WO2012156124A1 - Hud mit holographischen optischen elementen - Google Patents

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WO2012156124A1
WO2012156124A1 PCT/EP2012/054788 EP2012054788W WO2012156124A1 WO 2012156124 A1 WO2012156124 A1 WO 2012156124A1 EP 2012054788 W EP2012054788 W EP 2012054788W WO 2012156124 A1 WO2012156124 A1 WO 2012156124A1
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WO
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optical element
holographic optical
beam path
display device
section
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PCT/EP2012/054788
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Jan Weingarten
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
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    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
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    • G—PHYSICS
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    • G02B27/0149—Head-up displays characterised by mechanical features
    • G02B2027/015—Head-up displays characterised by mechanical features involving arrangement aiming to get less bulky devices

Definitions

  • HUP with holographic optical elements The invention relates to a display device according to the preamble of claim 1.
  • Display systems are used in vehicles. This favors in particular the development of head-up displays, with which vehicle data such as speed, speed, fuel level or weather conditions z. B. in the field of view of a driver can be superimposed on lying in the direction of travel traffic situations. Therefore, in recent years, a lot of new
  • holographic optical elements are known.
  • a known application of holographic optical elements in display systems is, for. B. to correct aberrations of an optical beam path or a single optical element.
  • DE 103 44 688 A1 presents a head-up display, in which an optical imaging element is combined with a holographic optical element in order, for. B. on a transparent coated mirror optical aberrations using a holographic optical element formed in the coating to correct.
  • WO 2009/156752 A1 introduces a display system which, in a broader sense, takes up holographic concepts. It consists of a spatial light modulator, e.g. a micromirror display illuminated by an expanded laser beam. A computer unit generates data for controlling the spatial
  • Light modulator which is the spatial light modulator in hologram-like
  • Interference pattern can be implemented so that information as a diffraction image on a screen or directly on the retina of a viewer can be seen.
  • One Disadvantage of the system is that the visibility of the displayed information is relatively sensitive depending on the viewing direction due to the strong angular dependence of diffraction patterns.
  • Another disadvantage of this technique is the comparatively high and thus expensive computing power which is necessary for the control in order to convert conventional image data into interference patterns.
  • the object of the present invention is the space requirement of
  • Display devices in particular of head-up displays to reduce in vehicles with relatively simple means.
  • a display device in particular a head-up display, with the features of claim 1.
  • the invention is based on a display device, in particular a head-up display, with a light-emitting image source and with optical elements which form a beam path for radiation bundles.
  • the optical elements include a reflector and a holographic optical element having a predetermined optical imaging function.
  • the essence of the invention is that the holographic optical element in
  • Beam path is spatially separated from the reflector and that the
  • holographic optical element is arranged in the beam path such that
  • Beams of a first portion of the beam path are directed to the holographic optical element to redirect them under the influence of the imaging function of the holographic optical element in a second portion of the beam path in a new direction, and that the reflector and the holographic optical element are arranged to each other, that radiation beams emitted by the reflector into a third section of the beam path can at least partially illuminate the holographic optical element, wherein the
  • Incidence angles at which an influence of the imaging function of the holographic optical element is effective differ.
  • the holographic optical element is on a transparent, especially clear transparent body, for example, made of a mineral glass.
  • transparent body serves as a support for the holographic optical element.
  • the transparent body has large surface areas, e.g. are just.
  • a preferred embodiment of the invention is that the transparent body is a particular thin disc on which the holographic optical element is formed. The thickness of the disc is mainly in the
  • Compared to a length of the third portion of the beam path is thin and is preferably less than one-tenth of a beam length in the third section. in the
  • the disk thickness is e.g. at most one quarter of this diameter, more preferably less than one fifth, preferably not more than one-eighth, in particular not more than one-tenth.
  • the holographic optical element is relatively inexpensive to produce and can be relatively easily attached to a designated position in the display device.
  • the minimum thickness may be determined by providing a predetermined stiffness of the disk to it
  • the transparent body may be e.g. be arranged in parallel or e.g. to form a prism at an angle to each other.
  • the clear-transparent body may for example consist of several, e.g. two, layers with different refractive indices can be constructed.
  • the holographic optical element can advantageously be produced as a phase hologram.
  • an optical element will be referred to as conventional if it is an optical image by refraction on a surface after
  • a holographic optical element is a hologram, i. a holographic one
  • the optical imaging function of the holographic optical element is determined by the conventional optical element, which is recorded as a hologram in the holographic optical element.
  • the optical imaging function can also correspond to a combination of conventional optical elements.
  • the optical imaging function is in
  • Holographic optical element formed as a diffraction structure which may be formed in a spatial periodic modulation, for example, a reflection coefficient or, for example, a refractive index in the transparent body of a carrier.
  • a Diffraction efficiency describes a relative proportion of the light incident on a diffraction structure, which is diffracted, for example, overall or, for example, in a predetermined direction.
  • the diffraction efficiency can be influenced by an amplitude and a strength of the spatial modulation, for example a reflection coefficient.
  • a diffraction structure for the holographic optical element may be formed, for example, by exposure and development of a photographic layer, or e.g. be embossed in the form of a structuring on a boundary or surface of a transparent support.
  • a diffraction structure e.g. an optical structure for exposure to an interference image or e.g. starting from a numerical calculation
  • a diffraction pattern e.g. be transferred by laser processing in a transparent photorefractive polymer.
  • the diffraction structure is formed in an at least approximately planar layer, wherein preferably this layer is arranged parallel to an approximately flat large surface of the transparent body. This offers the advantage that the holographic optical element can be aligned comparatively easily.
  • the optical imaging function of the holographic optical element is available only on condition that the diffraction conditions for a
  • the diffraction conditions are met by the fact that angle of incidence of the first portion of the beam path, angle of reflection of the second portion of the beam path, a wavelength of the light used and the holographic optical element matched.
  • the angles of reflection of the second section of the beam path correspond to the new direction of the
  • the image source is adapted to emit substantially coherent light, in particular monochromatic coherent light. This is
  • the image source by, for example, obtaining the image source from e.g. one
  • Liquid crystal display is provided with a. expanded or e.g. scanning laser beam is illuminated.
  • the holographic optical element and the image source are matched to one another, at least with regard to a wavelength or a wavelength range of available light.
  • a beam hits the holographic optical element with wiggles, which do not conform to the diffraction conditions, can pass substantially unbent through the holographic optical element and its transparent body.
  • the diffraction structure of the holographic optical element can cause a reduction in the light intensity at a passing beam.
  • the holographic optical element is positioned in the third section of the beam path in such a way that bundles of rays which are irradiated into the third section of the beam path in
  • the display device thus advantageously uses the lighted
  • Imaging function is essentially only effective when deflecting light beams from the first portion of the beam path in the second section.
  • the display device according to the invention thus enables a comparatively more compact construction and thereby facilitates its placement in a vehicle, in particular in an instrument panel.
  • the holographic optical element can be arranged in different ways in the third section of the beam path. Beams of the third section may pass through the holographic optical element continuously and / or only temporarily during operation of the display device. In this case, entire bundles of rays and / or parts of bundles of rays in the third section can completely and / or only partially cover a region of the holographic optical element
  • a surface of the transparent body in particular a transparent thin disc, is designed such that it is attached to a
  • a preferred embodiment of the invention provides that the reflector, the
  • Beam directs into the third gate of the beam path, a mirror is. This offers the advantage that the deflection or imaging hardly or no
  • a specular reflector can additionally be designed for an optical enlargement of the image display.
  • the display device may comprise further optical elements, in particular conventional optical elements.
  • the display device may have another, e.g. Own mirror to the beam path through
  • a display device can have a diffusing screen for generating real images, with which, for example, the light of real images can be directed into the first section of the beam path and onto the holographic optical element.
  • the third portion and thus also the holographic optical element can be housed in a housing of the display device and protected against disturbances of their arrangement, which the
  • the holographic optical element can be advantageously protected from disturbing radiation from an environment of the display device and from contamination.
  • a preferred embodiment of the invention provides that the holographic optical element is arranged in the display device such that radiation beams of the second section of the beam path are directed onto the reflector.
  • the reflector directs radiation beam of the second section of the beam path directly into the third section.
  • it is arranged in the display device such that only a comparatively small, negligible part of the light beams of the third section of the beam path can strike the holographic optical element at illumination angles at which diffraction by the holographic optical element occurs. This can be done by a comparatively simpler
  • Diffraction efficiency of the holographic optical element on the reflector such is agreed that in a direct radiation of the holographic optical element with light radiation originating from the reflector, no significant
  • the diffraction efficiency may be less than 90 percent, better still less than 80 percent, preferably less than 70 percent, in particular less than 60 percent and particularly preferably about 50 percent.
  • the comparatively lower diffraction efficiency can be achieved by a correspondingly increased intensity of light emission by the image source
  • a further preferred embodiment of the invention consists in that at least one further optical element is provided for deflecting radiation beams from the second section of the beam path such that the reflector guides them
  • the holographic optical element substantially always without diffraction loss. Therefore, it is preferred that the
  • Diffraction efficiency of the holographic optical element is comparatively high, e.g. over 60 percent, better over 70 percent, especially over 80 percent and most preferably over 90 percent.
  • the third section can not only directly or indirectly follow the second section, but it is also conceivable that the third section of the beam path lies indirectly or immediately before the first section, so that imaging
  • Illuminate section of the beam path before they hit the reflector and finally pass through the first and the second section of the beam path.
  • the holographic optical element is designed as a reflective hologram.
  • the optical effect works here
  • the holographic optical element can be replaced by a comparatively strong one
  • the holographic optical element is formed as a transmissive hologram. This offers the advantage that comparatively lower intensity losses occur at the holographic optical element.
  • Wavelengths are tuned for a multicolor display.
  • Figure 1 a a section of a vehicle in a schematic side
  • Figure 1 b a section of a vehicle in a schematic lateral
  • Figure 2 shows a detail of a vehicle in a schematic lateral
  • Figure 3 shows a detail of a vehicle in a schematic lateral
  • Figures 1a and 1b each show a vehicle 20 with a head-up display 10 according to the prior art, the driver 30 when looking in the direction of travel
  • the driver 30 is symbolically represented in all FIGS. 1 a, 1 b, 2 and 3 by a head 31 with eyes 32.
  • Figures 1a and 1b show an arrangement of the head-up display 10 in the vehicle 20, which is similarly applicable to a head-up display 1 according to the invention, which is shown in Figures 2 and 3.
  • the head-up display 10 is housed in the vehicle 20 below a lower portion of a sloped windshield 21. Looking through the
  • Windscreen 21 the driver 30 looks into a portion 12 a of a
  • Beam path 12 wherein a projector 3 of the head-up display 10 light beam to Display of images in the beam path 12 can send.
  • the driver 30 can recognize a virtual image 16 of displayed information only when the eyes 32 of the driver 30 are located in a vertical region 14. Because the beam path 12 is divided by reflective optical elements 4, 5 and 6 and by the windshield 21 into a plurality of sections 12a-12e
  • the reflective optical elements 4,5,6 light in the beam path 12 is deflected several times and thus the beam path 12 folded several times.
  • the reflective optical elements used so far for folding the beam path are conventional mirrors 4, 5 and lenses 6. They often also have a magnifying imaging function. This allows the light path for an optical
  • the reflective elements 4, 5, 6 are intended to reflect irradiated light as completely as possible, in particular at almost every angle of incidence. They therefore form end points of the sections of the beam path on which
  • Beams are diverted from one section to the next. Due to their reflective properties, they essentially reflect light from arbitrary directions, which is why display devices are usually protected from unfavorable light radiation from their surroundings by means of diaphragms. Because of their reflection at any Einstrahlwinkeln Wrkung must not protrude into a portion of the beam path in which they are not intended for deflection or imaging. Because these reflective elements 4, 5, 6, 6 substantially reflect any incident light, none is allowed to protrude into a portion 12a-12e for which it is not intended to be the starting or ending point of the section.
  • the folding of the beam path 12 makes it possible to adapt the head-up display 10 with regard to shape and size to an installation location in the vehicle 20.
  • a shortening of a beam path by means of conventional optical elements are limited in that e.g. a larger number of e.g. Mirroring or e.g. a stronger optical magnification at the same time disadvantages such. larger
  • FIG. 1 b shows how the size of the head-up display 10 can affect the display of information for the driver 30.
  • the virtual image area 17 of the head-up display could either be moved into the area 18 (arrow B) or around the Area 18 are enlarged.
  • the housing 2 of the head-up display 10 requires at the shifted position, a volume 2a, which is already partially occupied by other parts, in particular by a handlebar 22, which can hardly be positioned differently.
  • FIG. 2 shows a vehicle 20 with a first embodiment of a vehicle
  • Head-up displays 1 which is also arranged in a region below a windshield 21. From a main mirror 4, the head-up display 1 radiates beams into a section 12 b of the beam path 12 to the windshield 21. This reflects the beams coming out of the head-up
  • Projector 3 further optical elements 5, 7, and 8 are arranged, which the beam path 12 in further sections, for. B. 12c, 12d and 12e, subdivide.
  • the projector may include a laser (not shown) and an LCD display (not shown), the light beam of the laser continuously scanning the surface of the LCD display and passing through pixels. The projector 3 illuminates one
  • a holographic optical element 8 e.g. a holographic lens.
  • Holographic diffuser 8 occur.
  • the support of the holographic optical element 8 is preferably a thin planar disk of a clear transparent glass material, for example Plexiglas or polycarbonate.
  • the holographic optical element 8 is designed to be reflective and thus contributes to the space-saving folding of the beam path 12.
  • transparent carrier formed diffraction structure can e.g. from a
  • the optical imaging function of the holographic optical element 8 is only available if further optical elements are suitably positioned with respect to the holographic optical element. Therefore, the deflection mirror 5, the holographic optical element 8 and the deflection mirror 7 are in a manner in the
  • Head-up display 1 incorporated that a predetermined angle of incidence and a predetermined angle of reflection in accordance with the diffraction conditions of the holographic optical element 8 of the sections 12e and 12d of the beam path through the arrangement of the deflection mirrors 7 and 5 with respect to the holographic optical Elements 8 are complied with.
  • the section 12d corresponds to a second section of the beam path.
  • intermediate images are formed by a combination of reflection, diffraction and interference, whereby at a given wavelength the angle of incidence and the angle of reflection with respect to the holographic optical element is determined for optical imaging.
  • the deflecting mirror 5 is provided to direct light irradiated from the holographic optical element 8 toward the main mirror 4.
  • the light emitted by the deflecting mirror 5 illuminates the holographic optical element 8 and can at least partially illuminate the area of the holographic optical element 8. Therefore, the portion 12c corresponds to the third portion of the beam path.
  • the carrier of the holographic optical element e.g. a plastic glass pane, preferably protrudes beyond a maximum possible beam cross section of the portion 12 c to image distortion of
  • the deflecting mirror 5 directs light rays in directions onto the holographic optical element 8 and its carriers which deviate from the diffraction conditions of the holographic optical element 8 with respect to their angles of incidence. Since this is only possible to a limited extent in the arrangement shown in FIG. 2, the diffraction efficiency of the holographic optical element 8 is preferably reduced in such a way that diffraction losses in the
  • Section 12c have only a negligible effect on the visibility of the display.
  • the reduced diffraction efficiency of the holographic optical element 8 also causes intensity losses between the beams of the sections 12e and 12d, which can be compensated by the projector 3, for example, by a more intense light emission.
  • FIG. 3 shows a second embodiment of a device according to the invention
  • Head-up displays 1 The arrangement of the head-up display 1 in the vehicle 20 relative to a Wndschutzopathy 21 and a driver 30 agrees with that previously described with respect to Figure 2, which is why hereinafter only on the internal structure of the head-up display 1 is received.
  • the head-up display 1 has a projector 3, of which several
  • the main mirror 4 directs that Light-imaging beam on the windshield 21st
  • the projector 3 radiates light beam onto the mirror 7, which preferably has an image-enlarging effect.
  • the mirror 7 redirects irradiated light beams to the holographic optical element 8.
  • the mirror 7 and the holographic optical element 8 are arranged such that light rays emanating from the mirror 7 on the holographic optical element 8 with
  • Incident angles which correspond to the diffraction conditions for a holographic reproduction of the optical imaging function of the holographic optical
  • Elements 8 correspond.
  • the mirror 9 is arranged with respect to the holographic optical element 8 such that at its mirror surface by
  • Reflection, diffraction and interference the optical imaging function e.g. a
  • the holographic optical element 8 is displayed as a virtual image.
  • the deflection mirror deflects 9 imaging beam to the next deflection mirror 5 and only the deflection mirror 5 is intended to direct imaging light beams at such an angle to the holographic optical element 8 that they are not diffracted when passing the holographic optical element 8.
  • the advantage of this head-up display according to the invention is that the deflection mirror 5 can be arranged more favorably on the deflection mirror 9 by means of an additional deflection of imaging beam bundles, in order to ensure that the deflection mirror 5 is in the third
  • Section 12c of the beam path 12 radiated beam only with
  • Illuminate angles at the holographic optical element 8 which differ sufficiently from the diffraction conditions of the holographic optical element 8 to avoid diffraction effects. This allows the
  • Beam radiation 12 which can keep energy consumption and heat generation to advantageously low values.

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Abstract

Es wird eine Anzeigevorrichtung (1), insbesondere ein Head-up Display, mit einer Licht abstrahlenden Bildquelle (3), mit optischen Elementen (4, 5, 6, 7, 8, 9), die einen Strahlengang (12) für Strahlenbündel bilden, vorgestellt. Dabei umfassen die optischen Elemente (4, 5, 6, 7, 8, 9) ein holographisches optisches Element (8) mit einer vorgegebenen optischen Abbildungsfunktion und einen Reflektor (5). Das holographische optische Element (8) ist im Strahlengang (12) vom Reflektor (5) räumlich getrennt positioniert. Zudem ist das holographische optische Element (8) derart im Strahlengang (12) angeordnet, dass Strahlenbündel eines ersten Abschnitts des Strahlengangs auf das holographische optische Element (8) gerichtet sind, um sie unter Einfluss der Abbildungsfunktion des holographischen optischen Elements (8) in einen zweiten Abschnitt des Strahlengangs in eine neue Richtung umzulenken. Der Reflektor (5) und das holographische optische Element (8) sind derart zueinander angeordnet, dass vom Reflektor (5) in einen dritten Abschnitt des Strahlengangs (12) abgestrahlte Strahlenbündel zumindest teilweise das holographische optische Element durchleuchten können, wobei Beleuchtungswinkel durchleuchtender Strahlenbündel des dritten Abschnitts des Strahlengangs (12) im wesentlichen von Einfallswinkeln, bei denen ein Einfluss der Abbildungsfunktion des holographischen optischen Elements (8) wirksam ist, abweichen.

Description

Beschreibung
Titel
HUP mit holographischen optischen Elementen Die Erfindung betrifft eine Anzeigevorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik
Aufgrund der Fortschritte bei optischen Technologien können immer kleinere und energiesparendere optische Systeme aufgebaut werden, die zunehmend in
Anzeigesystemen in Fahrzeugen eingesetzt werden. Dies begünstigt besonders die Entwicklung von Head-up-Displays, mit denen Fahrzeugdaten wie beispielsweise Geschwindigkeit, Drehzahl, Kraftstofffüllstand oder auch Witterungsbedingungen z. B. in das Blickfeld eines Fahrers auf in Fahrtrichtung liegende Verkehrsituationen eingeblendet werden können. Daher wurden in den letzten Jahren ein Vielzahl neuer
Lösungen und Verbesserung für Anzeigevorrichtungen bekannt.
Aus der physikalischen und technischen Optik [1] sind holographische optische Elemente bekannt. Eine bekannte Anwendung holographischer optischer Elemente in Anzeigesystemen besteht darin, z. B. Abbildungsfehler eines optischen Strahlengangs oder eines einzelnen optischen Elements zu korrigieren. Beispielsweise stellt die DE 103 44 688 A1 ein Head-up-Display vor, bei dem ein optisches Abbildungselement mit einem holographischen optischen Element kombiniert wird, um z. B. an einem transparent beschichteten Spiegel optische Abbildungsfehler mit Hilfe eines holographischen optischen Elements, das in der Beschichtung ausgebildet ist, zu korrigieren.
Die WO 2009/156752 A1 stellt ein Anzeigesystem vor, das in einem weiteren Sinn holographische Konzepte aufgreift. Es besteht aus einem räumlichen Lichtmodulator, z.B. einer Mikrospiegelanzeige, die von einem aufgeweiteten Laserstrahl beleuchtet wird. Eine Rechnereinheit erzeugt Daten zur Ansteuerung des räumlichen
Lichtmodulators, die der räumliche Lichtmodulator in Hologramm-ähnliche
Interferenzmuster umsetzen kann, so dass Informationen als Beugungsbild auf einem Schirm oder unmittelbar auf der Netzhaut eines Betrachters erkennbar werden. Ein Nachteil des Systems besteht allerdings darin, dass die Sichtbarkeit der angezeigten Informationen aufgrund der starken Winkelabhängigkeit von Beugungsbildern vergleichsweise empfindlich von der Blickrichtung abhängig ist. Ein weiterer Nachteil dieser Technik ist die vergleichsweise hohe und damit teure Rechenleistung, die zur Ansteuerung nötig ist, um konventionelle Bilddaten in Interferenzmuster umzurechnen.
Offenbarung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, den Platzbedarf von
Anzeigevorrichtungen, insbesondere von Head-up Displays, in Fahrzeugen mit vergleichsweise einfachen Mitteln zu verringern.
Diese Aufgabe wird durch eine Anzeigevorrichtung, insbesondere ein Head-up Display, mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Bevorzugte und vorteilhafte Ausführungen der Erfindung werden in den
Unteransprüchen vorgestellt.
Die Erfindung geht von einer Anzeigevorrichtung, insbesondere einem Head-up Display, mit einer Licht abstrahlenden Bildquelle und mit optischen Elementen, die einen Strahlengang für Strahlenbündel bilden, aus. Die optischen Elemente umfassen einen Reflektor und ein holographisches optisches Element mit einer vorgegebenen optischen Abbildungsfunktion. Der Kern der Erfindung besteht darin, dass das holographische optische Element im
Strahlengang vom Reflektor räumlich getrennt positioniert ist und dass das
holographische optische Element derart im Strahlengang angeordnet ist, dass
Strahlenbündel eines ersten Abschnitts des Strahlengangs auf das holographische optische Element gerichtet sind, um sie unter Einfluss der Abbildungsfunktion des holographischen optischen Elements in einen zweiten Abschnitt des Strahlengangs in eine neue Richtung umzulenken, und dass der Reflektor und das holographische optische Element derart zueinander angeordnet sind, dass vom Reflektor in einen dritten Abschnitt des Strahlengangs abgestrahlte Strahlenbündel zumindest teilweise das holographische optische Element durchleuchten können, wobei der
Beleuchtungswinkel durchleuchtender Strahlenbündel im Wesentlichen von
Einfallswinkeln, bei denen ein Einfluss der Abbildungsfunktion des holographischen optischen Elements wirksam ist, abweichen.
Das holographische optische Element ist an einem durchsichtigen, insbesondere klar durchsichtigen Körper, z.B. aus einem mineralischen Glas, ausgebildet. Der
durchsichtige Körper dient als Träger für das holographische optische Element.
Vorzugsweise weist der durchsichtige Körper große Oberflächenbereiche auf, die z.B. eben sind. Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung besteht darin, dass der durchsichtige Körper eine insbesondere dünne Scheibe ist, an dem das holographische optische Element ausgebildet ist. Die Dicke der Scheibe ist dabei vor allem im
Vergleich zu einer Länge des dritten Abschnitts des Strahlengangs dünn und beträgt vorzugsweise weniger als ein Zehntel einer Strahllänge im dritten Abschnitt. Im
Vergleich zum Strahldurchmesser am Einbauort bzw. zur größten Flächendiagonale der Scheibe beträgt die Scheibendicke z.B. maximal ein Viertel dieses Durchmessers, besser weniger als ein fünftel, vorzugsweise nicht mehr als ein Achtel, insbesondere nicht mehr als ein Zehntel. Dadurch ist das holographische optische Element vergleichsweise günstig herstellbar und kann relativ einfach an einer vorgesehenen Position in der Anzeigevorrichtung angebracht werden. Die minimale Dicke kann dadurch bestimmt sein, dass durch sie eine vorgegebene Steifigkeit der Scheibe zur
Vermeidung von z.B. Eigenschwingungen erreichbar ist.
Große einander gegenüberliegende Oberflächenbereiche des durchsichtigen Körpers können z.B. parallel angeordnet sein oder z.B. zur Bildung eines Prismas in einem Winkel zueinander stehen. Der klar durchsichtige Körper kann beispielsweise aus mehreren, z.B. zwei, Schichten mit unterschiedlichen Brechungsindizes aufgebaut sein. Hierdurch ist das holographische optische Element vorteilhaft als Phasenhologramm herstellbar. Im Folgenden wird ein optisches Element als konventionell bezeichnet, wenn es eine optische Abbildung durch Brechung bzw. Reflektion an einer Fläche nach den
Gesetzen der geometrischen Optik bewirkt. Beispiele für konventionelle optische Elemente sind Spiegel, Linsen und Prismen. Ein holographisches optisches Element ist ein Hologramm, d.h. eine holographische
Aufzeichnung, eines konventionellen optischen Elements oder einer Kombination mehrerer konventioneller optischer Elemente. Die optische Abbildungsfunktion des holographischen optischen Elements ist durch das konventionelle optische Element bestimmt, das als Hologramm im holographischen optischen Element festgehalten ist. Dabei kann die optische Abbildungsfunktion auch einer Kombination konventioneller optischer Elemente entsprechen. Die optische Abbildungsfunktion ist im
holographischen optischen Element als Beugungsstruktur ausgebildet, die in einer räumlichen periodischen Modulation z.B. eines Reflexionskoeffizienten oder z.B. eines Brechungsindex im durchsichtigen Körper eines Trägers ausgebildet sein kann. Eine Beugungseffizienz beschreibt einen relativen Anteil des auf eine Beugungsstruktur eingestrahlten Lichts, der z.B. insgesamt oder z.B. in eine vorgegebenen Richtung gebeugt wird. Die Beugungseffizienz ist durch eine Amplitude und eine Stärke der räumlichen Modulation z.B. eines Reflexionskoeffizienten beeinflussbar.
Eine Beugungsstruktur für das holographische optische Element kann beispielsweise durch Belichtung und Entwicklung einer photographischen Schicht erzeugt sein oder z.B. in Form einer Strukturierung an einer Grenz- bzw. Oberfläche eines durchsichtigen Trägers eingeprägt sein. Zur Erzeugung einer Beugungsstruktur kann z.B. ein optischer Aufbau für eine Belichtung mit einem Interferenzbild herangezogen werden oder z.B. ausgehend von einer numerischen Berechnung ein Beugungsmuster z.B. durch Laserbearbeitung in ein durchsichtiges photorefraktives Polymer übertragen worden sein. Vorzugsweise ist die Beugungsstruktur in einer zumindest näherungsweise ebenen Schicht ausgebildet, wobei vorzugsweise diese Schicht parallel zu einer näherungsweise ebenen großen Oberfläche des durchsichtigen Körpers angeordnet ist. Dies bietet den Vorteil, dass das holographische optische Element vergleichsweise leichter ausgerichtet werden kann.
Die optische Abbildungsfunktion des holographischen optischen Elements steht nur unter der Voraussetzung zur Verfügung, dass die Beugungsbedingungen für eine
Abbildung durch das holographische optische Element erfüllt sind. An der
erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung sind die Beugungsbedingungen dadurch erfüllt, dass Einfallswinkel des ersten Abschnitts des Strahlengangs, Ausfallswinkel des zweiten Abschnitts des Strahlengangs, eine Wellenlänge des verwendeten Lichts sowie das holographische optische Element aufeinander abgestimmt. Die Ausfallswinkel des zweiten Abschnitts des Strahlengangs entsprechen der neuen Richtung der
Strahlenbündel nach ihrer Umlenkung am holographischen optischen Element.
Für eine gute Bildwiedergabe durch das holographische optische Element ist es bevorzugt, dass die Bildquelle dazu ausgebildet ist, im Wesentlichen kohärentes Licht, insbesondere monochromatisches kohärentes Licht, auszusenden. Dies ist
beispielsweise dadurch erreichbar, dass die Bildquelle aus z.B. einer
Flüssigkristallanzeige besteht, die mit einem z.B. aufgeweiteten oder z.B. abtastenden Laserstrahl durchleuchtet wird. Vorzugsweise sind das holographische optische Element und die Bildquelle, insbesondere eine Lichtquelle der Bildquelle, zumindest bezüglich einer Wellenlänge oder eines Wellenlängenbereichs verfügbaren Lichts aufeinander abgestimmt.
Wenn ein Strahlenbündel auf das holographische optische Element mitWnkeln auftrifft, die nicht den Beugungsbedingungen entsprechen, kann es im Wesentlichen ungebeugt durch das holographische optische Element und dessen durchsichtigen Körper hindurchtreten. Die Beugungsstruktur des holographischen optischen Elements kann dabei eine Verringerung der Lichtintensität an einem hindurchtretenden Strahlenbündel hervorrufen.
In der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung ist das holographische optische Element daher im dritten Abschnitt des Strahlengangs derart positioniert, dass Strahlenbündel, die in den dritten Abschnitt des Strahlengangs eingestrahlt werden, in
Beleuchtungswinkeln auf das holographische optische Element auftreffen, die die
Beugungsbedingungen für eine holographische Abbildung nicht erfüllen und die deshalb das holographische optische Element in ihrer Ausbreitungsrichtung kaum beeinflusst passieren können. Die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung nutzt somit vorteilhaft den durchleuchteten
Raumbereich im dritten Abschnitt ihres Strahlengangs für eine platzsparende
Unterbringung des holographischen optischen Elements, dessen optische
Abbildungsfunktion im Wesentlichen nur beim Umlenken von Lichtbündeln aus dem ersten Abschnitt des Strahlengangs in den zweiten Abschnitt wirksam ist. Die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung ermöglicht dadurch einen vergleichsweise kompakteren Aufbau und erleichtert dadurch ihre Unterbringung in einem Fahrzeug, insbesondere in einer Instrumententafel.
Das holographische optische Element kann im dritten Abschnitt des Strahlengangs auf unterschiedliche Weise angeordnet sein. Strahlenbündel des dritten Abschnitts können während des Betriebs der Anzeigevorrichtung durchgehend und/oder nur zeitweise durch das holographische optische Element hindurchtreten. Dabei können ganze Strahlenbündel und/oder Teile von Strahlenbündel im dritten Abschnitt einen Bereich des holographischen optischen Elements vollständig und/oder nur teilweise
durchleuchten.
Um zu vermeiden, dass eine Kante oder ein sonstiger Randbereich des durchsichtigen Körpers, der als Träger des holographischen optischen Elements dient, störend durch Querschnitte von Strahlenbündeln des dritten Abschnitts des Strahlengangs verläuft, ist es besonders bevorzugt, dass eine Fläche des durchsichtigen Körpers, insbesondere einer durchsichtigen dünnen Scheibe, derart ausgebildet ist, dass sie an einer
Einbauposition in der Anzeigevorrichtung Strahlenbündel des dritten Abschnitts mit einem maximalen Strahlquerschnitt vollständig überragt. Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung sieht vor, dass der Reflektor, der
Lichtbündel in den dritten Anschnitt des Strahlengangs lenkt, ein Spiegel ist. Dieser bietet den Vorteil, dass durch die Umlenkung bzw. Abbildung kaum oder keine
Intensitätsverluste an den Strahlenbündeln, die der Reflektor in den dritten Abschnitt reflektiert, entstehen. Zudem kann ein spiegelnder Reflektor zusätzlich für eine optische Vergrößerung der Bildanzeige ausgebildet sein.
Neben dem Reflektor kann die Anzeigevorrichtung weitere optische Elemente, insbesondere konventionelle optische Elemente, aufweisen. Beispielsweise kann die Anzeigevorrichtung einen weiteren z.B. Spiegel besitzen, um den Strahlengang durch
Umlenkung der Strahlrichtung so zu falten, dass sich die Anzeigevorrichtung in einem Fahrzeug vergleichsweise günstiger unterbringen lässt. Des Weiteren kann eine erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung eine Streuscheibe zur Erzeugung reeler Bilder aufweisen, mit der beispielsweise das Licht reeller Bilder in den ersten Abschnitt des Strahlengangs und auf das holographische optische Elemente gerichtet sein können.
Vorzugsweise liegt der dritte Abschnitt des Strahlengangs zwischen dem Reflektor und einem weiteren optischen Element, insbesondere einem Spiegel, der
Anzeigevorrichtung. Dadurch können der dritte Abschnitt und damit auch das holographische optische Element in einem Gehäuse der Anzeigevorrichtung untergebracht sein und vor Störungen ihrer Anordnung geschützt sein, die die
Bedingungen der optischen Abbildungsfunktion ungünstig beeinflussen. Zudem kann das holographische optische Element dadurch vorteilhaft vor störenden Einstrahlungen aus einer Umgebung der Anzeigevorrichtung und vor Verschmutzung geschützt werden.
Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung sieht vor, dass das holographische optische Element in der Anzeigevorrichtung derart angeordnet ist, dass Strahlenbündel des zweiten Abschnitts des Strahlengangs auf den Reflektor gerichtet sind. Dabei lenkt der der Reflektor Strahlenbündel des zweiten Abschnitts des Strahlengangs unmittelbar in den dritten Abschnitt um. Dabei ist er in der Anzeigevorrichtung derart angeordnet, dass nur ein vergleichsweise kleiner, vernachlässigbarer Teil der Lichtstrahlen des dritten Abschnitts des Strahlengangs mit Beleuchtungswinkeln auf das holographische optische Element auftreffen kann, bei denen Beugung durch das holographische optische Element eintritt. Dabei lassen sich durch einen vergleichsweise einfacheren
Aufbau vorteilhaft optische Bauteile einsparen. Um den Einfluss des holographischen optischen Elements im dritten Abschnitt des Strahlengangs auf Strahlen mit einem ungünstigen Beleuchtungswinkel zu reduzieren, ist es bevorzugt, dass eine
Beugungseffizienz des holographischen optischen Elements auf den Reflektor derart abgestimmt ist, dass bei einer direkten Durchstrahlung des holographischen optischen Elements mit Lichtstrahlung die vom Reflektor stammt, keine nennenswerte
Schwächung des Liches erfolgt. Hierbei kann die Beugungseffizienz weniger als 90 Prozent, besser weniger als 80 Prozent, vorzugsweise weniger als 70 Prozent, insbesondere weniger als 60 Prozent und besonders bevorzugt ca.50 Prozent betragen. Die vergleichsweise geringere Beugungseffizienz kann durch eine entsprechend erhöhte Intensität einer Lichtabstrahlung durch die Bildquelle
ausgeglichen sein. Eine weitere bevorzugte Ausführung der Erfindung besteht darin, dass mindestens ein weiteres optisches Element dazu vorgesehen ist, Strahlenbündel aus dem zweiten Abschnitt des Strahlengangs derart umzulenken, dass der Reflektor diese
Strahlenbündel in den dritten Abschnitt des Strahlengangs umlenkt. Dies erleichtert vorteilhaft eine Anordnung des holographischen optischen Elements und des
Reflektors zueinander in einer Weise, dass Strahlenbündel des dritten Abschnitts des
Strahlengangs das holographische optische Element im Wesentlichen immer ohne Beugungsverlust durchleuchten. Daher ist es dabei bevorzugt, dass die
Beugungseffizienz des holographischen optischen Elements vergleichsweise hoch ist, z.B. über 60 Prozent, besser über 70 Prozent, insbesondere über 80 Prozent und besonders bevorzugt über 90 Prozent.
Im Strahlengang ist nur die Reihenfolge des ersten Abschnitts vor dem zweiten Abschnitt festgelegt, weil der erste Abschnitt den auf das holographische optische Element einfallenden Strahlabschnitt bildet und der zweite Abschnitt dem ausfallenden Strahlabschnitt entspricht, den durch die optische Abbildungsfunktion des
holographischen optischen Elements beeinflusste Strahlenbündel durchlaufen. Daher kann der dritte Abschnitt nicht nur mittelbar oder unmittelbar auf den zweiten Abschnitt folgen, sondern es ist ebenso denkbar, dass der dritte Abschnitt des Strahlengangs mittelbar bzw. unmittelbar vor dem ersten Abschnitt liegt, so dass abbildende
Strahlenbündel das holographische optische Element zuerst unbeeinflusst im dritten
Abschnitt des Strahlengangs durchleuchten, bevor sie auf den Reflektor treffen und schließlich den ersten und den zweiten Abschnitt des Strahlengangs durchlaufen.
Einer bevorzugten Ausführung der Erfindung entsprechend ist das holographische optische Element als reflektives Hologramm ausgeführt ist. Dabei wirkt die optische
Abbildungsfunktion auf Strahlenbündel, die vom holographischen optischen Element in jenen Halbraum reflektiert werden, aus dem die Strahlenbündel eintreffen. Dadurch kann das holographische optische Element durch eine vergleichsweise starke
Richtungsänderung im Strahlengang zu einer kompakteren Strahlführung beitragen. Ebenso ist es bevorzugt, dass das holographische optische Element als transmissives Hologramm ausgebildet ist. Dies bietet den Vorteil, dass vergleichsweise geringere Intensitätsverluste am holographischen optischen Element auftreten. Vorzugsweise ist eine erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung mit mehreren
holographischen optischen Elementen ausgestattet, die z.B. auf verschiedene
Lichtwellenlängen für eine mehrfarbige Anzeige abgestimmt sind.
Anhand beispielhafter Ausführungen der Erfindung werden nachfolgend Einzelheiten und weitere Vorteile beschrieben und mittels Zeichnungen eingehender erläutert. Es zeigen:
Figur 1 a einen Ausschnitt eines Fahrzeugs in schematischer seitlicher
Schnittansicht mit einem Head-up Display nach dem Stand der Technik,
Figur 1 b einen Ausschnitt eines Fahrzeugs in schematischer seitlicher
Schnittansicht mit einem Head-up Display nach dem Stand der Technik,
Figur 2 einen Ausschnitt eines Fahrzeugs in schematischer seitlicher
Schnittansicht mit einem erfindungsgemäßen Head-up Display,
Figur 3 einen Ausschnitt eines Fahrzeugs in schematischer seitlicher
Schnittansicht mit einem erfindungsgemäßen Head-up Display.
Die Figuren 1a und 1 b zeigen jeweils ein Fahrzeug 20 mit einem Head-up Display 10 nach dem Stand der Technik, das einem Fahrer 30 beim Blick in Fahrtrichtung
Informationen anzeigen kann. Der Fahrer 30 ist in allen Figuren 1a, 1 b, 2 und 3 symbolisch durch einen Kopf 31 mit Augen 32 dargestellt.
Die Figuren 1a und 1 b zeigen eine Anordnung des Head-up Displays 10 im Fahrzeug 20, die in ähnlicher Weise auch für ein erfindungsgemäßes Head-up Display 1 , das in den Figuren 2 und 3 gezeigt ist, anwendbar ist.
Das Head-up Display 10 ist im Fahrzeug 20 unterhalb eines niedrigeren Bereichs einer geneigten Windschutzscheibe 21 untergebracht. Bei einem Blick durch die
Windschutzscheibe 21 blickt der Fahrer 30 in einen Abschnitt 12a eines
Strahlengangs 12, wobei ein Projektor 3 des Head-up Displays 10 Lichtbündel zur Anzeige von Bildern in den Strahlengangs 12 senden kann. Der Fahrer 30 kann bei einem virtuellen Bildabstand 13 ein virtuelles Bild 16 einer angezeigten Information nur dann erkennen, wenn sich die Augen 32 des Fahrers 30 in einem vertikalen Bereich 14 befinden. Denn der Strahlengang 12 ist durch reflektierende optische Elemente 4, 5 und 6 sowie durch die Windschutzscheibe 21 in mehrere Abschnitte 12a-12e unterteilt
Durch die reflektierenden optischen Elemente 4,5,6 wird Licht im Strahlengang 12 mehrfach umgelenkt und somit der Strahlengang 12 mehrfach gefaltet. Die bisher zur Faltung des Strahlengangs eingesetzten reflektierenden optischen Elemente sind konventionelle Spiegel 4,5 und Streuscheiben 6. Sie weisen häufig auch eine vergrößernde Abbildungsfunktion auf. Dadurch lässt sich der Lichtweg für eine optische
Abbildung durch den Strahlengang mit mehreren Abschnitten auf mehr
Raumrichtungen verteilen und durch vergrößernde Abbildung verkürzen.
Die reflektierenden Elemente 4,5,6 sind dazu vorgesehen, eingestrahltes Licht möglichst vollständig, insbesondere bei nahezu jedem Einstrahlwinkel, zu reflektieren. Sie bilden daher Endpunkte der Abschnitte des Strahlengangs, an denen
Strahlenbündel aus einem Abschnitt in den nächsten umgelenkt werden. Aufgrund ihrer reflektierenden Eigenschaft, reflektieren sie im wesentlichen Licht aus beliebigen Richtungen, weshalb Anzeigevorrichtungen vor ungünstigen Lichteinstrahlungen aus ihrer Umgebung üblicherweise mittels Blenden geschützt sind. Wegen ihrer bei beliebigen Einstrahlwinkeln reflektierenden Wrkung dürfen nicht in einen Abschnitt des Strahlengangs hineinragen, in welchem sie nicht zur Umlenkung bzw. Abbildung vorgesehen sind. Weil diese reflektierenden Elemente 4,5,6 im Wesentlichen jegliches auftreffende Licht reflektieren, darf keines in einen Abschnitt 12a-12e hineinragen, für den es weder als Ausgangs- noch als Zielpunkt des Abschnitts vorgesehen ist.
Das Falten des Strahlengangs 12 ermöglicht es, das Head-up Display 10 hinsichtlich Form und Größe an einen Einbauort im Fahrzeug 20 anzupassen. Allerdings sind einer Verkürzung eines Strahlengangs mit Hilfe konventioneller optischer Elemente insofern Grenzen gesetzt, dass z.B. eine größere Anzahl von z.B. Spiegeln oder z.B. eine stärkere optische Vergrößerung zugleich Nachteile wie z.B. größeren
Herstellungsaufwand oder stärkere optische Abbildungsfehler hervorrufen können. Diese stehen daher einer weiteren Verkleinerung des Head-up Displays 10 mit bekannten Mitteln im Weg.
In Figur 1 b ist dargestellt, wie sich die Größe des Head-up Displays 10 auf die Anzeige von Informationen für den Fahrer 30 auswirken kann. Durch eine Verschiebung des Head-up Displays 10 in Richtung des Pfeils A könnte der virtuelle Bildbereich 17 des Head-up Displays entweder in den Bereich 18 verschoben (Pfeil B) oder um den Bereich 18 vergrößert werden. Das Gehäuse 2 des Head-up Displays 10 benötigt an der verschobenen Position jedoch ein Volumen 2a, das teilweise bereits von anderen Teilen, insbesondere von einer Lenkstange 22, belegt ist, die sich kaum anders positionieren lassen.
Die Figur 2 zeigt ein Fahrzeug 20 mit einer ersten Ausführung eines
erfindungsgemäßen Head-up Displays 1 , das ebenfalls in einem Bereich unterhalb einer Windschutzscheibe 21 angeordnet ist. Von einem Hauptspiegel 4 strahlt das Head-up Display 1 Strahlenbündel in einen Abschnitt 12b des Strahlengangs 12 zur Windschutzscheibe 21 ab. Diese reflektiert die Strahlenbündel, die aus dem Head-up
Display austreten, in einen Abschnitt 12a des Strahlengangs 12 und damit in Richtung der Augen 32 eines Fahrers 30.
Innerhalb des Head-up Displays 1 sind neben dem Hauptspiegel 4 und einem
Projektor 3 weitere optische Elemente 5, 7, und 8 angeordnet, die den Strahlengang 12 in weitere Abschnitte, z. B. 12c, 12d und 12e, unterteilen. Der Projektor kann beispielsweise einen Laser (nicht gezeigt) und ein LCD-Display (nicht gezeigt) umfassen, wobei der Lichtstrahl des Lasers laufend die Fläche des LCD-Displays abtastet und an Bildpunkten durchstrahlt. Der Projektor 3 beleuchtet einen
Umlenkspiegel 7, der Strahlenbündel auf ein holographisches optisches Element 8, z.B. eine holographische Streuscheibe, richtet . Somit entspricht der Abschnitt 12e des Strahlengangs dem ersten Abschnitt, in welchem Strahlenbündel auf die
holographische Streuscheibe 8 einfallen. Der Träger des holographischen optischen Elements 8 ist vorzugsweise eine dünne ebene Scheibe aus einem klar durchsichtigen Glaswerkstoff, beispielsweise Plexiglas oder Polykarbonat. Das holographische optische Element 8 ist reflektiv ausgeführt und trägt somit zur platzsparenden Faltung des Strahlengangs 12 bei. Die am
durchsichtigen Träger ausgebildete Beugungsstruktur kann z.B. aus einem
reflektierenden Material einer entwickelten photographischen Schicht bestehen.
Die optische Abbildungsfunktion des holographischen optischen Elements 8 steht nur zur Verfügung, wenn weitere optische Elemente bezüglich des holographischen optischen Elements geeignet positioniert sind. Daher sind der Umlenkspiegel 5, das holographische optische Element 8 und der Umlenkspiegel 7 in einer Weise in das
Head-up Display 1 eingebaut, dass ein vorgegebener Einfallswinkel und ein vorgegebener Ausfallswinkel gemäß den Beugungsbedingungen des holographischen optischen Elements 8 von den Abschnitten 12e und 12d des Strahlengangs durch die Anordnung der Umlenkspiegel 7 und 5 bezüglich des holographischen optischen Elements 8 eingehalten werden. Der Abschnitt 12d entspricht dabei einem zweiten Abschnitt des Strahlengangs. Am Umlenkspiegel 5 entstehen daher Zwischenbilder durch eine Kombination aus Reflexion, Beugung und Interferenz, wodurch bei einer vorgegebenen Wellenlänge der Einfallswinkel und der Ausfallswinkel bezüglich des holographischen optischen Elements für eine optische Abbildung festgelegt ist.
Der Umlenkspiegel 5 ist dazu vorgesehen, vom holographischen optischen Element 8 eingestrahltes Licht vergrößernd auf den Hauptspiegel 4 zu richten. Dabei
durchleuchtet das vom Umlenkspiegel 5 abgestrahlte Licht das holographische optische Element 8 und kann zumindest teilweise den Bereich des holographischen optischen Elements 8 durchleuchten. Daher entspricht der Abschnitt 12c dem dritten Abschnitt des Strahlengangs. Der Träger des holographischen optischen Elements, z.B. eine Kunststoffglasscheibe, ragt vorzugsweise über einen maximal möglichen Strahlquerschnitt des Abschnitts 12c hinaus, um Abbildungsstörungen von
durchlaufenden Kanten des Trägers des holographischen optischen Elements zu vermeiden.
Um zu verhindern, dass das durchleuchtende Licht am holographischen optischen Element erneut beeinflusst werden kann, richtet der Umlenkspiegel 5 Lichtstrahlen in Richtungen auf das holographische optische Element 8 und dessen Träger, die hinsichtlich ihrer Einfallswinkel von den Beugungsbedingungen des holographischen optischen Elements 8 abweichen. Weil dies in der in Figur 2 gezeigten Anordnung nur eingeschränkt möglich ist, ist die Beugungseffizienz des holographischen optischen Elements 8 vorzugsweise in einer Weise verringert, dass Beugungsverluste im
Abschnitt 12c nur einen vernachlässigbaren Einfluss auf die Erkennbarkeit der Anzeige haben. Die verringerte Beugungseffizienz des holographischen optischen Elements 8 bewirkt auch Intensitätsverluste zwischen den Strahlenbündeln der Abschnitte 12e und 12d, die beispielsweise durch eine intensivere Lichtabstrahlung vom Projektor 3 ausgleichbar sein kann.
Die Figur 3 zeigt eine zweite Ausführung eines erfindungsgemäßen
Head-up Displays 1. Die Anordnung des Head-up Displays 1 im Fahrzeug 20 relativ zu einer Wndschutzscheibe 21 und einem Fahrer 30 stimmt mit der zuvor bezüglich der Figur 2 beschriebenen überein, weshalb im Folgenden nur auf den inneren Aufbau des Head-up Displays 1 eingegangen wird.
Das Head-up Display 1 weist einen Projektor 3 auf, von dem über mehrere
Umlenkspiegel 5, 7, 9 und über ein holographisches optisches Element 8 abbildende Strahlenbündel zu einem Hauptspiegel 4 gelangen. Der Hauptspiegel 4 richtet das Licht abbildender Strahlenbündel auf die Windschutzscheibe 21
Zur Anzeige von Informationen strahlt der Projektor 3 Lichtbündel auf den Spiegel 7 ab, der vorzugsweise eine bildvergrößernde Wirkung hat. Der Spiegel 7 lenkt eingestrahlte Lichtbündel auf das holographische optische Element 8 um. Dabei sind der Spiegel 7 und das holographische optische Element 8 derart angeordnet, dass vom Spiegel 7 ausgehende Lichtstrahlen am holographischen optischen Element 8 mit
Einfallswinkeln auftreffen, die den Beugungsbedingungen für eine holographische Wiedergabe der optischen Abbildungsfunktion des holographischen optischen
Elements 8 entsprechen. Ebenso ist der Spiegel 9 bezüglich des holographischen optischen Elements 8 derart angeordnet, dass an dessen Spiegelfläche durch
Reflexion, Beugung und Interferenz die optische Abbildungsfunktion, z.B. eine
Spiegelung eines eingestrahlten Bildes, des holographischen optischen Elements 8 als virtuelles Bild wiedergegeben wird.
Allerdings lenkt der Umlenkspiegel 9 abbildende Strahlenbündel auf den nächsten Umlenkspiegel 5 um und erst der Umlenkspiegel 5 ist dazu vorgesehen, abbildende Lichtstrahlen in einem solchen Einfallswinkel auf das holographische optische Element 8 zu richten, dass diese beim Durchgang am holographischen optischen Element 8 nicht gebeugt werden.
Der Vorteil dieses erfindungsgemäßen Head-up Displays besteht gegenüber der in der Figur 2 gezeigten Ausführung darin, dass sich der Umlenkspiegel 5 durch eine zusätzliche Umlenkung abbildender Strahlenbündel am Umlenkspiegel 9 günstiger anordnen lässt, um zu gewährleisten, dass vom Umlenkspiegel 5 in den dritten
Abschnitt 12c des Strahlengangs 12 abgestrahlte Strahlenbündel nur mit
Beleuchtungswinkeln am holographischen optischen Element 8 auftreffen, die hinreichend stark von den Beugungsbedingungen des holographischen optischen Elements 8 abweichen, um Beugungseffekte zu vermeiden. Dadurch kann die
Bildquelle mit einer vergleichsweise niedrigen Intensität Bilder für eine Anzeige in den
Strahlengang 12 abstrahlen, wodurch sich Energieverbrauch und Wärmeerzeugung auf vorteilhaft niedrigen Werten halten lassen.
[1] Bergmann, Ludwig; Schäfer, Clemens; Niedrig, Heinz (Hrsg.); Lehrbuch der Experimentalphysik, Band 3: Optik; Walter de Gruyter; 10.Auflage; Berlin; 2004

Claims

Anzeigevorrichtung (1), insbesondere Head-up-Display, mit einer Licht abstrahlenden Bildquelle (3), mit optischen Elementen (4,5,6,7,8,9), die einen Strahlengang (12) für Strahlenbündel bilden, wobei die optischen Elemente (4,5,6,7,8,9) ein holographisches optisches Element (8) mit einer vorgegebenen optischen Abbildungsfunktion und einen Reflektor (5) umfassen, dadurch gekennzeichnet, dass das holographische optische Element (8) im Strahlengang (12) vom Reflektor (5) räumlich getrennt positioniert ist, und dass das holographische optische Element (8) derart im Strahlengang (12) angeordnet ist, dass Strahlenbündel eines ersten Abschnitts des Strahlengangs auf das holographische optische Element (8) gerichtet sind, um sie unter Einfluss der Abbildungsfunktion des holographischen optischen Elements (8) in einen zweiten Abschnitt des Strahlengangs in eine neue Richtung umzulenken, und dass der Reflektor (5) und das holographische optische Element (8) derart zueinander angeordnet sind, dass vom Reflektor (5) in einen dritten Abschnitt des Strahlengangs (12) abgestrahlte Strahlenbündel zumindest teilweise das holographische optische Element durchleuchten können, wobei Beleuchtungswinkel durchleuchtender Strahlenbündel des dritten Abschnitts des Strahlengangs (12) im wesentlichen von Einfallswinkeln, bei denen ein Einfluss der Abbildungsfunktion des holographischen optischen Elements (8) wirksam ist, abweichen.
Anzeigevorrichtung (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das holographische optische Element (8) an einer Scheibe aus durchsichtigem Material ausgebildet ist.
Anzeigevorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fläche der Scheibe derart ausgebildet ist, dass sie an einer Einbauposition in der Anzeigevorrichtung (1) über Strahlenbündel des dritten Abschnitts des Strahlengangs (12) mit einem maximalen Strahlquerschnitt vollständig hinausragt.
Anzeigevorrichtung (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das holographische optische Element (8) ein reflektives holographisches optisches Element (8) ist.
5. Anzeigevorrichtung (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das holographische optische Element (8) als Phasenhologramm ausgeführt ist.
6. Anzeigevorrichtung (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Abbildungsfunktion des holographisches optisches Elements (8) derjenigen einer Streuscheibe entspricht.
7. Anzeigevorrichtung (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Abbildungsfunktion des holographisches optisches Elements (8) derjenigen eines Spiegels entspricht.
8. Anzeigevorrichtung (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Abbildungsfunktion des holographisches optisches Elements (8) derjenigen einer Kombination aus einer Linse und/oder einem Spiegel und/oder einer Streuscheibe und/oder einem Prisma entspricht.
9. Anzeigevorrichtung (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das holographische optische Element (8) und der Reflektor (5) im Strahlengang (12) derart angeordnet sind, dass über den zweiten Abschnitt des Strahlengangs (12) abbildendes Licht vom holographischen optischen Element (8) auf den Reflektor (5) gerichtet ist.
10. Anzeigevorrichtung (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Beugungseffizienz des holographischen optischen Elements auf den Reflektor derart abgestimmt ist, dass bei einer direkten Durchstrahlung des holographischen optischen Elements mit Lichtstrahlen, die vom Reflektor stammen, keine nennenswerte Schwächung des Lichtes erfolgt.
1 1. Anzeigevorrichtung (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (5) ein Spiegel ist.
12. Anzeigevorrichtung (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Abschnitt des Strahlengangs (12) vom Reflektor (5) und einem weiteren konventionellen optischen Element (4) der Anzeigevorrichtung (1) begrenzt ist, wobei das holographische optische Element (8) zumindest teilweise zwischen den begrenzenden optischen Elementen (4,5) des dritten Abschnitts des Strahlengangs (12) und von beiden räumlich getrennt angeordnet ist.
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