WO2020120297A1 - Verfahren zur herstellung eines holografisch-optischen bauelements (hoe), welches zur projektion in einem projektionssystem vorgesehen ist, ein solches holografisch-optisches bauelement, projektionsvorrichtung, brillenglas für eine datenbrille sowie eine solche datenbrille - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines holografisch-optischen bauelements (hoe), welches zur projektion in einem projektionssystem vorgesehen ist, ein solches holografisch-optisches bauelement, projektionsvorrichtung, brillenglas für eine datenbrille sowie eine solche datenbrille Download PDF

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    • G03H2270/55—Substrate bearing the hologram being an optical element, e.g. spectacles

Definitions

  • a method for producing a holographic-optical component which is provided for projection in a projection system, such a holographic-optical component, projection device, spectacle lens for a pair of data glasses and such data glasses
  • the present invention relates to a method for producing a
  • holographic-optical component which is provided for projection in a projection system, such a holographic-optical
  • Component Component, a projection device, an eyeglass lens for data glasses and such data glasses.
  • a projection device for data glasses is disclosed in the document DE 2016 201 567 A1.
  • the projection device comprises one
  • Image generation unit for generating at least one first light beam representing first image information and a second light beam representing second image information.
  • the first light beam and the second light beam differ from one another in terms of beam divergence.
  • the first image information and the second image information differ from one another in terms of perceptible image sharpness.
  • the projection device comprises at least one deflection element which is designed to display the first image information using the first light beam within a first field of view of an eye and to display the second image information using the second light beam within a second field of vision of the eye located outside the first field of vision.
  • a holographic layer can be used, for example, when recording with a divergent and a convergent spherical wave are illuminated, so that when playing with one of the two spherical waves, the light on the holographic layer is diffracted such that it is deflected into a second convergent spherical wave. This method allows light to be deflected in
  • HOE If such a HOE is illuminated locally with a Gaussian beam, e.g. starting from the position of the point source, it is deflected in the direction of the target point to which the convergent spherical wave, which was used to accommodate the spherical wave deflector, would run.
  • near-to-eye displays are known from the prior art, which are based on holographic deflection elements.
  • RSD retina scanner displays
  • MEMS mirror to scan a beam over the holographic deflection elements, which in turn sends them to the user's pupil deflected so that light stimuli can be placed directly on the retina through the targeted control of the light source and mirror.
  • HMD helmet-mounted or head-mounted
  • HWD head-worn displays
  • VR Virtual Reality
  • AR augmented reality
  • mixed reality devices offers interesting opportunities for situation-related and individualized information provision in work and everyday life.
  • HMDs Due to high costs and bulky optics, HMDs are still primarily used in the military sector. However, civilian professional groups and consumers in everyday life and leisure can be of a handy and
  • HMDs large-scale consumer products can be successfully placed on the market.
  • a major challenge here are, for example, mutually influencing requirements for the optical and mechanical specifications.
  • HMDs with relatively voluminous optics, possibly in combination with several sensors and cameras, which display more sophisticated images and interactions between the
  • a laser-based retina scanner In contrast to most other concepts, an imaging optic is not used here, which fades an image of a display area into the user's field of vision via an imaging system. Instead, a beam is generated here by means of at least one, in the case of polychromatic systems also by means of several laser sources, which beam can be directed via a MEMS (Micro-Electro-Mechanical-System) mirror and can be scanned by deflecting the mirror over the retina. Due to the latency in the human visual system, the impression of a flat image or of superimposed image contents can thus be generated by specifically controlling the mirror and laser source.
  • MEMS Micro-Electro-Mechanical-System
  • Propagation of a Gaussian beam through a refractive lens is primarily described using the wavelength and beam waist of the input beam as well as the focal length of the lens and the position of the beam waist with respect to the lens, analogous to the object-side focal length in the imaging optics.
  • Deflection elements for example a spherical wave deflector, with a Gaussian beam is deflected into a reflection angle at a corresponding angle of incidence, the angle of reflection here generally not being equal to the angle of incidence.
  • the diffraction on the holographic layer leads to the impressing of additional phase terms, which can lead to a deviation of the propagation behavior from the free space propagation over a comparable distance.
  • important beam parameters such as the radius and position of the beam waist, are influenced by the HOE in addition to the free space propagation, which lead to considerable deviations from the expected
  • a beam profile of a Gaussian beam deflected by a spherical wave deflector is generally not symmetrical.
  • a projection system or projector can be an optical device with which a two-dimensional template, e.g. an image that is mapped onto a projection surface or image surface.
  • the projection system can also be a
  • a hologram is recorded by bringing a first Gaussian beam and a second Gaussian beam into interference for at least two different configurations on a holographic film.
  • the interference on the holographic film is exposed so long that a sub-hologram is recorded.
  • the laser or lasers that generate the first and second Gaussian beams are turned off in the process between the different configurations.
  • the laser or the lasers can be blocked by means of a movable diaphragm and / or temporarily diverted into a beam trap via a movable mirror.
  • Each configuration of the at least two different configurations of the first or second Gaussian beam is characterized by at least one beam property.
  • Beam property selected from a list which has a direction of propagation, a size of a beam waist or a position of the beam waist.
  • a size of the beam waist for a Gaussian beam along orthogonal spatial directions, which are perpendicular to the direction of propagation is selected from a list which has a direction of propagation, a size of a beam waist or a position of the beam waist.
  • Ellipticity or a beam radius on the HOE may also be part of the above list.
  • a Gaussian beam is understood to mean the basic spatial mode TEM00.
  • the intensity profile is along a first
  • Direction of propagation perpendicular spatial direction a Gaussian distribution.
  • This first spatial direction can be called the x-axis.
  • the distribution along the direction of propagation which is called the z-axis, has a beam waist at a specific point xO.
  • the Gaussian beam also has a Gaussian intensity distribution along a second spatial direction, which is perpendicular to the first spatial direction and is called the y-axis.
  • the position along the z-axis at which this distribution has a minimal extent does not have to coincide with the position xO, but may be another position which is called yO.
  • yO Generally that is
  • Intensity distribution of such a Gaussian beam in the xy plane is elliptical.
  • Each configuration can be characterized by different beam parameters.
  • Each configuration can e.g. have identical or identical beam parameters for a subset of the beam parameters and have different beam parameters for the complementary subset of the beam parameters.
  • An example of this is, for example, that the direction of propagation is different for each configuration, but the beam parameters are otherwise the same or the same within a predetermined range, for example the beam can be rotationally symmetrical for each configuration and a distance of the beam waist from the HOE can be different for each configuration be equal.
  • the second Gaussian beam has a similar ellipticity for all configurations, e.g. for all angular positions of the reflection element, i.e. that the ellipticity for all angular positions is within a predetermined range.
  • the first Gaussian beam is a reference beam, which is identical for at least two different configurations with a reconstruction beam or a reference beam with which the HOE is reconstructed.
  • the reconstruction beam can have different beam properties for different configurations.
  • the reconstruction beam for the different configurations using different lasers with different optics.
  • the first Gaussian beam is preferably directed onto the holographic film with the aid of a scanning unit which can be used in a retina scanner.
  • the first Gaussian beam is preferably generated using a laser beam source, the generated laser beam being directed onto the holographic film using a reflection element.
  • the reflection element can alternatively be called a scanning mirror or MEMS (micro-electro-mechanical system) mirror.
  • optical element is one
  • Hologram or HOE is used in data glasses with the same scanning unit.
  • the second Gaussian beam is an object beam which, when the HOE is reconstructed using the reconstruction beam, is identical to a projection beam which is used for projection in the projection system.
  • the at least two are different
  • Configurations for the projection beam predefined at least one beam property, which depends in each case on predefined projection properties of the projection system.
  • HOE produced by local lighting with a Gaussian beam with predetermined, precisely defined beam properties generates a Gaussian beam, which in particular precisely meets the requirements of a
  • Projection system can be adapted.
  • the HOE is produced by the first Gaussian beam at a first predetermined angle and the second Gaussian beam at a second predetermined angle illuminate the holographic film such that the first Gaussian beam and the second Gaussian beam each illuminate the holographic film locally, i. h at a local point.
  • an HOE which is produced with the method is also called holographic Gaussian beam deflector.
  • a quality function is optimized for the second Gaussian beam. This advantageously ensures that predefined properties of the second Gaussian beam can be optimized, in particular can be adapted to the projection system.
  • the quality function is a weighted sum function which is used for the at least two
  • the quantity derived from the at least one beam property can be e.g. a spot size, a symmetry of the Gaussian beam, an ellipticity of the spot, or other quantities derived from the at least one beam property.
  • Another derived quantity can be one
  • the hologram is on
  • Reflection hologram or has a reflection hologram.
  • this feature has the advantage that the HOE can be used, for example, on a spectacle lens in a retina scanner.
  • the holographic film is arranged flat, or in particular applied, on a flat substrate, carrier substrate.
  • the holographic film can be curved or curved, in particular curved in the same way as a surface of one Eyeglass lenses. This advantageously means that the HOE produced by the method can be used on a spectacle lens in a retina scanner.
  • the HOE is made according to a method described above. It can be used in a projection system mentioned above. Such an HOE produced using the method described above can be used, for example, in a retina scanner or in another portable near-eye display.
  • the projection device is provided for data glasses.
  • the projection device has a light source for emitting a light beam, an HOE arranged or arrangable on a spectacle lens of the data glasses for projecting an image onto a retina of a user of the data glasses by deflecting the one light beam in the direction of a user's eye lens and / or focusing the one light beam and a beam deflecting element for reflecting the light beam onto the HOE.
  • the HOE is preferably a holographic-optical one described above
  • the spectacle lens is provided for data glasses, a holographic optical component being arranged on a surface of the spectacle lens.
  • the HOE is preferably arranged on the surface of the spectacle lens which faces the user or an eye of the user.
  • the data glasses have at least one spectacle lens according to the preceding claim.
  • the data glasses preferably have one described above
  • the HOE, the spectacle lens and the data glasses have the same or similar advantages as the method described above.
  • FIG. 1A shows a picture
  • FIG. 1B shows a reconstruction of a
  • FIGS. 2A, 2B and 2C show the deflection behavior of a spherical shaft deflector in the event that a Gaussian beam strikes the spherical shaft deflector.
  • Figure 3 shows a schematic flow diagram of a method according to an embodiment of the invention.
  • Figure 4 shows an arrangement for receiving an HOE according to a
  • FIG. 5 shows a reconstruction of the HOE, the manufacture of which is illustrated in FIG. 4.
  • FIG. 6 shows an arrangement for receiving an HOE according to a further embodiment of the invention.
  • FIG. 7 shows a reconstruction of the HOE, the manufacture of which is illustrated in FIG. 6.
  • FIG. 8 shows a schematic illustration of a projection device according to one embodiment.
  • FIG. 9 schematically shows data glasses in accordance with an embodiment in an isometric representation.
  • FIG. 1 shows a recording in partial FIG. 1A and in partial FIG. 1B the reconstruction or playback of an HOE, in particular a deflecting HOE, in the present case a spherical wave deflector of the prior art.
  • 1A shows a holographic film 200 on which the light source two
  • the first spherical wave 204 is divergent, is emitted from the point 202 and, in the view of the partial FIG. 1A, strikes the holographic film 200 from the right.
  • the second spherical wave 208 is convergent and in the view of sub-figure 1A from left to right
  • holographic film 200 and would be focused on point 206 without the holographic film 200.
  • An interference pattern is thus recorded on the holographic film 200, from which the HOE 210, in particular the deflection HOE or the spherical wave deflector 211, is produced.
  • FIG. 1B shows how the convergent spherical shaft 208 is reconstructed with the aid of the divergent spherical shaft 204, which now strikes the finished HOE 210, in particular the deflecting HOE.
  • FIG. 2 shows how the spherical shaft deflector 211 according to the prior art serves locally as a deflecting element for an incident Gaussian beam.
  • FIG. 2A shows how a Gaussian beam, which in the view of FIG. 2A, which is identical to the views of FIGS. 1A and 1B, hits the spherical shaft deflector 211 at the very top, is point 206.
  • FIG. 2B shows how a Gaussian beam, which strikes the spherical shaft deflector 211 in the middle, is diffracted to the point 206.
  • FIG. 2C shows how a Gaussian beam, which strikes the spherical shaft deflector 211 at the very bottom, is diffracted to the point 206.
  • the diffraction on the holographic layer of the spherical wave deflector 211 leads to an impression of additional phase terms, which may lead to a deviation of the propagation behavior from the free space propagation over a comparable distance.
  • This can lead to important beam parameters, e.g. Radius and position of the beam waist are influenced by the spherical shaft deflector 211 in addition to the free space propagation, which can lead to considerable deviations from the expected system properties.
  • FIG. 3 shows a method 300 for producing a holographic-optical component (HOE), which is provided for projection in a projection system.
  • HOE holographic-optical component
  • a first step 310 it is determined which beam properties a
  • Projection beam must have, which is used for the given projection system.
  • the beam property of the rotational symmetry is optimized.
  • a second Gaussian beam deflected by the HOE 210, which also Object beam is called is different for the used
  • a quality function for the second Gaussian beam is optimized to adapt the second Gaussian beam to the projection system.
  • the quality function is a weighted sum function, which for the different configurations and for a given location between the HOE 210 and a projection surface each has a summand which is a measure of the ellipticity of the respective beam.
  • the required beam properties of the second Gaussian beam for the different configurations are obtained from the optimization.
  • a reflection hologram is recorded by a first Gaussian beam and a second Gaussian beam for the different ones
  • Configurations on a flat holographic film are brought to interference.
  • the first Gaussian beam and the second Gaussian beam are irradiated onto the film from different sides.
  • the first Gaussian beam is a reference beam which is used for the
  • FIG. 4 shows how, for three different configurations, a first Gaussian beam 212 and a second Gaussian beam 214 are brought to interference on the holographic film 200, whereby a hologram, HOE 210, in particular a deflection HOE, is recorded.
  • Both the first Gaussian beam 212 and the second Gaussian beam are generated using a laser beam source 104, which is first collimated by a collimator 114 and then focused using a lens 115 of a suitable focal length.
  • the first Gaussian beam 212 is a reference beam, which is identical for the three different configurations with a reconstruction beam 216, with which the HOE is reconstructed in the projection system.
  • the reconstruction beam can be seen in FIG. 5, which is explained below.
  • the first Gaussian beam 212 can have different beam properties.
  • the second Gaussian beam 214 is an object beam which, when reconstructing the HOE 210 using the reconstruction beam 216, is identical to a projection beam 218 which is used in the projection system for projection.
  • the second Gaussian beam 214 can have different beam properties.
  • the beam properties beam waist and position thereof are predefined for the second Gaussian beam 214 or the projection beam 218. These beam properties of the projection beam 218 depend on the predetermined projection properties of the
  • the first Gaussian beam 212 and the second Gaussian beam 214 meet the holographic film 200 at a first location 220.
  • the first Gaussian beam 212 and the second Gaussian beam 214 hit the holographic film 200 at a second location 222.
  • the first Gaussian beam 212 and the second Gaussian beam 214 meet the holographic film 200 at a third location 224.
  • Subholograms are thus recorded at the first location 220, at the second location 222 and at the third location 224. After recording the three sub-holograms, the finished HOE 210 is created.
  • FIG. 5 shows how the HOE 210, the recording of which was explained with reference to FIG. 4, is played or reconstructed.
  • the first Gaussian beam 212 which was used to record the HOE 210, is identical to the reconstruction beam 216, which is shown in FIG. 5. If the reconstruction beam 216 hits the HOE 210, it is deflected by the HOE 210 into a projection beam 218, which is identical to the second one Gaussian beam 214, which was used to hold the HOE 210. This applies to all 3 configurations.
  • the HOE 210 of FIG. 5 has the advantage over the HOE 210 of FIG. 2A, 2B or 2C that the projection beam 218 is rotationally symmetrical.
  • FIG. 6 essentially corresponds to FIG. 4.
  • the three configurations of the first Gaussian beam 212 differ, however, in that they were generated by one and the same laser beam, in that the one emitted by the laser beam source 104, collimated by the collimator 114 and focused by the lens 115 Laser beam is deflected differently by a scanable beam deflecting element 226.
  • the 3 configurations of the second Gaussian beam 214 are also generated by a single laser beam source 104 by the
  • Laser beam source 104 together with collimator 114 and lens 115 is pivoted around point 206. This is indicated by the arrow P in FIG.
  • FIG. 7 shows a reconstruction or playback of the HOE 210, which was obtained by the method explained in FIG. 6.
  • FIG. 8 shows the principle of operation of the projection device 100.
  • a light beam 106 emitted by a laser diode as the light source 104 is collimated by means of a lens as the collimation element 114 and in the direction of a
  • Micromirror performed as a reflection element 112.
  • the reflection element 112 deflects the light in the direction of the deflection element 102 listed as HOE.
  • the deflection element 102 is applied to a spectacle lens 402.
  • the light beam 106 deflected by the deflecting element 102 then strikes the eye and an eye lens 108, from where the light beam 106 is focused on the retina 110 of an eyeball 107 of a user.
  • the light source 104 is arranged in a housing 105 fastened to the spectacle frame 120.
  • the collimation element 114 is arranged at the output of the housing 105. The light source 104, the collimation element 114 and the
  • Reflection element 112 can be accommodated in a common housing (not shown), the light beam 106 reflected by reflection element 112 being coupled out through a window arranged on one side of the housing.
  • This housing can be on the temple 118 or on
  • FIG. 9 shows a schematic illustration of data glasses 400 with a projection device 100 according to an exemplary embodiment.
  • Projection device 100 has scanner optics 152 and the deflection element 102.
  • the scanner optics 152 is arranged in the housing 105 and sends a light beam 106 (not shown) through the entrance window 148 onto the deflection element 102.
  • the data glasses 400 have glasses 402 on which the deflection element 102 is arranged.
  • the deflection element 102 is realized as part of the spectacle lens 402.
  • the deflection element 102 is implemented as a separate element and connected to the spectacle lens 402 by means of a suitable joining method.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (100) zur Herstellung eines holografischoptischen Bauelements (HOB) (210), welches zur Projektion in einem Projektionssystem vorgesehen ist. Gemäß dem Verfahren 100 wird ein Hologramm (210) aufgenommen, indem ein erster Gaußstrahl (212) und ein zweiter Gaußstrahl (214) für mindestens zwei unterschiedliche Konfigurationen auf einem holografischen Film (200) zur Interferenz gebracht werden. Hierbei ist der erste Gaußstrahl (212) ein Referenzstrahl, welcher für die mindestens zwei unterschiedlichen Konfigurationen identisch ist mit einem Rekonstruktionsstrahl, mit welchem das HOB (210) rekonstruiert wird. Ferner ist der zweite Gaußstrahl (214) ein Objektstrahl ist, welcher bei der Rekonstruktion des HOE (210) unter Benutzung des Rekonstruktionsstrahls identisch ist mit einem Projektionsstrahl, welcher in dem Projektionssystem zur Projektion verwendet wird. Für die mindestens zwei unterschiedlichen Konfigurationen für den zweiten Gaußstrahl (214) ist mindestens eine Strahleigenschaft vorgegeben, welche jeweils von vorgegebenen Projektionseigenschaften des Projektionssystems abhängt.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren zur Herstellung eines holografisch-optischen Bauelements (HOE), welches zur Projektion in einem Projektionssystem vorgesehen ist, ein solches holografisch-optisches Bauelement, Projektionsvorrichtung, Brillenglas für eine Datenbrille sowie eine solche Datenbrille
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines
holografisch-optischen Bauelements (HOE), welches zur Projektion in einem Projektionssystem vorgesehen ist, ein solches holografisch-optisches
Bauelement, eine Projektionsvorrichtung, ein Brillenglas für eine Datenbrille sowie eine solche Datenbrille.
Stand der Technik
In der Druckschrift DE 2016 201 567 Al ist eine Projektionsvorrichtung für eine Datenbrille offenbart. Die Projektionsvorrichtung umfasst eine
Bilderzeugungseinheit zum Erzeugen zumindest eines eine erste Bildinformation repräsentierenden ersten Lichtstrahls und eines eine zweite Bildinformation repräsentierenden zweiten Lichtstrahls. Der erste Lichtstrahl und der zweite Lichtstrahl unterscheiden sich hinsichtlich einer Strahldivergenz voneinander.
Des Weiteren unterscheiden sich die erste Bildinformation und die zweite Bildinformation hinsichtlich einer wahrnehmbaren Bildschärfe voneinander.
Ferner umfasst die Projektionsvorrichtung zumindest ein Umlenkelement, das ausgebildet ist, um die erste Bildinformation unter Verwendung des ersten Lichtstrahls innerhalb eines ersten Sichtbereichs eines Auges darzustellen und die zweite Bildinformation unter Verwendung des zweiten Lichtstrahls innerhalb eines außerhalb des ersten Sichtbereichs befindlichen zweiten Sichtbereichs des Auges darzustellen.
Offenbarung der Erfindung
Bei Kugelwellenumlenkern, welches klassische, analoge Hologramme sind, kann beispielsweise eine holografische Schicht bei der Aufnahme mit einer divergenten und einer konvergenten Kugelwelle beleuchtet werden, so dass beim Abspielen mit einer der beiden Kugelwellen das Licht an der holografischen Schicht derart gebeugt wird, dass es in eine zweite konvergente Kugelwelle umgelenkt wird. Dieses Verfahren ermöglicht die Ablenkung von Licht in
Konfigurationen, die nicht dem Reflexionsgesetz unterliegen.
Beleuchtet man ein solches HOE lokal mit einem Gauß-Strahl, z.B. ausgehend von der Position der Punktquelle, so wird dieser in Richtung des Zielpunkts abgelenkt, auf welchen die konvergente Kugelwelle, welche zur Aufnahme des Kugelwellenumlenkers verwendet wurde, zulaufen würde.
Zudem sind aus dem Stand der Technik Near-To-Eye Displays bekannt, die auf holografischen Umlenkelementen basieren.
Andere Near-To-Eye Displays, die auf holografischen Umlenkelementen basieren, sind als Retina Scanner Displays (RSD) bekannt und verwenden (mindestens) einen MEMS-Spiegel, um einen Strahl über das holografische Umlenkelemente zu scannen, welches diesen wiederum zur Pupille des Nutzers umlenkt, so dass durch die gezielte Ansteuerung von Lichtquelle und Spiegel Lichtreize direkt auf der Retina platziert werden können.
Die Entwicklung von Helmet-Mounted- bzw. Head-Mounted- (HMD) oder Head- Worn-Displays (HWD) ist seit den Sechzigerjahren des 20. Jahrhunderts ein aktives Forschungsgebiet. Eine Ausprägung sind Virtual Reality (VR) Systeme. Vor allem ist es aber die Entwicklung von Augmented Reality (AR) oder Mixed- Reality-Geräten, die interessante Möglichkeiten zur situationsbedingten und individualisierten Informationsbereitstellung in Beruf und Alltag in Aussicht stellt.
Aufgrund hoher Kosten und sperriger Optiken sind HMDs bis heute vorrangig im militärischen Bereich im Einsatz. Allerdings können auch zivile Berufsgruppen und Konsumenten in Alltag und Freizeit von einem handlichen und
kostengünstigen HMD-Gerät profitieren. Bislang konnte aber noch kein
Verbraucherprodukt in Großserie erfolgreich am Markt platziert werden. Eine große Herausforderung sind hierbei z.B. sich wechselseitig beeinflussende Anforderungen an die optischen und mechanischen Spezifikationen. Es gibt derzeit zwei unterschiedliche Arten von HMDs auf dem Markt. Einerseits sind dies leichte, handliche HMDs, deren bildgebendes und sensorisches System möglichst klein gehalten wird, weshalb sie auch nur einen begrenzten
Funktionsumfang aufweisen. Andererseits gibt es HMDs mit relativ voluminösen Optiken gegebenenfalls in Kombination mit mehreren Sensoren und Kameras, die anspruchsvollere Bilddarstellungen und Interaktionen zwischen der
Umgebungswahrnehmung und der überlagerten Bildinformation ermöglichen, jedoch deutlich größer, schwerer und weniger ergonomisch in der Handhabung sind.
Ein Ansatz, um anspruchsvolle Bildgebung mit einer möglichst platzsparenden Bauform zu realisieren, besteht in einem laserbasierten Retinascanner. Im Gegensatz zu den meisten anderen Konzepten wird hierbei nicht eine abbildende Optik verwendet, die ein Bild einer Displayfläche über ein abbildendes System in das Blickfeld des Nutzers einblendet. Stattdessen wird hier mittels mindestens einer, bei polychromatischen Systemen auch mittels mehrerer Laserquellen, ein Strahl erzeugt, der über einen MEMS (Micro-Electro-Mechanical-System)- Spiegel gelenkt und mittels Auslenkung des Spiegels über die Netzhaut gescannt werden kann. Durch die Latenzzeit im menschlichen visuellen System kann somit durch gezielte Ansteuerung von Spiegel und Laserquelle der Eindruck eines flächigen Bildes oder von überlagerten Bildinhalten erzeugt werden. Der Vorteil dieses Systemkonzepts besteht in der geringen Anzahl an optischen
Komponenten, die zudem nur geringen Bauraum beanspruchen.
Es ist bekannt, dass die Freiraumpropagation eines Gaußstrahls in erster Linie von der Wellenlänge und dem Radius der Strahltaille bestimmt ist. Die
Propagation eines Gaußstrahls durch eine refraktive Linse wird in erster Linie mittels Wellenlänge und Strahltaille des Eingangsstrahls sowie der Brennweite der Linse und der Lage der Strahltaille bzgl. der Linse, analog der objektseitigen Schnittweite in der abbildenden Optik, beschrieben.
Bei der Beleuchtung eines klassischen, analogen holografischen
Umlenkelements, z.B. eines Kugelwellenumlenkers, mit einem Gaußstrahl wird dieser bei entsprechendem Einfallswinkel in einen Ausfallswinkel abgelenkt, wobei hier im Allgemeinen der Ausfallswinkel nicht gleich dem Einfallswinkel ist. Allerdings führt die Beugung an der holografischen Schicht zur Aufprägung zusätzlicher Phasenterme, die zu einer Abweichung des Propagationsverhaltens von der Freiraumpropagation über eine vergleichbare Entfernung führen können. Dies führt dazu, dass wichtige Strahlparameter, wie z.B. Radius und Lage der Strahltaille, durch das HOE zusätzlich zur Freiraumpropagation beeinflusst werden, die zu erheblichen Abweichungen von den erwarteten
Systemeigenschaften führen kann. Insbesondere ist ein Strahlprofil eines von einem Kugelwellenumlenker umgelenkten Gaußstrahls in der Regel nicht symmetrisch.
Das vorliegende Verfahren dient der Herstellung eines holografisch-optischen Bauelements, welches zur Projektion in einem Projektionssystem vorgesehen ist. Ein Projektionssystem oder Projektor kann hierbei ein optisches Gerät sein, mit dem eine zweidimensionale Vorlage, z.B. ein Bild, auf eine Projektionsfläche oder Bildfläche abgebildet wird. Das Projektionssystem kann auch ein
Retinascanner sein.
Gemäß dem Verfahren wird ein Hologramm aufgenommen, indem ein erster Gaußstrahl und ein zweiter Gaußstrahl für mindestens zwei unterschiedliche Konfigurationen auf einem holografischen Film zur Interferenz gebracht werden.
Hierbei wird für jede Konfiguration die Interferenz auf dem holographischen Film so lange belichtet, dass ein Subhologramm aufgenommen wird. In der Regel wird der Laser oder werden die Laser, welche den ersten und zweiten Gauß-Strahl erzeugen, beim Verfahren zwischen den unterschiedlichen Konfigurationen ausgeschaltet. Alternativ oder zusätzlich kann der Laser oder können die Laser mittels einer beweglichen Blende blockiert und / oder über einen beweglichen Spiegel temporär in eine Strahlfalle umgeleitet werden.
Jede Konfiguration der mindestens zwei unterschiedlichen Konfigurationen des ersten oder zweiten Gaußstrahls ist charakterisiert durch mindestens eine Strahleigenschaft.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die mindestens eine
Strahleigenschaft ausgewählt aus einer Liste, welche eine Ausbreitungsrichtung, eine Größe einer Strahltaille oder eine Position der Strahltaille aufweist. Hierbei kann eine Größe der Strahltaille für einen Gaußstrahl entlang orthogonaler Raumrichtungen, welche senkrecht zur Ausbreitungsrichtung stehen,
unterschiedlich sein. Es kann also eine Strahltaille für eine x-Achse und eine Strahltaille für eine y-Achse geben. Eine Position dieser beiden Strahltaillen kann entlang der Ausbreitungsrichtung unterschiedlich sein. Ferner kann eine
Elliptizität oder ein Strahlradius auf dem HOE auch Teil der oben genannten Liste sein.
Unter einem Gauß-Strahl wird hierbei die räumliche Grundmode TEM00 verstanden. Hierbei ist das Intensitätsprofil entlang einer ersten zur
Ausbreitungsrichtung senkrechten Raumrichtung eine Gaußverteilung. Diese erste Raumrichtung kann x- Achse genannt werden. Hierbei weist die Verteilung entlang der Ausbreitungsrichtung, welche z-Achse genannt wird, in einer bestimmten Stelle xO eine Strahltaille auf. Der Gauß-Strahl weist entlang einer zweiten Raumrichtung, welche zur ersten Raumrichtung senkrecht ist und y- Achse genannt wird, ebenfalls eine gaußförmige Intensitätsverteilung auf. Jedoch muss die Stelle entlang der z-Achse, an der diese Verteilung eine minimale Ausdehnung hat, nicht mit der Stelle xO übereinstimmen, sondern kann eine andere Stelle sein, welche yO genannt wird. Im Allgemeinen ist die
Intensitätsverteilung eines solchen Gauß-Strahls in der xy- Ebene elliptisch.
Jede Konfiguration kann durch unterschiedliche Strahlparameter charakterisiert sein. Jede Konfiguration kann z.B. für eine Teilmenge der Strahlparameter identische oder gleiche Strahlparameter aufweisen und für die komplementäre Teilmenge der Strahlenparameter unterschiedliche Strahlparameter aufweisen. Ein Beispiel hierfür ist zum Beispiel, dass die Ausbreitungsrichtung für jede Konfiguration unterschiedlich ist, jedoch die Strahlparameter ansonsten gleich oder innerhalb eines vorgegebenen Bereichs gleich sind, zum Beispiel kann der Strahl für jede Konfiguration rotationssymmetrisch sein und ein Abstand der Strahltaille vom HOE kann für jede Konfiguration gleich sein. Ein weiteres Beispiel kann sein, dass der zweite Gaußstrahl für alle Konfigurationen, Beispiel für alle Winkelstellungen des Reflexionselements, eine ähnliche Elliptizität aufweist, d.h. dass die Elliptizität für alle Winkelstellungen innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt.
Der erste Gaußstrahl ist ein Referenzstrahl, welcher für mindestens zwei unterschiedliche Konfigurationen identisch ist mit einem Rekonstruktionsstrahl oder einem Referenzstrahl, mit welchem das HOE rekonstruiert wird. Der Rekonstruktionsstrahl kann für unterschiedliche Konfigurationen unterschiedliche Strahleigenschaften aufweisen. Somit kann der Rekonstruktionsstrahl für die unterschiedlichen Konfigurationen mithilfe unterschiedlicher Laser mit jeweils unterschiedlichen Optiken erzeugt werden.
Bevorzugt wird der erste Gaußstrahl mithilfe einer Scaneinheit, welche in einem Retinascanner verwendbar ist, auf den holographischen Film gelenkt. Hierbei wird der erste Gauß-Strahl bevorzugt mithilfe einer Laserstrahlquelle erzeugt, wobei der erzeugte Laserstrahl mithilfe eines Reflexionselementes auf den holographischen Film gelenkt wird. Das Reflexionselement kann alternativ Scanspiegel oder MEMS(Micro-Electro-Mechanical-System)-Spiegel genannt werden.
Es ist ferner bevorzugt, dass zwischen dem Reflexionselement und dem HOE kein optisches Element angeordnet ist. Ein optisches Element ist eine
Vorrichtung, welche Strahleigenschaften anders verändert als die Propagation des Lichtstrahls durch Luft. Es ist ferner bevorzugt, dass das erzeugte
Hologramm oder HOE in einer Datenbrille mit derselben Scaneinheit verwendet wird.
Ferner ist der zweite Gaußstrahl ein Objektstrahl, welcher bei der Rekonstruktion des HOE unter Benutzung des Rekonstruktionsstrahls identisch ist mit einem Projektionsstrahl, welcher in dem Projektionssystem zur Projektion verwendet wird.
Gemäß dem Verfahren wird für die mindestens zwei unterschiedlichen
Konfigurationen für den Projektionsstrahl mindestens eine Strahleigenschaft vorgegeben, welche jeweils von vorgegebenen Projektionseigenschaften des Projektionssystems abhängt.
Das Verfahren erreicht vorteilhafterweise, dass ein mit dem Verfahren
hergestelltes HOE durch lokale Beleuchtung mit einem Gauß-Strahl mit vorgegebenen, genau definierten Strahleigenschaften einen Gauß-Strahl generiert, welcher insbesondere genau an die Anforderungen eines
Projektionssystems angepasst sein kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird das HOE hergestellt, indem der erste Gaußstrahl unter einem ersten vorgegebenen Winkel und der zweite Gaußstrahl unter einem zweiten vorgegebenen Winkel den holographischen Film so beleuchten, dass der erste Gaußstrahl und der zweite Gaußstrahl den holographischen Film jeweils lokal beleuchten, d. h an einer örtlich begrenzten Stelle.
Aufgrund der Eigenschaft, dass ein auf das HOE einfallender Gauß-Strahl in einen anderen Gauß-Strahl umgelenkt wird, wird ein HOE, welches mit dem Verfahren hergestellt ist, auch holografischer Gaußstrahlenumlenker genannt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird eine Gütefunktion für den zweiten Gaußstrahl optimiert. Dadurch wird vorteilhafterweise erreicht, dass vorgegebene Eigenschaften des zweiten Gauß-Strahls optimierbar sind, insbesondere an das Projektionssystem anpassbar sind.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Gütefunktion eine gewichtete Summenfunktion, welche für die mindestens zwei
unterschiedlichen Konfigurationen und für jeweils eine vorgegebene Stelle zwischen dem HOE und einer Projektionsfläche jeweils einen Summanden aufweist, welcher eine von der mindestens einen Strahleigenschaft abgeleitete Größe ist. Hierbei kann die von der mindestens einen Strahleigenschaft abgeleitete Größe z.B. eine Spotgröße, eine Symmetrie des Gaußstrahls, eine Elliptizität des Spots, oder andere von der mindestens einen Strahleigenschaft abgeleitete Größen sein. Eine weitere abgeleitete Größe kann eine
mathematische Funktion einer abgeleiteten Größe sein, zum Beispiel das Betragsquadrat oder Absolutquadrat der Elliptizität des Spots. Die oben genannte Gütefunktion erreicht vorteilhafterweise eine adäquate
Charakterisierung des zweiten Gauß-Strahls für alle unterschiedlichen
Konfigurationen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Hologramm ein
Reflexionshologramm oder weist ein Reflexionshologramm auf. Dieses Merkmal hat unter anderem den Vorteil, dass das HOE zum Beispiel auf einem Brillenglas in einem Retinascanner verwendet werden kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der holografische Film eben oder auf einem ebenen Substrat, Trägersubstrat angeordnet, insbesondere aufgebracht. Alternativ kann der holografische Film gebogen oder gekrümmt sein, insbesondere genauso gebogen sein wie eine Oberfläche eines Brillenglases. Hierdurch wird vorteilhafterweise erreicht, dass das durch das Verfahren hergestellte HOE auf einem Brillenglas in einem Retinascanner verwendet werden kann.
Das HOE ist gemäß einem oben beschriebenen Verfahren hergestellt. Es kann in einem oben genannten Projektionssystem verwendet werden. Ein solches mit dem oben beschriebenen Verfahren hergestelltes HOE kann zum Beispiel in einem Retinascanner oder einem anderen tragbaren augennahen Display (engl: Near-Eye Display) verwendet werden.
Die Projektionsvorrichtung ist für eine Datenbrille vorgesehen. Hierbei weist die Projektionsvorrichtung eine Lichtquelle zum Aussenden eines Lichtstrahls, ein an einem Brillenglas der Datenbrille angeordnetes oder anordenbares HOE zum Projizieren eines Bilds auf eine Netzhaut eines Nutzers der Datenbrille durch Umlenken des einen Lichtstrahls in Richtung einer Augenlinse des Nutzers und/oder Fokussieren des einen Lichtstrahls sowie ein Strahlablenkelement zum Reflektieren des Lichtstrahls auf das HOE auf.
Bevorzugt ist das HOE ein oben beschriebenes holografisch-optisches
Bauelement.
Das Brillenglas ist für eine Datenbrille vorgesehen, wobei ein holografisch optisches Bauelement auf einer Oberfläche des Brillenglases angeordnet ist. Hierbei ist das HOE bevorzugt auf der Oberfläche des Brillenglases angeordnet, welche dem Benutzer bzw. einem Auge des Benutzers zugewandt ist.
Die Datenbrille weist mindestens ein Brillenglas nach dem vorangegangenen Anspruch auf. Bevorzugt weist die Datenbrille eine oben beschriebene
Projektionsvorrichtung auf.
Das HOE, das Brillenglas sowie die Datenbrille weisen dieselben oder ähnliche Vorteile auf wie das oben beschriebene Verfahren.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Figur 1A zeigt eine Aufnahme und Figur 1B eine Rekonstruktion eines
Kugelwellenumlenkers des Stands der Technik.
Figuren 2A, 2B und 2C zeigt das Umlenkverhalten eines Kugelwellenumlenkers für den Fall, dass ein Gauß-Strahl auf den Kugelwellenumlenker trifft.
Figur 3 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Figur 4 zeigt eine Anordnung zur Aufnahme eines HOE gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung.
Figur 5 zeigt eine Rekonstruktion des HOE, deren Herstellung in Figur 4 illustriert ist.
Figur 6 zeigt eine Anordnung zur Aufnahme eines HOE gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
Figur 7 zeigt eine Rekonstruktion des HOE, deren Herstellung in Figur 6 illustriert ist.
Figur 8 zeigt eine schematische Darstellung einer Projektionsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform.
Figur 9 zeigt schematisch eine Datenbrille gemäß einer Ausführungsform in isometrischer Darstellung.
Ausführungsbeispiele der Erfindung
Figur 1 zeigt in Teilfigur 1A eine Aufnahme und in Teilfigur 1B die Rekonstruktion oder das Abspielen eines HOE, insbesondere eines Umlenk-HOE, vorliegend eines Kugelwellenumlenkers des Stands der Technik. In Teilfigur 1A ist ein holografischer Film 200 zu sehen, auf welchem die Lichtquelle zweier
Kugelwellen zur Interferenz gebracht werden. Die erste Kugelwelle 204 ist divergent, wird vom Punkt 202 ausgesendet und trifft in der Ansicht der Teilfigur 1A von rechts auf den holographischen Film 200. Die zweite Kugelwelle 208 ist konvergent und trifft in der Ansicht der Teilfigur 1A von links auf den
holographischen Film 200, und würde ohne den holographischen Film 200 auf den Punkt 206 fokussiert werden. Auf dem holographischen Film 200 wird somit ein Interferenzmuster aufgenommen, aus dem das HOE 210, insbesondere das Umlenk-HOE oder der Kugelwellenumlenker 211 entsteht.
In Teilfigur 1B ist dargestellt, wie mit Hilfe der divergenten Kugelwelle 204, welche nun auf das fertige HOE 210, insbesondere das Umlenk-HOE, trifft, die konvergente Kugelwelle 208 rekonstruiert wird.
In Figur 2 ist gezeigt, wie der Kugelwellenumlenker 211 nach dem Stand der Technik lokal als Umlenkelement für einen einfallenden Gaußstrahl dient.
In Figur 2A ist gezeigt, wie ein Gauß-Strahl, welcher in der Ansicht der Figur 2A, welche identisch ist mit den Ansichten der Figuren 1A und 1B, ganz oben auf den Kugelwellenumlenker 211 trifft, zum Punkt 206 gebeugt wird. In Figur 2B ist gezeigt, wie ein Gauß-Strahl, welcher in der Mitte auf den Kugelwellenumlenker 211 trifft, zum Punkt 206 gebeugt wird. In Figur 2C ist gezeigt, wie ein Gauß- Strahl, welcher ganz unten auf den Kugelwellenumlenker 211 trifft, zum Punkt 206 gebeugt wird. Ferner führt die Beugung an der holografischen Schicht des Kugelwellenumlenkers 211 zu einer Aufprägung von zusätzlichen Phasentermen, die unter Umständen zu einer Abweichung des Propagationsverhaltens von der Freiraumpropagation über eine vergleichbare Entfernung führen. Dies kann dazu führen, dass wichtige Strahlparameter, wie z.B. Radius und Lage der Strahltaille, durch den Kugelwellenumlenker 211 zusätzlich zur Freiraumpropagation beeinflusst werden, was zu erheblichen Abweichungen von den erwarteten Systemeigenschaften führen kann.
Figur 3 zeigt ein Verfahren 300 zur Herstellung eines holografisch-optischen Bauelements (HOE), welches zur Projektion in einem Projektionssystem vorgesehen ist.
Im ersten Schritt 310 wird ermittelt, welche Strahleigenschaften ein
Projektionsstrahl aufweisen muss, welcher für das gegebene Projektionssystem verwendet wird. Vorliegend wird die Strahleigenschaft der Rotationssymmetrie optimiert. Ein vom HOE 210 umgelenkter zweiter Gauß-Strahl, welcher auch Objektstrahl genannt wird, ist für die verwendeten unterschiedlichen
Konfigurationen identisch mit dem Projektionsstrahl.
Im nächsten Schritt 320 wird zur Anpassung des zweiten Gauß-Strahls an das Projektionssystem eine Gütefunktion für den zweiten Gaußstrahl optimiert.
Hierbei ist die Gütefunktion eine gewichtete Summenfunktion, welche für die unterschiedlichen Konfigurationen und für jeweils eine vorgegebene Stelle zwischen dem HOE 210 und einer Projektionsfläche jeweils einen Summanden aufweist, welcher ein Maß für die Elliptizität des jeweiligen Strahls ist. Aus der Optimierung erhält man die benötigten Strahleigenschaften des zweiten Gauß- Strahls für die unterschiedlichen Konfigurationen.
Im nächsten Schritt 330 wird ein Reflexionshologramm aufgenommen, indem ein erster Gaußstrahl und ein zweiter Gaußstrahl für die unterschiedlichen
Konfigurationen auf einem ebenen holografischen Film zur Interferenz gebracht werden. Hierbei werden der erste Gauß-Strahl und der zweite Gauß-Strahl von unterschiedlichen Seiten auf den Film gestrahlt.
Der erste Gaußstrahl ist hierbei ein Referenzstrahl, welcher für die
unterschiedlichen Konfigurationen identisch ist mit einem Rekonstruktionsstrahl, mit welchem in dem Projektionssystem das HOE 210 rekonstruiert wird.
Figur 4 zeigt wie für drei unterschiedliche Konfigurationen ein erster Gauß-Strahl 212 und ein zweiter Gauß-Strahl 214 auf dem holographischen Film 200 zur Interferenz gebracht werden, wodurch ein Hologramm, HOE 210, insbesondere ein Umlenk-HOE, aufgenommen wird.
Sowohl der erste Gauß-Strahl 212 als auch der zweite Gauß-Strahl wird mithilfe einer Laserstrahlquelle 104 erzeugt, welcher zunächst durch einen Kollimator 114 kollimiert wird und dann mithilfe einer Linse 115 geeigneter Brennweite fokussiert wird. Um die Strahlparameter des ersten Gauß-Strahls 212
entsprechend zu präparieren, können weitere Optiken notwendig sein, welche vorliegend nicht dargestellt sind. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit kann angenommen werden, dass der Fachmann die benötigten Strahlparameter des ersten Gauß-Strahls 212 oder des zweiten Gauß-Strahls 214 experimentell ändern und festlegen kann. Hierbei ist der erste Gaußstrahl 212 ein Referenzstrahl, welcher für die drei unterschiedlichen Konfigurationen identisch ist mit einem Rekonstruktionsstrahl 216, mit welchem in dem Projektionssystem das HOE rekonstruiert wird. Der Rekonstruktionsstrahl ist in Figur 5 zu erkennen, welche nachstehend erläutert wird. Für die drei unterschiedlichen Konfigurationen kann der erste Gauß-Strahl 212 unterschiedliche Strahleigenschaften haben.
Der zweite Gaußstrahl 214 ist ein Objektstrahl, welcher bei der Rekonstruktion des HOE 210 unter Benutzung des Rekonstruktionsstrahls 216 identisch ist mit einem Projektionsstrahl 218, welcher in dem Projektionssystem zur Projektion verwendet wird. Für die drei unterschiedlichen Konfigurationen kann der zweite Gauß-Strahl 214 unterschiedliche Strahleigenschaften haben.
Für die drei unterschiedlichen Konfigurationen ist für den zweiten Gaußstrahl 214 oder den Projektionsstrahl 218 die Strahleigenschaften Strahltaille und Position derselben vorgegeben. Diese Strahleigenschaften des Projektionsstrahls 218 hängen von den vorgegebenen Projektionseigenschaften des
Projektionssystems ab.
In der ersten Konfiguration des ersten Gauß-Strahls 212 und des zweiten Gauß- Strahls 214 treffen der erste Gauß-Strahl 212 und der zweite Gauß-Strahl 214 an einer ersten Stelle 220 auf den holographischen Film 200. In der zweiten Konfiguration des ersten Gauß-Strahls 212 und des zweiten Gauß-Strahls 214 treffen der erste Gauß-Strahl 212 und der zweite Gauß-Strahl 214 an einer zweiten Stelle 222 auf den holographischen Film 200. In der dritten Konfiguration des ersten Gauß-Strahls 212 und des zweiten Gauß-Strahls 214 treffen der erste Gauß-Strahl 212 und der zweite Gauß-Strahl 214 an einer dritten Stelle 224 auf den holographischen Film 200. An der ersten Stelle 220, an der zweiten Stelle 222 und an der dritten Stelle 224 werden somit Subhologramme aufgenommen. Nach Aufnahme der drei Subhologramme entsteht das fertige HOE 210.
In Figur 5 ist zu sehen, wie das HOE 210, dessen Aufnahme anhand Figur 4 erläutert wurde, abgespielt oder rekonstruiert wird. Der erste Gauß-Strahl 212, welcher bei der Aufnahme des HOE 210 verwendet wurde, ist identisch mit dem Rekonstruktionsstrahl 216, welcher in der Figur 5 abgebildet ist. Falls der Rekonstruktionsstrahl 216 auf das HOE 210 trifft, so wird dieser vom HOE 210 in einen Projektionsstrahl 218 umgelenkt, welcher identisch ist mit dem zweiten Gauß-Strahl 214, welcher zur Aufnahme des HOE 210 verwendet wurde. Dies gilt für alle 3 Konfigurationen.
Das HOE 210 der Figur 5 hat gegenüber dem HOE 210 der Figur 2A, 2B oder 2C den Vorteil, dass der Projektionsstrahl 218 rotationssymmetrisch ist.
Figur 6 entspricht im Wesentlichen Figur 4. Die drei Konfigurationen des ersten Gauß-Strahls 212 unterscheiden sich jedoch darin, dass diese durch ein und denselben Laserstrahl erzeugt wurden, indem der von der Laserstrahlquelle 104 emittierte, vom Kollimator 114 kollimierte und von der Linse 115 fokussierte Laserstrahl von einem scanbaren Strahlablenkelement 226 unterschiedlich abgelenkt wird. Die 3 Konfigurationen des zweiten Gauß-Strahls 214 werden ebenfalls durch eine einzige Laserstrahlquelle 104 generiert, indem die
Laserstrahlquelle 104 samt Kollimator 114 und Linse 115 um den Punkt 206 geschwenkt wird. Dies ist in Figur 6 durch den Pfeil P angedeutet.
Figur 7 zeigt eine Rekonstruktion oder Abspielen des HOE 210, welches durch das in Figur 6 erläuterte Verfahren erhalten wurde.
Figur 8 zeigt die prinzipielle Funktionsweise der Projektionsvorrichtung 100. Ein von einer Laserdiode als Lichtquelle 104 emittierter Lichtstrahl 106 wird mittels einer Linse als Kollimationselement 114 kollimiert und in Richtung eines
Mikrospiegels als Reflexionselement 112 geführt. Das Reflexionselement 112 lenkt das Licht in Richtung des als HOE aufgeführten Umlenkelements 102 um. Das Umlenkelement 102 ist auf einem Brillenglas 402 aufgebracht. Der vom Umlenkelement 102 umgelenkte Lichtstrahl 106 trifft sodann auf das Auge und eine Augenlinse 108, von wo der Lichtstrahl 106 auf die Netzhaut 110 eines Augapfels 107 eines Nutzers fokussiert wird.
Die Lichtquelle 104 ist in einem am Brillengestell 120 befestigten Gehäuse 105 angeordnet. Am Ausgang des Gehäuses 105 ist das Kollimationselement 114 angeordnet. Die Lichtquelle 104, das Kollimationselement 114 und das
Reflexionselement 112 können in einem gemeinsamen nicht dargestellten Gehäuse untergebracht sein, wobei der vom Reflexionselement 112 reflektierte Lichtstrahl 106 durch ein an einer Seite des Gehäuses angeordnetes Fenster ausgekoppelt wird. Dieses Gehäuse kann am Brillenbügel 118 oder am
Brillengestell 120 befestigt sein. Figur 9 zeigt eine schematische Darstellung einer Datenbrille 400 mit einer Projektionsvorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die
Projektionsvorrichtung 100 weist hierbei eine Scanneroptik 152 und das Umlenkelement 102 auf. Die Scanneroptik 152 ist im Gehäuse 105 angeordnet und sendet einen nicht dargestellten Lichtstrahl 106 durch das Auftrittsfenster 148 auf das Umlenkelement 102. Die Datenbrille 400 weist ein Brillenglas 402 auf, auf dem das Umlenkelement 102 angeordnet ist. Beispielsweise ist das Umlenkelement 102 als Teil des Brillenglases 402 realisiert. Alternativ ist das Umlenkelement 102 als ein separates Element realisiert und mittels eines geeigneten Fügeverfahrens mit dem Brillenglas 402 verbunden.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren (300) zur Herstellung eines HOE (210), welches zur Projektion in einem Projektionssystem vorgesehen ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Hologramm (210) aufgenommen wird, indem ein erster Gaußstrahl (212) und ein zweiter Gaußstrahl (214) für mindestens zwei unterschiedliche Konfigurationen auf einem holografischen Film (200) zur Interferenz gebracht werden,
wobei der erste Gaußstrahl (212) ein Referenzstrahl ist, welcher für die mindestens zwei unterschiedlichen Konfigurationen identisch ist mit einem Rekonstruktionsstrahl, mit welchem das HOE (210) rekonstruiert wird; und der zweite Gaußstrahl (214) ein Objektstrahl ist, welcher bei der
Rekonstruktion des HOE (210) unter Benutzung des Rekonstruktionsstrahls identisch ist mit einem Projektionsstrahl, welcher in dem Projektionssystem zur Projektion verwendet wird; und
wobei für die mindestens zwei unterschiedlichen Konfigurationen für den zweiten Gaußstrahl (214) mindestens eine Strahleigenschaft vorgegeben ist, welche jeweils von vorgegebenen Projektionseigenschaften des
Projektionssystems abhängt.
2. Verfahren (300) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die mindestens eine Strahleigenschaft ausgewählt ist aus einer Liste, welche eine Ausbreitungsrichtung, eine Größe einer Strahltaille oder eine Position der Strahltaille aufweist.
3. Verfahren (300) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Gütefunktion für den zweiten Gaußstrahl (214) optimiert wird.
4. Verfahren (300) nach dem vorangegangenen Anspruch,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Gütefunktion eine gewichtete Summenfunktion ist, welche für die mindestens zwei unterschiedlichen Konfigurationen und für jeweils eine vorgegebene Stelle zwischen dem HOE (210) und einer Projektionsfläche jeweils einen Summanden aufweist, welcher eine von der mindestens einen Strahleigenschaft abgeleitete Größe ist.
5. Verfahren (300) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Hologramm (210) ein Reflexionshologramm ist oder ein
Reflexionshologramm aufweist.
6. Verfahren (300) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der holografische Film (200) eben oder gekrümmt ist.
7. Holografisch-optisches Bauelement (210), welches gemäß einem Verfahren (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche hergestellt ist.
8. Projektionsvorrichtung (100) für eine Datenbrille (400), wobei die
Projektionsvorrichtung (100) folgende Merkmale aufweist:
eine Lichtquelle (104) zum Aussenden eines Lichtstrahls (106);
ein an einem Brillenglas (402) der Datenbrille (400) angeordnetes oder anordenbares HOE (210) zum Projizieren eines Bilds auf eine Netzhaut (110) eines Nutzers der Datenbrille (400) durch Umlenken des einen Lichtstrahls (106) in Richtung einer Augenlinse (108) des Nutzers und/oder Fokussieren des einen Lichtstrahls (106); und
ein Strahlablenkelement (226) zum Reflektieren des Lichtstrahls (106) auf das HOE (210).
9. Projektionsvorrichtung (100) gemäß Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
das HOE (210) ein holografisch-optisches Bauelement (210) gemäß
Anspruch 7 ist.
10. Brillenglas (402) für eine Datenbrille (400),
dadurch gekennzeichnet, dass
ein HOE (210) nach Anspruch 7 auf einer Oberfläche des Brillenglases (402) angeordnet ist.
11. Datenbrille (400) mit mindestens einem Brillenglas (402) nach dem vorangegangenen Anspruch.
12. Datenbrille (400) gemäß dem vorangegangenen Anspruch, ferner aufweisend eine Projektionsvorrichtung (100) gemäß Anspruch 8 oder 9.
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