DE102004031784A1

DE102004031784A1 - Verfahren zur Herstellung einer holografischen Ablenkvorrichtung

Info

Publication number: DE102004031784A1
Application number: DE102004031784A
Authority: DE
Inventors: Helmut Frank Ottomar Prof.Dr.-Ing. Müller
Original assignee: GLB GES fur LICHT und BAUTECH; Glb Gesellschaft fur Licht- und Bautechnik Mbh
Current assignee: MUELLER, HELMUT FRANK OTTOMAR, PROF. DR.-ING.,, DE
Priority date: 2004-07-01
Filing date: 2004-07-01
Publication date: 2006-02-16

Abstract

Die holografische Ablenkvorrichtung weist einen Träger (15) auf, auf dem mehrere Schichten (16, 17, 18), in dem Hologramme (HOE1, HOE2, HOE3) erzeugt werden, vorgesehen sind. Die einzelnen Schichten (16, 17, 18) haben unterschiedliche spektrale Empfindlichkeiten und sie werden bei Hologrammerzeugung mit Laserlicht der betreffenden Wellenlänge bestrahlt. Auf diese Weise wird jedes Hologramm selektiv nur in der hierfür vorgesehenen Schicht erzeugt, und es entstehen keine Beeinflussungen anderer Schichten.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer holografischen Ablenkvorrichtung, bei welchem in unterschiedlichen Schichten eines Films Hologramme mit gleichen oder unterschiedlichen Beugungswinkeln erzeugt werden.

In DE 102 51 326 A1 ist ein lichtlenkendes Element beschrieben, das in mehreren einander überlagernden Schichten Hologramme mit unterschiedlichen Beugungswinkeln aufweist. Dadurch wird erreicht, dass aus verschiedenen Einfallsrichtungen kommendes Licht in dieselbe Ausfallsrichtung oder auf denselben Zielbereich gelenkt wird. Man kann die Hologramme auf separaten Trägern erzeugen, die anschließend übereinander gelegt werden. Hierbei sind die Hologramme unabhängig voneinander. Günstiger ist es allerdings, einen einzigen Träger zu haben. Dann besteht aber die Gefahr, dass die Hologramme sich gegenseitig störend beeinflussen, insbesondere bei der fotografischen Hologrammerzeugung.

Eine andere Aufgabe für Mehrfachhologramme kann darin bestehen, dass Licht einer großen Spektralen Bandbreite mit demselben Beugungswinkel und großer Effizienz umgelenkt wird. In diesem Fall hat jede Schicht ein Hologramm für eine andere Spektrale Bandbreite.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer holografischen Ablenkvorrichtung anzugeben, das störende Einflüsse bei der Hologrammerzeugung weitgehend ausschließt und es ermöglicht, mehrere Hologramme auf einem Träger übereinander anzuordnen.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat die Merkmale des Patentanspruches 1. Hiernach wird ein Film mit mindestens zwei lichtempfindlichen Schichten, die unterschiedliche spektrale Empfindlichkeiten haben, mit Hologrammen versehen, indem für jede Schicht eine Belichtung mit Licht erfolgt, dessen Wellenlänge der spektralen Empfindlichkeit dieser Schicht entspricht. Durch die Wellenlängenselektivität der einzelnen Schichten kann jede Schicht mit Laserlicht der entsprechenden Wellenlänge bestrahlt werden, ohne dass die anderen Schichten hiervon verändert würden. Die Folge ist, dass in jeder Schicht ein anderer Ablenkwinkel oder derselbe Ablenkwinkel für eine andere Spektrale Bandbreite erzeugt werden kann, und dass keine störenden Interferenzen zwischen den Schichten auftreten. Das Verfahren ist auf einfache Weise durchführbar und es ermöglicht die fotografische nicht-bildmäßige Hologrammerzeugung, wobei reguläre Gitterhologramme hergestellt werden.

Grundsätzlich können auch sämtliche Hologramme so erzeugt werden, dass sie denselben Beugungswinkel haben. Vorzugsweise ist jedoch vorgesehen, dass die Beleuchtungen der Schichten aus jeweils anderen Richtungen erfolgen, um unterschiedliche Beugungswinkel der Hologramme zu erzeugen.

Die Erfindung betrifft ferner eine holografische Ablenkvorrichtung mit mehreren einander überlagernden Hologrammen. Erfindungsgemäß ist diese Ablenkvorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die Hologramme in Schichten unterschiedlicher spektraler Empfindlichkeiten enthalten sind.

Die Erfindung eignet sich insbesondere zur Lenkung des Sonnenlichts bei unterschiedlichen Sonnenständen. Eine Anwendung hierbei sind Photovoltaik-Systeme, bei denen einfallendes Licht auf lichtelektrische Wandler konzentriert wird. Andere Anwendungen sind Solarkollektoren, bei denen die Strahlung auf einen Solarabsorber konzentriert wird, der ein Wärmeübertragungsmedium mit Solarenergie aufheizt. Weitere Anwendungen ergeben sich in der Gebäudetechnik zum Umlenken einfallender Lichtstrahlung in ein Gebäude derart, dass die Strahlung in einer gewünschten Ausfallsrichtung in das Gebäude eintritt. Von besonderem Interesse ist die Anpassung an den Sonnenstand für Klimazonen mit unterschiedlicher Sonnenscheindauer und die Integration des lichtlenkenden Elementes in Gebäudehüllen und Sonnenschutzvorrichtungen. Ferner kann die Anwendung für transparente Sonnenschutzelemente entsprechend EP 0 538 728 , aber ohne mechanische Sonnennachführung, erfolgen.

Die Erfindung ist generell für die Lenkung für Licht anwendbar, wobei unter Licht jede elektromagnetische Strahlung zu verstehen ist, also auch beispielsweise Wärmestrahlung, IR-Strahlung oder UV-Strahlung. Das erfindungsgemäße lichtlenkende Element eignet sich auch dazu, diffus einfallendes Licht in paralleles Licht umzuwandeln oder es zu konzentrieren.

Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines lichtlenkenden Elements, das solare Strahlung auf einen Zielbereich fokussiert,

2 den spektralen Verlauf der Beugungseffizienz eines Hologramms, das mit Licht einer bestimmten Wellenlänge erzeugt worden ist,

3 einen schematischen Querschnitt durch das lichtlenkende Element und

4 den spektralen Verlauf der Beugungseffizienz des lichtlenkenden Elements nach 3.

Gemäß 1 ist ein lichtlenkendes Element 10 vorgesehen, das die Strahlung der Sonne auf einen Zielbereich 11 fokussiert. Der Zielbereich 11 besteht beispielsweise aus einem Photovoltaik-Element PV, das Solarstrahlung in elektrischen Strom umwandelt.
Das lichtlenkende Element besteht aus mehreren im Strahlenweg hintereinander angeordneten Beugungshologrammen HOE1, HOE2, von denen aus Gründen der Übersichtlichkeit hier nur zwei Beugungshologramme dargestellt sind. Die Beugungshologramme HOE1, HOE2 sind Transmissionshologramme.
Jedes der Hologramme HOE1, HOE2 ist ein Beugungshologramm aus einem regulären (nicht bildmäßiges) Beugungsgitter. Jedem Hologramm ist ein bestimmter Einfallswinkel zugeordnet. Das Hologramm HOE1 lenkt die Strahlung R₁, die im Sonnenstand S₁ auf das Hologramm H₁ auftrifft, in dem Sinne um, dass diese Strahlung auf den Zielbereich 11 fokussiert wird. Strahlung, die aus anderen Einfallsrichtungen auf das Hologramm H₁ auftrifft, wird geradlinig durchgelassen.
Ändert sich der Sonnenstand im Verlauf des Tages auf Position S₂, so trifft die Strahlung R₂ unter einem Einfallswinkel auf die Fläche des lichtlenkenden Elements 10. Diese Strahlung wird von dem Hologramm HOE1 ohne wesentliche Ablenkung durchgelassen und von dem Hologramm HOE2 auf den Zielbereich 11 fokussiert. Auf diese Weise werden Strahlungen, die aus unterschiedlichen Einfallsrichtungen kommen, jeweils auf denselben Zielbereich konzentriert.
Die Hologramme HOE1, HOE2 haben auf dem gebogenen Hologrammträger die Funktion von Sammellinsen, die auf den Zielbereich 11 fokussiert sind. Sie werden in üblichen Hologrammerzeugungstechniken hergestellt. Das Hologramm HOE1 kann in der Weise erzeugt werden, dass ein erster Strahl, der aus der Richtung des Strahles R₁ einfällt, mit einem zweiten Strahl kombiniert wird, der mit einem der späteren Fokussierungsstrahlen kongruent ist. Beide Strahlen überlagern sich in der Hologrammebene und bewirken dort die Fixierung des Hologrammträgermaterials. Bei dem Ausführungsbeispiel von 1 haben beide Hologramme HOE1, HOE2 die Wirkung fokussierender Linsen, d.h. sie fokussieren parallel einfallendes Licht auf ein Zielgebiet. Das Hologramm HOE2 hat darüber hinaus eine Ablenkungsfunktion.
2 zeigt die Beugungseffizienz BE in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ. Der dargestellte Spektralbereich umfasst u.a. den Bereich des sichtbaren Lichts zwischen 400 und 800 nm. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist angenommen, dass das Hologramm mit einer Wellenlänge λ1 von ca. 500 nm erzeugt wurde. Dies entspricht grünem Licht. Hierbei hat die Kurve 12 der Beugungseffizienz ein Maximum bei der Wellenlänge λ1. Die Kurve entspricht einer üblichen Verteilungskurve, die nach beiden Seiten hin abfällt. Dies bedeutet, dass Beugung auch für benachbarte Wellenlängen auftritt, die nicht der Erzeugungs-Wellenlänge des Hologramms entsprechen. Generell wird angestrebt, die Kurve 12 möglichst breit zu halten, damit möglichst alles Licht in gleicher Weise abgelenkt wird.
3 zeigt das lichtlenkende Element 14. Dieses besteht aus einem Träger 15, beispielsweise einem Film oder einer Platte, auf dem lichtempfindliche Schichten 16, 17, 18 übereinander angeordnet sind. Die Darstellung in 3 ist nicht maßstäblich. Jede der Schichten ist für Licht einer anderen Wellenlänge empfindlich. Die Schichten bestehen beispielsweise aus Gelatine, welche Silberhalogenid zusammen mit einem spektralbestimmenden Zusatzstoff enthält. Auf diese Weise sind die Schichten 16, 17, 18 beispielsweise für die Farben Rot, Grün und Blau sensibilisiert.
Die Schichten 16, 17, 18 werden mit Laserlicht bestrahlt, wobei das Laserlicht der Wellenlänge der einzelnen Schichten entspricht. Beispielsweise wird die Schicht 16 mit blauem Licht bestrahlt, die Schicht 17 mit grünem Licht und die Schicht 18 mit rotem Licht. Das erzeugende Sensorlicht ist jeweils monochromatisch.
4 zeigt die Beugungseffektivität BE der verschiedenen Hologramme HOE1, HOE2 und HOE3, die mit unterschiedlichen Wellenlängen erzeugt wurden. Man erkennt, dass die drei Kurven 12B, 12G und 12R, die jeweils mit blauem, grünem oder rotem Licht erzeugt wurden, sich hinsichtlich der Wellenbereiche so ergänzen, dass eine gute Konstanz der Beugungseffektivität über den gesamten Bereich des sichtbaren Lichts und darüber hinaus auch im IR-Bereich und im UV-Bereich ergibt. Die Beugungseffizienz wird verbreitert und somit verbessert.
Die einzelnen Hologramme können so erzeugt und ausgebildet werden, dass sie unterschiedliche Beugungswinkel verursachen, wie bei dem Ausführungsbeispiel von 1.
Wegen der selektiven Erzeugung der einzelnen Hologramme HOE1, HOE2, HOE3 in den Schichten 16, 17, 18 treten keine störenden Beeinflussungen bei der Hologrammerzeugung auf. Vielmehr wird jedes Hologramm in der betreffenden Schicht erzeugt, ohne die Hologramme in den anderen Schichten zu beeinflussen.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer holografischen Ablenkvorrichtung (14), bei welchem ein Träger (15) mit mindestens zwei lichtempfindlichen Schichten (16, 17, 18), die unterschiedliche spektrale Empfindlichkeiten haben, mit Hologrammen (HOE1, HOE2, HOE3) versehen wird, indem für jede Schicht (16, 17, 18) eine Beleuchtung mit Licht erfolgt, dessen Wellenlänge der spektralen Empfindlichkeit dieser Schicht entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Belichtungen der Schichten (16, 17, 18) aus jeweils anderen Richtungen erfolgen, um unterschiedliche Beugungswinkel der Hologramme zu erzeugen.
Holografische Ablenkvorrichtung mit mehreren einander überlagernden Hologrammen (HOE1, HOE2, HOE3), dadurch gekennzeichnet, dass die Hologramme in Schichten (16, 17, 18) unterschiedlicher spektraler Empfindlichkeiten enthalten sind.
Holografische Ablenkvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hologramme Beugungshologramme mit unterschiedlichen Beugungswinkeln sind.
Holografische Ablenkvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hologramme Beugungshologramme mit gleichen Beugungswinkeln für unterschiedliche Spektrale Bandbreiten sind.