用于对表面进行照明的照明模块和具有这种照明模块的图像生成单元

本发明涉及一种用于对表面进行照明的照明模块和一种具有这种照明模块的图像生成单元。

举例来说，这种照明模块和这种图像生成单元可以用于抬头显示器(HUD)。这种HUD可以包含体积全息光学单元，这些体积全息光学单元是包括显著波长依赖性(色散)的偏转光栅结构。结果，HUD的观察角随波长而变化，从而在宽带照明的情况下导致HUD模糊。因此，用于这种HUD的图像生成单元应包括尽可能窄带的光谱线。

由此出发，本发明的目的是提供一种用于对表面进行照明的照明模块，借助于该照明模块可以尽可能彻底地解决开头所述的困难。

本发明在权利要求1和替代的独立权利要求10中进行限定。在从属权利要求中指定了有利的配置。

借助于根据本发明的照明模块，特别地可以使用非常窄带的照明辐射来对表面进行照明。由于偏转全息图的漫射器特性，可以有利地实现表面的均匀照明。此外，如果照明辐射是相干辐射，则有利地减少了斑点，因为由于漫射器特性，获得了不能够干涉的相干区域的混合。

借助于根据本发明的照明模块，因此可以获得对要照明的表面的非常窄带的照明。

特别地，光束源可以包括激光器。因此，光束源能够输出一个波长的照明辐射。光束源也可以包括多个激光器，其结果是照明辐射是由多个波长(每个波长都非常窄带)形成的。例如，这可能与来自红色、绿色和蓝色波长范围的波长有关。

特别地，偏转全息图可以呈体积全息图的形式。进一步，偏转全息图可以是反射全息图。替代地，偏转全息图可以是透射全息图。

由于偏转全息图的漫射器特性，因此偏转全息图还包括散射特性，该散射特性使得单独入射光束在散射锥内发生偏转，由此实现期望的漫射器效果。

可以设置有对于照明辐射是透明的基底本体，偏转全息图形成在所述基底本体的下侧上，并且所述基底本体的上侧与下侧间隔开并且是要照明的表面。

进一步，基底本体可以包括侧面，准直辐射穿过该侧面进入基底本体，然后打在偏转全息图上。

被准直辐射打在其上的输入耦合全息图可以形成在该侧面上，输入耦合全息图将入射的准直辐射朝向偏转全息图偏转。

特别地，输入耦合全息图可以在第一平面中引起偏转，并且偏转全息图可以在第二平面中引起偏转，两个平面相交。这两个平面可以优选地以90°的角度相交。

准直辐射优选地以大于60°、大于65°、大于70°或大于75°的入射角打在输入耦合全息图上。优选地，入射角小于90°、89°、88°、87°、86°、85°、84°、83°、82°、81°、80°、79°、78°、77°、76°或75°。

输入耦合全息图可以是体积全息图。进一步，输入耦合全息图可以被设计为透射全息图或反射全息图。

一般来说，在光束源发射多个波长的照明辐射(例如RGB应用)的发展背景下仍需提及的是，输入耦合全息图(如果被设计为体积全息图)和偏转全息图(如果被设计为体积全息图)可以各自被设计为使得多个波长的体积全息图被设计为层系统(即，每个波长一个相应的全息图)或多重全息图(在一个全息图中具有针对所有波长的结构)。

准直辐射以大于60°、大于65°、大于70°或大于75°的入射角打在偏转全息图上。特别地，入射角小于90°、89°、88°、87°、86°、85°、84°、83°、82°、81°、80°、79°、78°、77°、76°或75°。

可以在输入耦合全息图上形成减反射层和/或在输入耦合全息图与侧面之间形成半波片层。举例来说，输入耦合全息图和半波片层可以各自形成为膜，其结果是它们一起可以设置为膜堆叠体。

由光束源发射的照明辐射可以经由自由光束区段、光纤或者光纤与自由光束区段的组合被引导到准直器光学单元。

要照明的表面也可以是暴露的全息图，该暴露的全息图在照明后显示出期望的3D效果。特别地，照明辐射可以是相干辐射。

根据本发明的照明模块用在根据本发明的图像生成单元中。平面的光调制器布置在要照明的表面或与其共轭的表面中，所述光调制器出于图像创建的目的，对入射在其上并被偏转全息图偏转的准直辐射进行调制，以便创建图像。举例来说，平面光调制器可以是液晶显示器或倾斜镜矩阵。如果是液晶显示器，通常是形成在透明基底本体上。在这种情况下，可以可选地在光调制器与基底之间引入另一半波片膜，以便使照明的偏振方向与LCD的优选方向(取决于LCD的偏振片是如何布置的)相匹配。基底本体的与液晶显示器相反的一侧(也可以称为下侧)则可以设置有偏转全息图。这使非常紧凑的设计成为可能。进一步，基底本体则可以包括随后可以在其上形成输入耦合全息图的侧面。

照明模块和/或图像生成单元可以包括控制单元，该控制单元用于控制光束源和/或平面光调制器。

因此，照明模块可以用作图像生成单元中的背景照明或边缘光漫射器。

照明模块或图像生成单元可以是HUD的一部分。

不言而喻，在不背离本发明的范围的情况下，上文指定的特征和下文将要解释的特征不仅可以以指定的组合使用，而且也可以以其他组合或单独使用。

下文将基于示例性实施例并参考附图更详细地解释本发明，这些附图同样披露了对本发明必不可少的特征。这些示例性实施例仅出于说明性目的而提供，不应被解释为限制性的。例如，对具有多个元件或部件的示例性实施例的描述不应被解释为是指所有这些元件或部件对于实现来说都是必要的。代替地，其他示例性实施例也可以包含替代的元件和部件、更少的元件或部件、或附加的元件或部件。除非另有说明，否则不同示例性实施例的元件或部件可以相互组合。针对示例性实施例之一描述的修改和变化也可以适用于其他示例性实施例。为了避免重复，在不同的图中相同或彼此对应的元件由相同的附图标记表示，并且不重复解释。在附图中：

图1示出了根据本发明的照明模块1的示例性实施例的示意立体图；

图2示出了图1的照明模块的平面图，为简化说明，未绘制激光器6和控制单元5；

图3示出了根据图1的实施例中的基底块4的侧视图；

图4示出了用于解释偏转全息图17的漫射器特性的示意图；

图5示出了图1的基底块4的示意立体图，以及输入耦合全息图15上的层系统的分解图：以及

图6在根据图2的视图中示出了根据本发明的照明模块的另一实施例。

在图1所示的示例性实施例中，根据本发明的用于对表面进行照明的照明模块1用于对形成在基底块4的上侧3上的液晶显示器(LCD)2进行照明。因此，照明模块1和液晶显示器2一起形成了图像生成单元B，借助于该图像生成单元，可以用本身已知的方式创建图像。为此，进一步设置了用于控制液晶显示器2的控制单元5。

在这种情况下，照明模块1进一步包括激光器6，该激光器的激光辐射经由光纤7被引导到光纤7的光纤输出端8并且被光纤输出端8输出。发射的激光辐射9然后入射到照明模块1的准直器光学单元10上。准直器光学单元10创建了直径为30mm的准直辐射11。然而，为了简化说明，图1中仅描绘了准直辐射11的中心光线。准直辐射11被第一偏转镜12和第二偏转镜13(在点P1和P2处)偏转(图1和图2)，并且被引导到形成在基底块4的侧面14上的输入耦合全息图15。在这种情况下，准直辐射11在输入耦合全息图15上的入射角大约为75°至80°，并且被选择为使得准直辐射11结果在y方向上覆盖整个输入耦合全息图15。在这种情况下，输入耦合全息图15在y方向上的范围为大约70mm。例如，从图1中可以得出，输入耦合全息图15包括平面矩形形状，较短边为大约30mm，使得由于借助于两个偏转镜12和13对准直辐射11的偏转，准直辐射11对输入耦合全息图15的整个表面进行照明。

如图1和图3所示，基底块4包括下侧16，在该下侧上形成有偏转全息图17。偏转全息图17具有平面的实施方案，并且与液晶显示器2间隔开(在z方向上，由于基底块4的范围)。偏转全息图17优选地被布置为平行于液晶显示器2。

在这种情况下，偏转全息图17被设计为使得(在用于准直辐射11的中心光线的P4点处)该偏转全息图偏转入射的准直辐射11(该准直辐射由于借助于输入耦合全息图15在用于准直辐射11的中心光线的P3点处的偏转而入射到偏转全息图17上)，使得其基本上在z方向上传播并且因此延伸穿过基底块4(该基底块对激光辐射9、11透明)到达上侧3，并且因此从后方对液晶显示器2进行照明。

借助于输入耦合全息图15对准直辐射11进行偏转，使得偏转的准直辐射11在x方向上对整个偏转全息图17进行照明。为此，再次选择了范围从75至80°的入射角。

然而，偏转全息图17不仅实施了上述朝上侧3的方向的偏转，而且附加地还包括漫射器的功能。如图1至图3所示，打在偏转全息图17上的准直辐射11的每个光束被附加地散射，使得创建了散射锥18。因此，准直辐射11的各个光线在上侧3上混合，并且以不同的入射点入射到偏转全息图17上。结果，还减小了相干长度，如图4示意性所示。为了简化说明，在图4中假定，偏转全息图17不是像上述实施例中的反射偏转全息图17，而是透射偏转全息图17。从这个图示中可以清楚地看出，所创建的散射锥18使得偏转全息图17上的入射点混合到上侧3，其结果是可以使上侧3的照明更加均匀。此外，如图4中的阴影区域19所示，这还有利地减小了相干长度。这有利地使得斑点减少。

图1至图3所述的实施例的特征在于非常高的紧凑度。因此，可以使得照明模块1和图像生成单元B各自具有非常紧凑的实施方案。激光器6的激光辐射9无需经由光纤引导到准直器光学单元10。当然，自由光束系统也是可能的。光纤7和自由光束系统或自由光束区段的组合也是可能的。

从图5中的具有偏转全息图17的基底块4的示意性详细视图和分解视图中所描绘的输入耦合全息图15的层布置可以得出的是，除了输入耦合全息图15外，还可以在输入耦合全息图15与侧面14之间设置半波片膜20，并且可以在输入耦合全息图15上设置减反射涂层21。在偏振辐射的情况下，半波片膜20使得偏振方向旋转90°。

在图6所示的示例性实施例中，仅需要一个偏转镜12，图6以与图2相同的方式示出了平面视图。

在前面的描述中，假定，激光器6仅发射一个波长的激光辐射9。以这种方式，可以借助于液晶显示器2来创建单色图像。当然，激光器6也可以被设计为使得其例如发射红色、绿色和蓝色激光辐射，其结果是这可以用于创建彩色图像。

由于使用了激光器6，激光辐射可以是非常窄带的。这个窄带的激光辐射可以在表面3上、并且因此在液晶显示器2上获得非常均匀且一致的照明。同时，还可以减少或避免不想要的斑点。