ein großflächiges Gitter kann in
einfacher Weise hergestellt werden, da es durch optisches
Drucken erzeugt werden kann, und das Beugungsgitter kann
als Konkavspiegel zur Korrektur von Astigmatismus und Koma
dienen.
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Wenn das Hologramm vom Volumen-Phasen-Typ verwendet wird,
kann ferner ein hoher Beugungsgrad in bezug auf p- und s-
polarisierte Lichtkomponenten erhalten werden, wenn das
Hologramm so ausgebildet ist, daß ein Lichtstrahl, der auf
eine Gitterausrichtungsfläche in einer Richtung im
wesentlichen senkrecht hierzu auftrifft, unter einem Winkel von
15º, 30º oder 80º austritt.
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Bei dieser Erfindung können auch Beugungsgitter anderer
Strukturen Verwendung finden.
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Figur 6 zeigt ein Beispiel eines sogenannten
"Rückflächenreliefgitters", bei dem ein Polycarbonatharz
mit einem Brechungsindex n = 1,58 als erstes Beugungsgitter
11 Verwendung findet.
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Der auf das Beugungsgitter 11, das auf einer Fläche eines
Substrates ausgebildet ist, die der Lichteinfallfläche
gegenüberliegt, treffende Lichtstrahl 32 wird von einer
Reflexionsfläche 21, die mit einem Winkel von 16,6º zu einer
Horizontalebene geneigt ist, reflektiert und gebeugt, dann
in Luft gebrochen und pflanzt sich in einer 60º-Richtung
als Lichtstrahl 33 fort.
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Figur 7 zeigt die Beugungsgradwellenlängenspektra von
p- und s-polarisierten Lichtkomponenten eines im Handel
erhältlichen Beugungsgitters, das auf einer Vorderfläche
(einer Fläche auf der Lichteinfallseite) eines Substrates
ausgebildet ist, d.h. wenn ein Lichtstrahl aus Luft auf
eine geneigte Fläche 21 des Gitters in einer Richtung im
wesentlichensenkrecht hierzu trifft und im wesentlichen in
der senkrechten Richtung reflektiert und gebeugt wird. In
Figur 7 entspricht die Kurve A der p-polarisierten
Lichtkomponente, während die Kurve B der s-polarisierten
Lichtkomponente entspricht.
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Wenn bei einer Headup-Anzeigevorrichtung deren optische
Anordnung der eines Spektroskopes entspricht, kann ein im
Handel erhältliches glänzendes Beugungsgitter als Gitter
zum Korrigieren eines durch Farbdispersion verursachten
unscharfen Bildes verwendet werden. Eine Headup-
Anzeigevorrichtung der Praxis besitzt jedoch eine andere
optische Anordnung als ein Spektroskop.
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Gemäß Figur 3 bilden das einfallende Licht 32 und das
gebeugte Licht 33 einen Winkel von 20º. Wenn die Fläche der
Anzeige 31 erhöht wird, um eine Anzeige mit großem
Bildschirm zu verwirklichen, und die gesamte Vorrichtung
kompakt ausgebildet wird, wird der von den beiden Strahlen
gebildete Winkel vorzugsweise größer eingestellt. Wenn jedoch
der vom einfallenden Lichtstrahl und vom gebeugten
Lichtstrahl gebildete Winkel erhöht wird, verursacht ein
herkömmliches glänzendes Beugungsgitter eine Abnahme des
Wirkungsgrades.
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Einen Faktor in bezug auf die Abnahme des Beugungsgrades
des glänzendes Beugungsgitters stellt das
"Öffnungsverhältnis γ" dar. Dieses Öffnungsverhältnis γ kennzeichnet einen
geometrisch-optischen Lichtmengenverlust an einem
Eckabschnitt eines abgestuften Beugungsgitters und wird durch
die folgende Formel wiedergegeben:
γ= cosθ&sub2;/cosθ&sub1;.
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Nachfolgend wird ein Fall überprüft, bei dem Licht auf die
geneigte Fläche eines Beugungsgitters in einer Richtung (81
= 0º) senkrecht hierzu auftrifft und diese in 60º-Richtung
verläßt. Da bei einem Oberflächenreliefbeugungsgitter, das
in Luft angeordnet ist, der Winkel 82 600 beträgt, gilt
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γ (Luft) = cos60º/cos0º
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= 0,5.
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Da jedoch bei dem in Figur 6 gezeigten Polycarbonatharz mit
einem Brechungsindex von 1,58 der Winkel θ&sub2; 33,2º beträgt,
gilt in dem in Figur 6 gezeigten Element:
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γ (Polycarbonat) = cos33,2º/cos0º
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= 0,836.
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Daher kann das Öffnungsverhältnis γ stark verbessert
werden.
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Wenn das in Figur 6 gezeigte "Rückflächenreliefgitter" für
eine Headup-Anzeige eines Fahrzeuges verwendet wird, kann
ein großes Öffnungsverhältnis γ, d.h. ein hoher
Beugungsgrad, erhalten werden, selbst wenn die Anzeige verwendet
wird, während die Einfallrichtung und die Austrittsrichtung
einen großen Winkel miteinander bilden.
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Ein weiteres Merkmal stellt der einfache Schutz der
Reflexionsfläche dar. In der Kabine eines Fahrzeuges kann das
Eindringen von Staub in einem gewissen Ausmaß nicht
vermieden werden. Bei dem Oberflächenreliefbeugungsgitter, das so
angeordnet ist, daß das Beugungsgitter der Luft ausgesetzt
ist, ist es schwierig, anhaftenden Staub zu entfernen, wenn
solcher an der Gitteroberfläche haftet. Wenn der Staub
unter Kraftaufbringung entfernt werden muß, kann die
Gitteroberfläche beschädigt werden. Bei dem
"Rückflächenreliefbeugungsgitter" kann der Staub durch Reinigen der
Vorderflächeentfernt werden.
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Bei dem Oberflächenreliefbeugungsgitter kann nur ein
transparentes Beschichtungsmaterial, wie 5i0&sub2;, zum Schutz einer
Relieffläche verwendet werden, wobei die Dicke 0,1 µm oder
weniger betragen muß. Im Gegensalz hierzu kann bei dem
"Rückflächenreliefgitter" ein nichttransparentes
Schutzmaterial Verwendung finden, so daß ein ausreichender Schutz
erreicht wird. Ein transparentes Material, das für das
"Rückflächenreliefgitter" verwendet wird, umfaßt Acryl
(Brechungsindex = 1,49) u.ä.
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Das in Figur 6 gezeigte Rückflächenreliefbeugungsgitter 11
kann auf verschiedene Art und Weise modifiziert werden.
Figur 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem das
Rückflächenreliefgitter unter Verwendung des
Oberflächenreliefbeugungsgitters und einer Flüssigkeit, die einen geeigneten
Brechungsindex besitzt, hergestellt wird. Eine einen
geeigneten Brechungsindex aufweisende Flüssigkeit wird auf
eine Gitterfläche 22 eines Oberflächenreliefbeugungsgitters
23 gefüllt und mit einer transparenten flachen Platte 13
abgedeckt. Die gesamte Struktur wird in einem Gehäuse 24
untergebracht, um ein Lecken der Flüssigkeit zu verhindern.
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Mit dieser Struktur können die Ausgestaltungsgrenzen
erweitert werden. Genauer gesagt, da die Flüssigkeit durch das
Mischen von verschiedenartigen Materialien hergestellt
werden kann, kann ein Reliefgitter verwirklicht werden, das
einen Brechungsindex aufweist, der nicht von einem einzigen
Material erreicht werden kann. Der Brechungsindex der
Flüssigkeit wird in Abhängigkeit von der endgültigen optischen
Anordnung und der mit dem Beugungsgitter zu kombinierenden
Anzeige fein eingestellt, so daß in bezug auf eine
gewünschte Wellenlänge ein maximaler Beugungsgrad erhalten
werden kann. Wenn Wasser verwendet wird, das besonders
leicht erhältlich ist, dann beträgt dessen Brechungsindex
1,33. Hiermit kann ein "Rückflächenreliefbeugungsgitter"
mit sehr geringen Kosten hergestellt werden. Ein Medium für
das "Rückflächenreliefgitter" besitzt vorzugsweise einen
Brechungsindex von 1,3 oder mehr.
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Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform besitzt
das erste Beugungsgitter zum Korrigieren der Unschärfe
eines Anzeigebildes, die durch Farbdispersion des zweiten
Beugungsgitters (Hologramm) verursacht wird, ein größeres
Halbbreitenmaximum als das des Beugungsgrades des zweiten
Beugungsgitters. Wenn daher eine Beobachtungsposition
(Pupillenposition) über dem gesamten Bildschirm verändert
wird, kann immer ein helles Bild erzielt werden.
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Insbesondere wenn das Volumen-Phasen-Hologramm vom
Reflexionstyp oder das "Rückflächenreliefbeugungsgitter" als
erstes Beugungsgitter verwendet wird, kann ein hoher
Beugungsgrad in bezug auf ein erforderliches
Anzeigegesichtsfeld erreicht werden.
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Gemäß der vorstehenden Beschreibung ist das zweite
Beugungsgitter (Hologramm) auf einer ebenen Fläche des
Substrates angeordnet. Wie aus der vorstehenden Beschreibung
deutlich wird, kann jedoch das zweite Beugungsgitter auch
auf einer Kugelfläche oder zylindrischen Fläche angeordnet
sein. Bei der vorstehenden Beschreibung umfaßt die Anzeige
eine fluoreszierende Anzeigeröhre (Halbbreite des
Emissionswellenlängenspektrums = 150 nm). Es kann jedoch
auch jede andere Anzeige verwendet werden, so lange diese
einen ausreichend großen Wellenlängenbereich besitzt. Das
Verfahren zur Herstellung des ersten Beugungsgitters 11
gemäß Figur 3 wurde vorstehend im einzelnen beschrieben.
Das in Figur 3 gezeigte zweite Beugungsgitter 35 kann über
ein holographisches Verfahren wie beim Beugungsgitter 11
hergestellt werden. Obwohl das Beugungsgitter 35 ein
Brechungsvermögen besitzt, ist es einfach, ein derartiges
Beugungsgitter herzustellen.
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Wie aus der Beschreibung der diversen Ausführungsformen
hervorgeht, kann die Anzeigevorrichtung dieser
Ausführungsform vorzugsweise für eine Vorrichtung verwendet werden,
die in einem Fahrzeug (Kraftfahrzeug) montiert ist. Sie
kann jedoch auch bei verschiedenen anderen Fahrzeugen oder
anderen Anwendungsfällen Verwendung finden.