Title:
Projektionssystem
Document Type and Number:
Kind Code:
A1

Abstract:

Die Erfindung betrifft ein Projektionssystem (100) zum Bereitstellen eines Bilds (106) in einen Betrachtungsbereich, wobei das Projektionssystem (100) einen Projektor (104) zum Projizieren des Bilds (106) auf eine Projektionsfläche (102) und eine zwischen dem Projektor (104) und dem Betrachtungsbereich angeordnete holografische optische Einrichtung (500) aufweist. Die Einrichtung (500) ist zwischen dem Projektor (104) und der Projektionsfläche (102) und/oder zwischen der Projektionsfläche (102) und dem Betrachtungsbereich angeordnet.





Inventors:
Fiess, Reinhold (77770, Durbach, DE)
Mayer, Stefanie (72108, Rottenburg, DE)
Werner, Tobias (71069, Sindelfingen, DE)
Application Number:
DE102016207236A
Publication Date:
11/02/2017
Filing Date:
04/28/2016
Assignee:
Robert Bosch GmbH, 70469 (DE)
International Classes:
G02B27/18; G02B5/32; G02B27/01; G03B21/00
Domestic Patent References:
DE102013200443A1N/A2014-07-31
DE102011082985A1N/A2013-03-21
DE102008040581A1N/A2010-02-04
DE69925604T2N/A2006-05-04
DE10359403A1N/A2005-07-21
DE69718552T2N/A2003-11-20
Foreign References:
200201635992002-11-07
200802188532008-09-11
201000270932010-02-04
56731461997-09-30
Claims:
1. Projektionssystem (100) zum Bereitstellen eines Bilds (106) in einen Betrachtungsbereich, wobei das Projektionssystem (100) einen Projektor (104) zum Projizieren des Bilds (106) auf eine Projektionsfläche (102) und eine zwischen dem Projektor (104) und dem Betrachtungsbereich angeordnete holografische optische Einrichtung (500) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (500) zwischen dem Projektor (104) und der Projektionsfläche (102) und/oder zwischen der Projektionsfläche (102) und dem Betrachtungsbereich angeordnet ist.

2. Projektionssystem (100) gemäß Anspruch 1, bei dem die Einrichtung (500) beabstandet zu der Projektionsfläche (102) zwischen dem Projektor (104) und der Projektionsfläche (102) angeordnet ist.

3. Projektionssystem (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem die Einrichtung (500) an die Projektionsfläche (102) gekoppelt, insbesondere gebondet, ist.

4. Projektionssystem (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem die Einrichtung (500) ausgebildet ist, um zum Projizieren des Bilds (106) verwendetes Licht ungestreut umzulenken.

5. Projektionssystem (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem die Einrichtung (500) als eine einzige holographische Schicht realisiert ist, in die drei Hologramme für die drei Grundfarben einbelichtet sind.

6. Projektionssystem (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem die Einrichtung (500) ein Kugelwellenumlenker ist.

7. Projektionssystem (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem die Einrichtung (500) eine Vielzahl von einzelnen Pixelhologrammen (1002) aufweist.

8. Projektionssystem (100) gemäß Anspruch 7, bei dem die Pixelhologramme (1002) in einer reihenförmigen und/oder spaltenförmigen Struktur angeordnet sind.

9. Projektionssystem (100) gemäß Anspruch 8, bei dem die Pixelhologramme (1002) in einer hexagonalen Struktur angeordnet sind.

10. Projektionssystem (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem die die Einrichtung (500) zumindest zwei in unterschiedlichen Abständen zu dem Projektor (104) zwischen dem Projektor (104) und dem Betrachtungsbereich angeordnete holografisch optische Elemente umfasst.

11. Projektionssystem (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem die Projektionsfläche (102) ein Mikrolinsenarray ist.

12. Projektionssystem (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem der Projektor (104) ein Laserprojektor ist.

Description:
Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung oder einem Verfahren nach Gattung der unabhängigen Ansprüche.

Bei einem Head-Up System umfasst eine Projektionsoptik optische Linsen und/oder Spiegel, um ein Bild eines Projektors in einem Betrachtungsbereich für einen Betrachter bereitzustellen.

Offenbarung der Erfindung

Vor diesem Hintergrund wird mit dem hier vorgestellten Ansatz ein Projektionssystem zum Bereitstellen eines Bilds in einen Betrachtungsbereich gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.

Optische Linsen und Spiegel brechen und reflektieren Licht. Dabei wird das Licht geformt. Ein Winkel und eine Richtung der Brechung beziehungsweise Reflexion ändert sich über eine Fläche der Linse beziehungsweise des Spiegels. Die Brechung oder Reflexion kann in einer Funktion abgebildet werden.

Die Funktion kann in einem Hologramm, also einer Gitterstruktur abgebildet werden. Somit können Linsen und Spiegel eines Projektionssystems durch Hologramme ersetzt werden.

Ein Hologramm kann in einer holografischen Schicht geschrieben werden. Die Schicht kann sehr dünn sein. Beispielsweise kann das Hologramm als Trägermaterial eine Folie aufweisen. Dadurch können Hologramme ein geringes Gewicht und einen geringen Platzbedarf aufweisen. Durch Verwendung zumindest eines Hologramms kann ein Projektionssystem kompakt konstruiert werden und kostengünstig hergestellt werden.

Es wird ein Projektionssystem zum Bereitstellen eines Bilds in einen Betrachtungsbereich vorgestellt, wobei das Projektionssystem einen Projektor zum Projizieren des Bilds auf eine Projektionsfläche, und eine zwischen dem Projektor und dem Betrachtungsbereich angeordnete holografische optische Einrichtung aufweist.

Unter einem Projektionssystem kann ein Sichtfeldanzeigegerät beziehungsweise Head-Up Display verstanden werden. Ein Betrachtungsbereich kann als Eyebox bezeichnet werden. Eine Projektionsfläche kann beispielsweise eine Mattscheibe sein. Die Projektionsfläche kann einen einfallenden Lichtstrahl in einen Lichtkegel streuen. Damit ist der Lichtkegel aus einem Winkelbereich sichtbar. Die holografische optische Einrichtung kann ein oder mehrere holografische optische Elemente umfassen. Gemäß einer Ausführungsform ist die Einrichtung durch ein holografisches optisches Element realisiert.

Die holografische optische Einrichtung kann zwischen dem Projektor und der Projektionsfläche angeordnet sein. Die holografische optische Einrichtung kann das Licht von dem Projektor in einem vorbestimmten Winkel auf die Projektionsfläche lenken. Dadurch können die Lichtkegel der Projektionsfläche konvergent sein und ein eng begrenzter Betrachtungsbereich erreicht werden. Beispielsweise kann zwischen der holografischen optischen Einrichtung und der Projektionsfläche ein Luftspalt angeordnet sein.

Zusätzlich oder alternativ kann die holografische optische Einrichtung zwischen der Projektionsfläche und dem Betrachtungsbereich angeordnet sein. Dabei kann die Einrichtung das Bild zu einem Betrachter umlenken. Durch eine holografische optische Einrichtung zwischen der Projektionsfläche und dem Betrachter kann das Bild für den Betrachter geformt werden. Beispielsweise kann ein zwischen der Projektionsfläche und dem Betrachtungsbereich angeordnetes holografisches optisches Element der Einrichtung zum Einspiegeln des Bilds in ein Sichtfeld des Betrachters verwendet werden.

Wenn die Einrichtung beabstandet zu der Projektionsfläche zwischen dem Projektor und der Projektionsfläche angeordnet ist, kann die Einrichtung beabstandet zu der Projektionsfläche angeordnet sein. In diesem Fall kann die Einrichtung beispielsweise durch einen Luftspalt von der Projektionsfläche getrennt angeordnet sein.

Alternativ kann die Einrichtung an die Projektionsfläche gekoppelt sein. Beispielsweise kann die Einrichtung an die Projektionsfläche gebondet sein. Bei der Projektionsfläche und dem holographischen Element handelt es sich explizit um zwei getrennte Elemente. Wenn das holographische Element ohne Abstand direkt an der Projektionsfläche platziert angekoppelt oder gar daran gebonded ist, handelt es sich bei dem holographischen Element und der Projektionsfläche immer noch um zwei getrennte Schichten. Während die Umlenkung in der holographischen Schicht erfolgt, wird das Licht erst an der eigentlichen Projektionsfläche gestreut.

Die Einrichtung kann ausgebildet sein, um zum Projizieren des Bilds verwendetes Licht ungestreut umzulenken. Das durch die Einrichtung realisierte Hologramm stellt somit nicht die Projektionsfläche oder eine Funktionalität der Projektionsfläche dar, sondern stellt ein umlenkendes Element vor der Projektionsfläche dar, welches selbst keine streuenden Eigenschaften besitzt.

Somit ist die Projektionsfläche nicht als eine holographische Projektionsfläche ausgeführt, welche das mit dem Projektor aufgespielte Bild in unterschiedliche Raumrichtungen streut, sodass das Bild jeweils nur aus begrenzten, getrennten Raumwinkeln heraus sichtbar ist. Realisiert werden könnte eine solche holographische Projektionsfläche, wie sie gemäß dem hier vorgestellten Ansatz nicht verwendet wird, durch drei holographische Schichten, die jeweils das Bild in eine Raumrichtung lenken. Im Unterschied dazu ist das durch die hier verwendete Einrichtung realisierte Hologramm nicht ausgebildet, um das Bild in unterschiedliche Richtungen aufzuspalten. Das Licht des Projektors wird zwar umgelenkt, aber nicht in verschiedene Kanäle gespalten.

Die Einrichtung kann als eine einzige holographische Schicht realisiert sein, in die drei Hologramme für die drei Grundfarben einbelichtet sind. Somit kann die verwendete holographische Funktion in einer einzelnen holographischen Schicht realisiert werden in die drei Hologramme für die drei Grundfarben einbelichtet werden. Durch die Wellenlängenselektivität des Hologramms lassen sich die Hologramme für die drei unterschiedlichen Wellenlängen der drei Grundfarben in dieselbe holographische Schicht einbelichten.

Die Einrichtung kann ein Kugelwellenumlenker sein. Ein Kugelwellenumlenker ist eine Sonderform eines Hologramms. Der Kugelwellenumlenker lenkt von einem Punkt ausgehende, sich kugelförmig ausbreitende Lichtwellen um und fokussiert diese auf einen weiteren Punkt. Der Kugelwellenumlenker kann reflektierend oder transluzent sein.

Die Einrichtung kann eine Vielzahl von einzelnen Pixelhologrammen aufweisen. Ein Pixelhologramm kann ein eigenständiges Hologramm sein. Dabei kann jedes Pixelhologramm eine eigene Funktion abbilden. So kann die holografisch optische Einrichtung gut an ihren Einsatzzweck angepasst werden. Die Pixelhologramme können reflektierend oder transluzent sein.

Die Pixelhologramme können in einer reihenförmigen und/oder spaltenförmigen Struktur angeordnet sein. Durch die Matrixform können die einzelnen Pixelhologramme einfach geschrieben werden, während die anderen Pixel durch eine Blende abgedeckt sind.

Die Pixelhologramme können in einer hexagonalen Struktur angeordnet sein. Die hexagonale Struktur kann wabenförmig sein. Durch die hexagonale Struktur kann eine hohe Pixeldichte erreicht werden.

Das Projektionssystem kann zumindest zwei zwischen dem Projektor und dem Betrachtungsbereich angeordnete holografisch optische Elemente aufweisen. Die holografischen optischen Elemente können unterschiedliche Funktionen abbilden. Jedes holografisch optische Element kann eine Linse oder einen Reflektor ersetzen. Die Elemente können unterschiedliche Abstände zu dem Projektor aufweisen.

Die Projektionsfläche kann ein Mikrolinsenarray sein. Ein Mikrolinsenarray kann eine Vielzahl von regelmäßig angeordneten Linsen aufweisen, die jeweils einen einfallenden Lichtstrahl definiert in einen Abstrahlkegel brechen. Ein Mikrolinsenarray kann eine hohe Lichtdurchlässigkeit aufweisen.

Der Projektor kann ein Laserprojektor sein. Bei einem Laserprojektor wird das Bild mit Laserlicht bereitgestellt. Die holografisch optische Einrichtung kann das Laserlicht in normales Licht umwandeln.

Weiterhin wird ein Verfahren zum Herstellen eines holografischen optischen Elements vorgestellt, bei dem in einem Schritt des Schreibens zumindest eine Hologrammstruktur unter Verwendung einer Referenzwelle und einer Objektwelle geschrieben wird.

Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein.

Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:

1 eine Darstellung eines Projektionssystems mit einer Projektionsfläche;

2 eine Darstellung eines Projektionssystems mit einer Projektionsfläche und einer Feldlinse;

3 eine Darstellung eines schematischen Aufbaus eines Head-Up Displays;

4 eine Darstellung eines Betriebs eines Head-Up Displays;

5 eine Darstellung eines Systemaufbaus gemäß einem Ausführungsbeispiel;

6 eine Darstellung einer Funktionsweise eines Hologramms gemäß einem Ausführungsbeispiel;

7 eine Prinzipskizze einer Aufnahme eines Hologramms gemäß einem Ausführungsbeispiel;

8 Darstellung eines Systemaufbaus eines HUD-Systems gemäß einem Ausführungsbeispiel;

9 eine Darstellung eines Hologramms als Reflexionshologramm gemäß einem Ausführungsbeispiel;

10 eine Darstellung verschiedener Aufnahmepatterns für ein geschriebenes HOE gemäß Ausführungsbeispielen;

11 eine Darstellung einer Funktionsweise eines pixelweise geschriebenen Hologramms gemäß einem Ausführungsbeispiel;

12 eine Darstellung einer Funktionsweise einer Frontscheibe mit holografischem Kugelwellenumlenker gemäß einem Ausführungsbeispiel;

13 eine Verwendung eines Frontscheibenhologramms mit ausgedehnter Lichtquelle gemäß einem Ausführungsbeispiel; und

14 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines holografischen optischen Elements gemäß einem Ausführungsbeispiel.

In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.

1 zeigt eine Darstellung eines Projektionssystems 100 mit einer Projektionsfläche 102. Die Projektionsfläche 102 streut die von einem Projektor 104 projizierten Bildpunkte 106 in einen Abstrahlkegel, der einem bestimmten Raumwinkel α entspricht. Eine Hauptabstrahlrichtung dieses Kegels ist durch die Positionierung des Projektors 104 bestimmt.

Bei dem Projektionssystem 100 ist der Projektor 104 auf die Projektionsfläche 102 gerichtet, die die Bildpunkte 106 in dem Kegel streut, der den Raumwinkel α abdeckt. Die Hauptabstrahlrichtung dieses Kegels ist abhängig von der Positionierung des Projektors 104 und unterscheidet sich für die verschiedenen Bildpunkte 106. Nutzt ein nachfolgendes optisches System nur einen begrenzten Raumwinkel α oder befindet sich ein Betrachterbereich nur in einem begrenzten Raumwinkel α, so ist es vorteilhaft, wenn alle Bildpunkte 106 in diesen Raumwinkel α strahlen. Dazu kann eine sehr breit streuende oder lambertartig streuende Projektionsfläche 102 verwendet werden.

Bei konventionellen Projektionssystemen 100 wird die Projektionsfläche 102 von einem Projektor 104 bestrahlt, ohne dass eine zusätzliche, richtungsumlenkende Optik zum Einsatz kommt, um die Abstrahlung des von der Projektionsfläche 102 abgehenden Lichts in eine bestimmte Richtung zu leiten. Dadurch ist die Abstrahlung im Wesentlichen durch den Ort des Projektors 104 relativ zur Projektionsfläche 102 bestimmt und die Projektionsfläche 102 strahlt divergent in den Raum ab. Eine Umlenkung des auf die Projektionsfläche 102 treffenden Lichtes mit Hilfe von Feldlinsen ist nur sehr eingeschränkt möglich, da die Feldlinsen als refraktive Elemente nur eine begrenzte Brechkraft besitzen und aufgrund ihrer Dicke nicht beliebig nahe an der Projektionsfläche 102 platziert werden können. Durch den Abstand einer Feldlinse zu einer Projektionsfläche 102 kann ebenfalls eine Unschärfe des Bildes auftreten.

2 zeigt eine Darstellung eines Projektionssystems 100 mit einer Projektionsfläche 102 und einer Feldlinse 200. Das Projektionssystem 100 entspricht dabei im Wesentlichen dem Projektionssystem in 1. Die Feldlinse 200 lenkt das Licht des Projektors 104 um, um eine bestimmte Abstrahlrichtung an der Projektionsfläche 102 zu realisieren. Der Grad der Umlenkung ist beschränkt durch die Brechkraft der Linse 200. Aufgrund der Linsendicke können Aberrationen im Bild auftreten.

Um bei Einsatz einer in schmalere Abstrahlkegel streuenden Projektionsfläche 102 die Hauptabstrahlrichtung der Kegel anzupassen, kann die Feldlinse 200 verwendet werden. Die Feldlinse 200 befindet sich nahe der Projektionsfläche 102 und lenkt das Licht des Projektors 104 derart um, dass die Abstrahlrichtung an der Projektionsfläche 102 angepasst wird. Da die Linse 200 aufgrund ihrer Dicke nicht beliebig nahe an der Projektionsfläche 102 positioniert werden kann, können Bildfehler auftreten. Die Linse 200 kann außerdem zu einer Unschärfe des Bildes führen. Durch die begrenzte Brechkraft der Linse 200 können die Strahlen nicht beliebig stark umgelenkt werden. Insbesondere bei großen Projektionsflächen 102 ist die Umlenkung durch eine Feldlinse 200 nicht mehr realisierbar.

3 zeigt eine Darstellung eines schematischen Aufbaus eines Head-Up Displays 300. Bei dem Head-Up Display 300 wird eine Bildebene einer Bildgebereinheit (PGU, Picture Generating Unit) 302 mithilfe einer Optik (HUD-Optik) 304 auf ein virtuelles, vor dem Fahrzeug 306 befindliches Bild 308 abgebildet. Der Fahrer 310 nimmt dadurch ein vergrößertes Bild 308 wahr, das von der PGU 302 erzeugt wurde. Dieses Bild 308 ist mit der Fahrszene überlagert und befindet sich in definiertem Abstand von der Frontscheibe 312 auf der virtuellen Leinwand. LCD-Module können als bildgebendes Element in der PGU 302 verwendet werden.

4 zeigt eine Darstellung eines Betriebs eines Head-Up Displays 300. Das Head-Up Display 300 entspricht dabei im Wesentlichen dem Head-Up Display in 3. Das dargestellte virtuelle Bild 308 ist eine vergrößerte Abbildung des von der Bildgebereinheit erzeugten Displays. Daher benötigt die Head-Up Display Optik eine bestimmte Vergrößerung. Die notwendige Vergrößerung nimmt mit dem Abstand der virtuellen Leinwand zu, da es erforderlich ist, das von der Bildgebereinheit erzeugte Bild stärker zu vergrößern, um in größerem Abstand das gewünschte Sichtfeld des Fahrers einzunehmen. Bei Head-Up Displays 300 kann die virtuelle Leinwand in einem Abstand von etwa 15 m liegen.

5 zeigt eine Darstellung eines Systemaufbaus 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Der Systemaufbau 100 entspricht im Wesentlichen dem Projektionssystem in den 1 und 2. Der Systemaufbau 100 kann beispielsweise in einem Bildgeber eines Head-Up Displays wie in den 3 und 4 verwendet werden. Ein laserbasierter Projektor 104 projiziert dabei auf eine Projektionsfläche 102. Die Projektionsfläche 102 weitet die projizierten Bildpunkte 106 in schmale Kegel auf. Eine holografisch optische Einrichtung 500 in Form eines holografisch optischen Elements (HOE), im Folgenden auch als Hologramm bezeichnet, ist vor der Projektionsfläche 102 platziert, um die Hauptabstrahlrichtung der Kegel umzulenken, sodass eine konvergente Abstrahlform der Projektionsfläche 102 entsteht.

In 5 ist der prinzipielle Aufbau des vorgeschlagenen Systems 100 dargestellt. Dabei projiziert ein Projektor 104 ein Bild auf eine Projektionsfläche 102, vor der die holografisch optische Einrichtung 500 in Form des holografisch optischen Elements (HOE) 500 platziert ist. Dadurch, dass das holografisch optische Element 500 als dünne Schicht nahe an der Projektionsfläche 102 platziert oder mit der Projektionsfläche 102 gekoppelt werden kann, wird eine scharfe Abbildung des Bildes auf die Projektionsfläche 102 erhalten. Wenn das holografisch optische Element 500 direkt an die Projektionsfläche 102 angekoppelt ist, kann das holografisch optische Element 500 beispielsweise über eine Bondverbindung an die Projektionsfläche 102 angebondet sein. Das holografisch optische Element 500 lenkt das vom Projektor 104 aus einfallende Licht derart um, dass die Projektionsfläche 102 von einem konvergenten Strahlkegel bestrahlt wird. Die Projektionsfläche 102 selbst weitet das Licht eines jeden Bildpunktes 106 in einen Abstrahlkegel auf. Die Hauptabstrahlrichtung eines jeden Kegels wird von der holografischen Funktion des holografisch optischen Elements bestimmt. Die Projektionsfläche 102 kann hier beispielsweise als ein Mikrolinsenarray oder eine schwach streuende Projektionsfläche realisiert sein.

Ein nachfolgender Betrachtungsbereich der Projektionsfläche 102 oder ein nachfolgendes optisches System zur Abbildung der Projektionsfläche 102 kann beispielsweise bauartbedingt nur Winkel aus einem bestimmten Abstrahlbereich eines jeden Pixels 106 aufnehmen. Durch die vorgestellte Anordnung 100 kann ein großer Teil des zur Verfügung stehenden Lichts in diesen Bereich gestrahlt werden. Das Licht wird nicht wie bei breit streuenden Projektionsflächen 102 in ungenutzte Bereiche gestrahlt. Somit kann die Systemeffizienz erhöht werden.

Mit anderen Worten wird eine holografisch optische Einrichtung 500 in Form eines holografischen Strahlformungselements 500 für ein Laserprojektionssystem 100 vorgestellt. Bei dem hier vorgestellten Ansatz wird eine spezifische Abstrahlcharakteristik auf einer Projektionsfläche 102 eines Projektionssystems 100 mithilfe des holografisch optischen Elements 500 erreicht.

Das vorgeschlagene Konzept arbeitet mit dem holografisch optischen Element (HOE) 500 zur Strahlformung an der Projektionsfläche 102. Das holografische Element 500 kann dabei als einfacher Kugelwellenumlenker 500 realisiert sein und ist damit einfach und kostengünstig herzustellen. Es lassen sich damit sehr starke Umlenkungen des Lichts realisieren, da das holografisch optische Element 500 als flache Schicht direkt an beziehungsweise vor oder hinter der Projektionsfläche 102 platziert werden kann. Aufgrund der Platzierung direkt an der Projektionsfläche 102 bleibt die Bildschärfe der Projektion erhalten.

Es wird somit auch die Verwendung einer holografisch optischen Einrichtung 500 in Form eines holografischen Vorsatzelements in einem bildgebenden Projektionssystem 100 vorgestellt. Durch die Verwendung des holografischen Elements 500 kann die Abstrahlung an der Projektionsfläche 102 in bestimmte Richtungen umgelenkt werden. Das System 100 wird damit auf einen bestimmten Betrachtungsbereich oder eine nachfolgende Optik angepasst.

Durch die Realisierung der optischen Funktion einer Feldlinse in einer als dünne holografische Schicht realisierten holografischen optischen Einrichtung 500 nahe an der Projektionsfläche 102 kann eine Verbesserung der Bildschärfe erreicht werden.

Durch die in die holografische Schicht 500 einbelichtete Funktion kann eine Umlenkung des vom Projektor 104 eingestrahlten Lichts weit über die Möglichkeiten refraktiv arbeitender Systeme hinaus realisiert werden.

Insbesondere wird dadurch ermöglicht, eine konvergente Form der Abstrahlung an der Projektionsfläche 102 zu realisieren.

Durch die Anpassung der Abstrahlung kann eine hohe Systemeffizienz des Projektionssystems 100 erreicht werden. Durch die zielgerichtete Abstrahlung der Projektionsfläche 102 in den Nutzbereich kann die Leuchtdichte erhöht werden.

Das Konzept eignet sich durch die Verwendung von holografischen Elementen 500 und Laserlicht zur Integration weiterer holografischer Elemente. Durch die hohe Anpassungsfähigkeit der holografischen Funktionen bietet das System 100 eine hohe Designfreiheit.

Der Einsatz von holografischen Elementen 500 bietet eine kostengünstige Lösung von komplexen optischen Funktionen und kann zu einer Kostenersparnis gegenüber refraktiven Lösungen führen.

Durch die Realisierung von komplexen optischen Funktionen in dünnen holografischen Schichten 500 kann Bauraum gegenüber klassischen Lösungen eingespart werden. Insbesondere eignet sich das vorgeschlagene Konzept auch zur Realisierung einer holografischen Frontscheibe.

In einem Ausführungsbeispiel wird ein holografisches Vorsatzelement 500 zur Strahlformung einem Projektionssystem 100 verwendet.

6 zeigt eine Darstellung einer Funktionsweise einer holografisch optischen Einrichtung 500 in Form eines Hologramms gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Hologramm 500 entspricht im Wesentlichen dem Hologramm in 5. Das Hologramm 500 ist dabei ein Kugelwellenumlenker, der die Wellen einer Lichtquelle 600 derart umlenkt, dass sie zu einem Punkt 602 im Raum zusammenlaufen.

In 6 ist die Funktionsweise des in 5 dargestellten Hologramms 500 dargestellt. Das Hologramm 500 wirkt dabei als Kugelwellenumlenker, der eine divergente Kugelwelle bündelt und auf einen Punkt 602 im Raum fokussiert. Wird nach dem holografisch optischen Element 500 eine Projektionsfläche platziert, kann so eine konvergente Abstrahlung an der Projektionsfläche realisiert werden.

7 zeigt eine Prinzipskizze einer Aufnahme eines Hologramms 500 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Hologramm 500 entspricht im Wesentlichen dem Hologramm in den 5 und 6. Die bei einer Belichtung eines holografisch optischen Elements 500 eingestrahlte Referenzwelle 700 ist eine divergente Kugelwelle. Als Objektwelle 702 kommt eine konvergente Welle zum Einsatz, die auf einen Punkt 704 im Raum hinter dem holografisch optischen Element 500 zuläuft. Mittels der Referenzwelle 700 kann so im Betrieb der weitere Verlauf der Objektwelle 702 rekonstruiert werden.

In 7 ist die Aufnahme eines Hologramms 500 veranschaulicht. Dabei wird eine Referenzwelle 700 und eine Objektwelle 702 in die holografische Schicht 500 eingestrahlt. Die divergente Referenzwelle 700 strahlt dabei aus dem Ort 706, an dem im System der Projektor platziert wird. Die Objektwelle 702 verläuft konvergent, durchstrahlt die holografische Schicht 500 und konvergiert auf einen Punkt 704 im Raum hinter dem Hologramm 500. Damit die Lichtquellen sich bei der Aufnahme nicht gegenseitig abschatten, können die Lichtquellen aus unterschiedlichen Richtungen auf das Hologramm 500 einstrahlen oder es kann beispielsweise ein Strahlteiler bei der Aufnahme verwendet werden. Beim Abspielen des Hologramms 500 wird mittels der Referenzwelle 700 der weitere Verlauf der Objektwelle 702 nach dem Hologramm 500 rekonstruiert.

8 zeigt eine Darstellung eines Systemaufbaus 100 eines Head-Up Display (HUD) Systems 300 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Head-Up Display System 300 entspricht dabei im Wesentlichen dem Head-Up Display in 3. Die abbildende Optik 304 des Head-Up Displays 300 ist hier schematisch als ein mehrstufiges Linsensystem mit Zwischenfokus 800 dargestellt. Durch den Zwischenfokus 800 ist eine konvergente Abstrahlung am Display 102 erforderlich.

Eine konvergente Abstrahlung einer Projektionsfläche 102 kann insbesondere bei Systemen 100 erforderlich sein, bei denen die Projektionsfläche 102 wiederum durch ein nachfolgendes optisches System über einen Zwischenfokus 800 abgebildet wird. Dies kann beispielsweise beim Einsatz im einem Head-Up Display 300 der Fall sein. In 8 ist beispielhaft ein solches System 100 dargestellt. Dabei ist die Abbildungsoptik 304 des Head-Up Displays 300 vereinfacht durch ein zweistufiges Linsensystem mit Zwischenfokus 800 dargestellt. Im Zwischenfokus 800 wird das Display 102 des Head-Up Displays 300 verkleinert abgebildet. Das Display 102 kann hier beispielsweise die Projektionsfläche 102 einer projektionsbasierten Bildgebereinheit 302 sein.

9 zeigt eine Darstellung eines Hologramms 500 als Reflexionshologramm gemäß einem Ausführungsbeispiel. Wird das strahlformende Hologramm 500 beziehungsweise Vorsatzelement 500 in einem Abstand zur Projektionsfläche eingesetzt, kann eine Ausführung als Reflexionshologramm 500 erfolgen.

Das holografische Element 500 kann ebenfalls in einigem Abstand zur Projektionsfläche platziert werden. Um den Fokus der Projektion weiterhin auf der Projektionsfläche zu belassen, um eine scharfe Abbildung zu erhalten, kann die teilweise Fokussierung durch das Hologramm 500 durch die Scharfstellung des Objektivs kompensiert oder bei der Objektivauslegung berücksichtigt werden. Das holografische Vorsatzelement 500 kann als Teil des Objektives verstanden werden.

Bei der Verwendung des holografischen Elements 500 in einigem Abstand zur Projektionsfläche kann anstelle eines transmissiv arbeitenden Hologramms auch ein Reflexionshologramm 500 eingesetzt werden. Das Funktionsprinzip eines solchen Hologramms 500 ist in 9 dargestellt. Ähnlich dem Hologramm aus 6 wird dabei das Licht einer Punktlichtquelle 600 auf einen Punkt im Raum fokussiert. Das reflektiv arbeitende Hologramm 500 profitiert dabei von einer erhöhten Wellenlängenselektivität gegenüber Transmissionshologrammen, wodurch das System sehr gut an die Laserwellenlängen der Bildgebereinheit angepasst werden kann.

10 zeigt eine Darstellung verschiedener Aufnahmepatterns für ein geschriebenes holografisch optisches Element 500 gemäß Ausführungsbeispielen. Die holografisch optischen Elemente 500 entsprechen dabei im Wesentlichen den holografisch optischen Elementen in den vorhergehenden Figuren. Links dargestellt ist der einfache Fall einer Strukturierung der holografischen Fläche 500 mit abgetrennten Bereichen 1000. Ein solches Hologramm 500 kann bei der Aufnahme über Blenden hergestellt werden. In der Mitte ist eine Aufnahmestruktur gezeigt, in der einzelne einbelichtete Spots 1002 in einem quadratischen Gitter angeordnet sind. Rechts dargestellt ist eine mögliche hexagonale Struktur.

Alternativ zu der Implementierung des vorgeschlagenen Systems mittels eines Punktlichtquellenhologramms kann in einer weiteren Ausführungsform ein pixelweise geschriebenes Hologramm 500 verwendet werden. Bei einem pixelweise geschriebenen holografisch optischen Element 500 wird bei der Aufnahme der holografischen Funktion die holografische Schicht 500 in einzelnen Pixeln 1000 schrittweise beleuchtet. Die einzelnen Pixel 1000 enthalten dadurch eine voneinander unabhängige optische Funktion. Es ist daher möglich, dem Element 500 eine beliebige und dadurch sehr gut anpassbare optische Funktion einzubelichten.

In 10 sind verschiedene Muster dargestellt, nach denen die Pixel 1000 des Hologramms 500 aufgenommen werden können. Die holografische Schicht 500 kann beispielsweise in eine quadratische Struktur unterteilt werden, bei der die einzelnen Pixel 1000 mit Blenden versehen und nacheinander belichtet werden. Anstatt einer quadratischen Struktur können hier auch beispielsweise hexagonale Strukturen oder runde Strukturen mit ungenutzten Zwischenbereichen 1004 verwendet werden. Durch die Aufnahme mittels Blenden können hier insbesondere bei sehr kleinen Strukturen Effekte durch die Beugung an der Blendenstruktur selbst entstehen.

Im hier vorgeschlagenen Konzept kann ein pixelweise geschriebenes Hologramm 500 verwendet werden, bei dem die einzelnen Pixel 1000 mit sich überlappenden Bereichen 1004 aufgenommen wurden. Die runden Bereiche 1002 der Aufnahmepunkte 1000 können dabei beispielsweise in einer quadratischen oder einer hexagonalen Struktur angeordnet sein. Solche Aufnahmemuster sind beispielhaft in 10 in der Mitte und rechts dargestellt. Der sich überlappende Bereich 1004 der eingeschriebenen Pixel 1000 beinhaltet zwei sich überlagernde Hologramme 1002.

11 zeigt eine Darstellung einer Funktionsweise eines pixelweise geschriebenen Hologramms 500 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Hologramm 500 entspricht dabei im Wesentlichen einem der Hologramme in 10. In überlappenden Bereichen 1004 findet ein Übergang der Beugungseffizienz der einzelnen einbelichteten Pixelhologramme 1002 statt.

In 11 ist die Funktion eines solchen Hologramms 500 im Betrieb dargestellt. Der zentrale Bereich des einzelnen Pixels 1000 ist dabei unbeeinflusst durch das Nachbarpixel 1000. Im sich überlappenden Randbereich 1004 des einzelnen Pixels 1000 sinkt die Beugungseffizienz des holografischen Pixels 1000 und es findet ein Übergang zur benachbarten holografischen Funktion 1002 statt. Die Beugungseffizienz der einzelnen Pixel 1000 geht dadurch ineinander über, während die optischen Funktionen 1002 der einzelnen Pixel 1000 unabhängig bleiben.

12 zeigt eine Darstellung einer Funktionsweise einer Frontscheibe 312 mit holografischem Kugelwellenumlenker 500 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Der Kugelwellenumlenker 500 entspricht dabei im Wesentlichen einem holografisch optischen Element in einer der vorhergehenden Figuren. Das Frontscheibenhologramm 500 wirkt hier als Kugelwellenhologramm und besitzt damit eine Abbildungsfunktion der Zentren 600, 602 von Objekt- und Referenzwelle.

Das hier vorgeschlagene System kann in einem projektionsbasierten Head-Up Display eingesetzt werden, bei dem ein holografisches Element 500 mit Vergrößerungsfunktion in der Frontscheibe 312 eingesetzt wird. Die holografische Frontscheibe 312 eines solchen Head-Up Displays kann als Kugelwellenumlenker realisiert sein, wodurch die Frontscheibe 312 als eine vergrößernde Linse wirkt und einen Teil der vergrößernden Head-Up Display Optik darstellt. In 12 ist die Funktionsweise eines solchen Frontscheibenhologramms 500 dargestellt. Das Hologramm 500 ist dabei derart aufgenommen, dass das Licht einer Punktlichtquelle 600 aufgefangen und zu einem weiteren Punkt 602 im Raum hin fokussiert wird.

13 zeigt eine Verwendung eines Frontscheibenhologramms 500 mit ausgedehnter Lichtquelle 800 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Frontscheibenhologramm 500 entspricht dabei im Wesentlichen dem holografisch optischen Element in 12. Bei ausgedehnter Lichtquelle 800 treffen Lichtstrahlen aus verschiedenen Winkeln auf das Hologramm 500. Da das Hologramm 500 winkelselektiv ist, nimmt die Effizienz des Hologramms 500 bei Abweichung vom Aufnahmewinkel des Hologramms 500 ab.

Im eigentlichen Betrieb des holografischen Head-Up Displays bildet die als vergrößernde Linse wirkende Frontscheibe 312 das Bild des Displays virtuell ab. Das Display wirkt dabei als eine ausgedehnte Lichtquelle 800. Durch die Ausdehnung der Lichtquelle 800 wird das Hologramm 500 von den unterschiedlichen Bildpunkten aus unterschiedlichen Winkeln bestrahlt. Aufgrund der Winkelselektivität von Hologrammen 500 sinkt die Effizienz des Hologramms 500 bei einer Abweichung vom Aufnahmewinkel und es können Aberrationen vor allem im Randbereich des Bildes auftreten. Bei großen Ausdehnungen der Lichtquelle 800 kann dadurch die erforderliche Effizienz am Randbereich unterschritten werden. Bei dem hier vorgestellten Ansatz wird eine abbildende Head-Up Display Optik mit Zwischenfokus 800 verwendet, bei der der Zwischenfokus 800 als verkleinerte Abbildung der Projektionsfläche einer kleineren ausgedehnten Lichtquelle 800 entspricht.

Wie zuvor beschrieben, erfordern insbesondere Systeme, bei denen die Projektionsflächen nachfolgend mit einem Zwischenfokus 800 abgebildet werden, häufig eine konvergente Abstrahlung, die mit dem vorgeschlagenen Konzept realisiert werden kann.

14 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines holografischen optischen Elements gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren weist einen Schritt 1400 des Schreibens auf, in dem zumindest eine Hologrammstruktur unter Verwendung einer Referenzwelle und einer Objektwelle geschrieben wird.

In einem Ausführungsbeispiel umfasst das Verfahren einen Schritt 1402 des Bereitstellens einer holografischen Schicht, in die im Schritt 1400 des Schreibens die Hologrammstruktur geschrieben wird.

In einem Ausführungsbeispiel umfasst das Verfahren einen Schritt 1404 des Fixierens, in dem die geschriebene Hologrammstruktur in der holografischen Schicht fixiert wird.

Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“ -Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.