WO2023135247A1 - Holographisch optisches element und temperaturstabilisierung - Google Patents

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WO2023135247A1
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Mirko Riethmüller
Viktor Schütz
Christian Schindler
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Carl Zeiss Jena Gmbh
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Definitions

  • Various examples relate to a system having a substrate and at least one layer applied to the substrate and comprising a holographic optical element.
  • a thermally conductive element is provided to enable temperature stabilization of the holographic optical element.
  • Holographic optical elements are typically implemented in one or more thin layers deposited on a substrate.
  • the substrate thus serves as a carrier.
  • the substrate and/or the one or more layers can be formed as foils.
  • the one or more layers can consist of a photopolymer.
  • a plurality of such layers, each forming a holographic optical element (also abbreviated as HOE), can be stacked. When a holographic optical element is illuminated with light in a predetermined wavelength range, a hologram is reconstructed.
  • the optical efficiency of the reconstruction of the hologram varies. Sometimes the hologram is reconstructed less efficiently than in other situations. Then, for example, the brightness of the hologram can vary. Sometimes the hologram may not be particularly noticeable. In addition, laterally varying brightnesses of the hologram were observed, ie the hologram has different brightnesses at different positions and such a laterally varying brightness can also vary depending on the environment. This means that, depending on the subarea of the hologram, a different efficiency is observed during the reconstruction.
  • Document DE 102009008658 A1 discloses an element and in particular a transparent element.
  • the transparent element is characterized in that a first area at least partially represents a projection screen for making projected light images visible and a second area that is equipped with at least one light source.
  • the transparent element has only one structured conductive layer for the electrical supply of the lighting means.
  • the structured conductive layer can have conductor track structures, for example.
  • the transparent element has no thermally conductive element accommodated in a layer and in particular no nanowires or a network of nanowires.
  • the document DE 10 2009 008 658 A1 arranges illuminants laterally and not in the same area as the holographic-optical elements (cf. FIG. 2f).
  • the lighting device has at least one one-piece, essentially planar carrier medium, which is formed from a solid and has two opposing main sides. Furthermore, the lighting device has at least two electrical lines and at least one semiconductor element which is designed to emit electromagnetic radiation at least z. T. to emit in a wavelength range in which the carrier medium is substantially transparent. In this case, the semiconductor element is embedded in the carrier medium in such a way that it emits essentially along at least one main direction of extension of the carrier medium.
  • the carrier medium can at least partially comprise a thermally conductive material or the lighting device can have at least one layer functioning as a heat sink. Neither the carrier medium nor the lighting device have nanowires or a network of nanowires.
  • Document DE 19843 902 A1 discloses an image information display system and a hologram display device.
  • the system includes a sensor that detects a person entering the viewing angle of the hologram screen.
  • a controller adjusts the projector depending on the sensor signals so that the projector can project image information onto the screen.
  • the system will be installed in a showroom.
  • the hologram screen is of the transmission type.
  • the transparent support to which the screen is attached is a glass window of the exhibition space. There is an exhibit behind the screen.
  • the hologram display system or components thereof may be arranged to mitigate a thermal effect.
  • the hologram display device has no thermally conductive element incorporated in a layer and in particular no nanowires or a network of nanowires.
  • Document WO 2017/108704 A1 discloses a device and a method for the industrial production of volume reflection holograms with substrate-guided reconstruction beams.
  • the volume reflection hologram produced by means of the device and the method does not have any thermally conductive elements.
  • Document US 2012/0099170 A1 discloses a see-through display comprising a light source for emitting light, a projection optical system for projecting the light emitted by the light source, and a volume hologram for deflecting the light projected by the projection optical system.
  • the volume hologram has a coefficient of linear expansion of ⁇ (/° C.) and interference fringes recorded with recording light of a wavelength of ⁇ (nm).
  • the wavelength of the light emitted from the light source is temperature dependent K (nm/°C), and the wavelength A (nm) and temperature dependency K (nm/°C) satisfy the relationship 0 ⁇ K/A ⁇ 2a.
  • the volume hologram can be arranged between a glass layer and an intermediate layer absorbing infrared or ultraviolet radiation in order to avoid thermal expansion of the volume hologram. None of the layers of the volume hologram has a thermally conductive element and in particular no nanotubes or a network of nanowires.
  • a system includes at least one substrate.
  • the system includes at least a first layer and at least a second layer.
  • the at least one first layer is applied to the at least one substrate.
  • the at least one first layer comprises a holographic optical element.
  • the at least second layer is also applied to the at least one substrate.
  • Each of the at least one second layer includes at least one respective thermally conductive element.
  • the holographic optical elements of the at least one first layer can reconstruct one or more holograms.
  • each holographic optical element can have a grating structure.
  • the holographic optical element can be formed in a volume geometry or in a surface geometry; different techniques are fundamentally already known that influence the thickness of the lattice structure. Diffraction and interference effects can be used to reconstruct the hologram.
  • the at least one thermally conductive element can have a thermal conductivity that is greater than the thermal conductivity of the at least one first layer. This means that the thermally conductive element can transport heat comparatively well.
  • the at least one thermally conductive element can operate as a heat source or heat sink.
  • the holographic optical elements can be heated or cooled.
  • the at least one thermally conductive element can thus provide temperature stabilization for the one or more holographic optical elements of the at least one first layer.
  • the system can have a tempering layer that is set up to provide temperature stabilization for the one or more holographic optical elements.
  • the tempering layer can be a heating film, such as an ITO heating film, a cooling film, or a film that both heats and cools.
  • the tempering layer extend over the entire surface along the first layer.
  • the tempering layer can also only partially extend along the first layer, for example only along sections of the first layer that comprise the one or more holographic optical elements.
  • a photosensitive material of the at least one first layer can have the property that it changes when there is a change in temperature—that is to say a change in the ambient temperature or the operating temperature. For example, macroscopic expansion or contraction can occur depending on temperature. The effect of this is that the maximum of the diffraction efficiency of the holographic optical element is shifted to different wavelengths (wavelength shift).
  • This wavelength shift can cause a reduced efficiency of the reconstruction of a corresponding hologram by the holographic optical element. This is explained in more detail below.
  • the optical function of the holographic optical element is written into the photosensitive material with light in a predetermined wavelength range during the production of the holographic optical element. This takes place at a certain temperature, which is typically well-defined under laboratory conditions. If, during operation, the temperature and/or the wavelength deviate from the corresponding conditions during production of the holographic optical element, the efficiency of the reconstruction of the hologram is reduced. This can be caused by a change in the structure spacing or the periodicity of an optical lattice structure as a function of temperature as the photopolymer expands or contracts. Such a reduction in the efficiency of the reconstructed hologram can be avoided or alleviated by the temperature stabilization.
  • Thermally conductive elements of the at least one second layer can include, for example, carbon tubes or carbon nanotubes and/or nanosilver wires.
  • Carbon tubes especially carbon nanotubes, are described, for example, in Dresselhaus, Mildred S., et al. "Carbon nanotubes.” The physics of fullerene-based and fullerene- related materials. Springer, Dordrecht, 2000. 331-379; and Popov, Valentin N. "Carbon nanotubes: properties and application.” Materials Science and Engineering: R: Reports 43.3 (2004): 61-102.
  • Nano silver wires are described e.g. in: Tsuji, Takeshi, Norihisa Watanabe, and Masaharu Tsuji. "Laser induced morphology change of silver colloids: formation of nano-size wires.” Applied surface science 211.1-4 (2003): 189-193.
  • Carbon nanotubes and/or nanosilver wires can be of particular advantage in the case of high optical requirements, since they cause little haze.
  • thermally conductive elements of the at least one second layer could include metallic conductors.
  • the thermally conductive elements may include heating elements such as indium tin oxide (ITO), cooling elements, or both heating and cooling elements.
  • ITO indium tin oxide
  • Thermally conductive elements implemented in this way can provide a particularly easy-to-manufacture implementation of the present disclosure.
  • Such thermally conductive elements can extend through the second layer in such a way that the second layer represents a temperature control layer over the entire surface or in sections, as described above.
  • the one or more thermally conductive elements of the at least one second layer have a thermal conductivity that is not less than 1 W/meter per Kelvin.
  • the one or more thermally conductive elements could have sheet resistances ranging from 5 to 50 ohms/sq.
  • the layer resistance can preferably be 20 ohms/sq.
  • the layer resistance by varying parameters in the corresponding manufacturing process. For example, a corresponding density of the nanostructures could be increased or decreased. It would be conceivable that the diameters of the corresponding nanostructures could be made larger or smaller. A variation in the alignment of the nanostructures with respect to a preferred orientation can be adjusted in size. Efficient heating or cooling can take place in this way, even with comparatively thin second layers. Heat can be efficiently supplied or dissipated through the thermally conductive elements. If the at least one second layer is designed to be comparatively thin, optical transparency can be ensured, so that optical functionality is not limited or only slightly limited.
  • a diameter of nano-silver wires could be produced in a controllable manner and could be in a range from approximately 10 nm to a few 100 nm, for example.
  • a typical length of nano-silver wires can be in the range of 10 to 100 ⁇ m, for example.
  • the nano-silver wires can form a network, ie provide conductivity on a length scale that is significantly greater than the length of the nano-silver wires themselves. The same applies to carbon nanotubes.
  • the at least one second layer is in the form of a film, it is possible for the heat-conducting elements of the at least one second layer and/or electrodes to be in the form of a flexible or elastic circuit on the respective film as a current feeder.
  • such a flexible electrical circuit could have a number of separately switchable areas. This could be done by a segmented arrangement of multiple dielectric layers or electrodes. Voltage could be supplied to the different dielectric layers via optically transparent conductor tracks as electrodes.
  • Active temperature stabilization and passive temperature stabilization can be implemented depending on the implementation variant.
  • thermally conductive element or elements As a general rule, it would be conceivable for the thermally conductive element or elements to be operated actively or passively.
  • the system could also have a heat sink.
  • This heat sink could, for example, be arranged at least partially along the perimeter of the at least one second layer and be thermally coupled to the thermally conductive elements of the at least one second layer.
  • Heat can therefore be dissipated from the holographic optical elements, as a result of which particularly high temperature peaks can be avoided and cooling can be provided.
  • Electrodes for supplying and removing a heating current are not required in such an implementation variant. This enables a simple construction. The transparency of the corresponding layer stack can be impaired comparatively little because no electrodes are necessary.
  • the heat sink can include a fluid channel.
  • the fluid channel can be set up to carry a fluid.
  • ambient air to flow around the at least one second layer.
  • the fluid is actively circulated in the fluid channel.
  • the system includes a pump. This can then be set up to circulate the fluid in the fluid channel.
  • the thermally conductive element of the at least one second layer can also be designed as an active electrical heating element. This means that an applied electrical current can be converted into heat by the heating element. This enables active temperature stabilization.
  • the system could include at least one pair of electrodes. These can be set up to establish electrical contact between the electrical heating elements and a power source.
  • the electrodes can thus be used to supply or drain current to and away from the heat-conducting elements. Heat can then be generated via the resistance of the electrical heating elements in order to heat the at least one first layer. It would therefore be possible for the electrodes to extend along the at least one second layer, at least along a section. A current flow perpendicular to the second layer can be made possible in this way.
  • a preferred direction of the heating elements for example, a direction along which, at least in Means, carbon nanotubes or silver nanowires are aligned - be arranged perpendicular to an extension plane of the electrodes. Such a preferred direction can be achieved by breaking the symmetry of one or more parameters during production (for example by an ordering magnetic field or a temperature gradient, etc.).
  • the electrodes may have an optical transmittance of not less than 80% or not less than 90% in the visible spectrum.
  • the system may include multiple pairs of electrodes that can be switched separately. These multiple pairs of electrodes may be configured to establish electrical contact between the power source and different electrical heating elements of the electrical heating elements of the at least one second layer, respectively.
  • the separately switchable electrodes make it possible to achieve locally different heating in the at least one first layer. For example, laterally - i.e. along the at least one first layer - offset areas of the at least one first layer could be heated to different degrees, depending on which or which of the several pairs of electrodes is "switched on” or “switched off” - i.e. charged with current - or are. Such a local setting of the temperature allows optical properties of the various holograms to be influenced in a targeted manner.
  • holograms are reconstructed locally; this means that only partial areas of the at least one first layer are illuminated by a corresponding light source, for example in order to show different motifs; correspondingly, temperature stabilization could only take place for the optically active partial areas.
  • the system could include a temperature sensor and power source and controller.
  • the controller can then be set up to allow a current flow from the power source through the electrical heating elements (i.e. via the adjust at least one pair of electrodes based on a temperature reading of the temperature sensor.
  • a larger current flow can be used.
  • a lower current flow down to zero, can be used. In this way, temperature stabilization can be achieved with respect to a setpoint. Active control using a control loop can be implemented.
  • the controller can be set up in particular to set the current flow based on a predefined setpoint temperature.
  • the target temperature can be selected in such a way that the diffraction efficiency of the optical lattice structure of the one or more holographic optical elements has a maximum at the target temperature for a predetermined wavelength range of diffracted light. This means that a reconstruction of the hologram can be implemented particularly efficiently using temperature stabilization. Little light is lost that is not used to reconstruct the hologram.
  • the system can also have a light source.
  • the light source can be set up to emit light in a predetermined wavelength range for the reconstruction of a hologram onto the holographically optical elements of the at least one first layer. This means that the desired temperature can be selected in such a way that the diffraction efficiency has the maximum in the predetermined wavelength range—which is defined by the light source.
  • a structural spacing of an optical lattice structure of the one or more holographic optical elements can correspond to a wavelength of the light emitted by the light source at the target temperature. This is based on the recognition that the polymeric material implementing the optical lattice structure can undergo expansion when heated and contract when cooled; so that the structure spacing of the optical grating structure changes as a function of temperature. A particularly efficient diffraction can then, for example be achieved when the structure spacing corresponds to the wavelength of the light. The target temperature can be selected accordingly.
  • the thermally conductive elements of the at least one second layer can have a thermal conductivity that varies laterally along the respective second layer. This means that the at least one second layer can have a high thermal conductivity in some sections or areas of the at least one second layer, while there is a comparatively low thermal conductivity in other sections or areas of the at least one second layer.
  • such a laterally structured thermal conductivity could be achieved by a corresponding "in-plane" variation of manufacturing parameters of corresponding conductive elements, for example carbon nanotubes or silver nanowires.
  • corresponding conductive elements for example carbon nanotubes or silver nanowires.
  • a density of carbon nanotubes in or of silver nanowires could vary laterally, as a result of which the thermal conductivity can be structured laterally.
  • the diameter of such structures could also be varied laterally, to give just two examples of possible microscopic parameters that enable a corresponding adjustment.
  • such a lateral variation of the temperature stabilization could be achieved by arranging different heat-conducting elements of the at least one second layer on different lateral areas of the at least one second layer.
  • different second layers could each have thermally conductive elements on different lateral regions with respect to the at least one first layer.
  • optically clear adhesives may be used to attach the different layers to one another.
  • transparency of the corresponding structure can be ensured, which allows for different areas of application—for example, head-up displays.
  • the holographic optical elements of the at least one first layer could generate one or more holograms in reflection geometry. So that means that the light from the light source from one side to the at least one first layer impinges; and then the light is also reflected onto this side, whereby the hologram can then be reconstructed in a volume region adjacent to this side.
  • the at least one substrate would be possible for the at least one substrate to comprise a first substrate for the at least one first layer and a second substrate for the at least one second layer.
  • the at least one substrate it would also be conceivable for the at least one substrate to comprise a common substrate for both the at least one first layer and the at least one second layer.
  • the at least one substrate is made of silicon or another semiconductor material.
  • a semiconductor material could be used that has a bandgap greater than the energy of photons in the visible spectrum to allow for such optical transparency.
  • the at least one substrate could alternatively or additionally be designed as a film.
  • the at least one substrate could be made on a polymer basis.
  • the at least one first layer could be made of silicon or another semiconductor material, for example.
  • a semiconductor material could be used that has a bandgap greater than the energy of photons in the visible spectrum to allow for such optical transparency.
  • the at least one first layer can be made on a polymer basis.
  • the at least one first layer could comprise a photopolymer.
  • the at least one first layer could include multiple first layers. Such a number of first layers can be formed as a film stack.
  • the first plurality of layers could be manufactured in a roll-to-roll manufacturing process.
  • the at least one second layer could be made of silicon or another semiconductor material, for example.
  • a semiconductor material could be used that has a bandgap greater than the energy of photons in the visible spectrum to allow for such optical transparency.
  • the at least one second layer can be made on a polymer basis.
  • foils for the at least one second layer techniques related to flexible/elastic circuits and/or printed circuits can be used.
  • the at least one first layer could include multiple first layers in a corresponding layer stack. This stack of layers of the plurality of first layers may be attached to the at least one second layer by an optically clear adhesive. Alternatively or additionally, the at least one second layer may comprise a plurality of second layers in a respective layer stack, and that layer stack may be attached to the at least one first layer via an optically clear adhesive.
  • a corresponding system could be integrated into a mirror, for example a mirror for sales areas.
  • Automotive application scenarios would also be conceivable.
  • a corresponding system for a head-up display could be used, which can be integrated, for example, in a windshield of a motor vehicle or another pane placed in the driver's field of vision.
  • the system can be integrated into an optical structure.
  • a user does not necessarily have to look through the system (in "see-through geometry"), but the temperature stabilization on the system leads to the manipulation of the entire optical structure.
  • Different techniques are conceivable for producing a system as described above. For example, it would be conceivable in film-based systems—ie at least one of the at least one first layer and/or at least one of the at least one second layer is implemented as a film with elasticity—to use a roll-to-roll manufacturing process.
  • the at least one first layer could be manufactured in a first roll-to-roll manufacturing process and the at least one second layer could be manufactured in a second roll-to-roll manufacturing process that is performed separately from the first roll-to-roll manufacturing process.
  • the at least one first layer can be produced at a first point in time, which can be different from a second point in time at which the at least one second layer is produced.
  • a spatially separate production would be conceivable.
  • different manufacturing processes can be used ie the movement of rolls in the first and second roll-to-roll production process can be controlled separately.
  • the at least one first layer can then be connected to the at least one second layer, for example by means of an adhesive, in particular an optically clear adhesive.
  • the at least one first layer and the at least one second layer could be produced in a common roll-to-roll production process. This means that the movement of the rollers for producing the at least one first layer and for producing the at least one second layer is controlled together.
  • Such a manufacturing strategy can enable a particularly short manufacturing time and efficient manufacturing.
  • a method for temperature stabilization of one or more holographic optical elements is disclosed.
  • the one or more holographic optical elements are formed in at least one layer.
  • An electrical heating element is disposed adjacent to said at least one first layer, ie, in thermal contact with said at least one first layer.
  • the method includes adjusting a current flow of a power source through the electrical heating element based on a temperature measurement value of a temperature sensor arranged in a vicinity of the at least one layer.
  • active temperature stabilization can take place.
  • a high diffraction efficiency is achieved at a target temperature during the reconstruction of a hologram by the one or more holographic optical elements.
  • the current flow can be adjusted based on a target temperature, for example.
  • a diffraction efficiency of an optical grating structure of the one or more holographic optical elements can have a maximum at the target temperature for a predetermined wavelength range of light.
  • This predetermined wavelength range can correspond to a wavelength range in which a light source emits light onto the one or more holographic optical elements in order to reconstruct such a hologram.
  • such a light source can also have a dependence of the wavelength of the light on the temperature, i.e. the light source can have a dependence of the emitted wavelength on the temperature (i.e. a temperature drift).
  • the method includes setting the setpoint temperature based on the measured temperature value or a further measured temperature value of a further temperature sensor, with the further temperature sensor being arranged in an area surrounding the light source which emits the light onto the one or more holographic optical elements.
  • the target temperature can also be set based on a predetermined temperature profile of the wavelength of the light. In this way, the setpoint temperature can therefore have a temperature dependency in order to compensate for the temperature variation of the light source in this way.
  • the temperature response could be stored in a look-up table or parameterized as a function.
  • the target temperature could alternatively or additionally be set based on a measured value for an emission wavelength of the light emitted by the light source. If, for example, a shift in the wavelength of the light emitted by the light source is observed by a corresponding spectrometer, the target temperature could be adjusted accordingly in order to achieve maximum diffraction efficiency in the corresponding wavelength range.
  • FIG. 1 schematically illustrates a system comprising multiple layer stacks according to various examples.
  • FIG. 2 schematically illustrates multiple electrodes to inject laterally varying heating currents into heating elements.
  • FIG. 3 schematically illustrates a system comprising multiple layer stacks as well as a temperature sensor, a controller and a power source according to various examples.
  • FIG. 4 is a flowchart of an example method.
  • FIG. 5 schematically illustrates the dependency of a diffraction efficiency of a holographic optical element on the temperature for a predetermined wavelength range according to various examples.
  • FIG. 6 schematically illustrates a thermally conductive element and a temperature sink according to various examples.
  • FIG. 7 is a flow diagram of a method for manufacturing a system according to various examples.
  • Holographic optical elements can be designed as a volume structure or surface structure.
  • Holographic optical elements can be implemented by optical grating structures.
  • the optical grating structures can be implemented by a local variation of the refractive index in a polymer material.
  • temperature stabilization of the temperature of one or more holographic optical elements occurs. This can be done actively by heating. It would also be conceivable to enable temperature stabilization by passively dissipating heat to a heat sink.
  • thermally conductive elements are used which are arranged adjacent to one or more holographic optical elements, i.e. thermally coupled. These thermally conductive elements can be in the form of carbon tubes or nano-silver wires, for example.
  • FIG. 1 schematically illustrates a system 50.
  • the system 50 includes a first stack 70 of layers.
  • the first layer stack 70 comprises a first substrate 71 and two layers 72, 73 (these can also be referred to as "first layers 72, 73". become).
  • the two layers 72, 73 each implement a holographic optical element 181 (shown in FIG. 1 in the upper inset for layer 72; the grating structure obtained by the refractive index modulation can be seen there).
  • the system 50 also includes a second layer stack 80 .
  • This comprises a corresponding substrate 81 and two corresponding layers 82, 83 (these can also be referred to as "second layers 82, 83"), on which electrodes 87, 88 are respectively attached.
  • the layers 72, 73, 82, 83 could each be formed as foils.
  • the layers 82, 83 each have thermally conductive elements 185, for example carbon nanotubes or nanosilver wires (cf. lower inset in FIG. 1). These can form a network so that the corresponding layer 82, 83 is thermally conductive or can also conduct electricity between the electrodes 87, 88.
  • thermally conductive elements 185 for example carbon nanotubes or nanosilver wires (cf. lower inset in FIG. 1). These can form a network so that the corresponding layer 82, 83 is thermally conductive or can also conduct electricity between the electrodes 87, 88.
  • the thermally conductive elements 185 can carry current which is fed via the electrodes 87, 88 from a power source. The current then flows across layer 82 between electrodes 87, 88; the layer 83 is used for the thermal connection of the layer 82 to the layer stack 70.
  • the thermally conductive elements 185 in the example shown in FIG. 1 are also referred to as heating elements.
  • the electrodes 87, 88 are optional; the thermally conductive elements 185 could also be used for passive temperature stabilization by dissipating heat without the need for current flow for heating.
  • Layer stack 70 is attached to layer stack 80 via an optically clear adhesive 61 . What is achieved in this way is that, on the one hand, contact is established between the two layer stacks 70, 80; and furthermore the optical transparency of the system 50 is only slightly affected.
  • the electrodes 87, 88 are led along the layers 82, 83 to the outside towards the edge.
  • the electrodes 87, 88 are preferably thin - that is, with a small dimension along the Z-direction - and are almost optically transparent.
  • the electrodes 87, 88 can be formed, for example, as a flexible circuit on a foil.
  • the electrodes 87, 88 extend in the XY plane - that is, laterally with respect to the various layers 71-73 and 81-83. It would be conceivable for the electrodes 87, 88 to be produced in a laterally segmented manner, which means that individual partial areas in the XY plane can be temperature-controlled differently. A corresponding scenario is shown in FIG.
  • FIG. 2 illustrates where different electrodes 87-1 - 87-4 are used in the XY plane, which can be switched separately and thus address different heating elements.
  • Counter-electrodes could be correspondingly structured laterally (these counter-electrodes are not shown).
  • FIG. 1 and FIG. 2 The ones shown in FIG. 1 and FIG. The arrangement shown in FIG. 2 is only to be understood as an example. Various modifications are conceivable. For example--as explained above--it would be possible to provide passive temperature stabilization without electrodes 87,88.
  • the following layer sequence would also be conceivable: (i) carrier substrate; (ii) first electrode; (iii) layer with thermally conductive elements; (iv) second electrode; (v) optically clear adhesive; (vi) one or more layers, each forming a holographic optical element. Only a single substrate is used for both the layer containing the thermally conductive elements and one or more layers containing holographic optical elements (while in FIG. 1 two substrates are used for the HOE layer stack 70 and the temperature stabilizing layer stack 80).
  • the circuit shown in FIG. 1 and FIG. 2 can be supplemented by a tempering layer, which can be arranged adjacent to the layers 72, 73.
  • the tempering layer can be set up to provide temperature stabilization for the layers 72 , 73 .
  • the tempering layer may provide temperature stabilization in conjunction with or in place of the thermally conductive elements 185 .
  • the tempering layer can be arranged between layers 73 and 83 or instead of layers 82, 83.
  • the tempering layer can be a heating foil, such as an ITO heating foil.
  • the tempering layer can be a cooling film.
  • the tempering layer can also be set up for temperature stabilization in such a way that the tempering layer has both a cooling and a heating effect, depending on the current operating temperature of the layers 72, 73.
  • the arrangement in FIG. 1 and FIG. 2 can also be supplemented by two tempering layers, one of the two tempering layers being set up for temperature stabilization and heating the other of the two tempering layers is set up for temperature stabilization for cooling.
  • thermal conductivity varying laterally in the X-Y plane For example, different types of thermally conductive elements could be formed in different positions in the X-Y plane in the layers 82,83. A laterally varying thermal conductivity can be provided in this way.
  • the optical system of FIG. 1 can be used for a head-up display.
  • Ambient light from an area surrounding the vehicle can first pass through layer stack 80 and then through layer stack 70 in order to reach the eye of an observer in this way.
  • Light from a light source can be reflected into the corresponding optical path by being reflected by the holographic optical elements formed by the layers 72, 73 (reflection geometry).
  • the optical system of FIG. 1 can be arranged in such a way that the outlets of an air conditioning system are used in the area of the dashboard in such a way that an outflowing cool air is also used for temperature stabilization. This can improve temperature stabilization in addition to the thermally conductive members 185 and the tempering layer. It should be understood that the placement of the optical system in other locations in a vehicle may be chosen such that outputs from the air conditioning system are used for temperature stabilization.
  • FIG. 3 illustrates aspects related to the system 50.
  • the system 50 includes a temperature sensor 211, which is arranged in the thermal environment of the layer stack 70 and thus provides a temperature reading that is indicative of the temperature in the layers 72, 73, the holographic optical forming elements is.
  • a controller 212 is provided, which is set up to adjust a current flow of a current source 213 through the electrodes 87, 88 - and thus through corresponding heating elements, which are formed by the thermally conductive elements in the layers 82, 83 addressed in each case - based on the temperature measurement value .
  • the control could be implemented by program code that is loaded from memory by a processor and then executed.
  • the controller could also be implemented as an application specific integrated circuit.
  • the current flow can be adjusted based on a predetermined target temperature. Active temperature stabilization can be achieved in this way.
  • a corresponding method for active temperature stabilization is also described in connection with FIG. 4 explained.
  • FIG. 4 is a flow chart of an example method for active temperature stabilization of one or more holographic optical elements.
  • holographic optical elements that are in the layers 71, 72 of the layer stack 70 of the optical system 50 according to FIG. 1 to FIG. 3 are formed to be temperature-stabilized.
  • other optical system architectures other than those discussed in connection with FIG. 4 disclosed active temperature stabilization techniques.
  • FIG. 4 may be executed by a controller, such as a processor, that loads program code from memory and then executes it.
  • a controller such as a processor
  • the method of FIG. 4 could be performed by controller 212 of FIG. 3 to be executed.
  • a temperature reading is obtained from a temperature sensor. This indicates an actual temperature of one or more holographic optical elements.
  • box 3110 setting a current flow of a power source through an electrical heating element disposed adjacent to a corresponding layer forming the one or more holographic optical elements. This is done based on the temperature reading from box 3105. For example, a target temperature can be taken into account. As a result, the diffraction efficiency achieved by the one or more holographic optical elements can be maximized.
  • FIG. 5 shows the dependence of the diffraction efficiency 250 on the temperature for a specific wavelength range, for example that wavelength range in which a light source emits light for the reconstruction of the hologram through the one or more holographic optical elements. In FIG.
  • the diffraction efficiency 250 has a maximum 251 (for light of a specific wavelength or in a specific wavelength range); the target temperature can be selected accordingly.
  • a structure spacing of a periodic structure that forms the holographic optical element can correspond to the wavelength of the light.
  • FIG. 6 schematically illustrates layer 82 with thermally conductive elements 185 (not shown).
  • a heat sink 110 surrounds the layer 82 .
  • the thermally conductive elements 185 can dissipate heat towards a perimeter of the layer 82 and thus towards the heat sink 110 .
  • the heat sink could be in the form of a fluid channel that is set up to conduct a fluid.
  • the fluid could be circulated by a pump.
  • a temperature gradient develops towards the periphery of the heat-conducting element 382.
  • a connection to an external power source via corresponding electrodes can be unnecessary. This can be helpful in particular for integration into certain optical arrangements, for example in a motor vehicle windscreen.
  • FIG. 7 is a flowchart of an exemplary manufacturing process to obtain optical systems that include temperature stabilized holographic optical elements.
  • a HOE layer stack is fabricated that includes at least one first layer, each of the at least one first layer forming a corresponding holographic optical element.
  • Box 3005 could be implemented in a corresponding roll-to-roll manufacturing process.
  • a temperature stabilizing layer stack is fabricated that includes one or more layers that include thermally conductive elements.
  • the temperature-stabilizing layer stack could also have one or more pairs of electrons in order to feed a heating current into the heat-conducting elements in this way.
  • Box 3010 could be implemented in an equivalent roll-to-roll manufacturing process.
  • box 3005 and box 3010 are implemented in separate manufacturing processes, the corresponding layer stacks can then be connected to one another in box 3015—for example by means of an optically clear adhesive.
  • Box 3005 and Box 3010 are implemented together, i.e. in a common roll-to-roll manufacturing process.
  • a Box 3015 connection may occur automatically as part of the joint manufacturing process.
  • the temperature control of a holographic optical element can be made possible, ie a fluctuation range of the temperature in the holographic optical element during typical operation can be reduced. This allows the diffraction efficiency to be maximized. This means that the light emitted by a light source, which is used to reconstruct a hologram, contributes to a comparatively large proportion of the reconstruction of the hologram, and losses are minimized.
  • Such techniques can, for example, be particularly helpful in automotive applications such as head-up displays. This is due to the fact that automotive applications need to support large operating temperature ranges - for example from minus 20 °C to plus 70 °C. This means that compared to a temperature that was present when an optical lattice structure of the holographic optical element was produced—for example 25° C.—a fluctuation range of plus/minus 45K can occur.
  • the active or passive temperature stabilization as disclosed above can be used.
  • EXAMPLE 2 The system (50) of Example 1, wherein the thermally conductive elements (185) of the at least one second layer (82, 83) comprise at least one of carbon tubes or nanosilver wires.
  • EXAMPLE 3 The system (50) of Example 1 or 2, wherein the thermally conductive elements (185) of the at least one second layer comprise metallic conductors, and/or wherein the thermally conductive element has a thermal conductivity of not less than 1 W/m/K.
  • each of the at least one second layer (82, 83) is formed as a film, wherein the thermally conductive elements of the at least one second layer (82, 83) and / or electrodes for electrical Contacting the thermally conductive elements (185) are formed as a flexible circuit on the respective film.
  • EXAMPLE 6 The system (50) of example 5, wherein the heat sink (110) comprises a fluid channel configured to carry a fluid.
  • a pump arranged to circulate the fluid in the fluid channel.
  • EXAMPLE 8 System (50) according to any one of the preceding examples, wherein the thermally conductive elements of the at least one second layer are in the form of electrical heating elements.
  • At least one pair of electrodes (87, 87-1, 87-2, 87-3, 87-4, 88) which are arranged to have an electrical contact between the electrical heating elements of the at least one second layer (82, 83). to produce a power source (213).
  • EXAMPLE 10 System (50) according to Example 9, wherein the system (50) comprises a plurality of pairs of electrodes (87, 87-1, 87-2, 87-3, 87-4, 88) which can be switched separately, wherein different pairs of the plurality of pairs of electrodes (87, 87-1, 87-2, 87-3, 87-4, 88) are configured to establish electrical contact between the power source (213) and different electrical heating elements of the electrical heating elements of the at least to produce a second layer (82, 83).
  • EXAMPLE 11 The system (50) of Example 9 or 10, wherein the electrodes of the at least one pair of electrodes (87, 87-1, 87-2, 87-3, 87-4, 88) extend along the at least one second layer.
  • a controller (212) which is set up to adjust a current flow from the power source (213) through the electrical heating elements based on a temperature measurement value of the temperature sensor (211).
  • EXAMPLE 13 The system (50) of example 12, wherein the controller is configured to further adjust current flow based on a predetermined target temperature.
  • EXAMPLE 14 The system (50) of example 13, wherein a diffraction efficiency of an optical grating structure of the one or more holographic optical elements has a maximum at the target temperature for a predetermined wavelength range of light.
  • a light source that is set up to emit light in a predetermined wavelength range for the reconstruction of a hologram onto the holographically optical elements of the at least one first layer.
  • EXAMPLE 16 System (50) according to example 15, as well as according to example 13 or 14, wherein a structure spacing of an optical lattice structure of the one or more holographic optical elements (181) corresponds to a wavelength of the light at the target temperature.
  • EXAMPLE 17 System (50) according to any of the preceding examples, wherein the thermally conductive elements of the at least one second layer (82, 83) have a thermal conductivity which varies laterally along the respective second layer (82, 83).
  • EXAMPLE 18 System (50) according to any of the preceding examples, wherein different thermally conductive elements of the at least one second layer (82, 83) are arranged on different lateral areas of the at least one second layer (82, 83).
  • EXAMPLE 19 The system (50) of any of the preceding examples, wherein the at least one first layer is attached to the at least one second layer and/or the at least one substrate with an optically clear adhesive.
  • EXAMPLE 20 System (50) according to any one of the preceding examples, wherein the holographic optical elements of the at least one first
  • Layer (72, 73) produce one or more holograms in reflection geometry.
  • EXAMPLE 21 System (50) according to one of the preceding examples, wherein the at least one substrate (71, 81) comprises a first substrate (71) on which the at least one first layer (72, 73) is applied, wherein the at least one substrate (71 , 81) comprises a second substrate (81) on which the at least one second layer (82, 83) is applied.
  • each of the at least one first layer (72, 73) is formed as a film, and/or wherein each of the at least one second layer (82, 83) is formed as a film.
  • EXAMPLE 23 The system (50) of any preceding example, wherein the at least one first layer (72, 73) comprises a plurality of first layers (72, 73) in a corresponding layer stack (70), the layer stack (70) of the plurality of first Layers (72, 73) via an optically clear adhesive (61) is attached to the at least one second layer.
  • EXAMPLE 24 System (50) according to any of the preceding examples, wherein the at least one second layer (82, 83) comprises a plurality of second layers (82, 83) in a respective layer stack (80), wherein the layer stack (80) of the plurality of second layers (82, 83) is attached to the at least one first layer (82, 83) via an optically clear adhesive (61).
  • EXAMPLE 25 Head-up display for a vehicle, comprising the system (50) of any one of Examples 1-24.
  • EXAMPLE 26 Mirror comprising the system (50) of any one of Examples 1-24.
  • EXAMPLE 27 A method of making the system (50) of any one of Examples 1 to 24, the method comprising:
  • EXAMPLE 28 A method of making the system (50) of any one of Examples 1 to 24, the method comprising:
  • EXAMPLE 29 Method of temperature stabilizing one or more holographic optical elements, wherein the one or more holographic optical elements are formed in at least one layer (72, 73), wherein an electrical heating element is disposed adjacent to the at least one layer (72, 73). is, the method comprising: - Adjusting a current flow of a current source (213) through the electrical heating element based on a measured temperature value of a temperature sensor (211) which is arranged in an environment of the at least one layer (72, 73).
  • EXAMPLE 30 The method of example 29, wherein the current flow is further adjusted based on a target temperature.
  • EXAMPLE 31 The method of Example 30, wherein a diffraction efficiency of an optical grating structure of the one or more holographic optical elements has a maximum at the target temperature for a predetermined wavelength range of light.
  • EXAMPLE 32 The method of Example 30 or 31, further comprising:
  • the target temperature based on the measured temperature value or a further measured temperature value of a further temperature sensor, which is arranged in the vicinity of a light source that emits light onto the one or more holographic optical elements, the target temperature also being based on a predetermined temperature profile of a wavelength of the light is set.
  • EXAMPLE 33 The method of any one of Examples 30 to 32, further comprising:

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Abstract

Verschiedene Beispiele betreffen Techniken, um die Temperatur eines holographisch optischen Elements aktiv oder passiv zu stabilisieren. Dazu sind wärmeleitende Elemente vorgesehen, z.B. Silber-Nanodrähte oder Kohlenstoff-Nanoröhrchen.

Description

B E S C H R E I B U N G
HOLOGRAPHISCH OPTISCHES ELEMENT UND TEMPERATURSTABILISIERUNG
TECHNISCHES GEBIET
Verschiedene Beispiele betreffen ein System mit einem Substrat und mindestens einer Schicht, die auf dem Substrat aufgebracht ist und ein holographisch optisches Element umfasst. Außerdem ist ein wärmeleitendes Element vorgesehen, um eine Temperaturstabilisierung des holographisch optischen Elements zu ermöglichen.
HINTERGRUND
Holographisch optischen Elemente werden typischerweise in ein oder mehrere dünne Schichten, die auf einem Substrat aufgebracht sind, implementiert. Das Substrat dient also als Träger. Das Substrat und/oder die ein oder mehreren Schichten können als Folien ausgebildet sein. Die ein oder mehreren Schichten können aus einem Fotopolymer bestehen. Mehrere solche Schichten, die jeweils ein holographisch optisches Element (auch als HOE abgekürzt) ausbilden, können gestapelt sein. Wenn ein holographisch optisches Element mit Licht in einem vorbestimmten Wellenlängenbereich beleuchtet wird, wird ein Hologramm rekonstruiert.
Es wurde beobachtet, dass in praktischen Anwendungen die optische Effizienz der Rekonstruktion des Hologramms variiert. Manchmal wird das Hologramm weniger effizient rekonstruiert, als in anderen Situationen. Dann kann beispielsweise die Helligkeit des Hologramms variieren. Manchmal kann das Hologramm nicht besonders gut wahrnehmbar sein. Außerdem wurden lateral variierende Helligkeiten des Hologramms beobachtet, das heißt an verschiedenen Positionen weist das Hologramm unterschiedliche Helligkeiten auf und eine solche lateral variierende Helligkeit kann auch je nach Umfeldsituation variieren. Das bedeutet, dass je nach Teilbereich des Hologramms eine unterschiedliche Effizienz bei der Rekonstruktion beobachtet wird.
Druckschrift DE 102009008658 A1 offenbart ein Element und insbesondere ein transparentes Element. Das transparente Element ist dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Bereich wenigstens teilweise einen Projektionsschirm zur Sichtbarmachung projizierter Lichtbilder darstellt und ein zweiter Bereich, der mit wenigstens einem Leuchtmittel bestückt ist. Das transparente Element weist dabei lediglich eine strukturierte leitfähige Schicht zur elektrischen Versorgung der Leuchtmittel auf. Die strukturierte leitfähige Schicht kann dabei beispielsweise Leiterbahnstrukturen aufweisen. Weiter weist das transparente Element kein in einer Schicht aufgenommenes wärmeleitendes Element und insbesondere keine Nanodrähte bzw. ein Netzwerk aus Nanodrähten auf. Weiter ordnet die Druckschrift DE 10 2009 008 658 A1 im Kontext holographisch-optischer Elemente Leuchtmittel lateral und nicht im gleichen Bereich wie die holographisch-optischen Elemente an (vgl. Fig. 2f).
Druckschrift DE 10 2008 012 844 A1 offenbart eine Beleuchtungseinrichtung. Die Beleuchtungseinrichtung weist mindestens ein einstückiges, im Wesentlichen flächig ausgeprägtes Trägermedium auf, das aus einem Feststoff ausgebildet ist und zwei gegenüberliegende Hauptseiten hat. Des Weiteren weist die Beleuchtungseinrichtung mindestens zwei elektrische Leitungen auf sowie mindestens ein Halbleiterelement, das dazu ausgestaltet ist, elektromagnetische Strahlung mindestens z. T. in einem Wellenlängenbereich zu emittieren, in dem das Trägermedium im Wesentlichen transparent ist. Das Halbleiterelement ist dabei derart in das Trägermedium eingebettet, dass es im Wesentlichen entlang zumindest einer Hauptausdehnungsrichtung des Trägermediums emittiert. Das Trägermedium kann zumindest teilweise ein thermisch leitfähiges Material umfassen bzw. die Beleuchtungseinrichtung kann mindestens eine als Wärmesenke fungierende Schicht aufweisen. Weder das Trägermedium noch die Beleuchtungseinrichtung weisen dabei Nanodrähte bzw. ein Netzwerk aus Nanodrähten auf.
Druckschrift DE 19843 902 A1 offenbart ein Bildinformations-Anzeigesystem und eine Hologramm-Anzeigevorrichtung. Das System enthält einen Sensor, der eine Person erfasst, die in den Betrachtungswinkel der Hologrammleinwand eintritt. Ein Regler stellt den Projektor in Abhängigkeit von den Sensorsignalen so ein, dass der Projektor eine Bildinformation auf die Leinwand projizieren kann. Das System wird in einem Ausstellungsraum installiert. Der Hologrammschirm ist vom Transmissionstyp. Der transparente Träger, an dem der Bildschirm befestigt ist, ist ein Glasfenster des Ausstellungsraums. Hinter dem Bildschirm befindet sich ein Ausstellungsstück. Das Hologramm-Anzeigesystem oder Komponenten davon können angeordnet sein, um eine thermische Wirkung abzuschwächen. Die Hologramm- Anzeigevorrichtung weist allerdings keine in eine Schicht aufgenommenes wärmeleitendes Element und insbesondere keine Nanodrähte bzw. ein Netzwerk aus Nanodrähten auf.
Druckschrift WO 2017/108704 A1 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zur industriellen Herstellung von Volumenreflexionshologrammen mit substratgeführten Rekonstruktionsstrahlen. Das mittels der Vorrichtung und des Verfahrens hergestellte Volumenreflexionshologramm weist keine wärmeleitenden Elemente auf.
Druckschrift US 2012/0099170 A1 offenbart eine durchsichtige Anzeige mit einer Lichtquelle zum Emittieren von Licht, einem optischen Projektionssystem zum Projizieren des von der Lichtquelle emittierten Lichts und einem Volumenhologramm zum Ablenken des von dem optischen Projektionssystem projizierten Lichts. Das Volumenhologramm hat einen linearen Ausdehnungskoeffizienten von a (/° C.) und Interferenzstreifen, die mit Aufzeichnungslicht einer Wellenlänge von A (nm) aufgezeichnet wurden. Die Wellenlänge des von der Lichtquelle emittierten Lichts ist temperaturabhängig von K (nm/° C.), und die Wellenlänge A (nm) und die Temperaturabhängigkeit K (nm/° C.) erfüllen die Beziehung 0^K/A^2a. Das Volumenhologramm kann zwischen einer Glasschicht und einer Infrarot- oder Ultraviolettstrahlung absorbierenden Zwischenschicht angeordnet sein, um eine thermische Ausdehnung des Volumenhologramms zu vermeiden. Keine der Schichten des Volumenhologramms weist ein wärmeleitendes Element auf und insbesondere keine Nanoröhren bzw. ein Netzwerk aus Nanodrähten.
ZUSAMMENFASSUNG
Deshalb besteht ein Bedarf für verbesserte Techniken im Zusammenhang mit holographisch optischen Elementen und der Rekonstruktion von Hologrammen. Insbesondere besteht ein Bedarf für Techniken, die eine effiziente Rekonstruktion von Hologrammen auch in praktischen Anwendungsfällen unter variierenden Umgebungsbedingungen ermöglichen. Diese Aufgabe wird gelöst von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche.
Die Merkmale der abhängigen Patentansprüche beschreiben Ausführungsformen.
Ein System umfasst mindestens ein Substrat. Außerdem umfasst das System mindestens eine erste Schicht und mindestens eine zweite Schicht. Die mindestens eine erste Schicht ist auf dem mindestens einen Substrat aufgebracht. Die mindestens eine erste Schicht umfasst ein holographisches optisches Element. Die mindestens zweite Schicht ist auch auf dem mindestens einen Substrat aufgebracht. Jede der mindestens einen zweiten Schicht umfasst mindestens ein jeweiliges wärmeleitendes Element.
Bei Beleuchtung von Licht mit geeigneten Parametern (zum Beispiel Beleuchtungswinkel und Wellenlänge) können die holographisch optischen Elemente der mindestens einen ersten Schicht ein oder mehrere Hologramme rekonstruieren.
Dazu kann jedes holographisch optische Element eine Gitterstruktur aufweisen. Das holographisch optische Element kann in einer Volumengeometrie oder in einer Oberflächengeometrie ausgebildet sein; es sind hier unterschiedliche Techniken grundsätzlich vorbekannt, die beeinflussen, welche Dicke die Gitterstruktur aufweist. Beugung- und Interferenzeffekte können für die Rekonstruktion des Hologramms verwendet werden.
Das mindestens eine wärmeleitende Element kann eine Wärmeleitfähigkeit aufweisen, die größer ist, als die Wärmeleitfähigkeit der mindestens einen ersten Schicht. Das bedeutet, dass das wärmeleitende Element Wärme vergleichsweise gut transportieren kann.
Das mindestens eine wärmeleitende Element kann als Wärmequelle oder Wärmesenke operieren. Die holographisch optischen Elemente können beheizt werden oder gekühlt werden. Das mindestens eine wärmeleitende Element kann also eine Temperaturstabilisierung für die ein oder mehreren holographisch optischen Elemente der mindestens einen ersten Schicht bereitstellen.
Das System kann eine Temperierungsschicht aufweisen, die eingerichtet ist, eine Temperaturstabilisierung für das eine oder die mehreren holographisch optischen Elemente bereitzustellen. Zu diesem Zweck kann die Temperierungsschicht eine heizende Folie, wie beispielsweise eine ITO-Heizfolie, eine kühlende Folie oder eine sowohl heizende wie kühlende Folie sein. Weiter kann sich die Temperierungsschicht vollflächig entlang der ersten Schicht erstrecken. Die Temperierungsschicht kann sich auch nur teilweise entlang der ersten Schicht erstrecken, beispielswiese nur entlang von Abschnitten der ersten Schicht, die das eine oder die mehreren holographisch optischen Elemente umfassen.
Ein fotosensitives Material der mindestens einen ersten Schicht kann die Eigenschaft besitzen, dass es sich bei Änderung der Temperatur - das heißt einer Änderung der Umgebungstemperatur oder der Betriebstemperatur - verändert. Beispielsweise kann eine makroskopische Ausdehnung oder Kontraktion je nach Temperatur erfolgen. Dies bewirkt, dass sich eine Verschiebung des Maximums der Beugungseffizienz des holographisch optischen Elements zu unterschiedlichen Wellenlängen ergibt (Wellenlän- gen-Verschiebung; engl. wavelength shift).
Diese Wellenlängen-Verschiebung kann eine reduzierte Effizienz der Rekonstruktion eines entsprechenden Hologramms durch das holographische optische Element bewirken. Dies wird nachfolgend näher erläutert.
Die optische Funktion des holographisch optischen Elements wird mit Licht in einem vorbestimmten Wellenlängenbereich in das fotosensitive Material geschrieben, bei der Herstellung des holographisch optischen Elements. Dies erfolgt bei einer bestimmten Temperatur, welche unter Laborbedingungen typischerweise wohldefiniert ist. Weicht im Betrieb die Temperatur und/oder die Wellenlänge von den entsprechenden Bedingungen bei Herstellung des holographisch optischen Elements ab, wird die Effizienz der Rekonstruktion des Hologramms reduziert. Dies kann bewirkt werden durch eine Änderung des Strukturabstands bzw. der Periodizität einer optischen Gitterstruktur in Abhängigkeit von der Temperatur, wenn sich das Fotopolymer ausdehnt oder kontrahiert. Durch die Temperaturstabilisierung kann eine solche Reduktion der Effizienz des rekonstruierten Hologramms vermieden oder gelindert werden.
Wärmeleitende Elemente der mindestens einen zweiten Schicht können zum Beispiel Kohlenstoffröhren bzw. Kohlenstoff-Nanoröhren und/oder Nano-Silberdrähte umfassen.
Kohlenstoffröhren insb. Kohlenstoff-Nanoröhren sind z.B. beschrieben in Dresselhaus, Mildred S., et al. "Carbon nanotubes." The physics of fullerene-based and fullerene- related materials. Springer, Dordrecht, 2000. 331 -379; sowie Popov, Valentin N. "Carbon nanotubes: properties and application." Materials Science and Engineering: R: Reports 43.3 (2004): 61 -102.
Nano-Silberdrähte sind z.B. beschrieben in: Tsuji, Takeshi, Norihisa Watanabe, and Masaharu Tsuji. "Laser induced morphology change of silver colloids: formation of nano-size wires." Applied surface science 211.1 -4 (2003): 189-193.
Kohlenstoff-Nanoröhren und/oder Nano-Silberdrähte können insbesondere bei hohen optischen Anforderungen von Vorteil sein, da sie wenig Haze verursachen.
Beispielsweise könnten wärmeleitende Elemente der mindestens einen zweiten Schicht metallische Leiter umfassen.
Beispielsweise können die wärmeleitenden Elemente heizende Elemente, wie beispielsweise Indiumzinnoxid (indium tin oxide, ITO), kühlende Elemente oder sowohl heizende als auch kühlende Elemente beinhalten. So implementierte wärmeleitende Elemente können eine besonders leicht zu fertigende Implementierung der vorliegenden Offenbarung bereitstellen.
Solch wärmeleitenden Elemente können sich so durch die zweite Schicht erstrecken, dass die zweite Schicht eine vollflächige oder abschnittsweise Temperierungsschicht wie zuvor beschrieben darstellt.
Es wäre denkbar, dass die ein oder mehreren wärmeleitenden Elemente der mindestens einen zweiten Schicht eine Wärmeleitfähigkeit aufweisen, die nicht kleiner als 1 W/Meter pro Kelvin ist. Beispielsweise könnten die ein oder mehreren wärmeleitenden Elemente Schichtwiderstände aufweisen, die im Bereich von 5 bis 50 Ohm/sq liegen. Bevorzugt kann der Schichtwiderstand 20 Ohm/sq betragen.
Werden zum Beispiel Kohlenstoffröhren oder Nano-Silberdrähte verwendet, so ist es möglich, den Schichtwiderstand über die Variation von Parametern im entsprechenden Herstellungsprozess flexibel einzustellen. Beispielsweise könnte eine entsprechende Dichte der Nanostrukturen erhöht oder verringert werden. Es wäre denkbar, dass die Durchmesser der entsprechenden Nanostrukturen größer oder kleiner gestaltet werden. Eine Variation der Ausrichtung der Nanostrukturen in Bezug auf eine bevorzugte Orientierung kann in der Größe eingestellt werden. Derart kann ein effizientes Heizen oder Kühlen erfolgen, auch bei vergleichsweise dünnen zweiten Schichten. Wärme kann durch die wärmeleitenden Elemente effizient zugeführt oder abgeführt werden. Wenn die mindestens eine zweite Schicht vergleichsweise dünn ausgebildet ist, kann eine optische Transparenz gewährleistet sein, so dass eine optische Funktionalität nicht oder nur geringfügig eingeschränkt wird.
Beispielsweise könnte ein Durchmesser von Nano-Silberdrähten kontrollierbar herstellbar sein und beispielsweise in einem Bereich von ca. 10 nm bis einige 100 nm liegen. Eine typische Länge von Nano-Silberdrähten kann zum Beispiel im Bereich von 10 bis 100 pm liegen.
Die Nano-Silberdrähte können ein Netzwerk ausbilden, das heißt eine Leitfähigkeit auf eine Längenskala bereitstellen, die wesentlich größer ist, als die Länge der Nano-Silberdrähte selbst. Entsprechendes gilt auch für Kohlenstoff-Nanoröhrchen.
Wenn die mindestens eine zweite Schicht jeweils als Folie ausgebildet ist, so ist es möglich, dass die wärmeleitenden Elemente der mindestens einen zweiten Schicht und/oder Elektroden als Stromzu-Zableitung als flexible bzw. elastische Schaltung auf der jeweiligen Folie ausgebildet sind.
Beispielsweise könnte eine solche flexible elektrische Schaltung mehrere separat schaltbare Bereiche aufweisen. Dies könnte durch eine segmentierte Anordnung mehrerer dielektrischer Schichten oder Elektroden erfolgen. Eine Spannungszufuhr zu den unterschiedlichen dielektrischen Schichten könnte über optisch transparente Leiterbahnen als Elektroden erfolgen.
Eine aktive Temperaturstabilisierung und eine passive Temperaturstabilisierung können je nach Implementierungsvariante umgesetzt werden.
Als allgemeine Regel wäre es denkbar, dass das wärmeleitende Element oder die wärmeleitenden Elemente aktiv oder passiv betrieben werden.
So wäre es zum Beispiel denkbar, dass das System ferner eine Wärmesenke aufweist. Diese Wärmesenke könnte zum Beispiel zumindest teilweise entlang des Umfangs der mindestens einen zweiten Schicht angeordnet sein und mit den wärmeleitenden Elementen der mindestens einen zweiten Schicht thermisch gekoppelt sein. Dies bedeutet also, dass es möglich wäre, einen Wärmestrom weg von den holographisch optischen Elementen der mindestens einen ersten Schicht zur Wärmesenke mittels den wärmeleitenden Elementen der mindestens einen zweiten Schicht zu implementieren. Wärme kann also von den holographisch optischen Elementen abgeleitet werden, wodurch besonders hohe Temperaturspitzen vermieden werden und eine Kühlung bereitgestellt werden kann. Elektroden zur Zuführung und Abführung eines Heizstroms sind in einer solchen Implementierungsvariante nicht erforderlich. Dies ermöglicht einen einfachen Aufbau. Die Transparenz des entsprechenden Schichtstapels kann vergleichsweise wenig beeinträchtigt werden, weil keine Elektroden notwendig sind.
Beispielsweise wäre es denkbar, dass die Wärmesenke einen Fluidkanal umfasst. Der Fluidkanal kann eingerichtet sein, um ein Fluid zu führen.
Beispielsweise wäre es in einer Variante denkbar, dass die mindestens eine zweite Schicht von Umgebungsluft umströmt wird. Es wäre auch denkbar, dass das Fluid aktiv im Fluidkanal zirkuliert wird. Beispielsweise wäre es denkbar, dass das System eine Pumpe umfasst. Diese kann dann eingerichtet sein, um das Fluid im Fluidkanal zu zirkulieren.
Das wärmeleitende Element der mindestens einen zweiten Schicht kann auch als aktives elektrisches Heizelement ausgebildet werden. Das bedeutet, ein angelegter elektrischer Strom kann durch das Heizelement in Wärme gewandelt werden. Eine aktive Temperaturstabilisierung wird dadurch ermöglicht.
Beispielsweise könnte das System mindestens ein Paar von Elektroden aufweisen. Diese können eingerichtet sein, um einen elektrischen Kontakt zwischen den elektrischen Heizelementen und einer Stromquelle herzustellen. Die Elektroden können also zur Zuführung oder Abführung von Strom zu und weg von den wärmeleitenden Elementen dienen. Über den Widerstand der elektrischen Heizelemente kann dann Wärme erzeugt werden, um die mindestens eine erste Schicht zu heizen. Es wäre also möglich, dass sich die Elektroden entlang der mindestens einen zweiten Schicht erstrecken, zumindest entlang eines Teilabschnitts. Derart kann ein Stromfluss senkrecht zur zweiten Schicht ermöglicht werden. Beispielsweise könnte eine Vorzugsrichtung der Heizelemente - beispielsweise eine Richtung entlang derer, zumindest im Mittel, Kohlenstoff-Nanoröhrchen oder Silber-Nanodrähte ausgerichtet sind - senkrecht zur einer Erstreckungsebene der Elektroden angeordnet sein. Eine solche Vorzugsrichtung kann durch einen entsprechenden Symmetriebruch von ein oder mehreren Parametern bei der Herstellung erreicht werden (zum Beispiel durch ein ordnendes magnetisches Feld oder einen Temperaturgradienten usw.).
Die Elektroden können eine optische Transmittivität von nicht weniger als 80% oder nicht weniger als 90% im sichtbaren Spektrum aufweisen.
Beispielsweise wäre es denkbar, dass das System mehrere Paare von Elektroden umfasst, welche getrennt schaltbar sind. Diese mehreren Paare von Elektroden können eingerichtet sein, um jeweils den elektrischen Kontakt zwischen der Stromquelle und unterschiedlichen elektrischen Heizelementen der elektrischen Heizelemente der mindestens einen zweiten Schicht herzustellen.
Durch die getrennt schaltbaren Elektroden ist es möglich, eine lokal unterschiedliche Erwärmung in der mindestens einen ersten Schicht erreichen. Beispielsweise könnten lateral - das heißt entlang der mindestens einen ersten Schicht - versetzte Bereiche der mindestens einen ersten Schicht unterschiedlich stark beheizt werden, je nachdem welches oder welche der mehreren Paare von Elektroden „angeschaltet“ oder „ausgeschaltet“ - d.h. mit Strom beaufschlagt - ist oder sind. Durch eine solche lokale Einstellung der Temperatur können gezielt optische Eigenschaften der verschiedenen Hologramme beeinflusst werden. Manchmal kann es außerdem vorkommen, dass Hologramme lokal rekonstruiert werden; das bedeutet, dass von einer entsprechenden Lichtquelle jeweils nur Teilbereiche der mindestens einen ersten Schicht beleuchtet werden, beispielsweise um unterschiedliche Motive zu zeigen; entsprechend könnte eine Temperaturstabilisierung jeweils lediglich für die optisch aktiven Teilbereiche erfolgen.
In manchen Beispielen wäre es denkbar, dass das System eingerichtet ist, um eine intelligente Steuerung der Beheizung der mindestens einen Schicht zu implementieren, d.h. es kann eine aktive intelligente Temperaturstabilisierung ermöglicht werden. Beispielsweise könnte das System einen Temperaturfühler und eine Stromquelle und eine Steuerung umfassen. Die Steuerung kann dann eingerichtet sein, um einen Stromfluss der Stromquelle durch die elektrischen Heizelemente (das heißt über das mindestens eine Paar von Elektroden) basierend auf einem Temperaturmesswert des Temperaturfühlers einzustellen.
Wenn also zum Beispiel der Temperaturmesswert eine geringere Temperatur indiziert, dann kann ein größerer Stromfluss verwendet werden. Wenn der Temperaturmesswert hingegen eine geringere Temperatur indiziert, kann ein geringerer Stromfluss, bis hin zu Null, verwendet werden. Derart kann die Temperaturstabilisierung in Bezug auf einen Sollwert erreicht werden. Eine aktive Regelung mittels eines Regelkreises kann implementiert werden.
Die Steuerung kann dabei insbesondere eingerichtet sein, um den Stromfluss basierend auf einer vorgegebenen Solltemperatur einzustellen.
Die Solltemperatur kann dabei so gewählt sein, dass die Beugungseffizienz der optischen Gitterstruktur der ein oder mehreren holographisch optischen Elemente bei der Solltemperatur für einen vorbestimmten Wellenlängenbereich von gebeugtem Licht ein Maximum aufweist. Das bedeutet, dass eine Rekonstruktion des Hologramms durch Verwendung der Temperaturstabilisierung besonders effizient implementiert werden kann. Es geht wenig Licht verloren, das nicht zu Rekonstruktion des Hologramms verwendet wird.
Das System kann auch eine Lichtquelle aufweisen. Die Lichtquelle kann eingerichtet sein, um Licht in einem vorbestimmten Wellenlängenbereich zur Rekonstruktion eines Hologramms auf die holographisch optischen Elemente der mindestens einen ersten Schicht auszusenden. Das bedeutet, dass die Solltemperatur so gewählt sein kann, dass in dem vorbestimmten Wellenlängenbereich - der durch die Lichtquelle definiert ist - die Beugungseffizienz das Maximum aufweist.
Ein Strukturabstand einer optischen Gitterstruktur der ein oder mehreren holographisch optischen Elemente kann bei der Solltemperatur einer Wellenlänge des von der Lichtquelle ausgesendeten Lichts entsprechen. Dies beruht auf der Erkenntnis, dass das Polymermaterial, welches die optische Gitterstruktur implementiert, bei Erwärmung eine Ausdehnung erfahren kann und bei Abkühlung eine Kontraktion erfahren kann; so dass sich der Strukturabstand der optischen Gitterstruktur als Funktion der Temperatur verändert. Eine besonders effiziente Beugung kann beispielsweise dann erreicht werden, wenn der Strukturabstand der Wellenlänge des Lichts entspricht. Entsprechende kann die Solltemperatur gewählt werden.
Es ist möglich, dass die wärmeleitenden Elemente der mindestens einen zweiten Schicht eine lateral entlang der jeweiligen zweiten Schicht variierende Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Das bedeutet, dass die mindestens eine zweite Schicht in manchen Abschnitten oder Bereichen der mindestens einen zweiten Schicht eine große Wärmeleitfähigkeit aufweisen kann, während in anderen Abschnitten oder Bereichen der mindestens einen zweiten Schicht eine vergleichsweise geringe Wärmeleitfähigkeit vorliegt.
Zum Beispiel könnte eine solche lateral strukturierte Wärmeleitfähigkeit durch eine entsprechende „in-plane“ Variation von Herstellungsparametern entsprechender leitender Elemente, beispielsweise Kohlenstoff-Nanoröhrchen oder Silber-Nanodrähte, erzielt werden. Beispielsweise wäre es denkbar, dass eine Dichte von Kohlenstoff-Nanoröhrchen in oder von Silber-Nanodrähten lateral variiert, wodurch die Wärmeleitfähigkeit lateral strukturiert werden kann. Auch der Durchmesser solche Strukturen könnte lateral variiert werden, um nur zwei Beispiele von möglichen mikroskopischen Parametern, die eine entsprechende Einstellung ermöglichen, zu geben.
Beispielsweise könnte eine solche laterale Variation der Temperaturstabilisierung dadurch erreicht werden, dass unterschiedliche wärmeleitende Elemente der mindestens einen zweiten Schicht an unterschiedlichen lateralen Bereichen der mindestens einen zweiten Schicht angeordnet sind. Beispielsweise könnten unterschiedliche zweite Schichten jeweils wärmeleitende Elemente an unterschiedlichen lateralen Bereichen in Bezug auf die mindestens eine erste Schicht aufweisen.
In den verschiedenen hierin beschriebenen Beispielen können optisch klare Klebstoffe (engl. optical clear adhesive) verwendet werden, um die unterschiedlichen Schichten aneinander anzubringen. Dadurch kann eine Transparenz der entsprechenden Struktur sichergestellt werden, was unterschiedliche Anwendungsgebiete - beispielsweise Head-Up-Displays - ermöglicht.
Die holographisch optischen Elemente der mindestens einen ersten Schicht könnten ein oder mehrere Hologramme in Reflexionsgeometrie erzeugen. Das bedeutet also, dass das Licht von der Lichtquelle von einer Seite auf die mindestens eine erste Schicht auftrifft; und dann das Licht auch auf diese Seite reflektiert wird, wobei das Hologramm dann in einem Volumenbereich angrenzend an diese Seite rekonstruiert werden kann.
Beispielsweise wäre es möglich, dass das mindestens eine Substrat ein erstes Substrat für die mindestens eine erste Schicht umfasst, sowie ein zweites Substrat für die mindestens eine zweite Schicht. Es wäre aber auch denkbar, dass das mindestens eine Substrat ein gemeinsames Substrat für sowohl die mindestens eine erste Schicht, wie auch die mindestens eine zweite Schicht umfasst.
Es wäre denkbar, dass das mindestens eine Substrat aus Silizium oder einem anderen Halbleitermaterial gefertigt ist. Beispielsweise könnte ein Halbleitermatenal verwendet werden, welches eine Bandlücke aufweist, die größer ist als die Energie von Photonen im sichtbaren Spektrum, um derart eine optische Transparenz zu ermöglichen. Das mindestens eine Substrat könnte alternativ oder zusätzlich als Folie ausgebildet sein. Beispielsweise könnte das mindestens eine Substrat auf Polymer-Basis gefertigt sein.
Die mindestens eine erste Schicht könnte zum Beispiel aus Silizium oder einem anderen Halbleitermatenal gefertigt sein. Beispielsweise könnte ein Halbleitermaterial verwendet werden, welches eine Bandlücke aufweist, die größer ist als die Energie von Photonen im sichtbaren Spektrum, um derart eine optische Transparenz zu ermöglichen. Die mindestens eine erste Schicht kann auf Polymer-Basis hergestellt sein. Die mindestens eine erste Schicht könnte zum Beispiel ein Fotopolymer umfassen. Zum Beispiel könnte die mindestens eine erste Schicht mehrere erste Schichten umfassen. Solche mehrere erste Schichten können als Folienstapel ausgebildet sein. Zum Beispiel könnten die mehreren ersten Schichten in einem Rolle-zu-Rolle Fertigungsprozess hergestellt werden.
Die mindestens eine zweite Schicht könnte zum Beispiel aus Silizium oder einem anderen Halbleitermatenal gefertigt sein. Beispielsweise könnte ein Halbleitermaterial verwendet werden, welches eine Bandlücke aufweist, die größer ist als die Energie von Photonen im sichtbaren Spektrum, um derart eine optische Transparenz zu ermöglichen. Die mindestens eine zweite Schicht kann auf Polymer-Basis hergestellt sein. Bei Verwendung von Folien für die mindestens eine zweite Schicht können Techniken im Zusammenhang mit flexiblen/elastischen Schaltkreisen und/oder gedruckten Schaltkreisen eingesetzt werden.
Die mindestens eine erste Schicht könnte mehrere erste Schichten in einem entsprechenden Schichtstapel umfassen. Dieser Schichtstapel der mehreren ersten Schichten kann mittels eines optisch klaren Klebstoffs an der mindestens einen zweiten Schicht angebracht sein. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die mindestens eine zweite Schicht mehrere zweite Schichten in einem entsprechenden Schichtstapel umfassen und dieser Schichtstapel kann an der mindestens einen ersten Schicht über einen optisch klaren Klebstoff angebracht sein.
Es sind unterschiedliche Anwendungsszenarien für ein entsprechendes System denkbar. Beispielsweise könnte ein entsprechendes System in einen Spiegel integriert sein, beispielsweise einen Spiegel für Verkaufsflächen. Es wären auch Automobil-Anwendungsszenarien denkbar. Beispielsweise könnte ein entsprechendes System für Head-Up-Display verwendet werden, welches zum Beispiel in einer Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs oder eine andere, im Sichtfeld des Fahrers platzierte Scheibe integriert sein kann. Allgemein formuliert kann das System in einen optischen Aufbau integriert sein. Beispielsweise müsste ein Benutzer nicht zwangsläufig durch das System hindurchschauen (in „Durchsichtgeometrie“), sondern die Temperaturstabilisierung am System führt zur Manipulation des gesamten optischen Aufbaus. Es sind unterschiedliche Techniken denkbar, um ein System, wie voranstehend beschrieben, herzustellen. Beispielsweise wäre es bei Folien-basierten Systemen - das heißt zumindest eine der mindestens einen ersten Schicht und/oder zumindest eine der mindestens einen zweiten Schicht wird als Folie mit Elastizität implementiert - denkbar, einen Rolle-zu-Rolle Fertigungsprozess zu verwenden.
Beispielsweise könnte die mindestens eine erste Schicht in einem ersten Rolle-zu- Rolle Fertigungsprozess hergestellt werden und die mindestens eine zweite Schicht könnte in einem zweiten Rolle-zu-Rolle Fertigungsprozess hergestellt werden, der getrennt vom ersten Rolle-zu-Rolle Fertigungsprozess durchgeführt wird. Das bedeutet also, dass die mindestens eine erste Schicht zu einem ersten Zeitpunkt hergestellt werden kann, der verschieden sein kann von einem zweiten Zeitpunkt, zu dem die mindestens eine zweite Schicht hergestellt wird. Eine räumlich getrennte Herstellung wäre denkbar. In jedem Fall können unterschiedliche Fertigungsprozesse verwendet werden, das heißt die Bewegung von Rollen im ersten und zweiten Rolle-zu-Rolle Fertigungsprozess kann separat gesteuert werden. Nach Beendigung des ersten Rolle- zu-Rolle Fertigungsprozesses sowie nach Beendigung des zweiten Rolle-zu-Rolle Fertigungsprozesses kann dann die mindestens eine erste Schicht mit der mindestens einen zweiten Schicht verbunden werden, zum Beispiel mittels eines Klebstoffes, insbesondere eines optisch klaren Klebstoffs.
Durch die Verwendung getrennter Fertigungsprozesse kann eine besondere Flexibilität und der Herstellung des Systems gewährleistet werden, sowohl logistisch, wie auch betreffend die Vielfalt der möglichen Implementierungsvananten.
In einem weiteren Beispiel wäre es denkbar, dass die mindestens eine erste Schicht und die mindestens eine zweite Schicht in einem gemeinsamen Rolle-zu-Rolle Fertigungsprozess hergestellt werden. Das bedeutet, dass die Bewegung der Rollen zur Herstellung der mindestens einen ersten Schicht und zur Herstellung der mindestens einen zweiten Schicht gemeinsam gesteuert wird. Eine solche Strategie zur Herstellung kann eine besonders kurze Fertigungsdauer und eine effiziente Fertigung ermöglichen.
Ein Verfahren zur Temperaturstabilisierung von ein oder mehreren holographisch optischen Elementen wird offenbart. Die ein oder mehreren holographisch optischen Elemente sind dabei in mindestens einer Schicht ausgebildet. Ein elektrisches Heizelement ist angrenzend an diese mindestens eine erste Schicht angeordnet, das heißt in thermischen Kontakt mit der mindestens einen ersten Schicht. Das Verfahren umfasst das Einstellen eines Stromflusses einer Stromquelle durch das elektrische Heizelement basierend auf einem Temperaturmesswert eines Temperaturfühlers, welcher in einer Umgebung der mindestens einen Schicht angeordnet ist.
Dadurch kann eine aktive Temperaturstabilisierung erfolgen. Insbesondere kann erreicht werden, dass eine hohe Beugungseffizienz bei einer Solltemperatur bei der Rekonstruktion eines Hologramms durch die ein oder mehreren holographisch optischen Elemente erzielt wird.
Der Stromfluss kann zum Beispiel basierend auf einer Solltemperatur eingestellt werden. Eine Beugungseffizienz einer optischen Gitterstruktur der ein oder mehreren holographisch optischen Elemente kann bei der Solltemperatur für einen vorbestimmten Wellenlängenbereich von Licht ein Maximum aufweisen.
Dieser vorbestimmte Wellenlängenbereich kann einem Wellenlängenbereich entsprechen, bei dem eine Lichtquelle Licht auf die ein oder mehreren holographisch optischen Elemente aussendet, um derart ein Hologramm zu rekonstruieren.
Manchmal kann eine solche Lichtquelle auch eine Abhängigkeit der Wellenlänge des Lichts von der Temperatur aufweisen, das heißt die Lichtquelle kann eine Abhängigkeit der emittierten Wellenlänge von der Temperatur (d.h. einen Temperaturgang) aufweisen.
Dabei wäre es denkbar, dass eine entsprechende Regelung einer aktiven Temperaturstabilisierung auch diesen Temperaturgang der Lichtquelle berücksichtigt.
Beispielsweise wäre es denkbar, dass das Verfahren das Einstellen der Solltemperatur basierend auf dem Temperaturmesswert oder einem weiteren Temperaturmesswert eines weiteren Temperaturfühlers umfasst, wobei der weitere Temperaturfühler in einer Umgebung der Lichtquelle angeordnet ist, die das Licht auf die ein oder mehreren holographisch optischen Elemente aussendet. Die Solltemperatur kann ferner basierend auf einem vorgegebenen Temperaturgang der Wellenlänge des Lichts eingestellt werden. Derart kann also die Solltemperatur eine Temperaturabhängigkeit aufweisen, um derart den Temperaturgang der Lichtquelle zu kompensieren.
Der Temperaturgang könnte zum Beispiel in einer Nachschlagetabelle hinterlegt sein oder parametrisiert als Funktion hinterlegt sein.
Die Solltemperatur könnte alternativ oder zusätzlich basierend auf einem Messwert für eine Emissionswellenlänge des Lichts, das von der Lichtquelle ausgesendet wird, eingestellt werden. Wird also zum Beispiel eine Verschiebung der Wellenlänge des von der Lichtquelle ausgesendeten Lichts durch ein entsprechendes Spektrometer beobachtet, so könnte die Solltemperatur entsprechende justiert werden, um einer maximale Beugungseffizienz in dem entsprechenden Wellenlängenbereich zu erzielen. 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 illustriert schematisch ein System umfassend mehrere Schichtstapel gemäß verschiedenen Beispielen.
FIG. 2 illustriert schematisch mehrere Elektroden, um lateral variierende Heizströme in Heizelemente einzuspeisen.
FIG. 3 illustriert schematisch ein System umfassend mehrere Schichtstapel sowie einen Temperaturfühler, eine Steuerung und eine Stromquelle gemäß verschiedenen Beispielen.
FIG. 4 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens.
FIG. 5 illustriert schematisch die Abhängigkeit einer Beugungseffizienz eines holographisch optischen Elements von der Temperatur für einen vorbestimmten Wellenlängenbereich gemäß verschiedenen Beispielen.
FIG. 6 illustriert schematisch ein wärmeleitendes Element und eine Temperatursenke gemäß verschiedenen Beispielen.
FIG. 7 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines Systems gemäß verschiedenen Beispielen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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. In den Figuren dargestellte Verbindungen und Kopplungen zwischen funktionellen Einheiten und Elementen können auch als indirekte Verbindung oder Kopplung implementiert werden. Eine Verbindung oder Kopplung kann drahtgebunden oder drahtlos implementiert sein. Funktionale Einheiten können als Hardware, Software oder eine Kombination aus Hardware und Software implementiert werden.
Nachfolgend werden Techniken beschrieben, die die Rekonstruktion von Hologrammen mit hoher Güte ermöglichen. Es werden entsprechende optische Systeme offenbart. Die Hologramme werden durch holographisch optische Elemente rekonstruiert. Holographisch optische Elemente können als Volumen-Struktur oder Oberflächenstruktur ausgebildet sein. Holographisch optische Elemente können durch optische Gitterstrukturen implementiert werden. Die optischen Gitterstrukturen können durch eine lokale Variation des Brechungsindex in einem Polymermaterial implementiert sein.
Gemäß verschiedenen hierin beschriebenen Beispielen erfolgt eine Temperaturstabilisierung der Temperatur von ein oder mehreren holographisch optischen Elemente. Dies kann aktiv durch Heizen erfolgen. Es wäre auch denkbar, die Temperaturstabilisierung durch passives Ableiten von Wärme hin zu einer Wärmesenke zu ermöglichen. In jedem Fall werden wärmeleitende Elemente verwendet, die benachbart zu ein oder mehreren holographisch optischen Elementen angeordnet sind, das heißt thermisch gekoppelt. Diese wärmeleitenden Elemente können zum Beispiel als Kohlenstoffröhren oder Nano-Silberdrähte ausgebildet sein.
FIG. 1 illustriert schematisch ein System 50. Das System 50 weist einen ersten Schichtstapel 70 auf. Der erste Schichtstapel 70 umfasst ein erstes Substrat 71 und zwei Schichten 72, 73 (diese können auch als „erste Schichten 72, 73“ bezeichnet werden). Die beiden Schichten 72, 73 implementieren jeweils ein holographisch optisches Element 181 (in FIG. 1 im oberen Inset für die Schicht 72 dargestellt; dort ist die Gitterstruktur, die durch die Brechungsindex-Modulation erhalten wird, ersichtlich).
Das System 50 weist auch einen zweiten Schichtstapel 80 auf. Dieser umfasst ein entsprechendes Substrat 81 und zwei entsprechende Schichten 82, 83 (diese können auch als „zweite Schichten 82, 83“ bezeichnet werden), auf denen jeweils Elektroden 87, 88 angebracht sind.
Die Schichten 72, 73, 82, 83 könnten jeweils als Folien ausgebildet sein.
Die Schichten 82, 83 weisen jeweils wärmeleitende Elemente 185 auf, beispielsweise Kohlenstoff-Nanoröhrchen oder Nano-Silberdrähte (vgl. unteres Inset in FIG. 1 ). Diese können ein Netzwerk ausbilden, so dass die entsprechende Schicht 82, 83 wärmeleitende ist bzw. auch elektrischen Strom leiten kann, zwischen den Elektroden 87, 88.
Die wärmeleitenden Elemente 185 können Strom führen, der über die Elektroden 87, 88 von einer Stromquelle eingespeist wird. Der Strom fließt dann über die Schicht 82 zwischen den Elektroden 87, 88; die Schicht 83 dient der thermischen Anbindung der Schicht 82 and den Schichtstapel 70. Insoweit können die wärmeleitenden Elemente 185 im dargestellten Beispiel der FIG. 1 auch als Heizelemente bezeichnet werden. Allgemein gilt aber, dass die Elektroden 87, 88 optional sind; die wärmeleitenden Elemente 185 könnten auch zur passiven Temperaturstabilisierung durch Ableitung von Wärme verwendet werden, ohne dass ein Stromfluss zum Heizen notwendig wäre.
Der Schichtstapel 70 ist am Schichtstapel 80 über einen optisch klaren Klebstoff 61 angebracht. Derart wird erreicht, dass einerseits ein Kontakt zwischen den beiden Schichtstapel 70, 80 hergestellt wird; und weiterhin die optische Transparenz des Systems 50 nur geringfügig beeinflusst wird.
Die Elektroden 87, 88 werden entlang der Schichten 82, 83 nach außen hin zum Rand geführt. Die Elektroden 87, 88 sind vorzugsweise dünn - das heißt, mit geringer Abmessung entlang der Z-Richtung - ausgebildet und nahezu optisch transparent. Die Elektroden 87, 88 können zum Beispiel als flexible Schaltung auf einer Folie ausgebildet werden. Die Elektroden 87, 88 erstrecken sich in der X-Y-Ebene - das heißt lateral in Bezug auf die verschiedenen Schichten 71 -73 sowie 81 -83. Es wäre denkbar, dass die Elektroden 87, 88 lateral segmentiert hergestellt werden, das heißt dass einzelne Teilbereiche in der X-Y-Ebene abweichend temperiert werden können. Ein entsprechendes Szenario ist in FIG. 2 illustriert, wo in der X-Y-Ebene unterschiedliche Elektroden 87-1 - 87-4 verwendet werden, die separat geschaltet werden können und damit unterschiedliche Heizelemente adressieren. Gegenelektroden könnten entsprechend lateral strukturiert sein (diese Gegenelektroden sind nicht dargestellt).
Die in FIG. 1 und FIG. 2 gezeigte Anordnung ist nur beispielhaft zu verstehen. Verschiedene Modifikationen sind denkbar. Beispielsweise wäre es - wie obenstehend erläutert - möglich, eine passive Temperaturstabilisierung ohne Elektroden 87, 88 vorzusehen. Beispielsweise wäre auch folgende Schichtabfolge denkbar: (i) Trägersubstrat; (ii) erste Elektrode; (iii) Schicht mit wärmeleitenden Elementen; (iv) zweite Elektrode; (v) optisch klarer Klebstoff; (vi) ein oder mehrere Schichten, die jeweils ein holographisch optisches Element ausbilden. Dabei wird nur ein einzelnes Substrat verwendet, sowohl für die Schicht mit den wärmeleitenden Elementen und ein oder mehrere Schichten mit holographisch optischen Elementen (während in FIG. 1 zwei Substrate für den HOE-Schichtstapel 70 und den temperaturstabilisierenden Schichtstapel 80 verwendet werden).
In einer weiteren Modifikation kann die in FIG. 1 und FIG. 2 gezeigte Anordnung um eine Temperierungsschicht ergänzt werden, die angrenzend an die Schichten 72, 73 angeordnet sein kann. Die Temperierungsschicht kann eingerichtet sein, eine Temperaturstabilisierung für die Schichten 72, 73 bereitzustellen. Die Temperierungsschicht kann die Temperaturstabilisierung in Verbindung mit oder anstelle von den wärmeleitenden Elementen 185 bereitstellen. Zu diesem Zweck kann die Temperierungsschicht zwischen Schicht 73 und 83 oder anstelle von den Schichten 82, 83 angeordnet sein Die Temperierungsschicht kann eine heizende Folie sein, wie beispielsweise eine ITO- Heizfolie. Die Temperierungsschicht kann eine kühlende Folie sein. Die Temperierungsschicht kann zur Temperaturstabilisierung zudem so eingerichtet sein, dass die Temperierungsschicht sowohl kühlend als auch heizend wirkt, je nach der aktuellen Betriebstemperatur der Schichten 72, 73. Die Anordnung der FIG. 1 und der FIG. 2 kann auch um zwei Temperierungsschichten ergänzt werden, wobei eine der zwei Temperierungsschichten zur Temperaturstabilisierung zum Heizen eingerichtet ist und die andere der zwei Temperierungsschichten zur Temperaturstabilisierung zum Kühlen eingerichtet ist.
Ähnlich zu solchen Variationen betreffend die Ausbildung und Anordnung der verschiedenen Schichten können auch unterschiedliche Fertigungsprozesse und Herstellungsverfahren verwendet werden. Beispielsweise wäre es möglich in dem genannten Beispiel die Schichten 1 -5 gemeinsam herzustellen und als Basis für die Lamination mit der Schicht 6 zu nutzen.
Eine weitere Variation beträfe die Implementierung einer lateral in der X-Y-Ebene variierenden Wärmeleitfähigkeit. Beispielsweise könnten unterschiedliche Typen von wärmeleitenden Elementen in unterschiedlichen Positionen in der X-Y-Ebene in den Schichten 82, 83 ausgebildet werden. Derart kann eine lateral variierende Wärmeleitfähigkeit bereitgestellt werden.
Beispielsweise könnte das optische System aus FIG. 1 für ein Head-Up-Display verwendet werden. Dabei kann Umgebungslicht aus einer Umgebung des Fahrzeugs zunächst den Schichtstapel 80 und anschließend in Schichtstapel 70 durchlaufen, um derart zum Auge eines Betrachters zu gelangen. Licht einer Lichtquelle kann in den entsprechenden optischen Pfad eingespiegelt werden, indem es durch die holographisch optischen Elemente, die durch die Schichten 72, 73 ausgebildet werden, reflektiert wird (Reflexionsgeometrie).
Wird das optische System der FIG. 1 als Head-Up-Display verwendet, kann das optische System so angeordnet werden, dass Ausgänge einer Klimaanlage im Bereich des Armaturenbretts so eingesetzt werden, dass eine ausströmende kühle Luft zusätzlich zur Temperaturstabilisierung eingesetzt wird. Dies kann zusätzlich zu den wärmeleitenden Elementen 185 und der Temperierungsschicht die Temperaturstabilisierung verbessern. Es sollte verstanden werden, dass die Anordnung des optischen Systems in einem Fahrzeug auch an anderen Stellen so gewählt werden kann, dass Ausgänge der Klimaanlage zur Temperaturstabilisierung eingesetzt werden.
FIG. 3 illustriert Aspekte in Bezug auf das System 50. Im Beispiel der FIG. 3 umfasst das System 50 einen Temperaturfühler 211 , der im thermischen Umfeld des Schichtstapels 70 angeordnet ist und also einen Temperaturmesswert bereitstellt, der indikativ für die Temperatur in den Schichten 72, 73, die die holographisch optischen Elemente ausbilden, ist. Eine Steuerung 212 ist vorgesehen, die eingerichtet ist, um einen Stromfluss einer Stromquelle 213 durch die Elektroden 87, 88 - und damit durch entsprechende Heizelemente, die durch die wärmeleitenden Elemente in den jeweils adressierten Schichten 82, 83 ausgebildet werden - basierend auf dem Temperaturmesswert einzustellen. Die Steuerung könnte zum Beispiel durch Programmcode implementiert werden, der von einem Prozessor aus einem Speicher geladen und dann ausgeführt wird. Die Steuerung könnte auch als applikationsspezifischer integrierter Schaltkreis implementiert werden. Beispielsweise kann der Stromfluss basierend auf einer vorgegebenen Solltemperatur eingestellt werden. Derart kann eine aktive Temperaturstabilisierung erreicht werden. Ein entsprechendes Verfahren zur aktiven Temperaturstabilisierung ist auch im Zusammenhang mit FIG. 4 erläutert.
FIG. 4 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur aktiven Temperaturstabilisierung von ein oder mehreren holographisch optischen Elementen. Beispielsweise könnten holographisch optischen Elemente, die in den Schichten 71 , 72 des Schichtstapels 70 des optischen Systems 50 gemäß FIG. 1 bis FIG. 3 ausgebildet sind, Temperatur-stabilisiert werden. Es könnten aber auch andere Architekturen von optischen Systemen von den in Zusammenhang mit FIG. 4 offenbarten Techniken zur aktiven Temperaturstabilisierung profitieren.
FIG. 4 kann von einer Steuerung ausgeführt werden, beispielsweise von einem Prozessor, der Programmcode aus einem Speicher lädt und diesen dann ausführt. Beispielsweise könnte das Verfahren der Fig. 4 von der Steuerung 212 aus FIG. 3 ausgeführt werden.
In Box 3105 wird ein Temperaturmesswert von einem Temperaturfühler erhalten. Dies indiziert eine Ist-Temperatur von ein oder mehreren holographisch optischen Elementen.
Dann erfolgt in Box 3110 das Einstellen eines Stromflusses einer Stromquelle durch ein elektrisches Heizelement, welches angrenzend an eine entsprechende Schicht, welche die ein oder mehreren holographisch optischen Elemente ausbildet, angeordnet ist. Dies erfolgt basierend auf dem Temperaturmesswert aus Box 3105. Beispielsweise kann eine Solltemperatur berücksichtigt werden. Dadurch kann die Beugungseffizienz, die durch die ein oder mehreren holographisch optischen Elemente erzielt wird, maximiert werden. Beispielsweise zeigt FIG. 5 die Abhängigkeit der Beugungseffizienz 250 von der Temperatur, für einen bestimmten Wellenlängenbereich, beispielsweise denjenigen Wellenlängenbereich, in welchem eine Lichtquelle Licht zur Rekonstruktion des Hologramms durch die ein oder mehreren holographisch optischen Elemente aussendet. In FIG. 5 ist gezeigt, dass die Beugungseffizienz 250 ein Maximum 251 aufweist (für Licht einer bestimmten Wellenlänge bzw. in einem bestimmten Wellenlängenbereich); die Solltemperatur kann entsprechend gewählt sein. Dort kann beispielsweise ein Strukturabstand einer periodischen Struktur, die das holographisch optische Element ausbildet (vergleiche FIG. 1 ), der Wellenlänge des Lichts entsprechen.
Dabei ist es nicht in allen Varianten erforderlich, dass eine aktive Temperaturstabilisierung erfolgt, beispielsweise durch einen Regelkreis, der einen Heizstrom durch Heizelemente basierend auf einer Abweichung zwischen einer IST-Temperatur und einer Solltemperatur einstellt, wie voranstehend beschrieben. Es wären auch Techniken zur passiven Temperaturstabilisierung denkbar. Ein entsprechendes Beispiel ist in FIG. 6 gezeigt.
FIG. 6 illustriert schematisch die Schicht 82 mit wärmeleitenden Elementen 185 (nicht gezeigt). Dort ist ersichtlich, dass eine Wärmesenke 110 die Schicht 82 umgibt. Das bedeutet, dass die wärmeleitenden Elemente 185 Wärme hin zu einem Umfang der Schicht 82 und damit hin zur Wärmesenke 110 abführen kann.
Die Wärmesenke könnte zum Beispiel als Fluidkanal ausgebildet sein, der eingerichtet ist, um ein Fluid zu führen. Das Fluid könnte von einer Pumpe zirkuliert werden. In einem solchen Szenario mit Wärmesenke entwickelt sich ein Temperaturgradient hin zum Umfang des wärmeleitenden Elements 382. In einem solchen Szenario, in dem kein Heizstrom verwendet wird, kann eine Anbindung an eine externe Stromquelle über entsprechende Elektroden entbehrlich sein. Das kann insbesondere für die Integration in bestimmte optische Anordnungen, beispielsweise in einer Kraftfahrzeug- Frontscheibe, hilfreich sein.
FIG. 7 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Herstellungsverfahrens, um optische Systeme zu erhalten, die temperaturstabilisierte holographisch optische Elemente beinhalten. In Box 3005 wird ein HOE-Schichtstapel hergestellt, der mindestens eine erste Schicht umfasst, wobei jede der mindestens einen ersten Schicht ein entsprechendes holographisch optisches Element ausbildet. Box 3005 könnte in einem entsprechenden Rolle- zu-Rolle Fertigungsprozess implementiert werden.
In Box 3010 wird ein temperaturstabilisierender Schichtstapel hergestellt, der ein oder mehrere Schichten umfasst, die wärmeleitenden Elemente beinhalten. Der temperaturstabilisierende Schichtstapel könnte auch ein oder mehrere Paare von Elektronen aufweisen, um derart einen Heizstrom in die wärmeleitenden Elemente einzuspeisen. Box 3010 könnte in einem entsprechenden Rolle-zu-Rolle Fertigungsprozess implementiert werden.
Wenn Box 3005 und Box 3010 in getrennten Fertigungsprozessen implementiert werden, so kann anschließend in Box 3015 ein Verbinden der entsprechenden Schichtstapel miteinander - beispielsweise mittels eines optisch klaren Klebstoffes - erfolgen.
Manchmal wäre es denkbar, dass Box 3005 und Box 3010 gemeinsam implementiert werden, d.h. in einen gemeinsamen Rolle-zu-Rolle Fertigungsprozess. In einem solchen Szenario kann eine Verbindung gemäß Box 3015 automatisch im Rahmen des gemeinsamen Fertigungsprozesses erfolgen.
Durch solche hierin beschriebenen Techniken kann die Temperierung eines holographisch optischen Elements ermöglicht werden, das heißt ein Schwankungsbereich der Temperatur im holographisch optischen Element beim typischen Betrieb kann reduziert werden. Dadurch kann die Beugungseffizienz maximiert werden. Das bedeutet, dass das von einer Lichtquelle ausgesendete Licht, welches zur Rekonstruktion eines Hologramms verwendet wird, zu einem vergleichsweise großen Anteil zur Rekonstruktion des Hologramms beiträgt, bzw. Verluste minimiert werden.
Solche Techniken können zum Beispiel insbesondere bei Anwendungen im Automobil, etwa Head-Up-Displays, hilfreich sein. Dies liegt daran, dass bei Automobil-Anwendungen große Bereiche für die Betriebstemperatur - zum Beispiel von minus 20 °C bis plus 70 °C - unterstützt werden sollen. Das bedeutet, dass gegenüber einer Temperatur, die bei Herstellung einer optischen Gitterstruktur des holographisch optischen Elements vorlag - zum Beispiel 25 °C - ein Schwankungsbereich von plus/minus 45K auftreten kann. Um eine entsprechende Wellenlängen-Verschiebung zu reduzieren, kann die aktive oder passive Temperaturstabilisierung, wie voranstehend offenbart, verwendet werden.
Es wurden insbesondere die folgenden Beispiele beschrieben:
BEISPIEL 1. System (50), das umfasst:
- mindestens ein Substrat (71 , 81 ),
- mindestens eine erste Schicht (72, 73), die auf dem mindestens einen Substrat (71 , 81 ) aufgebracht ist, wobei jede der mindestens einen ersten Schicht (72, 73) ein jeweiliges holographisches optisches Element umfasst, und
- mindestens eine zweite Schicht (82, 83), die auf dem mindestens einen Substrat (71 , 81 ) aufgebracht ist, wobei jede der mindestens einen zweiten Schicht (82, 83) mindestens ein jeweiliges wärmeleitendes Element (185) umfasst.
BEISPIEL 2. System (50) nach Beispiel 1 , wobei die wärmeleitenden Elemente (185) der mindestens einen zweiten Schicht (82, 83) zumindest eines von Kohlenstoffröhren oder Nanosilberdrähten umfassen.
BEISPIEL 3. System (50) nach Beispiel 1 oder 2, wobei die wärmeleitenden Elemente (185) der mindestens einen zweiten Schicht metallische Leiter umfassen, und/oder wobei das wärmeleitende Element eine Wärmeleitfähigkeit von nicht weniger als 1 W/m/K aufweist.
BEISPIEL 4. System (50) nach einem der voranstehenden Beispiele, wobei jede der mindestens einen zweiten Schicht (82, 83) als Folie ausgebildet ist, wobei die wärmeleitenden Elemente der mindestens einen zweiten Schicht (82, 83) und/oder Elektroden zur elektrischen Kontaktierung der wärmeleitenden Elemente (185) als flexible Schaltung auf der jeweiligen Folie ausgebildet sind.
BEISPIEL S. System (50) nach einem der voranstehenden Beispiele, das weiterhin umfasst: - eine Wärmesenke (110), die zumindest teilweise entlang des Umfangs der mindestens einen zweiten Schicht (82) angeordnet ist und die mit den wärmeleitenden Elementen der mindestens einen zweiten Schicht (82) thermisch gekoppelt ist.
BEISPIEL 6. System (50) nach Beispiel 5, wobei die Wärmesenke (110) einen Fluidkanal umfasst, der eingerichtet ist, um ein Fluid zu führen.
BEISPIEL 7. System (50) nach Beispiel 6, wobei das System (50) weiterhin umfasst:
- eine Pumpe, die eingerichtet ist, um das Fluid im Fluidkanal zu zirkulieren.
BEISPIEL 8. System (50) nach einem der voranstehenden Beispiele, wobei die wärmeleitenden Elemente der mindestens einen zweiten Schicht als elektrische Heizelemente ausgebildet sind.
BEISPIEL 9. System (50) nach Beispiel 8, das weiterhin umfasst,
- mindestens ein Paar Elektroden (87, 87-1 , 87-2, 87-3, 87-4, 88), die eingerichtet sind, um einen elektrischen Kontakt zwischen den elektrischen Heizelementen der mindestens einen zweiten Schicht (82, 83) mit einer Stromquelle (213) herzustellen.
BEISPIEL 10. System (50) nach Beispiel 9, wobei das System (50) mehrere Paare von Elektroden (87, 87-1 , 87-2, 87-3, 87-4, 88) umfasst, die getrennt schaltbar sind, wobei unterschiedliche Paare der mehreren Paare von Elektroden (87, 87-1 , 87-2, 87- 3, 87-4, 88) eingerichtet sind, um den elektrischen Kontakt zwischen der Stromquelle (213) und unterschiedlichen elektrischen Heizelementen der elektrischen Heizelemente der mindestens einen zweiten Schicht (82, 83) herzustellen.
BEISPIEL 11 . System (50) nach Beispiel 9 oder 10, wobei sich die Elektroden des mindestens einen Paars von Elektroden (87, 87- 1 , 87-2, 87-3, 87-4, 88) entlang der mindestens einen zweiten Schicht erstrecken.
BEISPIEL 12. System (50) nach einem der Beispiele 8 bis 11 , wobei das System (50) weiterhin umfasst: - einen Temperaturfühler (211 ),
- die Stromquelle (213), und
- eine Steuerung (212), die eingerichtet ist, um einen Stromfluss von der Stromquelle (213) durch die elektrischen Heizelemente basierend auf einem Temperaturmesswert des Temperaturfühlers (211 ) einzustellen.
BEISPIEL 13. System (50) nach Beispiel 12, wobei die Steuerung eingerichtet ist, um den Stromfluss ferner basierend auf einer vorgegebenen Solltemperatur einzustellen.
BEISPIEL 14. System (50) nach Beispiel 13, wobei eine Beugungseffizienz einer optischen Gitterstruktur der ein oder mehreren holographisch optischen Elemente bei der Solltemperatur für einen vorbestimmten Wellenlängenbereich von Licht ein Maximum aufweist.
BEISPIEL 15. System (50) nach einem der voranstehenden Beispiele, wobei das System (50) weiterhin umfasst:
- eine Lichtquelle, die eingerichtet ist, um Licht in einem vorbestimmten Wellenlängenbereich zur Rekonstruktion eines Holograms auf die holographisch optischen Elemente der mindestens einen ersten Schicht zu senden.
BEISPIEL 16. System (50) nach Beispiel 15, sowie nach Beispiel 13 oder 14, wobei ein Strukturabstand einer optischen Gitterstruktur der ein oder mehreren holographisch optischen Elemente (181 ) bei der Solltemperatur einer Wellenlänge des Lichts entspricht.
BEISPIEL 17. System (50) nach einem der voranstehenden Beispiele, wobei die wärmeleitenden Elemente der mindestens einen zweiten Schicht (82, 83) eine lateral entlang der jeweiligen zweiten Schicht (82, 83) variierende Wärmeleitfähigkeit aufweisen.
BEISPIEL 18. System (50) nach einem der voranstehenden Beispiele, wobei unterschiedliche wärmeleitenden Elemente der mindestens einen zweiten Schicht (82, 83) an unterschiedlichen lateralen Bereichen der mindestens einen zweiten Schicht (82, 83) angeordnet sind.
BEISPIEL 19. System (50) nach einem der voranstehenden Beispiele, wobei die mindestens eine erste Schicht an der mindestens einen zweiten Schicht und/oder dem mindestens einen Substrat mittels eines optisch klaren Klebstoffs angebracht ist.
BEISPIEL 20. System (50) nach einem der voranstehenden Beispiele, wobei die holographisch optischen Elemente der mindestens einen ersten
Schicht (72, 73) ein oder mehrere Hologramme in Reflexionsgeometrie erzeugen.
BEISPIEL 21 . System (50) nach einem der voranstehenden Beispiele, wobei das mindestens eine Substrat (71 , 81 ) ein erstes Substrat (71 ) umfasst, auf der die mindestens eine erste Schicht (72, 73) aufgebracht ist, wobei das mindestens eine Substrat (71 , 81 ) ein zweites Substrat (81 ) umfasst, auf der die mindestens eine zweite Schicht (82, 83) aufgebracht ist.
BEISPIEL 22. System (50) nach einem der voranstehenden Beispiele, wobei jede der mindestens einen ersten Schicht (72, 73) als Folie ausgebildet ist, und/oder wobei jede der mindestens einen zweiten Schicht (82, 83) als Folie ausgebildet ist.
BEISPIEL 23. System (50) nach einem der voranstehenden Beispiele, wobei die mindestens eine erste Schicht (72, 73) mehrere erste Schichten (72, 73) in einem entsprechenden Schichtstapel (70) umfasst, wobei der Schichtstapel (70) der mehreren ersten Schichten (72, 73) über einen optisch klaren Klebstoff (61 ) an der mindestens einen zweiten Schicht angebracht ist.
BEISPIEL 24. System (50) nach einem der voranstehenden Beispiele, wobei die mindestens eine zweite Schicht (82, 83) mehrere zweiten Schichten (82, 83) in einem entsprechenden Schichtstapel (80) umfasst, wobei der Schichtstapel (80) der mehreren zweiten Schichten (82, 83) über einen optisch klaren Klebstoff (61 ) an der mindestens einen ersten Schicht (82, 83) angebracht ist.
BEISPIEL 25. Head-up-Display für ein Fahrzeug, welches das System (50) nach einem der Beispiele 1 bis 24 umfasst.
BEISPIEL 26. Spiegel, der das System (50) nach einem der Beispiele 1 bis 24 umfasst.
BEISPIEL 27. Verfahren zur Herstellung des Systems (50) nach einem der Beispiele 1 bis 24, wobei das Verfahren umfasst:
- Herstellen der mindestens einen ersten Schicht (72, 73) in einem ersten Rolle- zu-Rolle Fertigungsprozess,
- Herstellen der mindestens einen zweiten Schicht (82, 83) in einem zweiten Rolle-zu-Rolle Fertigungsprozess, der getrennt vom ersten Rolle-zu-Rolle Fertigungsprozess durchgeführt wird, und
- nach Beendigung des ersten Rolle-zu-Rolle Fertigungsprozesses und nach Beendigung des zweiten Rolle-zu-Rolle Fertigungsprozesses, Verbinden der mindestens einen ersten Schicht (72, 73) und der mindestens einen zweiten Schicht (82, 83) mittels eines Klebstoffes.
BEISPIEL 28. Verfahren zur Herstellung des Systems (50) nach einem der Beispiele 1 bis 24, wobei das Verfahren umfasst:
- Herstellen der mindestens einen ersten Schicht (72, 73) und der mindestens einen zweiten Schicht (82, 83) in einem gemeinsamen Rolle-zu-Rolle Fertigungsprozess.
BEISPIEL 29. Verfahren zur Temperaturstabilisierung von ein oder mehreren holographisch optischen Elementen, wobei die ein oder mehreren holographisch optischen Elemente in mindestens einer Schicht (72, 73) ausgebildet sind, wobei ein elektrisches Heizelement angrenzend an die mindestens eine Schicht (72, 73) angeordnet ist, wobei das Verfahren umfasst: - Einstellen eines Stromflusses einer Stromquelle (213) durch das elektrische Heizelement basierend auf einem Temperaturmesswert eines Temperaturfühlers (211 ), der in einer Umgebung der mindestens einen Schicht (72, 73) angeordnet ist.
BEISPIEL 30. Verfahren nach Beispiel 29, wobei der Stromfluss ferner basierend auf einer Solltemperatur eingestellt wird.
BEISPIEL 31 . Verfahren nach Beispiel 30, wobei eine Beugungseffizienz einer optischen Gitterstruktur der ein oder mehreren holographisch optischen Elemente bei der Solltemperatur für einen vorbestimmten Wellenlängenbereich von Licht ein Maximum aufweist.
BEISPIEL 32. Verfahren nach Beispiel 30 oder 31 , das weiterhin umfasst:
- Einstellen der Solltemperatur basierend auf dem Temperaturmesswert oder einem weiteren Tempertaturmesswert eines weiteren Temperaturfühlers, der in einer Umgebung einer Lichtquelle angeordnet ist, die Licht auf die ein oder mehreren holographisch optischen Elemente aussendet, wobei die Solltemperatur weiterhin basierend auf einem vorgegebenen Temperaturgang einer Wellenlänge des Lichts eingestellt wird.
BEISPIEL 33. Verfahren nach einem der Beispiele 30 bis 32, das weiterhin umfasst:
- Einstellen der Solltemperatur basierend auf einem Messwert für eine Emissionswellenlänge von Licht, das von einer Lichtquelle ausgesendet wird, die Licht auf die ein oder mehreren holographischen optischen Elemente aussendet.
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 . System (50), das umfasst:
- mindestens ein Substrat (71 , 81 ),
- mindestens eine erste Schicht (72, 73), die auf dem mindestens einen Substrat (71 , 81 ) aufgebracht ist, wobei jede der mindestens einen ersten Schicht (72, 73) ein jeweiliges holographisches optisches Element umfasst, und
- mindestens eine zweite Schicht (82, 83), die auf dem mindestens einen Substrat (71 , 81 ) aufgebracht ist, wobei jede der mindestens einen zweiten Schicht (82, 83) mindestens ein jeweiliges wärmeleitendes Element (185) umfasst.
2. System (50) nach Anspruch 1 , wobei die wärmeleitenden Elemente (185) der mindestens einen zweiten Schicht (82, 83) zumindest eines von Kohlenstoffröhren oder Nanosilberdrähten umfassen.
3. System (50) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die wärmeleitenden Elemente (185) der mindestens einen zweiten Schicht metallische Leiter umfassen, und/oder wobei das wärmeleitende Element eine Wärmeleitfähigkeit von nicht weniger als 1 W/m/K aufweist.
4. System (50) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei jede der mindestens einen zweiten Schicht (82, 83) als Folie ausgebildet ist, wobei die wärmeleitenden Elemente der mindestens einen zweiten Schicht (82, 83) und/oder Elektroden zur elektrischen Kontaktierung der wärmeleitenden Elemente (185) als flexible Schaltung auf der jeweiligen Folie ausgebildet sind.
5. System (50) nach einem der voranstehenden Ansprüche, das weiterhin umfasst:
- eine Wärmesenke (110), die zumindest teilweise entlang des Umfangs der mindestens einen zweiten Schicht (82) angeordnet ist und die mit den wärmeleitenden Elementen der mindestens einen zweiten Schicht (82) thermisch gekoppelt ist.
6. System (50) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die wärmeleitenden Elemente der mindestens einen zweiten Schicht als elektrische Heizelemente ausgebildet sind.
7. System (50) nach Anspruch 6, das weiterhin umfasst,
- mindestens ein Paar Elektroden (87, 87-1 , 87-2, 87-3, 87-4, 88), die eingerichtet sind, um einen elektrischen Kontakt zwischen den elektrischen Heizelementen der mindestens einen zweiten Schicht (82, 83) mit einer Stromquelle (213) herzustellen.
8. System (50) nach Anspruch 7, wobei das System (50) mehrere Paare von Elektroden (87, 87-1 , 87-2, 87-3, 87-4, 88) umfasst, die getrennt schaltbar sind, wobei unterschiedliche Paare der mehreren Paare von Elektroden (87, 87-1 , 87-2, 87-3, 87-4, 88) eingerichtet sind, um den elektrischen Kontakt zwischen der Stromquelle (213) und unterschiedlichen elektrischen Heizelementen der elektrischen Heizelemente der mindestens einen zweiten Schicht (82, 83) herzustellen.
9. System (50) Anspruch 7 oder 8, wobei das System (50) weiterhin umfasst:
- einen Temperaturfühler (211 ),
- die Stromquelle (213), und
- eine Steuerung (212), die eingerichtet ist, um einen Stromfluss von der Stromquelle (213) durch die elektrischen Heizelemente basierend auf einem Temperaturmesswert des Temperaturfühlers (211 ) einzustellen.
10. System (50) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das System (50) weiterhin umfasst:
- eine Lichtquelle, die eingerichtet ist, um Licht in einem vorbestimmten Wellenlängenbereich zur Rekonstruktion eines Holograms auf die holographisch optischen Elemente der mindestens einen ersten Schicht zu senden.
11 . Verfahren zur Herstellung des Systems (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Verfahren umfasst:
- Herstellen der mindestens einen ersten Schicht (72, 73) in einem ersten Rolle- zu-Rolle Fertigungsprozess, - Herstellen der mindestens einen zweiten Schicht (82, 83) in einem zweiten Rolle-zu-Rolle Fertigungsprozess, der getrennt vom ersten Rolle-zu-Rolle Fertigungsprozess durchgeführt wird, und
- nach Beendigung des ersten Rolle-zu-Rolle Fertigungsprozesses und nach Beendigung des zweiten Rolle-zu-Rolle Fertigungsprozesses, Verbinden der mindestens einen ersten Schicht (72, 73) und der mindestens einen zweiten Schicht (82, 83) mittels eines Klebstoffes.
12. Verfahren zur Herstellung des Systems (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Verfahren umfasst:
- Herstellen der mindestens einen ersten Schicht (72, 73) und der mindestens einen zweiten Schicht (82, 83) in einem gemeinsamen Rolle-zu-Rolle Fertigungsprozess.
13. Verfahren zur Temperaturstabilisierung von ein oder mehreren holographisch optischen Elementen, wobei die ein oder mehreren holographisch optischen Elemente in mindestens einer Schicht (72, 73) ausgebildet sind, wobei ein elektrisches Heizelement angrenzend an die mindestens eine Schicht (72, 73) angeordnet ist, wobei das Verfahren umfasst:
- Einstellen eines Stromflusses einer Stromquelle (213) durch das elektrische Heizelement basierend auf einem Temperaturmesswert eines Temperaturfühlers (211 ), der in einer Umgebung der mindestens einen Schicht (72, 73) angeordnet ist, wobei der Stromfluss ferner basierend auf einer Solltemperatur eingestellt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, das weiterhin umfasst:
- Einstellen der Solltemperatur basierend auf dem Temperaturmesswert oder einem weiteren Tempertaturmesswert eines weiteren Temperaturfühlers, der in einer Umgebung einer Lichtquelle angeordnet ist, die Licht auf die ein oder mehreren holographisch optischen Elemente aussendet, wobei die Solltemperatur weiterhin basierend auf einem vorgegebenen Temperaturgang einer Wellenlänge des Lichts eingestellt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, das weiterhin umfasst: - Einstellen der Solltemperatur basierend auf einem Messwert für eine Emissionswellenlänge von Licht, das von einer Lichtquelle ausgesendet wird, die Licht auf die ein oder mehreren holographischen optischen Elemente aussendet.
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