DE60300149T2

DE60300149T2 - Lichtleiter für eine am Kopf montierte- oder Head-up- Anzeigevorrichtung

Info

Publication number: DE60300149T2
Application number: DE60300149T
Authority: DE
Inventors: Piermario Repetto; Elena Borello; Stefano C/O Bernard
Original assignee: Centro Ricerche Fiat SCpA
Current assignee: Centro Ricerche Fiat SCpA
Priority date: 2002-07-17
Filing date: 2003-07-07
Publication date: 2005-10-27
Anticipated expiration: 2023-07-08
Also published as: ATE282217T1; IL156871A0; EP1385023B1; ES2231749T3; DE60300149D1; JP4237571B2; JP2004157520A; ITTO20020625A0; IL156871A; ITTO20020625A1; US6825987B2; US20040085649A1; EP1385023A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Lichtleiter für Anzeigevorrichtungen des am Kopf angebrachten oder Head-up-Typs.
Der Zweck von Anzeigevorrichtungen des am Kopf angebrachten oder Head-up-Typs ist es, ein Bild, welches z. B. durch ein Mikrodisplay erzeugt wird, überlagert auf einen Hintergrund in einer solchen Art und Weise darzustellen, dass ein Beobachter in der Lage sein wird, das durch das Mikrodisplay erzeugte Bild zu sehen, ohne seine Aufmerksamkeit vom Hintergrund selbst abzulenken.
Auf dem Markt sind bereits eine Anzahl von Lösungen zur Darstellung eines von einem Mikrodisplay erzeugten Bildes für einen Benutzer vorhanden.
Micro Optical Inc. bietet auf dem Markt zwei Lösungen an, beschrieben in den Dokumenten US 5,715,377 , US 5,886,822 , US 6,023,372 und US 6,091,546 . Eine erste Lösung ist ein optisches System, welches auf ein herkömmliches Brillenpaar aufgeklipst werden kann, wobei das System gebildet wird durch eine Anzeige, welche das Bild erzeugt, ein optisches System, welches ein virtuelles Bild des Mikrodisplays in einem geeigneten Abstand ausbildet, und einen Lichtleiter, der das Bild dem Auge des Benutzers darbietet. Diese Lösung ist streng genommen nicht als „Durchsicht" zu bezeichnen, da das Bild, welches zum Beobachter zurückgerichtet ist, nicht auf den Hintergrund überlagert ist. Da jedoch der Hintergrund im gesamten Blickfeld um das dem Beobachter dargebotene Bild sichtbar ist, wird diese Lösung als „Umsicht" definiert. Jedoch bietet das Display ein begrenztes Sichtfeld und es kann daher nur niedrig auflösende Bilder zurückschicken (11° in horizontaler Richtung). Eine zweite Lösung ist die vom „englobed Optik"-Typ, bei welcher ein Display das Bild erzeugt, welches durch ein System von Linsen und Prismen, die direkt in der Linse der Brille des Benutzers enthalten sind, dem letzteren in einem geeigneten Abstand dargeboten wird. Ein halbreflektierender ablenkender Prismensatz bei 45° bezüglich der Oberfläche der Linse und in der Mitte des Blickfeldes veranlasst das Bild, dem Benutzer überlagert auf dem Hintergrund wiedergegeben zu werden. Die äußeren Gesamtabmessungen dieser Lösung sind recht klein, jedoch impliziert die Verwendung des ablenkenden Prismas um 45° eine Dicke der Linsen der Brille, welche zumindest gleich der Austrittspupille des Systems ist. Da diese Austrittspupille mit dem Blickfeld des Displays zunimmt, um eine ausreichende Toleranz der Positionierung des Auges zu garantieren (im folgenden bezeichnet als „Augenbewegungsbox" oder EMB), ist die vorgeschlagene Lösung nur für begrenzte Blickfelder (11° in horizontaler Richtung) und geringe Auflösung (320 × 240 Pixel) verwendbar.
Das Dokument US-A1-20010033401 beschreibt eine Lösung, welche die Verwendung eines Lichtleiters ins Auge fasst, in welchem die durch das Display (geometrisch gekoppelt mit dem Lichtleiter ohne Zwischenschaltung irgendwelcher optischer Vorrichtungen) emittierten Strahlen nach Durchschreiten einer geeigneten Streckung in innerer Totalreflexion zwischen den Wänden des Lichtleiters mittels einer holographischen optischen Vorrichtung extrahiert werden. Dieses System ist leicht und zeigt kleine Gesamtabmessungen und es ist daher besonders geeignet für eine Lösung des „Anklipp"-Typs, d. h. eine Lösung, welche ein Anklammern der Vorrichtung an die Brille des Benutzers ins Auge fasst. Jedoch ist die Optik des Holographietypsystems merklich nicht axial und daher von zahlreichen Abweichungen betroffen, insbesondere durch eine trapezförmige Verzerrung des Feldes. Obwohl der Vorgang der Herstellung des Hologramms konzipirt worden ist, um die mit Nichtaxialität und, somit, mit Verzerrung verknüpften Probleme zu minimieren, würden solche Probleme jedoch in dem Fall von noch größerem Ausmaß sein, wo es die Intention wäre, die vorgeschlagene Lösung für ein Blickfeld mit einer größeren Amplitude (> 16°) zu verwenden. Des Weiteren sind, wie bekannt ist, holographische optische Systeme merklich empfindlich auf Veränderungen sowohl beim Einfallswinkel als auch bei der Wellenlänge. Eine Abhängigkeit vom Einfalls- bzw. Eintrittswinkel bedingt unterschiedliche Grade der Effizienz der Extraktion für das Licht, welches in dem Leiter bei unterschiedlichen Winkeln voranschreitet, was notwendigerweise das Blickfeld limitiert, welches bei der vorgeschlagenen Lösung verwendet werden kann. Eine Abhängigkeit von der Wellenlänge zieht unterschiedliche Werte der Extraktionseffizienz für Licht von verschiedenen Wellenlängen nach sich, was eine Verwendung dieser Lösung auf Displays des monochromatischen Typs beschränkt. Die Verwendung dieser Lösung in Displays mit größeren Gesichtsfeldern und/oder in Farbdisplays führt zu einer deutlichen Reduzierung in der Extraktionseffizienz des Hologramms, d. h. der Bruchteil des Lichts, welcher in dem Leiter vorangeht, welcher zum Auge des Beobachters abgelenkt wird.
Das Dokument US 6,169,613 beschreibt eine Lösung mit einer holographischen Optik, welche einen Lichtleiter und drei diffraktive optische Elemente aufweist. Das erste optische Element koppelt innerhalb des Lichtleiters das durch ein geeignetes optisches System erzeugte Bild, wobei die Lichtstrahlen veranlasst werden, innerhalb des Leiters durch innere Totalreflexion voranzuschreiten. Das zweite optische Element dreht die Richtung des Voranschreitens der Strahlen, welche darauf auftreffen, um 90°, wobei gleichzeitig eine Ausdehnung der Pupille in Richtung des Voranschreitens vor der durch das holographische Element durchgefühten Drehung ermöglicht wird. Das dritte Element extrahiert die Strahlen, die darauf treffen, wobei deren Winkel der Voranbewegung auf einen Wert reduziert werden, der geringer ist als der des Winkels der inneren Totalreflexion, und es ermöglicht zur gleichen Zeit eine Expansion der Pupille in Richtung des Voranschreitens in Folge zu der durch das zweite holographische optische Element durchgeführten Drehung. Diese Lösung erlaubt die Anhebung der Größe der Austrittsbrille in zwei Richtungen im Wesentlichen rechtwinklig zueinander und in einer Ebene senkrecht zur Blickrichtung des Benutzers liegend. Die Effizienz der Drehung des zweiten brechenden optischen Elements nimmt in Richtung des Fortschreitens in dem Leiter zu, um so zu garantieren, dass der Teil des Strahls, der bei jeder aufeinander folgenden Reflexion gedreht wird, konstant sein wird. Ebenso erhöht sich die Effizienz der Extraktion des dritten beugenden optischen Ele ments in Richtung des Fortgangs in dem Leiter, um so zu garantieren, dass der Teil des Strahls, welcher von dem Leiter bei jeder aufeinander folgenden Reflexion extrahiert wird, konstant sein wird. Die Lösung mit den drei holographischen optischen Elementen wird notwendig, wenn die Spezifikationen des Blickfeldes und/oder EMB des Displays so sind, dass eine Ausdehnung der Pupille in zwei Richtungen erforderlich ist. Alternativ würde es möglich sein, die Abmessungen der Austrittspupille der koppelnden optischen Vorrichtung zu erhöhen und eine Zwei-Hologramm-Lösung zu verwenden. Jedoch führt eine Vergrößerung der Austrittspupille der koppelnden optischen Vorrichtung typischerweise die Verwendung komplexerer, kostspieligerer und sperrigerer optischer Ketten mit sich, wie es den Fachleuten in der Branche des optischen Designs bekannt ist.
Eine alternative Lösung ist beschrieben in der Patentanmeldung FR 8906721, welche in Kombination eine optische Vorrichtung beschreibt, welche aus einem transparenten Lichtleiter mit einem ebenen Ende besteht, welches einen Zugang bildet, der optisch mit dem optischen Kollimationssystem gekoppelt ist, und zwei große planparallele Stirnflächen, und, innerhalb des Leiters, eine Anzahl von n > 1 von halbreflektierenden Spiegeln, die parallel zueinander gesetzt sind und bezüglich dem geraden Abschnitt des Leiters geneigt sind. Das im Inneren des Leiters gekoppelte Licht schreitet durch innere Totalreflexion voran, bis es auf den ersten der genannten halbreflektierenden Spiegel trifft. Ein Teil des Lichtes wird durch den Spiegel reflektiert und durch den Lichtleiter extrahiert, während ein anderer Teil mit dem Voranschreiten in dem Leiter fortfährt, bis er auf den zweiten halbreflektierenden Spiegel trifft. Die Reflektanz nimmt vom ersten zum letzten Spiegel ab, um so eine Gleichmäßigkeit des von dem Leiter extrahierten Lichts zu garantieren.
Die Patentanmeldung FR 8906721 wiederholt grundsätzlich das Patent US 4,099,841 , welches ein Head-up-Display beschreibt. Die Kombination des in dieser Erfindung beschriebenen Displays basiert auf einem Lichtleiter, der drei oder mehr teilweise reflektierende Schichten enthält, die parallel zueinander angeord net sind und grundsätzlich für den gleichen Zweck wie diejenigen verwendet werden, die in der Patentanmeldung FR 8906721 verwendet werden.
Die in dem Dokument FR 8906721 vorgestellte Lösung wird von dem Patent US 5,153,774 aufgenommen unter Hinzufügung neuen erfinderischen Inhaltes.
Eine Lösung, welche im Wesentlichen identisch zu derjenigen ist, die in der Patentanmeldung FR 8906721 sowohl in Bezug auf die Beschreibung als auch in Bezug auf die Ansprüche beschrieben ist, wird in der aktuellen Patentanmeldung WO 01/95027-A1 vorgeschlagen.
Die in der Patentanmeldung FR 8906721 vorgeschlagene Lösung stellt eine geltende Alternative zu der in dem Dokument US 6,169,613 oder US 4,711,512 präsentierten holographischen Lösung dar. Die Abwesenheit von holographischen Elementen stellt einen Vorteil für eine Anwendung davon in Farbdisplays dar, insbesondere im Fall eines weiten Blickfeldes.
Jedoch stellt die Lösung mit parallelen halbreflektierenden Spiegeln eine bestimmte Anzahl von Nachteilen dar, verglichen mit der holographischen Lösung. Die holographischen optischen Elemente, die in US 6,169,613 beschrieben sind, können Gitter des Oberflächenrelieftyps sein. Gitter dieses Typs können in geeigneter Weise unter Verwendung von Gusstechnologien repliziert werden, z. B. durch Spritzguss, Abformen oder Heißprägen. Das bedeutet, dass die holographische Lösung sehr gut für großformatige Herstellung geeignet ist, sowie solche, die typischerweise für Unterhaltungselektronik zum Einsatz kommen. Stattdessen beinhaltet die Lösung mit halbreflektierenden Spiegeln typischerweise Herstellungsverfahren, welche deutlich komplexer sind. Einige mögliche Herstellungslösungen sind in der Patentanmeldung WO 01/95027-A1 beschrieben. Eine dieser Lösungen fasst ein Verbinden einer Anzahl von Glasplatten ins Auge, von denen jede mit einer halbreflektierenden Schicht beschichtet ist, welche einen unterschiedlichen Wert der Reflektanz hat, und welche nachfolgend in einer Richtung geschnitten ist, die im Wesentlichen schräg zu den Ebenen der Glasplatten verläuft. Der Vorgang ist umso komplexer und kostenintensiver, je größer die Anzahl der halbreflektierenden Spiegel ist. Für einen bestimmten spezifizierten Wert des EMB ist die Anzahl der Spiegel höher, je kleiner die Dicke des Leiters ist. Das bedeutet, dass die Lösung nicht wettbewerbsfähig ist, wenn es das Ziel ist, einen Leiter herzustellen, welcher eine Dicke aufweist, die z. B. kleiner als 3 mm ist. Andererseits können dicke Lichtleiter (> 5 mm) die Notwendigkeit nach sich ziehen, die Reflektanz der Beschichtung nicht nur zwischen angrenzenden Spiegeln zu variieren, sondern auch auf dem einzelnen Spiegel, um die Ausrichtung der Anzahl der Spiegel in bestimmten Abschnitten des Blickfelds daran zu hindern, zu einem Verlust der Gleichförmigkeit der Leuchtkraft innerhalb des Blickfeldes selbst zu führen.
Der Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, einen Lichtleiter für Anzeigevorrichtungen des am Kopf angebrachten oder Head-up-Typs vorzusehen, welcher es ermöglicht, die Nachteile der bekannten Lösungen zu überwinden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der obige Zweck durch einen Lichtleiter erreicht, welcher die Merkmale aufweist, die den Gegenstand des Hauptanspruchs ausbilden, und ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Lichtleiters gemäß Anspruch 35. Insbesondere erlaubt die vorgeschlagene Lösung sowohl die Leistungsgrenzen, welche sich aus der Verwendung von beugenden oder holographischen optischen Vorrichtungen ableiten, und die Grenzen an Technologien der Herstellung und an der Leistung, welche sich von der Verwendung der halbtransparenten Spiegel, eingebettet in dem Lichtleiter, herleiten, zu überwinden. Dies wird erreicht durch die Verwendung eines halbreflektierenden Gittersatzes in der Nähe einer der Stirnflächen des Lichtleiters, der hergestellt sein kann unter Verwendung eines Gießverfahrens und der mit einer halbreflektierenden Schicht beschichtet ist, abgelagert in geläufiger Art auf den optisch aktiven Oberflächen des Gitters.
Die Lösung gemäß der vorliegenden Erfindung erlaubt es ferner, Lichtleiter herzustellen, welche Dicken von weniger als 5 mm aufweisen, ebenfalls zurückgreifend auf kostengünstige technologische Lösungen.
Die vorliegende Erfindung wird nun im Detail mit Bezugnahme auf die angefügten Zeichnungen beschrieben werden, welche rein im Weg eines nicht beschränkenden Beispiels vorgesehen sind und in welchen:
1 eine schematische Darstellung einer Anzeigevorrichtung ist, welche einen Lichtleiter gemäß der vorliegenden Erfindung einschließt;
2 eine schematische perspektivische Ansicht ist, welche eine erste Ausführungsform des Lichtleiters gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
3 eine schematische Ansicht in vergrößertem Maßstab der Koppelungsvorrichtung ist, die durch den Pfeil III in 1 bezeichnet ist;
4 eine schematische Ansicht ist, welche eine Variante der Kopplungsvorrichtung der 3 darstellt;
5 ein vergrößertes schematisches Detail des Teils ist, welches in 1 durch den Pfeil V bezeichnet ist;
6 eine schematische Ansicht ist, welche das Arbeitsprinzip des Systems zur Bildextraktion gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
7 und 8 schematische Darstellungen der Modalitäten des Voranschreitens des Lichts innerhalb des Lichtleiters sind; und
9 eine schematische perspektivische Ansicht ist, welche eine zweite Ausführungsform des Lichtleiters gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
Mit Bezugnahme auf 1 ist bei 10 ein System zum Anzeigen eines virtuellen Bildes eines am Kopf angebrachten Displays (HMD) oder eines Head-up-Typ-Displays (HUD) des „Durchsicht"-Typs bezeichnet, d. h. eines, in welchem das vom System erzeugte Bild dem Beobachter, bezeichnet durch 12, überlagert an einem Hintergrund präsentiert wird, sichtbar durch einen durchsichtigen oder halbdurchsichtigen Teil des Anzeigesystems 10.
Das Anzeigesystem 10 weist eine Bilderzeugungsvorrichtung 16 auf, welche von irgendeinem bekannten Typ sein kann. Die Bilderzeugungsvorrichtung 16 kann aus einem Mikrodisplay, z. B. vom Flüssigkristalltyp, bestehen, welches entweder in Transmission oder in Reflexion arbeitet, oder einem CRT-Display oder einem organischen oder anorganischen Elektrolumineszenz-Display.
Die Bilderzeugungsvorrichtung 16 ist einem optischen System 18 zugeordnet, welches aus einer Reihe von geeigneten Linsen aufgebaut ist und ein virtuelles Bild des echten Bildes ausbildet, erzeugt durch die Bilderzeugungsvorrichtung 16. Das virtuelle Bild kann in einem Abstand erzeugt werden, der von 1 Meter bis unendlich reicht, gemäß dem Abstand, bei welchem es vorgesehen ist, das Bild dem Beobachter 12 darzubieten. Das Licht kommt aus dem optischen System 18 als eine Überlagerung von parallelen Strahlen (im Fall eines Bildes bei unendlich), welche in verschiedene Richtungen voranschreiten, wobei das gesamte Blickfeld abgedeckt wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Display ein Format vom SVGA-Typ auf, d. h. 800 × 600 Pixel; das einzelne Pixel des Mikrodisplays ist quadratisch und weist eine lineare Abmessung auf, welche zwischen 10 und 15 μm liegt; das Blickfeld, welches durch das optische System 18 zur Ausbildung des virtuellen Bildes erzeugt wird, ist 24 × 18 Grad. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform weist das Display ein QVGA-Format auf, d. h. 320 × 240 Pixel, und das durch das optische System 18 erzeugte Blickfeld ist 16 × 12 Grad. Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind die folgenden: QVGA-Format mit einem Blickfeld von 12 × 9 Grad, VGA-(640 × 480)-Format mit einem Blickfeld von 16 × 12 Grad und VGA-Format mit einem Blickfeld von 24 × 18 Grad.
Das Anzeigesystem 10 gemäß der vorliegenden Erfindung weist einen Lichtleiter 20 auf, welcher einen plattenförmigen Körper 22 umfasst, hergestellt aus durchsichtigem oder halbdurchsichtigem Material mit zwei Hauptstirnflächen 22'. Der Körper des Lichtleiters 22 kann aus Glas, Polykarbonat oder Polymethylmethacrylat hergestellt sein. Der Körper des Lichtleiters 22 weist eine Dicke auf, welche bevorzugt zwischen 2 mm und 5 mm liegt. Der Körper des Lichtleiters 22 könnte zumindest eine seiner Hauptstirnflächen 22' nicht eben haben, oder auch beide der Stirnflächen eben, aber nicht parallel.
Der Lichtleiter 20 weist eine Kopplungsvorrichtung 24 auf, welche die Lichtstrahlen empfängt, welche von dem optischen System 18 kommen, und diese an den Körper des Lichtleiters koppelt. Die Kopplungsvorrichtung 24 kann aufgebaut sein aus einer optischen Komponente, die in dem Körper des Lichtleiters 22 integriert ist. In der in 3 dargestellten Ausführungsform ist die Kopplungsvorrichtung gebildet durch ein Prisma, welches eine Eingangsoberfläche 24' parallel zu den Hauptstirnflächen 22' des Körpers des Lichtleiters 22, eine Ausgangsoberfläche 24'' orthogonal zu den Hauptstirnflächen 22' des Körpers des Lichtleiters 22 und eine rundende ebene Oberfläche 25 aufweist, die ganz oder teilweise reflektierend ist und bezüglich den Oberflächen 24', 24'' geneigt ist. In der Variante der 4 ist die Kopplungsvorrichtung 24 aufgebaut durch ein Prisma, welches eine Eingangsoberfläche 24', geneigt bezüglich der Hauptstirnflächen 22' des Körpers des Lichtleiters 22, eine Ausgangsoberfläche 24'', orthogonal zu den Hauptstirnflächen 22' des Körpers des Lichtleiters 22, und eine opake, rundende Oberfläche 25 aufweist.
In beiden Fällen werden die von dem optischen System 18 kommenden Lichtstrahlen im Inneren des Körpers des Lichtleiters 22 abgelenkt und sie beginnen voranzuschreiten mit Winkeln, die größer sind als der Winkel der inneren Totalreflexion. Um dies zu erreichen, ist die Geometrie der Kopplungsvorrichtung 24, die zwischen den Satz von Strahlen, erzeugt durch das optische System 18, und den Körper des Lichtleiters 22 gesetzt ist, so, dass jeder Strahl auf die Hauptstirnfläche des Körpers 22 auftrifft in einem Winkel α bezüglich einer Richtung orthogonal zu den Hauptstirnflächen des Körpers 22, größer als der Grenzwinkel θ_lim, definiert als:
wobei n der Brechungsindex des Materials ist, aus welchem der Körper des Lichtleiters 22 besteht. Daher schreiten alle Lichtstrahlen in dem Körper 22 ohne irgendeinen Verlust an Energie voran. In beiden Varianten kann die Eingangsoberfläche 24' der Kopplungsvorrichtung 24 eben oder gekrümmt sein. Die Eingangsoberfläche 24' der Kopplungsvorrichtung 24 kann auch aus einem Beugungsgitter bestehen.
Das Licht schreitet in dem Körper des Lichtleiters 22 mit einem Minimalwinkel des Einfalls voran, der zwischen 39° und 45° liegt und einem Maximalwinkel des Einfalls, der zwischen 55° und 65° liegt. Der Grenzwinkel ist z. B. 41,8° für Polymethylmethacrylat (PMMA). Der Lichtleiter 22 gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein System 28 zur Extraktion des Bildes auf, welches aus einem halbtransparenten Gitter besteht, positioniert in der Nähe einer der Hauptstirnflächen 22' des Lichtleiters 22. Wie in 6 dargestellt, weist das Gitter 28 ein Sägezahnprofil auf, mit Oberflächen 28', die bezüglich der Hauptstirnflächen 22' geneigt sind, und es rundet sich zusammen durch Oberflächen 28'', welche im Wesentlichen senkrecht zu den Stirnflächen 22' sind.
Das Gitter ist mit einer dünnen halbreflektierenden Schicht beschichtet, in gängiger Weise abgelagert auf den Oberflächen 28'. Die halbreflektierende Schicht ist wiederum mit einer Schicht von Material beschichtet, welches einen Brechungsindex aufweist, der im Wesentlichen der gleiche ist wie der des Leiters 22, und welche eine Oberfläche aufweist, welche zum Gitter 28 zeigt, welche dessen Profil folgt, und eine ebene Oberfläche parallel zu den Hauptstirnflächen 22' des Leiters 22.
Die Oberflächen 28' reflektieren eines Teil des Lichts, welches in dem Leiter voranschreitet, mittels innerer Totalreflexion, wodurch sie den Winkel des Voranschreitens in dem Leiter gemäß den Gesetzen der Reflexion modifizieren. Der verbleibende Teil des Lichts tritt ungestört durch die Oberflächen 28' und setzt sein Fortschreiten in dem Leiter fort, bis er wiederum auf die Matrix trifft. Das Verhältnis zwischen dem reflektierten Licht und dem durch die Mikrospiegel transmittierten Licht hängt einzig von dem Reflexionsgrad der Beschichtung ab. Die Interaktion zwischen dem Licht und den rundenden Oberflächen 28'' wird insoweit minimiert, als die reflektierende Beschichtung an den Oberflächen im Wesentlichen nicht vorhanden ist dank des spezifischen Vorgangs der Beschichtung, welcher verwendet wird.
Die Lichtstrahlen schreiten in dem Leiter in einer Richtung parallel zu den Hauptstirnflächen des Körpers des Lichtleiters 22 voran und treffen auf das Gitter 28. Die Oberflächen 28' sind parallel zueinander und bezüglich der Stirnflächen des Körpers des Lichtleiters 22 in solcher Art und Weise geneigt, dass der Strahl, der im Zusammenhang steht mit der zentralen Richtung des Blickfeldes, in einer Richtung senkrecht zu den Stirnflächen des Körpers des Lichtleiters 22 extrahiert werden wird.
Die Oberflächen 28' sind vollständig eingebettet in das Material, aus dem der Körpers des Lichtleiters 22 hergestellt ist, oder sie sind ansonsten enthalten zwischen zwei Materialien, die unterschiedlich sind, aber den gleichen Brechungsindex in der Art und Weise aufweisen, dass der Teil des Strahls, welcher durch die Oberflächen 28'' in dem Körper des Lichtleiters 22, ohne irgendeiner Ablenkung unterworfen zu sein, voranschreitet.
Wenn ein Strahl die Bildextraktionsstruktur 28 erreicht, wechselwirkt er mit den Oberflächen 28'. Ein Teil der Energie des Lichtstrahls wird abgelenkt und von dem Körper des Lichtleiters extrahiert, gesetzt den Fall, dass er auf die gegenüber liegende Stirnfläche mit einem Winkel trifft, der kleiner ist als der Grenzwinkel. Der verbleibende Teil der Energie des Strahls wird durch die Oberflächen 28'' transmittiert und wird durch innere Totalreflexion von der darunter liegenden Stirnfläche des Körpers des Lichtleiters 22 reflektiert und schreitet in seinem Weiterschreiten voran, wobei er wieder mit den Oberflächen 28' bei der nächsten Reflexion wechselwirkt.
In der beispielhaft in den Figuren dargestellten Ausführungsform liegt die Bildextraktionsstruktur 28 in einer Ebene parallel zu den Stirnflächen des Körpers des Lichtleiters 22 und in der Nähe der darunter liegenden Stirnfläche. Alternativ kann die Bildextraktionsstruktur 28 auf eine Ebene gesetzt sein, welche bezüglich der Richtung des Voranschreitens des Lichts geneigt ist und welche die zwei parallelen ebenen Stirnflächen 22' des Körpers des Lichtleiters 22 rundet. Als eine weitere Alternative kann die Bildextraktionsstruktur an einer sphärischen oder ansonsten asphärischen Oberfläche festgesetzt sein, eingebettet in den Körper des Lichtleiters 22.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Strichweite des Gitters 28 500 μm und die Strahlen in der horizontalen Richtung des Blickfelds schreiten mit Winkeln voran, die zwischen 43° und 59° liegen (was einem horizontalen Blickfeld aus dem Leiter von 24° entspricht). Die Neigung der Oberflächen 28' der Mikrospiegel ist 25,5°. Die Neigung wird berechnet auf die Art und Weise, dass der Strahl, welcher der zentralen Richtung im Blickfeld entspricht, nachdem er innerhalb des Lichtleiters mit einem Winkel von 51° vorangeschritten ist, wieder davon in einer Richtung senkrecht dazu extrahiert wird.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Bildextraktionsstruktur 28 erhalten werden gemäß den folgenden Betätigungsschritten:

– Ausbildung des Körpers des Lichtleiters 22, z. B. mittels Spritzgießens oder eines Gusses; in diesem Schritt wird ein Teil der Oberfläche des Körpers des Leiters mit einem Sägezahnprofil (wie ein lineares Fresnel-Gitter) ausgebildet;
– Ablagerung einer Reflexionsschicht, z. B. mittels Verdampfen in einer Vakuumkammer, auf dem Sägezahnprofil; die reflektierende Schicht kann z. B. aus Silber oder Aluminium hergestellt sein, um einen hohen Wert an Reflexionsgrad zu garantieren und um keine signifikanten chromatischen Effekte aufzuweisen; und
– Gießen eines Polymermaterials mit optischen Eigenschaften (Brechungsindex, Achromatik und Transparenz) im Wesentlichen gleich zu denen des Körpers des Lichtleiters, um die Zähne des Sägezahnprofils einzubetten innerhalb des Körpers des Leiters mit parallelen ebenen Stirnflächen.

Der Vorgang der Ablagerung kann in hoch ausgerichteter Art und Weise derart erfolgen, dass die rundenden vertikalen Oberflächen 28' der Zähne nicht durch das reflektierende Material beschichtet werden.
Falls die Dicke der Beschichtung über das Profil der Bildextraktionsstrukur konstant ist, wird der Reflexionsgrad der einzelnen Oberflächen 28' konstant sein. Der Wert des Reflexionsgrads der Oberflächen 28' kann konstant sein und zwischen 0,10 und 0,30 liegen.
Falls der Reflexionsgrad ρ der einzelnen Oberflächen 28' konstant ist, nimmt die Intensität I des extrahierten Bildes progressiv mit der Anzahl von aufeinander folgenden Extraktionen des Strahls ab. In einer ersten Näherung weist das n-te extrahierte Bild eines jeden Strahls eine Intensität auf von: Ιn = I0(1 – ρ)n–1·ρ
Das Verhältnis zwischen den Intensitäten der Strahlen, welche in aufeinander folgenden Extraktionen extrahiert werden, ist gegeben durch:
In klassischen Systemen zur Extraktion von Licht aus einem Leiter, basierend auf Strahlteilern, sind die Transmittanz τ des Leiters (d. h. der Bruchteil des Lichtes, welcher vom Hintergrund kommt, der den Benutzer erreicht) und die Effizienz ρ der Extraktion des Lichts in dem Leiter durch die Beziehung verknüpft: τ + ρ = 1
Somit entspricht z. B. eine Transmittanz von 80% einer Extraktionseffizienz von 20%. Stattdessen erlaubt in der vorliegenden Erfindung das Vorhandensein einer Anzahl von aufeinander folgenden Extraktionen, die Menge an extrahierter Energie zu multiplizieren, so dass das vorhergehende Verhältnis verletzt wird, welches für die einzelne Extraktion Gültigkeit behält. Tatsächlich ergibt sich, falls ρ_eff die Gesamteffizienz der Extraktion des Systems ist und ρ die Effizienz der Extraktion der einzelnen Extraktionen, nach n Extraktionen: ρeff = 1 – (1 – ρ)n
Zum Beispiel findet man mit ρ = 0,2 nach n = 2 Extraktionen, dass die Gesamteffizienz ρ_eff = 0,36 ist und nach n = 3 Extraktionen, dass sie auf ρ_eff = 0,488 ansteigt. Die Transmittanz τ des Leiters bleibt in allen Fällen gleich 0,8. Mit anderen Worten, τ + ρ = 1, aber τ + ρ_eff ≥ 1.
Es ist möglich, die Position des Auges des Benutzers in solcher Art und Weise zu wählen, dass innerhalb des Blickfelds die Luminanz nicht um mehr als 30% variieren wird, ein Wert des Mangels an Uniformität, den das menschliche Auge in der Lage ist automatisch auszugleichen, wodurch verhindert wird, dass der genannte Mangel an Uniformität vom Benutzer wahrgenommen wird (Farrell, Booth, 1984, „Design handbook for imagery interpretation equipment").
Alternativ kann der Mangel an Uniformität kompensiert werden durch Verwendung einer reflektierenden Beschichtung, welche ein variables Reflexionsvermögen aufweist, für die Oberflächen 28'. Zum Beispiel kann die Reflektanz bzw. das Reflexionsvermögen der Oberflächen 28' variabel sein und sich zwischen 0,15 und 0,2 bewegen oder ansonsten zwischen 0,2 und 0,26.
Jedoch schließt eine variable Reflektanz auch eine variable Transmittanz des Körpers des Lichtleiters 22 ein. Mit anderen Worten wird der Blick des Hintergrunds durch den Lichtleiter abhängen von der Lage des Auges bezüglich dem Leiter. Die Beschichtung mit variabler Reflektanz kann daher verwendet werden, solange die Variation der Reflektanz (und somit der Transmittanz) des Leiters nicht größer als 30% ist (aus den oben beschriebenen Gründen). Die Verwendung einer Beschichtung mit variabler Reflektanz kann, sogar obwohl sie kostenintensiver zu erreichen ist verglichen mit einer Beschichtung konstanter Reflektanz, angezeigt sein, um insgesamt oder teilweise den Mangel an Homogenität der Luminanz innerhalb der Augenbewegungsbox zu kompensieren.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Koppelungsvorrichtung 24 auf solche Art und Weise erhalten, dass die Strahlen in dem Körper des Lichtleiters voranschreiten in einer solchen Art und Weise, dass irgendein Abschnitt der Stirnflächen 22' in Richtung des Voranschreitens von allen Strahlen berührt wird. Mit anderen Worten, Bezug nehmend auf 7, falls ein einzelner Strahl, der in nur einer Richtung voranschreitet, in Betracht gezogen wird, ist die Dehnung der Oberfläche des Körpers des Lichtleiters 22, welche den Strahl bei der n-ten Reflexion reflektiert, angrenzend an die Dehnung des Körpers des Lichtleiters 22, welche den Strahl bei der (n + 1)-ten Reflexion reflektiert. Dies garantiert, dass an irgendeinem Punkt des Leiters, an dem der Lichtstrahl extrahiert sein soll, der Strahl wirklich vorliegen wird.
Diese Bedingung wird erzielt unter der Bedingung, dass l = 2·d·tanαwobei l die Größe des Strahls, projiziert auf die Oberfläche der Platte, ist, d die Dicke ist und α der innere Winkel des Voranschreitens.
8 stellt den Fall dar, wo die vorgenannte Bedingung nicht erfüllt ist. Die Dreiecke ohne eine gestrichelte Linie bezeichnen die Dehnungen der Oberfläche, welche nicht von dem reflektierten Strahl bestrahlt werden.
Die Geometrie des Voranschreitens in dem Körper des Lichtleiters, mit jedem Strahl der reflektiert wird, so dass er immer benachbart zu sich selbst ist (Bedingung der 7), ist beim Moment der Extraktion nützlich, da der Teil der Strahlen, der bei der n-ten Reflexion extrahiert wird, perfekt angrenzend an den Teil sein wird, der bei der (n + 1)-ten Reflexion extrahiert wird, ohne irgendeine Überlagerung oder leere Räume. Das heißt, dass der von der Struktur für eine allgemeine Richtung extrahierte Strahl eine lineare Abmessung l' (in der Richtung des Voranschreitens innerhalb des Leiters) aufweisen wird, die gleich der linearen Abmessung (vorher bezeichnet durch l) des Strahls sein wird während einem Voranschreiten in dem Leiter, multipliziert mit der Anzahl der Extraktionen, denen der Strahl unterzogen wurde.
Dieser Effekt der Multiplikation ist offensichtlich nicht in der Richtung rechtwinklig zur Richtung des Voranschreitens erzielt. Die Nettowirkung ist eine Ex pansion der Austrittspupille des Bildformationssystems in Richtung des Voranschreitens (bezeichnet in 2 als horizontale Richtung).
Die Abmessung des Extraktionsprofils kann geometrisch berechnet werden. Falls l' die lineare Abmessung des extrahierten Strahls in Richtung des Voranschreitens in dem Leiter ist, und α die maximale Halbdivergenz (d. h. die Hälfte des horizontalen Blickfeldes) ist, ist bei Abstand d die „Augenbewegungsbox" EMB gegeben durch: EMB = l' – 2·d·tanα
Diese Berechnung ist gültig zur Abmessung des Extraktionsprofils sowohl in Richtung der Extraktion (d. h. der horizontalen Richtung) als auch in der Richtung senkrecht dazu (d. h. der vertikalen Richtung): Im ersten Fall ist l' die Breite, welche aus der Multiplikation der Abmessung mittels der vielfachen Extraktionen resultiert; im zweiten Fall ist l' nur die Breite des Strahls, wobei dort nicht irgendwelche Multiplikationen vorliegen. Falls wir eine vertikale Abmessung der EMB gleich der horizontalen Abmessung berücksichtigen, setzt dies beim Eingang eine vertikale Abmessung des Strahls größer als die horizontale Abmessung voraus.
Allgemein müssen der Abstand d zwischen dem Lichtleiter und Beobachter, bekannt als „Augenentspannungsabstand" oder ERD, zumindest gleich dem minimalen Wert sein, der zwischen 20 und 25 mm liegt, in der Art und Weise, dass der Lichtleiter nicht mechanisch mit den möglicherweise vom Benutzer getragenen Brillengläsern ins Gehege kommt.
Mit Bezugnahme auf 9 weist eine zweite Ausführungsform des Lichtleiters gemäß der vorliegenden Erfindung zwei halbreflektierende Gitter 30, 32 mit eingebetteten Mikrospiegeln auf. Das erste halbreflektierende Gitter 30 hat die Funktion der Expansion der Pupille in vertikaler Richtung und gleichzeitig des Drehens der Richtung des Voranschreitens in dem Körper des Lichtleiters 22 um 90° (von vertikal auf horizontal). Das zweite halbreflektierende Gitter 32 hat die Funktion der Expansion der Pupille in horizontaler Richtung und gleichzeitig der Extraktion des Lichts von dem Leiter (in einer Art und Weise, die im Wesentlichen gleich dem ist, was bei der eingebetteten Struktur 26 der oben beschriebenen Ausführungsform gemacht wird).
Die Gitter 30 und 32 sind in der Nähe einer der Hauptstirnflächen 22' des Lichtleiters 22 positioniert. Die Stirnfläche kann für beide die gleiche sein oder ansonsten können die Gitter 30 und 32 in der Nähe von zwei gegenüber liegenden Flächen positioniert sein. Das Gitter 30 (32) weist ein Sägezahnprofil auf, mit Oberflächen 30' (32'), geneigt bezüglich den Hauptstirnflächen 22' und zusammengerundet über die Oberflächen 30'' (32''), welche im Wesentlichen senkrecht zu den Oberflächen 22' sind.
Das Gitter 30 (32) ist mit einer dünnen halbreflektierenden Schicht beschichtet, welche bekanntermaßen an den Oberflächen 30' (32') abgelagert ist. Die halbreflektierende Schicht ist wiederum mit einer Schicht von Material beschichtet, welches einen Brechungsindex aufweist, der im Wesentlichen der gleiche ist wie der des Leiters 22, und welches eine Oberfläche aufweist, die zum Gitter 30 (32) zeigt, das dem Profil davon folgt, und eine ebene Oberfläche parallel zu den Hauptstirnflächen 22' des Leiters 22. Innerhalb des Leiters in vertikaler Richtung voranschreitend treffen die Strahlen auf die erste Struktur 30. Die Oberflächen 30' des Gitters 30 sind parallel zueinander und in einer solchen Art und Weise geneigt, dass die Strahlen, welche in dem Körper des Lichtleiters 22 voranschreiten, um 90° gedreht werden, wobei die Richtung des Voranschreitens von vertikal auf horizontal modifiziert wird. Die Oberflächen 30' sind teilweise reflektierend mit einem Reflexionsvermögen, das konstant ist oder ansonsten in Richtung des Voranschreitens (vertikale Richtung) auf solche Art und Weise zunimmt, dass der Bruchteil der Intensität des Strahls, der durch die Oberflächen 30' in aufeinander folgenden Reflexionen reflektiert wird, im Wesentlichen über die Struktur kon stant sein wird. Im Fall eines konstanten Reflexionsvermögens kann der Wert des Reflexionsvermögens zwischen 0,15 und 0,25 liegen. Im Fall, wo das Reflexionsvermögen der strahldrehenden Struktur 30 variabel ist, kann der Bereich der Änderung des Reflexionsvermögenswertes zwischen 0,20 und 0,90 reichen oder sonst zwischen 0,30 und 0,90 oder sonst zwischen 0,10 und 0,90.
Es soll angemerkt werden, wie der Bereich der Variation des Reflexionsvermögens für die strahldrehende Struktur 30 deutlich breiter sein kann als entsprechend der Extraktionsstruktur 32, wohingegen letztere innerhalb des Blickfelds des Beobachters angeordnet ist und daher eine Uniformität der Transmittanz größer oder gleich 30% garantieren muss (Farrell, Booth, 1984, „Design handbook for imagery interpretation equipment"); die Strahldrehstruktur 30 kann außerhalb des Bildfelds des Beobachters angeordnet sein und daher einen Mangel an Uniformität in der Transmission von einem Grad höher als 30% zeigen.
Die Struktur 30 ist vollständig in das Material eingebettet, aus dem der Körper des Lichtleiters 22 hergestellt ist, d. h. es ist zwischen zwei Materialien gepackt, die unterschiedlich sind, aber den gleichen Brechungsindex aufweisen, derartig, dass der Teil des Strahls, der durch die Oberflächen 30' transmittiert wird, in dem Leiter voranschreiten wird, ohne irgendeiner Ablenkung zu unterliegen.
Wenn ein Strahl, welcher in dem Leiter in vertikaler Richtung voranschreitet, die erste Struktur 30 erreicht, wechselwirkt er mit der reflektierenden Beschichtung. Ein Bruchteil des Strahls wird abgelenkt auf solche Art und Weise, dass er fortfährt, in dem Leiter mit dem gleichen Einfallswinkel bezüglich den Stirnflächen 22' des Leiters fortzuschreiten, aber in der horizontalen Richtung. Der Teil des Strahls, welcher durch die Beschichtung transmittiert wird, wird durch innere Totalreflexion von der darunter liegenden Stirnfläche des Leiters reflektiert und fährt mit seinem Voranschreiten in vertikaler Richtung fort, wobei er wieder mit den Oberflächen 30' bei nachfolgender Reflexion wechselwirkt.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Abstand der ersten Struktur 30 500 μm und die Neigung der reflektierenden Oberflächen 30' ist ungefähr 30°.
Nachdem sie einer Rotation unterzogen sind, schreiten die Strahlen in dem Körper des Lichtleiters 22 in der horizontalen Richtung voran, bis sie auf die zweite Struktur 32 treffen. Die zweite Struktur ist im Wesentlichen die gleiche wie diejenige, die in der vorhergehenden Ausführungsform beschrieben ist, und sie erfüllt die gleiche Funktion.
Die Geometrie des Voranschreitens in dem Körper des Lichtleiters 22 mit jedem Strahl, der reflektiert wird, um immer angrenzend zu sich selbst zu sein (Bedingung der 7), ist sowohl im Moment der Drehung um 90° sinnvoll, ausgeführt durch die erste Struktur 30, als auch im Moment der durch die zweite Struktur 32 ausgeführten Extraktion, da der Teil des Strahls, welcher bei der n-ten Reflexion extrahiert wird, perfekt angrenzen wird an den Teil, der bei der (n + 1)-ten Reflexion extrahiert wird, ohne irgendeine Überlagerung oder leere Räume. Das bedeutet, dass der von der Struktur für eine allgemeine Richtung extrahierte Strahl eine lineare Dimension l' in horizontaler (oder vertikaler) Richtung aufweisen wird, die gleich ist zu der linearen Dimension (vorher bezeichnet durch l) des Strahls während des Voranschreitens in dem Leiter, multipliziert mit der Anzahl der Extraktionen (oder Ablenkungen), denen der Strahl unterworfen war.
Die Nettowirkung ist eine Expansion der Austrittspupille des Bildformationssystems sowohl in vertikaler Richtung, dank der ersten Struktur 30, als auch in horizontaler Richtung, dank der zweiten Struktur 32.
Verglichen mit den optischen Lösungen zur Projektion eines Bildes, die auf dem Markt vorhanden sind, bietet die Lösung gemäß der vorliegenden Erfindung zahlreiche Vorteile, unter anderen:

– kostengünstige Herstellung;
– Abwesenheit von chromatischen Effekten;
– Abwesenheit von Beugungseffekten sowohl bei Transmission als auch bei Extraktion;
– gute Extraktionseffizienz; und
– ausgezeichnete Durchsichtseigenschaften.

Claims

Lichtleiter für Anzeigevorrichtungen des am Kopf angebrachten oder Head-Up-Typs, aufweisend: – einen Körper des Lichtleiters (22), welcher zumindest zum Teil für sichtbares Licht durchsichtig ist; – eine Kopplungsvorrichtung (24), dem Körper des Lichtleiters (22) zugeordnet und gestaltet, um den Körper (22) an ein optisches System (18) zu koppeln, gestaltet um ein Bild zu erzeugen, wobei die Kopplungsvorrichtung (24) in solcher Art und Weise erhalten wird, dass die Lichtstrahlen, welche vom optischen System (18) kommen, in den Körper des Lichtleiters (22) eintreten und in dem Körper (22) durch innere Totalreflexion vorangehen; und – ein Bildextraktionsgitter, welches gestaltet ist, um die Lichtstrahlen, welche im Körper des Lichtleiters (22) vorangehen, so zu extrahieren, um es einem Beobachter zu erlauben, das extrahierte Bild auf einem Hintergrund, sichtbar in einer Transparenz durch den Körper des Lichtleiters (22) zu betrachten; – wobei das Extraktionsgitter (32) in der Nähe von einer der äußeren Oberflächen des Leiters festgelegt ist; wobei der Lichtleiter dadurch gekennzeichnet, dass – das Extraktionsgitter (32) ein Sägezahnprofil aufweist; – das Extraktionsgitter (32) mit einer teilweise reflektierenden Beschichtung beschichtet ist, häufig auf der Oberfläche der Zähne abgelagert, welche bezüglich der Oberflächen (22) des Leiters am wenigsten geneigt sind; und – die Beschichtung wiederum mit einer Schicht von Material beschichtet ist, welches einen Brechungsindex aufweist, der im Wesentlichen der gleiche ist wie der des Körpers des Lichtleiters (22), und eine Oberfläche aufweisend, welche dem Extraktionsgitter (32) gegenüber liegt, welche dem Sägezahnprofil folgt, und eine weitere ebene Oberfläche, welche im Wesentlichen parallel zu der äußeren Oberfläche des Leiters in einem Bereich ist, entsprechend welchem das Gitter ist.
Lichtleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er ein Strahl-Rotationsgitter (30) aufweist, festgelegt zwischen der Kopplungsvorrichtung (24) und dem Bildextraktionsgitter (32).
Lichtleiter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass: – das Rotationsgitter (30) in der Nähe von einer der äußeren Oberflächen des Leiters festgesetzt ist; – das Rotationsgitter (30) ein Sägezahnprofil aufweist; – das Extraktionsgitter (32) mit einer teilweise reflektierenden Metallschicht beschichtet ist, häufig auf den Oberflächen der Zähne abgelagert, welche bezüglich den Oberflächen (22) des Leiters am wenigsten geneigt sind; und – die Metallschicht mit einer Schicht von Material beschichtet ist, welches einen Brechungsindex aufweist, der im Wesentlichen gleich ist wie der des Körpers des Lichtleiters (22), und eine Oberfläche aufweisend, welche dem Sägezahnprofil des Extraktionsgitters (32) folgt, und eine weitere ebene Oberfläche, welche im Wesentlichen parallel zu der äußeren Oberfläche des Leiters in einem Bereich ist, zu dem entsprechend das Gitter hergestellt ist.
Lichtleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Extraktionsgitter (32) so hergestellt ist, um das Licht in mehreren aufeinanderfol genden Reflexionen zu extrahieren, um so eine Ausgangspupille entlang der Komponente der Richtung der Ausdehnung der Strahlen auszudehnen, welche parallel zu den Haupt-Stirnflächen des Körpers des Lichtleiters (22) ist.
Lichtleiter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Licht in mehreren aufeinanderfolgenden Reflexionen so rotiert wird, um die Ausgangspupille gemäß der Komponente der Richtung der Ausdehnung der Strahlen parallel zu den ebenen Stirnflächen des Körpers des Lichtleiters (22) auszudehnen.
Lichtleiter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Licht in mehreren aufeinanderfolgenden Reflexionen rotiert wird und in mehreren aufeinanderfolgenden Reflexionen extrahiert wird, um die Ausgangspupille auszudehnen gemäß der Komponente der Richtung der Ausdehnung der Strahlen, welche parallel zu den Haupt-Stirnflächen des Körpers des Lichtleiters (22) ist und in einer Richtung senkrecht zu der Komponente.
Lichtleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungsvorrichtung (24) auf eine solche Art und Weise erhalten wird, dass die Strahlen sich in dem Körper des Lichtleiters (22) auf eine solche Art und Weise ausbreiten, dass irgendein Querschnitt der Oberfläche des Leiters in der Richtung der Ausdehnung durch die Strahlen berührt wird.
Lichtleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflexionsgrad des Gitters konstant ist und zwischen 0,15 und 0,25 liegt.
Lichtleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflexionsgrad des Gitters variabel ist und zwischen 0,15 und 0,2 liegt.
Lichtleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflexionsgrad des Gitters variabel ist und zwischen 0,20 und 0,26 liegt.
Lichtleiter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflexionsgrad des Strahl-rotierenden Gitters (30) konstant ist und zwischen 0,15 und 0,25 liegt.
Lichtleiter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflexionsgrad des Strahl-rotierenden Gitters (30) variabel ist und zwischen 0,20 und 0,90 liegt.
Lichtleiter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflexionsgrad des Strahl-rotierenden Gitters variabel ist und zwischen 0,30 und 0,90 liegt.
Lichtleiter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflexionsgrad des Strahl-rotierenden Gitters variabel ist und zwischen 0,10 und 0,90 liegt.
Lichtleiter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der sägezahnförmigen Profile mit einem Material beschichtet ist, ausgewählt aus der Gruppe, welche Chrom und Aluminium aufweist.
Lichtleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bildextraktionsgitter (32) in einer Ebene parallel zu den Haupt-Stirnflächen (22') des Körpers des Lichtleiters (22) liegt, welche den größten Abstand vom Beobachter aufweisen.
Lichtleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bildextraktionsgitter (32) in einer Ebene liegt, geneigt bezüglich den Haupt- Stirnflächen (22') des Körpers des Lichtleiters (22), und welche zwei parallele ebene Stirnflächen (22') des Körpers des Lichtleiters (22) rundet.
Lichtleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper des Lichtleiters (22) aus einem Material besteht, gewählt aus der Gruppe, welche Glas, Polycarbonat und Polymethylmethacrylate aufweist.
Lichtleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Licht im Körper des Lichtleiters (22) ausbreitet mit einem Minimalwinkel des Einfalls zwischen 39° und 45° und einem Maximalwinkel des Einfalls zwischen 55° und 65°.
Lichtleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper des Lichtleiters (22) eine Dicke von zwischen 2 mm und 5 mm aufweist.
Lichtleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungsvorrichtung eine ebene Eingangsoberfläche (24') aufweist.
Lichtleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungsvorrichtung (24) eine gekrümmte Eingangsoberfläche (24') aufweist.
Lichtleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungsvorrichtung (24) eine Eingangsoberfläche (24') aufweist, welche aus einem streuenden Gitter besteht.
Lichtleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungsvorrichtung (24) ein Prisma ist, welches eine Eingangsoberfläche (24') aufweist, parallel zu einer ebenen Stirnfläche (22') des Körpers des Lichtleiters (22), eine Ausgangsoberfläche senkrecht zur ebenen Stirnfläche (22'), und eine ganz oder teilweise reflektierende rundende ebene Oberfläche (25), welche bezüglich der Eingangsoberfläche (24') und der Ausgangsoberfläche (24'') geneigt ist.
Lichtleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungsvorrichtung (24) ein Prisma ist, welches eine Eingangsoberfläche (24'), geneigt bezüglich einer ebenen Stirnfläche (22') des Körpers des Lichtleiters (22), eine Ausgangsoberfläche (24''), rechtwinklig zur ebenen Stirnfläche (22'), und eine lichtundurchlässige rundende Oberfläche (25) aufweist.
Lichtleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper des Lichtleiters (22) zumindest eine seiner Haupt-Stirnflächen (22') aufweist, welche nicht eben ist.
Lichtleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper des Lichtleiters (22) in eine Linse für Brillen integriert ist.
Lichtleiter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper des Lichtleiters (22) in eine Linse für Brillen integriert ist.
Lichtleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper des Lichtleiters (22) auf einen Brillenrahmen gesteckt ist und innerhalb des Blickfeldes des Beobachters positioniert ist.
Lichtleiter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper des Lichtleiters (22) auf einen Brillenrahmen gesteckt ist und innerhalb des Blickfeldes des Beobachters positioniert ist.
Lichtleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigevorrichtung ein Blickfeld von 24° × 18° aufweist.
Lichtleiter gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigevorrichtung ein Blickfeld von 24° × 18° aufweist.
Lichtleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigevorrichtung ein Blickfeld von 16° × 12° aufweist.
Lichtleiter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigevorrichtung ein Blickfeld von 16° × 12° aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Lichtleiters nach Anspruch 1, aufweisend die folgenden Schritte. a) Ausformen des Leiters mit den sägezahnförmigen Gittern (28, 30, 32), hergestellt an der Oberfläche, unter Verwendung eines der Verfahren, gehörend zu der Gruppe: Spritzgießen, Heißprägen, Gießen; b) Maskieren der Oberflächen des Leiters mit Ausnahme des sägezahnförmigen Gitters (28, 30, 32); c) Ablagern einer Metallschicht mit variablem Reflexionsgrad auf dem sägezahnförmigen Gitter; d) Entfernen der Maske; e) Einfügen des Leiters in eine Form zum Gießen; f) Ablagern des Harzes an der Oberfläche des Gitters; und g) Polymerisieren des Harzes; wobei die Schritte von b) bis g) für jedes am Leiter vorhandene sägezahnförmige Gitter wiederholt werden.
Verfahren nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren einen Schritt der Ablagerung einer Anti-Kratzbeschichtung aufweist, hergestellt durch Eintauchen.
Verfahren nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablagerung der Metallschicht in Schritt c) durch CVD, PVD oder Sputtern ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablagerung des Harzes in Schritt f) durch Gießen ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymerisation des Harzes in Schritt g) durch thermische oder UV-Bestrahlungsmittel durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Ablagerung der Metallschichten dort eine Plasmabehandlung oder chemische Behandlung verwendet wird zur Verbesserung der Haftung davon auf dem Substrat.
Verfahren nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass der variable Reflexionsgrad der Beschichtung erreicht wird mit einer Relativbewegung des Leiters bezüglich einer perforierten Maske, festgesetzt zwischen dem Leiter und dem Tiegel, welcher das zu verdampfende Metall enthält.
Verfahren nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, dass die Form der Maske bestimmt wird durch das Profil des Reflexiongsgrades, welches zu erhalten gedacht ist.
Verfahren nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass nach Schritt f) und vor Schritt g) ein dünnes Glas auf dem Harz abgelegt wird, um eine Planarität der oberen Oberfläche der Beschichtung zu garantieren.