EP4584624A1 - Funktionalisierter wellenleiter - Google Patents

Funktionalisierter wellenleiter

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EP4584624A1
EP4584624A1 EP23768528.4A EP23768528A EP4584624A1 EP 4584624 A1 EP4584624 A1 EP 4584624A1 EP 23768528 A EP23768528 A EP 23768528A EP 4584624 A1 EP4584624 A1 EP 4584624A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
diffractive structure
reflection layer
coupling
base body
radiation
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
EP23768528.4A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Viktor Schuetz
Petr Vojtisek
Yi ZHONG
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.)
Jenoptik AG
Carl Zeiss Jena GmbH
Original Assignee
VEB Carl Zeiss Jena GmbH
Carl Zeiss Jena GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by VEB Carl Zeiss Jena GmbH, Carl Zeiss Jena GmbH filed Critical VEB Carl Zeiss Jena GmbH
Publication of EP4584624A1 publication Critical patent/EP4584624A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/34—Optical coupling means utilising prism or grating
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
    • G02B1/10—Optical coatings produced by application to, or surface treatment of, optical elements
    • G02B1/11—Anti-reflection coatings
    • G—PHYSICS
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    • 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
    • G02B27/0018—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 with means for preventing ghost images
    • G—PHYSICS
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    • 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
    • G02B27/42—Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect
    • G02B27/4272—Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect having plural diffractive elements positioned sequentially along the optical path
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    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N7/00—Television systems
    • H04N7/14—Systems for two-way working
    • H04N7/141—Systems for two-way working between two video terminals, e.g. videophone
    • H04N7/142—Constructional details of the terminal equipment, e.g. arrangements of the camera and the display
    • H04N7/144—Constructional details of the terminal equipment, e.g. arrangements of the camera and the display camera and display on the same optical axis, e.g. optically multiplexing the camera and display for eye to eye contact
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    • G02B17/00—Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
    • G02B17/006—Systems in which light light is reflected on a plurality of parallel surfaces, e.g. louvre mirrors, total internal reflection [TIR] lenses

Definitions

  • the diffractive structure of the coupling region can be implemented as a buried diffractive structure, as a diffractive structure between two substrates or as a diffractive structure formed on the front or back.
  • a reflective or transmissive volume hologram can be provided as the diffractive structure of the coupling-in area or the coupling-out area. Furthermore, it is possible for the diffractive structure of the coupling-out or coupling-in area to be a transmissive or reflective relief grating.
  • the anti-reflection layer can in particular be designed in such a way that it does not influence the radiation coupled into the base body from the diffractive structure of the coupling-in region in such a way that it does not propagate through reflections to the coupling-out region.
  • the optical properties, the dimensions and/or positioning of the anti-reflection layer are selected such that the radiation coupled into the base body from the diffractive structure of the coupling-in region can propagate through reflections to the coupling-out region.
  • the dimension of the diffractive structure of the coupling-in region in the first direction is selected so that the radiation coupled into the base body from the diffractive structure of the coupling-in region does not strike the diffractive structure of the coupling-in region again after a first reflection in the base body.
  • This can be done, for example, by a suitable choice of the dimension of the diffractive structure of the coupling area in the first direction can be achieved.
  • Advantageous values are, for example, in the range of 5-15 mm or 5-10 mm.
  • the detector system can be designed such that at least one optically imaging element is arranged in the area between the detector and the front or back. It is also possible for the area between the detector and the front or back to be free of imaging optical elements. In other words, the radiation coupled out from the decoupling area hits the detector without having passed through further optically imaging elements. In this case, it is advantageous if the decoupling area has an optical imaging property in addition to the deflection.
  • the screen can, for example, have no LCD elements (or other image-generating elements) or is, for example, transparent.
  • the decoupling area or section can be in an area in which no image information is generated by the screen. It is also possible that no part of the screen is formed in the area of the output area or section.
  • FIG. 1 is a side view of an embodiment of a detector system according to the invention.
  • FIG. 9 shows a side view of a further embodiment of the detector system according to the invention
  • Fig. 10 is a side view of a further embodiment of the detector system according to the invention.
  • FIGS. 1 and 2 show an embodiment of the waveguide 1 according to the invention together with a detector system 2 in order to realize a camera 3.
  • the light bundles L1 are then focused onto a detector 11 of the detector system 2, so that the desired image of the object 9 can be recorded using the detector 11.
  • the representation of the imaging properties of the lens 10 is purely schematic.
  • the detector system 2 can also be designed so that no lens 10 is required.
  • the decoupling area 5 can, for example, have a transmissive volume hologram 12, which has a wavelength selectivity that is dependent on the angle of incidence, so that it has a high level of transparency over a large angle and wavelength range.
  • FIG. 3 shows schematically the spectrally resolved, angle-dependent deflection efficiency for the transmissive volume hologram 12 of the coupling region 4 as a function of the angle of incidence (in the y-z plane) of the corresponding light bundle, with the wavelength in pm along the x-axis and the wavelength along the y -Axis the angle of incidence is plotted in °.
  • 4 shows the deflection efficiency for the angles of incidence + 20°, 0° and - 20°, with the wavelength in nm plotted along the x-axis and the efficiency plotted along the y-axis.
  • the coupling area 4 additionally has an anti-reflection layer 13 (FIGS. 1 and 2), which is designed in such a way that it emits light beams (a light beam L2 is shown as a representative), which come from the object 9, for example, and lead to an undesirable ghost image on the detector 11 would be transmitted, so that they emerge from the plate 6 via the back 8 and therefore cannot hit the detector 11.
  • an anti-reflection layer 13 part of the light bundles L2 would be reflected back towards the front side 7 at the back side 8 - air interface, as shown schematically in FIG. 5.
  • the back-reflected part of the light bundle is shown offset in the y-direction in FIG.
  • FIG. 9 In the embodiment of the waveguide 2 according to the invention shown in FIG. 9, this is applied to a screen 20 which sits in a housing 21 in which the detector system 2 is also accommodated.
  • the system formed in this way can be designed, for example, as a stand-alone screen (eg a screen for a computer), a laptop screen, a mobile phone, a tablet, etc.
  • the representation in Fig. 9 is purely schematic and in particular not true to scale.
  • the screen 20 has, for example, no LCD elements or is, for example, transparent, so that the light bundles L1 deflected by the decoupling section 5 can be focused by the lens 10 onto the detector 11.
  • the decoupling section 5 can thus be located in an area in which no image information is generated by the screen 20 (it should be noted that the representation in FIG. 9 is schematic and not true to scale).
  • FIGS. 10 shows a modification of the embodiment according to FIGS. 1 and 2, in which an anti-reflection layer 14 according to FIG. 4 is provided in addition to the anti-reflection layer 13, so that suppression of undesirable ghost images due to light bundles L2 and L3 can be prevented.

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Abstract

Es wird ein funktionalisierter Wellenleiter bereitgestellt, wobei der Wellenleiter (1) einen transparenten Basiskörper (6) mit einer Vorderseite (7) und einer Rückseite (8) aufweist, wobei der Basiskörper (6) einen Einkoppelbereich (4) und einen davon in einer ersten Richtung beabstandeten Auskoppelbereich (5) aufweist, wobei der Einkoppelbereich (4) eine diffraktive Struktur (12) umfasst, die von einem Objekt (9) kommende und auf sie treffende Strahlung (L1) mindestens einen Teil so umlenkt, dass der umgelenkte Teil als eingekoppelte Strahlung im Basiskörper (6) durch Reflexionen bis zum Auskoppelbereich (5) propagiert und auf den Auskoppelbereich (5) trifft, wobei an der Vorderseite (7) und/oder Rückseite (8) eine Antireflexionsschicht (13, 14) ausgebildet ist, die Störstrahlung, die erst nach eine Reflexion an der Vorderseite (7) und/oder Rückseite (8) auf die diffraktive Struktur (12) treffen würde, an der Vorderseite (7) und/oder Rückseite (8) transmittiert und somit die Reflexion an der Vorderseite (7) und/oder Rückseite (8) unterdrückt.

Description

Funktionalisierter Wellenleiter
Die vorliegende Erfindung betrifft einen funktionalisierten Wellenleiter, der beispielsweise in einem Detektorsystem oder einem Bildschirm einsetzbar ist.
Transparente Oberflächen aus Glas oder Kunststoff wie beispielsweise Fenster oder Windschutzscheiben in Autos weisen einen transparenten Basiskörper auf und dienen in der Regel lediglich dem Schutz von Personen oder Gegenständen vor Umwelteinflüssen wie Wind, Temperatur, Partikeln oder Strahlung.
Es besteht zunehmend ein Interesse daran, einen solchen transparenten Basiskörper zur Verfügung zu stellen, der eine zusätzliche optische Funktionalität bereitstellt.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen transparenten Basiskörper mit einer zusätzlichen optischen Funktionalität bereitzustellen.
Die Erfindung ist in den unabhängigen Ansprüchen definiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Bei dem erfindungsgemäßen funktionalisierten Wellenleiter ist an der Vorderseite und/oder Rückseite eine Antireflexionsschicht ausgebildet ist, die eine Reflexion der Störstrahlung an der Vorderseite und/oder Rückseite insbesondere dadurch unterdrückt, dass die Störstrahlung an der Vorderseite und/oder Rückseite transmittiert wird. Dadurch können z.B. unerwünschte Geisterbilder (bzw. Doppelbilder) des Objektes oder sonstige unerwünschte Effekte der Störstrahlung mittels des funktionalisierten Wellenleiters verhindert oder zumindest deutlich verringert werden. Bevorzugt wird 100% oder mindestens 90% oder mehr als 90%, 91 %, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98% oder 99% der Störstrahlung an der Vorderseite und/oder Rückseite transmittiert, wodurch die gewünschte Unterdrückung der Reflexion der Störstrahlung an der Vorderseite und/oder Rückseite erreicht wird.
Im transparenten Basiskörper kann ein (z.B. teiltransparenter) Einkoppelbereich und ein davon in einer ersten Richtung beabstandeter Auskoppelbereich vorgesehen bzw. ausgebildet sein. Der Einkoppelbereich kann eine diffraktive Struktur aufweisen, mit der die Transparenz des Einkoppelbereiches bei normaler Durchsicht in einem großen Winkel- und Wellenlängenbereich erhalten bleibt. Es kann somit von der auf eine Vorderseite des transparenten Basiskörpers treffenden Strahlung mittels des transparenten Einkoppelbereiches nur ein Teil so umgelenkt werden, dass der umgelenkte Teil als eingekoppelte Strahlung im Basiskörper durch Reflexion bis zum Auskoppelbereich propagiert und auf den Auskoppelbereich trifft.
Die Reflexionen können insbesondere interne Totalreflexionen an der Vorder- und/oder Rückseite des transparenten Basiskörpers sein. Es ist jedoch auch möglich, dass reflektive Schichten bzw. Beschichtungen oder teilreflektive Schichten oder Beschichtungen dafür vorgesehen sind.
Die Vorder- und Rückseite des transparenten Basiskörpers können als plane Flächen ausgebildet sein. So kann der transparente Basiskörper beispielsweise als planparallele Platte ausgebildet sein.
Es ist jedoch auch möglich, dass die Vorderseite und/oder die Rückseite gekrümmt ausgebildet sind.
Der transparente Basiskörper kann aus Glas und/oder Kunststoff hergestellt sein. Er kann einstückig sein oder einen mehrschichtigen Aufbau aufweisen.
Insbesondere kann der transparente Basiskörper für Strahlung bzw. Licht aus dem sichtbaren Wellenlängenbereich transparent sein. Ferner kann eine Transparenz für das nahe Infrarot und/oder den Infrarotbereich vorliegen.
Der Auskoppelbereich des transparenten Basiskörpers kann von der auf ihn treffenden eingekoppelten Strahlung mindestens einen Teil so umlenken, dass der umgelenkte Teil aus dem Basiskörper austritt. Bevorzugt erfolgt dies über die Vorderseite oder Rückseite des transparenten Basiskörpers.
Der Einkoppelbereich und der Auskoppelbereich können so ausgebildet sein, dass sie neben der Umlenkung keine optische abbildende Funktion bewirken. Es ist jedoch auch möglich, dass der Einkoppelbereich und/oder der Auskoppelbereich zusätzlich zur Umlenkung eine optische Abbildungsfunktion bereitstellen und somit eine optische Abbildung bewirken. So kann die optische Abbildungsfunktion beispielsweise die Funktion einer Sammellinse oder Zerstreuungslinse, eines konkaven oder konvexen Spiegels verwirklichen, wobei die gekrümmten Flächen (zentriert oder dezentriert) sphärisch gekrümmt, asphärisch gekrümmte Flächen oder Freiformflächen sein können.
Die diffraktive Struktur des Einkoppelbereiches kann als vergrabene diffraktive Struktur, als dif- fraktive Struktur zwischen zwei Substraten oder als auf der Vorder- oder Rückseite ausgebildete diffraktive Struktur verwirklicht sein.
Ferner kann der Auskoppelbereich eine diffraktive Struktur aufweisen. Die diffraktive Struktur des Auskoppelbereiches kann als vergrabene diffraktive Struktur oder als diffraktive Struktur auf der Vorderseite oder Rückseite ausgebildet sein.
Als diffraktive Struktur des Einkoppelbereiches bzw. des Auskoppelbereiches kann ein reflekti- ves oder transmissives Volumenhologramm vorgesehen sein. Ferner ist es möglich, dass die diffraktive Struktur des Auskoppel- bzw. Einkoppelbereiches ein transmissives oder reflektives Reliefgitter ist.
Wenn der Einkoppelbereich als (reflektives oder transmissives) Reliefgitter ausgebildet ist, ist es bevorzugt, die Antireflexionsschicht nicht direkt auf dem Reliefgitter auszubilden. So kann z.B. das Reliefgitter auf der Vorderseite des transparenten Basiskörpers und die Antireflexionsschicht auf der Rückseite des transparenten Basiskörpers (oder umgekehrt) ausgebildet sein.
Wenn der Einkoppelbereich als (reflektives oder transmissives) Volumenhologramm ausgebildet ist, kann die Antireflexionsschicht direkt auf dem Volumenhologramm ausgebildet sein. Insbesondere kann das Volumenhologramm als Stapel mehrerer einzelner Volumenhologramme ausgebildet sein, wobei jedes einzelne Volumenhologramm für eine vorbestimmte Wellenlänge optimiert ist. So können zum Beispiel drei einzelne Volumenhologramme für Wellenlängen aus dem roten, grünen bzw. blauen Wellenlängenbereich optimiert sein. Bei der Ausbildung des Volumenhologramms als Stapel mehrerer einzelner Volumenhologramme ist die Antireflexionsschicht bevorzugt als erste oder letzte Schicht eines solchen Stapels ausgebildet.
Die Antireflexionsschicht kann bevorzugt so ausgebildet sein, dass sie (bevorzugt nur) für die vorbestimmten Wellenlängen, für die die diffraktive Struktur (z.B. das Volumenhologramm) des Einkoppelbereiches ausgelegt ist, transmissiv ist. So kann die Antireflexionsschicht eine auf die Akzeptanzcharakteristik der diffraktiven Struktur des Einkoppelbereiches (oder des bzw. der Volumenhologramme) ausgelegte Transmissivität aufweisen. Unter der Akzeptanzcharakteristik wird hier insbesondere verstanden, dass für gewisse Richtung bzw. Einfallswinkel es gewisse Wellenlängenspektren gibt, die an der diffraktiven Struktur gebeugt werden. Anders gesagt wird unter der Akzeptanzcharakteristik hier insbesondere verstanden, dass die diffraktive Struktur in Abhängigkeit des Einfallswinkels nur bestimmte Wellenlängenspektren bzw. nur Strahlung mit bestimmten Wellenlängen beugt.
Ferner ist es möglich, dass die Antireflexionsschicht als Breitband-Antireflexionsschicht ausgelegt ist, die (bevorzugt nur) im gesamten vorbestimmten Einfallswinkelbereich für alle benutzten Wellenlängen transmissiv ist.
Die Antireflexionsschicht kann als eine einzelne Schicht oder als Mehrschichtsystem (beispielsweise als Multischichtsystem, als Interferenzschichtsystem und/oder als Mottenauge-Antireflexi- onsschicht) ausgebildet sein.
Die Antireflexionsschicht kann für einen Einfallswinkelbereich von beispielweise 80°-100° ausgelegt sein.
Die Antireflexionsschicht kann insbesondere so ausgebildet sein, dass sie die von der diffrakti- ven Struktur des Einkoppelbereiches in den Basiskörper eingekoppelte Strahlung nicht so beeinflusst, dass sie nicht durch Reflexionen bis zum Auskoppelbereich propagiert. Man kann auch sagen, dass die optischen Eigenschaften, die Abmessungen und/oder Positionierung der Antireflexionsschicht so gewählt sind/ist, dass die von der diffraktiven Struktur des Einkoppelbereiches in den Basiskörper eingekoppelte Strahlung durch Reflexionen bis zum Auskoppelbereich propagieren kann.
So können/kann z.B. die Abmessungen und/oder Positionierung der Antireflexionsschicht so gewählt sein, dass die eingekoppelte Strahlung nicht auf die Antireflexionsschicht trifft. Dies lässt sich beispielsweise gut in dem Fall realisieren, in dem die Antireflexionsschicht an der Rückseite des Basiskörpers ausgebildet und die diffraktiven Struktur des Einkoppelbereiches an der Vorderseite des Basiskörpers ausgebildet ist. Ferner lässt sich dies z.B. gut in dem Fall realisieren, in dem die Antireflexionsschicht an der Vorderseite des Basiskörpers ausgebildet und die diffraktiven Struktur des Einkoppelbereiches an der Rückseite des Basiskörpers ausgebildet ist. Vorteilhaft ist in diesem Fall z.B., wenn die Abmessung der diffraktiven Struktur des Einkoppelbereiches in der ersten Richtung im Bereich von 5-15 mm oder 5-10 mm liegt. Die Abmessung der Antireflexionsschicht in der ersten Richtung kann bevorzugt gleich oder kleiner als die Abmessung der diffraktiven Struktur des Einkoppelbereiches in der ersten Richtung sein.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Abmessung der diffraktiven Struktur des Einkoppelbereiches in der ersten Richtung so gewählt ist, dass die von der diffraktiven Struktur des Einkoppelbereiches in den Basiskörper eingekoppelte Strahlung nach einer ersten Reflexion im Basiskörper nicht erneut auf die diffraktiven Struktur des Einkoppelbereiches trifft. Dies kann z.B. durch eine geeignete Wahl der Abmessung der diffraktiven Struktur des Einkoppelbereiches in der ersten Richtung erreicht werden. Vorteilhafte Werte liegen beispielsweise im Bereich von 5-15 mm o- der 5-10 mm.
Die diffraktive Struktur des Einkoppelbereiches kann so ausgelegt, dass nur die vom Objekt kommende Strahlung, die unter einem Winkel aus einem vorbestimmten Einfallswinkelbereich auf die diffraktive Struktur trifft, von der diffraktiven Struktur gebeugt und dadurch umgelenkt wird, wobei die optischen Eigenschaften der Antireflexionsschicht(en) so gewählt sind, dass die Antireflexionsschicht(en) Strahlung transmittiert/transmittieren, die unter einem Winkel auf die Antireflexionsschicht(en) trifft, die im vorbestimmten Einfallswinkelbereich liegt.
Man kann auch sagen, dass der vorbestimmte Einfallswinkelbereich ein Field of View (bzw. ein Sichtfeld) definiert. Die Antireflexionsschicht(en) ist/sind bevorzugt so ausgelegt, dass sie mindestens für dieses Sichtfeld transmissiv sind.
Der vorbestimmte Einfallswinkelbereich kann rotationssymmetrisch sein.
Alternativ kann der vorbestimmte Einfallswinkelbereich nicht rotationssymmetrisch sein. So kann der vorbestimmte Einfallswinkelbereich in einer ersten Ebene (x-z-Ebene), die durch ein Lot auf die diffraktive Struktur und einer Senkrechten sowohl auf die erste Richtung als auch auf das Lot auf die diffraktiven Struktur aufgespannt ist, größer ist als in einer zweiten Ebene (y-z- Ebene), die durch das Lot auf die diffraktive Struktur (12) und die erste Richtung aufgespannt ist.
Bevorzugt ist das Verhältnis nicht größer als 2:1 oder nicht größer als 3:2.
Der vorbestimmte Einfallswinkelbereich kann z.B. im Bereich von 40° bis 120° liegen und insbesondere 40°, 50°, 60°, 70°, 80°, 90°, 100°, 1 10° oder 120° betragen. Insbesondere kann der vorbestimmte Einfallswinkelbereich symmetrisch zum Lot auf die diffraktive Struktur sein. Somit kann der vorbestimmte Einfallswinkelbereich z.B. ein beliebiger Bereich von +/- 20° bis +/- 60° sein und insbesondere ein Bereich von -20° bis 20°, -25° bis 25°, -30° bis 30°, -35° bis 35°, -40° bis 40°, -45° bis 55°, -50° bis 50°, -55° bis 55° oder von -60° bis 60° sein.
Die Antireflexionsschicht bzw. die Antireflexionsschichten können in einer breiten Variantenvielfalt realisiert werden. Zum einen kann die Antireflexionsschicht in der einfachsten Form aus einer einzelnen Schicht, z.B. aus MgFz (beispielsweise bei auf Brillengläsern), und in komplexeren Ausführungen aus mehreren 10 bis 100 Schichten gebildet sein oder bestehen, z.B. wie bei Hochleistungsentspiegelungen auf Optiken in ultrakurz-gepulsten Lasern. Beispielmaterialien sind TiO2 und SiO2. Die Antireflexionsschicht kann planar ausgeführt und/ oder auch auf zusätzlich strukturierten Oberflächen realisiert sein. Beispiele hierfür sich sogenannte Mottenaugen- Strukturen und/ oder auch pyramidale Oberflächen, wie sie z.B. auf monokristallinen Siliziumsolarzellen realisiert werden. Typischerweise können angepasste Antireflexionsschicht mit für den Fachmann bekannten Softwarelösungen ausgelegt und optimiert werden.
Bevorzugt überdeckt die Antireflexionsschicht die diffraktive Struktur des Einkoppelbereiches vollständig. Dazu kann die Antireflexionsschicht die gleiche Größe wie die diffraktive Struktur aufweisen oder größer sein (beispielsweise 5-10% größer).
Der Auskoppelbereich kann ferner eine Spiegelfläche, ein Prisma und/oder eine reflektive oder transmissive Fresnel-Struktur aufweisen. Diese Varianten können alternativ zur diffraktiven Struktur oder zusätzlich zur diffraktiven Struktur des Auskoppelbereiches vorgesehen sein.
Ferner wird ein Detektorsystem mit einem erfindungsgemäßen funktionalisierten Wellenleiter (einschließlich aller Weiterbildungen) bereitgestellt. Das Detektorsystem kann einen Detektor aufweisen, auf den der vom Auskoppelbereich umgelenkte Teil der Strahlung trifft. Der Detektor kann mit der Vorder- oder der Rückseite des Basiskörpers verbunden sein. Insbesondere kann eine direkte Verbindung vorliegen.
Das Detektorsystem kann insbesondere als Kamera ausgebildet sein, so dass eine Aufnahme (z.B. ein einzelnes Bild, mehrere Bilder oder ein Video) des Objektes durchgeführt werden kann.
Ferner kann das Detektorsystem so ausgebildet sein, dass im Bereich zwischen dem Detektor und der Vorder- bzw. Rückseite mindestens ein optisch abbildendes Element angeordnet ist. Es ist auch möglich, dass der Bereich zwischen dem Detektor und der Vorder- bzw. Rückseite frei von abbildenden optischen Elementen ist. In anderen Worten trifft somit die vom Auskoppelbereich ausgekoppelte Strahlung auf den Detektor, ohne durch weitere optisch abbildende Elemente gelaufen zu sein. In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn der Auskoppelbereich zusätzlich zur Umlenkung eine optisch abbildende Eigenschaft aufweist.
Der funktionalisierte Wellenleiter kann so ausgebildet sein, dass er eine unendlich-unendlich- Abbildung durchführt. Es ist jedoch auch möglich, dass er eine endlich-unendlich-Abbildung, eine unendlich-endlich-Abbildung oder eine endlich-endlich-Abbildung durchführt.
Das Detektorsystem kann natürlich auch so ausgebildet sein, dass zwischen dem Detektor und der Vorder- bzw. Rückseite noch mindestens ein optisch abbildendes Element angeordnet ist. Ferner wird ein Projektionssystem oder ein Bildschirm mit einem erfindungsgemäßen funktiona- lisierten Wellenleiter (einschließlich aller Weiterbildungen) bereitgestellt. Insbesondere kann der erfindungsgemäße funktionalisierten Wellenleiter z.B. mit der Rückseite des transparenten Basiskörpers auf einer Vorderseite eines Bildschirms angeordnet (z.B. mit dieser verbunden) sein, so dass vom Bildschirm über seine Vorderseite abzugebendes Licht zur Darstellung eines vorbestimmten Bildes über die Rückseite des Basiskörpers in diesen eintritt, bis zur Vorderseite des Basiskörpers läuft und über die Vorderseite des Basiskörpers austritt. Durch die Antireflexionsschicht wird z.B. der Teil des Lichts des Bildschirms, der auf die Antireflexionsschicht trifft, von dieser transmittiert, wodurch unerwünschtes Störlicht verhindert werden kann.
Das so gebildete System aus Wellenleiter und Bildschirm kann z.B. als ein Stand-alone Bildschirm (z.B. ein Bildschirm für einen Computer), als ein Laptop-Bildschirm, als ein Mobiltelefon, als ein Tablet, etc. ausgebildet sein.
Der Bildschirm kann so weitergebildet werden, dass das beschriebene Detektorsystem (insbesondere mit der beschriebenen Kamera-Funktionalität) vorgesehen ist. Damit kann das Objekt (z.B. eine auf den Bildschirm blickende Person) aufgenommen werden. Dies kann beispielsweise so realisiert werden, das eine auf den Bildschirm blickende Person so aufgenommen wird, das sie während z.B. einer Videotelefonie (oder Videokonferenz) der auf dem Bildschirm dargestellten Person, mit der die Videotelefonie durchgeführt wird, in die Augen blickt, sodass ein natürlicher Eindruck bei der Videotelefonie entsteht. Wesentlich dafür ist, dass die Aufnahmerichtung der Kamera z.B. senkrecht zur Vorderseite des Bildschirms ist, was mit dem erfindungsgemäßen Bildschirm aufgrund des funktionalisierten Wellenleiters möglich ist. Dies ist vorteilhaft zu bekannten Lösungen, bei denen die Kamera am Rand des Bildschirms oder im Bildschirmrahmen angeordnet ist, wodurch eine auf den Bildschirm blickende Person schräg von oben, von unten oder von der Seite aufgenommen wird. Dadurch tritt der bekannte Effekt auf, dass die aufgenommene Person scheinbar an einem vorbeiblickt.
Im Bereich des Auskoppelbereiches bzw -abschnitts kann der Bildschirm z.B. keine LCD-Elemente (oder sonstigen bilderzeugenden Elemente) aufweisen oder ist beispielsweise transparent ausgebildet. Insbesondere kann der Auskoppelbereich bzw -abschnitt in einem Bereich liegen, in dem keine Bildinformation durch den Bildschirm erzeugt wird. Auch ist es möglich, dass im Bereich Auskoppelbereiches bzw -abschnitts kein Teil des Bildschirms ausgebildet ist.
Dadurch kann z.B. sichergestellt werden, dass der vom Auskoppelbereich umgelenkte Teil der eingekoppelten Strahlung auf den Detektor trifft. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, die ebenfalls erfindungswesentliche Merkmale offenbaren, noch näher erläutert. Diese Ausführungsbeispiele dienen lediglich der Veranschaulichung und sind nicht als einschränkend auszulegen. Beispielsweise ist eine Beschreibung eines Ausführungsbeispiels mit einer Vielzahl von Elementen oder Komponenten nicht dahingehend auszulegen, dass alle diese Elemente oder Komponenten zur Implementierung notwendig sind. Vielmehr können andere Ausführungsbeispiele auch alternative Elemente und Komponenten, weniger Elemente oder Komponenten oder zusätzliche Elemente oder Komponenten enthalten. Elemente oder Komponenten verschiedener Ausführungsbeispiele können miteinander kombiniert werden, sofern nichts anderes angegeben ist. Modifikationen und Abwandlungen, welche für eines der Ausführungsbeispiele beschrieben werden, können auch auf andere Ausführungsbeispiele anwendbar sein. Zur Vermeidung von Wiederholungen werden gleiche oder einander entsprechende Elemente in verschiedenen Figuren mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet und nicht mehrmals erläutert. Von den Figuren zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Detektorsystems;
Fig. 2 eine Draufsicht des Wellenleiters 1 von Fig. 1 ;
Fig. 3 eine schematische Darstellung der spektral aufgelösten, winkelabhängigen Ablenkeffizienz des transmissiven Volumenhologramms des Einkoppelbereiches 4;
Fig. 4 eine schematische Darstellung der Ablenkeffizienz für drei unterschiedliche Einfallswinkel in Abhängigkeit der Wellenlänge;
Fig. 5 eine Seitenansicht eines Detektorsystems mit einem Wellenleiter ohne Antireflexionsschicht;
Fig. 6 eine schematisch vergrößerte Darstellung des Einkoppelbereiches der Seitenansicht von Fig. 5;
Fig. 7 eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Detektorsystems;
Fig. 8 eine Seitenansicht eines Detektorsystems mit einem Wellenleiter ohne Antireflexionsschicht;
Fig. 9 eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Detektorsystems, und Fig. 10 eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Detektorsystems.
Die Ansichten gemäß Fig. 1 und 2 zeigen eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wellenleiters 1 zusammen mit einem Detektorsystem 2, um eine Kamera 3 zu realisieren.
Der Wellenleiter 1 umfasst dazu einen Einkoppelbereich 4 sowie einen davon in einer ersten Richtung (hier entlang der y-Achse) beabstandeten Auskoppelbereich 5 und kann als planparallelen Platte 6 mit einer planen Vorderseite 7 und einer planen Rückseite 8 ausgebildet sein. Die planparallele Platte 6, die auch als Basiskörper 6 bezeichnet werden kann, ist aus einem transparenten Material, wie zum Beispiel Glas oder Kunststoff, gebildet.
Das Detektorsystem 2 und der untere Teil der Platte 6 mit dem Auskoppelbereich 5 können in einem nur in Fig. 1 schematisch dargestellten Gehäuse G angeordnet sein, so dass für einen Benutzer auf den ersten Blick nicht erkennbar ist, dass es sich um eine Kamera 3 handelt. Im Gehäuse kann eine Steuereinheit S vorgesehen sein, die die Durchführung einer Aufnahme steuern kann, und beispielsweise einen Prozessor P und einen Speicher M aufweist.
Mit der Kamera 3 kann ein Objekt 9 in der Art und Weise abgebildet werden, dass vom Objekt 9 ausgehende Lichtbündel (es ist stellvertretend ein Lichtstrahl L1 eingezeichnet) über die Vorderseite 7 in die Platte 6 eintreten und vom Einkoppelbereich 4 so umgelenkt werden, dass sie unter einem solchen Winkel auf die Rückseite 8 treffen, dass interne Totalreflexion stattfindet. Somit werden die Lichtbündel L1 durch interne Totalreflexion an der Vorderseite 7 und Rückseite 8 bis zum Auskoppelbereich 5 geführt, der eine Umlenkung in Richtung zur Rückseite 8 bewirkt, so dass die Lichtbündel L1 über die Rückseite 8 aus der Platte 6 austreten. Natürlich ist es auch möglich, die Vorder- und Rückseite 7, 8 mit einer reflektiven oder teilreflektiven Beschichtung (in Fig. 1 und 2 nicht gezeigt) zu beschichten, so dass die Führung der Lichtbündel in der Platte 6 vom Ein- zum Auskoppelbereich 4, 5 durch Reflexionen an der reflektiven oder teilreflektiven Beschichtung erfolgt.
Mittels eines Objektives 10 des Detektorsystems 2 werden die Lichtbündel L1 dann auf einen Detektor 11 des Detektorsystems 2 fokussiert, so dass mittels des Detektors 11 das gewünschte Bild des Objektes 9 aufgenommen werden kann. In Fig. 1 ist die Darstellung bezüglich der Abbildungseigenschaften des Objektives 10 rein schematisch. Das Detektorsystem 2 kann auch so ausgebildet sein, dass kein Objektiv 10 benötigt wird. Es ist beispielsweise möglich, dass der Auskoppelbereich 5 eine gewünschte abbildende Funktion (zusätzlich zur Strahlumlenkung) bereitstellt. Der Einkoppelbereich 4 kann z.B. ein transmissives Volumenhologramm 12 aufweisen, das eine einfallswinkelabhängige Wellenlängenselektivität aufweist, so dass es für einen großen Winkel- und Wellenlängenbereich eine hohe Transparenz besitzt. Das bedeutet, dass nur ein Teil der vom Objekt 9 ausgehenden und auf den Einkoppelbereich 4 (bzw. auf das transmissive Volumenhologramm 12) treffenden Lichtbündel L1 in der beschriebenen Art und Weise umgelenkt werden. Andere Lichtbündel vom Objekt 9 propagieren durch den Einkoppelbereich 4 (bzw. durch das transmissive Volumenhologramm 12) und treten über die Rückseite 8 aus der Platte 6 aus. Somit kann der Einkoppelbereich 4 als teiltransparent bezeichnet werden.
In Fig. 3 ist schematisch die spektral aufgelöste, winkelabhängige Ablenkeffizienz für das transmissive Volumenhologramm 12 des Einkoppelbereiches 4 in Abhängigkeit des Einfallswinkels (in der y-z-Ebene) des entsprechenden Lichtbündels dargestellt, wobei entlang der x-Achse die Wellenlänge in pm und entlang der y-Achse der Einfallswinkel in ° aufgetragen ist. In Fig. 4 ist die Ablenkeffizienz für die Einfallswinkel + 20°, 0° und - 20° dargestellt, wobei die Wellenlänge in nm entlang der x-Achse und die Effizienz entlang der y-Achse aufgetragen ist.
Aus Fig. 3 und 4 kann entnommen werden, dass das transmissive Volumenhologramm 12 des Einkoppelbereiches 4 für einen Einfallswinkel von -20° Strahlung aus dem Spektralbereich von 392 nm bis 398 nm (Azentrai = 395 nm ± 3 nm) mit hoher Effizienz ablenkt und somit in die planparallele Platte 6 einkoppelt. Für Einfallswinkel von 0° liegt die hohe Effizienz für den Spektralbereich von 528 nm bis 536 nm (Azentrai = 532 nm ± 4 nm) vor und für den Einfallswinkel von +20° liegt eine hohe Einkoppeleffizienz für den Spektralbereich von 600 nm bis 610 nm (Azentrai = 605 nm ± 5 nm).
Der Einkoppelbereich 4 weist zusätzlich eine Antireflexionschicht 13 (Fig. 1 und 2) auf, die so ausgelegt ist, dass sie Lichtbündel (es ist stellvertretend ein Lichtstrahl L2 eingezeichnet), die z.B. vom Objekt 9 stammen und zu einem unerwünschten Geisterbild am Detektor 11 führen würden, transmittiert, so dass sie über die Rückseite 8 aus der Platte 6 austreten und daher nicht auf den Detektor 11 treffen können. Ohne die Antireflexionschicht 13 würde ein Teil der Lichtbündel L2 an der Grenzfläche Rückseite 8 - Luft in Richtung zur Vorderseite 7 zurückreflektiert werden, wie schematisch in Fig. 5 dargestellt ist. Zur Vereinfachung der Darstellung ist in Fig. 5 der zurückreflektierte Teil der Lichtbündel in y-Richtung versetzt eingezeichnet.
Von diesem zurückreflektierten Teil der Lichtbündel L2, der bei der Ausbildung des Wellenleiters in Fig. 5 auf das Volumenhologramm 12 trifft, wird ein gewisser Anteil an der Grenzfläche Luft- Vorderseite 7 reflektiert und vom Volumenhologramm 12 umgelenkt, wie in Fig. 6 schematisch eingezeichnet ist. Dieser umgelenkte Teil der Lichtbündel L2 wird dann in gleicher Weise wie der umgelenkte Teil der Lichtbündel L1 bis zum Auskoppelabschnitt 5 geführt und ausgekoppelt, so dass ein unerwünschtes Geisterbild erzeugt wird.
In Fig. 6 ist schematisch vergrößert für ein Objekt 9‘ dargestellt, wie es zu dem unerwünschten Geisterbild kommen kann. Lichtstrahlen L2i und L2z durchlaufen das Volumenhologramm 12 (ohne abgelenkt zu werden), werden an der Grenzfläche Luft-Rückseite 8 reflektiert (es wird ein erstes virtuelle Bild 9h durch die Reflexion an der Grenzfläche Luft-Rückseite 8 erzeugt), durchlaufen erneut das Volumenhologramm 12, werden an der Grenzfläche Luft-Vorderseite 7 reflektiert (es wird ein zweites virtuelle Bild 9‘2 durch die Reflexion an der Grenzfläche Luft-Vorderseite 7 erzeugt) und werden dann vom Volumenhologramm 12 so umgelenkt, dass sie in der Platte 6 zum Auskoppelbereich 5 geführt werden. Diese Lichtstrahlen L2i und L2z erzeugen somit ein zweites virtuelle Bild 9‘2, das als Geisterbild um den doppelten Abstand d von Vorderseite 7 zu Rückseite 8 vom Objekt 9‘ versetzt erscheint.
Durch das Vorsehen der Antireflexionschicht 13 gemäß Figuren 1 und 2 wird ein solches unerwünschtes Geisterbild stark reduziert, da mittels der Antireflexionsschicht 13 (Fig. 1 ) die Lichtstrahlen L2, L2i und L22 transmittiert und somit nicht mehr an der Grenzfläche Luft-Rückseite 8 reflektiert werden.
In Fig. 7 ist eine Abwandlung der Ausführungsform gemäß Fig. 1 und 2 gezeigt. Bei der Ausführungsform von Fig. 7 ist eine Antireflexionschicht 14 auf der Vorderseite 7 vor dem Volumenhologramm 12 ausgebildet. Damit werden unerwünschte Geisterbilder verhindert, die von Lichtbündeln (es ist stellvertretend ein Lichtstrahl L3 eingezeichnet) stammen können, die über die Rückseite 8 in die Platte 6 eintreten und durch das Volumenhologramm 12 laufen. Ein Teil dieser Lichtbündel würde dann an der Grenzfläche Vorderseite 7 - Luft reflektiert werden (wie in Fig. 8 schematisch dargestellt ist) und wiederum auf das Volumenhologramm 12 treffen, das einen Teil davon in der in Fig. 8 gezeigten Art umlenken würde, wodurch dieses Licht in der Platte 6 bis zum Auskoppelabschnitt 5 geführt werden und mittels des Auskoppelabschnitt 5 ausgekoppelt werden und zu dem unerwünschten Geisterbild führen würde. Aufgrund der Antireflexionschicht 14 auf der Vorderseite 7 werden die Lichtbündel L3 jedoch transmittiert (Fig. 7), so dass solche Geisterbilder verhindert werden können.
Bei der in Fig. 9 gezeigten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wellenleiters 2 ist dieser auf einem Bildschirm 20 aufgebracht, der in einem Gehäuse 21 sitzt, in dem ebenfalls das Detektorsystem 2 aufgenommen ist. Das so gebildete System kann z.B. als ein Stand-alone Bildschirm (z.B. ein Bildschirm für einen Computer), ein Laptop-Bildschirm, ein Mobiltelefon, ein Tablet, etc. ausgebildet sein. Die Darstellung in Fig. 9 ist rein schematisch und insbesondere nicht maßstabstreu. Die Rückseite 8 des Basiskörpers 6 ist mit einer Vorderseite 22 des Bildschirms 20 verbunden (z.B. verklebt), so dass das vom Bildschirm 20 über seine Vorderseite 22 abgegebene Licht (L3, L4) zur Erzeugung eines vorbestimmten Bildes auf dem Bildschirm 20 durch die Rückseite 8 in den transparenten Basiskörper 6 eintritt, in diesem bis zur Vorderseite 7 läuft und über die Vorderseite 7 austritt, so dass ein Betrachter das vom Bildschirm 20 erzeugte Bild wahrnehmen kann. Dieses vom Bildschirm 20 abgegebene Licht L3, L4 könnte z.B. im Bereich des Einkoppelbereiches 4 zu unerwünschtem Störlicht führen. Da jedoch die Antireflexionsschicht 14 vorgesehen ist, werden die evtl, zur Störlicht führenden Lichtstrahlen L3 transmittiert und treten somit über die Vorderseite 7 aus dem Basiskörper 6 aus. Somit führt das vom Bildschirm 20 abgegebene Licht zu keinem unerwünschten Störlicht und es kommt zu keiner unerwünschten reduzierten Helligkeit im vom Bildschirm 20 erzeugten Bild im Bereich des Einkoppelbereiches 4.
Im Bereich des Auskoppelabschnitts 5 weist der Bildschirm 20 z.B. keine LCD-Elemente auf o- der ist beispielsweise transparent, damit die vom Auskoppelabschnitt 5 umgelenkten Lichtbündel L1 vom Objektiv 10 auf den Detektor 1 1 fokussiert werden können. So kann der Auskoppelabschnitt 5 in einem Bereich liegen, in dem keine Bildinformation durch den Bildschirm 20 erzeugt wird (dazu ist anzumerken, dass die Darstellung in Fig. 9 schematisch und nicht maßstabstreu ist).
In Fig. 10 ist eine Abwandlung der Ausführungsform gemäß Fig. 1 und 2, bei zusätzlich zur Antireflexionschicht 13 eine Antireflexionschicht 14 gemäß Fig. 4 vorgesehen ist, so dass eine Unterdrückung von unerwünschten Geisterbilder aufgrund von Lichtbündeln L2 und L3 verhindert werden kann.
Die in Fig. 1 , 2, 7, 9 und 10 gezeigten Lichtbündel L2, L3 treffen jeweils senkrecht auf die Vorderseite 7 bzw. Rückseite 8. Natürlich können die Antireflexionsschichten 13, 14 für einen vorbestimmten Einfallswinkelbereich der Lichtbündel L2, L3 ausgelegt sein. Dieser vorbestimmte Einfallswinkelbereich kann beispielsweise 80°-100° betragen. Unter dem Einfallswinkel wird hier insbesondere der Winkel des Lichtbündels L2 zum Lot auf die Vorderseite (also 0° in Fig .1 ) bzw. der Winkel des Lichtbündels L3 zum Lot auf die Rückseite (also 0° in Fig. 7) in der jeweiligen y-z-Ebene (nachfolgend auch zweite Ebene genannt) verstanden. Der Einfallswinkelbereich in der x-z-Ebene (nachfolgend auch erste Ebene genannt) kann gleich groß (dann liegt ein rotationssymmetrischer Einfallswinkelbereich vor) oder größer als der Einfallswinkelbereich in der y- z-Ebene sein, wobei ein Verhältnis von nicht größer als 2:1 oder 3:2 vorliegen kann. Der vorbestimmte Einfallswinkelbereich ist bevorzugt symmetrisch zum jeweiligen Lot, so dass bei einem vorbestimmten Einfallswinkelbereich von z.B. 80° der Bereich von -40° bis 40° abgedeckt ist. Der Wellenleiter 1 gemäß Fig. 1 , 2, 7, 9 und 10 kann so ausgebildet sein, dass weder der Einkoppelbereich 4 noch der Auskoppelbereich 5 eine abbildende Funktion aufweist. In diesem Fall liegt eine Unendlich-Unendlich-Konfiguration des Wellenleiters 1 vor. Man kann auch sagen, dass der Wellenleiter 1 eine Unendlich-Unendlich-Abbildung durchführt. Der Detektor 11 kann zum Beispiel ein CCD-Detektor oder ein CMOS-Detektor sein.
Da der Einkoppelbereich 4 das transmissives Volumenhologramm 12 aufweist, führt die Einkopplung mittels des transmissiven Volumenhologramms 12 zu einer Dispersion innerhalb des eingekoppelten Spektralbereiches für jeden Winkel. Wenn der Auskoppelbereich 5 ein in gleicher Weise ausgebildetes transmissives Volumenhologramm wie der Einkoppelbereich 4 aufweist, wird die durch den Einkoppelbereich 4 bedingte Dispersion kompensiert und alle spektralen Anteile werden wieder in den entsprechenden Winkel abgelenkt.
Alternativ zur beschriebenen Unendlich-Unendlich-Konfiguration des Wellenleiters 1 kann der Einkoppelbereich 4 und/oder der Auskoppelbereich 5 zum Beispiel eine abbildende Funktion in Form einer Linsenfunktion oder Hohlspiegelfunktion aufweisen. Dadurch können Endlich-Unendlich-, Unendlich-Endlich- oder Endlich-Endlich-Abbildungskonfigurationen mittels des Wellenleiters 1 realisiert werden. Bei dem Einkoppelbereich 4 kann dies beispielsweise dazu genutzt werden, um ein Objekt 9 aufzunehmen, das so nah an dem Wellenleiter 1 positioniert ist, das optisch nicht mehr von einem unendlich weit entfernten Objekt ausgegangen werden kann. Beim Auskoppelbereich 5 ermöglicht eine Implementierung einer solchen Linsen- oder Hohlspiegelfunktion, das ausgekoppelte Winkelspektrum gleich in eine Ortsverteilung in der Brennebene dieser implementierten Linsen- oder Spiegelfunktion zu überführen. In diesem Fall kann das Objektiv 10 zum Beispiel weggelassen werden. In diesem Fall kann man sagen, dass das Detektorsystem 2 den Detektor 11 sowie die Linsen- und/oder Hohlspiegelfunktion des Auskoppelbereiches 5 aufweist. Da das Objektiv 10 entfallen kann, kann der Detektor 11 beispielsweise direkt auf der Rückseite 8 des Wellenleiters 1 positioniert und/oder befestigt werden, wodurch ein sehr hoher Integrationsgrad, ein minimales Volumen und eine hohe Robustheit realisiert werden kann.
Die beschriebenen reflektiven Volumenhologramme für den Einkoppelbereich 4 und den Auskoppelbereich 5 können beispielsweise so hergestellt werden, dass ein fotosensitives volumenholographische Material 12, das in den Wellenleiter 1 integriert ist, mit einer Referenzwelle mit der Wellenlänge von 532 nm, die unter einem Einfallswinkel von 0° auf die Vorderseite 7 einfällt und einer Signalwelle mit der gleichen Wellenlänge, die unter einem Einfallswinkel von 60° auf die Rückseite 8 einfällt, belichtet wird, wobei die Referenzwelle und die Signalwelle vom selben Laser stammen, so dass ein Interferenzfeld bzw. Interferenzvolumen über das fotosensitive volumenholographische Material entsteht und sich dort entsprechende Brechzahlmodifikationen ausbilden können. Als fotosensitive volumenholographische Materialen können fotosensitive Gläser, Dichromat- Gelatinen oder Fotopolymere verwendet werden. Diese können zum Beispiel auf eine PC-Folie (Polycarbonat-Folie) aufgebracht und dort entsprechend belichtet werden. Die Folie kann dann auf ein Substrat für den Wellenleiter 1 laminiert werden, um den Wellenleiter 1 herzustellen. Dabei kann die Folie beispielsweise nur in dem Bereich des Einkoppelbereiches 4 und des Aus- koppelbereiches 5 laminiert werden. Alternativ ist eine vollflächige Lamination über die gesamte Wellenleiterfläche möglich, wobei leidglich in die Ein- und Auskoppelbereiche die entsprechende Ein- und Auskoppelfunktion einbelichtet wird. Zum Schutz der Volumenhologramme ist es sinnvoll, ein weiteres Substrat auf das auflaminierte Volumenhologramm aufzubringen. Somit wird ein Schichtstapel mit folgendem prinzipiellen Aufbau realisiert: transparentes Substrat, Kitt- bzw. Kleberschicht, Volumenhologramm, Kitt- bzw. Kleberschicht, transparentes Substrat.

Claims

Patentansprüche Funktionalisierter Wellenleiter, wobei der Wellenleiter (1 ) einen transparenten Basiskörper (6) mit einer Vorderseite (7) und einer Rückseite (8) aufweist, wobei der Basiskörper (6) einen Einkoppelbereich (4) und einen davon in einer ersten Richtung beabstandeten Auskoppelbereich (5) aufweist, wobei der Einkoppelbereich (4) eine diffraktive Struktur (12) umfasst, die von einem Objekt (9) kommende und auf sie treffende Strahlung (L1 ) mindestens einen Teil so umlenkt, dass der umgelenkte Teil als eingekoppelte Strahlung im Basiskörper (6) durch Reflexionen bis zum Auskoppelbereich (5) propagiert und auf den Auskoppelbereich (5) trifft, der von der auf ihn treffenden eingekoppelten Strahlung mindestens einen Teil so umlenkt, dass der umgelenkte Teil aus dem Basiskörper (6) austritt, wobei an der Vorderseite (7) und/oder Rückseite (8) eine Antireflexionsschicht (13, 14) ausgebildet ist, die Störstrahlung, die erst nach eine Reflexion an der Vorderseite (7) und/oder Rückseite (8) auf die diffraktive Struktur (12) treffen würde, an der Vorderseite (7) und/oder Rückseite (8) transmittiert und somit die Reflexion an der Vorderseite (7) und/oder Rückseite (8) unterdrückt. Wellenleiter nach Anspruch 1 , wobei eine erste Antireflexionsschicht (13, 14) auf der Vorderseite (7) ausgebildet ist. Wellenleiter nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine zweite Antireflexionsschicht (13, 14) auf der Rückseite (8) ausgebildet ist. Wellenleiter nach einem der obigen Ansprüche, wobei die Antireflexionsschicht(en) (13, 14) die diffraktive Struktur (12) vollständig überdeckt/überdecken. Wellenleiter nach einem der obigen Ansprüche, wobei die erste Antireflexionsschicht (13, 14) und/oder die zweite Antireflexionsschicht (13, 14) so ausgebildet sind/ist, die vom zu detektierenden Objekt (9) kommende Strahlung (L1 ) zu transmittieren. 6. Wellenleiter nach einem der obigen Ansprüche, wobei die diffraktive Struktur (12) als transmissives oder reflektives Volumenhologramm ausgebildet ist.
7. Wellenleiter nach einem der obigen Ansprüche, wobei die optischen Eigenschaften, die Abmessungen und/oder Positionierung der Antireflexi- onsschicht(en) (13, 14) so gewählt sind/ist, dass die von der diffraktiven Struktur (12) des Einkoppelbereiches (4) in den Basiskörper (6) eingekoppelte Strahlung durch Reflexionen bis zum Auskoppelbereich (5) propagieren kann.
8. Wellenleiter nach einem der obigen Ansprüche, wobei die Abmessung der diffraktiven Struktur des Einkoppelbereiches in der ersten Richtung so gewählt ist, dass die von der diffraktiven Struktur (12) des Einkoppelbereiches (4) in den Basiskörper (6) eingekoppelte Strahlung nach einer ersten Reflexion im Basiskörper (6) nicht erneut auf die diffraktiven Struktur (12) des Einkoppelbereiches (4) trifft.
9. Wellenleiter nach einem der obigen Ansprüche, wobei die diffraktive Struktur (12) des Einkoppelbereiches (4) so ausgelegt ist, dass nur die vom Objekt (9) kommende Strahlung, die unter einem Winkel aus einem vorbestimmten Einfallswinkelbereich auf die diffraktive Struktur (12) trifft, von der diffraktiven Struktur (12) umgelenkt wird, wobei die optischen Eigenschaften der Antireflexionsschicht(en) (13, 14) so gewählt sind, dass die Antireflexionsschicht(en) (13, 14) Strahlung transmittiert/transmittieren, die unter einem Winkel auf die Antireflexionsschicht(en) (13, 14) trifft, die im vorbestimmten Einfallswinkelbereich liegt.
10. Wellenleiter nach Anspruch 9, wobei der vorbestimmte Einfallswinkelbereich rotationssymmetrisch ist.
11 . Wellenleiter nach Anspruch 9, wobei der vorbestimmte Einfallswinkelbereich in einer ersten Ebene (x-z-Ebene), die durch ein Lot auf die diffraktive Struktur (12) und einer Senkrechten sowohl auf die erste Richtung als auch auf das Lot auf die diffraktiven Struktur aufgespannt ist, größer ist als in einer zweiten Ebene (y-z-Ebene), die durch das Lot auf die diffraktive Struktur (12) und die erste Richtung aufgespannt ist, wobei bevorzugt ein Verhältnis von nicht größer als 2:1 oder 3:2 vorliegt. Wellenleiter nach einem der obigen Ansprüche, wobei die Antireflexionsschicht(en) so ausgebildet ist/sind, dass sie für die vorbestimmten Wellenlängen, für die diffraktive Struktur (12) des Einkoppelbereiches (4) ausgelegt ist, tran- missiv ist/sind. Wellenleiter nach einem der obigen Ansprüche, wobei die Antireflexionsschicht(en) so ausgebildet ist/sind, dass sie eine auf die Akzeptanzcharakteristik der diffraktiven Struktur (12) des Einkoppelbereiches (4) ausgelegte Transmis- sivität aufweist/aufweisen. Wellenleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , wobei die Antireflexionsschicht(en) so ausgebildet ist/sind, dass sie im gesamten vorbestimmten Einfallswinkelbereich der diffraktiven Struktur (12) des Einkoppelbereiches (4) für alle benutzten Wellenlängen transmissiv ist/sind. Detektorsystem mit einem funktionalisierten Wellenleiter (1 ) nach einem der obigen Ansprüche. Detektorsystem nach Anspruch 15, wobei das Detektorsystem einen Detektor (2) aufweist, auf den der vom Auskoppelbereich (5) umgelenkte Teil der Strahlung trifft. Detektorsystem nach Anspruch 15 oder 16, wobei das Detektorsystem einen Bildschirm (20) mit einer Vorderseite (22) aufweist, der zur Darstellung eines Bildes Licht (L3, L4) über die Vorderseite (22) abstrahlen kann, wobei der Basiskörper (6) mit seiner Rückseite (8) auf der Vorderseite (22) des Bildschirms angebracht ist, so dass das vom Bildschirm (20) kommende Licht (L3, L4) durch den Basiskörper (6) läuft und über die Vorderseite (7) des Basiskörpers (6) austritt, wobei der Teil (L3) des vom Bildschirm (20) kommenden Lichts (L3, L4), der auf die Antireflexionsschicht (13, 14) trifft, von dieser transmittiert wird.
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