用于制造计算机生成的全息图的方法和设备、全息图以及用于车辆的照明装置
阅读说明：本技术 用于制造计算机生成的全息图的方法和设备、全息图以及用于车辆的照明装置 (Method and device for producing a computer-generated hologram, hologram and lighting device for a vehicle ) 是由 M·吉尔 于 2020-03-20 设计创作，主要内容包括：用于制造计算机生成的全息图的方法,包括如下方法步骤：产生参考光束(4、4’)；产生物体光束(3)；将有关全息图的计算机生成的信息调制到物体光束(3)上；使物体光束(3)和参考光束(4、4’)在光敏的记录材料(1)上或中叠加以曝光全息图,依次对光敏的记录材料(1)的多个区段分别同时加载物体光束(3)和参考光束(4、4’),以便制造多个子全息图,所述参考光束(4、4’)照射到记录材料(1)的第一区段的表面上的照射角(α)与参考光束(4、4’)照射到记录材料(1)的第二区段的表面上的照射角(α’)不同,参考光束(4、4’)的照射角(α、α’)的改变通过改变参考光束(4、4’)在透镜(9a、13a)上的照射点来实现,参考光束(4、4’)在通向光敏的记录材料(1)的路径上穿过所述透镜。(Method for producing a computer-generated hologram, comprising the method steps of: generating a reference beam (4, 4'); generating an object beam (3); modulating computer-generated information about the hologram onto the object beam (3); superimposing the object beam (3) and the reference beam (4, 4 ') on or in the light-sensitive recording material (1) for exposing a hologram, successively simultaneously applying the object beam (3) and the reference beam (4, 4') to a plurality of sections of the light-sensitive recording material (1), respectively, in order to produce a plurality of sub-holograms, the irradiation angle (alpha) at which the reference beam (4, 4 ') impinges on the surface of a first section of the recording material (1) differs from the irradiation angle (alpha ') at which the reference beam (4, 4 ') impinges on the surface of a second section of the recording material (1), the variation of the irradiation angle (alpha, alpha ') of the reference beam (4, 4 ') being effected by varying the point of impingement of the reference beam (4, 4 ') on a lens (9a, 13a) through which the reference beam (4, 4 ') passes on its way to the light-sensitive recording material (1).)
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1前序部分所述的用于制造计算机生成的全息图的方法、一种根据权利要求8前序部分所述的用于制造计算机生成的全息图的设备、一种通过这种方法制造的和/或利用这种设备制造的全息图、以及一种具有这种全息图的用于车辆的照明装置。
背景技术
由DE102016107210A1已知开头提及类型的方法、设备、全息图和照明装置。在其中描述的方法中，将由多个子全息图构成的全息图曝光到光敏的记录材料中。在此，用物体光束和参考光束连续地加载记录材料的对应于各个子全息图的区段。物体光束由光调制器利用计算机生成的全息图信息调制。全息图或以所述全息图作为主全息图制造的副本全息图可以集成到机动车的前照灯中。
在制造全息图时，用于重构的光源的特性起到决定性作用。用于重构全息图的光源相对于在制造过程中使用的光源的特性(例如发散度)的变化导致重构的图像的剧烈变化。同样情况适用于全息图所施加到其上的基底几何结构的改变。用于制造计算机生成的全息图的设备通常局限于简单的基底形状。自由形状基底仅是限制性可行的或者不可行的。计算机生成的全息图或被所述全息图所包含的子全息图在现有技术中在其重构角度上没有针对不同光源的辐射特性进行优化，并且用于制造的方法局限于透射全息图、反射全息图或边缘照明全息图。
发明内容
本发明所基于的问题是，提供一种开头提及类型的方法和设备，所述方法和所述设备在制造全息图时能考虑到用于重构全息图的光源的特性和/或应当将全息图施加到其上的基底的几何结构。此外，应当给出一种通过这种方法制造的和/或利用这种设备制造的全息图以及一种具有这种全息图的用于车辆的照明装置。
根据本发明，这通过一种开头提及的类型的具有权利要求1特征部分的特征的方法、一种开头提及类型的具有权利要求8特征部分的特征的设备、一种具有权利要求14的特征的全息图和一种具有权利要求15所述的特征的照明装置来实现。各从属权利要求涉及本发明的优选实施方案。
根据权利要求1规定，参考光束照射到记录材料的第一区段的表面上的照射角与参考光束照射到记录材料的第二区段的表面上的照射角不同，其中，参考光束的照射角的改变通过参考光束在透镜上的照射点的改变来实现，参考光束在通向光敏的记录材料的路径上穿过所述透镜。以这种方式，能够以不同的照射角的参考光束读入不同的子全息图，使得在写入全息图时能够考虑到用于重构全息图的光源的特性和/或基底的几何结构。例如，能够根据用于重构的光源的发散度或根据基底(全息图应当施加到所述基底上)的曲率，对于不同的子全息图选择参考光束的不同的照射角。在此可行的是，为每个子全息图几乎连续地匹配在参考光束与物体光束之间的角度，并且因此为弯曲的基底创造前提，以及能实现匹配于各种光源的不同的辐射特性。通过改变参考光束在透镜上的照射点，能够以简单的方式改变参考光束在记录材料上的照射角。
例如，可以通过在透镜的光学轴线与参考光束在透镜上的照射点之间的不同的径向距离来产生参考光束在记录材料的各区段的表面上的不同的照射角。为此，所述参考光束可以平行于透镜的光学轴线照射到透镜上。
存在如下可行方案：所述光敏的记录材料具有平坦的表面。尽管如此，通过根据本发明的方法能够实现，全息图在施加到弯曲的基底上之后可以重构所述全息图。
可以规定，使光敏的记录材料在为了制造第一子全息图而利用物体光束和参考光束进行的曝光与为了制造第二子全息图而利用物体光束和参考光束进行的曝光之间运动、特别是在与记录材料的平坦的表面平行的平面内运动。以这种方式能够依次地写入各个子全息图。
在此，透镜的光学轴线可以垂直于所述平面定向，在所述平面内使光敏的记录材料在对两个子全息图的制造之间运动。
存在如下可行方案：所制造的计算机生成的全息图是透射全息图或反射全息图或边缘照明全息图。在此可行的是，借助唯一一个构造结构不仅制造透射全息图、反射全息图而且制造边缘照明全息图。
可以规定，所制造的计算机生成的全息图用作用于制造副本全息图的主全息图。所述副本全息图例如可以被读入薄的柔性的膜中。然后例如可以将所述膜施加到照明装置的、特别是前照灯的曲面上。
根据权利要求8规定，用于使物体光束和参考光束叠加的光学器件构造为，使得参考光束照射到记录材料的第一区段的表面上的照射角与参考光束照射到记录材料的第二区段的表面上的照射角不同，其中，用于使物体光束和参考光束叠加的光学器件包括至少一个透镜，参考光束可以在通向光敏的记录材料的路径上穿过所述透镜，并且其中，参考光束的照射角的改变通过改变参考光束在所述至少一个透镜上的照射点来实现。所述设备允许灵活地制造全息图，所述全息图可以是为了施加到弯曲的基底上而匹配的以及匹配于任意地辐射的光源。
可以规定，所述设备适合于实施根据本发明的方法。
存在如下可行方案：所述设备在光敏的记录材料的相互对置侧上分别包括至少一个透镜，参考光束可以在通向光敏的记录材料的路径上穿过所述透镜，其中，参考光束的照射角的改变通过改变参考光束在所述透镜中的一个透镜上的照射点来实现。以这种方式，参考光束可以选择性地从与物体光束相同的一侧或从与物体光束相反的一侧照射到光敏的记录材料上。由此，不仅能够制造透射全息图而且能够制造反射全息图。
可以规定，所述至少一个透镜是透镜系统的、特别是由两个或更多个透镜组成的透镜系统的一部分，参考光束能够在通向光敏的记录材料的路径上穿过所述透镜系统。通过使用由多于一个透镜组成的透镜系统能够更简单地设计透镜，在所述透镜的表面上设置有参考光束的可改变的照射点。
存在如下可行方案：所述设备包括浸渍剂、例如浸渍液，所述浸渍剂设置在所述至少一个透镜或所述透镜系统的透镜与光敏的记录材料或承载光敏的记录材料的基底之间。通过使用浸渍剂能够这样大地选择在透镜的光学轴线与参考光束之间的角度，使得参考光束照射到光敏的记录材料上或照射到承载记录材料的基底上的照射角处于全反射的临界角的范围内。由此可以制造边缘照明全息图。
可以规定，所述设备包括嵌套镜(Teleskop)，利用所述嵌套镜可以改变、特别是减小参考光束的延伸尺寸。通过减小参考光束的延伸尺寸，可以更容易地控制参考光束在光敏的记录材料上的照射角的改变。
可以规定，所述设备包括运动器件，所述运动器件用于使光敏的记录材料在为了制造第一子全息图而利用物体光束和参考光束进行的曝光以及为了制造第二子全息图而利用物体光束和参考光束进行的曝光之间运动，其中，所述运动器件可以使记录材料特别是在与记录材料的平坦的表面平行的平面内运动。
存在如下可行方案：用于将有关全息图的信息调制到物体光束上的调制器件构造为液晶显示器、优选构造为在反射装置中运行的液晶显示器，所述液晶显示器可以在物体光束的不同的区段之间产生相位偏移。
根据权利要求14，全息图、特别是副本全息图通过根据本发明的方法和/或利用根据本发明的设备制造，其中，所述全息图特别是设置为用于施加到曲面上和/或用于与具有预给定的发散度的光源一起使用。
根据权利要求15，用于车辆的照明装置、特别是用于车辆的前照灯包括根据本发明的全息图，其中，所述照明装置特别是包括曲面，在所述曲面上设置有所述全息图。
附图说明
下面借助附图更详细地阐述本发明。图中：
图1以侧视图示出根据本发明的设备的第一实施方式的一部分；
图2以侧视图示出根据本发明的设备的第二实施方式的一部分；
图3以示意性的剖视图示出对根据本发明的全息图的重构的第一实施例；
图4以示意性的剖视图示出对根据本发明的全息图的重构的第二实施例。
具体实施方式
在各附图中，相同的和功能相同的部件设有相同的附图标记。此外，在图1和图2中分别标绘有笛卡尔坐标系，其中，y方向延伸到图平面中。
在图1中示出的实施例中，应当将由多个子全息图构成的全息图曝光到光敏的记录材料1中。子全息图在此可以沿x方向和y方向并排设置在二维矩阵中。作为光敏的记录材料1可以考虑常用的在制造全息图时使用的材料。
记录材料1例如可以构造为设置在透明的基底上的膜。在示出的实施例中，不仅在光敏的记录材料1的上侧上而且在下侧上设置有基底2a、2b。光敏的记录材料1具有平坦的表面并且在x-y平面内延伸。
根据本发明的设备的在图1中示意性地部分示出的第一实施方式还包括未示出的激光光源，所述激光光源产生激光束，所述激光束被同样未示出的光学器件分成物体光束3和参考光束4。所述设备还包括未示出的调制器件，所述调制器件可以例如作为液晶显示器构造在反射装置中。所述液晶显示器可以根据计算机生成的数据来驱控，所述数据与对各个子全息图的制造有关。
物体光束3可以由同样未示出的光学器件扩大到液晶显示器上。根据驱控液晶显示器的数据，液晶显示器可以在反射时改变物体光束3中的一部分物体光束的相位，使得物体光束3中的一部分物体光束相对于物体光束3的其它部分物体光束具有相位偏移。由此，将有关子全息图的信息调制到物体光束3上。
所述设备还包括用作物镜的透镜系统5，该透镜系统由两个透镜5a、5b组成。物体光束3穿过所述透镜系统5，其中，所述物体光束由透镜系统5在图1中从下方或者说沿正z方向聚焦到记录材料1中。
根据图1的设备还包括由两个透镜6a、6b组成的嵌套镜6，参考光束4穿过该嵌套镜并且该嵌套镜减小参考光束4在横向方向上的延伸尺寸。在穿过嵌套镜6之后，参考光束4被两个反射镜7、8分别偏转90°，使得所述参考光束随后在图1中沿负z方向或者说向下方延伸。
所述设备还包括用作物镜的透镜系统9，该透镜系统由两个透镜9a、9b组成。参考光束4穿过所述透镜系统9，其中，所述参考光束由透镜系统9在图1中从上方或者说沿负z方向聚焦到记录材料1中。在透镜系统9的较靠近记录材料1的基底2a设置的透镜9b与基底2a之间设置有浸渍剂10，例如浸渍液。
在记录材料1中，参考光束4与物体光束3叠加。通过物体光束3与参考光束4干涉，以本身已知的方式将全息图写入到光敏的记录材料1中。在图1中示出的实施方式中，可以通过参考光束4照射在光敏的记录材料1的背离物体光束3的一侧上来写入反射全息图。
参考光束4平行于透镜9a的光学轴线11照射到透镜9a上。根据参考光束4在透镜9a上的照射点与光学轴线的距离得出或多或少较大的照射角α，参考光束4以该照射角照射到记录材料的表面上。在此证明有帮助的是，参考光束4由于穿过嵌套镜6而在横向方向上具有小的延伸尺寸。
所述两个反射镜7、8中的第一反射镜可以沿箭头12在z方向上运动并且可以在y方向上运动到图1的图平面内或从所述图平面移出，以便能够改变整个立体角。在z方向上的移动在此改变在x-z平面内的角度，而在y方向上的移动在此改变在z-y平面内的角度。
在反射镜7的不同位置中得出参考光束4在透镜9a上的不同照射点。在图1中标绘出反射镜7、7’的两个示例性的位置以及与其相应的两个参考光束4、4’，所述两个参考光束分别沿负z方向照射到透镜9a上并且在此距透镜9a的光学轴线11具有不同的距离。相应于此，所述两个参考光束照射到记录材料1上的角度α、α’也是不同的。
在图1中在光学轴线11附近照射到透镜9a上的参考光束4’相对于x-y平面以相对大的照射角α’照射到记录材料1的表面上。而在图1中距光学轴线11距离较远地照射到透镜9a上的参考光束4照射到记录材料1的表面上的照射角α明显小于照射角α’。因此，参考光束4、4’的位置变动引起参考光束4、4’照射到记录材料1上的照射角α、α’的改变，并且因此也引起在全息图中的布拉格平面的定向的改变以及引起照射角的改变，之后可以以所述照射角来重构所述全息图。
透镜系统9承担两个功能。一方面，所述透镜系统用于将参考光束4、4’聚焦到记录材料1上或中，并且另一方面所述透镜系统能实现改变参考光束4、4’的照射角α、α’。记录材料1在此在x-y平面中可移动地支承在透镜系统9的焦平面中。为此设置有合适的用于使光敏的记录材料1运动的运动器件。
为了制造全息图，可以将记录材料1这样定位在x-y平面内，使得物体光束3和参考光束4、4’在记录材料1的表面的第一区段上叠加，以便曝光第一子全息图。为此，将有关第一子全息图的信息调制到物体光束3上。
在读入第一子全息图之后，在x-y平面内移动记录材料1，直至物体光束3和参考光束4、4’在记录材料1的表面的第二区段上叠加，以便曝光第二子全息图。为此，将有关第二子全息图的信息调制到物体光束3上。
以这种方式，逐渐将所有的子全息图都读入到记录材料1中。
如果参考光束4、4’照射到透镜9a的边缘区域上，则能够基于浸渍剂10实现如下照射角，所述照射角等于在从基底2a到周围环境的界面上的全反射临界角。以这种方式，可以利用根据图1的实施方式制造反射-边缘照明全息图。
在图2中示出的根据本发明的设备的第二实施方式与第一实施方式的区别特别是在于，设置在记录材料1的下侧上或者说设置在物体光束侧的物镜13构造为与设置在记录材料1上方的物镜9一样。所述物镜同样具有两个透镜13a、13b，其中，在透镜系统13的较靠近记录材料1的基底2b设置的透镜13b与基底2b之间设置有浸渍剂10、例如浸渍液。
在本实施方式中，不仅物体光束3而且参考光束4可以穿过透镜系统13。为此，嵌套镜6和可运动的反射镜7设置为稍微更下方，使得从反射镜7出发的参考光束4可以被用作光束合成器14的分光器向上反射到物镜13上。在此也通过反射镜7的不同位置得出参考光束4在透镜13a上的不同照射点或得出参考光束4的照射点距透镜13a的光学轴线11的不同距离。
物体光束3也可以向上穿过光束合成器。通过参考光束4照射在记录材料1的朝向物体光束3的一侧上能够写入透射全息图。这在图2中对应于物体光束3与从下方照射到记录材料1上的参考光束4在记录材料1上的叠加。
如果参考光束4、4’照射到透镜13a的边缘区域上，则能够基于浸渍剂10实现如下照射角，所述照射角等于在从基底2b到周围环境的界面上的全反射临界角。以这种方式，可以利用根据图2的实施方式制造透射-边缘照明全息图。
在根据图2的实施方式中，还设有设置在记录材料1上方的透镜系统9和第二反射镜8。因此能够在将第一反射镜7向上移动到反射镜7’的虚线位置中之后将在图2中示出的实施方式用于写入反射全息图，其中，参考光束4’在此对应于以虚线标绘的光束。
备选地，在第二实施方式中也可以省略上部的透镜系统9和第二反射镜8，则使得利用该设备仅能写入透射全息图。
以不同角度曝光全息图的灵活性允许有针对性地匹配于发散的光源。
图3示出作为发散的光源的发光二极管(LED)15和从所述发光二极管发出的光16或光16的波阵面17。如果尽管光16的发散性，通过光16重构的全息图的第一衍射级的分量18仍应当在图3中向上沿相同的方向运动，那么对于不同的子全息图而言，全息图的布拉格平面19必须与记录材料1的表面形成不同的角度。例如在图3中，右侧的布拉格平面19的角度β1明显大于左侧的布拉格平面19的角度β2。
在此处应当注意的是，代替于薄的记录材料1，在图3和4中只是示出相对厚的板。在此可以是透明的基底，记录材料例如以薄膜的形式施加在所述透明的基底上。
利用根据图1和图2的设备或通过根据本发明的方法，能够在将全息图写入到记录材料1中的期间选择参考光束4、4’到记录材料1上的合适的照射角，以便在全息图中实现布拉格平面19的合适的斜率。在制造计算机生成的全息图时，可以考虑布拉格平面19的适合于发散的光源的斜率，而不必在写入过程中使用发光二极管15本身。
在根据图4的重构示例中，同样将发光二极管15用作为发散的光源。记录材料1或承载记录材料1的基底不是平坦的，而是弯曲的或者说具有弯曲的表面。
各个子全息图的由于发散的光源而彼此倾斜的布拉格平面19由于包含全息图的标记材料1的曲率而必须具有附加的斜率变化。这在图4中通过有效布拉格平面20说明，所述有效布拉格平面反映了由用作全息图载体的记录材料1的曲率引起的布拉格平面的变化。在记录材料1相对于在图4中示例性标绘的平坦的面21弯曲时的有效布拉格平面20的这种角度变化也已经可以在写入过程中被考虑到，而不必在写入过程中使用弯曲的记录材料。
利用根据图1和图2的设备或通过根据本发明的方法制造的计算机生成的全息图可以用作用于制造副本全息图的主全息图。例如可以将所述副本全息图读入到薄的柔性的膜中。然后，例如可以将所述膜施加到照明装置的、特别是前照灯的曲面上。
附图标记列表
1 光敏的记录材料
2a、2b 基底
3 物体光束
4、4’ 参考光束
5 透镜系统
5a、5b 透镜系统5的透镜
6 嵌套镜
6a、6b 嵌套镜6的透镜
7 可运动的反射镜
8 反射镜
9 透镜系统
9a、9b 透镜系统9的透镜
10 浸渍剂
11 透镜9a和透镜13a的光学轴线
12 示出反射镜7的运动的箭头
13 透镜系统
13a、13b 透镜系统13的透镜
14 光束合成器
15 发光二极管
16 从发光二极管15发出的光
17 光16的波阵面
18 重构的全息图的第一衍射级的分量
19 布拉格平面
20 有效布拉格平面
21 平坦的面
α、α’ 参考光束4到记录材料1上的照射角
β1、β2 在布拉格平面19与记录材料1的表面之间的角度