DE3523032A1 - Holographisches wiedergabesystem - Google Patents

Holographisches wiedergabesystem

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DE3523032A1 DE19853523032 DE3523032A DE3523032A1 DE 3523032 A1 DE3523032 A1 DE 3523032A1 DE 19853523032 DE19853523032 DE 19853523032 DE 3523032 A DE3523032 A DE 3523032A DE 3523032 A1 DE3523032 A1 DE 3523032A1
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Description

Müller, Schupfner & Gauger Postfach 80 13 69 D-8000 München
Hans-Jürgen Müller Gerhard D. Schupfner r 0 ~ η ο ο Hahs-Peter Gauger ό ° z J u J l Patentanwälte European Patent Attorneys Mandataires en brevets europeens
Dr.-Ing. Robert Poschenrieder
(1931-1972) -*
Dr.-Ing. Elisabeth Boettner
(1963-1975)
Dipl.-Ing. Hans-Jürgen Müller
Dipl.-Chem. Dr. Gerhard Schupfner*
Dipl.-Ing. Hans-Peter Gauger
Postfach 8013 69 Lucile-Grahn-StraSe 38 D-8000 München 80
Telefon: (0 89) 4 70 60 55/56 Telex: 5 23016 Telegramm / cable: Zetapatent®. München
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Unser Zeichen / Our ref.
GFK-2802
Betrifft:/Ref.: Anwaltsakte: GFK-2802
München/Munich,
27. Juni 1985
FORD-WERKE AKTIENGESELLSCHAFT
OTTOPLATZ 2, 5000 KÖLN-DEÜTZ (DE)
Holographisches Wiedergabesystem
ORIGINAL INSPECTED
'Büro/Office Karlstraße 5 2110 Buchholz Telefon: (04181) 44 57 Telex:
2189330
Konten Gauger:
Stadtsparkasse München: 29-16 73 50 (BLZ 701500 00)
Postscheck München: 27 66 88-808 (BLZ 700100 80)
3523C32 if
Die Erfindung bezieht sich auf ein holographisches Wiedergabesystem nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Bei einem aus der US-PS 3 737 212 bekannten Wiedergabesystem dieser Art ist zur Ermöglichung einer sog. Headup-Wiedergabe im Cockpit eines Luftfahrzeuges ein a.a.O. so bezeichnetes Mischglas verwendet, auf welches das von einer Kathodenstrahlröhre gelieferte Bild projiziert wird. Dabei sind zwischen der Kathodenstrahlröhre und diesem Mischglas ein Spiegel und eine Linse als optische Elemente angeordnet, denen für die Headup-Wiedergabe im Strahlengang hinter dem Mischglas ein zweites Mischglas in der Ausbildung einer sphärischen Beugungslinse nachgeschaltet ist, um so für den Piloten aus der eine konkave Parabolflache aufweisenden Kathodenstrahlröhre eine projizierte Instrumentenanzeige zu erhalten. Diese sphärische Beugungslinse kann bei diesem bekannten Wiedergabesystem unter der Voraussetzung durch eine holographische Beugungslinse ersetzt sein, daß eine Kathodenstrahlröhre verwendet wird, die zur Erzeugung von hochenergetischen Lichtstrahlen mit im Schmalbandbereich liegenden Wellenlängen Phosphorschichten aufweist, welche zu einer dann noch gegebenen Möglichkeit einer guten Wahrnehmbarkeit der in das Blickfeld des Piloten projizierten Instrumentenanzeige und damit also zur Verringerung von innewohnenden Aberrationen mit seltenen Erden dotiert sind.
Bei einem aus der US-PS 4 218 118 weiterhin bekannten Wiedergabesystem der angegebenen Gattung ist ein mit verschiedenen Relaislinsen noch komplexer ausgebildetes optisches System verwendet, um die auch dabei an einem ebenfalls zur
ORIGINAL INSPECTED
Mischung der durch solche Relaislinsen gebeugten und dezentralisierten Strahlen vorgesehenen holographischen Element auftretende Aberration zu kompensieren.
Die durch die Patentansprüche gekennzeichnete Erfindung löst die Aufgabe, ein insbesondere zur Verwendung bei Kraftfahrzeugen geeignetes holographisches Wiedergabesystem der angegebenen Gattung bereitzustellen, mit dem kostengünstiger eine verbesserte holographisches Dispersionskorrektur erhalten werden kann.
Die mit dem erfindungsgemäßen holographischen Wiedergabesystem erzielbaren Vorteile liegen im wesentlichen darin, daß mit der Verwendung der beiden beabstandet angeordneten Hologramme jetzt ohne die Notwendigkeit zu einem Rückgriff auf ein noch zusätzlich vorgesehenes teures optisches System ein virtuelles Bild für den Betrachter projiziert werden kann, das beispielsweise bei Verwendung einer sog. Vakuum-Fluoreszenzanzeige (VFD), die bereits in einigen Ford-Fahrzeugmodellen für eine in einem Breitbandbereich von etwa 460 bis 580 nm der Wellenlänge liegende Instrumentenanzeige benutzt wird, frei von jeder chromatischen Aberration und gleichzeitig auch vor einem hellen Hintergrund stark kontrastreich ist. Die damit durch dieses holographische Wiedergabesystem entsprechend kostengünstig zu erhaltende überlagerung einer visuellen Direktanzeige mit deren virtuellem Bild läßt sich damit auch ohne weiteres bei Kraftfahrzeugen für eine Projektion der Instrumentenanzeige im Blickfeld des Fahrers mit einer Anordnung des virtuellen Bildes vor der Windschutzscheibe und außerhalb des Fahrgastraumes verwirklichen, indem dabei dann dieses mit einer solchen VFD-Instrumentenanzeige erhaltene virtuelle Bild selbst dann noch für den Fahrer klar erkennbar bleibt, wenn die Windschutzscheibe beispielsweise unter direkter Sonneneinstrahlung steht. Das Wiedergabesystem ist daneben natürlich auch für andere holographisch projizierte Anzeigen geeignet, so beispielsweise für Videospiele, Simulatoren usw., wenn dafür die bei-
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den Hologramme in bezug auf die Strahlenquelle eine jeweils entsprechend angepaßte Anordnung und Ausrichtung erfahren.
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen holographischen Wiedergabesystems ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher erläutert. Es zeigt
Figur 1 eine Schemadarstellung des Wieder
gabesystems in einer Verwendung bei einem Kraftfahrzeug,
Figur 2 eine Schemadarstellung des Strahlen
ganges bei dem Wiedergabesystem gemäß Figur 1 zur Veranschaulichung von" dessen chromatischer Dispersionskorrektur und
Figuren 3 und 4 Schemadarstellungen zur Veranschaulichung des Arbeitsprinzips der beiden Hologramme in der Ausbildung als bildfreie Trägerplatten bei dem Wiedergabesystem gemäß Figur 1.
Das holographische Wiedergabesystem gemäß den Figur 1 und 2 umfaßt für die Verwendung bei einem Kraftfahrzeug zwei im wesentlichen parallel zueinander angeordnete Hologramme A und B, mittels welcher für den Fahrer des Kraftfahrzeuges als Betrachter C vor der Windschutzscheibe 40 und außerhalb des Fahrgastraumes ein virtuelles Bild 10' von der mit einer Strahlenquelle 10 ausgerüsteten Instrumentenanzeige erhalten wird. Das erste Hologramm A ist dabei in einem Abstand OR von der Strahlenquelle 10 außerhalb des direkten Blickfeldes des Fahrers unterhalb der Instrumententafel 30 des Fahrzeuges angeordnet und weist einen Abstand D zu dem zweiten Hologramm B auf, das planparallel an der Windschutzscheibe 4 0 angeordnet ist oder ein Laminat derselben bilden kann. Der Neigungswin-
ORIGINAL INSPECTED
kel der Windschutzscheibe 40, bezüglich welcher das virtuelle Bild 1O1 von der Instrumöntenanzeige in einem Abstand OR erhalten wird, ist damit primär bestimmend für die beiden AbstandsgrÖßen OR. und D sowie den Neigungswinkel O£ und damit auch den Neigungswinkel /Q , unter welchem das erste Hologramm A in bezug auf die Strahlenquelle 10 in dem unterhalb der Instrumententafel 30 zur Verfügung stehenden Raum des Fahrzeuges anzuordnen ist.
Die Strahlenquelle 10 besteht aus einer ein Breitband von etwa 4 60 bis 580 nm der Wellenlänge li'eferndei» Vakuum-Fluoreszenzanzeige (VFD), jedoch können für das Wiedergabesystem auch andere, ein Breitband ähnlicher Größenordnung ihrer Wellenlänge liefernde Strahlenquellen verwendet werden. Die von dieser VFD-Strahlenquelle 10 gelieferten Strahlen ρ sind polychromatisch und enthalten somit nach der Darstellung in Figur 2 blaue, grüne und rote Lichtanteile der Wellenlängen -A.g'v-^q ^/Λλ. Diese drei unterschiedlichen WeI- \ lenlängen erfahren durch die1 beiden Hologramme A und B eine der folgenden Braggschen Gleichung folgende Beugung: *
2 nd sin Q^ =Λ: βπ = aresin
t>r Br
2 nd
wobei: d = Abstand benachbarter Beugungsstrahlen
Beu
ref
η = BeugungsOrdnung oder Ordnung der Strahlungslektion.
.A= Wellenlänge der Strahlung Halbwinkel zwischen auftreffendem und gebeugtem Strahl,
Durch eine geometrisch gleiche Ausbildung der beiden Hologramm A und B werden folglich von der die drei unterschiedlichen Wel· lenlängen aufweisenden Strahlung ρ der Strahlenquelle 10 übereinstimmend entsprechend unterschiedlich, bei den beiden Hologrammen jedoch gleich gebeugten Strahlen p' erhalten, die sich in dem Abstand OR von dem Hologramm B zu dem virtuellen Bild 10' vereinigen, das frei von jeder chromatischen Disper-1
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sion ist. Dieses von einer chromatischen Dispersion freie virtuelle Bild 10' wird dabei als Projektion der Strahlenquelle 17 allerdings nur dann erhalten, wenn die beiden Hologramme A und B zumindest nahezu völlig übereinstimmende Beugungskennlinien ergeben. Sofern der Winkel zwischen dem Primärstrahl und dem gebeugten Strahl nur bei einer der drei unterschiedlichen Wellenlängen an dem zweiten Hologramm B in bezug auf den entsprechenden Winkel an dem ersten Hologramm A um nur wenige Winkelgrade abweichen sollte, so beispielsweise um einen Winkelunterschied von bereits 5°, dann ,wird damit ein virtuelles Bild 10' erhalten, das sich für den Betrachter C "verschmiert" und jedenfalls nur entsprechend ungenau erfassen läßt. Andererseits wird ein äußerst konturenscharfes und gleichzeitig äußerst kontrastreiches virtuelles Bild 10' erhalten, wenn die beiden Holgramme A und B geometrisch völlig gleich ausgebildet sind und für ihre Anordnung bezüglich der Strahlenquelle 10 auch die Abstände OR. und D sowie die Neigungswinkel oC und/o präzise eingehalten werden.
Die beiden Hologramme A und B sind zweckmäßig durch sog. bildfreie Trägerplatten gebildet, um damit eine ebenfalls der Braggschen Gleichung folgende Anwendung eines monochromatischen Punktquellen-Objektstrahls und eines parallel gerichteten monochromatischen ReferenzStrahls einer in einem Breitband von etwa 460 bis 580 nm einer VFD-Strahlenquelle zentrierten Wellenlänge zu ermöglichen. Die Bereitstellung solcher bildfreier Trägerplatten für die beiden Hologramme erfordert dann lediglich die Einhaltung einer übereinstimmenden Brennweite, welche definiert wird durch den Abstand zwischen der den divergierenden Objektstrahl bildenden monochromatischen Punktquelle und der Ebene der das jeweilige Hologramm bildenden Trägerplatte. Die Brennpunkteigenschaften der das erste Hologramm A bildenden Trägerplatte lassen sich dann unter Hinweis auf die Darstellung der Figur 3 durch die folgende, für eine einfache dünne Linse gültige Gleichung ermitteln:
ORIGINAL INSPECTED
y- 9.
0C 0C 1 =
wobei: Rc 1 =
fc 1 =
1
Rc fc
C1 c
Abstand zwischen der einen divergierenden Objektstrahl bildenden Punktwuelle und der Trägerplatte,
Abstand zwischen der einen parallel gerichteten Referenzstrahl bildenden Punktquelle und der Trägerplatte und
Brennweite der Trägerplatte.
Da bei der vorstehenden Gleichung der mit dem Abstand R^1 gebildete Term den Wert 0 innimmt, ergibt sich aus dieser Gleichung die Cleichheit der BjsfenrAreite f * mit dem Abstand 0^1 der den Objektatürahl bildenden Punktquelle von der das Hologramm"· A feilaenden Trägerplatte. Gleichartig ergibt sich untetf Hinweis auf die zeicftneürische Darstellung der Figur 4 für diö da§ Hologramm B bildende Trägerplatte eine Gleichheit von deren Brennweite f_,„ mit einem entsprechenden Abstand Or~, womit für das holographische Wiedergabesystem gemäß Figur 1 für eine Verwendung bei einem Kraftfahrzeug mit einer Anordnung des ersten Hologramms A zusammen mit der Strahlenquelle 10 unterhalb der Instrumententafel 30 und einer Anordnung des zweiten Hologramms B an der Windschutzscheibe 40 die folgende Gleichung aufgestellt werden kann:
0C 0R
1 1
0R 0C 0R " 0
K2 C2 R1
wobei: O = Abstand zwischen der den Objektstrahl
bildenden Punktquelle und der das Hologramm B bildenden Trägerplatte,
C1 = Abstand zwischen der den Objektstrahl bildenden Punktquelle und der das Hologramm A bildenden Trägerplatte,
BAD IGINS
R1 = Abstand zwischen der die Strahlenquelle 10 bildenden Instrumententafel und dem ersten Hologramm A,
D = Abstand der beiden Hologramme A und B und
R„ =■ Abstand zwischen dem virtuellen Bild 10' und dem zweiten Hologramm B.
Unter Berücksichtigung dieser formelmäßigen Zusammenhänge kann damit für das virtuelle Bild 10' jede gewünschte Vergrößerung als eine Überlagerung zu einer visuellen Instrumentenanzeige zur Verfügung gestellt werden, da sich diese Vergrößerung aus dem Verhältnis des Abstandes des virtuellen Bildes 20' von dem zweiten Hologramm B zu der Weglänge des zur Erzeugung dieses virtuellen Bildes benutzten Objektstrahls
t. *
entsprechenderer folgenden Gleichung ergibt:
O O +D (O - O )
C1 R1 R1 C1
O O + (O - O) (D - O )
C R R C C
Durch eine Veränderung lediglich der Abstände O1 und D bei einer Anordnung der beiden Hologramme A und B ist es damit aber auch auf entsprechend einfache Weise möglich, bei einem Kraftfahrzeug jede für das virtuelle Bild 10' einer Instrumentenanzeige gewünschte Vergrößerung variabel zur Verfügung zu stellen.
INSPECTED

Claims (8)

Hans-Jürgen Müller Gerhard D. Schupfner Telefon: (o89) 4 ro60 55/56 "' Hans-Peter Gauger Telex: 5 23016 Postfach 8013 69 Patentanwälte Telegramm / cable: Lucile-Grahn-Straße 38 European Patent Attorneys Zetapatent® München D-8000 München ao Mandataires en brevets europeens Anwaltsakte: GFK-2802 Patentansprüche
1. Holographisches Wiedergabesystem insbesondere zur Verwendung bei Kraftfahrzeugen, mit einer ein sichtbares Bild erzeugenden Strahlenquelle, deren Strahlen durch ein Hologramm reflektierend gebeugt werden, dadurch gekennzeichnet , daß ein zweites Hologramm (B) zu dem ersten Hologramm (A) beabstandet angeordnet ist, um von dessen reflektierend gebeugten Strahlen (p1) ein virtuelles Bild (101) für den Betrachter (C) zu projizieren.
2. Holographisches Wiedergabesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die beiden Hologramme (A, B) geometrisch gleich ausgebildet sind.
3. Holographisches Wiedergabesystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die beiden Hologramme (A,B) im wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind.
4. Holographisches Wiedergabesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die beiden Hologramme (A,B) durch bildfreie Trägerplatten gebildet sind.
5. Holographisches Wiedergabesystem nach Anspruch 4, dadurch gekennz e lehnet , daß die beiden Hologramme (A, B) für eine der Braggschen Gleichung folgende Anwendung eines monochromatischen Punktquellen-Objektstrahls und
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eines parallel gerichteten monochromatischen Referenzstrahls einer in einem Breitband von etwa 460 bis 580 nm einer Vakuum-Fluoreszenzanzeige zentrierten Wellenlänge eingerichtet sind.
6. Holographisches Wiedergabesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß das zweite Hologramm (B) planparallel an der Windschutzscheibe (40) eines Kraftfahrzeuges für eine Projektion des virtuellen Bildes (10') außerhalb des Fahrgastraumes angeordnet ist und daß das erste Hologramm (A) und die Strahlenquelle (10) eine Anordnung außerhalb des direkten Blickfeldes des Fahrers aufweisen.
7. Holographisches %iedergabesystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß das zweite Hologramm (B) in den im Blickfeld des Fahrers liegenden Bereich der Windschutzscheibe (40) integriert ist.
8. Holographisches Wiedergabesystem nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet , daß für die Wiedergabe einer Instrumentenanzeige die Strahlenquelle (10) und das erste Hologramm (A) unterhalb der Instrumententafel (30) des Kraftfahrzeuges angeordnet sind.
ORIGINAL INSPECTED
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