WO2022229252A1 - Optisches system für schwebende hologramme mit mehreren schaltbaren optischen kanälen - Google Patents

Optisches system für schwebende hologramme mit mehreren schaltbaren optischen kanälen Download PDF

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WO2022229252A1
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light
imaging
optical
optical system
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Viktor Schütz
Petr Vojtisek
Siemen KÜHL
Marc Junghans
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Carl Zeiss Jena Gmbh
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Definitions

  • Various examples of the disclosure relate to a system that includes multiple optical channels to create a floating hologram.
  • the various optical channels can be controlled individually by a controller.
  • the floating hologram can be designed to be comparatively static and not very interactive. In addition, such optical systems are often comparatively large.
  • an object of the invention to provide an optical system capable of generating a floating hologram.
  • an optical system which can provide the one or more holograms dynamically.
  • An optical system includes several optical channels that can be switched on and off individually. This means that light can be emitted selectively along one or more beam paths of the different optical channels. The light sources can therefore be controlled individually. The light hits one or more imaging HOEs, each of which creates corresponding parts of the floating hologram. As a result, one or more image motifs of the hologram can be switched on and off, depending on which optical channel is being controlled.
  • An optical system includes at least one imaging HOE.
  • the at least one HOE is configured to generate a floating hologram based on light.
  • the floating hologram is reconstructed in a volume external to the at least one imaging HOE.
  • the levitated hologram is consequently arranged in a volume outside of the at least one imaging HOE.
  • the optical system includes multiple optical channels.
  • the multiple optical channels each include a light source and a beam path.
  • the multiple optical channels are set up to guide/conduct the light along the respective beam path to the at least one imaging HOE.
  • the controller is set up to individually control the light source of the multiple optical channels.
  • Controlling the light sources individually can therefore mean that individual light sources can be switched on and off separately from other light sources. This means that light can either be emitted along the different beam paths of the different optical channels or not. In other words, this means that the various optical channels can be driven individually, that is to say can be switched individually.
  • the different optical channels can be associated with different image motifs of the hologram. These different image motifs can provide different parts of the floating hologram. Different image motifs can reflect different geometries or images. Different image motifs can also reproduce the same geometries or images, but in different colors.
  • a computer-implemented method involves individually driving multiple light sources of an optical system.
  • the multiple light sources are controlled based on one or more decision criteria.
  • a specific light source from the plurality of light sources can be switched on or off, and another light source from the plurality of light sources can be switched off or switched on. This check can take place individually for each light source.
  • the multiple light sources are assigned to multiple optical channels of the optical system.
  • the optical channels each include an associated beam path.
  • the optical channels are each set up to guide the light emitted by the respective light source of the plurality of light sources to at least one imaging HOE of the optical system.
  • the at least one imaging HOE is set up to generate a floating hologram in a volume outside the at least one imaging HOE based on the light.
  • FIG. 1 is a schematic view of an optical system including an optical channel, a controller, and a depth sensor, according to various examples.
  • FIG. 2 illustrates an exemplary structural implementation of the optical system of FIG. 1 according to various examples.
  • FIG. 3 illustrates spectral filtering that may be provided by a light-shaping FIOE that implements a redirection element, according to various examples.
  • FIG. 4 illustrates an example implementation of the optical system of FIG. 1 according to various examples.
  • FIG. 5 illustrates an example implementation of the optical system of FIG. 1 according to various examples.
  • FIG. 6A illustrates an example integration of an optical system with a mirror according to various examples.
  • FIG. 6B is a perspective view of an example implementation of the optical system of FIG. 2.
  • FIG. 7 is a flowchart of an example method.
  • FIG. 8 is a schematic view of an optical system including an imaging HOE and an optical fiber according to various examples.
  • FIG. 9 is a perspective view of an example implementation of the optical system of FIG. 8 according to various examples.
  • FIG. 10 is one of the implementation of FIG. 9.
  • FIG. 11 is a schematic view of an optical system according to various examples, comprising multiple optical channels.
  • FIG. 12 is a schematic view of an optical system according to various examples, including multiple optical channels.
  • FIG. 13 is a schematic view of an optical system according to various examples, comprising multiple optical channels.
  • FIG. 14 is a perspective view of an example implementation of the optical system of one of the FIGS. 11 to 13 according to various examples.
  • FIG. 15 is a perspective view of an example implementation of the optical system of one of the FIGS. 11 to 13 according to various examples.
  • FIG. 16 is a side view of an example implementation of the optical system of one of the FIGS. 11 to 13 according to various examples.
  • FIG. 17 is a perspective view of the implementation of the optical system of FIG. 16
  • FIG. 18 is a perspective view of an example implementation of the optical system of one of the FIGS. 11 to 13 according to various examples.
  • FIG. 19 is a perspective view of the implementation of the optical system of FIG. 18
  • FIG. 20 schematically illustrates a controller for multiple optical channels according to various examples.
  • FIG. 21 is a flowchart of an example method.
  • FIG. 22 schematically illustrates a menu level of a GUI according to various examples.
  • the flologram can represent an image, such as a button or a flin white sign.
  • the flologram could also reflect several motifs. For example, a picture could be composed of several motifs, or separate motifs could be displayed.
  • an optical system which includes a number of optical channels.
  • Each optical channel can have an associated light source and a beam path.
  • the optical channels are set up to each emit the light along the respective beam path towards at least one imaging HOE.
  • the at least one imaging HOE is configured to generate a levitated hologram based on the light. This is reconstructed or arranged in a volume outside of the at least one imaging HOE.
  • the hologram which is generated by means of a corresponding optical system, can have a particularly large floating height and/or a particularly large depth effect.
  • a distance between a volume in which the hologram is displayed with suitable illumination of the at least one imaging HOE and the at least one imaging HOE could be no less than 60% of the lateral dimensions (perpendicular to the distance) of a refractive index-modulated region of the at least one imaging HOE.
  • the hologram can have one or more image motifs.
  • the various image motifs can be generated by light that has passed through different beam paths or is assigned to different optical channels.
  • the at least one imaging HOE can be implemented as a volume HOE, ie have a variation of the refractive index in 3-D.
  • a corresponding refractive index-modulated area has a 3-D extent. This variation in refractive index breaks the light with a diffraction pattern, thereby forming the hologram.
  • the bulk HOE is distinguished from a surface HOE, where modulation of the surface of a substrate gives rise to the diffraction pattern. For example, the surface could be wavy.
  • the at least one imaging HOE can be implemented as a transmission HOE or as a reflection HOE.
  • a transmission HOE the refractive index modulated region is illuminated from one side and the hologram is created in a volume facing the opposite side.
  • reflection HOE the refractive index modulated region is illuminated from one side and the hologram is created in a volume facing the same side.
  • the at least one imaging HOE has a substrate (made of a transparent material that is optically denser than air) on which the refractive index-modulated region is applied.
  • a corresponding beam path is coupled into the substrate on the narrow side, then passes through the substrate - eg glass or polymethyl methacrylate - before it impinges on the refractive index-modulated area.
  • the substrate has a layer thickness that is significantly greater than the layer thickness of the refractive index-modulated area.
  • the so-called reconstruction angle describes the angle at which the light hits the refractive index-modulated area.
  • This can be arranged along a surface of the at least one imaging HOE.
  • Light that is not diffracted by the refractive index modulated region to create the hologram can then be total resection at the Learn surface of at least one imaging HOE and be reflected back into the substrate.
  • an absorbing material absorbs such reflected light (beam dump); as a result, the reproduction of the hologram is not disturbed by "background light".
  • the substrate it would also be conceivable for the substrate to implement an optical waveguide.
  • the light reflected back at the surface of the at least one imaging HOE is then reflected at another surface of the optical waveguide and strikes the at least one imaging HOE again.
  • the optical waveguide can therefore be arranged below the at least one imaging HOE and can extend along the at least one imaging HOE, and the light propagating in the optical waveguide can be used to illuminate the at least one imaging HOE.
  • the at least one imaging HOE is attached to an outer surface of the optical waveguide.
  • an optical waveguide enables a particularly compact design because the thickness of the substrate forming the optical waveguide can be less than the lateral dimensions of the at least one imaging HOE.
  • a thickness of the optical waveguide perpendicular to the at least one imaging HOE i.e. along a direction extending away from the imaging HOE is no greater than 20% of a length of the at least one imaging HOE along the optical waveguide.
  • imaging HOE could be attached to a common optical waveguide through which the light of several optical channels runs.
  • One optical fiber per optical channel could also be used.
  • the light sources used preferably emit light in the visible spectrum, in particular between 380 nm and 780 nm.
  • one or more light-emitting diodes can be used as the light source.
  • Light-emitting diodes are particularly simple, durable and inexpensive and have sufficient optical properties, in particular with regard to the coherence of the light emitted, with regard to a large number of lighting functions, in particular holographic lighting functions.
  • Light-emitting diodes are particularly efficient.
  • a light emitting diode could have a light emitter (active area that Photons emitted) having dimensions between 0.5 x 0.5 mm 2 and 1 x 1 mm 2 has. It can be particularly advantageous to use small emitter areas for the applications mentioned.
  • the optical system can include one light source per optical channel. This is set up to emit the light along the respective beam path to the at least one imaging HOE.
  • the beam path can be defined, for example, by the optical axis of the corresponding optical channel with the optical components. The light propagates along the beam path towards the at least one imaging HOE.
  • a corresponding imaging HOE For example, it would be conceivable for a corresponding imaging HOE to be assigned to each optical channel. However, it would also be conceivable for a single imaging HOE to be assigned to a number of optical channels. So this would mean that there is a continuous refractive index modulated region of the imaging HOE (which has been exposed phase coherently) that is illuminated by light from multiple ray paths. In order to nevertheless generate different image motifs of the hologram through the different optical channels, different techniques can be used. These techniques are related to TAB. 1 summarized below.
  • TAB. 1 Different variants for the joint use (“multiplexing") of a common imaging HOE using light that is assigned to different optical channels. The light can therefore hit the imaging HOE from different directions. As a result, different image motifs can be generated through the various optical channels. Since the optical channels can be switched individually, the hologram can be flexibly composed of the various image motifs.
  • Various examples are based on the knowledge that a particularly compact design of a corresponding optical system can be achieved by using at least one optical deflection element. This means that the light is emitted along a respective beam path from the light source and is then deflected by the optical deflection element towards at least one imaging HOE.
  • the light source can be arranged adjacent to or behind the at least one imaging HOE.
  • at least one of the at least one imaging HOE can be arranged between the volume (in which the hologram is reconstructed) and the respective light source.
  • the optical deflection element ensures that the light source does not emit the light directly onto the at least one imaging HOE, but first to the deflection element.
  • larger-area illuminations of the refractive index-modulated area of the at least one imaging HOE can be achieved than with direct lighting.
  • Flatter reconstruction angles can be achieved. This improves the representation of the image motifs of the hologram.
  • such a deflection element could be implemented as a mirror.
  • the deflection element could also be implemented as an optical prism or by an optical waveguide that guides the light in an optically dense medium by total reflection.
  • deflection element More complicated implementations of the deflection element would also be conceivable.
  • implementations of the deflection element would be conceivable which—in addition to deflecting the light—also provide other light-shaping functionalities.
  • a HOE can also be used for this purpose, which is referred to below as a light-shaping HOE.
  • a further improvement in the illumination of the imaging HOE can be achieved by using a light-shaping HOE, which is arranged in the beam path between the light source and the imaging HOE and which - in addition to the light-shaping functionality - also deflects the light . So the light-shaping HOE can implement the inversion element.
  • TAB. 2 Various light shaping functionalities that can be provided by the light shaping HOE. Using such light-shaping functionalities, a homogeneous angle and wavelength spectrum of the illumination of the imaging FIOE can be achieved, so that a hologram can be reconstructed that is at a large distance from the refractive index-modulated area of the at least one imaging HOE and has a large depth of focus.
  • the light-shaping HOE In principle, different implementations for the light-shaping HOE are conceivable. For example, it would be possible for the light-shaping HOE to deflect the beam path into reflection geometry. That is, a reflection HOE can be used.
  • a reflection HOE is wavelength-selective, i.e. only light of a narrow wavelength spectrum is efficiently diffracted for a specific exit angle. This allows the spectral filtering according to TAB. 2:
  • Example I can be achieved. For example, a full width at half maximum of the wavelength spectrum of the light after spectral filtering could be achieved, which is not larger than 10 nm, in particular not larger than 5 nm. This can achieve a better reconstruction of the image in the form of the hologram, because smearing and ghosting - the could otherwise arise with a broadband illumination of the at least one imaging HOE - can be avoided.
  • the light-shaping HOE can be attached to an outer surface of an optical waveguide.
  • the light-shaping HOE and the imaging HOE can be applied to different outer surfaces of the optical waveguide.
  • Each optical channel can have, for example, an associated deflection element or, in particular, an associated light-shaping HOE.
  • the light-shaping HOE of different optical channels can be formed by a common lattice structure, ie different areas of the common lattice structure are illuminated by the light of different optical channels. However, separate lattice structures could also be used.
  • the channels can be arranged next to each other so that row-by-row or column-by-column reconstruction is possible. This means that the beam paths of the various optical channels run parallel or perpendicular to one another, at least in some areas.
  • the optical channels can also be arranged in a lattice structure, so that a row-by-row and column-by-column reconstruction is provided.
  • the channels can also be arranged in a diagonal direction or at further azimuthal angles to one another. An angle between the beam paths can therefore be in the range from 45° to 90°, for example.
  • the beam paths can be separated by diaphragm elements. This means that the beam paths can be defined, for example, by the optical axes of specific optical elements of the respective optical channel, for example by corresponding collimator lenses.
  • the optical system can include a controller. This control can switch the different optical channels. This means that the controller can be set up to individually control the light sources of the multiple optical channels.
  • the controller could include a processor, such as a microprocessor, an application specific integrated circuit, or a field programmable switchable array.
  • the controller may perform one or more optical channel switching techniques based on program code. For example, it would be conceivable for the controller to be set up to control the light sources of the multiple optical channels based on a measurement signal from a depth sensor of the optical system.
  • the depth sensor can be set up to detect an object in the volume or adjacent to the volume and to output a corresponding measurement signal.
  • the depth sensor may be located behind the imaging HOE from the user's perspective. That is, the imaging HOE can be placed between the volume (in which the hologram is reconstructed) and the depth sensor.
  • the depth sensor can therefore be set up to determine a lateral position (X-Y position) and a distance (Z position) of the object.
  • the light sources of the various optical channels can then be controlled on the basis of such properties.
  • the depth sensor can be used. For example, it would be possible to use a time-of-flight (TOF) sensor that determines the depth position of the object based on time-of-flight measurements of light pulses. Laser light could also be used, ie a LIDAR (Light Detection and Ranging) sensor could be used. In principle, it would also be conceivable to use a RADAR sensor that determines a depth position of the object based on radar waves. It is also possible to use an ultrasonic sensor to determine a depth position of the object based on ultrasonic waves.
  • TOF time-of-flight
  • Laser light could also be used, ie a LIDAR (Light Detection and Ranging) sensor could be used.
  • a RADAR sensor that determines a depth position of the object based on radar waves.
  • an ultrasonic sensor to determine a depth position of the object based on ultrasonic waves.
  • the wavelength of the light used to determine the depth position differs from the wavelength of the light used to generate the floating hologram.
  • light in the infrared range can be used for the depth sensor and light in the visible range can be used for the floating hologram.
  • different wavelengths it is possible in particular to avoid the depth sensor being influenced by the hologram.
  • An object in the volume or adjacent to the volume in which the hologram is reconstructed can consequently have a higher Reliability can be detected.
  • a lateral position and a distance of the object can be determined more precisely.
  • the controller prefferably be set up to determine status data based on the measurement signal that are indicative of the user actuation of an interaction element that is displayed as an image motif by the hologram.
  • interaction elements such as buttons, sliders, etc. - a graphical user interface (English “graphic user interface”; GUI) can represent.
  • GUI Graphic user interface
  • Different interaction elements can be displayed through different optical channels. It would then be possible, based on the measurement signal from the depth sensor, to determine whether a user actuates one of these interaction elements.
  • a fingertip of the user is arranged in the corresponding partial area of the volume in which the interaction element is arranged (ie whether the user "presses" a button, for example).
  • a button for example
  • such status data it would be conceivable for such status data to be determined based on an orientation of the finger in relation to the volume. This means that it could be checked whether the finger points to a corresponding interaction element or is oriented away from it.
  • a parallax of the observer of the hologram to be determined with a corresponding actuation.
  • a parallax of the viewer can be understood in particular as a viewing direction of the viewer onto the hologram. That means it could be checked whether a user is looking at the hologram from a particularly oblique angle - and thus also the finger is pointing at an angle to the volume - so that the traction elements are arranged offset relative to a spatial position in which they can be viewed by an observer be perceived from a comparatively perpendicular angle. This can be determined, for example, by whether the orientation of the finger is at an angle or perpendicular to the volume. Generally speaking, the viewer's parallax can be determined based on the orientation of the finger. Alternatively or additionally, it would also be possible to determine a viewer's viewing angle by eye recognition in an image captured by a surroundings camera.
  • the depth sensor can be set up in particular to determine the position and orientation of a finger.
  • the depth sensor can be set up to detect a finger that is located in a volume of approximately 15 cm by 15 cm by 3 cm.
  • a spatial resolution of the depth sensor can be 10 by 10 pixels in examples. Such low resolution can be sufficient to determine the orientation of a finger.
  • a depth sensor can also be provided, which allows the finger to be detected or its orientation to be determined at regular time intervals, e.g. every 100 ms. In this way, for example, movements of the finger can be detected.
  • the controller could be set up to recognize a gesture of a finger or a hand of the user based on the measurement signal of the depth sensor.
  • Example gestures would be “double click”; “To brush”; etc.
  • the gesture could be determined in relation to the volume. This means that a "double-click” must have a certain position in relation to the volume, e.g. in particular a sub-area in which an interaction element is displayed, in order to be recognized as a gesture.
  • Algorithms that are known in principle to a person skilled in the art can be used to recognize objects, the orientation of objects such as fingers, and/or gestures. Machine-learned algorithms could be used. The specific implementation of such algorithms is not critical to the operation of the techniques described herein and therefore no further details are given.
  • the optical systems described herein can be integrated into different applications.
  • the one system comprises the optical system and a mirror having a mirror surface that extends along the at least one imaging HOE and between the at least one imaging HOE and the volume in which the floating hologram is generated , is arranged.
  • a graphical user interface could be created with multiple interaction elements "floating" in front of the mirror surface. In this way, for example, a radio could be controlled or an image could be displayed on a screen integrated elsewhere in the mirror.
  • a system can thus include the optical system and a screen that extends along the at least one imaging HOE.
  • the at least one imaging HOE can thus be arranged between the screen and the volume.
  • a graphical user interface with several interaction elements could be implemented, for example, floating over the screen of a television or a computer monitor.
  • FIG. 1 illustrates aspects related to an optical system 110.
  • FIG. FIG. 1 is a schematic representation of the optical system 110 set up to generate a hologram 150.
  • FIG. The hologram 150 includes a single image motif 780, here a button as an interaction element of a GUI.
  • FIG. 1 a single optical channel 31 is shown by way of illustration to explain how it works. However, the optical system could have other optical channels configured like the optical channel 31 .
  • the optical system 110 includes a light source 111.
  • the light source 111 can be implemented by one or more light emitting diodes.
  • the light source 111 is set up to emit light 90 along a beam path 81 .
  • the light 90 is used to create the hologram 150 . This defines a corresponding optical channel 31.
  • Various optical components 171 , 120 , 130 are arranged along the beam path 81 .
  • a refractive or mirror-optical optical element 171, 172 it would be possible for a refractive or mirror-optical optical element 171, 172 to be arranged in the beam path 81 between the light source 81 adjacent to the light source 111.
  • This refractive or specular optical element is set up to collect the light 90 . A greater light yield can be achieved in this way.
  • the optical element 171, 172 could be implemented by a concave mirror or lens - i.e. a collimating lens.
  • the light 90 propagates further along the beam path 81 in the direction of a deflection element 120.
  • the deflection element 120 can be implemented as a light-shaping HOE 120, for example.
  • Various light-shaping functionalities that can be provided by the light-shaping HOE 120 have been discussed above in the context of TAB. 2 described.
  • the optical system also includes a controller 901.
  • the controller 901 is set up to control the light source 111. This means that the controller 901 can switch the light source 111 on or off.
  • the controller 901 can be designed to individually control the light sources of a plurality of optical channels (only one optical channel 31 is shown in FIG. 1). In this way, light can be selectively emitted along the various beam paths of the multiple optical channels, and different image motifs 780 of the hologram 150 can be switched on or off.
  • the controller 101 can be set up to control the light sources of a number of optical channels based on a measurement signal from a depth sensor 950 .
  • the depth sensor 950 is set up to detect an object 790, here a user's fingers, in the volume in which the hologram 150 is displayed, or else to detect adjacent to the volume, and to output the measurement signal to the controller 901.
  • FIG. 2 illustrates aspects related to the optical system 110.
  • FIG. 2 shows an exemplary structural implementation of the optical channel 31.
  • the optical system 110 does not include a refractive or mirror-optical optical element, which would be arranged in the beam path 81 between the light source 111 and the light-shaping HOE 120.
  • the light source 111 emits the light 90 with a significant divergence, ie with a comparatively wide angular spectrum.
  • FIG. 2 shows rays of the light 90 along the beam path 81 (“ray tracing”), which defines the optical channel 31, by way of example.
  • the light 90 impinges on the light shaping HOE 120 .
  • the light-shaping HOE 120 includes a substrate 122 and a refractive index-modulated region 121.
  • the light-shaping HOE 120 redirects the light 90 along the optical path in reflection geometry.
  • the angle of reflection 125 at which the light-shaping HOE 120 reflects the light along the optical path 81 is also shown.
  • the angle of incidence 126 of the light 90 on the light-shaping HOE 120 is also shown.
  • these angles 125, 126 correspond to the angles at which reference light impinges on the imaging HOE 120 from two different laser sources when the light-forming HOE 120 is exposed.
  • FIG. 2 also shows a so-called reconstruction angle 135.
  • the reconstruction angle 135 denotes the direction along which the light 90 along the optical path 81 impinges on the refractive index modulated region 131 of the imaging HOE 130 .
  • This reconstruction angle 135 is defined by the reflection angle 125, the relative location of the light-shaping HOE 120 to the imaging HOE 130, and the refraction at the air-to-substrate 132 interface.
  • the hologram 150 is generated in a volume 159 that is arranged at a distance 155 from the refractive index-modulated region 131 of the imaging HOE 130, based on the light 90.
  • the hologram 150 is generated in a volume 159 that is arranged at a distance 155 from the refractive index-modulated region 131 of the imaging HOE 130, based on the light 90.
  • a floating hologram 150 is thus generated.
  • the thickness 134 of the substrate 132 is dimensioned to be comparatively large.
  • the thickness 134 of the substrate 132 is dimensioned such that the light 90 illuminates the entire lateral surface of the refractive index-modulated region 131 of the imaging HOE 130 without being reflected on a rear side 139 of the substrate 132 facing away from the imaging HOE 130 .
  • the substrate 132 in the illustrated example of FIG. 2 no functionality of an optical fiber implemented.
  • a light-absorbing material could be attached to the back 139 (so-called “beam dump”).
  • one or more further beam-shaping components can be arranged along the beam path 81 between the light source 111 and the light-shaping HOE 120 .
  • a lens 171 - see FIG. 4 - or a mirror 172 - see FIG. 5 - to be used.
  • the light yield can be increased, ie a larger amount of the light 90 emitted by the light source 111 can be used to illuminate the imaging HOE 130 .
  • FIG. 6A illustrates an exemplary implementation of the optical system 110 in cooperation with a mirror 791, thereby defining a corresponding system 40.
  • the mirror 791 includes a mirror surface 793 implemented as a thin metallic backside coating of a substrate 799, for example. It is a recess 792 of the mirror surface 793 located adjacent to the imaging HOE 130 is also provided.
  • the light 90 can pass through the recess 792 .
  • a partially reflecting layer could be located in the recess 792, for example, which allows the light 90 to pass through in the wavelength range of the light source 111 and reflects ambient light.
  • a bandpass filter could be used.
  • FIG. 6A that the imaging HOE 130 extends along the mirror surface 793.
  • FIG. The mirror surface 793 is arranged between the volume in which the hologram 150 is formed and the imaging HOE 130 .
  • the imaging HOE 130 is in turn arranged between the mirror surface 793 and the light source 111, with an aperture 959 being provided.
  • a depth sensor 950 is also provided.
  • the imaging HOE 130 is arranged between the volume in which the hologram 150 is reconstructed and the depth sensor 950 .
  • the depth sensor 950 uses light (rather than microwaves), light in a spectral range unaffected by the refractive index modulated range 131 of the imaging HOE 130 could be used.
  • the light 90 used to reconstruct the hologram 150 could be in the visible spectrum; while the depth sensor 950 light could be in the infrared.
  • the combination of the optical system 110 with a mirror 791 is only an example. It would also be conceivable for a system to be formed with a screen that extends along the imaging HOE 130 . In this case, the imaging HOE 130 could then be arranged between the screen and the volume, ie the screen could be arranged behind the imaging HOE 130 (from the viewer's point of view).
  • FIG. 6B is a perspective view of the optical path 31.
  • the deflection element 120 for example a light-shaping HOE, is visible.
  • FIG. 7 is a flow chart of an exemplary method for preparing an optical system.
  • the optical system 110 can be manufactured according to one of the examples discussed above.
  • Optional blocks are shown in FIG. 7 shown with dashed lines.
  • an imaging HOE is first provided.
  • the imaging HOE 130 may be implemented according to the examples described above.
  • block 3005 could include exposing the imaging HOE 130 to reference light from multiple interfering laser light sources. In this way, the refractive index-modulated region can be formed on a corresponding substrate. This defines the reconstruction angle 135 .
  • providing a light-shaping HOE occurs.
  • the light-shaping HOE 120 can be provided according to the examples described above.
  • Block 3010 may include exposing the light-shaping HOE 120 to reference light from multiple interfering laser light sources.
  • a light source may be provided.
  • this can be arranged at a suitable distance from the light-shaping HOE.
  • FIG. 8 illustrates aspects related to the optical system 110.
  • FIG. FIG. 8 is a schematic representation of the optical system 110 set up to generate a flologram 150.
  • FIG. The optical system 110 of FIG. 8 basically corresponds to the optical system 110 from FIG. 1.
  • the optical system 110 in FIG. 8 is a schematic representation of the optical system 110 set up to generate a flologram 150.
  • the optical system 110 of FIG. 8 basically corresponds to the optical system 110 from FIG. 1.
  • the optical waveguide 301 guides the beam path 81 of the light 90, in general terms, to the imaging HOE 130.
  • the optical waveguide 301 also guides the light 90 to the deflection element HOE 120 and further from the deflection element 120 towards the imaging HOE 130.
  • the optical waveguide 301 can guide the light e.g. through total reflection at its interfaces towards the surrounding optical thinner medium.
  • a coupling surface 302 of the optical waveguide 301 is arranged between the refractive or mirror-optical element 171, for example a collimator lens, and the light-shaping HOE 120.
  • the in-coupling surface 302 could be oriented perpendicular to the optical axis of the collimator lens.
  • the in-coupling surface 302 may be arranged, for example, between the light-shaping HOE 120 and the imaging HOE 130 .
  • the optical waveguide 301 can implement the substrate 132 on which the imaging HOE 130 is arranged.
  • the thickness 134 of the substrate 132 or the optical waveguide 301 can be dimensioned comparatively small (e.g. compared to the scenario in FIG. 2).
  • FIG. 9 and FIG. 10 Such a scenario is shown in FIG. 9 and FIG. 10 for an exemplary structural implementation.
  • FIG. 9 is a perspective view of an example structural implementation of the optical system 110 of FIG. 8 with the optical fiber 301.
  • FIG. 10 is a side view of the structural implementation of the optical system 110 of FIG. 9. From FIG. 9 and FIG. 10 it can be seen that the optical waveguide 301 is made of bulk material, for example glass or plastic.
  • the optical waveguide 301 can be implemented as an optical block 350 .
  • the light-shaping HOE and the imaging HOE 130 can be arranged on different outer surfaces.
  • the light by reflection in the optical fiber 301 repeatedly strikes the refractive index modulated region 131 of the imaging HOE 130 (unlike in FIG. 2) because the optical fiber 301 extends below the imaging HOE 130 and implements its substrate.
  • the thickness 134 is thus much smaller than the lateral dimension 136, or in particular the length along the optical waveguide 301. In general, the thickness 134 cannot be greater than 20% of the length of the imaging HOE 130 along the optical waveguide 130.
  • the beam cross section of the light 90 can also be reduced.
  • the lateral extent of the light-shaping HOE 120 can thus be reduced, which makes the optical system 110 even more compact.
  • optical system 110 aspects of the optical system 110 relating to the use of multiple optical channels are described below.
  • FIG. 11 illustrates aspects related to an optical system 110.
  • FIG. FIG. 11 is a schematic representation of the optical system 110 set up to generate a hologram 150.
  • FIG. The optical system 110 in the example of FIG. 11 comprises two optical channels 31, 32.
  • the optical channel 31 corresponds to the example in FIG. 8 and has already been discussed in connection with FIG. 8 discussed.
  • the optical system 110 also includes the additional optical channel 32.
  • This is implemented analogously to the optical channel 31, ie includes a light source 111#, a light-shaping HOE 171#, and an optical fiber 301# with a corresponding launch surface 302#.
  • the optical system 110 can also include an aperture element 39 which is arranged between the optical channels 31 , 32 and prevents crosstalk of light between the optical channels 31 , 32 .
  • the screen element 39 can be made of light-absorbing material.
  • the shutter element 39 may extend between the respective light sources 111, 111# to the collimator lenses 171, 171# (or generally to refractive or specular optical elements, as discussed above). After collimation, the aperture can be dispensable.
  • optical channels 31, 32 are configured accordingly.
  • the optical channels 31, 32 it is possible for the optical channels 31, 32 to be configured differently, with regard to the arrangement and/or presence of optical elements.
  • the optical fiber 301 and/or the optical fiber 301# can be dispensed with.
  • the optical channels 31, 32 address different imaging HOEs 130, 130#, which each reconstruct a corresponding image motif 780-1, 780-2 of a hologram 150 by means of the light 90, 90#.
  • the optical channels 31, 32 address the same imaging HOE 130, e.g. in different or overlapping areas. Such examples are shown in FIG. 12 and FIG. 13 shown.
  • the first optical channel 31 is set up to illuminate the region 801 of the imaging HOE with the light 90 and the second optical channel 32 is set up to illuminate with the light 90# the region 802 of the imaging HOE 130 to illuminate.
  • the area 801 and the area 802 are arranged side by side. This makes it possible for a common image motif 780 to be reconstructed using light 90 and light 90# if both optical channels 31, 32 are activated at the same time. As a result, the corresponding image motif can have a particularly large area.
  • the optical channel 31 illuminates a first area of the imaging HOE 130 with the light 90 and the optical channel 32 illuminates a second area of the imaging HOE 130 with the light 90#, the first areas of the second area have a common overlapping area.
  • FIG. 13 shows one such example.
  • optical channel 31 is configured to illuminate area 811 of imaging HOE 130 with light 90 and optical channel 32 is configured to illuminate area 812 of imaging HOE 130 with light 90#.
  • the area 801 and the area 802 have an overlapping area 813, which is therefore served by both optical channels.
  • the light 90 is used to create an image motif 780-1 within the hologram 150 and the light 90# is used to create an image motif 780-2 within the hologram 150.
  • FIG. These image motifs can be arranged in the same spatial area, i.e. arranged in an overlapping manner in the volume of the hologram 150 (this is not represented in the schematic view of FIG. 13).
  • interaction elements such as buttons, can be displayed in the same spatial area depending on whether optical channel 31 or optical channel 32 is activated.
  • Interaction elements of a GUI - are displayed at the same position, depending on which optical channel 31, 32 is activated. Also, different color motifs can be realized in one area (when the light 90 and the light 90# use different wavelengths for reconstruction). Such Geometry is particularly advantageous because it allows the image motifs to be separated both in terms of wavelength and in terms of the reconstruction angle, thus avoiding crosstalk between the optical channels. It would also be conceivable to switch the brightness step by step by switching on individual optical channels (with the same image motif and colour).
  • FIG. Figure 14 is a perspective view showing three optical channels 31, 32, 33 having optical paths 81, 81# and 81## that are parallel to each other.
  • the collimator lenses 171, 171#, 171## are also integrally formed as a lens array.
  • the collimator lenses 171, 171#, 171## could be made in a co-injection molding process or a co-3D printing process.
  • FIG. 15 is an extension of the example of FIG. 14.
  • a total of six optical channels 31-36 are used, with the optical channels 31-33 and 34-36 being arranged perpendicular to one another (ie the corresponding beam paths enclose an angle of 90° with one another).
  • Channels 31-33 correspond to the example of FIG. 14; channels 34-36 also correspond to the example of FIG. 14
  • a row-column array can be formed for different imaging HOEs 130 or at least different areas of a common imaging HOE.
  • a row-column array of different image motifs could be reconstructed.
  • the optical paths of the different optical channels could form different angles with one another, for example in the range from 45° to 90°.
  • FIG. 16 is another example of a possible implementation of the optical system 110 with two optical channels 31, 32, whose optical paths 81, 81# run parallel to one another, namely at an angle of 180° to one another. The reconstruction angles thus differ by 180° in the azimuthal direction.
  • FIG. 17 is a corresponding perspective view of the optical system of FIG. 16
  • FIG. 18 and FIG. 19 show an optical system 110 in two different perspective views, which is an extension of the optical system 110 from FIG. 16 and FIG. 17 is
  • the optical system 110 in FIG. 18 and FIG. 19 uses four optical channels 31-34, with each two channels having optical paths that are parallel to each other and each corresponding to the optical system 110 of FIG. 16 or FIG. 17 match.
  • FIG. 20 schematically illustrates a controller according to various examples.
  • FIG. 20 schematically illustrates a controller according to various examples.
  • a data processing system 901 which comprises a processor 902 and a memory 903.
  • the data processing system 901 implements the controller that can control multiple optical channels of an optical system as described above.
  • the processor 902 can load program code from the memory 903 and execute it.
  • the processor 902 can then turn on and off individual light sources associated with different optical channels of the optical system separately by issuing instructions via an interface 904 accordingly.
  • the processor 902 can therefore individually control several light sources of different channels.
  • FIG. 21 is a flowchart of an example method. The method of FIG.
  • the optical system 110 is used to control an optical device with multiple optical channels.
  • the optical system 110 can be controlled as described above.
  • the method of FIG. 21 could be executed by a controller, for example by the processor 902 of the data processing system 901, based on program code from the memory 903 (compare FIG. 20).
  • box 920 it is checked whether a first optical channel should be switched on. For this purpose, it could be checked, for example, whether a certain image motif of a floating flologram is to be displayed, the image motif which is to be displayed being generated by the first optical channel.
  • TAB. 3 Different decision criteria that can be considered individually or cumulatively in box 920.
  • a first light source associated with the first optical channel is turned on.
  • box 930 a check is made according to the check in box 920 but for another optical channel.
  • Box 935 then corresponds to box 925 again, but for the further optical channel.
  • the optical channels can therefore be controlled individually.

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Abstract

Ein optisches System (110) umfasst mehrere optische Kanäle (31, 32). Eine Steuerung (901) kann Lichtquellen (111, 111#) der optischen Kanäle (31, 32) getrennt an- und ausschalten. Dadurch können unterschiedliche Bildmotive (780-1, 780-2) eines Hologramms (150) durch unterschiedliche Beleuchtung von mindestens einem bildgebenden holographisch optischen Element (130) beleuchtet werden.

Description

B E S C H R E I B U N G
OPTISCHES SYSTEM FÜR SCHWEBENDE HOLOGRAMME MIT MEHREREN SCHALTBAREN OPTISCHEN KANÄLEN
TECHNISCHES GEBIET
Verschiedene Beispiele der Offenbarung betreffen ein System, welches mehrere optische Kanäle umfasst, um ein schwebendes Hologramm zu erzeugen. Die verschiedenen optischen Kanäle sind von einer Steuerung individual ansteuerbar.
HINTERGRUND
Es sind Techniken bekannt, um mittels eines bildgebenden holographischen optischen Elements (HOE) ein schwebendes Hologramm zu erzeugen. Ein solches schwebendes Hologramm wird in einem Volumen erzeugt, das außerhalb des bildgebenden HOE angeordnet ist. Das bedeutet, dass das Hologramm versetzt zum bildgebenden HOE rekonstruiert wird. Dadurch kann eine optische „Schwebewirkung“ erzeugt werden, das Hologramm steht frei im Raum.
Es wurde festgestellt, dass bei entsprechenden optischen Systemen das schwebende Hologramm vergleichsweise statisch und wenig interaktiv ausgebildet sein kann. Außerdem sind solche optischen Systeme oftmals vergleichsweise groß.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG
Entsprechend ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein optisches System bereitzustellen, welches ein schwebendes Hologramm erzeugen kann. Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein optisches System bereitzustellen, welches die ein oder mehreren Hologramme dynamisch bereitstellen kann. Außerdem ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein kompaktes optisches System bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird gelöst von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Die Merkmale der abhängigen Patentansprüche definieren Ausführungsformen. Ein optisches System umfasst mehrere optische Kanäle, die individuell an- und ausschaltbar sind. Das bedeutet, dass jeweils selektiv Licht entlang von ein oder mehreren Strahlengängen der verschiedenen optischen Kanäle ausgesendet werden kann. Die Lichtquellen können also individuell angesteuert werden. Das Licht trifft auf ein oder mehrere bildgebende HOEs, die jeweils entsprechende Teile des schwebenden Hologramms erzeugen. Dadurch können ein oder mehrere Bildmotive des Hologramms an- und ausgeschaltet werden, je nachdem welcher optische Kanal angesteuert wird.
Ein optisches System umfasst mindestens ein bildgebendes HOE. Das mindestens eine HOE ist eingerichtet, um basierend auf Licht ein schwebendes Hologramm zu erzeugen. Das schwebende Hologramm wird in einem Volumen außerhalb des mindestens einen bildgebenden HOE rekonstruiert. Das schwebende Hologramm ist folglich in einem Volumen außerhalb des mindestens einen bildgebenden HOE angeordnet. Außerdem umfasst das optische System mehrere optische Kanäle. Die mehreren optischen Kanäle umfassen jeweils eine Lichtquelle und einen Strahlengang. Die mehreren optischen Kanäle sind eingerichtet, um das Licht entlang des jeweiligen Strahlengangs hin zum mindestens einen bildgebenden HOE zu führen / zu leiten. Die Steuerung ist eingerichtet, um die Lichtquelle der mehreren optischen Kanäle individuell anzusteuern.
Das individuelle Ansteuern der Lichtquellen kann also bedeuten, dass einzelne Lichtquellen getrennt von anderen Lichtquellen an- und ausgeschaltet werden können. Das bedeutet, dass Licht wahlweise entlang der verschiedenen Strahlengänge der verschiedenen optischen Kanäle ausgesendet werden kann oder nicht. Das bedeutet, in anderen Worten, dass die verschiedenen optischen Kanäle individuell angesteuert werden können, das heißt individuell geschaltet werden können.
Die verschiedenen optischen Kanäle können mit verschiedenen Bildmotiven des Hologramms assoziiert sein. Diese verschiedenen Bildmotive können unterschiedliche Teile des schwebenden Hologramms bereitstellen. Unterschiedliche Bildmotive können unterschiedliche Geometrien oder Bilder wiedergeben. Unterschiedliche Bildmotive können auch dieselben Geometrien oder Bilder wiedergeben, jedoch in unterschiedlichen Farben.
Ein Computer-implementiertes Verfahren umfasst das individuelle Ansteuern von mehreren Lichtquellen eines optischen Systems. Die mehreren Lichtquellen werden dabei basierend auf ein oder mehreren Entscheidungskriterien angesteuert. Je nachdem, wie eine entsprechende Überprüfung der ein oder mehreren Entscheidungskriterien ausgeht, kann also eine bestimmte Lichtquelle der mehreren Lichtquellen angeschaltet werden oder ausgeschaltet werden, und eine andere Lichtquelle der mehreren Lichtquellen kann ausgeschaltet werden oder angeschaltet werden. Diese Überprüfung kann individuell für jede Lichtquelle stattfinden.
Die mehreren Lichtquellen sind dabei mehreren optischen Kanälen des optischen Systems zugeordnet. Die optischen Kanäle umfassen jeweils einen zugehörigen Strahlengang. Die optischen Kanäle sind jeweils eingerichtet, um das von der jeweiligen Lichtquelle der mehreren Lichtquellen ausgesendete Licht hin zu mindestens einem bildgebenden HOE des optischen Systems zu führen. Das mindestens eine bildgebende HOE ist dabei eingerichtet, um basierend auf dem Licht ein schwebendes Hologramm in einem Volumen außerhalb des mindestens einen bildgebenden HOE zu erzeugen.
Die oben dargelegten Merkmale und Merkmale, die nachfolgend beschrieben werden, können nicht nur in den entsprechenden explizit dargelegten Kombinationen verwendet werden, sondern auch in weiteren Kombinationen oder isoliert, ohne den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
FIG. 1 ist eine schematische Ansicht eines optischen Systems gemäß verschiedenen Beispielen, welches einen optischen Kanal, eine Steuerung und einen Tiefensensor umfasst. FIG. 2 illustriert eine beispielhafte strukturelle Implementierung des optischen Systems aus FIG. 1 gemäß verschiedenen Beispielen.
FIG. 3 illustriert eine Spektralfilterung, die von einem lichtformenden FIOE, das gemäß verschiedenen Beispielen ein Umlenkelement implementiert, bereitgestellt werden kann.
FIG. 4 illustriert eine beispielhafte Implementierung des optischen Systems aus FIG. 1 gemäß verschiedenen Beispielen.
FIG. 5 illustriert eine beispielhafte Implementierung des optischen Systems aus FIG. 1 gemäß verschiedenen Beispielen.
FIG. 6A illustriert eine beispielhafte Integration optischen Systems mit einem Spiegel gemäß verschiedenen Beispielen.
FIG. 6B ist eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Implementierung des optischen Systems gemäß FIG. 2.
FIG. 7 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens.
FIG. 8 ist eine schematische Ansicht eines optischen Systems gemäß verschiedenen Beispielen, welches ein bildgebendes HOE und einen Lichtwellenleiter umfasst.
FIG. 9 ist eine Perspektivansicht einer beispielhaften Implementierung des optischen Systems aus FIG. 8 gemäß verschiedenen Beispielen.
FIG. 10 ist eine der Implementierung aus FIG. 9.
FIG. 11 ist eine schematische Ansicht eines optischen Systems gemäß verschiedenen Beispielen, welches mehrere optische Kanäle umfasst.
FIG. 12 ist eine schematische Ansicht eines optischen Systems gemäß verschiedenen Beispielen, welches mehrere optische Kanäle umfasst. FIG. 13 ist eine schematische Ansicht eines optischen Systems gemäß verschiedenen Beispielen, welches mehrere optische Kanäle umfasst.
FIG. 14 ist eine Perspektivansicht einer beispielhaften Implementierung des optischen Systems aus einer der FIGs. 11 bis 13 gemäß verschiedenen Beispielen.
FIG. 15 ist eine Perspektivansicht einer beispielhaften Implementierung des optischen Systems aus einer der FIGs. 11 bis 13 gemäß verschiedenen Beispielen.
FIG. 16 ist eine Seitenansicht einer beispielhaften Implementierung des optischen Systems aus einer der FIGs. 11 bis 13 gemäß verschiedenen Beispielen.
FIG. 17 ist eine Perspektivansicht der Implementierung des optischen Systems aus FIG. 16.
FIG. 18 ist eine Perspektivansicht einer beispielhaften Implementierung des optischen Systems aus einer der FIGs. 11 bis 13 gemäß verschiedenen Beispielen.
FIG. 19 ist eine Perspektivansicht der Implementierung des optischen Systems aus FIG. 18.
FIG. 20 illustriert schematisch eine Steuerung für mehrere optische Kanäle gemäß verschiedenen Beispielen.
FIG. 21 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens.
FIG. 22 illustriert schematisch eine Menüebene eines GUI gemäß verschiedenen Beispielen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Elemente. Die Figuren sind schematische Repräsentationen verschiedener Ausführungsformen der Erfindung. In den Figuren dargestellte Elemente sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu dargestellt. Vielmehr sind die verschiedenen in den Figuren dargestellten Elemente derart wiedergegeben, dass ihre Funktion und genereller Zweck dem Fachmann verständlich wird.
Nachfolgend werden Techniken beschrieben, die es ermöglichen, ein schwebendes Flologramm zu erzeugen. Das Flologramm kann ein Bildmotiv wiedergeben, etwa einen Knopf oder ein Flinweisschild. Das Flologramm könnte auch mehrere Bildmotive wiedergeben. Z.B. könnte ein Bild durch mehrere Bildmotive zusammengesetzt werden, oder es könnten getrennte Bildmotive wiedergegeben werden.
Dazu wird ein optisches System verwendet, welches mehrere optische Kanäle umfasst. Jeder optische Kanal kann jeweils eine zugeordnete Lichtquelle und einen Strahlengang aufweisen. Die optischen Kanäle sind eingerichtet, um jeweils das Licht entlang des jeweiligen Strahlengangs hin zu mindestens einem bildgebenden HOE auszusenden. Das mindestens eine bildgebende HOE ist eingerichtet, um basierend auf dem Licht ein schwebendes Hologramm zu erzeugen. Dieses ist in einem Volumen außerhalb des mindestens einen bildgebenden HOEs rekonstruiert bzw. angeordnet.
Das Hologramm, welches mittels eines entsprechenden optischen Systems erzeugt wird, kann eine besonders große Schwebehöhe und/oder eine besonders große Tiefenwirkung aufweisen. Beispielsweise könnte ein Abstand zwischen einem Volumen, in dem das Hologramm bei geeigneter Beleuchtung des mindestens einen bildgebenden HOE dargestellt wird, und dem mindestens einen bildgebenden HOE nicht kleiner als 60% der lateralen Abmessungen (senkrecht zum Abstand) eines Brechungsindex-modulierten Bereichs des mindestens einen bildgebenden HOE sein. Das Hologramm kann grundsätzlich ein oder mehrere Bildmotive aufweisen. Die verschiedenen Bildmotive können durch Licht erzeugt werden, welches unterschiedliche Strahlengänge durchlaufen hat bzw. unterschiedlichen optischen Kanälen zugeordnet ist.
Das mindestens eine bildgebende HOE kann als Volumen-HOE implementiert sein, das heißt eine Variation des Brechungsindex in 3-D aufweisen. Ein entsprechender Brechungsindex-modulierter Bereich weist eine 3-D Ausdehnung auf. Diese Variation des Brechungsindex bricht das Licht mit einem Diffraktionsmuster, wodurch das Hologramm ausgebildet wird. Das Volumen-HOE ist abgegrenzt gegenüber einem Oberflächen-HOE, bei welchem eine Modulation der Oberfläche eines Substrats das Diffraktionsmuster hervorruft. Zum Beispiel könnte die Oberfläche wellenförmig ausgebildet sein.
Das mindestens eine bildgebende HOE kann als Transmissions-HOE oder als Reflexions-HOE implementiert sein. Bei einem Transmissions-HOE wird der Brechungsindex-modulierte Bereich von einer Seite beleuchtet und das Hologramm wird in einem der gegenüberliegenden Seite zugewendeten Volumen erzeugt. Bei Reflexions-HOE wird der Brechungsindex-modulierte Bereich von einer Seite beleuchtet und das Hologramm wird in einem derselben Seite zugewendeten Volumen erzeugt.
Zum Beispiel wäre es möglich, dass ein Strahlengang des Lichts in Edge-Lit-Geometrie auf das bildgebende HOE auftrifft. Das bedeutet, dass das mindestens eine bildgebende HOE ein Substrat (aus einem transparenten Material, das optisch dichter ist, als Luft) aufweist, auf welchem der Brechungsindex-modulierte Bereich aufgebracht ist. Ein entsprechender Strahlengang wird auf der Schmalseite in das Substrat eingekoppelt, durchläuft dann das Substrat - z.B. Glas oder Polymethylmethacrylat -, bevor er auf den Brechungsindex-modulierten Bereich auftrifft. Typischerweise weist das Substrat eine Schichtdicke auf, die wesentlich größer ist, als die Schichtdicke des Brechungsindex-modulierten Bereichs. Der sog. Rekonstruktionswinkel bezeichnet denjenigen Winkel, mit dem das Licht auf den Brechungsindex-modulierten Bereich auftrifft. Dieser kann entlang einer Oberfläche des mindestens einen bildgebenden HOE angeordnet sein. Licht, das nicht durch den Brechungsindex-modulierten Bereich gebeugt wird, um das Hologramm zu erzeugen, kann dann Totalresektion an der Oberfläche des mindestens einen bildgebenden HOE erfahren und in das Substrat zurück reflektiert werden.
In manchen Varianten wäre es denkbar, dass ein absorbierendes Material solches zurückreflektiertes Licht absorbiert (engl beam dump); dadurch wird die Wiedergabe des Hologramms nicht durch „Hintergrundlicht“ gestört. In anderen Beispielen wäre es aber auch denkbar, dass das Substrat einen Lichtwellenleiter implementiert. Das an der Oberfläche des mindestens einen bildgebenden HOE zurück reflektierte Licht wird dann an einer weiteren Oberfläche des Lichtwellenleiters reflektiert und trifft wieder auf das mindestens eine bildgebende HOE auf. Der Lichtwellenleiter kann also unterhalb des mindestens einen bildgebenden HOE angeordnet sein und sich entlang des mindestens einen bildgebenden HOE erstrecken und das im Lichtwellenleiter propagierende Licht kann zur Ausleuchtung des mindestens einen bildgebenden HOE verwendet werden. Das mindestens eine bildgebende HOE ist dabei auf einer Außenfläche des Lichtwellenleiters angebracht. Die Verwendung eines Lichtwellenleiters ermöglicht eine besonders kompakte Bauform, weil die Dicke des den Lichtwellenleiter ausbildenden Substrats geringer sein kann, als die lateralen Abmessungen des mindestens einen bildgebenden HOE. Beispielsweise wäre es denkbar, dass eine Dicke des Lichtwellenleiters senkrecht zum mindestens einen bildgebenden HOE (also entlang einer Richtung, die sich weg vom bildgebenden HOE erstreckt) nicht größer ist als 20% einer Länge des mindestens einen bildgebenden HOE entlang des Lichtwellenleiters.
Beispielsweise könnten mehrere bildgebende HOE auf einem gemeinsamen Lichtwellenleiter angebracht sein, durch den das Licht mehrerer optischer Kanäle läuft. Es könnte auch ein Lichtwellenleiter pro optischem Kanal verwendet werden.
Die verwendeten Lichtquellen emittieren vorzugsweise Licht im sichtbaren Spektrum, insbesondere zwischen 380 nm und 780 nm. In den verschiedenen hierin beschriebenen Beispielen können ein oder mehrere Leuchtdioden als Lichtquelle verwendet werden. Leuchtdioden sind besonders einfach, langlebig und kostengünstig und weisen bezüglich einer Vielzahl von Leuchtfunktionen, insbesondere holographischer Leuchtfunktion, ausreichende optische Eigenschaften, insbesondere bezüglich der Kohärenz des ausgesendeten Lichts auf. Leuchtdioden sind besonders effizient. Zum Beispiel könnte eine Leuchtdiode einen Lichtemitter (aktive Fläche, die Photonen emittiert) aufweisen, der Abmessungen zwischen 0,5 x 0,5 mm2 und 1 x 1 mm2 aufweist. Es kann insbesondere vorteilhaft sein, für die genannten Anwendungen kleine Emitterflächen zu verwenden. Das optische System kann pro optischen Kanal eine Lichtquelle umfassen. Diese ist eingerichtet, um das Licht entlang des jeweiligen Strahlengangs zum mindestens einen bildgebenden HOE auszusenden. Der Strahlengang kann z.B. durch die optische Achse des entsprechenden optischen Kanals mit den optischen Bauteilen definiert sein. Das Licht propagiert entlang des Strahlengangs hin zum mindestens einen bildgebenden HOE.
Beispielsweise wäre es denkbar, dass jedem optischen Kanal ein entsprechendes bildgebendes HOE zugeordnet ist. Es wäre aber auch denkbar, dass ein einzelnes bildgebendes HOE mehreren optischen Kanälen zugeordnet ist. Das würde also bedeuten, dass ein durchgängiger Brechungsindex-modulierter Bereich des bildgebenden HOE vorhanden ist (der Phasenkohärent belichtet wurde), der von Licht aus mehreren Strahlengängen beleuchtet wird. Um dennoch unterschiedlich Bildmotive des Hologramms durch die verschiedenen optischen Kanäle zu erzeugen, können unterschiedliche Techniken eingesetzt werden. Diese Techniken sind im Zusammenhang mit TAB. 1 nachfolgend zusammengefasst.
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TAB. 1 : Unterschiedliche Varianten für die gemeinsame Nutzung („Multiplexen“) eines gemeinsamen bildgebenden HOEs mittels Licht, welches unterschiedlichen optischen Kanälen zugeordnet ist. Das Licht kann also aus unterschiedlichen Richtungen auf das bildgebende HOE auftreffen. Dadurch können unterschiedliche Bildmotive durch die verschiedenen optischen Kanäle erzeugt werden. Indem die optischen Kanäle individuell geschaltet werden können, kann das Hologramm flexibel durch die verschiedenen Bildmotive zusammengesetzt werden. Verschiedene Beispiele beruhen auf der Erkenntnis, dass eine besonders kompakte Bauform eines entsprechenden optischen Systems dadurch erreicht werden kann, dass mindestens ein optisches Umlenkelement verwendet wird. Das bedeutet, dass das Licht entlang eines jeweiligen Strahlengangs von der Lichtquelle ausgesendet wird und dann durch das optische Umlenkelement hin zu mindestens einem bildgebenden HOE umgelenkt wird. Dadurch ist es möglich, dass die Lichtquelle angrenzend an bzw. hinter dem mindestens einen bildgebenden HOE angeordnet ist. In anderen Worten: zumindest eines des mindestens einen bildgebenden HOE kann zwischen dem Volumen (in dem das Hologramm rekonstruiert wird) und der jeweiligen Lichtquelle angeordnet sein. Durch das optische Umlenkelement wird erreicht, dass die Lichtquelle das Licht nicht direkt auf das mindestens eine bildgebende HOE aussendet, sondern zunächst zum Umlenkelement. Dadurch können großflächigere Beleuchtungen des Brechungsindex-modulierten Bereichs des mindestens einen bildgebenden HOE erreicht werden als bei direkter Beleuchtung. Es können flachere Rekonstruktionswinkel erzielt werden. Dies verbessert die Darstellung der Bildmotive des Hologramms.
Beispielsweise könnte ein solches Umlenkelement als Spiegel implementiert sein. Das Umlenkelement könnte auch als optisches Prisma implementiert sein oder durch einen Lichtwellenleiter, der durch Totalreflektion das Licht in einem optisch dichten Medium führt.
Es wären auch kompliziertere Implementierungen des Umlenkelements denkbar. Insbesondere wären Implementierungen des Umlenkelements denkbar, die - neben der Umlenkung des Lichts auch andere lichtformende Funktionalitäten bereitstellt. Dazu kann auch ein HOE verwendet werden, das nachfolgend als lichtformendes HOE bezeichnet wird.
Verschiedene Beispiele beruhen auf der Erkenntnis, dass eine weitere Verbesserung der Beleuchtung des bildgebenden HOE durch die Verwendung eines lichtformenden HOE erzielt werden kann, welches im Strahlengang zwischen der Lichtquelle und dem bildgebenden HOE angeordnet ist und welches - neben der lichtformenden Funktionalität - auch das Licht umlenkt. Das lichtformende HOE kann also das Umkehrelement implementieren.
Einige solche lichtformenden Funktionalitäten, die vom lichtformenden HOE bereitgestellt werden können, sind nachfolgend im Zusammenhang mit TAB. 2 beschrieben.
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TAB. 2: Verschiedene lichtformende Funktionalitäten, die vom lichtformenden HOE bereitgestellt werden können. Mittels solcher lichtformenden Funktionalitäten kann ein homogenes Winkel- und Wellenlängenspektrum der Beleuchtung des bildgebenden FIOE erzielt werden, so dass ein Hologramm rekonstruiert werden kann, welches einen großen Abstand zum Brechungsindex-modulierten Bereich des mindestens einen bildgebenden HOE aufweist und eine große Tiefenschärfe aufweist.
Grundsätzlich sind verschiedene Implementierungen für das lichtformende HOE denkbar. Beispielsweise wäre es möglich, dass das lichtformende HOE den Strahlengang in Reflexionsgeometrie umlenkt. Das heißt es kann ein Reflexions-HOE verwendet werden. Ein Reflexions-HOE ist wellenlängenselektiv, das heißt es wird für einen bestimmten Austrittswinkel nur Licht eines engen Wellenlängenspektrums effizient gebeugt. Dadurch kann die Spektralfilterung gemäß TAB. 2: Beispiel I erreicht werden. Zum Beispiel könnte eine Halbwertsbreite des Wellenlängenspektrums des Lichts nach der Spektralfilterung erreicht werden, die nicht größer ist als 10 nm, insbesondere nicht größer als 5 nm. Dadurch kann eine bessere Rekonstruktion des Bilds in Form des Hologramms erreicht werden, weil Verschmierung und Geisterbilder - die andernfalls bei einer breitbandigen Beleuchtung des mindestens einen bildgebenden HOE entstehen könnten - vermieden werden.
Ähnlich wie obenstehend im Zusammenhang mit dem mindestens einen bildgebenden HOE beschrieben, wäre es denkbar, dass das lichtformende HOE auf einer Außenfläche eines Lichtwellenleiters angebracht ist. Das lichtformende HOE und das bildgebende HOE können auf unterschiedlichen Außenflächen des Lichtwellenleiters aufgebracht sein. Jeder optische Kanal kann beispielsweise ein zugeordnetes Umlenkelement oder insbesondere ein zugeordnetes lichtformendes HOE aufweisen. Die lichtformenden HOE unterschiedlicher optischer Kanäle können durch eine gemeinsame Gitterstruktur ausgebildet sein, d.h. unterschiedliche Bereiche der gemeinsamen Gitterstruktur werden vom Licht unterschiedlicher optischer Kanäle beleuchtet. Es könnten aber auch separate Gitterstrukturen verwendet werden.
Als allgemeine Regel gibt es unterschiedliche Anordnungsmöglichkeiten der optischen Kanäle. Die Kanäle können nebeneinander angeordnet sein, sodass eine zeilen- oder spaltenweise Rekonstruktion ermöglicht wird. Das bedeutet, dass die Strahlengänge der verschiedenen optischen Kanäle zumindest in Teilbereichen parallel oder senkrecht zueinander verlaufen. Die optischen Kanäle können ebenso in Gitterstruktur angeordnet sein, sodass eine zeilen- und spaltenweise Rekonstruktion gegeben ist. Weiterhin können die Kanäle auch in diagonaler Richtung oder in weiteren azimutalen Winkeln zueinander angeordnet sein. Ein Winkel zwischen den Strahlengängen kann also z.B. im Bereich von 45° bis 90° liegen.
Die Strahlengänge können durch Blendenelemente getrennt sein. Das bedeutet, dass die Strahlengänge zum Beispiel durch die optischen Achsen von bestimmten optischen Elementen des jeweiligen optischen Kanals definiert sein können, etwa von entsprechenden Kollimator-Linsen.
Es ist möglich, dass das optische System eine Steuerung umfasst. Diese Steuerung kann die verschiedenen optischen Kanäle schalten. Das bedeutet, dass die Steuerung eingerichtet sein kann, um die Lichtquellen der mehreren optischen Kanäle individuell anzusteuern.
Zum Beispiel könnte die Steuerung einen Prozessor umfassen, beispielsweise einen Mikroprozessor, einen applikationsspezifischen integrierten Schaltkreis oder ein feldprogrammierbares schaltbares Array. Die Steuerung kann basierend auf Programmcode ein oder mehrere Techniken zum Schalten der optischen Kanäle ausführen. Beispielsweise wäre es denkbar, dass die Steuerung eingerichtet ist, um die Lichtquellen der mehreren optischen Kanäle basierend auf einem Messsignal eines Tiefensensors (engl „depth sensor“; manchmal auch als Abstandssensor bezeichnet) des optischen Systems anzusteuern. Der Tiefensensor kann eingerichtet sein, um ein Objekt im Volumen oder angrenzend an das Volumen zu detektieren und ein entsprechendes Messsignal auszugeben.
Der Tiefensensor kann z.B. aus Benutzersicht hinter dem bildgebenden HOE angeordnet sein. Das bedeutet, das bildgebende HOE kann zwischen dem Volumen (in dem das Hologramm rekonstruiert wird) und dem Tiefensensor angeordnet sein.
Insbesondere kann der Tiefensensor also eingerichtet sein, um eine laterale Position (X-Y-Position) und einen Abstand (Z-Position) des Objekts zu bestimmen. Basierend auf solchen Eigenschaften kann dann ein Ansteuern der Lichtquellen der verschiedenen optischen Kanäle erfolgen.
Grundsätzlich können unterschiedliche Implementierungen für den Tiefensensor verwendet werden. Es wäre zum Beispiel möglich, dass ein Lichtlaufzeit-basierter Sensor (engl time-of-flight; TOF-Sensor) verwendet wird, der basierend auf Laufzeitmessungen von Lichtpulsen die Tiefenposition des Objekts bestimmt. Es könnte auch Laserlicht verwendet werden, das heißt es könnte ein LIDAR-Sensor (engl. Light Detection and Ranging) verwendet werden. Es wäre grundsätzlich auch denkbar, einen RADAR-Sensor zu verwenden, der basierend auf Radarwellen eine Tiefenposition des Objekts bestimmt. Ebenso kommt es in Betracht einen Ultraschall-Sensor zu verwenden, um basierend auf Ultraschallwellen eine Tiefenposition des Objekts zu bestimmen. Bei der Verwendung eines optischen Tiefensensors kann insbesondere vorgesehen sein, dass sich die Wellenlänge des für die Bestimmung der Tiefenposition verwendeten Lichts von der Wellenlänge des Lichts unterscheidet, welches für die Erzeugung des schwebenden Hologramms verwendet wird. Beispielsweise kann für den Tiefensensor Licht im infraroten Bereich und für das schwebende Hologramm Licht im sichtbaren Bereich verwendet werden. Durch die Verwendung unterschiedlicher Wellenlängen kann insbesondere eine Beeinflussung des Tiefensensors durch das Hologramm vermieden werden. Ein Objekt im Volumen oder angrenzend an das Volumen, in dem das Hologramm rekonstruiert wird, kann folglich mit höherer Zuverlässigkeit detektiert werden. Insbesondere können eine laterale Position und ein Abstand des Objekts genauer bestimmt werden.
Es wäre möglich, dass die Steuerung eingerichtet ist, um basierend auf dem Messsignal Zustandsdaten zu bestimmen, die indikativ sind für die Benutzerbetätigung eines Interaktionselements, dass als Bildmotiv durch das Hologramm angezeigt wird.
Das bedeutet also, dass Bildmotive, die durch das Licht unterschiedlicher optischer Kanäle rekonstruiert werden, Interaktionselemente - beispielsweise Knöpfe, Schieberegler, usw. - einer grafischen Benutzeroberfläche (englisch „graphic user interface“; GUI) darstellen können. Durch unterschiedliche optische Kanäle können unterschiedliche Interaktionselemente angezeigt werden. Es wäre dann möglich, basierend auf dem Messsignal des Tiefensensors zu bestimmen, ob ein Benutzer eines dieser Interaktionselemente betätigt.
Dabei können unterschiedliche Faktoren bei einer solchen Bestimmung der Benutzerbetätigung berücksichtigt werden. Beispielsweise könnte überprüft werden, ob eine Fingerspitze des Benutzers im entsprechenden Teilbereich des Volumens angeordnet ist, in welchem das Interaktionselement angeordnet ist (d.h. , ob der Benutzer z.B. einen Knopf „drückt“). Beispielsweise wäre es denkbar, dass solche Zustandsdaten basierend auf eine Orientierung des Fingers in Bezug auf das Volumen bestimmt werden. Das heißt es könnte überprüft werden, ob der Finger auf ein entsprechendes Interaktionselemente zeigt oder davon abgewendet orientiert ist. Insbesondere wäre es zum Beispiel denkbar, dass eine Parallaxe des Betrachters des Hologramms bei einer entsprechenden Betätigung bestimmt wird. Unter einer Parallaxe des Betrachters kann insbesondere eine Blickrichtung des Betrachters auf das Hologramm verstanden werden. Das heißt es könnte überprüft werden, ob ein Benutzer unter einem besonders schrägen Winkel das Hologramm betrachtet - und damit auch der Finger schräg auf das Volumen gerichtet ist -, so dass die Traktionselemente versetzt gegenüber einer Raumposition angeordnet sind, in denen sie durch einen Betrachter unter einem vergleichsweise senkrechten Winkel wahrgenommen werden. Dies kann zum Beispiel dadurch bestimmt werden, ob die Orientierung des Fingers schräg oder senkrecht zum Volumen orientiert ist. Allgemein formuliert kann die Parallaxe des Betrachters bestimmt werden basierend auf der Orientierung des Fingers. Alternativ oder zusätzlich wäre es auch möglich, einen Blickwinkel des Betrachters durch Augenerkennung in einem von einer Umfeldkamera erfassten Bild zu bestimmen.
Der Tiefensensor kann insbesondere zur Bestimmung der Lage und Orientierung eines Fingers eingerichtet sein. Beispielsweise kann der Tiefensensor dazu eingerichtet sein, einen Finger zu detektieren, der sich in einem Volumen von ca. 15 cm mal 15 cm mal 3 cm befindet. Eine räumliche Auflösung des Tiefensensors kann in Beispielen 10 mal 10 Pixel betragen. Eine solch geringe Auflösung kann ausreichend sein, um die Orientierung eines Fingers zu bestimmen. Weiter kann ein Tiefensensor vorgesehen sein, welcher die Detektion des Fingers bzw. die Bestimmung seiner Orientierung, in regelmäßigen zeitlichen Abständen, z.B. alle 100 ms, erlaubt. Auf diese Weise können beispielsweise Bewegungen des Fingers erkannt werden.
Die Steuerung könnte eingerichtet sein, um basierend auf dem Messsignal des Tiefensensors eine Geste eines Fingers oder einer Hand des Benutzers zu erkennen. Beispielhafte Gesten wären z.B. „Doppelklick“; „Streichen“; usw. Dabei könnte die Geste in Bezug auf das Volumen bestimmt sein. Das bedeutet, dass ein „Doppelklick“ eine bestimmte Position in Bezug auf das Volumen, z.B. insbesondere einen Teilbereich, in dem ein Interaktionselement angezeigt wird, aufweisen muss, um als Geste erkannt zu werden.
Zur Erkennung von Objekten, der Orientierung von Objekten wie Fingern, und/oder von Gesten können Algorithmen eingesetzt werden, die dem Fachmann grundsätzlich bekannt sind. Es könnten maschinengelernte Algorithmen eingesetzt werden. Die konkrete Implementierung solcher Algorithmen ist nicht entscheidend für die Funktionsweise der hierin beschriebenen Techniken, und deshalb werden keine weiteren Details genannt.
Als allgemeine Regel können die hierin beschriebenen optischen Systemen in unterschiedliche Anwendungen integriert werden. Beispielweise wäre es denkbar, dass das ein System das optische System sowie einen Spiegel umfasst, der eine Spiegeloberfläche aufweist, die sich entlang des mindestens einen bildgebenden HOE erstreckt und die zwischen dem mindestens einen bildgebenden HOE und dem Volumen, in dem das schwebende Hologramm erzeugt wird, angeordnet ist. Beispielsweise könnte eine grafische Benutzerschnittstelle mit mehreren Interaktionselementen erzeugt werden, die vor der Spiegeloberfläche „schweben“. Derart könnte zum Beispiel ein Radio gesteuert werden oder eine Bildwiedergabe eines an anderer Stelle in den Spiegel integrierten Bildschirms.
Eine weitere Anwendung wäre zum Beispiel die Integration in einen Bildschirm. Ein System kann also das optische System sowie einen Bildschirm umfassen, der sich entlang des mindestens einen bildgebenden HOE erstreckt. Das mindestens eine bildgebende HOE kann also zwischen dem Bildschirm und dem Volumen angeordnet sein. Derart könnte zum Beispiel schwebend über den Bildschirm eines Fernsehers oder eines Computermonitors eine grafische Benutzerschnittstelle mit mehreren Interaktionselementen implementiert werden.
FIG. 1 illustriert Aspekte im Zusammenhang mit einem optischen System 110. FIG. 1 ist eine schematische Darstellung des optischen Systems 110, welches eingerichtet ist, um ein Hologramm 150 zu erzeugen. Das Hologramm 150 umfasst ein einzelnes Bildmotiv 780, hier ein Knopf als Interaktionselement einer GUI.
In FIG. 1 ist illustrativ ein einzelner optischer Kanal 31 gezeigt, um die Funktionsweise zu erläutern. Das optische System könnte aber weitere optische Kanäle aufweisen, die so wie der optische Kanal 31 konfiguriert sind.
Das optische System 110 umfasst eine Lichtquelle 111. Die Lichtquelle 111 kann durch ein oder mehrere Leuchtdioden implementiert werden. Die Lichtquelle 111 ist eingerichtet, um Licht 90 entlang eines Strahlengangs 81 auszusenden. Das Licht 90 wird dazu verwendet, um das Hologramm 150 zu erzeugen. Dies definiert einen entsprechenden optischen Kanal 31.
Entlang des Strahlengangs 81 sind verschiedene optische Komponenten 171, 120, 130 angeordnet.
Beispielsweise wäre es möglich, dass ein refraktives oder spiegeloptisches optisches Element 171, 172 im Strahlengang 81 zwischen der Lichtquelle 81 benachbart zu Lichtquelle 111 angeordnet ist. Dieses refraktive oder spiegeloptische optische Element ist eingerichtet, um das Licht 90 zu sammeln. Derart kann eine größere Lichtausbeute erreicht werden.
Zum Beispiel könnte das optische Element 171, 172 durch einen Hohlspiegel oder eine Linse - d.h. eine Kollimatorlinse - implementiert werden.
Das Licht 90 propagiert entlang des Strahlengangs 81 weiter in Richtung eines Umlenkelements 120. Das Umlenkelement 120 kann z.B. als lichtformendes HOE 120 implementiert sein. Verschiedene lichtformende Funktionalitäten, die vom lichtformenden HOE 120 bereitgestellt werden können, wurden voranstehend im Zusammenhang mit TAB. 2 beschrieben.
Das Licht 90 - nachdem es durch das Umlenkelement 120 umgelenkt wurde (nicht in der schematischen Ansicht der FIG. 1 gezeigt) - propagiert dann weiter entlang des Strahlengangs 81 hin zu einem bildgebenden HOE 130. Das bildgebende HOE 130 ist eingerichtet, um basierend auf dem Licht 90 das schwebende Hologramm 150 zu erzeugen.
Das optische System umfasst auch eine Steuerung 901. Die Steuerung 901 ist eingerichtet, um die Lichtquelle 111 anzusteuern. Das bedeutet, dass die Steuerung 901 die Lichtquelle 111 an- oder ausschalten kann.
Die Steuerung 901 kann dabei ausgebildet sein, um die Lichtquellen mehrerer optischen Kanäle (in FIG. 1 ist nur ein optischer Kanal 31 gezeigt) individuell anzusteuern. Derart kann wahlweise Licht entlang der verschiedenen Strahlengänge der mehreren optischen Kanäle ausgesendet werden und es können unterschiedliche Bildmotive 780 des Hologramms 150 an- oder ausgeschaltet werden.
Dabei sind als allgemeine Regel unterschiedliche Entscheidungskriterien denkbar, um die unterschiedlichen Lichtquellen an- oder ausschalten. Beispielsweise wäre es möglich, dass die Steuerung 101 eingerichtet ist, um die Lichtquellen mehrerer optischer Kanäle basierend auf einem Messsignal eines Tiefensensors 950 anzusteuern. Der Tiefensensor 950 ist eingerichtet, um ein Objekt 790, hier die Finger eines Benutzers, im Volumen, in dem das Hologramm 150 angezeigt wird, oder auch angrenzend an das Volumen zu detektieren, und um das Messsignal an di Steuerung 901 auszugeben.
Es sind verschiedene strukturelle Implementierungen des Strahlengangs 31 denkbar. Einige Implementierungen werden nachfolgend beschrieben, zum Beispiel im Zusammenhang mit FIG. 2.
FIG. 2 illustriert Aspekte im Zusammenhang mit dem optischen System 110. Insbesondere illustriert FIG. 2 eine beispielhafte strukturelle Implementierung des optischen Kanals 31. Im Beispiel der FIG. 2 umfasst das optische System 110 kein refraktives oder spiegeloptisches optisches Element, welches im Strahlengang 81 zwischen der Lichtquelle 111 und dem lichtformenden HOE 120 angeordnet wäre.
Die Lichtquelle 111 sendet das Licht 90 mit einer signifikanten Divergenz aus, das heißt mit einem vergleichsweise breiten Winkelspektrum. FIG. 2 zeigt beispielhaft Strahlen des Lichts 90 entlang des Strahlengangs 81 (engl „ray tracing“), der den optischen Kanal 31 definiert.
Das Licht 90 trifft auf das lichtformende HOE 120 auf. Das lichtformende HOE 120 umfasst ein Substrat 122 sowie einen Brechungsindex-modulierten Bereich 121. Das lichtformende HOE 120 lenkt das Licht 90 entlang des Strahlengangs in Reflexionsgeometrie um. Außerdem erfolgt eine Spektralfilterung. Durch die Spektralfilterung ist das Licht 90, das auf das bildgebende HOE 130 auftrifft, schmalbandiger als das Licht 90, das von der Lichtquelle 111 ausgesendet wird (FIG. 3 illustriert das Spektrum 601 des ungefilterten Lichts und das Spektrum 602 des gefilterten Lichts, mit jeweils zugehörigen Halbwertsbreiten 611, 612).
In FIG. 2 ist auch der Reflexionswinkel 125, mit dem das lichtformende HOE 120 das Licht entlang des Strahlengangs 81 reflektiert, dargestellt. Außerdem ist auch der Einfallswinkel 126 des Lichts 90 auf das lichtformende HOE 120 dargestellt. Diese Winkel 125, 126 entsprechen dabei den Winkeln mit denen Referenzlicht bei der Belichtung des lichtformende HOE 120 aus zwei unterschiedlichen Laserquellen auf das bildgebende HOE 120 auftrifft. In FIG. 2 ist auch ein sogenannter Rekonstruktionswinkel 135 dargestellt. Der Rekonstruktionswinkel 135 bezeichnet die Richtung, entlang welcher das Licht 90 entlang des Strahlengangs 81 auf den Brechungsindex-modulierten Bereich 131 des bildgebenden HOE 130 auftrifft. Dieser Rekonstruktionswinkel 135 ist definiert durch den Reflexionswinkel 125, die relative Anordnung des lichtformenden HOE 120 zum bildgebenden HOE 130, und die Brechung an der Grenzfläche von Luft zum Substrat 132.
Dann wird in einem Volumen 159, dass in einem Abstand 155 zum Brechungsindex- modulierten Bereich 131 des bildgebenden HOE 130 angeordnet ist, basierend auf dem Licht 90, das Hologramm 150 erzeugt. Es wird also ein schwebendes Hologramm 150 erzeugt.
Im Beispiel der FIG. 2 ist die Dicke 134 des Substrats 132 vergleichsweise groß dimensioniert. Insbesondere ist die Dicke 134 des Substrats 132 so dimensioniert, dass das Licht 90 ohne auf einer von dem bildgebenden HOE 130 abgewendeten Rückseite 139 des Substrats 132 reflektiert zu werden, die gesamte laterale Fläche des Brechungsindex-modulierten Bereichs 131 des bildgebenden HOE 130 beleuchtet. Das bedeutet, dass das Substrat 132 im dargestellten Beispiel der FIG. 2 keine Funktionalität eines Lichtwellenleiters implementiert. Beispielsweise könnte auf der Rückseite 139 ein Licht-absorbierendes Material angebracht sein (sog. „beam dump“).
In verschiedenen Beispielen ist es möglich, dass entlang des Strahlengangs 81 zwischen der Lichtquelle 111 und dem lichtformenden HOE 120 ein oder mehrere weitere strahlformende Komponenten angeordnet sind. Beispielsweise könnte eine Linse 171 - vergleiche FIG. 4 - oder ein Spiegel 172 - vergleiche FIG. 5 - verwendet werden. Dadurch kann die Lichtausbeute erhöht werden, das heißt eine größere Menge des Lichts 90, das von der Lichtquelle 111 ausgesendet wird, kann zur Beleuchtung des bildgebenden HOE 130 verwendet werden.
FIG. 6A illustriert eine beispielhafte Implementierung des optischen Systems 110 im Zusammenwirken mit einem Spiegel 791, wodurch ein entsprechendes System 40 definiert ist. Der Spiegel 791 umfasst eine Spiegeloberfläche 793, zum Beispiel als dünne metallische Rückseitenbeschichtung eines Substrats 799 implementiert. Es ist auch eine Aussparung 792 der Spiegeloberfläche 793 vorgesehen, die angrenzend an das bildgebende HOE 130 angeordnet ist. Durch die Aussparung 792 kann das Licht 90 hindurchtreten. In der Aussparung 792 könnte sich z.B. eine teilreflektierende Schicht befinden, die das Licht 90 im Wellenlängenbereich der Lichtquelle 111 hindurchtreten lässt und Umfeldlicht reflektiert. Es könnte ein Bandpassfilter verwendet werden.
In FIG. 6A ersichtlich, dass das bildgebende HOE 130 sich entlang der Spiegeloberfläche 793 erstreckt. Die Spiegeloberfläche 793 ist dabei zwischen dem Volumen, in dem das Hologramm 150 ausgebildet wird, und dem bildgebenden HOE 130 angeordnet. Das bildgebende HOE 130 ist wiederum zwischen der Spiegeloberfläche 793 und der Lichtquelle 111 angeordnet, wobei eine Blende 959 vorgesehen ist.
Im Beispiel der FIG. 6A ist auch ein Tiefensensor 950 vorgesehen. Das bildgebende HOE 130 ist dabei zwischen dem Volumen, in dem das Hologramm 150 rekonstruiert wird, und dem Tiefensensor 950 angeordnet.
Verwendet der Tiefensensor 950 zum Beispiel Licht (anstatt Mikrowellen), so könnte Licht in einem Spektralbereich verwendet werden, welches nicht durch den Brechungsindex-modulierten Bereich 131 des bildgebenden HOE 130 beeinflusst wird. Zum Beispiel könnte das Licht 90, dass zur Rekonstruktion des Hologramms 150 verwendet wird, im sichtbaren Spektrum liegen; während das Licht des Tiefensensors 950 im infraroten Bereich liegen könnte.
Die Kombination des optischen Systems 110 mit einem Spiegel 791 ist nur ein Beispiel. Es wäre auch denkbar, dass das ein System mit einen Bildschirm gebildet wird, der sich entlang des bildgebenden HOE 130 erstreckt. Dabei könnte dann das bildgebende HOE 130 zwischen dem Bildschirm und dem Volumen angeordnet sein, das heißt der Bildschirm könnte hinter dem bildgebenden HOE 130 (aus Sicht des Betrachters) angeordnet sein.
FIG. 6B ist eine Perspektivansicht des Strahlengangs 31. In FIG. 6B ist die Schwebehöhe 155 eines Bildmotivs 780 (ein An-/Ausknopf) über dem HOE 130 dargestellt. Außerdem ist das Umlenkelement 120, zum Beispiel ein lichtformendes HOE sichtbar.
FIG. 7 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Fierstellung eines optischen Systems. Beispielsweise kann mittels des Verfahrens der FIG. 7 das optische System 110 gemäß einem der voranstehend diskutierten Beispiele hergestellt werden. Optionale Blöcke sind in FIG. 7 mit gestrichelten Linien dargestellt.
In Block 3005 erfolgt zunächst ein Bereitstellen eines bildgebenden HOE. Zum Beispiel kann das bildgebende HOE 130 gemäß den voranstehend beschriebenen Beispielen implementiert werden.
Block 3005 könnte zum Beispiel ein Belichten des bildgebenden HOE 130 mit Referenz-Licht aus mehreren interferierenden Laserlichtquellen umfassen. Derart kann der Brechungsindex-modulierte Bereich auf einem entsprechenden Substrat ausgebildet werden. Dadurch wird der Rekonstruktionswinkel 135 definiert.
Grundsätzlich sind dem Fachmann Techniken zum Belichten eines bildgebenden HOE bekannt, so dass hier keine weiteren Details genannt werden müssen.
In Block 3010 erfolgt das Bereitstellen eines lichtformenden HOE. Zum Beispiel kann das lichtformende HOE 120 gemäß den voranstehend beschriebenen Beispielen bereitgestellt werden.
Block 3010 kann das Belichten des lichtformenden HOE 120 mit Referenz-Licht aus mehreren interferierenden Laserlichtquellen umfassen.
In Block 3015 kann eine Lichtquelle bereitgestellt werden. Diese kann insbesondere unter einem geeigneten Abstand zum lichtformenden HOE angeordnet werden.
Dann könnte in Block 3020 optional die Integration des derart erhaltenen optischen Systems in eine weitere Einheit, z.B. einen Spiegel, einen Bildschirm oder eine Innenraum-Blende eines Kraftfahrzeugs erfolgen. FIG. 8 illustriert Aspekte im Zusammenhang mit dem optischen System 110. FIG. 8 ist eine schematische Darstellung des optischen Systems 110, welches eingerichtet ist, um ein Flologramm 150 zu erzeugen. Das optische System 110 aus FIG. 8 entspricht grundsätzlich dem optischen System 110 aus FIG. 1. Das optische System 110 in FIG.
8 umfasst aber ferner einen Lichtwellenleiter 301. Der Lichtwellenleiter 301 führt den Strahlengang 81 des Lichts 90, allgemein formuliert, hin zum bildgebenden HOE 130. Der Lichtwellenleiter 301 führt im dargestellten Beispiel das Licht 90 auch hin zum Umlenkelement HOE 120, sowie weiter vom Umlenkelement 120 hin zum bildgebenden HOE 130. Der Lichtwellenleiter 301 kann das Licht z.B. durch Totalreflexion an seinen Grenzflächen hin zum umgebenden optischen dünneren Medium führen.
Das bedeutet, dass eine Einkopplungsfläche 302 des Lichtwellenleiters 301 zwischen dem refraktiven oder spiegeloptischen Element 171, beispielsweise eine Kollimator- Linse, und dem lichtformenden HOE 120 angeordnet ist. Wird zum Beispiel eine refraktive Kollimator-Linse verwendet, so könnte die Einkopplungsfläche 302 senkrecht zur optischen Achse der Kollimator-Linse orientiert sein.
Grundsätzlich wäre es auch denkbar, dass die Einkopplungsfläche 302 zum Beispiel zwischen dem lichtformenden HOE 120 und dem bildgebenden HOE 130 angeordnet ist.
Durch die Verwendung des Lichtwellenleiters 301 kann eine besonders kompakte Bauform des optischen Systems 110 ermöglicht werden. Beispielsweise kann der Lichtwellenleiter 301 das Substrat 132 implementieren, auf dem das bildgebende HOE 130 angeordnet ist. Durch eine Führung des Lichts 90 im Lichtwellenleiter 301 und entlang des Brechungsindex-modulierten Bereichs 131 kann dadurch die Dicke 134 des Substrats 132 bzw. des Lichtwellenleiters 301 vergleichsweise klein dimensioniert sein (z.B. im Vergleich zum Szenario der FIG. 2). Ein solches Szenario ist in FIG. 9 und FIG. 10 für eine beispielhafte strukturelle Implementierung dargestellt.
FIG. 9 ist eine Perspektivansicht einer beispielhaften strukturellen Implementierung des optischen Systems 110 aus FIG. 8 mit dem Lichtwellenleiter 301. FIG. 10 ist eine Seitenansicht der strukturellen Implementierung des optischen Systems 110 aus FIG. 9. Aus FIG. 9 und FIG. 10 ist ersichtlich, dass der Lichtwellenleiter 301 aus Bulk-Material ausgebildet ist, zum Beispiel aus Glas oder Kunststoff. Der Lichtwellenleiter 301 kann als optischer Block 350 implementiert sein. Das Umlenkelement - hier als lichtformendes HOE 120 implementiert - ist auf einer Außenfläche 308 des Lichtwellenleiters 301 aufgebracht und das bildgebende HOE 130 ist auf einer dazu senkrechten Außenfläche 309 des Lichtwellenleiters 301 aufgebracht. Allgemein können das lichtformende HOE und das bildgebende HOE 130 auf unterschiedlichen Außenflächen angeordnet sein.
In FIG. 9 ist ersichtlich, dass das Licht durch Reflektion im Lichtwellenleiter 301 mehrfach auf den Brechungsindex-modulierten Bereich 131 des bildgebenden HOE 130 auftrifft (anders als in FIG. 2), weil sich der Lichtwellenleiter 301 unterhalb des bildgebenden HOE 130 erstreckt und dessen Substrat implementiert. Damit ist die Dicke 134 viel kleiner als die laterale Abmessung 136, bzw. insbesondere die Länge entlang des Lichtwellenleiters 301. Allgemein kann die Dicke 134 nicht größer sein als 20% der Länge des bildgebenden HOE 130 entlang des Lichtwellenleiters 130.
Zusammen mit einer reduzierten Dicke 134 kann auch der Strahlquerschnitt des Lichts 90 reduziert werden. Damit kann die laterale Ausdehnung des lichtformenden HOE 120 reduziert werden, was das optische System 110 noch kompakter gestaltet.
Nachfolgend werden Aspekte des optischen Systems 110 in Bezug auf die Verwendung mehrerer optischer Kanäle beschrieben.
FIG. 11 illustriert Aspekte im Zusammenhang mit einem optischen System 110. FIG. 11 ist eine schematische Darstellung des optischen Systems 110, welches eingerichtet ist, um ein Hologramm 150 zu erzeugen. Das optische System 110 im Beispiel der FIG. 11 umfasst zwei optische Kanäle 31 , 32.
Der optische Kanal 31 entspricht dem Beispiel der FIG. 8 und wurde bereits im Zusammenhang mit FIG. 8 diskutiert.
Das optische System 110 umfasst auch noch den weiteren optischen Kanal 32. Dieser ist analog zum optischen Kanal 31 implementiert, das heißt umfasst eine Lichtquelle 111#, ein lichtformendes HOE 171#, und einen Lichtwellenleiter 301# mit einer entsprechenden Einkopplungsfläche 302#.
Optional kann das optische System 110 auch ein Blendenelement 39 umfassen, das zwischen den optischen Kanälen 31 , 32 angeordnet ist und ein Übersprechen von Licht zwischen den optischen Kanälen 31 , 32 vermeidet. Das Blendenelement 39 kann aus lichtabsorbierendem Material gefertigt sein. Das Blendenelement 39 kann sich z.B. zwischen den jeweiligen Lichtquellen 111, 111# bis hin zu den Kollimator-Linsen 171 , 171# erstrecken (bzw. allgemein hin zu refraktiven oder spiegeloptischen Elementen, wie obenstehend diskutiert). Nach der Kollimation kann die Blende entbehrlich sein.
In FIG. 11 sind die optischen Kanäle 31, 32 entsprechend konfiguriert. Allgemein formuliert ist es möglich, dass die optischen Kanäle 31, 32 unterschiedlich konfiguriert sind, betreffend die Anordnung und/oder Anwesenheit von optischen Elementen. Einige beispielhafte Variationen sind nachfolgend aufgehführt:
Erste Variation: Zum Beispiel kann - vergleichbar zum optischen Kanal 31 im Szenario der FIG. 1 - auf den Lichtwellenleiter 301 und/oder den Lichtwellenleiter 301# verzichtet werden.
Zweite Variation: Während in FIG. 11 und den nachfolgenden Figuren jeweils zwei optische Kanäle 31, 32 gezeigten, wäre es grundsätzlich möglich, eine größere Anzahl von optischen Kanälen zu implementieren.
Dritte Variation: Im Beispiel der FIG. 11 adressieren die optischen Kanäle 31, 32 unterschiedliche bildgebende HOEs 130, 130#, die mittels des Lichts 90, 90# jeweils ein entsprechendes Bildmotiv 780-1, 780-2 eines Hologramms 150 rekonstruieren. Es wären aber auch Varianten denkbar, wo die optischen Kanäle 31 , 32 dasselbe bildgebende HOE 130 adressieren, z.B. in unterschiedlichen oder überlappenden Bereichen. Solche Beispiele sind in FIG. 12 und FIG. 13 gezeigt.
Im Beispiel der FIG. 12 ist der erste optische Kanal 31 eingerichtet, um den Bereich 801 des bildgebenden HOE mit dem Licht 90 zu beleuchten und der zweite optische Kanal 32 ist eingerichtet, um mit dem Licht 90# den Bereich 802 des bildgebenden HOE 130 zu beleuchten. Der Bereich 801 und der Bereich 802 sind nebeneinander angeordnet. Dadurch ist es möglich, dass mittels des Licht 90 und des Lichts 90# ein gemeinsames Bildmotiv 780 rekonstruiert wird, wenn beide optischen Kanäle 31 , 32 zeitgleich aktiviert sind. Das entsprechende Bildmotiv kann dadurch besonders großflächig ausgebildet sein.
Anstelle einer solchen Implementierung, wie sie in FIG. 12 gezeigt ist, bei der nebeneinander angeordnete Bereich 801, 802 durch die beiden optischen Kanäle 31,
32 adressiert werden, wäre es auch denkbar, dass der optische Kanal 31 mit dem Licht 90 einen ersten Bereich des bildgebenden HOE 130 beleuchtet und der optische Kanal 32 mit dem Licht 90# einen zweiten Bereich des bildgebenden HOE 130 beleuchtet, wobei der erste Bereichen der zweite Bereich einen gemeinsamen Überlappungsbereich aufweisen. Ein solches Beispiel ist in FIG. 13 dargestellt.
Im Beispiel der FIG. 13 ist also der optische Kanal 31 eingerichtet, um den Bereich 811 des bildgebenden HOE 130 mit dem Licht 90 zu beleuchten und der optische Kanal 32 ist eingerichtet, um mit dem Licht 90# den Bereich 812 des bildgebenden HOE 130 zu beleuchten. Der Bereich 801 und der Bereich 802 weisen einen Überlappungsbereich 813 auf, der also von beiden optischen Kanälen bedient wird.
Im illustrierten Beispiel der FIG. 13 wird das Licht 90 verwendet, um ein Bildmotiv 780-1 im Rahmen des Hologramms 150 zu erzeugen und das Licht 90# wird verwendet, um ein Bildmotiv 780-2 im Rahmen des Hologramms 150 zu erzeugen. Diese Bildmotive können im selben Ortsbereich angeordnet sein, d.h. im Volumen des Hologramms 150 überlappend angeordnet sein (in der schematischen Ansicht aus FIG. 13 ist das nicht repräsentiert). Z.B. können derart Interaktionselemente, etwa Knöpfe, im selben Raumbereich angezeigt werden, je nachdem, ob der optische Kanal 31 oder der optische Kanal 32 aktiviert ist.
Auf diese Art und Weise können also wechselnde Bildmotive - z.B.
Interaktionselemente einer GUI - an der gleichen Position angezeigt werden, je nachdem welcher optische Kanal 31 , 32 aktiviert ist. Auch können Bildmotive unterschiedlicher Farbe in einem Bereich realisiert werden (wenn das Licht 90 und das Licht 90# unterschiedliche Wellenlängen zur Rekonstruktion verwenden). Eine solche Geometrie ist insbesondere vorteilhaft, da dadurch die Bildmotive sowohl in der Wellenlänge als auch im Rekonstruktionswinkel getrennt werden können und so Übersprechen zwischen den optischen Kanälen vermieden werden kann. Es wäre auch denkbar, durch Hinzuschalten einzelner optischer Kanäle (bei gleichem Bildmotiv und Farbe) die Helligkeit stufenweise geschaltet werden.
Eine entsprechende Trennung der optischen Kanäle - um unterschiedliche Bildmotive 780-1 , 780-2 zu erzeugen - kann auf verschiedene Weisen implementiert werden, vgl. TAB. 1.
Nachfolgend werden beispielhafte strukturelle Implementierungen von optischen Systemen 110 mit mehreren optischen Kanälen diskutiert.
FIG. 14 ist eine Perspektivansicht mit drei optischen Kanälen 31, 32, 33, die Strahlengänge 81, 81# sowie 81## aufweisen, die parallel zueinander verlaufen. Es werden lichtführende Elemente 301, 301#, 301## verwendet, die als gemeinsamer optischer Block 350 ausgebildet sind. Die Kollimator-Linsen 171 , 171#, 171## sind auch integral ausgebildete, als Linsen-Array. Z.B. könnten die Kollimator-Linsen 171, 171#, 171## in einem gemeinsamen Spritzguss-Vorgang oder einem gemeinsamen 3-D- Druckvorgang hergestellt werden.
FIG. 15 ist eine Erweiterung des Beispiels der FIG. 14. In FIG. 15 werden insgesamt sechs optische Kanäle 31-36 verwendet, wobei jeweils die optischen Kanäle 31-33 und 34-36 senkrecht zueinander angeordnet sind (das heißt die entsprechenden Strahlengänge schließen einen Winkel von 90° miteinander ein). Die Kanäle 31-33 entsprechen dem Beispiel der FIG. 14; die Kanäle 34-36 entsprechen auch dem Beispiel der FIG. 14.
Derart kann ein Zeilen-Spalten-Array für unterschiedliche bildgebende HOEs 130 oder zumindest unterschiedliche Bereiche eines gemeinsamen bildgebenden HOE ausgebildet werden. Es könnte ein Zeilen-Spalten-Array unterschiedlicher Bildmotive rekonstruiert werden. Als allgemeine Regel könnten die Strahlengänge der verschiedenen optischen Kanäle unterschiedliche Winkel miteinander einschließen, zum Beispiel im Bereich von 45° bis 90°.
FIG. 16 ist ein weiteres Beispiel einer möglichen Implementierung des optischen Systems 110 mit zwei optischen Kanälen 31, 32, deren Strahlengänge 81, 81# parallel zueinander verlaufen, und zwar mit einem 180° Winkel zueinander. Damit unterscheiden sich die Rekonstruktionswinkel in azimutaler Richtung um 180°. FIG. 17 ist eine entsprechende Perspektivansicht des optischen Systems auf FIG. 16.
FIG. 18 und FIG. 19 zeigen ein optisches System 110 in zwei unterschiedlichen Perspektivansichten, das eine Erweiterung des optischen Systems 110 aus FIG. 16 und FIG. 17 ist. Das optische System 110 in FIG. 18 und FIG. 19 verwendet vier optische Kanäle 31-34, wobei jeweils zwei Kanäle Strahlengänge aufweisen, die parallel zueinander verlaufen und jeweils dem optischen System 110 aus FIG. 16 bzw. FIG. 17 entsprechen.
FIG. 20 illustriert schematisch eine Steuerung gemäß verschiedenen Beispielen. In FIG.
20 ist eine Datenverarbeitungsanlage 901 gezeigt, die einen Prozessor 902 und einen Speicher 903 umfasst. Die Datenverarbeitungsanlage 901 implementiert die Steuerung, die mehrere optische Kanäle eines optischen Systems wie voranstehend beschrieben steuern kann. Dazu kann der Prozessor 902 Programmcode aus dem Speicher 903 laden und ausführen. Der Prozessor 902 kann dann einzelne Lichtquellen, die mit verschiedenen optischen Kanälen des optischen Systems assoziiert sind, getrennt an- und ausschalten, indem entsprechend Anweisungen über eine Schnittstelle 904 ausgegeben werden. Der Prozessor 902 kann also mehrere Lichtquellen unterschiedlicher Kanäle individuell ansteuern.
Ein beispielhaftes Verfahren zur Steuerung des optischen Systems nachfolgend im Zusammenhang mit FIG. 21 beschrieben.
FIG. 21 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens. Das Verfahren aus FIG.
21 dient der Steuerung einer optischen Vorrichtung mit mehreren optischen Kanälen. Zum Beispiel kann das optische System 110 wie voranstehend beschrieben gesteuert werden.
Das Verfahren aus FIG. 21 könnte von einer Steuerung ausgeführt werden, beispielsweise vom Prozessor 902 der Datenverarbeitungsanlage 901 , basierend auf Programmcode aus dem Speicher 903 (vergleiche FIG. 20).
In Box 920 wird überprüft, ob ein erster optischer Kanal angeschaltet werden soll. Dazu könnte zum Beispiel überprüft werden, ob ein bestimmtes Bildmotiv eines schwebenden Flologramms angezeigt werden soll, wobei das Bildmotiv, welches angezeigt werden soll, vom ersten optischen Kanal erzeugt wird.
Bei der Überprüfung in Box 920 können verschiedene Entscheidungskriterien berücksichtigt werden. Einige beispielhafte Entscheidungskriterien sind in TAB. 3 beschrieben.
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TAB. 3: Unterschiedliche Entscheidungskriterien, die in Box 920 individuell oder kumulativ berücksichtigt werden können.
Sollte der erste optische Kanal angeschaltet werden, so wird in Box 925 eine erste Lichtquelle, die mit dem ersten optischen Kanal assoziiert ist, angeschaltet.
In Box 930 erfolgt eine Überprüfung gemäß der Überprüfung in Box 920, aber für einen weiteren optischen Kanal. Box 935 entspricht dann wieder Box 925, aber für den weiteren optischen Kanal. Die optischen Kanäle können also einzeln angesteuert werden.
Selbstverständlich können die Merkmale der vorab beschriebenen Ausführungsformen und Aspekte der Erfindung miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale nicht nur in den beschriebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder für sich genommen verwendet werden, ohne das Gebiet der Erfindung zu verlassen.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Optisches System, das umfasst:
- mindestens ein bildgebendes holographisch optisches Element, HOE (130), das eingerichtet ist, um basierend auf Licht (90) ein schwebendes Hologramm (150) zu erzeugen, das in einem Volumen außerhalb des mindestens einen bildgebenden HOE (130) rekonstruiert ist,
- mehrere optische Kanäle (31), die jeweils eine Lichtquelle und einen Strahlengang umfassen, die eingerichtet ist, um das Licht (90) entlang des jeweiligen Strahlengangs hin zum mindestens einen bildgebenden HOE (130) zu führen, und
- eine Steuerung (901 ), die eingerichtet ist, um die Lichtquellen (111) der mehreren optischen Kanäle (31) individuell anzusteuern.
2. Optisches System nach Anspruch 1 , das weiterhin umfasst:
- einen Tiefensensor (950), der eingerichtet ist, um ein Objekt (790) im Volumen oder angrenzend an das Volumen zu detektieren und ein entsprechendes Messsignal auszugeben.
3. Optisches System nach Anspruch 2, wobei der Tiefensensor (950) dazu eingerichtet ist, dass Objekt (790) mit Licht einer Wellenlänge zu detektieren, welche sich von der Wellenlänge des Lichts zur Erzeugung des schwebenden Hologramms (150) unterscheidet.
4. Optisches System nach Anspruch 2 und 3, wobei die Steuerung (901) eingerichtet ist, um die Lichtquellen (111) der mehreren optischen Kanäle (31) basierend auf dem Messsignal anzusteuern.
5. Optisches System nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Steuerung (901) eingerichtet ist, um basierend auf dem Messsignal Zustandsdaten zu bestimmen, die indikativ sind für die Benutzerbetätigung eines Interaktionselements, das als Bildmotiv (780) durch das Hologramm (150) angezeigt wird.
6. Optisches System nach Anspruch 5, wobei die Steuerung (901) eingerichtet ist, um die Zustandsdaten basierend auf einer Orientierung eines Fingers (790) in Bezug auf das Volumen zu bestimmen.
7. Optisches System nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Steuerung (901) eingerichtet ist, um die Zustandsdaten in Abhängigkeit von einer Parallaxe eines Betrachters des Hologramms (150) zu bestimmen.
8. Optisches System nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei das mindestens eine bildgebende HOE (130) zwischen dem Tiefensensor (950) und dem Volumen angeordnet ist.
9. Optisches System nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das Hologramm (150) eingerichtet ist, um mehrere Interaktionselemente als Bildmotive (780-1, 780-2) anzuzeigen, wobei die Bildmotive (780-1, 780-2) der mehreren Interaktionselemente durch Beleuchtung des mindestens einen HOE (130) durch das Licht (90) der verschiedenen Strahlengänge (81 , 81#) erzeugt werden.
10. Optisches System nach Anspruch 9, wobei zumindest zwei der mehreren Interaktionselemente (780-1, 780-2, 780-3, 780-4, 780-5) überlappend im Volumen angeordnet sind.
11. Optisches System nach Anspruch 10, wobei die Steuerung (901) eingerichtet ist, um je nach Betriebszustand eines Steuerungsalgorithmus unterschiedliche der zumindest zwei der mehreren Interaktionselemente anzuzeigen.
12. Optisches System nach Anspruch 10 oder 11 , wobei die Steuerung (901) eingerichtet ist, um unterschiedliche Interaktionselemente der mehreren Interaktionselemente je nach Parametrierung eines Steuerungsalgorithmus anzuzeigen.
13. Optisches System nach einem der voranstehenden Ansprüche, das weiterhin umfasst:
- mindestens ein Umlenkelement (120), das eingerichtet ist, um die Strahlengänge der mehreren optischen Kanäle (31) hin zum bildgebenden HOE (130) umzulenken.
14. System (40), das umfasst:
- das optische System (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, und
- eine Spiegeloberfläche (793), die sich entlang des mindestens bildgebenden HOE (130) erstreckt und zwischen dem mindestens einen bildgebenden HOE (130) und dem Volumen angeordnet ist.
15. System (40) nach Anspruch 14, das weiterhin umfasst:
- eine Aussparung (792) der Spiegeloberfläche (793), die angrenzend an das bildgebende HOE (130) angeordnet ist,
16. System (40) nach Anspruch 15, das weiterhin umfasst:
- eine teilreflektierende Schicht, die das Licht (90) durchtreten lässt und Umfeldlicht reflektiert.
17. System, das umfasst:
- das optische System nach einem der Ansprüche 1 bis 16, und
- einen Bildschirm, der sich entlang des mindestens einen bildgebenden HOE (130) erstreckt, wobei das mindestens eine bildgebende HOE (130) zwischen dem Bildschirm und dem Volumen angeordnet ist.
18. Computer-implementiertes Verfahren, das umfasst:
- individuelles Ansteuern von mehreren Lichtquellen eines optischen Systems basierend auf ein oder mehreren Entscheidungskriterien, wobei die mehreren Lichtquellen mehreren optischen Kanälen des optischen Systems zugeordnet sind, die jeweils einen zugehörigen Strahlengang umfassen und eingerichtet sind, um das von der jeweiligen Lichtquelle der mehreren Lichtquellen ausgesendete Licht hin zu mindestens einem bildgebenden holographischen optischen Element, HOE, des optischen Systems zu führen, wobei das mindestens eine bildgebende HOE eingerichtet ist, um basierend auf dem Licht ein schwebendes Hologramm in einem Volumen außerhalb des mindestens einen bildgebenden HOE zu erzeugen.
19. Computer-implementiertes Verfahren nach Anspruch 18, wobei die ein oder mehreren Entscheidungskriterien ein Messsignal eines Tiefensensors umfassen, der eingerichtet ist, um ein Objekt (790) im Volumen oder angrenzend an das Volumen zu detektieren und ein entsprechendes Messsignal auszugeben.
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