DE102007042385A1

DE102007042385A1 - Verfahren und Vorrichtung zur individuellen holografischen Trommelbelichtung

Info

Publication number: DE102007042385A1
Application number: DE102007042385A
Authority: DE
Inventors: André Dr. Leopold; Christian Kunath; Jens Ehreke; Gerhard Dr. Hochenbleicher; Michael Langgassner; Christian Klepzig
Original assignee: Bundesdruckerei GmbH
Current assignee: Bundesdruckerei GmbH
Priority date: 2007-09-04
Filing date: 2007-09-04
Publication date: 2009-03-05
Also published as: JP2010538330A; JP5562851B2; WO2009030502A1; US20100253987A1; EP2203790B1; US8760742B2; EP2203790A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines individualisierten Hologramms, bei dem ein Lichtstrahl (3) erzeugt wird. Hierfür ist vorgesehen, dass der Lichtstrahl (3) in einem Spatial Light Modulator (5) individuell moduliert wird, holografisches Aufzeichnungsmaterial (13) relativ zu einem holografischen Master (23) anordnet und der individuell modulierte Lichtstrahl (3') so geführt wird, dass zumindest ein Teil des individuell modulierten Lichtstrahls an dem holografischen Master (23) gebeugt und/oder reflektiert wird und in dem holografischen Aufzeichnungsmaterial (13) ein das individualisierte Hologramm repräsentierendes Interferenzmuster gebildet wird, wobei der individuell modulierte Lichtstrahl (3') relativ zu dem holografischen Aufzeichnungsmaterial (13) und dem holografischen Master (23) bewegt wird, um den gesamten holografischen Master (23) abzuscannen, wobei das Aufzeichnungsmaterial (13) anliegend an eine zylindrische Trommel (15) oder ein zylindrisches Trommelsegment angeordnet wird und die Trommel (15) beim Abtasten des holografischen Masters (23) um eine Trommelachse (27) der Trommel (15) oder des Trommelsegments gedreht wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen individualisierter Hologramme, die insbesondere als Sicherheitselemente für Sicherheits- und/oder Wertdokumente verwendet werden, sowie eine Vorrichtung zum Herstellen von individualisierten Hologrammen.
Sicherheitselemente dienen dazu, ein Sicherheits- und/oder Wertdokument gegen Fälschung oder Kopieren zu sichern. Eine Art von Sicherheitselementen stellen Hologramme dar. In Sicherheitselementen sind oftmals auch individualisierende Angaben, beispielsweise Seriennummer, Ausweisnummer, biometrische Daten, Bilder (Passbilder), etc., enthalten. Diese können in Klarschrift bzw. Bildform oder optisch codiert bzw. maschinenlesbar vorgesehen sein.
Das grundsätzliche Vorgehen bei der Herstellung von Hologrammen mit individualisierenden Angaben ist beispielsweise in der Literaturstelle EP 0 896 260 A2 beschrieben. Die Grundzüge werden folgend kurz erläutert. Zunächst wird ein holografischer Master mit einem Masterhologramm hergestellt. Dann wird der holografische Master hinter ein holografisches Aufzeichnungsmaterial positioniert. Kohärentes Licht, beispielsweise aus einem Laser, wird auf die dem holografischen Master abgewandte Seite des holografischen Aufzeichnungsmaterials eingestrahlt, typischerweise mit definierter Wellenlänge und definiertem Inzidenzwinkel, nach Maßgabe des vom holografischen Master zu rekonstruierenden holografischen Musters. Es durchdringt das holografische Aufzeichnungsmaterial und wird vom Master gebeugt bzw. reflektiert, womit das Hologramm durch Interferenz mit dem einfallenden Licht erzeugt wird und sich das Hologramm in dem holografischen Aufzeichnungsmaterial abbildet und durch photochemische- oder photophysikalische Prozesse im holografischen Aufzeichnungsmaterial speichert. Dabei kann der holografische Master so ausgelegt sein, dass er für mehrere Wellenlängen empfindlich ist und diese entsprechend beugt.
Aus der Praxis sind digitale Projektoren bekannt, welche mit Spatial Light Modulatoren in Form von Liquid Crystal Displays (LCD) arbeiten. Die Funktionsweise entspricht beispielsweise der Projektion eines Dias, wobei der Spatial Light Modulator anstelle des Dias tritt.
Aus der Praxis sind des Weiteren digitale Projektoren bekannt, welche ein DMD (Digital Micro Mirror Device) als Spatial Light Modulator umfassen. Aus der Literaturstelle DE 2005 054 396 A1 ist der Einsatz eines Spatial Light Modulators in Form eines Digital Micro Mirror Device (DMD) zur Markierung von Gegenständen bekannt.
Da die sich im Interferenzmuster des holografischen Aufzeichnungsmaterials ausbildenden Interferenzstrukturen in der Größenordnung von einem Mikrometer liegen, muss sich das holografische Aufzeichnungsmaterial während der Aufzeichnung jeweils in einer definierten Stellung befinden. Da das holografische Aufzeichnungsmaterial in der Regel als Film ausgebildet ist, benötigt das holografische Aufzeichnungsmaterial nach dem Anordnen relativ zu dem holografischen Master bei den im Stand der Technik bekannten Verfahren und Vorrichtungen eine Beruhigungszeit, die in der Größenordnung von einigen Sekunden liegt. Diese Beruhigungszeit liegt in der Größenordnung jener Zeit, die benötigt wird, um ein Hologramm in dem holografischen Aufzeichnungsmaterial zu belichten. Selbst wenn man diese Belichtungszeit stark verkürzen könnte, würde die Beruhigungszeit eine Steigerung des Durchsatzes bei der Herstellung von Hologrammen lediglich um einen Faktor 2 zulassen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Herstellungsverfahren sowie eine Vorrichtung zum Herstellen von individualisierten Hologrammen zu schaffen, mit denen eine Fertigungszeit reduziert ist.
Definitionen
Ein Sicherheitselement ist eine bauliche Einheit, die zumindest ein Sicherheitsmerkmal umfasst. Ein Sicherheitselement kann eine selbstständige bauliche Einheit sein, die mit einem Sicherheits- und/oder Wertdokument verbunden, beispielsweise verklebt werden kann, es kann sich aber auch um einen integralen Bestandteil eines Sicherheits- und/oder Wertdokumentes handeln. Ein Beispiel für erstes ist ein auf ein Sicherheits- und/oder Wertdokument aufklebbares Visum. Ein Beispiel für letzteres ist ein in einen Geldschein oder einen Ausweis integriertes, beispielsweise einlaminiertes Hologramm.
Ein Sicherheitsmerkmal ist eine Struktur, die nur mit (gegenüber einfachem Kopieren) erhöhtem Aufwand oder gar nicht unautorisiert herstellbar bzw. reproduzierbar ist.
Ein Muster besteht typischerweise aus einer Vielzahl nebeneinander angeordneter Mustereinheiten bzw. Pixel. Die Mustereinheiten bzw. Pixel eines Musters sind einander zugeordnet und in definierter Weise lateral zueinander angeordnet, typischerweise in zwei Raumdimensionen und ergeben in der Gesamtbetrachtung eine Darstellung, beispielsweise ein Bild, Symbol, Logo, Schriftzug (Buchstaben, Zahlen, alphanumerisch), oder Code (z. B. Barcode).
Als Sicherheits- und/oder Wertdokumente seien lediglich beispielhaft genannt: Personalausweise, Reisepässe, ID-Karten, Zugangskontrollausweise, Visa, Steuerzeichen, Tickets, Führerscheine, Kraftfahrzeugpapiere, Banknoten, Schecks, Postwertzeichen, Kreditkarten, beliebige Chipkarten und Haftetiketten (z. B. zur Produktsicherung). Solche Sicherheits- und/oder Wertdokumente weisen typischerweise ein Substrat, eine Druckschicht und optional eine transparente Deckschicht auf. Ein Substrat ist eine Trägerstruktur, auf welche die Druckschicht mit Informationen, Bildern, Mustern und dergleichen aufgebracht wird. Als Materialien für ein Substrat kommen alle fachüblichen Werkstoffe auf Papier- und/oder Kunststoffbasis in Frage.
Ein Spatial Light Modulator (SLM) erlaubt eine zweidimensional ortsaufgelöste Beleuchtung bzw. Bestrahlung eines meist flächigen Gegenstandes mit modulierter Intensität. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen DMD (Digital Micro Mirror Device) Chip, ein LCD (Liquid Crystal Display) Transmissionsdisplay oder ein LCoS (Liquid Crystal an Silicon) Display handeln. Allen ist gemeinsam, dass eine Vielzahl von SLM-Pixeln gebildet ist, wobei jedes SLM-Pixel unabhängig von anderen SLM- Pixeln aktivierbar oder deaktivierbar ist (auch Zwischenstufen sind möglich), wodurch durch entsprechende Ansteuerung der SLM-Pixel sich Muster oder Bilder projizieren lassen. Durch die freie Ansteuerbarkeit können auch ohne weiteres verschiedene Bilder oder Muster in zeitlicher Folge hintereinander generiert werden, beispielsweise in Form eines Passfotos.
Ein Code bzw. Muster ist individualisierend, wenn er einzigartig für eine Person oder einen Gegenstand oder eine Gruppe von Personen oder Gegenständen aus einer größeren Gesamtmenge an Personen oder Gegenständen ist. Ein für eine Gruppe von Personen innerhalb der Gesamtmenge der Einwohner eines Landes individualisierender Code ist beispielsweise die Stadt des Wohnortes. Ein für eine Person individualisierender Code ist beispielsweise die Nummer des Personalausweises oder das Passbild. Ein für eine Gruppe von Geldscheinen innerhalb der Gesamtmenge der Geldschiene individualisierender Code ist die Wertigkeit. Für einen Geldschein individualisierend ist die Seriennummer. Beispiele für nicht individualisierende Codes bzw. Muster sind Wappen, Siegel, Hoheitszeichen, etc.
Ein holografisches Aufzeichnungsmaterial ist eine Schicht aus einem Material, welches photosensitiv ist, und in welcher sich Holografien durch irreversible, aber auch reversible photochemische und/oder photophysikalische Prozesse im Wege der Belichtung speichern lassen. Lediglich beispielhaft seien die in der Holografie oft verwendeten Photopolymere genannt.
Der Begriff der Farbe wird im Rahmen der Erfindung als eine Wellenlänge bzw. eine Spektrallinie verstanden. Mischfarben weisen mehrere verschiedene Wellenlängen bzw. Spektrallinien auf. Der Begriff der Farbe umfasst daher neben dem sichtbaren Bereich auch UV und IR.
Grundzüge der Erfindung und bevorzugte Ausführungsformen.
Zur Lösung des Problems wird vorgeschlagen, dass das holografische Aufzeichnungsmaterial anliegend an eine Trommel angeordnet wird und die Trommel beim Abtasten des holografischen Masters um eine Trommelachse der Trommel gedreht wird. Dadurch, dass das holografische Aufzeichnungsmaterial an der Trommel anliegt, findet eine Beruhigung des Aufzeichnungsmaterials sehr viel schneller statt. Ferner kann das holografische Aufzeichnungsmaterial, wenn es beispielsweise als lang gestreckter Film ausgebildet ist, in dem eine Vielzahl von Hologrammen belichtet wird, anliegend an die Trommel in einem Bereich der Trommel angeordnet werden, d. h. in einem Sektor der Trommel angeordnet werden, der von dem Bereich winkelmäßig entfernt ist, an dem eine Aufzeichnung des Hologramms über eine Belichtung erfolgt. Insbesondere wird somit ein Verfahren zum Herstellen von individualisierten Hologrammen vorgeschlagen, bei dem ein Lichtstrahl erzeugt wird, der Lichtstrahl in einem Spatial Light Modulator (SLM) individuell moduliert wird, ein holografisches Aufzeichnungsmaterial relativ zu einem holografischen Master angeordnet wird und der individuell modulierte Lichtstrahl so geführt wird, dass zumindest ein Teil des individuell modulierten Lichtstrahls an dem holografischen Master gebeugt und/oder reflektiert und in dem holografischen Aufzeichnungsmaterial mit dem individuell modulierten Lichtstrahl zur Interferenz gebracht wird, so dass sich in dem holografischen Aufzeichnungsmaterial ein das individualisierte Hologramm repräsentierendes Interferenzmuster bildet, wobei der individuell modulierte Lichtstrahl relativ zu dem holografischen Aufzeichnungsmaterial und dem holografischen Master bewegt wird, um den gesamten holografischen Master abzuscannen, wobei zur Lösung des technischen Problems vorgesehen ist, dass das holografische Aufzeichnungsmaterial anliegend an die Trommel angeordnet wird und die Trommel beim Abscannen des holografischen Masters um eine Trommelachse der Trommel gedreht wird. Ein individualisiertes oder individuelles Hologramm kann somit mit einer Vorrichtung zum Herstellen von individualisierten Hologrammen umfassend eine Lichtquelle zum Erzeugen eines kohärenten Lichtstrahls, einen Spatial Light Modulator (SLM) zum individuellen Modulieren des Lichtstrahls in einen individuell modulierten Lichtstrahl, einen holografischen Master und eine Zuführeinrichtung, mit der ein holografisches Aufzeichnungsmaterial bezüglich einer Durchstrahlung mit dem individuell modulierten Lichtstrahl relativ zu dem holografischen Master anordenbar ist, und wobei der individuell modulierte Lichtstrahl so geführt ist, dass zumindest ein Teil des Lichtstrahls an dem holografischen Master gebeugt und/oder reflektiert ist und mit dem individuell modulierten Lichtstrahl in dem holografischen Aufzeichnungsmaterial überlagert ist, so dass sich in dem holografischen Aufzeichnungsmaterial ein das individualisierte Hologramm repräsentierendes Interferenzmuster bildet, wobei der individuell modulierte Lichtstrahl relativ zu dem holografischen Aufzeichnungsmaterial und dem holografischen Master bewegbar ist, um den gesamten holografischen Master abzuscannen. Zur Lösung des technischen Problems ist vorgesehen, dass die Zuführeinrichtung eine zylindrische Trommel umfasst und ausgebildet ist, das holografische Aufzeichnungsmaterial anliegend an die Trommel oder das Trommelsegment relativ zu dem Master anzuordnen, wobei die Trommel mit einer Trommelantriebseinrichtung gekoppelt ist, um beim Abscannen des holografischen Masters die Trommel um eine Trommelachse zu drehen. Durch ein Zuführen des holografischen Aufzeichnungsmaterials anliegend an die Trommel der Zuführeinrichtung oder ein Trommelsegment kann erreicht werden, dass eine Beruhigung des Aufzeichnungsmaterials schneller und/oder zeitlich vorgelagert vor einer Belichtung stattfindet. Wird das holografische Aufzeichnungsmaterial beispielsweise fast einen vollen Umfang der Trommel überdeckend anliegend an der Trommel oder dem Trommelsegment geführt, so kann das anliegende Anordnen beabstandet von dem Ort, an dem die Belichtung des Aufzeichnungsmaterials erfolgt, vorgenommen werden und somit zeitlich vorgelagert erfolgen. Hierdurch lässt sich eine Beschleunigung des Produktionsprozesses erreichen und der Durchsatz einer Vorrichtung deutlich steigern, ohne eine Qualitätseinbuße hinnehmen zu müssen, die bei einer Abbildung eines Hologramms in einem nicht in Ruhe befindlichen holografischen Aufzeichnungsmaterial dessen Qualität reduziert. Eine solche Reduktion tritt bei dem vorgeschlagenen Verfahren nicht auf, da sich das holografische Aufzeichnungsmaterial durch das Anliegen an die Trommel zum Zeitpunkt seiner Belichtung bereits ausreichend beruhigt hat.
Eine besonders einfache Strahlführung erreicht man mit einem Verfahren und einer Vorrichtung, bei der der holografische Master in die zylindrische Trommel eingearbeitet wird oder ist. Beim Zuführen des holografischen Aufzeichnungsmaterials wird dieses somit vor dem holografischen Master angeordnet. Beim Belichten des holografischen Aufzeichnungsmaterials wird dieses zunächst von dem individuell modulierten Lichtstrahl durchstrahlt, der dann auf den holografischen Master trifft und zumindest zum Teil des individuell modulierten Lichtstrahls gebeugt und/oder reflektiert wird und in dem holografischen Aufzeichnungsmaterial ein das individualisierende Hologramm repräsentierendes Interferenzmuster ausbildet. Das Einarbeiten des holografischen Masters in die Trommel bzw. das Trommelsegment bietet den Vorteil, dass das Abscannen des holografischen Masters und des holografischen Aufzeichnungsmaterials gemeinsam synchronisiert durch die Trommelbewegung, d. h. die Drehung der Trommel um die Trommeldrehachse, ausgeführt werden kann. Hierdurch wird eine vereinfachte optische Strahlführung möglich gemacht.
Der Lichtstrahl wird vorzugsweise als ein streifenförmiger Lichtstrahl erzeugt. Hierfür kann die Vorrichtung eine Streifenlichtquelle, die einen streifenförmigen Lichtstrahl erzeugt, umfassen. Die Lichtquelle ist in jedem Fall so ausgebildet, dass sie ausreichend kohärentes Licht erzeugt. Die Kohärenz muss sowohl räumlich als auch zeitlich gegeben sein, um ein holografisches Interferenzbild erzeugen zu können. Um einen streifenförmigen Lichtstrahl zu erzeugen, kann bei einer Ausführungsform eine Streifenerzeugungsoptik zum Erzeugen eines streifenförmigen Lichtstrahls vorgesehen sein, die insbesondere eine Zylinderlinse und/oder ein holografisches optisches Element umfasst. Dem Fachmann sind weitere optische Elemente bekannt, um einen streifenförmigen Lichtstrahl zu erzeugen. Bei der Lichtquelle handelt es sich bevorzugt um einen Laser, der Licht im infraroten, sichtbaren und/oder ultravioletten Wellenlängen- bzw. Frequenzbereich erzeugen kann.
Bei einer besonders einfachen Ausführungsform ist der Spatial Light Modulator ein Zeilendisplay. Das Zeilendisplay kann hierbei eine oder mehrere Pixelreihen umfassen und könnte im letzten Falle auch als streifenförmig ausgebildetes Display bezeichnet sein. Wird der Lichtstrahl mittels eines Zeilendisplays individuell moduliert, so kann ein flächiges Muster zeilenweise/streifenweise zum Individualisieren des individuell modulierten Lichtstrahls verwendet werden, um dieses individuelle Muster in das individualisierte Hologramm zeilenweise/streifenweise abzubilden. Die einzelnen Pixel des Zeilendisplays können hierbei frei angesteuert werden. Nacheinander wird so zeilenweise/streifenweise das flächige Muster dargestellt und abgebildet. Diese Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass neben der sich drehenden Trommel keine weiteren beweglichen Elemente vorhanden sein müssen.
Bei der Verwendung eines Zeilendisplays als Spatial Light Modulator bewegt sich jedoch das Filmmaterial während der Belichtungszeit durch die in dieser Zeit stattfindende Drehung der Trommel um die Trommelachse. Aufgrund der Krümmung der Trommel bedeutet dies ferner, dass ein Abstand des holografischen Aufzeichnungsmaterials von dem Spatial Light Modulator sich während der Belichtung verändert. Um eine Abbildungsunschärfe zu vermeiden, muss daher eine Abbildungsoptik, die den individuell modulierten Lichtstrahl, d. h. den Spatial Light Modulator, auf das holografische Aufzeichnungsmaterial und den holografischen Master abbildet, eine Tiefenschärfe aufweisen, die diesen Entfernungsunterschied während der Belichtungszeit kompensiert.
Einen möglichst geringen Wegunterschied in einer Abbildungslänge erhält man, wenn man das Aufzeichnungsmaterial unter 0° gegenüber einer Flächennormalen des Aufzeichnungsmaterials im Auftreffpunkt des individuell modulierten Lichtstrahls wählt, d. h. bezogen auf den individuell modulierten Lichtstrahl, diesen im Scheitelpunkt der sich drehenden Trommel belichtet.
Da bei einer Verwendung eines Zeilendisplays zur Abbildung eines flächigen Musters ein Wechsel der individuellen Modulation an den Zeilenübergängen zeitlich abrupt erfolgt, macht sich dieses auch in dem erzeugten Hologramm an den Zeilenübergängen nachteilig bemerkbar. Daher wird eine Ausführungsform der Erfindung bevorzugt, bei der der Spatial Light Modulator flächig ausgebildet ist und mit dem, vorzugsweise streifenförmigen, Lichtstrahl abgetastet wird.
Dadurch, dass bei einer solchen Ausführungsform der flächig ausgebildete Spatial Light Modulator mit einer Abscanngeschwindigkeit des Lichtstrahls abgescannt wird, tritt diese Geschwindigkeit zu der Geschwindigkeit des sich anliegend an der Trommel bewegenden holografischen Aufzeichnungsmaterials hinzu. Da vorzugsweise eine Abbildungsoptik mit einem Abbildungsfaktor m verwendet wird, bewegt sich der individuell modulierte Lichtstrahl an einem Auftreffort, der für streifenförmiges Licht eine Auftrefflinie ist, auf dem holografischen Material in einer Tangentialebene mit einer um den Abbildungsfaktor m multiplizierten Abscanngeschwindigkeit. Die optische Führung des Lichtstrahls ist somit bevorzugt so zu wählen, dass der individuell modulierte Lichtstrahl zwar ortsfest bezüglich der Drehachse der Trommel auf die Trommel trifft, sich jedoch die hierbei durch den Lichtstrahl "transportierte" individuell modulierte Information synchronisiert mit der Filmbewegung bewegt ist. Dies bedeutet, dass der Lichtstrahl den Spatial Light Modulator in der Zeit abscannt, in der sich das holografische Aufzeichnungsmaterial und der holografische Master einmal über ihren gesamten Aufzeichnungs- bzw. Abbildungs- oder Abtastbereich bewegen. Hierdurch treten keine abrupten Übergänge an Pixelzeilenübergängen auf. Es entsteht ein „gleichmäßiges" Hologramm.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Spatial Light Modulator flächig ausgebildet ist und mit dem, vorzugsweise streifenförmigen, Lichtstrahl abgetastet wird und die Geschwindigkeit des (abgebildeten) individuell modulierten Lichtstrahls über einen um die Spiegeldrehachse drehbar gelagerten Umlenkspiegel auf das holografische Aufzeichnungsmaterial gelenkt wird, wobei eine Drehgeschwindigkeit des Umlenkspiegels so festgelegt ist, dass für einen vor dem Umlenken ortsfesten individuell modulierten Lichtstrahl ein Auftreffort (eine Auftrefflinie) des individuell modulierten Lichtstrahls auf dem holografischen Aufzeichnungsmaterial sich in der Tangentialebene des Aufzeichnungsmaterials mit einer Geschwindigkeit bewegt, die einer Tangentialgeschwindigkeit des holografischen Aufzeichnungsmaterials aufgrund der Drehung der Trommel entspricht, und eine Abscanngeschwindigkeit so festgelegt wird, dass der Auftreffort des individuell modulierten Lichtstrahls auf dem holografischen Aufzeichnungsmaterial sich bei sich nicht drehendem Umlenkspiegel in der Tangentialebene mit einer Geschwindigkeit bewegt, die eine Tangentialgeschwindigkeit des holografischen Aufzeichnungsmaterials aufgrund der Drehung der Trommel oder des Trommelsegments kompensiert. Kompensieren heißt, dass sie betragsmäßig gleich, aber in eine entgegengesetzte Richtung weisend ist. Die Vorrichtung umfasst somit einen flächig ausgebildeten Spatial Light Modulator und einen um eine Spiegelachse drehbar gelagerten Umlenkspiegel, der relativ zu dem Spatial Light Modulator und der Trommel oder dem Trommelsegment angeordnet ist, um den (abgebildeten) individuell modulierten Lichtstrahl auf das holografische Aufzeichnungsmaterial zu lenken, wobei mit dem Umlenkspiegel eine Antriebseinrichtung gekoppelt ist, die eine Drehgeschwindigkeit des Spiegels so regelt, dass für einen vor dem Umlenken ortsfesten individuell modulierten Lichtstrahl ein Auftreffort (eine Auftrefflinie) des individuell modulierten Lichtstrahls auf dem holografischen Aufzeichnungsmaterial sich in der Tangentialebene des Aufzeichnungsmaterials mit einer Geschwindigkeit bewegt, die einer Tangentialgeschwindigkeit des holografischen Aufzeichnungsmaterials aufgrund der Drehung der Trommel oder des Trommelsegments entspricht und eine Abscanngeschwindigkeit für das Abscannen des Spatial Light Modulators so festgelegt ist, dass der Auftreffort des individuell modulierten Lichtstrahls auf dem holografischen Aufzeichnungsmaterial sich bei sich nicht drehendem Umlenkspiegel in der Tangentialebene mit einer Geschwindigkeit bewegt, die die Tangentialgeschwindigkeit des holografischen Aufzeichnungsmaterials aufgrund der Drehung der Trommel oder des Trommelsegments kompensiert. Der Umlenkspiegel sorgt somit dafür, dass ein ortsfester individuell modulierter Lichtstrahl immer auf denselben Ort des Aufzeichnungsmaterials auftrifft, wenn sich dieses aufgrund der Drehung der Trommel dreht. Die Abscanngeschwindigkeit des Spatial Light Modulators wird nun so gewählt, dass der abgebildete individuell modulierte Lichtstrahl eine Bewegung des Aufzeichnungsmaterials so kompensiert, dass während des Abscannens des Spatial Light Modulators auch der gesamte holografische Master einmal abgescannt wird. Die Auftrefflinie ist somit bezüglich der Trommeldrehachse ortsfest und vorzugsweise kollinear.
Es soll an dieser Stelle hervorgehoben werden, dass der in die Trommel eingearbeitete holografische Master nicht so ausgebildet sein muss, dass er einem 360°-Zylindersegment entspricht. Vielmehr können in eine Trommel mehrere identische oder verschiedene holografische Master in eine zylindrische Fläche, vorzugsweise eine zylindrische Mantelfläche, der Trommel eingearbeitet sein. Die Spiegeldrehachse ist bei einer solchen Ausführungsform parallel zur Drehachse der Trommel ausgerichtet. Eine Belichtung bzw. Durchstrahlung des Aufzeichnungsmaterials erfolgt vorzugsweise an einer Schnittlinie bzw. einem Schnittpunkt einer die beiden Achsen verbindenden Linie (n). Auch bei einer solchen Anordnung ändert sich jedoch der Auftreffwinkel des individuell modulierten Lichtstrahls auf das Aufzeichnungsmaterial leicht mit der Drehstellung des Umlenkspiegels, d. h. abhängig von der Abscannposition des Lichtstrahls auf dem Spatial Light Modulator.
Bei einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die zum Abscannen des Lichtstrahls erforderliche Abtastgeschwindigkeit des Lichtstrahls und eine Kompensation der Drehbewegung durch eine translatorische Bewegung eines optischen Systems bewirkt werden. Eine bevorzugte Ausführungsform sieht daher vor, dass quer zur Trommeldrehachse ein optisches System translatorisch bewegt wird, dass ein ortsfest einfallender Lichtstrahl in einen sich relativ zu dem Spatial Light Modulator bewegenden abscannenden Lichtstrahl umgewandelt wird, wobei das optische System mindestens einen Strahlteiler umfasst und der Lichtstrahl über den Strahlteiler auf den Spatial Light Modulator umgelenkt wird und der von dem Spatial Light Modulator individuell modulierte Lichtstrahl durch den Strahlteiler auf das holografische Aufzeichnungsmaterial gelenkt wird. Hierbei kann die translatorische Bewegung mit einer Geschwindigkeit ausgeführt werden, die dazu führt, dass die Geschwindigkeit des auf das Aufzeichnungsmaterial auftreffenden individuell modulierten Lichtstrahls die Bewegung des Aufzeichnungsmaterials aufgrund einer Drehung der Trommel oder des Trommelsegments kompensiert. Bei einer solchen Ausführungsform ist zwischen dem Spatial Light Modulator und dem Auftreffort des individuell modulierten Lichtstrahls ein Strahlteiler angeordnet. Der von dem Spatial Light Modulator individuell modulierte Lichtstrahl passiert hierbei den Strahlteiler in gerader Linie. Somit ist eine Abbildungslänge jeweils konstant, unabhängig von einer Tiefenschärfe der Abbildungsoptik.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das optische System zusätzlich den Spatial Light Modulator und einen relativ zu dem Strahlteiler fest ausgerichteten Ablenkspiegel umfasst, wobei das optische System senkrecht zur Trommelachse und zu einer Auftreffrichtung des individuell modulierten Lichtstrahls auf dem holografischen Aufzeichnungsmaterial bewegt wird. Zum Ausführen der translatorischen Bewegung ist das optische System, welches auch als optisches Individualisierungssystem bezeichnet ist, mit einer Verschiebeeinrichtung gekoppelt, die die translatorische Bewegung mit einer Verschiebegeschwindigkeit ausführt.
Die Trommeldrehgeschwindigkeit der Trommel ist in Abhängigkeit einer Intensität des Lichtstrahls so gewählt, dass eine in das Aufzeichnungsmaterial eingebrachte Energiemenge während einer Durchstrahlungsdauer, die sich aufgrund der Drehung der Trommel oder des Trommelsegments bezüglich des individuell modulierten Lichtstrahls ergibt, wenn der individuell modulierte Lichtstrahl ortsfest bezüglich der Trommeldrehachse ist bzw. gehalten wird, einer zum Aufzeichnen des individualisierten Hologramms in dem Aufzeichnungsmaterial angemessene Energiemenge entspricht.
Um die einzelnen auftretenden Geschwindigkeiten regeln zu können, ist bei einer Ausführungsform vorgesehen, dass in Trommeldrehachsrichtung außerhalb eines Ausleuchtungsbereichs für das individualisierte Hologramm, bevorzugt neben der Trommel, bevorzugt in einer Tangentialebene der Auftrefflinie des individuell modulierten Lichtstrahls auf das Aufzeichnungsmaterial oder darüber, mindestens ein positionsabhängiger lichtempfindlicher Sensor angeordnet ist, wobei der individuell modulierte Lichtstrahl so ausgebildet ist, dass der positionsempfindliche und lichtempfindliche Sensor beim Durchstrahlen des Aufzeichnungsmaterials von einem Randbereich des individuell modulierten Lichtstrahls überstrichen wird und der mindestens eine Sensor in einen geschlossenen Regelkreis mit einem Regler integriert ist, der für eine Regelung der Drehgeschwindigkeit des Umlenkspiegels oder eine Verschiebegeschwindigkeit des optischen Individualisierungssystems ausgebildet ist, um eine Auftrefflinie des Lichtstrahls auf das Aufzeichnungsmaterial ortsfest bezüglich der Trommeldrehachse zu halten. Hierdurch wird die Möglichkeit geschaffen, eine der Geschwindigkeiten über einen Regelkreis nachzuführen.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass bezogen auf eine Trommelachsrichtung an einem entgegengesetzten Ende des Ausleuchtungsbereichs für das individualisierte Hologramm mindestens ein weiterer positionsempfindlicher und lichtempfindlicher Sensor angeordnet ist. Hierdurch kann auch eine mögliche Verkippung des streifenförmigen Lichtstrahls bezüglich der Trommeldrehachse festgestellt werden und gegebenenfalls über Stellglieder kompensiert werden.
Um die Drehgeschwindigkeit der Trommel kontrollieren und regeln zu können, ist bei einer bevorzugten Ausführungsform an der Trommel oder dem Trommelsegment ein Inkrementalgeber angeordnet und eine weitere Regeleinheit vorgesehen, um anhand von Signalen des Inkrementalgebers die Trommelgeschwindigkeit zu regeln.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung einzelner bevorzugter Ausführungsbeispiele. Hierbei zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Herstellen eines individualisierten Hologramms, bei der der Spatial Light Modulator abgescannt und über einen Umlenkspiegel auf das holografische Aufzeichnungsmaterial gelenkt wird;
2a und 2b zwei zeitlich aufeinander folgende Ansichten einer anderen Ausführungsform einer Vorrichtung zum Herstellen individualisierter Hologramme, bei der ein Abscannen des Spatial Light Modulators und ein Kompensieren einer Bewegung des holografischen Aufzeichnungsmaterials mittels einer translatorischen Verschiebung bewirkt ist; und
3 eine Ausführungsform mit einem zeilenförmigen Spatial Light Modulator.
In 1 ist eine Vorrichtung 1 zum Herstellen eines individualisierten Hologramms schematisch dargestellt. Ein Lichtstrahl 3, der vorzugsweise zeilenförmig oder streifenförmig ausgebildet ist und sich senkrecht zur Zeichnungsebene erstreckt, scannt einen Spatial Light Modulator 5 mit einer Geschwindigkeit v_scan ab. Der Spatial Light Modulator 5 ist beispielsweise als LCD (Liquid Crystal Display) ausgebildet. Auf dem Spatial Light Modulator 5 werden pixeliert individuelle Informationen in Form eines Musters dargestellt, wobei die Pixel einzeln angesteuert werden können. Die einzelnen Pixel des Spatial Light Modulators 5 modulieren den Lichtstrahl 3 und verwandeln diesen in einen individuell modulierten Lichtstrahl 3'.
Der Lichtstrahl 3 scannt den Spatial Light Modulator 5 in der Darstellung von 1 mit der Geschwindigkeit v_scan von oben nach unten ab, wie mittels eines Pfeils 7 angedeutet ist. Der individuell modulierte Lichtstrahl 3' ist zu drei aufeinander folgenden Zeiten i = 1, 2, 3 dargestellt, wobei die Abfolge durch einen tiefer gestellten eingeklammerten Index angegeben ist. Der individuell modulierte Lichtstrahl 3' wird über eine Abbildungsoptik 9, die einen Vergrößerungsfaktor m aufweist, abgebildet. Über einen drehbar gelagerten Umlenkspiegel 11 wird der individuell modulierte Lichtstrahl 3' auf ein holografisches Aufzeichnungsmaterial 13 gelenkt, welches anliegend an eine Trommel 15 zugeführt wird. Der Umlenkspiegel 11 ist um eine Spiegeldrehachse 17 drehbar, die vorzugsweise in der Spiegelebene des Umlenkspiegels 11 liegt. Der Umlenkspiegel 11 ist hierfür mit einer Antriebseinrichtung 19 gekoppelt, was über eine gestrichelte Linie 21 angedeutet ist.
Um ein Hologramm in dem holografischen Aufzeichnungsmaterial 13 aufzuzeichnen, wird dieses von dem individuell modulierten Lichtstrahl 3' durchstrahlt und trifft auf einen holografischen Master 23, der in die Trommel 15 eingearbeitet ist. Der holografische Master 23 ist vorzugsweise in eine Mantelfläche der Trommel 15 eingearbeitet. Der holografische Master 23 kann sich entlang des gesamten Umfangs der Trommel 15 erstrecken. Ebenso sind Ausführungsformen möglich, bei denen mehrere identische oder verschiedene holografische Master in die Trommel 15 eingearbeitet sind.
Die Trommel 15 ist mit einer Trommelantriebseinrichtung 25 gekoppelt. Diese bewirkt eine Drehung der Trommel um eine Trommelachse 27. Die Trommeldrehachse 27 erstreckt sich senkrecht zur Zeichnungsebene. Sie ist somit parallel zur Spiegeldrehachse 17 und zu der Richtung, in der sich der streifenförmige Lichtstrahl und der individuell modulierte streifenförmige Lichtstrahl erstrecken. Der individuell modulierte Lichtstrahl 3' trifft somit entlang einer Auftrefflinie 29 auf das holografische Aufzeichnungsmaterial, welche ebenfalls parallel zu der Trommeldrehachse 27 ist. Vorzugsweise liegt die Auftrefflinie 29 auf einer Verbindungslinie 31 der Spiegeldrehachse 17 und der Trommeldrehachse 27.
Während der Aufzeichnung des individualisierten Hologramms dreht sich die Trommel 15 im dargestellten Beispiel in Uhrzeigerrichtung, wie mittels eines Pfeils 33 angedeutet ist. In einer Tangentialebene 37 des holografischen Aufzeichnungsmaterials 13 an der Auftrefflinie 29 bewegt sich somit das Aufzeichnungsmaterial 13 mit einer Tangentialgeschwindigkeit v_Film, wie mittels eines entsprechenden Vektors 35 angezeigt ist. Eine Dreh- oder Schwenkgeschwindigkeit des Umlenkspiegels 11 wird so gewählt, dass ein ortsfester individuell modulierter Lichtstrahl immer an derselben Stelle des Films abgebildet würde. Dies ist gleichbedeutend damit, dass der Umlenkspiegel 11 mit einer solchen Geschwindigkeit bewegt wird, dass sich die Auftrefflinie 29 in der Tangentialebene 37 mit einer Geschwindigkeit V_Spiegel, wie mittels eines Vektors 39 angezeigt ist, bewegt, die der Tangentialgeschwindigkeit des holografischen Aufzeichnungsmaterials v_Film entspricht (v_Spiegel = V_Film).
Aufgrund der Abscanngeschwindigkeit v_scan des Lichtstrahls 3, mit der der Spatial Light Modulator 5 abgescannt wird, würde sich die Auftrefflinie 29 in der Tangentialebene 37 bei sich nicht drehendem Umlenkspiegel 11 mit einer Geschwindigkeit m·v_scan entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung des holografischen Aufzeichnungsmaterials bewegen, wie mittels eines Geschwindigkeitsvektors 41 angezeigt ist. Der Faktor m gibt hierbei die Vergrößerung der Abbildungsoptik 9 an. Würde man sich den Umlenkspiegel 11 wegdenken, so würde der individuell modulierte abgebildete Lichtstrahl 3' auf einem Schirm 43 abgebildet, dessen Abstand 45 von der Spiegeldrehachse 17 gleich dem Abstand 47 der Auftrefflinie 29 bzw. des holografischen Aufzeichnungsmaterials 13 bzw. der Tangentialebene 37 von der Spiegeldrehachse 17 ist. Um sicherzustellen, dass die Auftrefflinie 29 ortsfest bezüglich der Trommeldrehachse 27 verbleibt, ist somit dafür zu sorgen, dass die Geschwindigkeit des holografischen Aufzeichnungsmaterials v_Film gleich der Drehgeschwindigkeit des Spiegels bzw. der Geschwindigkeit v_Spiegel der Auftrefflinie 29 in der Tangentialebene 37 ist und die Geschwindigkeit m·v_scan der Auftrefflinie 29 aufgrund der Scangeschwindigkeit und der vergrößernden Abbildung betragsmäßig gleich und entgegengesetzt zu der Tangentialgeschwindigkeit des holografischen Aufzeichnungsmaterials v_Film ist, d. h. –m·vscan = vFilm = vSpiegel.
Um somit sicherzustellen, dass die Auftrefflinie 29 ortsfest bezüglich der Trommeldrehachse 27 verbleibt, ist entlang der Axialrichtung 27, d. h. aus der Zeichnungsebene heraustretend, außerhalb des Abbildungsbereichs des Hologramms, vorzugsweise neben der Trommel 15, ein positionsempfindlicher, lichtempfindlicher Sensor 49 angeordnet, der gestrichelt dargestellt ist und sich oberhalb der Zeichnungsebene befindet. Mit diesem ist es möglich, ein Wandern der Auftrefflinie in der Tangentialebene 37 zu detektieren. Hierfür ist der positionsempfindliche, lichtempfindliche Sensor 49 mit einem Regler 51 verbunden, der wiederum die Antriebseinheit 19 ansteuert, so dass ein geschlossener Regelkreis ausgebildet ist.
An der Trommel 15 ist ein Inkrementalgeber 53 angeordnet, über den die Stellung der Trommel 15 und somit eine Stellung des anliegenden holografischen Aufzeichnungsmaterials 13 ermittelbar ist. Über eine weitere Regeleinheit 55 kann so die Trommelantriebseinrichtung 25 geregelt werden oder alternativ eine Einheit, die die Abtastgeschwindigkeit des Lichtstrahls 3 bestimmt.
Wie sich aus den Strahlengängen des individuell modulierten Lichtstrahls 3'_(i) des abgebildeten individuell modulierten Lichtstrahls 3'_(i) und den Stellungen des Umlenkspiegels 11_(i) (i = 1, 2, 3) ergibt, die jeweils zu drei aufeinanderfolgenden Zeiten i = 1, 2, 3 eingezeichnet sind, ergibt es sich, dass sich bei dieser Ausführungsform ein Auftreffwinkel α_i gegen eine Flächennormale der Tangentialebene 37 gemessen, während der Aufzeichnung des individualisierten Hologramms geringfügig verändert.
In 2a und 2b ist eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung 1' zum Herstellen eines individualisierten Hologramms schematisch zu unterschiedlichen aufeinander folgenden Zeitpunkten dargestellt. Gleiche technische Merkmale sind mit identischen Bezugszeichen versehen. Diese Ausführungsform der Vorrichtung 1' umfasst ein optisches Individualisierungssystem 61. Das optische Individualisierungssystem 61 ist quer zur Trommeldrehachse 27 mittels einer Verschiebeeinrichtung 63 translatorisch verschiebbar, wie mittels eines Doppelpfeils 65 angedeutet ist. Das optische Individualisierungssystem 61 kann beispielsweise einen translatorisch verschiebbaren optischen Tisch umfassen (nicht dargestellt). Das optische Individualisierungssystem 61 umfasst einen Ablenkspiegel 67, der unter 45° gegenüber einem von einem weiteren Ablenkspiegel 69 einfallenden streifenförmig oder zeilenförmig ausgebildeten kohärenten Lichtstrahls 3 einer Streifenlichtquelle 71 ausgerichtet ist. Die Streifenlichtquelle 71 umfasst vorzugsweise einen Laser 73, der kohärentes Licht erzeugt, sowie eine Streifenerzeugungsoptik 75, die beispielsweise als Zylinderlinse oder als holografisches optisches Element zum Erzeugen eines streifenförmigen Lichtstrahls ausgebildet sein kann.
Eine Translationsbewegung parallel zu der durch den Doppelpfeil 65 angegebenen Richtung bewirkt über den Ablenkspiegel 67 einen Strahlversatz auf einem polarisierenden Strahlteilerwürfel 77 bzw. dem Spatial Light Modulator 5. Der Spatial Light Modulator 5 ist in dieser Ausführungsform vorzugsweise als Liquid Crystal an Silicon (LCoS) ausgebildet. Bei diesem flächig ausgebildeten Spatial Light Modulator können die einzelnen Pixel wie bei einem LCD-Display frei angesteuert werden. Das individualisierende Muster für das individualisierte Hologramm kann hier ebenso wie bei der Ausführungsform nach 1 während der gesamten Abscanndauer dargestellt werden. Eine Synchronisation mit der Abscanngeschwindigkeit oder einer Geschwindigkeit v_Film des holografischen Aufzeichnungsmaterials 13 ist nicht erforderlich. Das von dem Ablenkspiegel 67 auf den Strahlteilerwürfel 77 fallende Licht des senkrecht zu Zeichenebene zeilenförmig ausgebildeten Lichtstrahls 3 wird an dem Strahlteilerwürfel 77 zunächst auf den Spatial Light Modulator 5 reflektiert, von dem Spatial Light Modulator pixelindividuell moduliert und zurückreflektiert. Hierbei wird eine Polarisation gegenüber der des einfallenden Lichtstrahls 3 verändert. Der individuell modulierte Lichtstrahl 3' passiert den Strahlteilerwürfel 77 und trifft an der Auftrefflinie 29 auf das holografische Aufzeichnungsmaterial 13, welches an der Trommel 15 anliegt.
Aus Vereinfachungsgründen ist keine Abbildungsoptik eingezeichnet. Eine Verschiebegeschwindigkeit v_trans ist somit so zu wählen, dass sie der Geschwindigkeit des holografischen Aufzeichnungsmaterials in der Tangentialebene 37 aufgrund der Drehung der Trommel 15 um die Trommeldrehachse 27 entspricht, d. h. v_Film = v_trans. Vorteil dieser Ausführungsform ist es, dass der individuell modulierte Lichtstrahl 3' immer an derselben Position und unter demselben Auftreffwinkel auf das holografische Aufzeichnungsmaterial trifft. Immer an derselben Position soll hierbei bedeuten, dass die Auftrefflinie 29 ortsfest bezüglich der Trommeldrehachse 27 ist. Bei dieser Ausführungsform bildet der positionsempfindliche, lichtempfindliche Sensor 49 zusammen mit dem Regler 51 und der Verschiebeeinrichtung 63 einen geschlossenen Regelkreis. Die Geschwindigkeit des holografischen Aufzeichnungsmaterials 13 bzw. der Trommel 15 wird wie bei der Ausführungsform nach 1 über den Inkrementalgeber 53, die weitere Regeleinheit 55 und die Trommelantriebseinrichtung 25 gesteuert und geregelt. Die Tangentialgeschwindigkeit v_Film, mit der sich das holografische Aufzeichnungsmaterial 13 in der Tangentialebene 37 bewegt, ist so gewählt, dass in dem holografischen Aufzeichnungsmaterial 13 während der Durchstrahlungsdauer, d. h. während des Passierens der Auftrefflinie 29, in dem holografischen Aufzeichnungsmaterial eine ausreichende Energiemenge deponiert wird, um das holografisch erzeugte Interferenzmuster in dem holografischen Aufzeichnungsmaterial 13 zu speichern.
In 2b ist eine zeitlich verzögerte Stellung des optischen Systems 61 dargestellt. Auch das holografische Aufzeichnungsmaterial 13 hat sich aufgrund der Drehung der Trommel 15 um die Trommeldrehachse 27 im Uhrzeigersinn, d. h. nach "rechts" in der Zeichnungsebene, bewegt. Der sich jetzt an der Auftrefflinie befindliche Abschnitt des holografischen Aufzeichnungsmaterials 13 korrespondiert somit mit Informationen, die auf dem Spatial Light Modulator 5 "links" (bezogen auf die Zeichnungsebene) von den Informationen befinden, die in 2a auf das holografische Aufzeichnungsmaterial 13 abgebildet wurden.
Die in Zusammenhang mit der Ausführungsform nach 1 beschriebenen Regelkreise wirken bei der Ausführungsform nach 2a und 2b entsprechend.
In 3 ist eine Ausführungsform gezeigt, in der ein Spatial Light Modulator 5 als zeilen- oder streifenförmiges Display ausgebildet ist. Dieses umfasst eine oder mehrere Zeilen von Pixeln, wobei sich die Pixelzeilen senkrecht zur Zeichenebene erstrecken. Bei dem zeilenförmigen Display kann es sich beispielsweise um ein LCD-Display handeln. Der streifen- oder zeilenförmig senkrecht zur Zeichenebene ausgebildete Lichtstrahl 3 trifft auf den streifen- oder zeilenförmig ausgebildeten Spatial Light Modulator 5 und wird individuell moduliert. Der individuell modulierte Lichtstrahl 3' trifft dann auf das holografische Aufzeichnungsmaterial 13, welches anliegend an einer Trommel 15 zugeführt wird, in die ein holografischer Master 23 eingearbeitet ist. Eine Belichtungsdauer t_b für eine Pixelzeile oder einen Pixelstreifen ist die Zeitdauer, in der die Pixelzeile oder der Pixelstreifen auf das holografische Abbildungsmaterial abgebildet wird. Während dieser Zeit bewegt sich das holografische Abbildungsmaterial um eine Strecke v_Film·t_b = s_b. Die Belichtung wird vorzugsweise so ausgeführt, dass sich hierdurch eine möglichst geringe Änderung einer Strahlführungslänge (Abbildungslänge) entlang der Ausbreitungsrichtung 81 des abgebildeten individuell modulierten Lichtstrahls 3' ergibt. Diesen Unterschied 83 in der Abbildungslänge muss über die Tiefenschärfe der Abbildungsoptik 9 kompensiert werden. Das von dem zeilenförmig bzw. streifenförmig ausgebildeten Spatial Light Modulator 5 dargestellte Muster wird synchronisiert mit der Drehung der Trommel 15 jeweils gewechselt, wenn das holografische Aufzeichnungsmaterial sich um eine Strecke s_b bewegt hat. Die so erzeugten individualisierten Hologramme weisen den Nachteil auf, dass, wenn ein vollflächiges Muster dargestellt werden soll, an den Kanten der einzelnen Pixelzeilen oder Pixelstreifen Störungen auftreten, die aus der ungleichmäßig langen Ausleuchtung des Filmmaterials mit derselben individuellen Information herrührt.
Um eine Synchronisation der Trommeldrehgeschwindigkeit mit der Änderung der mittels des zeilenförmig ausgebildeten Spatial Light Modulators 5 dargestellten individualisierenden Informationen zu erreichen, ist bei der Ausführungsform nach 3 vorzugsweise auf der Mantelfläche der Trommel 15 ein an der Trommel 15 befestigter positionsempfindlicher, lichtempfindlicher vorzugsweise umlaufend ausgebildeter Sensor 85 angeordnet. In Abhängigkeit von den hiermit erfassten Signalen kann über eine Steuerung 87 eine Frequenz (Zeilenfrequenz) zur Änderung der mittels des zeilenförmig bzw. streifenförmig ausgebildeten Spatial Light Modulators 5 dargestellten Informationen geregelt werden. Ebenso kann die Ausführungsform nach 3 zusätzlich oder alternativ einen Inkrementalgeber 53 umfassen, dessen Signal alternativ oder zusätzlich ebenfalls zur Regelung der Zeilenfrequenz verwendet werden kann. Die Steuerung 87 kann in anderen Ausführungsformen mit der weiteren Regeleinheit 55 gemeinsam ausgeführt sein, um auch die Trommelantriebseinrichtung 25 anzusteuern.
Bei der Ausführungsform nach 2a und 2b ist der gewählte Auftreffwinkel α des individuell modulierten Lichtstrahls 3' auf das holografische Aufzeichnungsmaterial 13, gemessen gegen eine Flächennormale der Tangentialebene 37, in der dargestellten Konfiguration gleich Null gewählt (α = 0). Verschwenkt man jedoch das optische Individualisierungssystem 61 sowie den weiteren Umlenkspiegel 69 und die Lichtquelle 71 drehend um die Auftrefflinie 29, d. h. in der Zeichenebene, so können beliebige Auftreffwinkel zwischen –90° bis +90° eingestellt werden. Da bei der Ausführungsform nach 2 die Auftreffrichtung konstant ist, können stark winkelselektive holografische Master für die Abbildung verwendet werden. Auch bei der Ausführungsform nach 1 kann der mittlere Auftreffwinkel α in Grenzen eingestellt werden, indem ebenfalls eine Verschwenkung der an der Abbildung und Individualisierung des Lichtstrahls beteiligten Elemente um die Auftrefflinie 29 in der Zeichnungsebene erfolgt. Im Prinzip trifft dieses ebenfalls auf die Ausführungsform nach 3 zu, jedoch werden die Abbildungslängenunterschiede, die durch die Tiefenschärfe der Abbildungsoptik zu kompensieren sind, größer, wenn ein von 0° abweichender Auftreffwinkel gewählt wird.
Die beschriebenen Ausführungsformen stellen lediglich beispielhafte Ausführungsformen dar. Die einzelnen Merkmale, die im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen beschrieben wurden, können in beliebiger Kombination zur Verwirklichung der Erfindung verwendet werden.

1, 1, 1'': Vorrichtung zum Herstellen eines individualisierten Hologramms
3: Lichtstrahl
3': individuell modulierter Lichtstrahl
3'_(i): individuell modulierter Lichtstrahl zum Zeitpunkt i
5: Spatial Light Modulator
7: Pfeil
9: Abbildungsoptik
11_(i): Umlenkspiegel in der Stellung zum Zeitpunkt i
13: holografisches Aufzeichnungsmaterial
15: Trommel
17: Spiegeldrehachse
19: Antriebseinrichtung
21: gestrichelte Linie (Verdeutlichung der Kopplung der Antriebseinrichtung mit dem Umlenkspiegel)
23: holografischer Master
25: Trommelantriebseinrichtung
27: Trommeldrehachse
29: Auftrefflinie
31: Verbindungslinie
33: Pfeil
35: Geschwindigkeitsvektor v_Film
37: Tangentialebene
39: Geschwindigkeitsvektor v_Spiegel
41: Geschwindigkeitsvektor –m·v_scan
43: Schirm
45: Abstand Spiegeldrehachse – Schirm
47: Abstand Speigeldrehachse – Auftrefflinien/holografisches Aufzeichnungsmaterial/Tangentialebene
49: positionsempfindlicher lichtempfindlicher Sensor
51: Regler
53: Inkrementalgeber
55: weitere Regeleinheit
61: optisches System
63: Verschiebeeinrichtung
65: Doppelpfeil
67: Ablenkspiegel
69: weiterer Ablenkspiegel
71: Streifenlichtquelle
73: Laser
75: Streifenerzeugungsoptik
77: Strahlteilerwürfel
81: Ausbreitungsrichtung
83: Unterschied der Abbildungslänge
85: Sensor
87: Steuerung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 0896260 A2 [0003]
- DE 2005054396 A1 [0005]

Claims

Verfahren zum Herstellen von individualisierten Hologrammen, bei dem ein Lichtstrahl (3) erzeugt wird, der Lichtstrahl (3) in einem Spatial Light Modulator (5) individuell moduliert wird, holografisches Aufzeichnungsmaterial (13) relativ zu einem holografischen Master (23) angeordnet und der individuell modulierte Lichtstrahl (3') so geführt wird, dass zumindest ein Teil des individuell modulierten Lichtstrahls (3') an dem holografischen Master (23) gebeugt und/oder reflektiert wird und in dem holografischen Aufzeichnungsmaterial (13) mit dem individuell modulierten Lichtstrahl (3') zur Interferenz gebracht wird, so dass sich in dem holografischen Aufzeichnungsmaterial (13) ein das individualisierte Hologramm repräsentierendes Interferenzmuster bildet, wobei der individuell modulierte Lichtstrahl (3') relativ zu dem holografischen Aufzeichnungsmaterial (13) und dem holografischen Master (23) bewegt wird, um den gesamten holografischen Master (23) abzuscannen dadurch gekennzeichnet, dass das Aufzeichnungsmaterial (13) anliegend an eine zylindrische Trommel (15) angeordnet wird und die Trommel (15) beim Abscannen des holografischen Masters (23) um eine Trommeldrehachse (27) der Trommel (15) gedreht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtstrahl (3) als ein streifen- oder zeilenförmiger Lichtstrahl erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der holografische Master (23) in die Trommel (15) eingearbeitet wird oder ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Spatial Light Modulator (5) ein Zeilendisplay ist und der Lichtstrahl (3) mittels des Zeilendisplays individuell moduliert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Spatial Light Modulator (5) flächig ausgebildet ist und mit dem, vorzugsweise streifenförmigen, Lichtstrahl abgetastet wird, um den Lichtstrahl zu modulieren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der individuell modulierte Lichtstrahl (3') über einen um eine Spiegeldrehachse (17) drehbar gelagerten Umlenkspiegel (11) auf das holografische Aufzeichnungsmaterial (13) gelenkt wird, der mit einer Drehgeschwindigkeit gedreht wird, dass der individuell modulierte Lichtstrahl (3') ortsfest bezogen auf die Trommeldrehachse (27) der Trommel (15) auf das Aufzeichnungsmaterial (13) auftrifft.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehgeschwindigkeit des Umlenkspiegels (11) so festgelegt ist, dass für einen vor dem Umlenken ortsfesten, individuell modulierten Lichtstrahl (3') eine Auftrefflinie (29) oder ein Auftreffort des individuell modulierten Lichtstrahls (3') auf dem holografischen Aufzeichnungsmaterial (13) sich in der Tangentialebene (37) des Aufzeichnungsmaterials (13) mit einer Geschwindigkeit (v_Spiegel) bewegt, die einer Tangentialgeschwindigkeit (v_Film) des holografischen Aufzeichnungsmaterials (13) aufgrund der Drehung der Trommel (15) entspricht, und eine Abscangeschwindigkeit so festgelegt wird, das die Auftrefflinie (29) oder der Auftreffort des individuell modulierten Lichtstrahls (3') auf dem holografischen Aufzeichnungsmaterial (13) sich bei sich nicht drehendem Umlenkspiegel (11) in der Tangentialebene (37) mit einer Geschwindigkeit m·(v_scan) bewegt, die die Tangentialgeschwindigkeit (v_Film) des holografischen Aufzeichnungsmaterials (13) aufgrund der Drehung der Trommel (15) kompensiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Trommeldrehgeschwindigkeit der Trommel (15) in Abhängigkeit einer Intensität des Lichtstrahls (3) so gewählt ist, dass eine in das Aufzeichnungsmaterial (13) eingebrachte Energiemenge während einer Durchstrahlungsdauer, die sich aufgrund der Drehung der Trommel (15) bezüglich des individuell modulierten Lichtstrahls (3') ergibt, wenn der individuell modulierte Lichtstrahl (3') ortsfest bezüglich der Trommeldrehachse ist, einer zum Aufzeichnen des individualisierten Hologramms in dem Aufzeichnungsmaterial (13) angemessenen Energiemenge entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass quer zur Trommeldrehachse (27) ein optisches System (61) translatorisch bewegt wird, so dass ein ortsfest einfallender Lichtstrahl (3) in einen sich relativ zu dem Spatial Light Modulator (5) bewegenden abscannenden Lichtstrahl umgewandelt wird, wobei das optische System mindestens einen Strahlteiler (77) umfasst, und der Lichtstrahl (3) über den Strahlteiler (77) auf den Spatial Light Modulator (5) umgelenkt wird und der von dem Spatial Light Modulator individuell modulierte Lichtstrahl (3') durch den Strahlteiler (77) auf das holografische Aufzeichnungsmaterial (13) gelenkt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System (61) zusätzlich dem Spatial Light Modulator und einen relativ zu dem Strahlteiler (77) fest ausgerichteten Ablenkspiegel (67) umfasst, wobei das optische System (61) senkrecht zur Trommeldrehachse (27) und zu einer Auftreffrichtung des individuell modulierten Lichtstrahls (3') auf dem holografischen Aufzeichnungsmaterial (13) ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in Richtung der Trommeldrehachse (27) außerhalb eines Ausleuchtungsbereichs für das individualisierte Hologramm, bevorzugt neben der Trommel (15), bevorzugt in der Tangentialebene (37) der Auftrefflinie (29) des individuell modulierten Lichtstrahls (3') auf das Aufzeichnungsmaterial (13) oder darüber, mindestens ein positionsabhängiger lichtempfindlicher Sensor (49) angeordnet ist, wobei der individuell modulierte Lichtstrahl (3') so ausgebildet ist, dass der positionsabhängige, lichtempfindliche Sensor (49) beim Durchstrahlen des Aufzeichnungsmaterials (13) von einem Randbereich des individuell modulierten Lichtstrahls (3') überstrichen wird und eine Drehgeschwindigkeit des Umlenkspiegels (11) oder eine Verschiebegeschwindigkeit des optischen Individualisierungssystems über einen geschlossenen Regelkreis geregelt wird, um eine Auftrefflinie des individuell modulierten Lichtstrahls (3') auf das Aufzeichnungsmaterial ortsfest bezüglich der Trommeldrehachse zu halten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Position der Trommel (15) anhand eines Inkrementalgebers (53) ausgewertet und hiermit die Trommeldrehgeschwindigkeit geregelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System (61) und die Trommelachse (27) um eine durch die Auftrefflinie (29) des modulierten Lichtstrahls (3') festgelegte Schwenkachse relativ zueinander verschwenkt werden, um eine Auftreffrichtung des individuell modulierten Lichtstrahls (3') auf dem holografischen Aufzeichnungsmaterial (13) und/oder dem holografischen Master (23) zu variieren.
Vorrichtung (1) zum Herstellen von individualisierten Hologrammen umfassend, eine Lichtquelle zum Erzeugen eines kohärenten Lichtstrahls, einen Spatial Light Modulator (5) (SLM) zum individuellen Modulieren des Lichtstrahls (3) in einen individuell modulierten Lichtstrahl (3'), einen holografischen Master (23), und eine Zuführeinrichtung, mit der ein holografisches Aufzeichnungsmaterial (13) bezüglich einer Durchstrahlung mit dem individuell modulierten Lichtstrahl (3') relativ zu dem holografischen Master (23) anordenbar ist, und wobei der individuell modulierte Lichtstrahl (3') so geführt ist, dass zumindest ein Teil des modulierten Lichtstrahls (3') an dem holografischen Master (23) gebeugt und/oder reflektiert ist und mit dem modulierten Lichtstrahl (3') in dem holografischen Aufzeichnungsmaterial (13) überlagert ist, so dass sich in dem holografischen Aufzeichnungsmaterial (13) ein das individualisierte Hologramm repräsentierendes Interferenzmuster bildet, wobei der modulierte Lichtstrahl (3') relativ zu dem holografischen Aufzeichnungsmaterial (13) und dem holografischen Master (23) bewegbar ist, um den gesamten holografischen Master (23) abzuscannen, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführeinrichtung eine zylindrische Trommel (15) umfasst und ausgebildet ist, das holografische Aufzeichnungsmaterial (13) anliegend an die Trommel (15) relativ zu dem Master (23) anzuordnen, wobei die Trommel (15) mit einer Trommelantriebseinrichtung (25) gekoppelt ist, um beim Abscannen des holografischen Masters (23) die Trommel (15) um eine Trommeldrehachse (27) zu drehen.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der holografische Master (23) in eine zylindrische Trommel (15) eingearbeitet ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle eine Streifenlichtquelle (71) ist, die einen streifenförmigen Lichtstrahl (3) erzeugt.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 14 bis 16, gekennzeichnet durch eine Streifenerzeugungsoptik (75) zum Erzeugen eines streifenförmigen Lichtstrahls (3), die insbesondere eine Zylinderlinse und/oder holografisches optisches Element (HOE) umfasst.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Spatial Light Modulator (5) ein Zeilendisplay ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Spatial Light Modulator (5) flächig ausgebildet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass ein um eine Spiegeldrehachse (17) drehbar gelagerten Umlenkspiegel (11) relativ zu dem Spatial Light Modulator (5) und der Trommel (15) angeordnet ist, um den (abgebildeten) individuell modulierten Lichtstrahl (3') auf das holografische Aufzeichnungsmaterial (13) zu lenken.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Umlenkspiegel eine Antriebseinrichtung (19) gekoppelt ist, der eine Drehgeschwindigkeit des Umlenkspiegels (11) so regelt, dass der Umlenkspiegel (11) mit einer Geschwindigkeit gedreht wird, so dass der individuell modulierte Lichtstrahl (3') ortsfest bezogen auf die Drehachse (27) der Trommel (15) auf das Aufzeichnungsmaterial (13) auftrifft.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 14 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Umlenkspiegel (11) eine Antriebseinrichtung (19) gekoppelt ist, die eine Drehgeschwindigkeit des Umlenkspiegels (11) so regelt, dass für einen vor dem Umlenken ortsfesten, individuell modulierten Lichtstrahl (3') eine Auftrefflinie (29) oder ein Auftreffort des individuell modulierten Lichtstrahls (3') auf dem holografischen Aufzeichnungsmaterial (13) sich in der Tangentialebene (37) des Aufzeichnungsmaterials (13) mit einer Geschwindigkeit (v_Spiegel) bewegt, die einer Tangentialgeschwindigkeit (v_Film) des holografischen Aufzeichnungsmaterials (13) aufgrund der Drehung der Trommel (15) entspricht und eine Abscangeschwindigkeit (v_scan) für das Abscannen des Spatial Light Modulators (5) so festgelegt ist, dass die Auftrefflinie (29) oder der Auftreffort des individuell modulierten Lichtstrahls (3') auf dem holografischen Aufzeichnungsmaterial (13) sich bei sich nicht drehendem Umlenkspiegel (11) in der Tangentialebene (37) mit einer Geschwindigkeit (–m·v_scan) bewegt, die die Tangentialgeschwindigkeit (v_Film) des holografischen Aufzeichnungsmaterials aufgrund der Drehung der Trommel (15) kompensiert.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 14 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Trommeldrehgeschwindigkeit der Trommel (15) in Abhängigkeit einer Intensität des Lichtstrahls (3) so wählbar ist, dass eine in das Aufzeichnungsmaterial (13) eingebrachte Energiemenge während einer Durchstrahlungsdauer, die sich aufgrund der Drehung der Trommel (15) bezüglich des individuell modulierten Lichtstrahls (3') ergibt, wenn der individuell modulierte Lichtstrahl (3') ortsfest bezüglich der Trommeldrehachse (27) ist, einer zum Aufzeichnen des individualisierten Hologramms in dem Aufzeichnungsmaterial (13) angemessenen Energiemenge entspricht.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 14 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass quer zur Trommeldrehachse (27) ein optisches System (61) translatorisch bewegbar ist, um den ortsfesten Lichtstrahl (3) in einen sich relativ zu dem Spatial Light Modulator bewegenden, abscannenden Lichtstrahl (3) umzuwandeln, wobei das optische System mindestens einen Strahlteiler (77) umfasst und so angeordnet ist, dass der Lichtstrahl (3) über den Strahlteiler (77) auf den Spatial Light Modulator (5) umgelenkt wird und der von dem Spatial Light Modulator (5) individuell modulierte Lichtstrahl (3') durch den Strahlteiler (77) auf das holografische Aufzeichnungsmaterial (13) gelenkt wird.
Vorrichtung (1, 1', 1'') nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System (61) zusätzlich dem Spatial Light Modulator (5) und einen relativ zu dem Strahlteiler (77) fest ausgerichteten Ablenkspiegel (67) umfasst, wobei das optische System (61) senkrecht zur Trommeldrehachse (27) und zu einer Auftreffrichtung (29) des individuell modulierten Lichtstrahls (3') auf das holografische Aufzeichnungsmaterial (13) translatorisch mittels einer Verschiebeeinrichtung (63) mit einer Verschiebegeschwindigkeit (v_Trans) bewegbar ist.
Vorrichtung (1, 1', 1'') nach einem der Ansprüche 14 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass an der Trommel (15) ein Inkrementalgeber (53) angeordnet ist, und eine weitere Regeleinheit (55) vorgesehen ist, anhand von Signalen des Inkrementalgebers die Trommeldrehgeschwindigkeit zu regeln.
Vorrichtung (1, 1', 1'') nach einem der Ansprüche 14 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Individualisieren, Führen und Abbilden des Lichtstrahls (3) benötigten Elemente gemeinsam einerseits und die Trommel (15) andererseits um eine durch die Auftrefflinie (29) des individuell modulierten Lichtstrahls (3') festgelegte Schwenkachse relativ zueinander verschwenkbar ausgebildet sind, um eine Auftreffrichtung des individuell modulierten Lichtstrahls (3') auf das holografische Aufzeichnungsmaterial (13) und/oder den holografischen Master (23) variieren zu können.
Vorrichtung (1, 1', 1'') nach einem der Ansprüche 14 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass in Richtung der Trommeldrehachse (27) außerhalb eines Ausleuchtungsbereichs für das individualisierte Hologramm, bevorzugt neben der Trommel (15), bevorzugt in der Tangentialebene (37) der Auftrefflinie (29) des individuell modulierten Lichtstrahls (3') auf das Aufzeichnungsmaterial (13) oder darüber mindestens ein positionsabhängiger lichtempfindlicher Sensor (49) angeordnet ist, wobei der individuell modulierte Lichtstrahl (3') so ausgebildet ist, dass der positionsempfindliche, lichtempfindliche Sensor (49) beim Durchstrahlen des Aufzeichnungsmaterials von einem Randbereich des individuell modulierten Lichtstrahls (3') überstrichen wird und der mindestens eine Sensor in einen geschlossenen Regelkreis mit einem Regler (51) integriert ist, der für eine Regelung der Drehgeschwindigkeit des Umlenkspiegels (11) oder eine Verschiebegeschwindigkeit (v_Trans) des optischen Systems (61) ausgebildet ist, um eine Auftrefflinie (29) des Lichtstrahls auf das Aufzeichnungsmaterial (13) ortsfest bezüglich der Trommeldrehachse (27) zu halten.
Vorrichtung (1, 1', 1'') nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass bezogen auf eine Trommelachsrichtung an einem entgegengesetzten Ende des Ausleuchtungsbereichs für das individualisierte Hologramm mindestens ein weiterer positionsempfindlicher und lichtempfindlicher Sensor angeordnet ist.