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EP4330772A1 - Optical system for floating holograms - Google Patents

Optical system for floating holograms

Info

Publication number
EP4330772A1
EP4330772A1 EP22725768.0A EP22725768A EP4330772A1 EP 4330772 A1 EP4330772 A1 EP 4330772A1 EP 22725768 A EP22725768 A EP 22725768A EP 4330772 A1 EP4330772 A1 EP 4330772A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
light
hoe
imaging
shaping
optical system
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22725768.0A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Siemen KÜHL
Petr Vojtisek
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jenoptik AG
Carl Zeiss Jena GmbH
Original Assignee
VEB Carl Zeiss Jena GmbH
Carl Zeiss Jena GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE102021110734.2A external-priority patent/DE102021110734A1/en
Priority claimed from DE102021123515.4A external-priority patent/DE102021123515A1/en
Application filed by VEB Carl Zeiss Jena GmbH, Carl Zeiss Jena GmbH filed Critical VEB Carl Zeiss Jena GmbH
Publication of EP4330772A1 publication Critical patent/EP4330772A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • G03H2226/05—Means for tracking the observer

Definitions

  • Various examples relate to a system that includes multiple holographic optical elements to create a floating hologram.
  • a system of multiple HOEs is used to create a high quality hologram.
  • an imaging HOE that is set up by suitable exposure such that it generates a hologram with a desired motif when subsequently illuminated can be used.
  • a light-shaping HOE can be used; the light that illuminates the imaging HOE can be shaped by the light-shaping HOE.
  • An optical system thus includes an imaging HOE.
  • the imaging HOE is set up to create a floating hologram based on light. This floating hologram is placed in a volume outside of the imaging HOE.
  • the optical system includes a light source.
  • the light source is set up to emit the light along a beam path to the imaging HOE.
  • the optical system also includes a light-shaping HOE. This is arranged in the beam path between the light source and the imaging HOE and is set up to apply one or more light-shaping functionalities to the light.
  • exemplary light-shaping functionalities are, for example: spectral filtering, ie selection of a smaller wavelength range of the incident light; Filtering in angular space, that is, for example, selection of a smaller angular spectrum with which the light propagates along the beam path; as well as arrangement of the light in spatial space, for example to deflect the light towards the imaging HOE and/or to illuminate the imaging HOE homogeneously.
  • a method of manufacturing an optical system includes providing an imaging HOE. This is set up to create a floating hologram based on light. The levitated hologram is placed in a volume outside of the imaging HOE. The method also includes providing a light source. This is set up to emit the light along a beam path to the imaging HOE. The method also includes providing a 3 light shaping HOE. This is arranged in the beam path between the light source and the imaging HOE and set up to apply one or more light-shaping functionalities to the light.
  • FIG. 1 is a schematic view of an optical system including a light-shaping HOE and an imaging HOE in series along a ray path of light, according to various examples.
  • FIG. 2 illustrates an example implementation of the optical system of FIG. 1 according to various examples.
  • FIG. 3 illustrates spectral filtering that can be provided by the light-shaping HOE according to various examples.
  • FIG. 4 illustrates an example implementation of the optical system of FIG. 1 according to various examples.
  • FIG. 5 illustrates an example implementation of the optical system of FIG. 1 according to various examples.
  • FIG. 6A illustrates an exemplary integration of an optical system according to various examples in an interior screen of a motor vehicle.
  • FIG. 6B is a perspective view of the implementation of the optical system of FIG. 2. 4
  • FIG. 7 is a flowchart of an example method.
  • the hologram can display an image, such as a button or a sign.
  • an optical system which includes several HOE.
  • the hologram which is generated by means of a corresponding optical system, can have a particularly large floating height and/or a particularly large depth effect.
  • a distance between a volume in which the hologram is displayed under appropriate illumination of an imaging HOE and the imaging HOE could be no less than 60% of the lateral dimensions (perpendicular to the distance) of a refractive index modulated region of the imaging HOE.
  • the imaging HOE can be implemented as a volume HOE, i.e. having a variation of the refractive index in 3-D.
  • a corresponding refractive index modulated area has a 3-D expansion.
  • This variation in refractive index 5 refracts the light with a diffraction pattern, thereby forming the hologram.
  • the bulk HOE is distinguished from a surface HOE, where modulation of the surface of a substrate gives rise to the diffraction pattern. For example, the surface could be wavy.
  • the imaging HOE can be implemented as a transmission HOE or as a reflection HOE.
  • a transmission HOE the refractive index modulated region is illuminated from one side and the hologram is generated in a volume facing the opposite side.
  • reflection HOE the refractive index modulated region is illuminated from one side and the hologram is created in a volume facing the same side.
  • the optical path of the light it would be possible for the optical path of the light to impinge on the imaging HOE in edge-lit geometry.
  • the imaging HOE has a substrate on which the refractive index-modulated region is applied.
  • the beam path is coupled into the substrate on the narrow side, then passes through the substrate - e.g. glass or polymethyl methacrylate - before it hits the refractive index-modulated area.
  • the substrate has a layer thickness that is significantly greater than the layer thickness of the refractive index-modulated region.
  • the so-called reconstruction angle describes the angle at which the light hits the refractive index-modulated area. This can be arranged along a surface of the imaging HOE.
  • Light that is not diffracted by the refractive index modulated region to create the hologram can then undergo total resection at the surface of the imaging HOE and be reflected back into the substrate; as a result, the reproduction of the hologram is not disturbed by "background light".
  • An absorbing material can absorb such light that is reflected back (beam dump). The diffracted light hits the surface at smaller angles and is allowed to escape to create the hologram.
  • the optical system can include a light source. This is set up to emit the light along a beam path to the imaging HOE.
  • the light source preferably emits light in the visible spectrum, in particular between 380 nm and 780 nm. 6
  • one or more light emitting diodes may be used as the light source.
  • Light-emitting diodes are particularly simple, long-lasting and inexpensive and have sufficient optical properties, in particular with regard to the coherence of the emitted light, for a large number of lighting functions, in particular a special holographic lighting function. LEDs are particularly efficient.
  • a light emitting diode could have a light emitter (active area that emits photons) that has dimensions between 0.5 x 0.5 mm 2 and 1 x 1 mm 2 . It can be particularly advantageous to use small emitter areas for the applications mentioned.
  • the reconstruction wave - i.e. the wave front of the light during illumination - corresponds as closely as possible to the reference wave when recording the hologram - i.e. with the wave front of the light during exposure.
  • the exposure takes place with lasers, which in principle represent a point light source. Accordingly, it is advantageous if the LEDs used for the reconstruction have the smallest possible emitter areas and thus the assumption of a point light source is more accurate.
  • Various examples are based on the finding that a further improvement in the illumination of the imaging HOE can be achieved by using a light-shaping HOE, which is arranged in the beam path between the light source and the imaging HOE.
  • the light-shaping HOE can implement various light-shaping functionalities. Overall, this can improve the illumination of the imaging HOE.
  • TAB. 1 Various light shaping functionalities that can be provided by the light shaping HOE. Such light-shaping functionalities can be used to achieve a homogeneous angle and wavelength spectrum for the illumination of the imaging HOE, so that a hologram can be reconstructed that is at a large distance from the refractive index-modulated area of the imaging HOE and has a large depth of field.
  • the light-shaping HOE In principle, various implementations for the light-shaping HOE are conceivable. For example, it would be possible for the light-shaping HOE to deflect the beam path into reflection geometry. That is, a reflection HOE can be used.
  • a reflection HOE is wavelength-selective, which means that only light from a narrow wavelength spectrum is diffracted efficiently for a specific exit angle.
  • the spectral filtering according to Table 1: Example I can be achieved.
  • a full width at half maximum of the wavelength spectrum of the light after spectral filtering could be achieved, which is not larger than 10 nm, in particular not larger than 5 nm. This allows a better reconstruction of the image in the form of the hologram to be achieved because of smearing and ghosting - which could otherwise arise with a broadband-ended illumination of the imaging HOE - can be avoided.
  • FIG. 1 illustrates aspects related to an optical system 110.
  • FIG. FIG. 1 is a schematic representation of the optical system 110 set up to generate a hologram 150.
  • FIG. 1 is a schematic representation of the optical system 110 set up to generate a hologram 150.
  • the optical system 110 includes a light source 111.
  • the light source 111 can be implemented by one or more light emitting diodes.
  • the light source 111 is set up to emit light 90 along a beam path 81 .
  • the light 90 is used to create the hologram 150 . 10
  • Various optical components 171 , 120 , 130 are arranged along the beam path 81 .
  • a refractive or mirror-optical optical element 171 , 172 it would be possible for a refractive or mirror-optical optical element 171 , 172 to be arranged in the beam path 81 between the light source 81 adjacent to the light source 111 .
  • This refractive or mirror-optical optical element is set up to collect the light 90 . In this way, a greater light output can be achieved.
  • the optical element 171, 172 could be implemented by a concave mirror or a lens.
  • the light 90 propagates further along the ray path 81 toward a light-shaping HOE 120.
  • Various light-shaping functionalities that may be provided by the light-shaping HOE 120 have been discussed above in the context of TAB. 1 described.
  • the imaging HOE 130 is configured to generate the floating hologram 150 based on the light 90.
  • optical system 110 Various structural implementations of the optical system 110 are conceivable. Some implementations are described below, for example in connection with FIG. 2.
  • FIG. 2 illustrates aspects related to the optical system 110.
  • FIG. 2 shows an exemplary structural implementation of the optical system 110.
  • the optical system 110 does not include a refractive or specular optical element that would be arranged in the beam path 81 between the light source 111 and the light-shaping HOE 120.
  • the light source 111 emits the light 90 with a significant divergence, ie with a comparatively wide angular spectrum.
  • FIG. 2 shows, by way of example, rays of the light 90 along the beam path 81 (“ray tracing”). 11
  • the light 90 impinges on the light shaping HOE 120 .
  • the light-shaping HOE 120 comprises a substrate 122 and a refractive index-modulated region 121.
  • the light-shaping HOE 120 redirects the light 90 along the optical path in reflection geometry.
  • reflection holograms such as reflection hologram 120, are wavelength selective - that is, they diffract light for a specific angle only efficiently for a specific range of wavelengths - spectral filtering results.
  • Spectral filtering is also shown in FIG. 3 shown.
  • FIG. 3 illustrates the efficiency of diffraction into a specific solid angle as a function of wavelength. Illustrated is the wavelength spectrum 601 of the incident light (shown with the dashed line) and the wavelength spectrum 602 (solid line) of the diffracted light.
  • the full width at half maximum 612 of the spectrum of the diffracted light is no greater than 30%, optionally no greater than 40%, further optionally no greater than 50% of the full width at half maximum 611 of the emission spectrum of the light source, i.e. the spectrum of the incident light.
  • the full width at half maximum 612 of the diffracted light is not larger than 10 nm, optionally larger than 5 nm.
  • the light 90 that impinges on the imaging HOE 130 has a narrower bandwidth than the light 90 that is emitted by the light source 111.
  • the angle of reflection 125 at which the light-shaping HOE 120 reflects the light along the optical path 81 is also shown.
  • the angle of incidence 126 of the light 90 on the imaging HOE 120 is also shown. These angles 125, 126 correspond to the angles at which reference light strikes the imaging HOE 120 from two different laser sources when the imaging HOE 120 is exposed.
  • This reflection angle 125 may correspond to the Brewster angle of the substrate 122 material. This means that the light 90 directed by the imaging HOE 130 is linearly polarized. In this way, undesired interactions due to different polarizations of the light 90 during the exposure of the light-shaping HOE 120 can be avoided. 12
  • the angle of incidence 126--in the illustrated example of FIG. 2, the angle of incidence 126 is 0°, that is, normal to incidence on the light-shaping HOE 120; in principle, however, other values would also be possible—in this case, it is selected such that Fresnel reflections of the light 90 are oriented away from the imaging HOE 130 . As a result, the quality of the illumination of the imaging HOE 130 can be additionally increased.
  • FIG. 2 also shows a so-called reconstruction angle 135.
  • the reconstruction angle 135 denotes the direction along which the light 90 along the optical path 81 impinges on the refractive index modulated region 131 of the imaging HOE 130 .
  • This reconstruction angle 135 is defined by the reflection angle 125, the relative location of the light-shaping HOE 120 to the imaging HOE 130, and the refraction at the air-to-substrate 132 interface.
  • the hologram 150 is generated in a volume 159 that is located at a distance 155 from the refractive index modulated region 131 of the imaging HOE 130, based on the light 90.
  • the hologram 150 is generated in a volume 159 that is located at a distance 155 from the refractive index modulated region 131 of the imaging HOE 130, based on the light 90.
  • a floating hologram 150 is thus generated.
  • one or more further beam shapes of the components can be arranged along the beam path 81 between the light source 111 and the light-shaping HOE 120 .
  • a lens 171 - see FIG. 4 - or a mirror 172 - see FIG. 5 - to be used.
  • the light yield can be increased, ie a larger amount of the light 90 emitted by the light source 111 can be used to illuminate the imaging HOE 130 .
  • Such a refractive or mirror-optical optical element 171, 172 which is arranged in the beam path 81 between the light source 111 and the light-shaping HOE 120, can collect/shape the light in a horizontal and/or vertical direction. Since “vertical” denotes a direction in the plane of the drawing; “horizontal” means a direction perpendicular thereto (cf. FIG. 6B). Accordingly, rotationally symmetrical, cylindrical or anamorphic optics can be used. 13
  • FIG. 6A illustrates aspects related to an integration of the optical system 110 with an interior screen 201 of a motor vehicle. It is shown that the imaging HOE 130 is arranged in a recess in the interior panel 201 flush with the interior panel 201, and the hologram 150 - in the example shown an on/off button - offset to the surface of the interior panel 201 in a volume in the Interior of the motor vehicle is shown.
  • the flying height of the hologram 150 - i.e. the distance 155, see FIG. 2 - may be greater than 20mm, for example 30mm.
  • the reconstruction angle 135 (compare FIG. 2) can typically be in a range from 60° to 80°, for example at 70°.
  • the substrate 132 of the imaging HOE 130 can be made of glass, for example, and have a thickness 134 (drawn in FIG. 2) of 20 mm. This thickness 134 can also be selected to be smaller given a larger reconstruction angle 135 or a smaller lateral dimension 135 (also shown in FIG. 2) of the refractive index-modulated region 131 .
  • the distance between the light-shaping HOE 120 and the coupling surface of the substrate 132 of the imaging HOE 130 is chosen such that the beam of light 90 from the light source 111 to the light-shaping HOE 120 is not cut off by the substrate 132 of the imaging HOE 130 (bottom right corner of substrate 132 in FIG.2).
  • the distance from the light source 111 to the light-forming HOE 120 can be desirable to choose the distance from the light source 111 to the light-forming HOE 120 as large as possible, so that the light source 111 has the best possible properties of a point light source.
  • a greater distance between the light source 111 can also illuminate a larger area of the imaging HOE 130, for example perpendicular to the plane of the drawing in FIG. 2 or along and/or perpendicular to the lateral dimension 135 (the corresponding depth direction is 14 in FIG. 6B visible).
  • the distance selected should not be too large in order to form as much light 90 as possible from the light source 111 in the vertical direction with the light-shaping HOE 120 (that is, corresponds to the height of the light-shaping HOE 120).
  • a range of 50 mm to 100 mm has been identified as helpful as a distance, for example 70 mm in particular.
  • the parameters of the reconstruction angle 135 of the imaging HOE 130 and the distance between the light source 111 and the light-shaping HOE 120 can be used to set the best possible lighting situation.
  • FIG. 7 is a flow chart of an exemplary method of manufacturing an optical system.
  • the optical system 110 can be manufactured according to one of the examples discussed above.
  • Optional blocks are shown in FIG. 7 shown with dashed lines.
  • an imaging HOE is first provided.
  • the imaging HOE 130 may be implemented according to the examples described above.
  • block 3005 could include exposing the imaging HOE 130 to reference light from multiple interfering laser light sources. In this way, the refractive index-modulated area can be formed on a corresponding substrate. This defines the reconstruction angle 135 .
  • providing a light-shaping HOE occurs.
  • the light-shaping HOE 120 can be provided according to the examples described above.
  • Block 3010 may include exposing the light-shaping HOE 120 to reference light from multiple interfering laser light sources. In particular, this can 15
  • Angle of reflection of the light-shaping HOE can be specified.
  • the angle of reflection corresponds to the angle of illumination from one of the interfering laser light sources, and this angle can be set equal to the Brewster's angle of the light-shaping HOE.
  • the light-shaping HOE can be designed in particular in reflection geometry; In principle, however, an implementation as a transmission HOE would also be possible.
  • a corresponding grating that diffracts and reflects incident light can perform spectral filtering and filtering in angular space, as in TAB. 1 discussed, provide.
  • the appropriate size and arrangement of the light-shaping HOE in relation to the imaging HOE from block 3005 can ensure that the refractive index-modulated region of the imaging HOE, especially in edge-lit geometry, is illuminated homogeneously .
  • a light source may be provided.
  • this can be arranged at a suitable distance from the light-shaping HOE.
  • the optical system obtained in this way could optionally be integrated into a panel, for example an interior panel of a motor vehicle.

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Abstract

An optical system (110) comprises an imaging holographic optical element (130), which produces a floating hologram (150). An upstream light-forming holographic optical element (120) causes spectral filtering of the light (90).

Description

B E S C H R E I B U N G DESCRIPTION

OPTISCHES SYSTEM FÜR SCHWEBENDE HOLOGRAMME OPTICAL SYSTEM FOR FLOATING HOLOGRAMS

TECHNISCHES GEBIET TECHNICAL AREA

Verschiedene Beispiele betreffen ein System, welches mehrere holographische optische Elemente umfasst, um ein schwebendes Hologramm zu erzeugen. Various examples relate to a system that includes multiple holographic optical elements to create a floating hologram.

HINTERGRUND BACKGROUND

Es sind Techniken bekannt, um mittels eines bildgebenden holographischen optischen Elements (HOE) ein schwebendes Hologramm zu erzeugen. Ein solches schwebendes Hologramm wird in einem Volumen erzeugt, das außerhalb des bildgebenden HOE an geordnet ist. Das bedeutet, dass das Hologramm versetzt zum bildgebenden HOE an geordnet ist. Dadurch kann eine optische „Schwebewirkung“ erzeugt werden, das Holo gramm steht frei im Raum. Techniques are known for creating a floating hologram using an imaging holographic optical element (HOE). Such a levitated hologram is created in a volume located outside of the imaging HOE. This means that the hologram is offset from the imaging HOE. This creates an optical “floating effect”, the hologram stands freely in space.

Es wurde festgestellt, dass bei Hologrammen mit großer Tiefe bzw. großem Abstand zum bildgebenden HOE besonders hohe Anforderungen an die Güte der Beleuchtung des bildgebenden HOE zu stellen sind. It was found that in the case of holograms with great depth or a large distance from the imaging HOE, particularly high demands must be made on the quality of the illumination of the imaging HOE.

KURZE ZUSAMMENFASSUNG SHORT SUMMARY

Entsprechend ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein optisches System bereitzustellen, welches ein schwebendes Hologramm mit hoher Güte erzeugen kann. Accordingly, it is an object of the invention to provide an optical system which can produce a high-quality floating hologram.

Diese Aufgabe wird gelöst von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Die Merkmale der abhängigen Patentansprüche definieren Ausführungsformen. 2 This object is solved by the features of the independent patent claims. The features of the dependent claims define embodiments. 2

Gemäß verschiedenen Beispielen wird ein System aus mehreren HOE verwendet, um ein Hologramm mit hoher Güte zu erzeugen. Insbesondere kann ein bildgebendes HOE, das durch eine geeignete Belichtung so eingerichtet ist, dass es bei anschließender Be leuchtung ein Hologramm mit einem gewünschten Motiv erzeugt, verwendet werden. Ferner kann ein lichtformendes HOE verwendet werden; das Licht, mit dem das bildge bende HOE beleuchtet wird, kann durch das lichtformende HOE geformt werden. According to various examples, a system of multiple HOEs is used to create a high quality hologram. In particular, an imaging HOE that is set up by suitable exposure such that it generates a hologram with a desired motif when subsequently illuminated can be used. Furthermore, a light-shaping HOE can be used; the light that illuminates the imaging HOE can be shaped by the light-shaping HOE.

Ein optisches System umfasst also ein bildgebendes HOE. Das bildgebende HOE ist eingerichtet, um basierend auf Licht ein schwebendes Hologramm zu erzeugen. Dieses schwebende Hologramm ist in einem Volumen außerhalb des bildgebenden HOE ange ordnet. Ferner umfasst das optische System eine Lichtquelle. Die Lichtquelle ist einge richtet, um das Licht entlang eines Strahlengangs zum bildgebenden HOE auszusen den. Das optische System umfasst außerdem noch ein lichtformendes HOE. Dieses ist im Strahlengang zwischen der Lichtquelle und dem bildgebenden HOE angeordnet und ist eingerichtet, um ein oder mehrere lichtformende Funktionalitäten auf das Licht anzu wenden. An optical system thus includes an imaging HOE. The imaging HOE is set up to create a floating hologram based on light. This floating hologram is placed in a volume outside of the imaging HOE. Furthermore, the optical system includes a light source. The light source is set up to emit the light along a beam path to the imaging HOE. The optical system also includes a light-shaping HOE. This is arranged in the beam path between the light source and the imaging HOE and is set up to apply one or more light-shaping functionalities to the light.

Dabei können grundsätzlich unterschiedlichste lichtformende Funktionalitäten bereitge stellt werden, beispielsweise einzeln oder auch kumulativ. Beispielhafte lichtformende Funktionalitäten sind zum Beispiel: Spektralfilterung, das heißt Selektion eines kleineren Wellenlängenbereichs des einfallenden Lichts; Filterung im Winkelraum, das heißt zum Beispiel Selektion eines kleineren Winkelspektrums, mit dem das Licht entlang des Strahlengangs propagiert; sowie Anordnung des Lichts im Ortsraum, so zum Beispiel das Licht hin zum bildgebenden HOE umzulenken und/oder das bildgebende HOE ho mogen zu beleuchten. In principle, a wide variety of light-shaping functionalities can be provided, for example individually or cumulatively. Exemplary light-shaping functionalities are, for example: spectral filtering, ie selection of a smaller wavelength range of the incident light; Filtering in angular space, that is, for example, selection of a smaller angular spectrum with which the light propagates along the beam path; as well as arrangement of the light in spatial space, for example to deflect the light towards the imaging HOE and/or to illuminate the imaging HOE homogeneously.

Ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Systems umfasst das Bereitstellen eines bildgebenden HOE. Dieses ist eingerichtet, um basierend auf Licht ein schwebendes Hologramm zu erzeugen. Das schwebende Hologramm ist in einem Volumen außerhalb des bildgebenden HOE angeordnet. Außerdem umfasst das Verfahren das Bereitstellen einer Lichtquelle. Diese ist eingerichtet, um das Licht entlang eines Strahlengangs zum bildgebenden HOE auszusenden. Das Verfahren umfasst auch das Bereitstellen eines 3 lichtformenden HOE. Dieses ist im Strahlengang zwischen der Lichtquelle und dem bild gebenden HOE angeordnet und eingerichtet, ein oder mehrere lichtformende Funktiona litäten auf das Licht anzuwenden. A method of manufacturing an optical system includes providing an imaging HOE. This is set up to create a floating hologram based on light. The levitated hologram is placed in a volume outside of the imaging HOE. The method also includes providing a light source. This is set up to emit the light along a beam path to the imaging HOE. The method also includes providing a 3 light shaping HOE. This is arranged in the beam path between the light source and the imaging HOE and set up to apply one or more light-shaping functionalities to the light.

Die oben dargelegten Merkmale und Merkmale, die nachfolgend beschrieben werden, können nicht nur in den entsprechenden explizit dargelegten Kombinationen verwendet werden, sondern auch in weiteren Kombinationen oder isoliert, ohne den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen. The features set out above and features described below can be used not only in the corresponding combinations explicitly set out, but also in further combinations or in isolation without departing from the protective scope of the present invention.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGURENBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

FIG. 1 ist eine schematische Ansicht eines optischen Systems gemäß verschiedenen Beispielen, welches ein lichtformendes HOE und ein bildgebendes HOE in Reihenschal tung entlang eines Strahlengangs von Licht umfasst. FIG. 1 is a schematic view of an optical system including a light-shaping HOE and an imaging HOE in series along a ray path of light, according to various examples.

FIG. 2 illustriert eine beispielhafte Implementierung des optischen Systems aus FIG. 1 gemäß verschiedenen Beispielen. FIG. 2 illustrates an example implementation of the optical system of FIG. 1 according to various examples.

FIG. 3 illustriert eine Spektralfilterung, die vom lichtformenden HOE gemäß verschiede nen Beispielen bereitgestellt werden kann. FIG. 3 illustrates spectral filtering that can be provided by the light-shaping HOE according to various examples.

FIG. 4 illustriert eine beispielhafte Implementierung des optischen Systems aus FIG. 1 gemäß verschiedenen Beispielen. FIG. 4 illustrates an example implementation of the optical system of FIG. 1 according to various examples.

FIG. 5 illustriert eine beispielhafte Implementierung des optischen Systems aus FIG. 1 gemäß verschiedenen Beispielen. FIG. 5 illustrates an example implementation of the optical system of FIG. 1 according to various examples.

FIG. 6A illustriert eine beispielhafte Integration eines optischen Systems gemäß ver schiedenen Beispielen in eine Innenraumblende eines Kraftfahrzeugs. FIG. 6A illustrates an exemplary integration of an optical system according to various examples in an interior screen of a motor vehicle.

FIG. 6B ist eine perspektivische Ansicht der Implementierung des optischen Systems aus FIG. 2. 4 FIG. 6B is a perspective view of the implementation of the optical system of FIG. 2. 4

FIG. 7 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens. FIG. 7 is a flowchart of an example method.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFUHRUNGSFORMEN DETAILED DESCRIPTION OF EMBODIMENTS

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. The properties, features and advantages of this invention described above, and the manner in which they are achieved, will become clearer and more clearly understood in connection with the following description of the exemplary embodiments, which are explained in more detail in connection with the drawings.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren bezeichnen glei che Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Elemente. Die Figuren sind schematische Re präsentationen verschiedener Ausführungsformen der Erfindung. In den Figuren darge stellte Elemente sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu dargestellt. Vielmehr sind die verschiedenen in den Figuren dargestellten Elemente derart wiedergegeben, dass ihre Funktion und genereller Zweck dem Fachmann verständlich wird. The present invention is explained in more detail below on the basis of preferred embodiments with reference to the drawings. In the figures, the same reference symbols denote the same or similar elements. The figures are schematic representations of different embodiments of the invention. Elements depicted in the figures are not necessarily drawn to scale. Rather, the various elements shown in the figures are presented in such a way that their function and general purpose can be understood by those skilled in the art.

Nachfolgend werden Techniken beschrieben, die es ermöglichen, ein schwebendes Ho logramm zu erzeugen. Das Hologramm kann ein Bildmotiv wiedergeben, etwa einen Knopf oder ein Hinweisschild. Techniques that make it possible to create a floating hologram are described below. The hologram can display an image, such as a button or a sign.

Dazu wird ein optisches System verwendet, welches mehrere HOE umfasst. For this purpose, an optical system is used, which includes several HOE.

Das Hologramm, welches mittels eines entsprechenden optischen Systems erzeugt wird, kann eine besonders große Schwebehöhe und/oder eine besonders große Tiefen wirkung aufweisen. Beispielsweise könnte ein Abstand zwischen einem Volumen, in dem das Hologramm bei geeigneter Beleuchtung eines bildgebenden HOE dargestellt wird, und dem bildgebenden HOE nicht kleiner als 60% der lateralen Abmessungen (senkrecht zum Abstand) eines Brechungsindex-modulierten Bereichs des bildgebenden HOE sein. The hologram, which is generated by means of a corresponding optical system, can have a particularly large floating height and/or a particularly large depth effect. For example, a distance between a volume in which the hologram is displayed under appropriate illumination of an imaging HOE and the imaging HOE could be no less than 60% of the lateral dimensions (perpendicular to the distance) of a refractive index modulated region of the imaging HOE.

Das bildgebende HOE kann als Volumen-HOE implementiert sein, das heißt eine Varia tion des Brechungsindex in 3-D aufweisen. Ein entsprechender Brechungsindex modu lierter Bereich weist eine 3-D Ausdehnung auf. Diese Variation des Brechungsindex 5 bricht das Licht mit einem Diffraktionsmuster, wodurch das Hologramm ausgebildet wird. Das Volumen-HOE ist abgegrenzt gegenüber einem Oberflächen-HOE, bei welchem eine Modulation der Oberfläche eines Substrats das Diffraktionsmuster hervorruft. Zum Beispiel könnte die Oberfläche wellenförmig ausgebildet sein. The imaging HOE can be implemented as a volume HOE, i.e. having a variation of the refractive index in 3-D. A corresponding refractive index modulated area has a 3-D expansion. This variation in refractive index 5 refracts the light with a diffraction pattern, thereby forming the hologram. The bulk HOE is distinguished from a surface HOE, where modulation of the surface of a substrate gives rise to the diffraction pattern. For example, the surface could be wavy.

Das bildgebende HOE kann als Transmissions-HOE oder als Reflexions-HOE imple mentiert sein. Bei einem Transmissions-HOE wird der Brechungsindex-modulierte Be reich von einer Seite beleuchtet und das Hologramm wird in einem der gegenüberlie genden Seite zugewendeten Volumen erzeugt. Bei Reflexions-HOE wird der Bre chungsindex-modulierte Bereich von einer Seite beleuchtet und das Hologramm wird in einem derselben Seite zugewendeten Volumen erzeugt. The imaging HOE can be implemented as a transmission HOE or as a reflection HOE. In a transmission HOE, the refractive index modulated region is illuminated from one side and the hologram is generated in a volume facing the opposite side. In reflection HOE, the refractive index modulated region is illuminated from one side and the hologram is created in a volume facing the same side.

Zum Beispiel wäre es möglich, dass der Strahlengang des Lichts in Edge-Lit- Geometrie auf das bildgebende HOE auftrifft. Das bedeutet, dass das bildgebende HOE ein Sub strat aufweist, auf welchem der Brechungsindex-modulierte Bereich aufgebracht ist. Der Strahlengang wird auf der Schmalseite in das Substrat eingekoppelt, durchläuft dann das Substrat - z.B. Glas oder Polymethylmethacrylat -, bevor er auf den Brechungsin- dex-modulierten Bereich auftrifft. Typischerweise weist das Substrat eine Schichtdicke auf, die wesentlich größer ist, als die Schichtdicke des Brechungsindex-modulierten Be reichs. Der sog. Rekonstruktionswinkel bezeichnet denjenigen Winkel, mit dem das Licht auf den Brechungsindex-modulierten Bereich auftrifft. Dieser kann entlang einer Oberfläche des bildgebenden HOE angeordnet sein. Licht, das nicht durch den Bre chungsindex-modulierten Bereich gebeugt wird, um das Hologramm zu erzeugen, kann dann Totalresektion an der Oberfläche des bildgebenden HOE erfahren und in das Sub strat zurück reflektiert werden; dadurch wird die Wiedergabe des Hologramms nicht durch „Hintergrundlicht“ gestört. Ein absorbierendes Material kann solches zurückreflek tiertes Licht absorbieren (engl beam dump). Das gebeugte Licht trifft unter kleineren Winkeln auf die Oberfläche auf und kann austreten, um das Hologramm zu erzeugen. For example, it would be possible for the optical path of the light to impinge on the imaging HOE in edge-lit geometry. This means that the imaging HOE has a substrate on which the refractive index-modulated region is applied. The beam path is coupled into the substrate on the narrow side, then passes through the substrate - e.g. glass or polymethyl methacrylate - before it hits the refractive index-modulated area. Typically, the substrate has a layer thickness that is significantly greater than the layer thickness of the refractive index-modulated region. The so-called reconstruction angle describes the angle at which the light hits the refractive index-modulated area. This can be arranged along a surface of the imaging HOE. Light that is not diffracted by the refractive index modulated region to create the hologram can then undergo total resection at the surface of the imaging HOE and be reflected back into the substrate; as a result, the reproduction of the hologram is not disturbed by "background light". An absorbing material can absorb such light that is reflected back (beam dump). The diffracted light hits the surface at smaller angles and is allowed to escape to create the hologram.

Das optische System kann eine Lichtquelle umfassen. Diese ist eingerichtet, um das Licht entlang eines Strahlengangs zum bildgebenden HOE auszusenden. The optical system can include a light source. This is set up to emit the light along a beam path to the imaging HOE.

Die Lichtquelle emittiert vorzugsweise Licht im sichtbaren Spektrum, insbesondere zwi schen 380 nm und 780 nm. 6 The light source preferably emits light in the visible spectrum, in particular between 380 nm and 780 nm. 6

In den verschiedenen hierin beschriebenen Beispielen können ein oder mehrere Leucht dioden als Lichtquelle verwendet werden. Leuchtdioden sind besonders einfach, langle big und kostengünstig und weisen bezüglich einer Vielzahl von Leuchtfunktionen, insbe sondere holographischer Leuchtfunktion, ausreichende optische Eigenschaften, insbe sondere bezüglich der Kohärenz des ausgesendeten Lichts auf. Leuchtdioden sind be sonders effizient. In the various examples described herein, one or more light emitting diodes may be used as the light source. Light-emitting diodes are particularly simple, long-lasting and inexpensive and have sufficient optical properties, in particular with regard to the coherence of the emitted light, for a large number of lighting functions, in particular a special holographic lighting function. LEDs are particularly efficient.

Zum Beispiel könnte eine Leuchtdiode einen Lichtemitter (aktive Fläche, die Photonen emittiert) aufweisen, der Abmessungen zwischen 0,5 x 0,5 mm2 und 1 x 1 mm2 aufweist. Es kann insbesondere vorteilhaft sein, für die genannten Anwendungen kleine Emitter Flächen zu verwenden. For example, a light emitting diode could have a light emitter (active area that emits photons) that has dimensions between 0.5 x 0.5 mm 2 and 1 x 1 mm 2 . It can be particularly advantageous to use small emitter areas for the applications mentioned.

Grundsätzlich ist es hilfreich, wenn die Rekonstruktionswelle - d.h. die Wellenfront des Lichts bei Beleuchtung - möglichst übereinstimmt mit der Referenzwelle bei der Auf nahme des Hologramms- d.h. mit der Wellenfront des Lichts bei Belichtung. Die Belich tung erfolgt mit Lasern, die im Prinzip eine Punktlichtquelle darstellen. Dementspre chend ist es vorteilhaft, wenn die zur Rekonstruktion verwendeten LEDs möglichst kleine Emitterflächen besitzen und so der Annahme einer Punktlichtquelle besser ge recht werden. In principle, it is helpful if the reconstruction wave - i.e. the wave front of the light during illumination - corresponds as closely as possible to the reference wave when recording the hologram - i.e. with the wave front of the light during exposure. The exposure takes place with lasers, which in principle represent a point light source. Accordingly, it is advantageous if the LEDs used for the reconstruction have the smallest possible emitter areas and thus the assumption of a point light source is more accurate.

Verschiedene Beispiele beruhen auf der Erkenntnis, dass eine weitere Verbesserung der Beleuchtung des bildgebenden HOE durch die Verwendung eines lichtformenden HOE erzielt werden kann, welches im Strahlengang zwischen der Lichtquelle und dem bildgebenden HOE angeordnet ist. Various examples are based on the finding that a further improvement in the illumination of the imaging HOE can be achieved by using a light-shaping HOE, which is arranged in the beam path between the light source and the imaging HOE.

Das lichtformende HOE kann verschiedene lichtformende Funktionalitäten implementie ren. Insgesamt kann dadurch die Beleuchtung des bildgebenden HOE verbessert wer den. The light-shaping HOE can implement various light-shaping functionalities. Overall, this can improve the illumination of the imaging HOE.

Einige solche lichtformenden Funktionalitäten, die vom lichtformenden HOE bereitge stellt werden können, sind nachfolgend im Zusammenhang mit Tab. 1 beschrieben. 7 8 9 Some such light-shaping functionalities that can be provided by the light-shaping HOE are described below in connection with Table 1. 7 8th 9

TAB. 1 : Verschiedene lichtformende Funktionalitäten, die vom lichtformenden HOE be reitgestellt werden können. Mittels solcher lichtformenden Funktionalitäten kann ein ho mogenes Winkel- und Wellenlängenspektrum der Beleuchtung des bildgebenden HOE erzielt werden, so dass ein Hologramm rekonstruiert werden kann, welches einen gro ßen Abstand zum Brechungsindex-modulierten Bereich des bildgebenden HOE aufweist und eine große Tiefenschärfe aufweist. TAB. 1 : Various light shaping functionalities that can be provided by the light shaping HOE. Such light-shaping functionalities can be used to achieve a homogeneous angle and wavelength spectrum for the illumination of the imaging HOE, so that a hologram can be reconstructed that is at a large distance from the refractive index-modulated area of the imaging HOE and has a large depth of field.

Grundsätzlich sind verschiedene Implementierungen für das lichtformende HOE denk bar. Beispielsweise wäre es möglich, dass das lichtformende HOE den Strahlengang in Reflexionsgeometrie umlenkt. Das heißt es kann ein Reflexions-HOE verwendet wer den. In principle, various implementations for the light-shaping HOE are conceivable. For example, it would be possible for the light-shaping HOE to deflect the beam path into reflection geometry. That is, a reflection HOE can be used.

Ein Reflexions-HOE ist wellenlängenselektiv, das heißt es wird für einen bestimmten Austrittswinkel nur Licht eines engen Wellenlängenspektrum effizient gebeugt. Dadurch kann die Spektralfilterung gemäß Tab. 1 : Beispiel I erreicht werden. Zum Beispiel könnte eine Halbwertsbreite des Wellenlängenspektrums des Lichts nach der Spektral filterung erreicht werden, die nicht größer ist als 10 nm, insbesondere nicht größer als 5 nm. Dadurch kann eine bessere Rekonstruktion des Bilds in Form des Hologramms er reicht werden, weil Verschmierung und Geisterbilder - die andernfalls bei einer breitban digen Beleuchtung des bildgebenden HOE entstehen könnten - vermieden werden.A reflection HOE is wavelength-selective, which means that only light from a narrow wavelength spectrum is diffracted efficiently for a specific exit angle. As a result, the spectral filtering according to Table 1: Example I can be achieved. For example, a full width at half maximum of the wavelength spectrum of the light after spectral filtering could be achieved, which is not larger than 10 nm, in particular not larger than 5 nm. This allows a better reconstruction of the image in the form of the hologram to be achieved because of smearing and ghosting - which could otherwise arise with a broadband-ended illumination of the imaging HOE - can be avoided.

FIG. 1 illustriert Aspekte im Zusammenhang mit einem optischen System 110. FIG. 1 ist eine schematische Darstellung des optischen Systems 110, welches eingerichtet ist, um ein Hologramm 150 zu erzeugen. FIG. 1 illustrates aspects related to an optical system 110. FIG. FIG. 1 is a schematic representation of the optical system 110 set up to generate a hologram 150. FIG.

Das optische System 110 umfasst eine Lichtquelle 111. Die Lichtquelle 111 kann durch ein oder mehrere Leuchtdioden implementiert werden. Die Lichtquelle 111 ist eingerich tet, um Licht 90 entlang eines Strahlengangs 81 auszusenden. Das Licht 90 wird dazu verwendet, um das Hologramm 150 zu erzeugen. 10 The optical system 110 includes a light source 111. The light source 111 can be implemented by one or more light emitting diodes. The light source 111 is set up to emit light 90 along a beam path 81 . The light 90 is used to create the hologram 150 . 10

Entlang des Strahlengangs 81 sind verschiedene optische Komponenten 171 , 120, 130 angeordnet. Various optical components 171 , 120 , 130 are arranged along the beam path 81 .

Beispielsweise wäre es möglich, dass ein refraktives oder spiegeloptisches optisches Element 171 , 172 im Strahlengang 81 zwischen der Lichtquelle 81 benachbart zu Licht quelle 111 angeordnet ist. Dieses refraktive oder spiegeloptische optische Element ist eingerichtet, um das Licht 90 zu sammeln. Derart kann eine größere Lichtausbeute er reicht werden. For example, it would be possible for a refractive or mirror-optical optical element 171 , 172 to be arranged in the beam path 81 between the light source 81 adjacent to the light source 111 . This refractive or mirror-optical optical element is set up to collect the light 90 . In this way, a greater light output can be achieved.

Zum Beispiel könnte das optische Element 171 , 172 durch einen Hohlspiegel oder eine Linse implementiert werden. For example, the optical element 171, 172 could be implemented by a concave mirror or a lens.

Das Licht 90 propagiert entlang des Strahlengangs 81 weiter in Richtung eines lichtfor menden HOE 120. Verschiedene lichtformende Funktionalitäten, die vom lichtformen den HOE 120 bereitgestellt werden können, wurden voranstehend im Zusammenhang mit TAB. 1 beschrieben. The light 90 propagates further along the ray path 81 toward a light-shaping HOE 120. Various light-shaping functionalities that may be provided by the light-shaping HOE 120 have been discussed above in the context of TAB. 1 described.

Das Licht 90 - nachdem es durch das lichtformende HOE 120 geformt wurde - propa giert dann weiter entlang des Strahlengangs 81 hin zu einem bildgebenden HOE 130. Das bildgebende HOE 130 ist eingerichtet, um basierend auf dem Licht 90 das schwe bende Hologramm 150 zu erzeugen. The light 90 - after being shaped by the light-shaping HOE 120 - then propagates further along the optical path 81 towards an imaging HOE 130. The imaging HOE 130 is configured to generate the floating hologram 150 based on the light 90.

Es sind verschiedene strukturelle Implementierungen des optischen Systems 110 denk bar. Einige Implementierungen werden nachfolgend beschrieben, zum Beispiel im Zu sammenhang mit FIG. 2. Various structural implementations of the optical system 110 are conceivable. Some implementations are described below, for example in connection with FIG. 2.

FIG. 2 illustriert Aspekte im Zusammenhang mit dem optischen System 110. Insbeson dere illustriert FIG. 2 eine beispielhafte strukturelle Implementierung des optischen Sys tems 110. Im Beispiel der FIG. 2 umfasst das optische System 110 kein refraktives oder spiegeloptisches optisches Element, welches im Strahlengang 81 zwischen der Licht quelle 111 und dem lichtformenden HOE 120 angeordnet wäre. FIG. 2 illustrates aspects related to the optical system 110. In particular, FIG. 2 shows an exemplary structural implementation of the optical system 110. In the example of FIG. 2, the optical system 110 does not include a refractive or specular optical element that would be arranged in the beam path 81 between the light source 111 and the light-shaping HOE 120.

Die Lichtquelle 111 sendet das Licht 90 mit einer signifikanten Divergenz aus, das heißt mit einem vergleichsweise breiten Winkelspektrum. FIG. 2 zeigt beispielhaft Strahlen des Lichts 90 entlang des Strahlengangs 81 (engl „ray tracing“). 11 The light source 111 emits the light 90 with a significant divergence, ie with a comparatively wide angular spectrum. FIG. 2 shows, by way of example, rays of the light 90 along the beam path 81 (“ray tracing”). 11

Das Licht 90 trifft auf das lichtformende HOE 120 auf. Das lichtformende HOE 120 um fasst ein Substrat 122 sowie einen Brechungsindex-modulierten Bereich 121. Das licht formende HOE 120 lenkt das Licht 90 entlang des Strahlengangs in Reflexionsgeomet rie um. The light 90 impinges on the light shaping HOE 120 . The light-shaping HOE 120 comprises a substrate 122 and a refractive index-modulated region 121. The light-shaping HOE 120 redirects the light 90 along the optical path in reflection geometry.

Da Reflexionshologramme, wie beispielsweise das Reflexionshologramm 120, wellen längenselektiv sind - das heißt sie beugen Licht für einen bestimmten Winkel nur effi zient für einen bestimmten Bereich von Wellenlängen - resultiert die Spektralfilterung. Die Spektralfilterung ist auch in FIG. 3 dargestellt. FIG. 3 illustriert die Effizienz der Beu gung in einen bestimmten Raumwinkel in Abhängigkeit von der Wellenlänge. Illustriert ist das Wellenlängenspektrum 601 des auftreffenden Lichts (mit der gestrichelten Linie dargestellt), sowie das Wellenlängenspektrum 602 (durchgezogene Linie) des gebeug ten Lichts. Die Halbwertsbreite 612 des Spektrums des gebeugten Lichts ist nicht größer als 30%, optional nicht größer als 40 %, weiter optional nicht größer als 50% der Halb wertsbreite 611 des Emissionsspektrums der Lichtquelle, d.h. des Spektrums des auf treffenden Lichts. Insbesondere ist die Halbwertsbreite 612 des gebeugten Lichts nicht größer als 10 nm, optional größer als 5 nm. Because reflection holograms, such as reflection hologram 120, are wavelength selective - that is, they diffract light for a specific angle only efficiently for a specific range of wavelengths - spectral filtering results. Spectral filtering is also shown in FIG. 3 shown. FIG. 3 illustrates the efficiency of diffraction into a specific solid angle as a function of wavelength. Illustrated is the wavelength spectrum 601 of the incident light (shown with the dashed line) and the wavelength spectrum 602 (solid line) of the diffracted light. The full width at half maximum 612 of the spectrum of the diffracted light is no greater than 30%, optionally no greater than 40%, further optionally no greater than 50% of the full width at half maximum 611 of the emission spectrum of the light source, i.e. the spectrum of the incident light. In particular, the full width at half maximum 612 of the diffracted light is not larger than 10 nm, optionally larger than 5 nm.

Nunmehr wieder bezugnehmend auf FIG. 2: durch die Spektralfilterung ist das Licht 90, das auf das bildgebende HOE 130 auftrifft, schmalbandiger als das Licht 90, das von der Lichtquelle 111 ausgesendet wird. Referring again to FIG. 2: due to the spectral filtering, the light 90 that impinges on the imaging HOE 130 has a narrower bandwidth than the light 90 that is emitted by the light source 111.

In FIG. 2 ist auch der Reflexionswinkel 125, mit dem das lichtformende HOE 120 das Licht entlang des Strahlengangs 81 reflektiert, dargestellt. Außerdem ist auch der Ein fallswinkel 126 des Lichts 90 auf das bildgebende HOE 120 dargestellt. Diese Winkel 125, 126 entsprechen dabei den Winkeln mit denen Referenzlicht bei der Belichtung des bildgebenden HOE 120 aus zwei unterschiedlichen Laserquellen auf das bildgebende HOE 120 auftrifft. In FIG. 2, the angle of reflection 125 at which the light-shaping HOE 120 reflects the light along the optical path 81 is also shown. In addition, the angle of incidence 126 of the light 90 on the imaging HOE 120 is also shown. These angles 125, 126 correspond to the angles at which reference light strikes the imaging HOE 120 from two different laser sources when the imaging HOE 120 is exposed.

Dieser Reflexionswinkel 125 kann dem Brewster-Winkel des Materials des Substrats 122 entsprechen. Das bedeutet, dass das Licht 90, welches von dem bildgebenden HOE 130 gelenkt wird, linear polarisiert ist. Dadurch können ungewollte Wechselwirkun gen aufgrund unterschiedlicher Polarisationen des Lichts 90 bei der Belichtung des licht formenden HOE 120 vermieden werden. 12 This reflection angle 125 may correspond to the Brewster angle of the substrate 122 material. This means that the light 90 directed by the imaging HOE 130 is linearly polarized. In this way, undesired interactions due to different polarizations of the light 90 during the exposure of the light-shaping HOE 120 can be avoided. 12

Der Einfallswinkel 126 - im dargestellten Beispiel der FIG. 2 beträgt der Einfallswinkel 126 0°, das heißt senkrecht dem Einfall auf das lichtformende HOE 120; grundsätzlich wären aber auch andere Werte möglich - ist dabei so gewählt, dass Fresnel-Reflektio- nen des Lichts 90 weg vom bildgebenden HOE 130 orientiert sind. Dadurch kann die Qualität der Beleuchtung des bildgebenden HOE 130 zusätzlich erhöht werden. The angle of incidence 126--in the illustrated example of FIG. 2, the angle of incidence 126 is 0°, that is, normal to incidence on the light-shaping HOE 120; in principle, however, other values would also be possible—in this case, it is selected such that Fresnel reflections of the light 90 are oriented away from the imaging HOE 130 . As a result, the quality of the illumination of the imaging HOE 130 can be additionally increased.

In FIG. 2 ist auch ein sogenannter Rekonstruktionswinkel 135 dargestellt. Der Rekon struktionswinkel 135 bezeichnet die Richtung, entlang welcher das Licht 90 entlang des Strahlengangs 81 auf den Brechungsindex-modulierten Bereich 131 des bildgebenden HOE 130 auftrifft. Dieser Rekonstruktionswinkel 135 ist definiert durch den Reflexions winkel 125, die relative Anordnung des lichtformenden HOE 120 zum bildgebenden HOE 130, und die Brechung an der Grenzfläche von Luft zum Substrat 132. In FIG. 2 also shows a so-called reconstruction angle 135. The reconstruction angle 135 denotes the direction along which the light 90 along the optical path 81 impinges on the refractive index modulated region 131 of the imaging HOE 130 . This reconstruction angle 135 is defined by the reflection angle 125, the relative location of the light-shaping HOE 120 to the imaging HOE 130, and the refraction at the air-to-substrate 132 interface.

Dann wird in einem Volumen 159, dass in einem Abstand 155 zum Brechungsindex-mo dulierten Bereich 131 des bildgebenden HOE 130 angeordnet ist, basierend auf dem Licht 90, das Hologramm 150 erzeugt. Es wird also ein schwebendes Hologramm 150 erzeugt. Then, in a volume 159 that is located at a distance 155 from the refractive index modulated region 131 of the imaging HOE 130, based on the light 90, the hologram 150 is generated. A floating hologram 150 is thus generated.

In verschiedenen Beispielen ist es möglich, dass entlang des Strahlengangs 81 zwi schen der Lichtquelle 111 und dem lichtformenden HOE 120 ein oder mehrere weitere Strahlformen der Komponenten angeordnet sind. Beispielsweise könnte eine Linse 171 - vergleiche FIG. 4 - oder ein Spiegel 172 - vergleiche FIG. 5 - verwendet werden. Dadurch kann die Lichtausbeute erhöht werden, das heißt eine größere Menge des Lichts 90, das von der Lichtquelle 111 ausgesendet wird, kann zur Beleuchtung des bildgebenden HOE 130 verwendet werden. In various examples, it is possible for one or more further beam shapes of the components to be arranged along the beam path 81 between the light source 111 and the light-shaping HOE 120 . For example, a lens 171 - see FIG. 4 - or a mirror 172 - see FIG. 5 - to be used. As a result, the light yield can be increased, ie a larger amount of the light 90 emitted by the light source 111 can be used to illuminate the imaging HOE 130 .

Ein solches refraktives oder spiegeloptisches optisches Element 171 , 172, das im Strah lengangs 81 zwischen der Lichtquelle 111 und dem lichtformenden HOE 120 angeord net ist, kann das Licht in horizontaler und/oder vertikaler Richtung sammeln/formen. Da bei bezeichnet „vertikal“ eine Richtung in der Zeichenebene; „horizontal“ eine Richtung senkrecht dazu (cf. FIG. 6B). Dementsprechend können rotationssymmetrische, zylindri sche oder anamorphotische Optiken verwendet werden. 13 Such a refractive or mirror-optical optical element 171, 172, which is arranged in the beam path 81 between the light source 111 and the light-shaping HOE 120, can collect/shape the light in a horizontal and/or vertical direction. Since “vertical” denotes a direction in the plane of the drawing; "horizontal" means a direction perpendicular thereto (cf. FIG. 6B). Accordingly, rotationally symmetrical, cylindrical or anamorphic optics can be used. 13

FIG. 6A illustriert Aspekte im Zusammenhang mit einer Integration des optischen Sys tems 110 mit einer Innenraumblende 201 eines Kraftfahrzeugs. Dabei ist dargestellt, dass das bildgebende HOE 130 in einer Aussparung der Innenraumblende 201 bündig mit der Innenraumblende 201 angeordnet ist, und das Hologramm 150 - im dargestell ten Beispiel ein An/Aus-Knopf - versetzt zur Oberfläche der Innenraumblende 201 in ei nem Volumen im Innenraum des Kraftfahrzeugs dargestellt wird. FIG. 6A illustrates aspects related to an integration of the optical system 110 with an interior screen 201 of a motor vehicle. It is shown that the imaging HOE 130 is arranged in a recess in the interior panel 201 flush with the interior panel 201, and the hologram 150 - in the example shown an on/off button - offset to the surface of the interior panel 201 in a volume in the Interior of the motor vehicle is shown.

Für eine solche Integration werden beispielhafte geometrische Größen nachfolgend auf gezählt: For such an integration, exemplary geometric quantities are listed below:

Die Schwebehöhe des Hologramms 150 - das heißt der Abstand 155, vgl. FIG. 2 - kann größer als 20 mm, zum Beispiel 30 mm sein. The flying height of the hologram 150 - i.e. the distance 155, see FIG. 2 - may be greater than 20mm, for example 30mm.

Der Rekonstruktionswinkel 135 (vergleiche FIG. 2) kann typischerweise in einem Be reich von 60° bis 80° liegen, zum Beispiel bei 70°. The reconstruction angle 135 (compare FIG. 2) can typically be in a range from 60° to 80°, for example at 70°.

Das Substrat 132 des bildgebenden HOE 130 kann zum Beispiel aus Glas gefertigt sein und eine Dicke 134 (in FIG. 2 eingezeichnet) von 20 mm aufweisen. Diese Dicke 134 kann bei einem größeren Rekonstruktionswinkel 135 oder einer kleineren lateralen Ab messungen 135 (auch in FIG. 2 eingezeichnet) des Brechungsindex-modulierten Be reichs 131 auch kleiner gewählt werden. The substrate 132 of the imaging HOE 130 can be made of glass, for example, and have a thickness 134 (drawn in FIG. 2) of 20 mm. This thickness 134 can also be selected to be smaller given a larger reconstruction angle 135 or a smaller lateral dimension 135 (also shown in FIG. 2) of the refractive index-modulated region 131 .

Der Abstand zwischen dem lichtformenden HOE 120 und der Einkoppelfläche des Sub strats 132 des bildgebenden HOE 130 wird so gewählt, dass das Strahlbündel des Lichts 90 von der Lichtquelle 111 zum lichtformenden HOE 120 nicht durch das Substrat 132 des bildgebenden HOE 130 beschnitten werden (rechte untere Ecke des Substrats 132 in FIG. 2). The distance between the light-shaping HOE 120 and the coupling surface of the substrate 132 of the imaging HOE 130 is chosen such that the beam of light 90 from the light source 111 to the light-shaping HOE 120 is not cut off by the substrate 132 of the imaging HOE 130 (bottom right corner of substrate 132 in FIG.2).

Ferner kann es erstrebenswert sein, den Abstand von der Lichtquelle 111 zum lichtfor menden HOE 120 möglichst groß zu wählen, so dass die Lichtquelle 111 möglichst gut Eigenschaften einer Punktlichtquelle aufweist. Gleichzeitig kann durch einen größeren Abstand zwischen der Lichtquelle 111 auch eine größere Fläche des bildgebenden HOE 130 ausgeleuchtet werden, z.B. senkrecht zur Zeichenebene in FIG. 2 oder entlang und/oder senkrecht zur lateralen Abmessung 135 (die entsprechende Tiefenrichtung ist 14 in FIG. 6B sichtbar). Andererseits sollte der Abstand nicht zu groß gewählt werden, um möglichst viel Licht 90 der Lichtquelle 111 in vertikaler Richtung mit dem lichtformenden HOE 120 (entspricht also der Höhe des lichtformenden HOE 120) zu formen. Als Ab stand wurde zum Beispiel ein Bereich von 50 mm bis 100 mm als hilfreich identifiziert, zum Beispiel insbesondere 70 mm. Furthermore, it can be desirable to choose the distance from the light source 111 to the light-forming HOE 120 as large as possible, so that the light source 111 has the best possible properties of a point light source. At the same time, a greater distance between the light source 111 can also illuminate a larger area of the imaging HOE 130, for example perpendicular to the plane of the drawing in FIG. 2 or along and/or perpendicular to the lateral dimension 135 (the corresponding depth direction is 14 in FIG. 6B visible). On the other hand, the distance selected should not be too large in order to form as much light 90 as possible from the light source 111 in the vertical direction with the light-shaping HOE 120 (that is, corresponds to the height of the light-shaping HOE 120). For example, a range of 50 mm to 100 mm has been identified as helpful as a distance, for example 70 mm in particular.

Je nach Größe der lateralen Abmessungen 135 des bildgebenden HOE 130 kann also über die Parameter des Rekonstruktionswinkels 135 des bildgebenden HOE 130 und den Abstand zwischen der Lichtquelle 111 und dem lichtformenden HOE 120 eine mög lichst optimale Beleuchtungssituation eingestellt werden. Depending on the size of the lateral dimensions 135 of the imaging HOE 130, the parameters of the reconstruction angle 135 of the imaging HOE 130 and the distance between the light source 111 and the light-shaping HOE 120 can be used to set the best possible lighting situation.

FIG. 7 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Herstellung eines opti schen Systems. Beispielsweise kann mittels des Verfahrens der FIG. 7 das optische System 110 gemäß einem der voranstehend diskutierten Beispiele hergestellt werden. Optionale Blöcke sind in FIG. 7 mit gestrichelten Linien dargestellt. FIG. 7 is a flow chart of an exemplary method of manufacturing an optical system. For example, using the method of FIG. 7 the optical system 110 can be manufactured according to one of the examples discussed above. Optional blocks are shown in FIG. 7 shown with dashed lines.

In Block 3005 erfolgt zunächst ein Bereitstellen eines bildgebenden HOE. Zum Beispiel kann das bildgebende HOE 130 gemäß den voranstehend beschriebenen Beispielen implementiert werden. In block 3005, an imaging HOE is first provided. For example, the imaging HOE 130 may be implemented according to the examples described above.

Block 3005 könnte zum Beispiel ein Belichten des bildgebenden HOE 130 mit Referenz- Licht aus mehreren interferierenden Laserlichtquellen umfassen. Derart kann der Bre- chungsindex-modulierte Bereich auf einem entsprechenden Substrat ausgebildet wer den. Dadurch wird der Rekonstruktionswinkel 135 definiert. For example, block 3005 could include exposing the imaging HOE 130 to reference light from multiple interfering laser light sources. In this way, the refractive index-modulated area can be formed on a corresponding substrate. This defines the reconstruction angle 135 .

Grundsätzlich sind dem Fachmann Techniken zum Belichten eines bildgebenden HOE bekannt, so dass hier keine weiteren Details genannt werden müssen. In principle, techniques for exposing an imaging HOE are known to the person skilled in the art, so that no further details need to be given here.

In Block 3010 erfolgt das Bereitstellen eines lichtformenden HOE. Zum Beispiel kann das lichtformende HOE 120 gemäß den voranstehend beschriebenen Beispielen bereit gestellt werden. In block 3010, providing a light-shaping HOE occurs. For example, the light-shaping HOE 120 can be provided according to the examples described above.

Block 3010 kann das Belichten des lichtformenden HOE 120 mit Referenz-Licht aus mehreren interferierenden Laserlichtquellen umfassen. Insbesondere kann dadurch der 15 Block 3010 may include exposing the light-shaping HOE 120 to reference light from multiple interfering laser light sources. In particular, this can 15

Reflexionswinkel des lichtformenden HOE festgelegt werden. Der Reflexionswinkel ent spricht dem Beleuchtungswinkel aus einer der interferierenden Laserlichtquellen und dieser Winkel kann gleich dem Brewster-Winkel des lichtformenden HOE eingestellt werden. Angle of reflection of the light-shaping HOE can be specified. The angle of reflection corresponds to the angle of illumination from one of the interfering laser light sources, and this angle can be set equal to the Brewster's angle of the light-shaping HOE.

Um die in TAB. 1 diskutierten lichtformenden Funktionalitäten zu erreichen, kann das lichtformende HOE insbesondere in Reflexionsgeometrie ausgebildet sein; grds. wäre aber auch eine Implementierung als Transmissions-HOE möglich. Ein entsprechendes Gitter, das einfallendes Licht beugt und reflektiert, kann eine Spektralfilterung und Filte rung im Winkelraum, wie in TAB. 1 diskutiert, bereitstellen. Außerdem kann durch die geeignete Größe und Anordnung des lichtformenden HOE in Bezug auf das bildge bende HOE aus Block 3005 erreicht werden, dass eine homogene Beleuchtung des Brechungsindex-modulierten Bereichs des bildgebenden HOE, insb. in Edge-Lit-Geo- metrie, erreicht wird. To the in TAB. To achieve the light-shaping functionalities discussed in FIG. 1, the light-shaping HOE can be designed in particular in reflection geometry; In principle, however, an implementation as a transmission HOE would also be possible. A corresponding grating that diffracts and reflects incident light can perform spectral filtering and filtering in angular space, as in TAB. 1 discussed, provide. In addition, the appropriate size and arrangement of the light-shaping HOE in relation to the imaging HOE from block 3005 can ensure that the refractive index-modulated region of the imaging HOE, especially in edge-lit geometry, is illuminated homogeneously .

In Block 3015 kann eine Lichtquelle bereitgestellt werden. Diese kann insbesondere un ter einem geeigneten Abstand zum lichtformenden HOE angeordnet werden. In block 3015, a light source may be provided. In particular, this can be arranged at a suitable distance from the light-shaping HOE.

Dann könnte in Block 3020 optional die Integration des derart erhaltenen optischen Sys tems in eine Blende, zum Beispiel eine Innenraumblende eines Kraftfahrzeugs, erfolgen. Then, in block 3020, the optical system obtained in this way could optionally be integrated into a panel, for example an interior panel of a motor vehicle.

Selbstverständlich können die Merkmale der vorab beschriebenen Ausführungsformen und Aspekte der Erfindung miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale nicht nur in den beschriebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kom binationen oder für sich genommen verwendet werden, ohne das Gebiet der Erfindung zu verlassen. Of course, the features of the embodiments and aspects of the invention described above can be combined with one another. In particular, the features can be used not only in the combinations described, but also in other combinations or taken alone, without departing from the field of the invention.

Claims

16 P A T E N T A N S P R Ü C H E 16 CLAIMS 1. Optisches System (110), das umfasst: 1. Optical system (110) comprising: - ein bildgebendes holographisch optisches Element, HOE (130), das eingerichtet ist, um basierend auf Licht (90) ein schwebendes Hologramm (150) zu erzeugen, das in einem Volumen (159) außerhalb des bildgebenden HOE (130) angeordnet ist, - an imaging holographic optical element, HOE (130), which is set up to generate a floating hologram (150) based on light (90), which is arranged in a volume (159) outside the imaging HOE (130), - eine Lichtquelle (111), die eingerichtet ist, um das Licht (90) entlang eines Strahlengangs (81) hin zum bildgebenden HOE (130) auszusenden, und - a light source (111) which is set up to emit the light (90) along a beam path (81) towards the imaging HOE (130), and - ein lichtformendes HOE (120), das im Strahlengang (81) zwischen der Licht quelle (111) und dem bildgebenden HOE (130) angeordnet ist und das eingerichtet ist, um eine Spektralfilterung des Lichts (90) durchzuführen. - A light-shaping HOE (120), which is arranged in the beam path (81) between the light source (111) and the imaging HOE (130) and which is set up to perform spectral filtering of the light (90). 2. Optisches System (110) nach Anspruch 1 , wobei das lichtformende HOE (120) weiterhin eingerichtet ist, um ein Winkel spektrum mit dem das Licht (90) entlang des Strahlengangs (81) propagiert zu reduzie ren. 2. Optical system (110) according to claim 1, wherein the light-shaping HOE (120) is further set up to reduce an angular spectrum with which the light (90) propagates along the beam path (81). 3. Optisches System (110) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das lichtformende HOE (120) weiterhin eingerichtet ist, um das Licht (90) entlang des Strahlengangs (81) hin zum bildgebenden HOE (130) umzulenken. 3. Optical system (110) according to claim 1 or 2, wherein the light-shaping HOE (120) is further set up to deflect the light (90) along the optical path (81) towards the imaging HOE (130). 4. Optisches System (110) nach Anspruch 3, wobei das lichtformende HOE (120) das Licht (90) entlang des Strahlengangs (81) in Reflexionsgeometrie umlenkt. 4. The optical system (110) of claim 3, wherein the light-shaping HOE (120) redirects the light (90) along the beam path (81) into reflection geometry. 5. Optisches System (110) nach Anspruch 4, wobei ein Reflexionswinkel (125), mit dem das lichtformende HOE (120) das Licht (90) entlang des Strahlengangs (81) reflektiert, dem Brewster-Winkel eines Materials des Substrats (122) des lichtformenden HOE (120) entspricht. 5. Optical system (110) according to claim 4, wherein a reflection angle (125) with which the light-shaping HOE (120) reflects the light (90) along the beam path (81), the Brewster angle of a material of the substrate (122) of the light-shaping HOE (120). 6. Optisches System (110) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, 17 wobei ein Einfallswinkel (126) des Lichts (90) entlang des Strahlengangs (81) auf das lichtformenden HOE (120) so gewählt ist, dass Fresnel-Reflexionen des Lichts (90) weg vom bildgebenden HOE (130) orientiert sind. 6. Optical system (110) according to any one of claims 3 to 5, 17 wherein an angle of incidence (126) of the light (90) along the beam path (81) onto the light-shaping HOE (120) is chosen such that Fresnel reflections of the light (90) are oriented away from the imaging HOE (130). 7. Optisches System (110) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei der Strahlengang (81) in Edge-Lit-Geometrie auf das bildgebende HOE (130) auftrifft. 7. Optical system (110) according to one of the preceding claims, wherein the beam path (81) impinges on the imaging HOE (130) in edge-lit geometry. 8. Optisches System (110) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Lichtquelle (111) eine Leuchtdiode mit einem Emissionsspektrum (601) umfasst, wobei die Spektralfilterung einen Teil des Lichts (90) im Bereich von bis zu 50% einer Breite (611) des Emissionsspektrums (601) passieren lässt. 8. Optical system (110) according to one of the preceding claims, wherein the light source (111) comprises a light-emitting diode with an emission spectrum (601), wherein the spectral filtering covers a portion of the light (90) in the range of up to 50% of a width (611 ) of the emission spectrum (601) can pass. 9. Optisches System (110) nach einem der voranstehenden Ansprüche, das weiter hin umfasst: 9. Optical system (110) according to any one of the preceding claims, further comprising: - ein refraktives oder spiegeloptisches optisches Element (171 , 172), das im Strahlengang (81) zwischen der Lichtquelle (111) und dem lichtformenden HOE (120) angeordnet ist, und das eingerichtet ist, um das von der Lichtquelle (111) ausgesendete Licht (90) auf das lichtformende HOE (120) zu sammeln. - A refractive or mirror-optical optical element (171, 172), which is arranged in the beam path (81) between the light source (111) and the light-shaping HOE (120), and which is set up to the light emitted by the light source (111). (90) onto the light shaping HOE (120). 10. Optisches System (110) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei ein Abstand (155) zwischen dem Volumen (159) und dem bildgebenden HOE (130) nicht kleiner als 60% einer lateralen Abmessung (135) eines Brechungs-In dex modulierten Bereichs (131) des bildgebenden HOE beträgt. 10. Optical system (110) according to any one of the preceding claims, wherein a distance (155) between the volume (159) and the imaging HOE (130) is not less than 60% of a lateral dimension (135) of a refractive index modulated region (131) of the imaging HOE. 11 . Verfahren zur Herstellung eines optischen Systems (100), wobei das Verfahren umfasst: 11 . A method of manufacturing an optical system (100), the method comprising: - Bereitstellen eines bildgebenden holographisch optischen Elements, HOE (130), das eingerichtet ist, um basierend auf Licht (90) ein schwebendes Hologramm (150) zu erzeugen, das in einem Volumen (159) außerhalb des bildgebenden HOE (130) ange ordnet ist, 18 - Providing an imaging holographic optical element, HOE (130), which is set up to generate a floating hologram (150) based on light (90) in a volume (159) outside of the imaging HOE (130) is arranged , 18 - Bereitstellen einer Lichtquelle (111), die eingerichtet ist, um das Licht entlang ei nes Strahlengangs (81) zum bildgebenden HOE auszusenden, und - providing a light source (111) which is set up to emit the light along a beam path (81) to the imaging HOE, and - Bereitstellen eines lichtformenden HOE (120), das im Strahlengang zwischen der Lichtquelle und dem bildgebenden HOE angeordnet ist und das eingerichtet ist, um eine Spektralfilterung des Lichts durchzuführen. - Providing a light-shaping HOE (120), which is arranged in the beam path between the light source and the imaging HOE and which is set up to perform spectral filtering of the light.
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