EP2329310A2 - Anzeigeeinrichtung, transparentes abbildungselement sowie verfahren zur herstellung eines transparenten abbildungselements - Google Patents

Anzeigeeinrichtung, transparentes abbildungselement sowie verfahren zur herstellung eines transparenten abbildungselements

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Publication number
EP2329310A2
EP2329310A2 EP09781846A EP09781846A EP2329310A2 EP 2329310 A2 EP2329310 A2 EP 2329310A2 EP 09781846 A EP09781846 A EP 09781846A EP 09781846 A EP09781846 A EP 09781846A EP 2329310 A2 EP2329310 A2 EP 2329310A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
layer
display device
imaging element
transparent
holographic
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP09781846A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan Altmeyer
Steffen Zozgornik
Gennaro Abbati
Stefan Henze
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Volkswagen AG
Original Assignee
G+B Pronova GmbH
Volkswagen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by G+B Pronova GmbH, Volkswagen AG filed Critical G+B Pronova GmbH
Publication of EP2329310A2 publication Critical patent/EP2329310A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
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    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G02B27/0103—Head-up displays characterised by optical features comprising holographic elements
    • G02B2027/0109—Head-up displays characterised by optical features comprising holographic elements comprising details concerning the making of holograms
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    • G02B2027/013—Head-up displays characterised by optical features comprising a combiner of particular shape, e.g. curvature
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    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0149—Head-up displays characterised by mechanical features
    • G02B2027/015—Head-up displays characterised by mechanical features involving arrangement aiming to get less bulky devices

Definitions

  • the invention relates to a itatiei ⁇ cardi, in particular a head-up Dispiay, which is used for information display in motor vehicle windshields. Furthermore, the invention relates to a transparent imaging element and a method for producing a transparent imaging element, which is particularly suitable for a display device, such as a head-up display.
  • a transparent imaging element is, for example, a transparent pane made of, for example, glass or plastic, it being possible to image an image with the aid of the pane.
  • the transparent imaging element has a carrier element, such as the disc itself.
  • the carrier element is provided with holographic-optical elements reflective layer.
  • Such transparent imaging elements are used in display devices, such as head-up displays.
  • the transparent figurative element is the windshield of a motor vehicle.
  • an imaging device such as a projector
  • optical elements such as lenses and mirrors
  • the beam path passes through a complex optical system of lenses and mirrors, which also in the Depending on the optical system, the viewer sees the image at a suitable distance outside the windshield,
  • a complex optical system of lenses and mirrors which also in the Depending on the optical system, the viewer sees the image at a suitable distance outside the windshield.
  • Radiation is also reflected to the observer disturbing on the outside of the windshield and the observer thus doubly sees the BMd slightly offset, it is known to attach a Keiifoiie between the layers of the laminated glass.
  • Another disadvantage is that due to the provision of a reflective layer, the angle of incidence is identical to the Ausfaüswinkel and therefore the position of the projector is fixed.
  • a major problem with known head-up displays is the curvature of the windshield. It is necessary to compensate for the curvature of the windshield by the optical system. Due to the manufacturing process of the windscreens, however, they do not have exactly the same curvatures. This has the consequence that the optical system must be adapted to the curvature of the respective windshield. For this purpose, the windshields are extensively measured and sorted into categories or lots of similar curvatures. Tuned to this are several optical systems that must be assigned to the windshield of the corresponding curvature. For example, it is also problematic to replace the windshield, as this may result in a distortion of the image due to the changed curvature. Accordingly, the optical system must be readjusted or even replaced if necessary. Another problem is that the curvature of the windshield often changes during installation, which in turn can cause distortions. The above problem is not only with windshields but also with any other curved support elements that are used as an imaging element for an imaging system.
  • the object of the invention is to provide an improved display device that can be operated in particular with simpler and therefore less expensive imaging devices. It is another object of the invention to provide an improved transparent imaging element and a corresponding production method.
  • the object is achieved by a display device according to claim 1, a transparent imaging element according to claim 7 and a method for producing a transparent Abbiidungselements according to claim 21.
  • the transparent imaging element according to the invention which is particularly suitable for display devices, such as head-up displays and the like, has a transparent carrier element.
  • the transparent carrier element is, for example, a glass, plastic, composite pane or the like.
  • a layer is connected to the transparent carrier element for reflection of an image.
  • the layer is an exposed layer, wherein an at least one holographic-optical element is formed by the exposure.
  • the layer exposed for this purpose is photosensitive, wherein an exposure takes place for example with a laser.
  • the exposure forms the at least one holographic-optical element.
  • an interference pattern is generated in the layer.
  • the holographic-optical elements can also be formed by other methods, such as embossing or electron beam lithography , After the optionally required fixing or curing of the layer, a holographic-optical element is formed which reflects light incident on the layer in a defined wavelength and angular range.
  • the carrier element can be curved together with the not yet exposed layer or a not yet exposed layer can be applied to a curved carrier element, wherein the exposure of the layer takes place in a curved position.
  • a suitable interference pattern is generated by the Beuchten. In this case, the generated interference pattern thus has the same optical imaging properties, in particular even with local changes in curvature and unevenness.
  • the carrier element may also be a film, which is then applied to the pane, in particular glued, after the coating has been applied to complete the imaging element, for example.
  • the film is exposed in a curvature corresponding to the curvature of the disk or dgh to which the film is applied. Since it is necessary in this case to know the exact curvature of the disc or the like, it is particularly preferred that the layer to be exposed is arranged directly on a surface of the carrier element, wherein the carrier element in particular to the essential element, such as Slice of picture element itself, trades.
  • the exposure of the layer is preferably such that the layer reflects the incident light Weileniden- and / or angle specific.
  • the layer may be formed as a holographic mirror, as a hollow or Wöibspiege! acts, which preferably has magnifying properties.
  • the layer is exposed with two opposing point light sources, each generating a spherical wave.
  • the layer to be exposed is thus arranged between the two light sources. Possibly. can the two Point light sources are arranged at different angles to the normal of the carrier, ie to produce an independent of the Oberfiambaenreflex angle-specific Refietation. These are then an off-axis concave mirror or an off-axis mirror.
  • the imaging element of the display device has a holographic-optical element which at the same time reflects and images the image in the direction of a viewer.
  • the image plane for the viewer is preferably clearly outside the support element of the holographic-optical element, i. especially clear outside the windshield.
  • an image within, i. related to the viewer in front of the support element, such as the windshield done.
  • the at least one holographic-optical element additionally has imaging properties. This is preferably a magnifying image.
  • the transparent imaging element is a windshield for a head-up display, it is therefore particularly preferable to carry out the exposure only after the windshield has been installed in the motor vehicle.
  • a corresponding exposure of the layer it is preferably possible by a corresponding exposure of the layer to integrate a holographic lens in the holographic element. This is advantageous, in particular, when using the transparent imaging element in a marking device, since in this way one between the imaging device and the imaging device provided optical system can be simplified or possibly even completely eliminated.
  • the layer to be exposed within the carrier element in particular as an intermediate layer of a laminated glass or the like.
  • This has the advantage that the layer is particularly protected against mechanical damage.
  • a material for the layer which can be fixed without contact after the inspection. The fixation of such material takes place for example by heat.
  • a material that does not need to be fixed after exposure For example, the use of photopolymers is suitable here.
  • a depiction device which is in particular a head-up display for motor vehicles, has a substantially transparent imaging element.
  • the display device has a biology device, which is in particular a display, such as an LC, LED or OLED display.
  • an image is generated, which is preferably emitted in the direction of the transparent imaging element or in the direction of the coated region of the carrier element.
  • at least one holographic-optical element is connected to the imaging element. This serves to reflect the image in the direction of a viewer.
  • the imaging element preferably has a transparent carrier element which is connected to an exposed layer for forming the at least one holographic-optical element.
  • the imaging element is advantageously developed in particular as described above. Between the imaging element and the imaging element, a holographic lens may be arranged to enlarge the image. According to the invention, it is preferred that no optical system, in particular no optical mirrors or optical lenses, is provided between the imaging device and the imaging element. Due to the inventively designed transparent imaging element, a simply constructed display device can be realized. In particular, it is possible for the imaging device, such as the LCD, to be arranged laterally offset from the region of the transparent imaging element in which imaging takes place. The lateral offset can be compensated by a corresponding embodiment of the interference pattern. The arrangement of the imaging device is thus much more flexible, so that the construction of the dashboard is easier.
  • a further significant advantage of the imaging element according to the invention is that it can be defined, in particular within narrow limits, which wavelength range is reflected and transcribed. This ensures that in the corresponding wavelength range, the incident light is reflected to a large extent.
  • This has the advantage that the imaging device can be illuminated by a weaker illumination device compared to known head-up displays and dg. As a result, the energy consumption of the display device can be significantly reduced. This is particularly advantageous in the construction of head-up displays for motor vehicles. It is also possible to define that multiple wavelength ranges are reflected.
  • a transparent support member such as a glass, plastic or composite disc or a corresponding film
  • the layer is used to form a holographic-optical element.
  • This can be done, for example, by exposure, Embossing or electron beam lithography done.
  • the carrier element can be curved or the layer can be applied to the already curved carrier element.
  • the formation of the layer for forming holographic-optical elements in a curved state of the carrier element can take place. In this way, according to the invention, a diffractive structure can be produced in the layer whose optical properties are independent of the curvature of the support element.
  • the support element is brought together with the layer to be exposed before exposure in its final form, in particular installed.
  • the exposure of the layer is preferably carried out, as described above, with the aid of a plurality of interfering light sources for generating an interference pattern. This may be wavelength and / or angle specific, so that only light in a corresponding wavelength and / or angular range is reflected.
  • the material used may preferably be fixed without contact and, in a particularly preferred embodiment, self-fixing after exposure, so that an additional fixing step is eliminated.
  • the material comprises photopolymers.
  • Fig. 1 is a schematic diagram of a display device according to the invention, and Fig.2 u. 3 schematic representations for the production of holographic-optical elements in a photosensitive layer.
  • a head-up display for motor vehicles is a head-up display for motor vehicles.
  • the display device has an imaging element 10, which is a windshield in the illustrated embodiment.
  • the windshield made of laminated glass is thus the support element 12 of the imaging element 10.
  • a layer 14 is disposed within the support member 12.
  • the layer 14 is arranged in reality so that it runs parallel to an inner side 16 of the disk 12, the layer 14 is shown curved in Fig. 1 for clarity. This indicates that the at least one holographic-optical element is formed in the layer in such a way that it acts as a concave mirror, so that an enlargement of the image is achieved.
  • the image is generated by an imaging device 18, which in the illustrated embodiment is an LCD.
  • the LCD 18 emits the image, as indicated by the beam path 20, in the direction of the at least one holographic-optical element formed by the layer 14. Due to the at least one holographic-optical element 14, the incident radiation 20 is reflected in the direction of an observer 24 in accordance with an indicated radiation 22.
  • two point light sources 28, 30 can be provided to form a hollow mirror according to FIG. 2.
  • the two point light sources are arranged opposite to each other in the illustrated embodiment, so that the Layer 14, in which the interference pattern is generated, between the two point light sources 28, 30 is arranged.
  • it is the design of a regular concave mirror, so that the two point light sources 28, 30 are arranged on a common axis 32 and the axis 32 is perpendicular to the layer 14.
  • the LCD 18 Due to the formation of an off-axis concave mirror, it is possible to arrange the LCD 18 in a head-up display laterally offset from the area in which the layer 14 is provided.
  • the point light sources 28, 30 By arranging the point light sources 28, 30 at an angle to each other, it is possible to form an angle-selective hologram.
  • a hologram By such a hologram, light incident on the hologram is reflected only in a predetermined angular range.
  • a wavelength-selective concave mirror By selecting corresponding wavelength ranges of the point light sources 28, 30, it is possible to form a wavelength-selective concave mirror.
  • Such a hologram then only reflects light in a defined, predetermined wavelength range.
  • it is possible to define a plurality of angular and wavelength ranges In particular, by the definition of multiple wavelength ranges, it is possible to provide the viewer with multicolor information.

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Abstract

Eine Anzeigeeinrichtung, wie ein Head-up-Display, weist ein im wesentliches transparentes Abbildungselement (10), wie eine Windschutzscheibe, auf. Über eine bildgebende Einrichtung (18), wie ein LCD, wird ein Bild erzeugt und in Richtung des Abbildungselements (10) abgestrahlt. Erfindungsgemäß erfolgt eine Reflektion des Bildes über eine mit einem Trägerelement (12) des Abbildungselements (10) verbundene Schicht (14). Die Schicht (14) weist mindestens ein holographisch-optisches Element zur Reflektion des Bildes auf. Ferner betrifft die Erfindung ein transparentes Abbildungselement, wie eine Windschutzscheibe, und ein Verfahren zur Herstellung eines transparenten Abbildungselements.

Description

Anzeigeeinrichtung, transparente-» .AbMMMügsgMoigπt sowie Verfahren zur Herstellung eines transparenten Abbildunqselements
Die Erfindung betrifft eine Anzeigeeiπrichtung, wie insbesondere ein Head-up- Dispiay, das zur Informationsdarstellung in Kraftfahrzeugwindschutzscheiben dient. Ferner betrifft die Erfindung ein transparentes Abbildungselement sowie ein Verfahren zur Herstellung eines transparenten Abbildungseiements, das insbesondere für eine Anzeigeeinrichtung, wie ein Head-up-Display, geeignet ist.
Bei einem transparenten Abbildungselement handelt es sich beispielsweise um eine durchsichtige Scheibe aus beispielsweise Glas oder Kunststoff, wobei mit Hilfe der Scheibe die Abbildung eines Bildes erfolgen kann. Das transparente Abbildungselement weist hierzu ein Trägerelement, wie die Scheibe selbst, auf. Zur Ausbildung des Abbildungselements ist das Trägerelement mit holographisch-optischen Elementen reflektierenden Schicht versehen. Derartig transparente Abbildungselemente werden in Anzeigeeinrichtungen, wie Head- up-Displays, eingesetzt. Bei einem Head-up-Display ist das transparente AbbiJdungselement die Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs. Mit Hilfe einer bildgebenden Einrichtung, wie einem Projektor, wird ein Bild mit Hilfe von optischen Elementen, wie Linsen und Spiegeln, in Richtung der Windschutzscheibe umgelenkt. Ausgehend von der im Armaturenbrett angebrachten bildgebenden Einrichtung verläuft der Strahlengaπg durch ein komplexes optisches System aus Linsen und Spiegeln, das ebenfalls im Armaturenbrett angeordnet ist und wird hierdurch in Richtung der Windschutzscheibe abgelenkt An der Innenseite der Windschutzscheibe erfolgt ein Reflektieren der Strahlen in Richtung des Betrachters, In Abhängigkeit des optischen Systems sieht der Betrachter das Bild in einem entsprechenden Abstand außerhalb der Windschutzscheibe, Um zu vermeiden, dass die Strahlung für den Betrachter störend auch an der Außenseite der Windschutzscheibe reflektiert wird und der Betrachter hierdurch das BMd leicht versetzt doppelt sieht, ist es bekannt, zwischen den Schichten des Verbundglases eine Keiifoiie anzubringen.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass auf Grund des Vorsehens einer reflektierenden Schicht der Einfallswinkel identisch dem Ausfaüswinkel ist und daher die Lage des Projektors fest vorgegeben ist.
Ein wesentliches Problem bei bekannten Head-up-Displays stellt die Krümmung der Windschutzscheibe dar. Es ist erforderlich, die Krümmung der Windschutzscheibe durch das optische System auszugleichen. Auf Grund des Herstellungsprozesses der Windschutzscheiben weisen diese jedoch nicht exakt die gleichen Krümmungen auf. Dies hat zur Folge, dass das optische System an die Krümmung der jeweiligen Windschutzscheibe angepasst werden muss. Hierzu werden die Windschutzscheiben aufwändig vermessen und in Kategorien bzw. Lose ähnlicher Krümmungen sortiert. Hierauf abgestimmt sind mehrere optische Systeme vorhanden, die den Windschutzscheiben der entsprechenden Krümmung zugeordnet werden müssen. Problematisch ist beispielsweise auch das Ersetzen der Windschutzscheibe, da dies zur Folge haben kann, dass auf Grund der veränderten Krümmung eine Verzerrung der Abbildung auftritt. Dementsprechend muss das optische System neu justiert oder ggf. sogar ausgewechselt werden. Ein weiteres Problem besteht darin, dass sich die Krümmung der Windschutzscheibe während des Einbaus häufig verändert und hierdurch wiederum Verzerrungen auftreten können. Die vorstehende Problematik besteht nicht nur bei Windschutzscheiben sondern auch bei beliebigen anderen gekrümmten Trägerelementen, die als Abbildungselement für ein bildgebendes Systems verwendet werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Anzeigeeinrichtung zu schaffen, die insbesondere mit einfacher aufgebauten und somit kostengünstigeren bildgebenden Einrichtungen betrieben werden kann. Femer ist es Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes transparentes Abbildungselement sowie ein entsprechendes Herstellungsverfahren zu schaffen.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch eine Anzeigeeinrichtung gemäß Anspruch 1, ein transparentes Abbildungselement gemäß Anspruch 7 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines transparenten Abbiidungselements gemäß Anspruch 21.
Das erfindungsgemäße transparente Abbildungselement, das insbesondere für Anzeigeeinrichtungen, wie Head-up-Dϊsplays und dgl. geeignet ist, weist ein transparentes Trägerelement auf. Bei dem transparenten Trägerelement handelt es sich beispielsweise um eine Glas-, Kunststoff-, Verbundscheibe oder dgl. Mit dem transparenten Trägerelement ist zur Reflektion eines Bildes eine Schicht verbunden. Erfindungsgemäß handelt es sich bei der Schicht um eine belichtete Schicht, wobei durch die Belichtung ein mindestens ein holographisch-optisches Element ausgebildet ist. Die hierzu belichtete Schicht ist lichtempfindlich, wobei eine Belichtung beispielsweise mit einem Laser erfolgt. Durch die Belichtung wird das mindestens eine holographisch-optische Element ausgebildet. Je nach Art der Belichtung, insbesondere der Ausrichtung, der Form, der Anzahl und/ oder der spektralen Zusammensetzungen der belichteten Quellen wird in der Schicht ein Interferenzmuster erzeugt Die holographisch-optischen Elemente können auch durch andere Verfahren, wie Prägen oder Elektronenstrahl-Lithographie ausgebildet werden. Nach der ggf, erforderlichen Fixierung oder Aushärtung der Schicht ist ein holographisch-optisches Element ausgebildet, das in einem definierten Wellenlängen- sowie Winkelbereich auf die Schicht auftreffendes Licht reflektiert. Erfindungsgemäß kann das Trägerelement zusammen mit der noch nicht belichteten Schicht gekrümmt werden bzw. eine noch nicht belichtete Schicht auf ein gekrümmtes Trägerelement aufgebracht werden, wobei die Belichtung der Schicht in gekrümmter Lage erfolgt. Dies hat zur Folge, dass unabhängig von der Krümmung, wie insbesondere auch Unebenheiten des Trägerelements, durch das Beuchten ein geeignetes Interferenzmuster erzeugt wird. Hierbei weist das erzeugte Interferenzmuster somit insbesondere auch bei lokalen Krümmungsänderungen und Unebenheiten die gleichen optischen Abbildungseigenschaften auf.
Bei dem Trägerelement kann es sich auch um eine Folie handeln, die sodann erst nach der Beiichtung zur Fertigstellung des Abbildungselements beispielsweise auf die Scheibe aufgebracht, insbesondere aufgeklebt wird. Hierbei wird die Folie in einer Krümmung belichtet, die der Krümmung der Scheibe oder dgh, auf die die Folie aufgebracht wird, entspricht. Da es hierbei erforderlich ist, die exakte Krümmung der Scheibe oder dgl. zu kennen, ist es besonders bevorzugt, dass die zu belichtende Schicht unmittelbar auf einer Oberfläche des Trägerelements angeordnet ist, wobei es sich bei dem Trägerelement insbesondere um das wesentliche Element, wie die Scheibe des Abbildungseiements selbst, handelt.
Die Belichtung der Schicht erfolgt vorzugsweise derart, dass die Schicht das auftreffende Licht weilenlängen- und/ oder winkelspezifisch reflektiert. Insbesondere kann die Schicht als holographischer Spiegel ausgebildet sein, der als Hohl- oder Wöibspiege! wirkt, der vorzugsweise vergrößernde Eigenschaften aufweist. Zur Ausbildung eines holographischen Spiegels wird die Schicht mit zwei einander gegenüberliegenden Punkt-Lichtquellen, die jeweils eine Kugelwelle erzeugen, belichtet. Die zu belichtende Schicht ist somit zwischen den beiden Lichtquellen angeordnet. Ggf. können die beiden Punkt-Lichtquellen in unterschiedlichen Winkeln zu der Normalen des Trägers angeordnet sein, d.h. um eine vom Oberfiächenreflex unabhängige, winkelspezifische Refiektion zu erzeugen. Es handelt sich hierbei sodann um einen Off-Axis-Hohlspiegel oder um einen Off-Axis-Wöibspiegel.
Erfindungswesentlich ist, dass das Abbiidungselement der erfindungsgemäßen Anzeigeeinrichtung ein holographisch-optisches Element aufweist, das gleichzeitig das Bild In Richtung eines Betrachters reflektiert und abbildet. Hierdurch liegt die Bildebene für den Betrachter vorzugsweise deutlich außerhalb des Trägerelements des holographisch-optischen Elements, d.h. insbesondere deutlich außerhalb der Windschutzscheibe. Je nach Ausgestaltung des holographisch-optischen Elements kann auch eine Abbildung innerhalb, d.h. bezogen auf den Betrachter vor dem Trägerelement, wie der Windschutzscheibe, erfolgen. Hierzu besitzt erfindungsgemäß das mindestens eine holographisch-optische Element zusätzlich abbildende Eigenschaften. Vorzugsweise handelt es sich hierbei um eine vergrößernde Abbildung.
Bei gekrümmten Trägerelementen ist es besonders bevorzugt, die Ausbildung, vorzugsweise Belichtung der Schicht erst nach Fertigstellung des Trägerelements, d.h. wenn sich das Trägerelement in seiner endgültigen gekrümmten Lage befändet, vorzunehmen. Sofern es sich bei dem transparenten Abbildungselement um eine Windschutzscheibe für ein Head- up-Display handelt, ist es somit besonders bevorzugt, erst nach dem Einbau der Windschutzscheibe in das Kraftfahrzeug die Belichtung vorzunehmen.
Insbesondere ist es vorzugsweise durch eine entsprechende Belichtung der Schicht möglich, eine holographische Linse in das holographische Element zu integrieren. Dies ist insbesondere bei der Verwendung des transparenten Abbildungselements in einer Anzetgeeinrichtung vorteilhaft, da hierdurch ein zwischen der bildgebenden Einrichtung und der Abbildungseinrichtung vorgesehenes optisches System vereinfacht werden kann oder ggf. sogar vollständig entfallen kann.
Besonders bevorzugt ist es, die zu belichtende Schicht innerhalb des Trägerelements, insbesondere als Zwischenschicht eines Verbundglases oder dgl., anzuordnen. Dies hat den Vorteil, dass die Schicht insbesondere vor mechanischen Beschädigungen geschützt ist. Insbesondere bei dem Anordnen der Schicht innerhalb des Trägerelements ist es bevorzugt, für die Schicht ein Material zu verwenden, das nach der BeSichtung kontaktfrei fixierbar ist. Die Fixierung eines derartigen Materials erfolgt beispielsweise durch Wärme. Des Weiteren ist es besonders bevorzugt, ein Material zu verwenden, das nach dem Belichten nicht mehr fixiert werden muss. Geeignet ist hierbei beispielsweise die Verwendung von Photopolymeren.
Eine erfindungsgemäße Abbϊldungseinrichtung, bei der es sich insbesondere um ein Head-up-Display für Kraftfahrzeuge handelt, weist ein im Wesentlichen transparentes Abbildungselement auf. Ferner weist die Anzeigeeinrichtung eine biidgebende Einrichtung auf, bei der es sich insbesondere um ein Display, wie ein LC-, LED- oder OLED-Display handelt. Mit Hilfe der bildgebenden Einrichtung wird ein Bild erzeugt, das bevorzugt in Richtung des transparenten Abbildungselements bzw. in Richtung des beschichteten Bereich des Trägerelements, abgestrahlt wird. In der grundlegenden, einfachsten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anzeigeeinrichtung ist mit dem Abbildungselement mindestens ein holographisch-optisches Element verbunden. Dieses dient zur Reflektion des Bildes in Richtung eines Betrachters. Vorzugsweise weist das Abbildungselement ein transparentes Trägerelement auf, das zur Ausbildung des mindestens einen holographisch- optischen Elements mit einer belichteten Schicht verbunden ist. Hierbei ist das Abbildungselement insbesondere wie vorstehend beschrieben vorteilhaft weitergebildet. Zwischen dem bildgebenden Element und dem Abbildungselement kann eine holographische Linse zur Vergrößerung des Bildes angeordnet sein. Erfindungsgemäß ist es bevorzugt, dass zwischen der bildgebenden Einrichtung und dem AbbiSdungseiernent kein optisches System, insbesondere keine optischen Spiegel oder optische Linsen, vorgesehen sind. Auf Grund des erfindungsgemäß ausgestalteten transparenten Abbildungselements kann eine einfach aufgebaute Anzeigeeinrichtung realisiert werden. Insbesondere ist es möglich, die bildgebende Einrichtung, wie das LCD, seitlich versetzt zu dem Bereich des transparenten Abbildungseiements, in dem die Abbildung erfolgt, anzuordnen. Der seitliche Versatz kann durch eine entsprechende Ausgestaltung des Iπterferenzmusters ausgeglichen werden. Die Anordnung der bildgebenden Einrichtung ist somit deutlich flexibler, so dass die Konstruktion des Armaturenbretts einfacher ist.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Abbildungselements besteht darin, dass insbesondere in engen Grenzen definiert werden kann, welcher Wellenlängenbereich reflektiert und transrnittiert wird. Hierdurch ist gewährleistet, dass in dem entsprechenden Wellenlängenbereich das auftreffende Licht zu einem großen Teil reflektiert wird. Dies hat den Vorteil, dass die bildgebende Einrichtung von einer, verglichen mit bekannten Head- up-Displays und dg!., schwächeren Beleuchtungseinrichtung beleuchtet werden kann. Hierdurch kann der Energiebedarf der Anzeigeeinrichtung deutlich reduziert werden. Dies ist insbesondere bei der Konstruktion von Head-up-Displays für Kraftfahrzeuge sehr vorteilhaft. Ebenso ist es möglich, zu definieren, dass mehrere Wellenlängenbereiche reflektiert werden.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines transparenten Abbildungselements, insbesondere eines Abbildungselements wie vorstehend beschrieben, wird eine Schicht mit einem transparenten Trägerelement, wie einer Glas-, Kunststoff- oder Verbundscheibe oder einer entsprechenden Folie, verbunden, Die Schicht dient zur Ausbildung eines holographisch-optischen Elements. Dies kann beispielsweise durch Belichten, Prägen oder Elektronenstrahl-Lithographie erfolgen. Bevorzugt ist die Herstellung des holographisch-optischen Elements durch Belichten einer lichtempfindlichen Schicht. Anschließend kann das Trägerelement gekrümmt bzw. die Schicht auf das bereits gekrümmte Trägerelement aufgebracht werden. Erfindungsgemäß kann das Ausbilden der Schicht zur Ausbildung holographisch-optischer Elemente in gekrümmtem Zustand des Trägerelements erfolgen. Hierdurch kann erfindungsgemäß eine beugende Struktur in der Schicht erzeugt werden, deren optische Eigenschaften von der Krümmung des Trägereiements unabhängig sind.
Vorzugsweise wird das Trägerelement zusammen mit der zu belichtenden Schicht vor dem Belichten in seine Endform gebracht, insbesondere eingebaut. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn das Trägerelement beim Einbau eine weitere Krümmung erfährt, wie es beispielsweise bei Windschutzscheiben der Fall ist. Die Belichtung der Schicht erfolgt vorzugsweise, wie vorstehend beschrieben, mit Hilfe mehrerer interferierender Lichtquellen zur Erzeugung eines Interferenzmusters. Dieses kann Wellenlängen- und/ oder winkelspezifisch sein, so dass nur Licht in einem entsprechenden Wellenlängen- und/ oder Winkelbereich reflektiert wird.
Das verwendete Material kann vorzugsweise kontaktfrei fixiert werden und ist in besonders bevorzugter Ausführungsform nach dem Belichten selbst fixierend, so dass ein zusätzlicher Fixterungsschritt entfällt. Bevorzugt weist das Material Photopolymere auf.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausfuhrungsform unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen :
Fig. 1 eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Anzeigeeinrichtung, und Fig.2 u. 3 schematische Darstellungen zur Erzeugung holographisch- optischer Elemente in einer lichtempfindlichen Schicht.
Bei der in Fig. 1 schematisch dargestellten Anzeigeeinrichtung handelt es sich um ein Head-up-Display für Kraftfahrzeuge. Die Anzeigeeinrichtung weist ein Abbildungselement 10 auf, bei dem es sich im dargestellten Ausführungsbeispiel um eine Windschutzscheibe handelt. Die aus Verbundglas hergestellte Windschutzscheibe ist somit das Trägerelement 12 des Abbildungselements 10. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist innerhalb des Trägerelements 12 eine Schicht 14 angeordnet. Wenngleich die Schicht 14 in der Realität derart angeordnet ist, dass sie parallel zu einer Innenseite 16 der Scheibe 12 verläuft, ist die Schicht 14 zur Verdeutlichung in Fig. 1 gekrümmt dargestellt. Hierdurch ist angedeutet, dass das mindestens eine holographisch- optische Element in der Schicht derart ausgebildet ist, dass es als Hohlspiegel wirkt, so dass eine Vergrößerung des Bildes erzielt ist.
Das Bild wird von einer bildgebenden Einrichtung 18, bei der es sich im dargesteliten Ausführungsbeispiel um ein LCD handelt, erzeugt. Das LCD 18 strahlt das Bild, wie durch den Strahlengang 20 angedeutet, in Richtung des mindestens einen durch die Schicht 14 gebildeten holographisch-optischen Elements ab. Auf Grund des mindestens einen holographisch-optischen Elements 14 erfolgt ein Reflektieren der auftreffenden Strahlung 20 entsprechend einer angedeuteten Strahlung 22 in Richtung eines Betrachters 24. Der Betrachter 24, wie beispielsweise der KfZ-Lenker, sieht bei frei einstellbarer Entfernung von der Windschutzscheibe, beispielsweise innerhalb oder außerhalb der Windschutzscheibe 12 das durch das LCD 18 erzeugte Bild.
Zur Erzeugung eines Interferenzmusters in der Schicht 14 können zur Ausbildung eines Hohlspiegeis entsprechend Fig. 2 zwei Punktlichtquelien 28, 30 vorgesehen werden. Die beiden Punktlichtquellen sind im dargestellten Ausführungsbeispiel einander gegenüberliegend angeordnet, so dass die Schicht 14, in der das Interferenzmuster erzeugt wird, zwischen den beiden Punktlichtquellen 28, 30 angeordnet ist. In dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um die Ausgestaltung eines regelmäßigen Hohlspiegels, so dass die beiden Punktlichtquellen 28, 30 auf einer gemeinsamen Achse 32 angeordnet sind und die Achse 32 senkrecht auf der Schicht 14 steht.
Ebenso ist es möglich, einen, wie in Fig. 3 dargestellten, Qff-Axis-Hohlspiegel auszubilden. Hierbei liegen die beiden Punktlichtquelien 28, 30 nicht auf der Achse 32 angeordnet. Hierdurch bildet sich das in der in Fig. 3 dargestellten Schicht 14 angedeutete Interferenzmuster aus.
Auf Grund der Ausbildung eines Off-Axis-Hohlspiegels ist es mögiich, das LCD 18 bei einem Head-up-Display seitlich versetzt zu dem Bereich anzuordnen, in dem die Schicht 14 vorgesehen ist.
Durch Anordnen der Punktlichtquellen 28, 30 in einem Winkel zueinander ist es möglich, ein winkelselektives Hologramm auszubilden. Durch ein derartiges Hologramm wird nur in einem vorgegebenen Winkelbereich auf das Hologramm auftreffendes Licht reflektiert. Ebenso ist es durch Auswahl entsprechender Wellenlängenbereiche der Punktlichtquellen 28, 30 möglich, einen wellenlängenselektiven Hohlspiegel auszubilden. Ein derartiges Hologramm reflektiert sodann nur Licht in einem definierten, vorgegebenen Wellenlängenbereich, Des Weiteren ist es möglich, mehrere Winkel- und Welienlängenbereiche zu definieren. Insbesondere durch die Definition mehrerer Wellenlängenbereiche ist es möglich, dem Betrachter eine mehrfarbige Information zur Verfügung zu stellen.

Claims

Patentansprüche
1, Anzeigeeinrichtung, insbesondere Head-up-Display, mit
einem im Wesentlichen transparenten Abbildungselement (10), und
einer bildgebenden Einrichtung (18) zur Erzeugung eines in Richtung des Abbildungselements (10) abgestrahlten Bildes,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
mit dem Abbildungselement (10) mindestens ein holographischoptisches Element zur Reflektion und gleichzeitigen Abbildung des Bildes in Richtung eines Betrachters (24) verbunden ist.
2. Anzeigeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine holographische Linse in das mindestens eine holographisch-optische Element integriert ist,
3, Anzeigeeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Abbildungselement (10) ein transparentes Trägerelement (12) aufweist, das zur Ausbildung des holographisch-optischen Elements mit einer Schicht (14) verbunden ist, wobei das holographisch-optische Element in der Schicht (14) vorzugsweise durch Belichten oder Prägen ausgebildet ist,
4. Anzeigeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der bildgebenden Einrichtung (18) und dem Abbildungselement (10) im Strahlengang weitere optische Elemente, wie Linsen, Spiegel oder holographische Linsen oder holographische Spiege! angeordnet sind.
5. Anzeigeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Bild von der büdgebenden Einrichtung (18) unmittelbar ohne Zwischenschaltung optischer Elemente auf das Abbildungselement (10) trifft.
6, Anzeigeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die biidgebende Einrichtung (18) ein Display, insbesondere ein LC-, ein LED- oder ein OLED-Display aufweist,
7. Transparentes Abbildungselement, insbesondere für eine Anzeigeeinrichtung, wie ein Head-up-Display, mit
einem transparenten Trägerelement (12), und
einer mit dem Trägerelement (12) verbundenen belichteten Schicht (14) zur Ausbildung mindestens eines holographisch-optischen Elements zur Reflektion und gleichzeitigen Abbildung eines Bildes, wobei das Trägerelement (12) und die Schicht (14) gekrümmt sein kann.
8. Anzeigeeinrichtung bzw. transparentes AbbiJdungselement nach Anspruch 7, wobei eine holographische Linse in das mindestens eine holographisch-optische Element integriert ist,
9, Anzeigeeinrichtung bzw. transparentes Abbildungselement nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (14) eine der Krümmung des Trägerelements (12) im Wesentlichen entsprechende Krümmung aufweist,
10, Anzeigeeinrichtung bzw. transparentes Abbildungselement nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (14) unmittelbar auf einer Oberfläche (16) des Trägerelements angeordnet ist.
11. Anzeigeeinrichtung bzw. transparentes Abbildungselement nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (14) derart ausgebildet ist, dass sie Licht wellenlängenspezifisch und/ oder winkeispezifisch reflektiert.
12. Anzeigeeinrichtung bzw. transparentes Abbildungselement nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausbildung, insbesondere die Belichtung der Schicht (14) nach Fertigstellung, insbesondere nach dem Einbau des Abbildungselements (10) erfolgt.
13. Anzeigeeinrichtung bzw. transparentes Abbildungselement nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (14) ein insbesondere durch eine Belichtung erzeugte beugende Struktur aufweist.
14. Anzeigeeinrichtung bzw. transparentes Abbildungselement nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass durch die beugende Struktur ein reflektierter Wellenlängenbereich und/ oder Winkelbereich definiert ist.
15. Anzeigeeinrichtung bzw. transparentes Abbildungselement nach Anspruch 11 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die beugende Struktur derart ausgebildet ist, dass zur Bildverzerrung fuhrende Unebenheiten des Trägerelements (12) im Wesentlichen ausgeglichen sind.
16. Anzeigeeinrichtung bzw. transparentes Abbildungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das holographisch-optische Element vergrößernde Eigenschaften aufweist.
17. Anzeigeeinrichtung bzw. transparentes Abbfldungselement nach einem der Ansprüche 2 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (14) innerhalb des Trägerelements (12) angeordnet ist,
18. Anzeigeeinrichtung bzw. transparentes Abbildungselernent nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (14) aus einem Material besteht, bei welchem die Fixierung der Belichtung kontaktfrei erfolgt.
19. Anzeigeeinrichtung bzw. transparentes AbbÜduπgselement nach einem der Ansprüche 2 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (14) aus einem Material besteht, bei welchem nach der Belichtung keine Fixierung erforderlich ist,
20. Anzeigeeinrichtung bzw. transparentes Abbildungselement nach einem der Ansprüche 2 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (14) Photopolymere aufweist.
21. Verfahren zur Herstellung eines transparenten Abbildungselements, insbesondere nach einem der Ansprüche 7 bis 20, bei welchem
eine lichtempfindliche Schicht (14) mit einem transparenten Trägerelement (12) verbunden wird,
das Trägerelement (12) vor und/ oder nach dem Verbinden mit der Schicht (14) gekrümmt wird, und
das mindestens eine holographisch-optische Element bei zusammen mit der gekrümmten Schicht (14) gekrümmtem Trägerelement (12) ausgebildet wird.
22. Verfahren nach Anspruch 21, bei welchem das Trägerelement (12) zusammen mit der Schicht (14) vor dem Ausbilden des holographisch- optischen Elements insbesondere durch Belichten in seine Endform gebracht, insbesondere eingebaut wird,
23. Verfahren nach Anspruch 19 oder 21, bei welchem die Schicht (14) derart ausgebildet, insbesondere belichtet wird, dass Licht welleniängenspezifisch und/ oder winkelspezifisch reflektiert wird.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 23, bei weichem die Schicht (14) nach dem Ausbilden, insbesondere Belichten vorzugsweise kontaktfrei fixiert wird.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 24, bei weichem die Schicht (14) ein selbstfixierendes Material aufweist.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 25, bei welchem die Schicht (14) zur Erzeugung eines Interferenzmusters mit interferierenden Lichtquellen beleuchtet wird.
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