WO2019238859A1 - Optical waveguide for a head-up display - Google Patents

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WO2019238859A1
WO2019238859A1 PCT/EP2019/065564 EP2019065564W WO2019238859A1 WO 2019238859 A1 WO2019238859 A1 WO 2019238859A1 EP 2019065564 W EP2019065564 W EP 2019065564W WO 2019238859 A1 WO2019238859 A1 WO 2019238859A1
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Felicitas WILLE
Wolff VON SPIEGEL
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Continental Automotive Gmbh
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Abstract

The invention relates to an optical waveguide for a head-up display. The optical waveguide has a substrate (54), a cover layer (55), and an optically active layer (56) located between the latter. The thickness (DD) of the cover layer (55) is substantially smaller than the thickness (ds) of the substrate (54).

Description

Beschreibung description
Lichtwellenleiter für ein Head-Up-Display Optical fiber for a head-up display
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Lichtwellenleiter für ein Head-Up-Display, welches den Lichtwellenleiter zum Ver größern der Austrittspupille aufweist. The present invention relates to an optical waveguide for a head-up display, which has the optical waveguide for enlarging the exit pupil.
Aus der US 2016/0124223 Al ist ein Head-Up-Display mit einem Lichtwellenleiter bekannt. Bei diesem sind Gitterstrukturen zum Einkoppeln und Auskoppeln des darzustellenden Bildes an dessen Oberfläche angeordnet. Diese sind somit vor Umgebungseinflüssen wie mechanischer oder chemischer Beeinträchtigung nur unzu reichend geschützt. Ein demgegenüber verbesserter Lichtwel lenleiter ist wünschenswert. A head-up display with an optical waveguide is known from US 2016/0124223 A1. Grid structures for coupling and decoupling the image to be displayed are arranged on its surface. These are therefore insufficiently protected against environmental influences such as mechanical or chemical impairment. An improved optical waveguide is desirable.
Erfindungsgemäß weist der Lichtwellenleiter für ein According to the invention, the optical waveguide for
Head-Up-Display ein Substrat auf, eine Deckschicht und eine zwischen diesen befindliche optisch aktive Schicht, vorzugsweise eine Hologrammschicht. Dabei ist die Dicke der Deckschicht wesentlich geringer als die Dicke des Substrats. Dies hat den Vorteil, dass das Substrat im Vergleich zu den beiden anderen Schichten stabiler ist, was Verformungen, insbesondere während des Herstellungsprozesses, verhindert oder stark reduziert. Damit wird die optische Qualität des Lichtwellenleiters erfüllt. Insbesondere, wenn in die optisch aktive Schicht ein oder mehrere Hologramme eingebracht werden, ist ein gegen Verformung stabiles Substrat sinnvoll, da dessen Verformung auch Verformungen des bzw. Spannungen im Hologramm und damit eine Verschlechterung von dessen optischen Eigenschaften zur Folge hätte. Head-up display on a substrate, a cover layer and an optically active layer located between them, preferably a hologram layer. The thickness of the cover layer is significantly less than the thickness of the substrate. This has the advantage that the substrate is more stable compared to the other two layers, which prevents or greatly reduces deformations, particularly during the manufacturing process. This fulfills the optical quality of the optical fiber. In particular, if one or more holograms are introduced into the optically active layer, a substrate that is stable against deformation makes sense, since its deformation would also result in deformations or stresses in the hologram and thus a deterioration in its optical properties.
Vorteilhafterweise ist die Deckschicht eine Glasplatte mit einer Dicke von weniger als 1 mm, vorzugsweise von weniger als 0,5 mm. Dies hat den Vorteil, daß eine solche Glasplatte biegsam ist und sich auf die optisch aktive Schicht abrollen läßt. Auf diese Weise werden Luftanschlüsse oder Spannungen vermieden, die beim Zusammensetzen von Substrat und Deckschicht auftreten, wenn diese beide etwa gleich dick insbesondere dicker als 1 mm sind. Beträgt die Dicke des Substrats weniger als 0,5 mm, so ist es noch biegsame und läßt sich noch besser auf die optisch aktive Schicht abrollen diese ist dabei vorzugsweise noch flüssig, und wird erst nach dem abrollen der Deckschicht mit einem Hologramm be schrieben, beispielsweise durch belichten mittels eines La serscanners oder von einem Negativ, und durch Aushärten fixiert. Um den Abstand zwischen Substrat und Deckschicht exakt ein zustellen, sind verteilt angeordneten Distanzelemente vorge sehen. Deren Dicke wird gemäß einer Variante räumlich variiert. Auf diese Weise kann eine zweidimensionale Krümmung der The cover layer is advantageously a glass plate with a thickness of less than 1 mm, preferably less than 0.5 mm. This has the advantage that such a glass plate is flexible and can be rolled onto the optically active layer. In this way, air connections or stresses that occur when the substrate and cover layer are put together are avoided if these are both approximately the same thickness, in particular thicker than 1 mm. If the thickness of the substrate is less than 0.5 mm, it is even more flexible and can be rolled even more easily onto the optically active layer, which is preferably still liquid, and will only be written with a hologram after the top layer has been rolled off, for example by exposure using a laser scanner or from a negative, and fixed by curing. In order to set the exact distance between the substrate and the top layer, spaced elements are provided. According to a variant, their thickness is spatially varied. In this way, a two-dimensional curvature of the
Deckschicht erzielt werden, was zum Erzielen vorteilhafter optischer Effekte, beispielsweise dem kompensieren durch die Krümmung der Windschutzscheibe hervorgerufener Verzerrungen, gewünscht ist. Je dünner das Deckglas ist, desto besser paßt es sich der gewünschten zweidimensionalen Krümmung an. Cover layer can be achieved, which is desired to achieve advantageous optical effects, such as compensating for distortions caused by the curvature of the windshield. The thinner the cover slip, the better it adapts to the desired two-dimensional curvature.
Gemäß einer Variante der Erfindung ist vorgesehen, daß die Deckschicht eine auf die optisch aktive Schicht, die Holo grammschicht, aufgedampfte oder aus einer Flüssigkeit abge schiedene Dünnschicht ist. Dies hat den Vorteil, daß kein Abrollen erforderlich ist. Aufdampfen bzw. Abrollen ist ein noch einfacherer Herstellungsschritt. Vorteilhafterweise hat die Dünnschicht ähnliche optische Eigenschaften wie das Substrat, insbesondere bezüglich Brechungsindex, um die Totale Innere Reflexion zu ermöglichen. Ist die Dünnschicht nur wenige Mo leküllagen dick, so sind die optischen Eigenschaften bezüglich Totale Innere Reflexion weniger relevant. Sie dient dann hauptsächlich als Schutz der Hologramm Schicht gegen mechanische und insbesondere chemische Umwelteinflüsse. According to a variant of the invention, it is provided that the cover layer is a thin layer deposited on the optically active layer, the hologram layer, evaporated or separated from a liquid. This has the advantage that no unrolling is necessary. Evaporation or rolling is an even simpler manufacturing step. The thin layer advantageously has similar optical properties to the substrate, in particular with respect to the refractive index, in order to enable total internal reflection. If the thin layer is only a few molecular layers thick, the optical properties with regard to total internal reflection are less relevant. It then mainly serves to protect the hologram layer against mechanical and in particular chemical environmental influences.
Vorteilhafterweise weist die Deckschicht eine weitere optische Funktionsschicht auf. Dies ist beispielsweise eine Antire flexschicht oder eine Polarisationsanpassungsschicht. The cover layer advantageously has a further optical functional layer. This is, for example, an anti-flex layer or a polarization adjustment layer.
Ein erfindungsgemäßes Head-Up-Display weist zumindest 2 A head-up display according to the invention has at least 2
Lichtwellenleiter auf, deren jeweilige Deckschicht auf der dem zumindest einen anderen Lichtwellenleiter zugewandten Seite angeordnet ist. Dies hat den Vorteil eines Schutzes gegen mechanische Einflüsse von außerhalb, da das dickere Substrat nach außen gerichtet ist. Optical waveguide on whose respective top layer on the at least one other side facing the optical waveguide is arranged. This has the advantage of protection against mechanical influences from outside, since the thicker substrate is directed outwards.
Weitere Varianten und deren Vorteile sind auch der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen entnehmbar. Further variants and their advantages can also be found in the following description of exemplary embodiments.
Figurenübersicht : Figure overview:
Fig.l Head-Up-Display gemäß Stand der Technik Fig.l head-up display according to the prior art
Fig.2 schematischer Strahlengang  Fig. 2 schematic beam path
Fig.3 schematischer Strahlengang mit Diffusor  Fig. 3 schematic beam path with diffuser
Fig.4 Strahlengang mit gerichtetem Diffusor  Fig. 4 Beam path with a directed diffuser
Fig.5 Strahlengang mit mehreren Bildgebern  Fig. 5 beam path with several imaging devices
Fig.6 Strahlengang mit Bild im Unendlichen  Fig. 6 Beam path with an image in infinity
Fig.7 Strahlengang mit virtueller Verdopplung  Fig. 7 Beam path with virtual doubling
Fig.8 Strahlengang mit Lichtwellenleiter  Fig. 8 Beam path with optical fiber
Fig.9 Strahlengang mit Lichtwellenleiter  Fig. 9 Beam path with optical fiber
Fig.10 Head-Up-Display mit Lichtwellenleiter  Fig. 10 head-up display with fiber optic cable
Fig.ll Lichtwellenleiter mit zweidimensionaler Vergrößerung Fig.ll optical fiber with two-dimensional magnification
Fig.12 Head-Up-Display mit Lichtwellenleiter Fig. 12 Head-up display with fiber optic cable
Fig.13 Lichtwellenleiter im Längsschnitt  Fig. 13 Optical waveguide in longitudinal section
Fig.14 Lichtwellenleitern  Fig. 14 optical fibers
Figurenbeschreibung figure description
Fig.l zeigt eine Prinzipskizze eines Head-Up-Displays gemäß Stand der Technik. Es weist einen Bildgenerator 1 auf, eine Optikeinheit 2 und eine Spiegeleinheit 3. Von einem Anzei geelement 11 geht ein Strahlenbündel SB1 aus, welches von einem Faltspiegel 21 auf einen gekrümmten Spiegel 22 reflektiert wird, der es Richtung Spiegeleinheit 3, die hier als Windschutzscheibe 31 eines Fahrzeugs dargestellt ist, reflektiert. Von dort gelangt das Strahlenbündel SB2 Richtung Auge 61 eines Betrachters. Dieser sieht ein virtuelles Bild VB, welches sich außerhalb des Fahrzeugs oberhalb der Motorhaube oder sogar vor dem Fahrzeug befindet. Durch das Zusammenwirken von Optikeinheit 2 und Spiegeleinheit 3 ist das virtuelle Bild VB eine vergrößerte Darstellung des vom Anzeigeelement 11 angezeigten Bildes. Hier sind symbolisch eine Geschwindigkeitsbegrenzung, die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit sowie Navigationsanweisungen darge stellt. So lange sich das Auge 61 innerhalb der durch ein Rechteck angedeuteten Eyebox 62 befindet, sind alle Elemente des vir tuellen Bildes für das Auge 61 sichtbar. Befindet sich das Auge 61 außerhalb der Eyebox 62, so ist das virtuelle Bild VB für den Betrachter nur noch teilweise oder garnicht sichtbar. Je größer die Eyebox 62 ist, desto weniger eingeschränkt ist der Betrachter bei der Wahl seiner Sitzposition. Fig.l shows a schematic diagram of a head-up display according to the prior art. It has an image generator 1, an optical unit 2 and a mirror unit 3. A display element 11 emits a beam of rays SB1, which is reflected by a folding mirror 21 onto a curved mirror 22, which is directed in the direction of the mirror unit 3, here as a windshield 31 of a vehicle is reflected. From there, the beam of rays SB2 reaches the eye 61 of an observer. This sees a virtual image VB, which is outside the vehicle above the hood or even in front of the vehicle located. Due to the interaction of the optical unit 2 and the mirror unit 3, the virtual image VB is an enlarged representation of the image displayed by the display element 11. Here are symbolically a speed limit, the current vehicle speed and navigation instructions. As long as the eye 61 is within the eyebox 62 indicated by a rectangle, all elements of the virtual image are visible to the eye 61. If the eye 61 is outside the eyebox 62, the virtual image VB is only partially or not at all visible to the viewer. The larger the eyebox 62, the less restricted the viewer is in choosing his seating position.
Die Krümmung des gekrümmten Spiegels 22 dient zum einen dazu, den Strahlengang aufzubereiten und somit für ein größeres Bild und eine größere Eyebox 62 zu sorgen. Zum anderen gleicht die Krümmung eine Krümmung der Windschutzscheibe 31 aus, sodaß das virtuelle Bild VB einer vergrößerten Wiedergabe des vom Anzeigeelement 11 dargestellten Bildes entspricht. Der gekrümmte Spiegel 22 ist mittels einer Lagerung 221 drehbar gelagert. Die dadurch er möglichte Drehung des gekrümmten Spiegels 22 ermöglicht ein Verschieben der Eyebox 62 und somit eine Anpassung der Position der Eyebox 62 an die Position des Auges 61. Der Faltspiegel 21 dient dazu, daß der vom Strahlenbündel SB1 zurückgelegte Weg zwischen Anzeigeelement 11 und gekrümmtem Spiegel 22 lang ist, und gleichzeitig die Optikeinheit 2 dennoch kompakt ausfällt. Die Optikeinheit 2 wird durch eine transparente Abdeckung 23 gegen die Umgebung abgegrenzt. Die optischen Elemente der Optikeinheit 2 sind somit beispielsweise gegen im Innenraum des Fahrzeugs befindlichen Staub geschützt. Auf der Abdeckung 23 befindet sich weiterhin eine optische Folie 24, die einfallendes Sonnenlicht SL daran hindern soll, über die Spiegel 21,22 auf das Anzei geelement 11 zu gelangen. Dieses kann durch dabei auftretende Wärmeentwicklung vorübergehend oder auch dauerhaft geschädigt werden. Um dies zu verhindern wird beispielsweise ein Infra rotanteil des Sonnenlichts SL mittels der optischen Folie 24 ausgefiltert. Ein Blendschutz 25 dient dazu, von vorne ein- fallendes Licht abzuschatten, sodaß es nicht von der Abdeckung 23 Richtung Windschutzscheibe 31 reflektiert wird, was eine Blendung des Betrachters hervorrufen würde. Außer dem Son nenlicht SL kann auch das Licht einer anderen Störlichtquelle 64 auf das Anzeigeelement 11 gelangen. The curvature of the curved mirror 22 serves on the one hand to prepare the beam path and thus to provide a larger image and a larger eyebox 62. On the other hand, the curvature compensates for a curvature of the windshield 31, so that the virtual image VB corresponds to an enlarged reproduction of the image represented by the display element 11. The curved mirror 22 is rotatably supported by means of a bearing 221. The thereby possible rotation of the curved mirror 22 enables a displacement of the eyebox 62 and thus an adaptation of the position of the eyebox 62 to the position of the eye 61. The folding mirror 21 serves to ensure that the path covered by the beam SB1 between the display element 11 and the curved mirror 22 is long, and at the same time the optical unit 2 is still compact. The optical unit 2 is delimited from the surroundings by a transparent cover 23. The optical elements of the optical unit 2 are thus protected, for example, against dust located in the interior of the vehicle. On the cover 23 there is also an optical film 24 which is intended to prevent incident sunlight SL from reaching the display element 11 via the mirrors 21, 22. This can be temporarily or permanently damaged by the heat generated. To prevent this, for example, an infrared portion of the sunlight SL is filtered out by means of the optical film 24. A glare shield 25 is used to to shade falling light so that it is not reflected by the cover 23 towards the windshield 31, which would cause glare to the viewer. In addition to the sun light SL, the light from another interference light source 64 can reach the display element 11.
Gleiche Bezugszeichen werden auch in den folgenden Figuren für gleiche oder gleichwirkende Elemente verwendet, und nicht notwendigerweise zu jeder Figur erneut beschrieben. The same reference numerals are used in the following figures for the same or equivalent elements, and are not necessarily described again for each figure.
Die Fig. 2-4 zeigen einen vereinfachten schematischen Strah lengang in einem Head-Up-Display . Dabei sind die unter schiedlichen Spiegelungen der Übersichtlichkeit halber weg gelassen. Man sieht links das Auge 61, in der Mitte die Bildebene 10, die sowohl dem Anzeigeelement 11 als auch dem virtuellen Bild VB entspricht, und rechts die Apertur A eines Bildgebers 12, der beispielsweise ein Spacial Light Modulator, auch SLM genannt, ist. Mit einem SLM wird Licht räumlich moduliert. Dies kann auf unterschiedliche Arten erfolgen. Eine spezielle Art SLM ist ein DMD-Proj ektor, wobei DMD für "Digital Micromirror Device" steht. Dies ist ein Gerät, bei dem entweder ein einzelner in X- und Y-Richtung beweglicher Mikrospiegel einen Laserstrahl über eine Bildfläche scannt, oder bei dem die Bildfläche durch eine Vielzahl flächig nebeneinander angeordneter Mikrospiegel ge bildet ist, die von einer Lichtquelle beleuchtet werden. Die Eyebox 62 ist in der Betrachtungsebene 63 mittels einer ver stärkten Linie und Begrenzung nach oben und unten kenntlich gemacht . 2-4 show a simplified schematic beam path in a head-up display. The different reflections are omitted for the sake of clarity. On the left you can see the eye 61, in the middle the image plane 10, which corresponds to both the display element 11 and the virtual image VB, and on the right the aperture A of an imager 12, which is, for example, a spacial light modulator, also called SLM. Light is spatially modulated with an SLM. This can be done in different ways. A special type of SLM is a DMD projector, whereby DMD stands for "Digital Micromirror Device". This is a device in which either a single micromirror movable in the X and Y directions scans a laser beam over an image area, or in which the image area is formed by a large number of micromirrors which are arranged next to one another and are illuminated by a light source. The eyebox 62 is identified in the viewing plane 63 by means of a reinforced line and limitation up and down.
Fig.2 zeigt Punkte PI bis P4 in der Bildebene 10. Man erkennt, daß der Punkt PI aufgrund seiner Lage in der Bildebene 10 und der Größe der Apertur A nur aus Teilen der Eyebox 62 sichtbar ist. Der Punkt P4 ist nur außerhalb der Eyebox 62 sichtbar. Nur die Punkte P2 und P3 sind in der Eyebox 62 sichbar, von ihnen ausgehende Strahlen fallen auch ins Auge 61. Somit kann nur ein kleiner Bereich 101 der Bildebene 10 vom Auge 61 in dessen dargestellte Position erfaßt werden. Fig.3 zeigt die gleiche Anordnung wie Fig.2, allerdings mit einem in der Bildebene 10 angeordneten Diffusor 13. Dieser sorgt dafür, daß vom Bildgeber 12 her kommendes Licht diffus gestreut wird. Dies ist in den Punkten PI und P4 mittels diffus gestreuter Strahlen DS1 - DS5 angedeutet, deren Richtung angibt, in welche Richtung diffus gestreuter wird, und deren Länge die Intensität in die entsprechende Richtung angibt. Man erkennt, daß die größte Intensität im Zentrum des entsprechenden in Fig.2 gezeigten Strahlenbündels verläuft, hier durch den diffus gestreuten Strahl DS3 verdeutlicht. Je größer der Winkel der anderen Strahlen DS1, DS2, DS4, DS5 zu dem Strahl DS3 ist, desto geringer ist ihre Intensität. Man erkennt, daß vom Punkt PI der Strahl DS5 ins Auge 61 gelang. In die Eyebox 62 fallen weiterhin die diffus gestreuten Strahlen DS3 und DS4, während die Strahlen DS1 und DS2 außerhalb liegen, und somit verlorengehen. Ähnliches gilt für Punkt P4. 2 shows points PI to P4 in the image plane 10. It can be seen that the point PI is only visible from parts of the eyebox 62 due to its position in the image plane 10 and the size of the aperture A. The point P4 is only visible outside the eyebox 62. Only the points P2 and P3 are visible in the eyebox 62; rays emanating from them also fall into the eye 61. Thus, only a small area 101 of the image plane 10 can be detected by the eye 61 in the position shown. 3 shows the same arrangement as FIG. 2, but with a diffuser 13 arranged in the image plane 10. This ensures that light coming from the imager 12 is diffusely scattered. This is indicated in points PI and P4 by means of diffusely scattered beams DS1-DS5, the direction of which indicates which direction is diffusely scattered, and the length of which indicates the intensity in the corresponding direction. It can be seen that the greatest intensity runs in the center of the corresponding beam shown in FIG. 2, illustrated here by the diffusely scattered beam DS3. The greater the angle of the other beams DS1, DS2, DS4, DS5 to the beam DS3, the lower their intensity. It can be seen that the beam DS5 entered the eye 61 from the point PI. The diffusely scattered rays DS3 and DS4 continue to fall into the eyebox 62, while the rays DS1 and DS2 lie outside and are therefore lost. The same applies to point P4.
Fig.4 zeigt die gleiche Anordnung wie Fig.3, allerdings mit einem Diffusor 131, der eine spezielle Diffusionscharakteristik aufweist. Man erkennt, daß alle vom Punkt PI ausgehenden diffus gestreuten Strahlen DS1 bis DS5 in etwa gleiche Intensität aufweisen, und ihre Winkelverteilung so ist, daß sie alle in die Eyebox 62 gelangen. Ein Lichtverlust tritt somit an dieser Stelle nicht auf. 4 shows the same arrangement as FIG. 3, but with a diffuser 131, which has a special diffusion characteristic. It can be seen that all the diffusely scattered rays DS1 to DS5 emanating from the point PI have approximately the same intensity and their angular distribution is such that they all reach the eyebox 62. There is therefore no loss of light at this point.
Fig.5 zeigt eine ähnliche Anordnung wie die vorhergehenden Figuren, hier allerdings mit mehreren Bildgebern 12. Die Bildgeber 12 sind so aufeinander abgestimmt, daß in den Punkten PI und P4 Lichtstrahlen in einem größeren Winkelbereich ab gestrahlt werden, wodurch auch der Punkt P4 aus der Eyebox 62 heraus sichtbar ist. Durch eine Vergrößerung der Anzahl der Bildgeber 12 wird ein ähnlicher Effekt wie mittels eines Diffusors 13 bezüglich der Sichtbarkeit der Punkte PI bis P4 in der gesamten Eyebox 62 erzielt. Fig.6 zeigt eine ähnliche Anordnung wie die vorhergehenden Figuren, hier fokussiert der Bildgeber 12 aber nicht auf eine Bildebene, sondern kollimiert ins unendliche. Die in der Be trachtungsebene 63 zu einem Punkt ankommenden Strahlen verlaufen jeweils parallel zueinander. Dies ermöglicht es, anstatt mehrere aufeinander abgestimmte Bildgeber 12 anzuordnen, wie in Fig.5 gezeigt, den einen Bildgeber 12 virtuell zu verdoppeln. Dies ist in den folgenden Figuren gezeigt. 5 shows a similar arrangement to the previous figures, but here with several image generators 12. The image generators 12 are matched to one another in such a way that light rays are emitted in points PI and P4 in a larger angular range, which also means point P4 from the Eyebox 62 is visible out. By increasing the number of imagers 12, an effect similar to that of a diffuser 13 with regard to the visibility of the points PI to P4 in the entire eyebox 62 is achieved. 6 shows an arrangement similar to the previous figures, but here the imager 12 does not focus on one image plane, but collimates to infinity. The rays arriving in the observation plane 63 to a point each run parallel to one another. This makes it possible, instead of arranging several coordinated image generators 12, as shown in FIG. 5, to virtually double the one image generator 12. This is shown in the following figures.
Fig.7 zeigt eine ähnliche Anordnung wie Fig.6, hier allerdings mit virtueller Verdopplung des Bildgebers 12. Dazu ist ein Strahlteiler im Strahlengang des Bildgebers 12 angeordnet, der einen Teil der Strahlung auf einen Spiegel 122 reflektiert. Die Spiegelebene 123 des Strahlteilers 121 ist parallel zum Spiegel 122 ausgerichtet. Die Anzahl der vom Bildgeber 12 ausgehenden parallelen Strahlenbündel, von denen hier zwei gezeigt sind, wird verdoppelt, ihre Intensität jeweils halbiert. Somit treffen beide dargestellten Strahlenbündel in die Eyebox 62. Der virtuelle Bildgeber 12 'ist gestrichelt angedeutet. Durch ge eignete Anordnung von weiteren Strahlteilern und geeigneter Anpassung von deren Größe läßt sich erreichen, daß Strahlenbündel zu einem großen Winkelbereich von jedem Punkt der Eyebox 62 aus betrachtet werden können, wenn sich das Auge 61 dort befindet. FIG. 7 shows an arrangement similar to FIG. 6, but here with virtual doubling of the image generator 12. For this purpose, a beam splitter is arranged in the beam path of the image generator 12, which reflects part of the radiation onto a mirror 122. The mirror plane 123 of the beam splitter 121 is aligned parallel to the mirror 122. The number of parallel beams of rays emanating from the imager 12, two of which are shown here, is doubled, and their intensity is halved in each case. Thus, both of the beams shown hit the eyebox 62. The virtual imager 12 'is indicated by dashed lines. By ge suitable arrangement of further beam splitters and suitable adjustment of their size can be achieved that beams can be viewed from a large angle range from any point of the eyebox 62 when the eye 61 is there.
Fig.8 zeigt eine ähnliche Anordnung wie Fig.7. Allerdings sind hier der Strahlteiler 121 und der Spiegel 122 durch einen Lichtwellenleiter 5 ersetzt. Der Lichtwellenleiter 5 weist eine Spiegelebene 523 auf, mit der vom Bildgeber 12 kommendes Licht in den Lichtwellenleiter 5 eingekoppelt wird. Die Verlängerung der ursprünglichen Strahlrichtung ist gestrichelt angedeutet. Das in dem Lichtwellenleiter 5 eingekoppelte Licht wird an dessen Grenzflächen totalreflektiert und wird somit innerhalb des Lichtwellenleiters 5 geleitet. Der Lichtwellenleiter 5 weist weiterhin Spiegelebenen 522 auf, die teildurchlässig sind und jeweils einen Teil des auf sie auftreffenden Lichts aus dem Lichtwellenleiter 5 auskoppeln. Dies ist der Übersichtlichkeit halber mit dem parallelen Strahlenbündel zu nur einem Winkel gezeigt. Man erkennt das Prinzip der Vervielfachung der pa rallelen Strahlenbündel. Durch geeignete Anordnung läßt sich eine hinreichend gleichmäßige Ausleuchtung der Eyebox 62 er zielen. Das Einkoppeln und das Auskoppeln können anstatt mittels Spiegelebenen 522,523 auch mittels an der Oberfläche des Lichtwellenleiters 5 angeordneter Beugungsgitter (hier nicht dargestellt) oder auf andere, dem Fachmann geläufige Art und Weise, erfolgen. Fig. 8 shows a similar arrangement as Fig. 7. However, the beam splitter 121 and the mirror 122 are replaced by an optical waveguide 5 here. The optical waveguide 5 has a mirror plane 523 with which light coming from the imager 12 is coupled into the optical waveguide 5. The extension of the original beam direction is indicated by dashed lines. The light coupled into the optical waveguide 5 is totally reflected at its interfaces and is thus guided within the optical waveguide 5. The optical waveguide 5 also has mirror planes 522 which are partially transparent and each couple a part of the light impinging on them from the optical waveguide 5. For the sake of clarity, this is with the parallel beam at only one angle shown. One can see the principle of multiplication of the parallel beams. With a suitable arrangement, he can achieve a sufficiently uniform illumination of the eyebox 62. Instead of using mirror planes 522, 523, the coupling and uncoupling can also be carried out by means of diffraction gratings (not shown here) arranged on the surface of the optical waveguide 5 or in another manner known to the person skilled in the art.
Fig.9 zeigt eine ähnliche Anordnung wie Fig.8, allerdings weist hier der Lichtwellenleiter 5 ein Einkoppelhologramm 53 und ein Auskoppelhologramm 52 auf, die als Volumenhologramme in der Mitte des Lichtwellenleiters 5 angeordnet sind. Auch hier wird nur das Prinzip angedeutet. Es versteht sich, daß durch geeignete Wahl der Hologramme erreicht werden kann, daß die gesamte Eyebox 62 gleichmäßig mit parallelen Strahlenbündeln zu allen gewünschten Winkeln ausgeleuchtet wird. FIG. 9 shows an arrangement similar to FIG. 8, but here the optical waveguide 5 has a coupling-in hologram 53 and a coupling-out hologram 52, which are arranged as volume holograms in the center of the optical waveguide 5. Here too, only the principle is indicated. It is understood that by suitable selection of the holograms it can be achieved that the entire eyebox 62 is illuminated uniformly with parallel beams of rays at all desired angles.
Fig.10 zeigt ein Head-Up-Display ähnlich zu Fig.l, hier al lerdings in räumlicher Darstellung und mit einem Lichtwel lenleiter 5. Man erkennt den schematisch angedeuteten Bildgeber 12, der ein paralleles Strahlenbündel SB1 erzeugt, welches mittels der Spiegelebene 523 in den Lichtwellenleiter 5 ein gekoppelt wird. Mehrere Spiegelebenen 522 reflektieren jeweils einen Teil des auf sie auftreffenden Lichts Richtung Wind schutzscheibe 31, der Spiegeleinheit 3. Von dieser wird das Licht Richtung Auge 61 reflektiert, welches ein virtuelles Bild VB über der Motorhaube bzw. in noch weiterer Entfernung vor dem Fahrzeug sieht . Fig. 10 shows a head-up display similar to Fig.l, here al lerdings in spatial representation and with a Lichtwel lenleiter 5. One recognizes the schematically indicated imager 12, which generates a parallel beam SB1, which by means of the mirror plane 523 in the optical fiber 5 is coupled. Several mirror planes 522 each reflect part of the light impinging on them in the direction of the windshield 31, the mirror unit 3. From this, the light is reflected in the direction of the eye 61, which sees a virtual image VB above the bonnet or at a further distance in front of the vehicle.
Fig.ll zeigt in schematischer räumlicher Darstellung einen Lichtwellenleiter 5 mit zweidimensionaler Vergrößerung. Im unteren linken Bereich erkennt man ein Einkoppelhologramm 53 mittels dessen von einem nicht dargestellten Bildgeber 12 kommendes Licht LI in den Lichtwellenleiter 5 eingekoppelt wird. In diesem breitet es sich in der Zeichnung nach rechts oben aus, entsprechend dem Pfeil L2. In diesem Bereich des Lichtwel- lenleiters 5 befindet sich ein Falthologramm 51, das ähnlich wie viele hintereinander angeordnete teildurchlässige Spiegel wirkt, und ein in Y-Richtung verbreitertes, sich in X-Richtung ausbreitendes Lichtbündel erzeugt. Dies ist durch drei Pfeile L3 angedeutet. In dem sich in der Abbildung nach rechts erstre ckenden Teil des Lichtwellenleiters 5 befindet sich ein Aus koppelhologramm 52, welches ebenfalls ähnlich wie viele hin tereinander angeordnete teildurchlässige Spiegel wirkt, und durch Pfeile L4 angedeutet Licht in Z-Richtung nach oben aus dem Lichtwellenleiter 5 auskoppelt. Hierbei erfolgt eine Ver breiterung in X Richtung, sodaß das ursprüngliche einfallende Lichtbündel LI als in zwei Dimensionen vergrößertes Lichtbündel L4 den Lichtwellenleiter 5 verläßt. Der Lichtwellenleiter 5 weist einen in y-Richtung aufweitenden ersten Lichtwellenleiter 510 auf, der das Falthologramm 51 aufweist, einen in x-Richtung aufweitenden zweiten Lichtwellenleiter 520, der das Auskop pelhologramm 52 aufweist, und einen dritten Lichtwellenleiter 530, der das Einkoppelhologramm 53 aufweist. Fig.ll shows a schematic spatial representation of an optical fiber 5 with two-dimensional magnification. In the lower left area, a coupling hologram 53 can be seen, by means of which light LI coming from an imager 12, not shown, is coupled into the optical waveguide 5. In it, it spreads to the top right in the drawing, according to arrow L2. In this area of light lenleiters 5 is a folding hologram 51, which acts similar to many partially arranged mirrors arranged one behind the other, and generates a widened in the Y direction, spreading in the X direction. This is indicated by three arrows L3. In the part of the optical waveguide 5 which extends to the right in the illustration, there is an out coupling hologram 52, which likewise acts similarly to many partially transparent mirrors arranged one behind the other, and couples out light indicated in the Z direction upwards from the optical waveguide 5 by arrows L4 , Here there is a widening in the X direction, so that the original incident light bundle LI leaves the optical waveguide 5 as an enlarged light bundle L4 in two dimensions. The optical waveguide 5 has a first optical waveguide 510 widening in the y-direction, which has the folding hologram 51, a second optical waveguide 520 widening in the x-direction, which has the coupling-out hologram 52, and a third optical waveguide 530, which has the coupling-in hologram 53.
Fig.12 zeigt in räumlicher Darstellung ein Head-Up-Display mit drei Lichtwellenleitern 5R, 5G, 5B, die übereinanderliegend angeordnet sind, und für je eine Elementarfarbe Rot, Grün und Blau stehen. Sie bilden gemeinsam den Lichtwellenleiter 5. Die in den Lichtwellenleitern 5 vorhandenen Hologramme 51,52, 53 sind wellenlängenabhängig, sodaß jeweils ein Lichtwellenleiter 5R, 5G, 5B für eine der Elementarfarben verwendet wird. Oberhalb des Lichtwellenleiters 5 ist ein Bildgenerator 1 und eine Op tikeinheit 2 dargestellt. Beide zusammen werden oft auch als bildgebende Einheit oder PGU 100 bezeichnet. Die Optikeinheit 2 weist einen Spiegel 20 auf, mittels dessen das vom Bildgenerator 1 erzeugte und von der Optikeinheit 2 geformte Licht in Richtung des jeweiligen Einkoppelhologramms 53 umgelenkt wird. Der Bildgenerator 1 weist drei Lichtquellen 14R, 14G, 14B für die drei Elementarfarben auf. Man erkennt, daß die gesamte dargestellte Einheit eine im Vergleich zu ihrer lichtabstrahlenden Fläche geringe Gesamtbauhöhe aufweist. Fig 13 zeigt drei Lichtwellenleiter 5 im Längsschnitt. Der obere Lichtwellenleiter 5 weist eine ideal ebene obere Begren zungsflächen 501 auf und eine ideal ebene untere Begren zungsfläche 502, welche beide parallel zueinander angeordnet sind. Man erkennt, daß ein paralleles Lichtbündel LI, welches sich von links nach rechts im Lichtwellenleiter 5 ausbreitet, aufgrund der Parallelität und Ebenheit der oberen und unteren Begrenzungsflächen 501,502 im Querschnitt unverändert und parallel verbleibt. Der mittlere Lichtwellenleiter 5' weist obere und untere Begrenzungsflächen 501 ', 502' auf, die nicht vollkommen eben und auch nicht zumindest abschnittsweise pa rallel zueinander sind. Der Lichtwellenleiter 5' hat somit eine in Lichtausbreitungsrichtung variierende Dicke. Man erkennt, daß das Lichtbündel LI ' schon nach wenigen Reflexionen nicht mehr parallel ist und auch keinen homogenen Querschnitt aufweist. Der untere Lichtwellenleiter 5" hat obere und untere Begren zungsflächen 501", 502", die noch stärker von der Idealform abweichen als die oberen beiden. Das Lichtbündel LI" weicht somit ebenfalls noch stärker von der Idealform ab. Fig. 12 shows a spatial representation of a head-up display with three optical fibers 5R, 5G, 5B, which are arranged one above the other and each represent an elementary color red, green and blue. Together they form the optical waveguide 5. The holograms 51, 52, 53 present in the optical waveguides 5 are wavelength-dependent, so that one optical waveguide 5R, 5G, 5B is used for one of the elementary colors. An image generator 1 and an optical unit 2 are shown above the optical waveguide 5. Both together are often referred to as an imaging unit or PGU 100. The optics unit 2 has a mirror 20, by means of which the light generated by the image generator 1 and shaped by the optics unit 2 is deflected in the direction of the respective coupling hologram 53. The image generator 1 has three light sources 14R, 14G, 14B for the three elementary colors. It can be seen that the entire unit shown has a low overall height compared to its light-emitting surface. 13 shows three optical fibers 5 in longitudinal section. The upper optical waveguide 5 has an ideally flat upper limiting surface 501 and an ideally flat lower limiting surface 502, both of which are arranged parallel to one another. It can be seen that a parallel light bundle LI, which propagates from left to right in the optical waveguide 5, remains unchanged and parallel in cross section due to the parallelism and flatness of the upper and lower boundary surfaces 501, 502. The middle optical waveguide 5 'has upper and lower boundary surfaces 501', 502 'which are not completely flat and are not parallel to one another at least in sections. The optical waveguide 5 'thus has a thickness which varies in the direction of light propagation. It can be seen that the light bundle LI 'is no longer parallel after a few reflections and also has no homogeneous cross section. The lower optical waveguide 5 "has upper and lower limitation surfaces 501", 502 ", which deviate even more from the ideal shape than the upper two. The light beam LI" thus also deviates even more from the ideal shape.
Fig. 14 zeigt im rechten unteren Teil einen Lichtwellenleiter 5G, an dessen Beispiel eine erfindungsgemäße Lösung erläutert wird. Der Lichtwellenleiter 5G besteht aus einem Substrat 54, hier einem Glassubstrat, einer dünner holographischen Schicht, der Hologrammschicht 56, und einem weiteren Glassubstrat als Deckschicht 55. Dies ist links unten in einer Schnittdarstellung vergrößert dargestellt. 14 shows in the lower right part an optical waveguide 5G, the example of which explains a solution according to the invention. The optical waveguide 5G consists of a substrate 54, here a glass substrate, a thin holographic layer, the hologram layer 56, and a further glass substrate as a cover layer 55. This is shown enlarged in a sectional view at the bottom left.
Während der Herstellung des Lichtwellenleiters 5G befindet sich zunächst zwischen der Deckschicht 55 mit der Dicke DD und dem Substrat 54 mit der Dicke Ds, die im Abstand D zueinander fixiert werden, ein Zwischenraum 560. Dieser ist hier im Vergleich zur Dicke DD der Deckschicht und der Dicke DS des Substrats übertrieben dargestellt . In den Zwischenraum 560 wird während der Herstellung ein aushärtbares flüssiges Material eingefüllt. Dieses Material wird zum Schreiben eines Hologramms 51,52,53 belichtet und gegebenenfalls in einem weiteren oder gleichzeitig erfolgenden Schritt ausgehärtet. During the production of the optical waveguide 5G, there is initially an intermediate space 560 between the cover layer 55 with the thickness D D and the substrate 54 with the thickness D s , which are fixed at a distance D from one another. This is compared to the thickness DD of the cover layer and the thickness DS of the substrate exaggerated. A curable liquid material is filled into the intermediate space 560 during manufacture. This material is used to write a hologram 51,52,53 exposed and optionally cured in a further or simultaneous step.
Im oberen Teil der Abbildung erkennt man den Lichtwellenleiter 5G mit erfindungsgemäßen Abmessungen. Das Substrat 54 weist eine wesentlich größere Dicke Ds auf als die Dicke DD der Deckschicht 55. Auch hier ist die Dicke D der Hologramm Schicht 56 übertrieben dargestellt . In the upper part of the figure you can see the optical fiber 5G with dimensions according to the invention. The substrate 54 has a substantially greater thickness D s than the thickness D D of the cover layer 55. Here too, the thickness D of the hologram layer 56 is exaggerated.
Mit anderen Worten betrifft die Erfindung den Aufbau von Lichtwellenleitern 5,5R,5G,5B aus Substraten verschiedener Stärke. Ein herkömmliches Vollfar- ben-Lichtwellenleiter-Head-Up-Display, auch als In other words, the invention relates to the construction of optical waveguides 5,5R, 5G, 5B from substrates of different thicknesses. A conventional full-color fiber optic head-up display, also as
"Full-Color-Waveguide-Head-up-Display" bezeichnet, besteht aus drei übereinander liegenden monochromen Lichtwellenleitern 5R, 5G, 5B, jeweils einer für die Farbkomponente Rot, Grün, und Blau und jeweils bestehend aus Substrat 54, vorzugsweise aus Glas, dünner Hologrammschicht 56 mit Distanzelementen und einer Deckschicht 55, die üblicherweise ebenfalls aus Glas besteht. Durch die Auskoppelung und Überlagerung der drei Farben ergibt sich ein Mischfarbbild. Üblicherweise weisen dabei das Substrat 55 sowie die Deckschicht 55 eines monochromen Lichtwellenleiters 5,5R,5G,5B die gleiche Materialstärke auf. "Full-color waveguide head-up display", consists of three superimposed monochrome optical fibers 5R, 5G, 5B, one each for the color components red, green, and blue and each consisting of substrate 54, preferably made of glass, thin hologram layer 56 with spacer elements and a cover layer 55, which usually also consists of glass. By decoupling and overlaying the three colors, a mixed color image is obtained. The substrate 55 and the cover layer 55 of a monochrome optical waveguide 5, 5R, 5G, 5B usually have the same material thickness.
Dabei werden Glassubstrate einer Stärke größer als 1 mm ver wendet. Diese sind steif, was insbesondere ein blasenfreies Zusammenfügen der beiden Gläser zueinander sehr schwierig gestaltet. Ein kontrolliertes Abrollen des Glassubstrats der Deckschicht 55 auf dem mit flüssigem Material beschichteten Substrat 54 ist damit nicht möglich. Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird die Steifigkeit eines der Gläser, hier der Deck schicht 55, abgesenkt. Damit wird ein kontrolliertes Abrollen des Glases der Deckschicht 55 auf dem mit Material der hologra phischen Schicht beschichtetem Substrat 54 blasenfrei ermög licht . Die erfindungsgemäße Lösung beschreibt einen monochromen Lichtwellenleiter 5G aus zwei Gläsern, dem Substrat 54 und der Deckschicht 55, zwischen denen eine dünne holographische Schicht, die Hologrammschicht 56, angeordnet ist. Es kommen dabei zwei Gläser mit einem beträchtlichen Dickenunterschied zum Einsatz. Eines der Gläser weist eine Stärke von weniger als 1 mm, vorzugsweise weniger als 0,5 mm, insbesondere weniger als 0,1 mm, und somit eine verminderte Steifigkeit auf. Die Ge samtdicke des monochromen Lichtwellenleiters 5G bleibt im Vergleich zum aktuellen Stand der Technik konstant, sodaß das zweite Glas, das Substrat 54, entsprechend der Verringerung der Stärke des ersten Glases, der Deckschicht 55, stärker ausgeführt wird. Darüber hinaus ergeben sich durch Verwendung eines flexiblen Glases zur Herstellung monochromer Lichtwellenleiter 5G erhebliche Vorteile und Vereinfachungen im Rahmen der Herstellung . Glass substrates with a thickness greater than 1 mm are used. These are stiff, which makes bubble-free assembly of the two glasses very difficult. Controlled rolling of the glass substrate of the cover layer 55 on the substrate 54 coated with liquid material is therefore not possible. With the solution according to the invention, the rigidity of one of the glasses, here the cover layer 55, is lowered. This enables a controlled rolling of the glass of the cover layer 55 on the substrate 54 coated with material of the holographic layer without bubbles. The solution according to the invention describes a monochrome optical waveguide 5G consisting of two glasses, the substrate 54 and the cover layer 55, between which a thin holographic layer, the hologram layer 56, is arranged. Two glasses with a considerable difference in thickness are used. One of the glasses has a thickness of less than 1 mm, preferably less than 0.5 mm, in particular less than 0.1 mm, and thus has a reduced rigidity. The total thickness of the monochrome optical waveguide 5G remains constant in comparison with the current state of the art, so that the second glass, the substrate 54, is made stronger according to the reduction in the thickness of the first glass, the cover layer 55. In addition, the use of a flexible glass for producing monochrome 5G optical waveguides results in considerable advantages and simplifications in the course of production.
Im oberen Teil der Fig.14 ist eine Seitenansicht eines mono chromen Lichtwellenleiters 5G gemäß der Erfindung dargestellt. Das Substrat 54 weist eine Stärke größer als 1 mm auf. Durch eine dünne Hologrammschicht 56 getrennt wird eine dünne Deckschicht 56 aus Glas mit einer Stärke von wesentlich weniger als 1 mm dem Aufbau hinzugefügt. Üblicherweise weisen beide Gläser die gleiche Stärke auf. Durch die erfindungsgemäße Lösung unter schiedlicher Stärke verändert sich die Gesamtdicke des Aufbaus des monochromen Lichtwellenleiters 5G nicht. Die Stärke des einen Glases, hier des Substrats 54, wird um den Betrag erhöht, um den die Stärke des anderen Glases, hier der Deckschicht 55 verringert wird . In the upper part of FIG. 14, a side view of a monochrome chrome optical waveguide 5G according to the invention is shown. The substrate 54 has a thickness greater than 1 mm. Separated by a thin hologram layer 56, a thin cover layer 56 made of glass with a thickness of substantially less than 1 mm is added to the structure. Both glasses usually have the same thickness. The solution according to the invention with different strengths does not change the overall thickness of the structure of the monochrome optical waveguide 5G. The thickness of the one glass, here the substrate 54, is increased by the amount by which the thickness of the other glass, here the cover layer 55, is reduced.
Im Extremfall wird die Deckschicht 55 extrem dünn ausgeführt, sodaß sie nicht mehr zwangsläufig als Scheibenmaterial aus geführt werden braucht, sondern beispielsweise auch als In an extreme case, the cover layer 55 is made extremely thin, so that it no longer necessarily has to be made as a disk material, but also, for example, as
Dünnschicht abgeschieden, aufgedampft oder auf andere Art und Weise aufgebracht wird. Sie wird im Extremfall auch ganz weggelassen. Dann bildet die Hologrammschicht 56 die Oberfläche des Lichtwellenleiters. Die Anordnung der Schicht muß nicht so erfolgen, daß die Dünnschicht beziehungsweise die Deckschicht 55 zum Fahrer hin zeigt. Gemäß einer Variante ist vorgesehen, daß diese ins Geräteinnere zeigt. Zudem ist es vorteilhaft, die Funktion der Deckschicht 55 oder der aufgebrachten Dünnschicht mit anderen Funktionen zu kombinieren, zum Beispiel mit An- tireflexeigenschaften für Nutz- oder Störlicht, Polarisati onsanpassungen und ähnlichem mehr. Thin layer deposited, evaporated or applied in any other way. In extreme cases, it is also completely omitted. Then the hologram layer 56 forms the surface of the optical waveguide. The arrangement of the layer does not have to be that way take place that the thin layer or the cover layer 55 faces the driver. According to a variant, it is provided that it points into the interior of the device. In addition, it is advantageous to combine the function of the cover layer 55 or the applied thin layer with other functions, for example with anti-reflective properties for useful or stray light, polarization adjustments and the like.
Weitere Details sind den Ansprüchen oder der Beschreibungs- einleitung zu entnehmen. Es versteht sich, daß die angegebenen Maßnahmen auch in Abwandlung oder in anderer Kombination als den hier beschriebenen erfindungsgemäß Verwendung finden können. Further details can be found in the claims or the introduction to the description. It is understood that the measures given can also be used according to the invention in a modification or in a combination other than that described here.
Bezugs zeichenliste Reference character list
1 Bildgenerator 1 image generator
100 PGU (Bildgebende Einheit)  100 PGU (imaging unit)
10 Bildebene  10 image plane
101 Bereich (der Bildebene)  101 area (the image plane)
11 Anzeigeelement  11 display element
12 Bildgeber  12 imagers
121 Strahlteiler  121 beam splitters
122 Spiegel  122 mirrors
123 Spiegelebene  123 mirror plane
13, 131 Diffusor  13, 131 diffuser
14, 14R, 14G, 14B Lichtquelle 14, 14R, 14G, 14B light source
2 Optikeinheit 2 optics unit
20 Spiegel  20 mirrors
21 Faltspiegel  21 folding mirrors
22 gekrümmter Spiegel  22 curved mirror
221 Lagerung  221 storage
23 transparente Abdeckung  23 transparent cover
24 optische Folie  24 optical film
25 Blendschutz  25 glare protection
3 Spiegeleinheit 3 mirror unit
31 Windschutzscheibe  31 windshield
4 Steuereinheit 4 control unit
5 Lichtwellenleiter 5 optical fibers
500 Stapel (von Lichtwellenleitern) 500 stacks (of optical fibers)
501 obere Begrenzungsfläche 501 upper boundary surface
502 untere Begrenzungsfläche  502 lower boundary surface
503 linke Begrenzungsfläche  503 left boundary surface
504 rechte Begrenzungsfläche  504 right boundary surface
505 vordere Begrenzungsfläche  505 front boundary surface
506 hintere Begrenzungsfläche 51 Falthologramm 506 rear boundary surface 51 folding hologram
510 erster Lichtwellenleiter (in y-Richtung aufweitend)510 first optical waveguide (widening in the y direction)
52 Auskoppelhologramm 52 decoupling hologram
520 zweiter Lichtwellenleiter (in x-Richtung aufwei tend) 520 second optical waveguide (pointing in the x direction)
522 Spiegelebene  522 mirror plane
523 Spiegelebene  523 mirror plane
53 Einkoppelhologramm  53 coupling hologram
530 dritter Lichtwellenleiter (einkoppelnd) 530 third optical fiber (coupling)
54 Substrat  54 substrate
55 Deckschicht  55 top layer
551 Dünnschicht 551 thin film
56 Hologrammschicht  56 hologram layer
560 Zwischenraum 560 space
61 Auge 61 eye
62 Eyebox  62 eyebox
63 Betrachtungsebene  63 Viewing level
64 Störlichtquelle  64 Interference light source
A Apertur A aperture
D Abstand  D distance
DD Dicke Deckschicht D D Thick top layer
Ds Dicke Substrat D s thick substrate
DS1 DS5 diffus gestreute Strahlen  DS1 DS5 diffuse scattered rays
LI L4 Licht  LI L4 light
LSI, LS2 Lichtstrahlen  LSI, LS2 light rays
PI ... P4 Punkt (auf der Bildebene) PI ... P4 point (on the image plane)
SB1 , SB2 Strahlenbündel SB1, SB2 beams
SL Sonnenlicht SL sunlight
VB virtuelles Bild VB virtual image

Claims

Patentansprüche claims
1) Lichtwellenleiter für ein Head-Up-Display, aufweisend 1) Optical fiber for a head-up display, having
- ein Substrat (54),  - a substrate (54),
- eine Deckschicht (55) ,  - a cover layer (55),
- eine zwischen diesen befindliche optisch aktive Schicht (56) ,  an optically active layer (56) located between them,
wobei die Dicke (Dd) der Deckschicht (55) wesentlich geringer ist als die Dicke (Ds) des Substrats (54) . wherein the thickness (D d ) of the cover layer (55) is substantially less than the thickness (D s ) of the substrate (54).
2) Lichtwellenleiter gemäß Anspruch 1, wobei die Deckschicht (55) eine Glasplatte mit einer Dicke (Dd) kleiner als 1 mm ist, vorzugsweise kleiner als 0,5 mm. 2) Optical waveguide according to claim 1, wherein the cover layer (55) is a glass plate with a thickness (D d ) less than 1 mm, preferably less than 0.5 mm.
3) Lichtwellenleiter gemäß Anspruch 1, wobei die Deckschicht (55) eine auf die optisch aktive Schicht (56) aufgedampfte oder aus einer Flüssigkeit abgeschiedene Dünnschicht () ist. 3) Optical waveguide according to claim 1, wherein the cover layer (55) is a thin layer () vapor-deposited on the optically active layer (56) or deposited from a liquid.
4) Lichtwellenleiter gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Deckschicht (55) eine weitere optische Funkti onsschicht aufweist. 4) Optical waveguide according to one of the preceding claims, wherein the cover layer (55) has a further optical function layer.
5) Head-Up-Display mit zumindest zwei Lichtwellenleitern 5) Head-up display with at least two optical fibers
(5R,5G,5B) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Deckschicht ( 55R, 55G, 55B) zumindest eines der Licht wellenleiter (5R,5G,5B) auf der zumindest einem anderen Lichtwellenleiter (5R,5G,5B) zugewandten Seite des  (5R, 5G, 5B) according to one of the preceding claims, wherein the cover layer (55R, 55G, 55B) at least one of the optical waveguides (5R, 5G, 5B) on the at least one other optical waveguide (5R, 5G, 5B) facing of
Lichtwellenleiters (5R,5G,5B) angeordnet ist.  Optical waveguide (5R, 5G, 5B) is arranged.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002350849A (en) * 2001-05-25 2002-12-04 Citizen Electronics Co Ltd Front light of liquid crystal display device
US20160124223A1 (en) 2014-10-29 2016-05-05 Seiko Epson Corporation Virtual image display apparatus
US20160349517A1 (en) * 2014-02-21 2016-12-01 Asahi Glass Company, Limited Light guide element and image display device
US20170368723A1 (en) * 2015-01-14 2017-12-28 Covestro Deutschland Ag Method for producing an optical cast body having a holographic optical element, and optical cast body
WO2018012108A1 (en) * 2016-07-12 2018-01-18 ソニー株式会社 Dimming device, image display device, and display device

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002350849A (en) * 2001-05-25 2002-12-04 Citizen Electronics Co Ltd Front light of liquid crystal display device
US20160349517A1 (en) * 2014-02-21 2016-12-01 Asahi Glass Company, Limited Light guide element and image display device
US20160124223A1 (en) 2014-10-29 2016-05-05 Seiko Epson Corporation Virtual image display apparatus
US20170368723A1 (en) * 2015-01-14 2017-12-28 Covestro Deutschland Ag Method for producing an optical cast body having a holographic optical element, and optical cast body
WO2018012108A1 (en) * 2016-07-12 2018-01-18 ソニー株式会社 Dimming device, image display device, and display device

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