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DE102024118867A1 - Waveguide, curved disk with such a waveguide, and display device with such a waveguide - Google Patents

Waveguide, curved disk with such a waveguide, and display device with such a waveguide

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Publication number
DE102024118867A1
DE102024118867A1 DE102024118867.7A DE102024118867A DE102024118867A1 DE 102024118867 A1 DE102024118867 A1 DE 102024118867A1 DE 102024118867 A DE102024118867 A DE 102024118867A DE 102024118867 A1 DE102024118867 A1 DE 102024118867A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
waveguide
segment
hologram
coupled
coupling
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
DE102024118867.7A
Other languages
German (de)
Inventor
Patrycja Warkusz
Siemen Kühl
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
Application filed by VEB Carl Zeiss Jena GmbH, Carl Zeiss Jena GmbH filed Critical VEB Carl Zeiss Jena GmbH
Priority to DE102024118867.7A priority Critical patent/DE102024118867A1/en
Priority to PCT/EP2025/064490 priority patent/WO2026008214A1/en
Publication of DE102024118867A1 publication Critical patent/DE102024118867A1/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

Es wird bereitgestellt, ein Wellenleiter mit
einem Einkoppelbereich (4) und einem davon beabstandeten Auskoppelbereich (5),
wobei der Einkoppelbereich (4) von auf ihn treffender Strahlung mindestens einen Teil so in den Wellenleiter einkoppelt, dass der eingekoppelte Teil als eingekoppeltes Strahlenbündel im Wellenleiter (1) durch Reflexion bis zum Auskoppelbereich (5) propagiert, der mindestens einen Teil des eingekoppelten Strahlenbündels so umlenkt, dass der umgelenkte Teil aus dem Wellenleiter (1) austritt,
wobei der Wellenleiter (1) mehrere sich geradlinig erstreckende transparente Segmente (91 - 95) aufweist, in denen das eingekoppelte Strahlenbündel durch Reflexionen propagiert,
wobei jedes Segment (91 - 95) eine plane Segmentvorderseite (101 - 105) und eine plane Segmentrückseite (111 - 115), die zueinander parallel sind, aufweist,
wobei die Segmentvorderseiten (101 - 105) von jeweils direkt benachbarten Segmenten (91, 92; 92, 93; 93, 94; 94, 95) einen Winkel (Ω1, Ω2, Ω3, Ω4) von ungleich 180° miteinander einschließen, um so einen vom Einkoppel- bis zum Auskoppelbereich (4, 5) vorgegebenen gekrümmten Verlauf einer gedachten Vorderseite (14) nachzustellen,
wobei von zwei direkt benachbarten Segmenten mindestens ein Segment ein Kompensationshologramm (121 - 124, 132 - 135; 16, 17) aufweist, auf das das eingekoppelte Strahlenbündel trifft,
wobei das Kompensationshologramm (121 - 124, 132 - 135; 16, 17) bewirkt, dass das eingekoppelte Strahlenbündel in den beiden direkt benachbarten Segmenten bei einer Mehrzahl der Reflexionen mit gleichem Reflexionswinkel (α) propagiert.
A waveguide with
a coupling area (4) and a coupling area (5) spaced apart from it,
wherein the coupling region (4) couples at least a part of the incident radiation into the waveguide in such a way that the coupled part propagates as a coupled beam in the waveguide (1) by reflection to the output coupling region (5), which deflects at least a part of the coupled beam in such a way that the deflected part exits the waveguide (1),
wherein the waveguide (1) has several straight-line extending transparent segments (9 1 - 9 5 ) in which the coupled beam of rays is propagated by reflections,
wherein each segment (9 1 - 9 5 ) has a planar segment front (10 1 - 10 5 ) and a planar segment back (11 1 - 11 5 ) which are parallel to each other,
wherein the segment front faces (10 1 - 10 5 ) of directly adjacent segments (9 1 , 9 2 ; 9 2 , 9 3 ; 9 3 , 9 4 ; 9 4 , 9 5 ) enclose an angle (Ω 1 , Ω 2 , Ω 3 , Ω 4 ) of non-180° with each other in order to reproduce a curved path of an imaginary front face (14) from the coupling area to the coupling area (4, 5),
wherein of two directly adjacent segments at least one segment has a compensation hologram (12 1 - 12 4 , 13 2 - 13 5 ; 16, 17) onto which the coupled beam of light hits,
wherein the compensation hologram (12 1 - 12 4 , 13 2 - 13 5 ; 16, 17) causes the coupled beam of rays to propagate in the two directly adjacent segments with the same reflection angle (α) for a majority of the reflections.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wellenleiter, eine transparente gekrümmte Scheibe mit einem solchen Wellenleiter sowie eine Anzeigevorrichtung mit einem solchen Wellenleiter.The present invention relates to a waveguide, a transparent curved disk with such a waveguide, and a display device with such a waveguide.

Wellenleiter können für Anzeigevorrichtungen verwendet werden und weisen dazu häufig einen Einkoppelbereich und einen davon beabstandeten Auskoppelbereich auf, wobei das zu führende Licht über den Einkoppelbereich in den Wellenleiter eingekoppelt und mittels Reflexion bis zum Auskoppelbereich geführt und über den Auskoppelbereich wieder ausgekoppelt wird.Waveguides can be used for display devices and often have an input area and a separate output area, whereby the light to be guided is coupled into the waveguide via the input area and guided to the output area by means of reflection and coupled out again via the output area.

Solche Wellenleiter können beispielsweise in transparente Scheiben integriert werden. Wenn die Scheiben gekrümmt sind und eine geringe Dicke aufweisen, werden die Wellenleiter in der Regel in gleicher Form gebildet und weisen eine gekrümmte Vorderseite und eine gekrümmte Rückseite auf. Da die Reflexion zur Führung des Lichtes im Wellenleiter an den gekrümmten Vorder- und Rückseiten stattfindet, führt das in nachteiliger Weise jedoch dazu, dass der Strahlengang auseinanderläuft. Dies bedingt Aberrationen, die einen Wellenfrontfehler abhängig von Krümmung und Propagationsstrecke hervorrufen. Wenn der Wellenleiter Teil eines abbildenden Systems ist, wird dadurch die Bildqualität gemindert. Wenn der Wellenleiter ein Bildhologramm aufweist, wird dadurch die Güte der Hologrammrekonstruktion nachteilig beeinflusst. Auch führen variierende Reflexionswinkel zu einer unvollständigen Abbildung des Sichtfeldes (Field of View).Such waveguides can be integrated into transparent disks, for example. If the disks are curved and thin, the waveguides are typically formed in the same shape, with a curved front and back surface. However, since reflection to guide the light within the waveguide occurs at these curved surfaces, this unfortunately causes the beam path to diverge. This results in aberrations that cause wavefront errors dependent on the curvature and propagation distance. If the waveguide is part of an imaging system, this reduces image quality. If the waveguide carries an image hologram, it adversely affects the quality of the hologram reconstruction. Furthermore, varying reflection angles lead to incomplete imaging of the field of view.

Ausgehend hiervon ist es daher Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Wellenleiter bereitzustellen. Ferner soll eine transparent gekrümmte Scheibe mit einem solchen Wellenleiter und eine Anzeigevorrichtung mit einem solchen Wellenleiter bereitgestellt werden.Based on this, the object of the invention is therefore to provide an improved waveguide. Furthermore, a transparent curved disk with such a waveguide and a display device with such a waveguide are to be provided.

Die Erfindung ist in den unabhängigen Ansprüchen definiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.The invention is defined in the independent claims. Advantageous embodiments are specified in the dependent claims.

Der erfindungsgemäße Wellenleiter kann einen Einkoppelbereich und einen davon beabstandeten Auskoppelbereich aufweisen, wobei der Einkoppelbereich von auf ihn treffender Strahlung mindestens einen Teil so in den Wellenleiter einkoppelt, dass der eingekoppelte Teil als eingekoppeltes Strahlenbündel im Wellenleiter durch Reflexion bis zum Auskoppelbereich propagiert, der mindestens einen Teil des eingekoppelten Strahlenbündels so umlenkt, dass der umgelenkte Teil aus dem Wellenleiter austritt. Der Wellenleiter kann mehrere sich geradlinig erstreckende transparente Segmente aufweisen, in denen das eingekoppelte Strahlenbündel durch Reflexion propagiert, wobei jedes Segment eine plane Segmentvorderseite und eine plane Segmentrückseite, die zueinander parallel sind, aufweist.The waveguide according to the invention can have an input region and a spaced-apart output region, wherein the input region couples at least a portion of incident radiation into the waveguide such that the coupled portion propagates as a coupled beam within the waveguide by reflection to the output region, which deflects at least a portion of the coupled beam such that the deflected portion exits the waveguide. The waveguide can have several straight-extending transparent segments in which the coupled beam propagates by reflection, each segment having a flat front and a flat back surface that are parallel to each other.

Die Segmentvorderseiten von jeweils direkt benachbarten Segmenten können einen Winkel von ungleich 180° miteinander einschließen, um so einen vom Einkoppel- bis zum Auskoppelbereich vorgegebenen gekrümmten Verlauf einer gedachten Vorderseite nachzustellen. Von zwei direkt benachbarten Segmenten kann mindestens ein Segment ein Kompensationshologramm aufweisen, auf das das eingekoppelte Strahlenbündel trifft, wobei das Kompensationshologramm bewirkt, dass das eingekoppelte Strahlenbündel in den beiden direkt benachbarten Segmenten bei einer Mehrzahl der Reflexionen mit gleichem Reflexionswinkel propagiert.The front faces of directly adjacent segments can form an angle other than 180° with each other, thus replicating a curved path of an imaginary front face from the coupling-in to the coupling-out region. Of two directly adjacent segments, at least one can have a compensation hologram onto which the coupled beam of light strikes, the compensation hologram causing the coupled beam of light to propagate with the same reflection angle in the two directly adjacent segments for a majority of reflections.

Somit kann erfindungsgemäß der vorgegebene gekrümmte Verlauf der gedachten Vorderseite durch die planen Segmentvorderseiten in einer segmentierten Art und Weise ersetzt werden, so dass keine variierenden Reflexionswinkel auftreten. Einzelne abweichende Reflexionswinkel, die aufgrund der segmentierten Ausbildung des Wellenleiters unter Umständen nicht verhindert werden können, werden durch das Kompensationshologramm (oder durch mehrere Kompensationshologramme) kompensiert, so dass insgesamt der Strahlengang nicht auseinanderläuft und somit eine ausgezeichnete Strahlführung bereitgestellt werden kann. Gleichzeitig kann die gewünschte gekrümmte Form des Wellenleiters realisiert werden, so dass der Wellenleiter beispielsweise Teil einer gekrümmten dünnen Scheibe sein und/oder in dieser integriert sein kann. Die gekrümmte Scheibe kann beispielsweise eine zylindrische Krümmung aufweisen. Die Scheibe und/oder der Wellenleiter können in einer ersten Ebene den vorgegebenen gekrümmten Verlauf aufweisen und senkrecht dazu sich geradlinig (ohne Krümmung) erstrecken.Thus, according to the invention, the predetermined curved profile of the conceptual front face can be replaced by the flat segment front faces in a segmented manner, so that no varying reflection angles occur. Individual deviating reflection angles, which may be unavoidable due to the segmented design of the waveguide, are compensated by the compensation hologram (or by several compensation holograms), so that the overall beam path does not diverge and thus excellent beam guidance can be provided. At the same time, the desired curved shape of the waveguide can be realized, so that the waveguide can, for example, be part of a curved thin disk and/or be integrated into it. The curved disk can, for example, have a cylindrical curvature. The disk and/or the waveguide can have the predetermined curved profile in a first plane and extend straight (without curvature) perpendicular to it.

Insbesondere können die planen Segmentvorderseiten senkrecht zu der ersten Ebene verlaufen, so dass der vorgegebene gekrümmte Verlauf in der ersten Ebene vorliegt.In particular, the flat segment front faces can run perpendicular to the first plane, so that the specified curved profile is present in the first plane.

Die Reflexionen zur Führung des eingekoppelten Strahlenbündels können insbesondere an den Segmentvorderseiten und den Segmentrückseiten stattfinden. Mindestens eine der Reflexionen kann eine innere Totalreflexion oder eine Reflexion an einer reflektiven oder teilreflektiven Schicht oder Beschichtung sein. Es können auch mehrere oder alle Reflexionen innere Totalreflexionen sein. Ferner ist es möglich, dass an einer oder mehreren Segmentvorderseiten und/oder dass an einer oder mehreren Segmentrückseiten eine reflektive Beschichtung aufgebracht ist, an der mindestens eine der Reflexionen (oder mehrere oder alle Reflexionen) stattfinden.The reflections for guiding the coupled beam of light can occur, in particular, at the front and rear faces of the segments. At least one of the reflections can be a total internal reflection or a reflection at a reflective or partially reflective layer or coating. Several or all of the reflections can also be total internal reflections. Furthermore, it is possible that a reflective coating is applied to one or more front faces of the segments and/or to one or more rear faces, at which at least one of the reflections is reflected. Reflections (or several or all reflections) take place.

Der Einkoppelbereich kann so ausgebildet sein, dass er bei der Einkopplung den Teil der Strahlung umlenkt, der dann als eingekoppeltes Strahlenbündel im Wellenleiter propagiert. Insbesondere kann der Einkoppelbereich reflektiv, refraktiv und/oder diffraktiv wirken. Besonders bevorzugt kann der Einkoppelbereich ein Hologramm aufweisen.The coupling region can be configured to deflect the portion of the radiation upon coupling, which then propagates as a coupled beam in the waveguide. In particular, the coupling region can be reflective, refractive, and/or diffractive. Preferably, the coupling region can feature a hologram.

Der Wellenleiter kann so ausgebildet sein, dass ein erstes und ein direkt benachbartes zweites Segment als separate Segmente ausgebildet sind, wobei das erste Segment ein Auskoppelhologramm aufweist, das das eingekoppelte Strahlenbündel so auskoppelt, dass es auf das zweite Segment trifft und in dieses eingekoppelt wird.The waveguide can be designed such that a first and a directly adjacent second segment are formed as separate segments, with the first segment having an outcoupling hologram that couples out the coupled beam of light in such a way that it hits the second segment and is coupled into it.

Das zweite Segment kann ein Einkoppelhologramm aufweisen, das das vom ersten Segment kommende Strahlenbündel in das zweite Segment einkoppelt. Es ist auch möglich, dass das zweite Segment kein Einkoppelhologramm aufweist. In diesem Fall kann das vom ersten Segment kommende Strahlenbündel z.B. über die Segmentvorderseite oder -rückseite des zweiten Segmentes in dieses eintreten.The second segment may have a coupling hologram that couples the beam of light coming from the first segment into the second segment. It is also possible that the second segment does not have a coupling hologram. In this case, the beam of light coming from the first segment can enter the second segment, for example, via its front or back surface.

Das Auskoppelhologramm und/oder das Einkoppelhologramm können als Kompensationshologramm dienen.The output hologram and/or the input hologram can serve as a compensation hologram.

Insbesondere kann der Wellenleiter drei oder mehrere separate Segmente aufweisen, jeweils in gleicher Weise wie das erste und zweite Segment ausgebildet sind.In particular, the waveguide can have three or more separate segments, each designed in the same way as the first and second segments.

Ferner ist es möglich, dass bei den Wellenleitern mindestens zwei direkt benachbarte Segmente einstückig ausgebildet sind. In diesem Fall muss das eingekoppelte Strahlenbündel beim Übergang zwischen den zwei direkt benachbarten Segmenten nicht über eine Vorder- oder Rückseite austreten und beim nächsten Segment über die Vorder- und Rückseite wieder eintreten, sondern kann das eingekoppelte Strahlenbündel ausschließlich innerhalb des Materials des ersten und zweiten Segmentes propagieren.Furthermore, it is possible that at least two directly adjacent segments of the waveguides are formed as a single piece. In this case, the coupled beam of radiation does not need to exit via a front or back surface at the transition between the two directly adjacent segments and re-enter the next segment via the front and back surfaces, but can propagate the coupled beam of radiation exclusively within the material of the first and second segments.

Der erfindungsgemäße Wellenleiter kann eine Kombination von separaten Segmenten und einstückig ausgebildeten Segmenten aufweisen. Es ist jedoch auch möglich, dass der Wellenleiter nur separate Segmente oder nur einstückig miteinander verbundene Segmente aufweist.The waveguide according to the invention can comprise a combination of separate segments and segments formed in one piece. However, it is also possible that the waveguide comprises only separate segments or only segments joined together in one piece.

Der Auskoppelbereich kann ein Hologramm oder ein Bild-Hologramm aufweisen.The output area can display a hologram or an image hologram.

Insbesondere kann der Auskoppelbereich als holographischer Diffusor ausgebildet sein, so dass eine im eingekoppelten Strahlenbündel enthaltene Bildinformation mittels der Diffusorfunktion für einen Betrachter als Bild wahrnehmbar ist. Die Bildinformation kann z.B. in einer Ebene des Auskoppelbereiches wahrnehmbar sein. Somit können unterschiedliche Bilder (je nach Informationen im eingekoppelten Strahlenbündel) dargestellt werden.In particular, the output coupling area can be configured as a holographic diffuser, so that image information contained in the coupled beam is perceptible to a viewer as an image by means of the diffuser function. The image information can, for example, be perceptible in a plane of the output coupling area. Thus, different images can be displayed (depending on the information in the coupled beam).

Ferner kann der Auskoppelbereich als Bild-Hologramm ausgebildet sein, wobei die Bildinformation im Bild-Hologramm einbelichtet (und nicht änderbar) ist. Wenn das eingekoppelte Strahlenbündel auf das Bild-Hologramm trifft, wird in bekannter Art und Weise das einbelichtete Bild rekonstruiert und somit für einen Betrachter wahrnehmbar. Das Bild-Hologramm kann insbesondere als Bildebenen-Hologramm ausgebildet sein, bei dem das rekonstruierte Bild z.B. als (im Wesentlichen ebenes) Bild im Wellenleiter oder z.B. als (im Wesentlichen ebenes) Bild in einer Folie oder Beschichtung, in der das Hologramm ausgebildet ist, wahrnehmbar ist. Das Bild-Hologramm kann so ausgebildet sein, dass es mehrere einbelichtete Bilder aufweist, die für unterschiedliche Wellenlängen ausgelegt sind, so dass je nach gewählter Wellenlänge der eingekoppelten Strahlung selektiv eines der Bilder des Bild-Hologramms rekonstruiert werden kann.Furthermore, the output coupling area can be configured as an image hologram, with the image information embedded (and unchangeable) in the image hologram. When the coupled beam of light strikes the image hologram, the embedded image is reconstructed in a known manner and thus becomes perceptible to an observer. The image hologram can, in particular, be configured as an image-plane hologram, in which the reconstructed image is perceptible, for example, as a (essentially planar) image in the waveguide or as a (essentially planar) image in a film or coating in which the hologram is formed. The image hologram can be configured to have several embedded images designed for different wavelengths, so that, depending on the selected wavelength of the coupled radiation, one of the images of the image hologram can be selectively reconstructed.

Die Segmente des Wellenleiters können aus Kunststoff und/oder Glas hergestellt sein.The waveguide segments can be made of plastic and/or glass.

Alle beschriebenen Hologramme können als reflektives Hologramm und/oder als transmissives Hologramm ausgebildet sein. Ferner können die Hologramme z.B. als Volumenhologramme oder Oberflächenhologramme ausgebildet sein. Mindestens eines der Hologramme, mehrere der Hologramme oder alle Hologramme können z.B. in einer Folie oder Beschichtung ausgebildet sein, die z.B. Teil des entsprechenden Segments oder mit diesem verbunden sein kann.All described holograms can be designed as reflective holograms and/or as transmissive holograms. Furthermore, the holograms can be designed, for example, as volume holograms or surface holograms. At least one, several, or all of the holograms can be designed, for example, in a film or coating that may be part of the corresponding segment or connected to it.

Der erfindungsgemäße Wellenleiter kann so ausgebildet sein, dass er eine unendlichunendlich-Abbildung durchführt. Es ist jedoch auch möglich, dass er eine endlich-unendlich-Abbildung, eine unendlich-endlich-Abbildung oder eine endlich-endlich-Abbildung durchführt.The waveguide according to the invention can be configured to perform an infinity-to-infinity mapping. However, it is also possible for it to perform a finite-to-infinity mapping, an infinite-to-finite mapping, or a finite-to-finite mapping.

Ferner wird eine transparente gekrümmte Scheibe mit einem erfindungsgemäßen Wellenleiter (einschließlich aller Weiterbildungen) bereitgestellt. Die transparente gekrümmte Scheibe kann insbesondere eine zylinderförmige Krümmung oder eine sonstige beliebige Krümmung aufweisen. Es kann sich beispielsweise um eine Scheibe in einem Fahrzeug zu Lande, zu Wasser und/oder zu Luft handeln. Insbesondere kann es sich um Fenster oder Türen (oder Teile davon) der Fahrgasträume von Zügen (bevorzugt ICE-Zügen) handeln. Auch kann es sich um sonstige Scheiben, wie z.B. Schaufensterscheiben, Scheiben von Haushaltsgeräten, von Möbeln oder Kühlmöbeln handeln. Auch kann es sich um gekrümmte Visiere an Helmen oder Schutzscheiben von Motorrädern oder dergleichen handeln.Furthermore, a transparent curved disc with a waveguide according to the invention (including all further developments) is provided. The transparent curved disc can, in particular, have a cylindrical curvature or any other arbitrary curvature. It can, for example, be a disc in a vehicle on land, water, and/or air. In particular, it can be a window or door. (or parts thereof) of passenger compartments of trains (preferably ICE trains). It could also include other panes of glass, such as shop windows, glass from household appliances, furniture, or refrigerated display cases. It could also include curved visors on helmets or protective windscreens on motorcycles, or similar items.

Ferner wird eine Anzeigevorrichtung mit einem erfindungsgemäßen Wellenleiter (einschließlich aller Weiterbildungen) und einer Strahlungsquelle, die die auf den Einkoppelbereich treffende Strahlung abgibt, bereitgestellt.Furthermore, a display device is provided with a waveguide according to the invention (including all further developments) and a radiation source that emits the radiation incident on the coupling area.

Wenn der Auskoppelbereich ein Bild-Hologramm aufweist, kann die Strahlungsquelle beispielsweise als LED und/oder Laser ausgebildet sein. Wenn der Auskoppelbereich als Diffusor ausgebildet ist, kann die Strahlungsquelle beispielsweise als Bildmodul ausgebildet sein, das ein Bild erzeugt und als Strahlenbündel auf den Einkoppelbereich richtet.If the output coupling area displays an image hologram, the radiation source can be, for example, an LED and/or laser. If the output coupling area is designed as a diffuser, the radiation source can be, for example, an image module that generates an image and directs it as a beam of light onto the input coupling area.

Das Bildmodul kann einen (bevorzugt flächigen) Bildgeber sowie eine Steuereinheit (z.B. mit einem Prozessor und einem Speicher) zur Bilderzeugung aufweisen. Der Bildgeber kann z.B. ein LCD-Modul, ein LCoS-Modul, ein OLED-Modul ein µLED-Modul oder eine Kippspiegelmatrix umfassen. Ferner kann der Bildgeber eine Mehrzahl von Pixeln aufweisen, die z.B. in Spalten und Zeilen angeordnet sind. Des Weiteren kann der Bildgeber selbstleuchtend und/oder nicht selbstleuchtend sein.The image module can include an image sensor (preferably planar) and a control unit (e.g., with a processor and memory) for image generation. The image sensor can be, for example, an LCD module, an LCoS module, an OLED module, a microLED module, or a tilting mirror matrix. Furthermore, the image sensor can have a plurality of pixels, arranged, for example, in columns and rows. The image sensor can also be self-illuminating and/or non-self-illuminating.

Ferner wird eine Abbildungsvorrichtung mit einem erfindungsgemäßen Wellenleiter (einschließlich aller Weiterbildungen) und einem Detektor, auf den der umgelenkte und aus dem Wellenleiter austretende Teil des eingekoppelten Strahlenbündels trifft, bereitgestellt.Furthermore, an imaging device is provided with a waveguide according to the invention (including all further developments) and a detector on which the deflected part of the coupled beam exiting the waveguide hits.

Der Detektor kann mit der planen Segmentvorderseite oder der planen Segmentrückseite eines der Segmente verbunden sein. Insbesondere kann eine direkte Verbindung vorliegen. Der Detektor kann ein digitaler Bildsensor (z.B. ein CCD-Sensor oder ein CMOS-Sensor), eine Detektorarray oder z.B. eine Solarzelle seinThe detector can be connected to the flat front or back surface of one of the segments. In particular, a direct connection is possible. The detector can be a digital image sensor (e.g., a CCD sensor or a CMOS sensor), a detector array, or, for example, a solar cell.

Ferner kann die Abbildungsvorrichtung so ausgebildet sein, dass im Bereich zwischen dem Detektor und der planen Segmentvorderseite bzw. -rückseite mindestens ein optisch abbildendes Element angeordnet ist. Das mindestens eine optisch abbildende Element kann z.B. als Objektiv, als refraktives Objektiv oder als refraktives Kameraobjektiv ausgebildet sein. Es ist auch möglich, dass der Bereich zwischen dem Detektor und der planen Segmentvorderseite bzw. -rückseite frei von abbildenden optischen Elementen ist. In anderen Worten trifft somit der umgelenkte und aus dem Wellenleiter austretende Teil des eingekoppelten Strahlenbündels auf den Detektor, ohne durch weitere optisch abbildende Elemente gelaufen zu sein. In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn der Auskoppelbereich zusätzlich zur Umlenkung eine optisch abbildende Eigenschaft aufweist.Furthermore, the imaging device can be designed such that at least one optical imaging element is arranged in the area between the detector and the flat front or back surface of the segment. This at least one optical imaging element can be, for example, a lens, a refractive lens, or a refractive camera lens. It is also possible for the area between the detector and the flat front or back surface of the segment to be free of imaging optical elements. In other words, the deflected portion of the coupled beam exiting the waveguide strikes the detector without having passed through any further optical imaging elements. In this case, it is advantageous if the output coupling area, in addition to being deflected, also possesses an optical imaging property.

Die erfindungsgemäße Abbildungsvorrichtung kann als Kamera (z.B. Digitalkamera oder Videokamera) ausgebildet sein.The imaging device according to the invention can be designed as a camera (e.g. digital camera or video camera).

Bei der Anzeigevorrichtung kann der Wellenleiter Teil einer gekrümmten Scheibe sein. Die gekrümmte Scheibe ist bevorzugt transparent.In the display device, the waveguide can be part of a curved disk. The curved disk is preferably transparent.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those to be explained below can be used not only in the combinations given, but also in other combinations or on their own, without leaving the scope of the present invention.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, die ebenfalls erfindungswesentliche Merkmale offenbaren, noch näher erläutert. Diese Ausführungsbeispiele dienen lediglich der Veranschaulichung und sind nicht als einschränkend auszulegen. Beispielsweise ist eine Beschreibung eines Ausführungsbeispiels mit einer Vielzahl von Elementen oder Komponenten nicht dahingehend auszulegen, dass alle diese Elemente oder Komponenten zur Implementierung notwendig sind. Vielmehr können andere Ausführungsbeispiele auch alternative Elemente und Komponenten, weniger Elemente oder Komponenten oder zusätzliche Elemente oder Komponenten enthalten. Elemente oder Komponenten verschiedener Ausführungsbeispiele können miteinander kombiniert werden, sofern nichts anderes angegeben ist. Modifikationen und Abwandlungen, welche für eines der Ausführungsbeispiele beschrieben werden, können auch auf andere Ausführungsbeispiele anwendbar sein. Zur Vermeidung von Wiederholungen werden gleiche oder einander entsprechende Elemente in verschiedenen Figuren mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet und nicht mehrmals erläutert. Von den Figuren zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung einer holographischen Anzeigevorrichtung 2 mit einem erfindungsgemäßen Wellenleiter 1;
  • 2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der segmentierten Nachstellung des gekrümmten Verlaufs einer gedachten Vorderseite 14 durch die Segmente 91 - 95 des Wellenleiters 1 von 1;
  • 3 eine schematische Darstellung eines bekannten Wellenleiters 1' mit gekrümmter Vorder- und Rückseite 10', 11';
  • 4 eine schematische Darstellung einer Abwandlung der holographischen Anzeigevorrichtung 2 und des Wellenleiters 1 von 1;
  • 5 eine schematische Darstellung einer weiteren holographischen Anzeigevorrichtung 2 mit einem anderen Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wellenleiters 1;
  • 6 eine Abwandlung der holographischen Anzeigevorrichtung 2 und des Wellenleiters 1 von 5, und
  • 7 eine schematische Darstellung einer holographischen Abbildungsvorrichtung 20 mit einem erfindungsgemäßen Wellenleiter 1 gemäß 1.
The invention is explained in more detail below with reference to exemplary embodiments and the accompanying drawings, which also disclose essential features of the invention. These exemplary embodiments serve only for illustration and are not to be interpreted as limiting. For example, a description of an exemplary embodiment with a plurality of elements or components is not to be interpreted as meaning that all of these elements or components are necessary for implementation. Rather, other exemplary embodiments may also contain alternative elements and components, fewer elements or components, or additional elements or components. Elements or components of different exemplary embodiments may be combined with one another unless otherwise specified. Modifications and variations described for one of the exemplary embodiments may also be applicable to other exemplary embodiments. To avoid repetition, identical or corresponding elements in different figures are designated with the same reference numerals and are not explained multiple times. The figures show:
  • 1 a schematic representation of a holographic display device 2 with a waveguide 1 according to the invention;
  • 2 a schematic representation to explain the segmented reproduction of the curved path of an imaginary front face 14 by the segments 9 1 - 9 5 of the waveguide 1 of 1 ;
  • 3 a schematic representation of a known waveguide 1' with curved front and back sides 10', 11';
  • 4 a schematic representation of a modification of the holographic display device 2 and the waveguide 1 of 1 ;
  • 5 a schematic representation of a further holographic display device 2 with another embodiment of a waveguide 1 according to the invention;
  • 6 a modification of the holographic display device 2 and the waveguide 1 of 5 , and
  • 7 a schematic representation of a holographic imaging device 20 with a waveguide 1 according to the invention 1 .

Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wellenleiters 1 ist dieser Teil einer holographischen Anzeigevorrichtung 2.At the in 1 In the illustrated embodiment of a waveguide 1 according to the invention, this part is a holographic display device 2.

Die holographische Anzeigevorrichtung 2 umfasst neben dem Wellenleiter 1 ein Bilderzeugungsmodul 3, das ein Bild erzeugt, das über einen Einkoppelbereich 4 des Wellenleiters 1 in den Wellenleiter 1 eingekoppelt wird, im Wellenleiter 1 (wie nachfolgend noch im Detail beschrieben wird) bis zu einem vom Einkoppelbereich 4 beabstandeten Auskoppelbereich 5 geführt und mittels des Auskoppelbereichs 5 ausgekoppelt wird, so dass ein Benutzer das Bild mit seinem Auge A wahrnehmen kann.The holographic display device 2 comprises, in addition to the waveguide 1, an image generation module 3, which generates an image that is coupled into the waveguide 1 via an input coupling area 4 of the waveguide 1, guided in the waveguide 1 (as will be described in detail below) up to an output coupling area 5 spaced apart from the input coupling area 4 and is coupled out by means of the output coupling area 5, so that a user can perceive the image with his eye A.

Zur Erzeugung des Bildes umfasst das Bilderzeugungsmodul 3 einen Bildgeber 6, der von einer Steuereinheit 7, die einen Prozessor P und einen Speicher M aufweist, zur Bilderzeugung angesteuert wird. Das so erzeugte Bild wird dann über eine Bildoptik 8 (diese kann beispielsweise eine oder mehrere Linsen aufweisen) dem Einkoppelbereich 4 zugeführt. Die Bildoptik 8 ist optional und kann auch weggelassen werden.To generate the image, the image generation module 3 comprises an image sensor 6, which is controlled by a control unit 7 containing a processor P and a memory M. The image thus generated is then fed to the coupling area 4 via an image optic 8 (which may, for example, have one or more lenses). The image optic 8 is optional and can also be omitted.

Der Bildgeber 6 kann z.B. als flächiger Bildgeber 6 ausgebildet sein, wie z.B. ein LCD-Modul, ein LCoS-Modul, ein OLED-Modul, ein µLED-Modul oder eine Kippspiegelmatrix. Der Bildgeber 6 kann eine Mehrzahl von Pixeln aufweisen, die z.B. in Zahlen und Spalten eingeordnet sein können. Der Bildgeber kann beispielsweise selbstleuchtend oder nicht-selbstleuchtend sein.The image source 6 can be, for example, a planar image source 6, such as an LCD module, an LCoS module, an OLED module, a µLED module, or a tilting mirror matrix. The image source 6 can have a plurality of pixels, which can be arranged, for example, in numbers and columns. The image source can be, for example, self-illuminating or non-self-illuminating.

Der Wellenleiter 1 umfasst bei dem Ausführungsbeispiel von 1 fünf sich geradlinig erstreckende transparente Segmente 91 - 95. Jedes Segment 91 - 95 weist eine plane Segmentvorderseite 101 - 105 sowie eine plane Segmentrückseite 111 - 115 auf, die jeweils zueinander parallel ausgerichtet sind. Die Segmentvorderseiten 101 - 105 und die Segmentrückseiten 111 - 115 erstrecken sich jeweils senkrecht zur x-y-Ebene bzw. zur Zeichenebene. Die Segmente 91 - 95 weisen jeweils die Form einer planparallelen Platte auf.In the exemplary embodiment of 1 Five straight , transparent segments 91–95 . Each segment 91–95 has a flat front face 101–105 and a flat back face 111–115 , which are aligned parallel to each other. The front faces 101–105 and the back faces 111–115 extend perpendicularly to the xy-plane and the drawing plane , respectively . Each segment 91–95 has the form of a plane-parallel plate.

Das erste Segment 91 weist auf seiner Segmentrückseite 111 den Einkoppelbereich 4 auf, der hier als Hologramm ausgebildet ist. Der Einkoppelbereich 4 kann jedoch auch in beliebig anderer Art und Weise ausgebildet sein. Beispielsweise kann er als prismatisches Element ausgebildet sein. Ferner ist es möglich, das Bilderzeugungsmodul 3 so auszubilden, dass das erzeugte Bild unter dem gewünschten Winkel zur Strahlführung in das erste Segment 91 eintritt, so in diesem Fall der Bereich der Segmentrückseite 111, über den das erzeugte Bild in das erste Segment 91 eintritt, der Einkoppelbereich 4 ist.The first segment 9 1 has a coupling area 4 on its rear side 11 1 , which is configured here as a hologram. However, the coupling area 4 can also be configured in any other way. For example, it can be configured as a prismatic element. Furthermore, it is possible to configure the image generation module 3 such that the generated image enters the first segment 9 1 at the desired angle to the beam path, in which case the area of the rear side 11 1 through which the generated image enters the first segment 9 1 is the coupling area 4.

Wie in 1 schematisch dargestellt ist, führt bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel der Einkoppelbereich 4 eine Umlenkung des eingekoppelten Bildes (es sind stellvertretend für das erzeugte und eingekoppelte Bild zwei Lichtstrahlen eines Bildpunktes - einmal mit durchgezogener Linie und einmal mit gestrichelter Linie - dargestellt) durch, so dass das eingekoppelte Bild dann mittels innerer Totalreflexion an der Segmentvorderseite 101 und der Segmentrückseite 111 bis zu einem Auskoppelhologramm 121 des ersten Segmentes 91 geführt wird.As in 1 As shown schematically, in the embodiment described here, the coupling area 4 deflects the coupled image (two light rays from a pixel are shown as representatives of the generated and coupled image - one with a solid line and one with a dashed line) so that the coupled image is then guided by means of total internal reflection at the front of segment 10 1 and the back of segment 11 1 to an output hologram 12 1 of the first segment 9 1 .

Die Segmente 91 - 95 sind so angeordnet, dass die Segmentvorderseiten 101 - 105 von jeweils direkt benachbarten Segmenten 91 - 95 einen Winkel Ω1, Ω2, Ω3 und Ω4 von ungleich 180° miteinander einschließen, so dass die Segmentvorderseiten 101 - 105 einen gekrümmten Verlauf einer gedachten Vorderseite 14 (in der x-y-Ebene) nachstellen, wie dies schematisch in 2 gezeigt ist.The segments 91-95 are arranged such that the segment front faces 101-105 of directly adjacent segments 91-95 enclose an angle Ω1 , Ω2 , Ω3 and Ω4 of non-180° with each other, so that the segment front faces 101-105 trace a curved path of an imaginary front face 14 (in the xy-plane), as shown schematically in 2 shown.

Das zweite bis vierte Segment 92 - 94 weisen jeweils ein Einkoppelhologramm 132 - 134 sowie ein Auskoppelhologramm 122 - 124 auf, wie in 1 gezeigt ist. Das fünfte Segment weist ein Einkoppelhologramm 135 auf.The second to fourth segments 9 2 - 9 4 each have an input hologram 13 2 - 13 4 and an output hologram 12 2 - 12 4 , as shown in 1 The fifth segment features a coupling hologram 13 5 .

Wie schematisch in 1 dargestellt ist, wird das eingekoppelte Bild über des jeweilige Auskoppelhologramm 121 - 124 aus dem entsprechenden Segment 91 - 94 ausgekoppelt und über das jeweilige Einkoppelhologramm 132 - 135 des direkt benachbarten Segmentes 92 - 95 in das entsprechende Segment 92 - 95 wieder eingekoppelt, wobei in jedem Segment 91 - 95 die Führung des eingekoppelten Bildes über innere Totalreflexion an der Segmentvorderseite 101 - 105 und der Segmentrückseite 111 - 115 erfolgt. Das Licht trifft dann im fünften Segment 95 auf den Auskoppelbereich 5, der eine Auskopplung über die Segmentvorderseite 105 bewirkt. As schematically in 1 As shown, the coupled image is coupled out of the corresponding segment 9 1 - 9 4 via the respective output hologram 12 1 - 12 4 and coupled back into the corresponding segment 9 2 - 9 5 via the respective input hologram 13 2 - 13 5 of the directly adjacent segment 9 2 - 9 5 , whereby in each segment 9 1 - 9 5 the coupled image is guided by total internal reflection at the segment front 10 1 - 10 5 and the segment back 11 1 - 11 5. The light then strikes the output coupling area 5 in the fifth segment 9 5 , which causes output coupling via the segment front 10 5 .

Das Auskoppelhologramm 121 des ersten Segmentes 91 und das Einkoppelhologramm 132 des zweiten Segmentes 92 sind so ausgebildet, dass das eingekoppelte Bild im zweiten Segment 92 mit dem gleichen Reflexionswinkel α (zum Lot, das schematisch eingezeichnet ist, der Fläche am Auftreffpunkt) bei der inneren Totalreflexion an der Segmentvorderseite 102 und der Segmentrückseite 112 geführt wird wie im ersten Segment 91.The outcoupling hologram 12 1 of the first segment 9 1 and the incoupling hologram 13 2 of the second segment 9 2 are designed such that the coupled image in the second segment 9 2 is guided with the same reflection angle α (to the normal, which is schematically drawn, of the surface at the point of incidence) during total internal reflection at the front of the segment 10 2 and the back of the segment 11 2 as in the first segment 9 1 .

Gleiches gilt für die Kombination des zweiten Auskoppelhologramms 122 und des dritten Einkoppelhologramms 133, für die Kombination des dritten Auskoppelhologramms 123 und des vierten Einkoppelhologramms 134 sowie für die Kombination des vierten Auskoppelhologramms 124 und des fünften Einkoppelhologramms 135.The same applies to the combination of the second output hologram 12 2 and the third input hologram 13 3 , to the combination of the third output hologram 12 3 and the fourth input hologram 13 4 , and to the combination of the fourth output hologram 12 4 and the fifth input hologram 13 5 .

Somit wird das eingekoppelte Bild in jedem Segment 91 - 95 mit dem gleichen Reflexionswinkel α geführt, so dass der Strahlengang in den Segmenten 91 - 95 nicht auseinanderläuft und durch die Führung in den Segmenten 91 - 95 keine unerwünschten Aberrationen eingeführt werden. Genauer ist zu sagen, dass die Lichtstrahlen L1, L2 von jedem Feldpunkt einen unterschiedlichen Führungswinkel aufweisen kann (d.h. wenn ein Field of View durch den Wellenleiter propagiert wird), der sich dann aber in der einzelnen Segmenten 91 - 95 nicht ändert.Thus , the coupled image is guided with the same reflection angle α in each segment 91–95 , so that the beam path does not diverge in segments 91–95 and no unwanted aberrations are introduced by the guidance in segments 91–95 . More precisely, the light rays L1, L2 from each field point can have a different guidance angle (i.e. , when a field of view is propagated through the waveguide), but this angle does not change in each individual segment 91–95 .

In 3 ist schematisch der Strahlengang in einen gekrümmt ausgebildeten Wellenleiter 1' gezeigt, dessen Vorderseite 10' die Krümmung der gedachten Vorderseite 14 gemäß 2 aufweist. Aufgrund der Krümmung der Vorderseite 10' und der Rückseite 11' des Wellenleiters 1' ändert sich der Reflexionswinkel pro Reflexion. Wenn bei der ersten Reflexion der Reflexionswinkel α vorliegt, treten bei den nachfolgenden Reflexionen die Reflexionswinkel β1, β3 und β5 bzw. β2, β4 und β6 auf, wobei β1 und β2; β3 und β4 sowie β5 und β6 sich jeweils unterscheiden. Dies führt dazu, dass der Strahlengang auseinanderläuft und Wellenfrontfehler abhängig von der Krümmung von Vorder- und Rückseite und der Propagationsstrecke hervorgerufen werden. Auch kann es zu einer unvollständigen Abbildung des Sichtfeldes (Field of View) kommen.In 3 The diagram schematically shows the beam path into a curved waveguide 1', whose front face 10' corresponds to the curvature of the imaginary front face 14. 2 The waveguide exhibits a characteristic curvature. Due to the curvature of the front 10' and back 11' of the waveguide 1', the reflection angle changes with each reflection. If the reflection angle α is present at the first reflection, the reflection angles β1 , β3 , and β5 , and β2 , β4 , and β6, respectively, occur at subsequent reflections, where β1 and β2 , β3 and β4 , and β5 and β6 differ. This causes the beam path to diverge, resulting in wavefront errors that depend on the curvature of the front and back surfaces and the propagation distance. Incomplete field of view imaging can also occur.

Durch die erfindungsgemäße segmentierte Ausbildung des Wellenleiters 1 werden die beschriebenen Probleme vermieden, da bei der Propagation im Wellenleiter des eingekoppelten Bildes (jeweils für einen Feldpunkt) stets der gleiche Reflexionswinkel α gegeben ist. Es kann somit ein gekrümmter Wellenleiter 1 mit ausgezeichneten optischen Eigenschaften bereitgestellt werden.The segmented design of the waveguide 1 according to the invention avoids the problems described, since the same reflection angle α is always present during propagation of the coupled image in the waveguide (for each field point). Thus, a curved waveguide 1 with excellent optical properties can be provided.

Da die Auskoppel- und Einkoppelhologramme 121 - 124, 132- 135 dazu dienen, dass die Reflexionswinkel α in benachbarten Segmenten 91 - 94 gleich sind, können diese Hologramme auch als Kompensationshologramme bezeichnet werden.Since the out-coupling and in-coupling holograms 12 1 - 12 4 , 13 2 - 13 5 serve to ensure that the reflection angles α in adjacent segments 9 1 - 9 4 are equal, these holograms can also be called compensation holograms.

In einer nicht gezeigten Weiterbildung ist es möglich, bei mindestens einem der Segmente 92 - 95 das Einkoppelhologramm 132 - 135 wegzulassen. In diesem Fall muss lediglich das entsprechende Auskoppelhologramm 121 - 124 so ausgebildet sein, dass nach Eintritt in das entsprechende Segment das eingekoppelte Bild so propagiert, dass der gewünschte Reflexionswinkel α vorliegt.In a further development not shown, it is possible to omit the coupling hologram 13 2 - 13 5 for at least one of the segments 9 2 - 9 5. In this case, only the corresponding output coupling hologram 12 1 - 12 4 needs to be designed such that, after entering the corresponding segment, the coupled image is propagated in such a way that the desired reflection angle α is achieved.

Die Segmente 91 - 95 können aus Glas oder Kunststoff gebildet sein.Segments 91-95 can be made of glass or plastic.

Der Auskoppelbereich 5 kann als Hologramm ausgebildet sein. Insbesondere kann er als holographischer Diffusor ausgebildet sein, so dass ein Benutzer das eingekoppelte Bild, das auf den Auskoppelbereich 5 trifft, in der Ebene des Auskoppelbereiches 5 als Bild wahrnehmen kann. Man kann daher den Auskoppelbereich 5 auch als Bild-Hologramm bezeichnen, wobei bei der Ausbildung als holographischer Diffusor die Bildinformation vom eingekoppelten Bild (bzw. den entsprechend geführten Lichtstrahlen) bereitgestellt wird.The output area 5 can be configured as a hologram. In particular, it can be configured as a holographic diffuser, so that a user can perceive the coupled-in image, which strikes the output area 5, as an image in the plane of the output area 5. The output area 5 can therefore also be described as an image hologram, whereby, when configured as a holographic diffuser, the image information is provided by the coupled-in image (or the correspondingly guided light rays).

Es ist jedoch auch möglich, den Auskoppelbereich als ein solches Hologramm auszubilden, bei dem die gewünschte Bildinformation im Hologramm einbelichtet ist. In diesem Fall ist es lediglich notwendig, Licht einer geeigneten Lichtquelle 15 über den Einkoppelbereich 4 in den Wellenleiter 1 einzukoppeln, wie schematisch in 4 dargestellt ist. Das eingekoppelte Licht wird in gleicher Weise, wie i.V.m. 1 beschrieben wurde, über die Segmente 91 - 95 bis zum Auskoppelbereich 5 geführt und auf diesen gelenkt, so dass die in den Auskoppelbereich 5 einbelichtete Bildinformation mittels des auftreffenden Lichtes bzw. Strahlenbündels rekonstruiert wird, so dass das rekonstruierte Bild für einen Betrachter wahrnehmbar ist. Der Auskoppelbereich 5 kann insbesondere als Bildebenen-Hologramm ausgebildet sein, bei dem das rekonstruierte Bild als (im Wesentlichen ebenes) Bild wahrnehmbar ist.However, it is also possible to design the output coupling area as a hologram in which the desired image information is embedded within the hologram. In this case, it is only necessary to couple light from a suitable light source 15 into the waveguide 1 via the input coupling area 4, as shown schematically in 4 The coupled light is shown in the same way as in conjunction with 1 As described, the light is guided via segments 91–95 to the output area 5 and directed onto it, so that the image information exposed into the output area 5 is reconstructed by means of the incident light or beam of light, making the reconstructed image perceptible to a viewer. The output area 5 can, in particular, be designed as an image-plane hologram, in which the reconstructed image is perceptible as a (essentially planar) image.

Als Lichtquelle 15 kann z.B. ein Laser und/oder eine LED verwendet werden.A laser and/or an LED can be used as the light source 15, for example.

In 5 ist eine Abwandlung des Wellenleiters 1 gemäß 1 gezeigt. Bei dem Ausführungsbeispiel von 5 weist der Wellenleiter 1 drei sich geradlinig erstreckende Segmente 91 - 93 auf. Der Wellenleiter 1 in 5 ist einstückig bzw. monolithisch ausgebildet. Aufgrund der drei Segmente 91 - 93 würde sich jedoch der Reflexionswinkel α ändern, wie dies z.B. für den gestrichelt dargestellten Strahl bei der ersten Reflexion im zweiten Segment 92 der Fall ist. Hier beträgt der Reflexionswinkel δ. Damit im weiteren Propagationsverlauf wieder ein Reflexionswinkel von α vorliegt, weist das zweite Segment 92 ein erstes Kompensationshologramm 16 auf. In gleicher Weise weist das dritte Segment 93 ein zweites Kompensationshologramm 17 auf. Damit wird sichergestellt, dass jeweils im weiteren Verlauf im jeweiligen Segment der gleiche Reflexionswinkel α vorliegt.In 5 is a modification of waveguide 1 according to 1 shown. In the exemplary embodiment of 5 Waveguide 1 has three straight segments 91 - 93. Waveguide 1 in 5 is formed in one piece or monolithically. However, due to the three segments 91–93 , the reflection angle α would change, as is the case, for example, for the dashed beam at the first reflection in the second segment 92. Here, the reflection angle δ is... So that a reflection occurs again in the further propagation process... Since the angle of reflection α is present, the second segment 9 2 exhibits a first compensation hologram 16. Similarly, the third segment 9 3 exhibits a second compensation hologram 17. This ensures that the same reflection angle α is present in each subsequent segment.

Bei dem Ausführungsbeispiel 5 können in vorteilhafter Weise eventuell auftretende Ein- und/oder Auskoppelverluste zwischen den separaten Segmenten 91 - 93 gemäß der Ausführungsbeispiele 1 und 4 vermieden werden.In embodiment 5, any coupling losses that may occur between the separate segments 9 1 - 9 3 according to embodiments 1 and 4 can be advantageously avoided.

Bei dem Ausführungsbeispiel 5 kann der gekrümmte Wellenleiter als segmentierte monolithischer Wellenleiter 1 bezeichnet werden. Mit einem solchen Wellenleiter 1 ist die gewünschte Einkopplung, Führung und Auskopplung des erzeugten Bildes möglich.In embodiment 5, the curved waveguide can be referred to as a segmented monolithic waveguide 1. With such a waveguide 1, the desired coupling, guiding, and decoupling of the generated image is possible.

In 6 ist eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels von 5 gezeigt. In diesem Fall ist in gleicher Weise wie bei dem Ausführungsbeispiel von 4 der Auskoppelbereich 5 als Bild-Hologramm ausgebildet und es ist eine Lichtquelle 15 vorgesehen, um das Licht bereitzustellen, mit dem dann das Bild im Auskoppelbereich 5 rekonstruiert wird, wenn das in den gekrümmten monolithischen Wellenleiter 1 eingekoppelte und geführte Licht auf den Auskoppelbereich 5 trifft.In 6 is a variation of the embodiment of 5 shown. In this case, it is done in the same way as in the embodiment of 4 The output coupling area 5 is designed as an image hologram and a light source 15 is provided to supply the light with which the image in the output coupling area 5 is then reconstructed when the light coupled into and guided in the curved monolithic waveguide 1 hits the output coupling area 5.

In 7 ist ein Ausführungsbeispiel einer Abbildungsvorrichtung 20 mit einem Wellenleiter 1 gemäß 1 gezeigt. Die Abbildungsvorrichtung kann ein Objekt 21 (in 7 ist beispielhaft ein Stern dargestellt) auf einen Detektor 22 abbilden. Dabei kann vom Objekt 21 kommende Strahlung mittels einer ersten Optik 23 kollimiert und auf den Einkoppelbereich 4 gerichtet werden, so dass die eingekoppelte Strahlung im Wellenleiter 1 in der beschriebenen Art und Weise bis zum Auskoppelbereich 5 geführt und von diesem ausgekoppelt wird. Die ausgekoppelte Strahlung kann dann mittels einer zweiten Optik 24 auf den Detektor 22 gerichtet bzw. fokussiert werden. Die erste und/oder zweite Optik 23, 24 sind/ist optional und können/kann auch weggelassen werden. Bei dem Ausführungsbeispiel von 7 kann die Abbildungsvorrichtung auch als Kamera bezeichnet werden. Ferner kann die Abbildungsvorrichtung 20 auch den Wellenleiter 1 der anderen Ausführungsbeispiele (insbesondere gemäß 5 und 6) aufweisen.In 7 is an embodiment of an imaging device 20 with a waveguide 1 according to 1 shown. The imaging device can project an object 21 (in 7 (A star is shown as an example) is imaged onto a detector 22. Radiation coming from the object 21 can be collimated by means of a first optic 23 and directed onto the coupling area 4, so that the coupled radiation is guided in the waveguide 1 as described to the coupling area 5 and coupled out from there. The coupled-out radiation can then be directed or focused onto the detector 22 by means of a second optic 24. The first and/or second optic 23, 24 are optional and can also be omitted. In the embodiment of 7 The imaging device can also be referred to as a camera. Furthermore, the imaging device 20 can also be the waveguide 1 of the other embodiments (in particular according to 5 and 6 exhibit.

Claims (14)

Wellenleiter mit einem Einkoppelbereich (4) und einem davon beabstandeten Auskoppelbereich (5), wobei der Einkoppelbereich (4) von auf ihn treffender Strahlung mindestens einen Teil so in den Wellenleiter einkoppelt, dass der eingekoppelte Teil als eingekoppeltes Strahlenbündel im Wellenleiter (1) durch Reflexion bis zum Auskoppelbereich (5) propagiert, der mindestens einen Teil des eingekoppelten Strahlenbündels so umlenkt, dass der umgelenkte Teil aus dem Wellenleiter (1) austritt, wobei der Wellenleiter (1) mehrere sich geradlinig erstreckende transparente Segmente (91 - 95) aufweist, in denen das eingekoppelte Strahlenbündel durch Reflexionen propagiert, wobei jedes Segment (91 - 95) eine plane Segmentvorderseite (101 - 105) und eine plane Segmentrückseite (111 - 115), die zueinander parallel sind, aufweist, wobei die Segmentvorderseiten (101 - 105) von jeweils direkt benachbarten Segmenten (91, 92; 92, 93; 93, 94; 94, 95) einen Winkel (Ω1, Ω2, Ω3, Ω4) von ungleich 180° miteinander einschließen, um so einen vom Einkoppel- bis zum Auskoppelbereich (4, 5) vorgegebenen gekrümmten Verlauf einer gedachten Vorderseite (14) nachzustellen, wobei von zwei direkt benachbarten Segmenten mindestens ein Segment ein Kompensationshologramm (121 - 124, 132 - 135; 16, 17) aufweist, auf das das eingekoppelte Strahlenbündel trifft, wobei das Kompensationshologramm (121 - 124, 132 - 135; 16, 17) bewirkt, dass das eingekoppelte Strahlenbündel in den beiden direkt benachbarten Segmenten bei einer Mehrzahl der Reflexionen mit gleichem Reflexionswinkel (α) propagiert.Waveguide with an input region (4) and an output region (5) spaced apart therefrom, wherein the input region (4) couples at least a portion of incident radiation into the waveguide such that the coupled portion propagates as an input beam in the waveguide (1) by reflection to the output region (5), which deflects at least a portion of the coupled beam such that the deflected portion exits the waveguide (1), wherein the waveguide (1) has several straight-extending transparent segments (9 1 - 9 5 ) in which the coupled beam propagates by reflection, wherein each segment (9 1 - 9 5 ) has a planar segment front (10 1 - 10 5 ) and a planar segment back (11 1 - 11 5 ) which are parallel to each other, wherein the segment fronts (10 1 - 10 5 ) of directly adjacent segments (9 1 , 92 ; 92 , 93 ; 93 , 94 ; 94 , 95 ) enclose an angle ( Ω1 , Ω2 , Ω3 , Ω4 ) of non-180° with each other in order to reproduce a curved path of an imaginary front face (14) from the coupling-in to the coupling-out region (4, 5), wherein of any two directly adjacent segments at least one segment has a compensation hologram (121-124, 132-135 ; 16 , 17 ) onto which the coupled beam of light strikes, wherein the compensation hologram ( 121-124 , 132-135 ; 16, 17 ) causes the coupled beam of light to be enclosed in the two directly propagated to adjacent segments in a majority of reflections with the same reflection angle (α). Wellenleiter nach Anspruch 1, wobei die planen Segmentvorderseiten (101 - 105) senkrecht zu einer ersten Ebene verlaufen, so dass der vorgegebene gekrümmte Verlauf in der ersten Ebene vorliegt.waveguides Claim 1 , wherein the planar segment front faces (10 1 - 10 5 ) run perpendicular to a first plane, so that the specified curved profile is in the first plane. Wellenleiter nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Einkoppelbereich (4) bei der Einkopplung den Teil der Strahlung umlenkt.waveguides Claim 1 or 2 , wherein the coupling region (4) deflects part of the radiation during coupling. Wellenleiter nach einem der obigen Ansprüche, wobei der Einkoppelbereich (4) ein Hologramm aufweist.Waveguide according to one of the above claims, wherein the coupling area (4) has a hologram. Wellenleiter nach einem der obigen Ansprüche, wobei mindestens eine der Reflexionen im Wellenleiter eine innere Totalreflexion ist.Waveguide according to one of the above claims, wherein at least one of the reflections in the waveguide is an internal total reflection. Wellenleiter nach einem der obigen Ansprüche, wobei ein erstes und ein direkt benachbartes zweites Segment (91, 92) als separate Segmente ausgebildet sind, wobei das erste Segment ein Auskoppelhologramm (121) aufweist, das das eingekoppelte Strahlenbündel so auskoppelt, dass es auf das zweite Segment (92) trifft und in dieses eingekoppelt wird.Waveguide according to one of the above claims, wherein a first and a directly adjacent second segment (9 1 , 9 2 ) are designed as separate segments, wherein the first segment has an outcoupling hologram (12 1 ) which couples out the coupled beam of rays in such a way that it hits the second segment (9 2 ) and is coupled into it. Wellenleiter nach Anspruch 6, wobei das zweite Segment (92) ein Einkoppelhologramm (132) aufweist, das das vom ersten Segment kommende Strahlenbündel in das zweite Segment einkoppelt.waveguides Claim 6 , wherein the second segment (9 2 ) has a coupling hologram (13 2 ) that couples the beam of light coming from the first segment into the second segment. Wellenleiter nach Anspruch 6 oder 7, wobei das Auskoppelhologramm (121) und/oder das Einkoppelhologramm (132) als Kompensationshologramm dienen/dient.waveguides Claim 6 or 7 , wherein the output hologram (12 1 ) and/or the input hologram (13 2 ) serve as compensation holograms. Wellenleiter nach einem der obigen Ansprüche, wobei mindestens zwei direkt benachbarte Segmente (91 - 95) einstückig ausgebildet sind.Waveguide according to one of the above claims, wherein at least two directly adjacent segments (9 1 - 9 5 ) are formed in one piece. Wellenleiter nach einem der obigen Ansprüche, wobei der Auskoppelbereich ein Hologramm oder ein Bild-Hologramm aufweist.Waveguide according to one of the above claims, wherein the output coupling area has a hologram or an image hologram. Transparente gekrümmte Scheibe mit einem Wellenleiter nach einem der obigen Ansprüche.Transparent curved disk with a waveguide according to one of the above claims. Anzeigevorrichtung mit einem Wellenleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 10 und einer Strahlungsquelle (3; 15), die die auf den Einkoppelbereich (4) treffende Strahlung abgibt.Display device with a waveguide after one of the Claims 1 until 10 and a radiation source (3; 15) that emits the radiation incident on the coupling area (4). Abbildungsvorrichtung mit Wellenleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 10 und einem Detektor (22), auf den der umgelenkte und aus dem Wellenleiter (1) austretende Teil des eingekoppelten Strahlenbündels trifft.Imaging device with waveguide according to one of the Claims 1 until 10 and a detector (22) onto which the deflected part of the coupled beam exiting the waveguide (1) meets. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, wobei der Wellenleiter (1) Teil einer gekrümmten Scheibe ist.Device according to Claim 12 or 13 , wherein the waveguide (1) is part of a curved disk.
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