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Die Erfindung betrifft ein Volumenhologramm, insbesondere zum Zweck der Lichtlenkung, umfassend einen holographischen Film, in welchen ein Beugungsgitter mit Gitterlamellen einbelichtet ist, insbesondere mit im Wesentlichen geraden, zueinander parallelen Gitterlamellen einbelichtet ist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zu dessen Herstellung und eine Lichtlenkvorrichtung, in welcher ein solches Volumenhologramm zur Anwendung kommt.
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Insbesondere wird im Sinne der Erfindung unter einem solchen Volumenhologramm ein Film verstanden, der nach seiner Belichtung auch entsprechend entwickelt ist, und hiernach ein Intensitäts- oder phasenmodulierendes Gitter ausbildet. So kann das Gitter demnach eine Schwärzungsmodulation oder Brechungsindexmodulation des Filmes aufweisen.
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Die Verwendung solcher Volumenhologramme, in denen ein Beugungsgitter einbelichtet ist, ist im Stand der Technik grundsätzlich bekannt, um eine Lichtlenkung vorzunehmen, nämlich um den sogenannten Beugungswinkel, der sich durch die Differenz zwischen dem Einfallswinkel und dem Ausfallswinkel des Lichtes ergibt und der durch den Abstand der einzelnen Gitterlamellen, die sogenannte Gitterkonstante, sowie die Orientierung der Gitterlamellen im Hologramm und die Orientierung des einfallenden Lichtes zum Hologramm bestimmt wird.
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Solche Volumenhologramme sind dementsprechend grundsätzlich geeignet, um zum Beispiel in einer lichttechnischen Anwendung Sonnenlicht von außerhalb eines Gebäudes durch Beugung an einem solchen Volumenhologramm in das Innere eines Gebäudes hineinzuleiten. Ebenso sind andere Lichtlenkungsaufgaben auch in Verbindung mit künstlichem Licht denkbar und grundsätzlich bekannt.
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Problematisch bei solchen Volumenhologrammen ist es, dass der sogenannte Fangwinkelbereich üblicherweise sehr klein ist, d. h. der Winkelbereich unter dem Licht vom Hologramm „eingefangen” und mit signifikanter Effizienz gebeugt wird. Licht außerhalb dieses Fangwinkelbereiches wird allenfalls mit erheblich verschlechterter Effizienz gebeugt.
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Insbesondere in Verbindung mit der Ablenkung von Sonnenlicht ergibt sich das Problem, dass der Sonnenstand aufgrund der Erdrotation sowohl über den Tag verteilt als auch in den verschiedenen Jahreszeiten nicht konstant ist und dementsprechend der Einfallswinkel des Sonnenlichtes auf ein ortsfest angeordnetes Hologramm dementsprechend variiert, insbesondere sowohl azimutal und polar über den Tag verteilt, als auch mit den Jahreszeiten.
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Zwar wird grundsätzlich unabhängig vom Einfallswinkel das Licht eine Beugung erfahren, jedoch wird durch die Änderung des Einfallswinkels aufgrund der genannten „Fangwinkelproblematik” sich eine erhebliche Änderung der Beugungseffizienz zu den verschiedenen Zeiten ergeben.
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Aus dem Bereich mechanischer Gitter ist es bekannt, die Gitterstufen eines mechanischen Gitters unter einem bestimmten sogenannten Blaze-Winkel anzuordnen, unter dem sich für Einfallswinkel und Ausfallswinkel bei der Beugung gleiche Betragswerte bzgl. der zur Gitterebene schräg gestellten Gitterstufe ergeben, so dass die Beugungseffizienz für die gewählte Beugungsordnung unter einem ausgewählten Einfallswinkel maximiert werden kann.
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Eine ähnliche Wirkung kann auch bei einem Volumenhologramm erzielt werden, in dem der Normalenvektor der durch Interferenz erzeugten Gitterlamellen eines belichteten Gitters unter Winkeln abweichend von Null oder 90 Grad zur Flächennormale des holographischen Filmes steht, was dadurch erzielt werden kann, dass der Normalenvektor des holografischen Films bei einer Belichtung gegenüber der Richtung der Winkelhalbierenden zwischen zwei ebenen Wellen, mit denen ein Gitter belichtet wird, verkippt ist.
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Solche derart erstellten Gitter sind zwar für einen bestimmten Einfallswinkel abseits der Normalen des Hologramms besonders effizient, aber auch hier ergibt sich die Effizienzabnahme bei einer Abweichung von diesem speziellen ausgewählten Winkel.
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Mit Bezug auf Volumenhologramme wird unter einer Gitterlamelle insbesondere derjenige intensitäts- oder phasenmodulierende Bereich einer „Gitterlinie” des belichteten Gitters verstanden, der sich sowohl in der Filmebene als auch in die Filmdicke hinein erstreckt und somit insgesamt eine im Wesentlichen, bezogen auf die Filmdicke, dreidimensionale Gitterlamelle innerhalb des Filmvolumens ausbildet.
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Vor dem Hintergrund eingangs genannter Problematik ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Volumenhologramm mit darin aus Gitterlamellen gebildetem Gitter bereitzustellen, das unter verschiedenen Einfallswinkeln, insbesondere bei gleichbleibendem Beugungswinkel für eine bestimmte Wellenlänge, bevorzugt für alle Wellenlängen des sichtbaren Spektrum (400 bis 800 nm) eine zumindest im Wesentlichen gleichbleibende Beugungseffizienz erzielt.
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Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung hierdurch eine Lichtlenkungsvorrichtung zu erschließen, mit der Sonnenlicht tageszeiten- und bevorzugt auch jahreszeitenunabhängig mit hoher Effizienz abgelenkt werden kann, insbesondere um einen Zielbereich zu beleuchten, wie beispielsweise das Innere eines Gebäudes.
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Weiterhin ist es eine Aufgabe der Erfindung ein Verfahren bereitzustellen, mit dem ein Volumenhologramm mit wenigstens einem darin einbelichteten Beugungsgitter aus Gitterlamellen, bevorzugt mehrere Beugungsgitter mit jeweiligen Gitterlamellen hergestellt werden kann, insbesondere um über das Verfahren auf einfache und kostengünstige Weise eine Gitterschar mit hoher Beugungseffizienz über einen großen Einfallswinkelbereich und eine entsprechende Lichtablenkungsvorrichtung bereitzustellen.
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Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch erreicht, dass die Winkel zwischen dem Normalenvektor der Filmebene und dem jeweiligen Normalenvektor der Gitterlamellen in wenigstens einer Richtung parallel zur, bzw. in der Filmebene, insbesondere senkrecht zur Gitterlamellenerstreckung unterschiedlich sind, insbesondere hierbei von Gitterlamelle zu Gitterlamelle unterschiedlich sind.
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Diese erfindungsgemäße Ausbildung trifft bei nur einem im holografischen Film ausgebildeten Gitter auf die Gitterlamellen dieses einen Gitters zu. Sind mehrere Gitter im holografischen Film z. B. gemäß den später beschriebenen Ausführungen ausgebildet, so trifft diese erfindungsgemäße Ausbildung jeweils für die Gitterlamellen eines jeden Beugungsgitters zu.
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Unabhängig von der Anzahl der Gitter kann bevorzugt bei jedem Gitter der Winkelabstand zwischen den jeweils betrachteten beiden Normalenvektoren von Gitterlamelle zu Gitterlamelle immer nur zu- oder abnehmen. Die Änderung des zwischen den Normalenvektoren eingeschlossenen Winkels kann von Gitterlamelle zu Gitterlamelle konstant sein oder in Folge eines nachfolgend näher beschriebenen Herstellungsverfahrens einer Funktion folgen, insbesondere so dass der konkrete Winkel θ des Normalenvektors der Gitterlamelle gegenüber der Filmebene der Funktion θ = –L/R folgt, wobei L eine Längenposition auf dem Film bestimmt und R der Biegeradius ist, unter dem der Film bei einer Belichtung zur Herstellung gebogen war.
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Mit einem erfindungsgemäßen Volumenhologramm dieser Art wird demnach sichergestellt, dass im bildlichen Vergleich zu einem geblazeten, mechanisch hergestellten Gitter der Blazewinkel über die Gitterfläche hinweg nicht konstant ist, sondern ortsabhängig und insbesondere von Gitterstufe zu Gitterstufe beziehungsweise beim Hologramm von Gitterlamelle zu Gitterlamelle variiert ist.
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So kann erfindungsgemäß erzielt werden, dass die mittlere Beugungseffizienz des gesamten Gitters bei unterschiedlichen Einfallswinkeln für alle Einfallswinkel eines vorgewählten Einfallswinkel-Intervalls im Wesentlichen konstant ist.
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Besonders bevorzugt können die Einfallswinkel mit im Wesentlichen gleicher Beugungseffizienz derart gewählt werden, dass diese Einfallswinkel an einem geographischen Ort der Benutzung eines solchen Volumenhologramms denjenigen Einfallswinkeln entsprechen, mit denen das Sonnenlicht zu verschiedenen Jahreszeiten zur Mittagszeit bei Benutzung des Volumenhologramms, z. B. wenn dies parallel zu einer Glasscheibe eines Fensters, insbesondere in Kontakt zum Fenster und auf der Nordhalbkugel bevorzugt mit Südausrichtung zur Anwendung kommt, auftrifft.
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Erfindungsgemäß kann es demnach vorgesehen sein, das Einfallswinkelintervall, in welchem ein erfindungsgemäßes Volumenhologramm eine im Wesentlichen gleichbleibende Beugungseffizienz aufweist, in Abhängigkeit vom geographischen Ort der Benutzung auszubilden, und insbesondere in Abhängigkeit der Polarwinkel, welche die Sonne an diesem Ort über die Jahreszeiten hinweg einnimmt.
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Beispielsweise beträgt der Polarwinkel der Sonne an einem Ort auf dem 51. Breitengrad je nach Jahreszeit 15,5 bis 62,5°. Insofern kann es dementsprechend vorteilhaft sein, wenn die Winkelvariation zwischen den Flächennormalen von Hologrammfilm und den Gitterlamellen über solche Winkelbeträge variiert, dass sich daraus ein im Wesentlichen gleichmäßig effizient gebeugter Einfallswinkelbereich ergibt, der diese genannten Polarwinkel mit einschließt, um bei und zwischen diesen Winkeln eine möglichst gleichbleibende Beugungseffizienz zu erzielen.
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Bei entsprechend anderen Ortslagen kann das Winkelintervall dementsprechend angepasst werden. Ein solches Volumenhologramm könnte bei unbeweglicher Montage zumindest bzgl. einer bestimmten Tageszeit, z. B. Mittags das einfallende Licht über das gesamte Jahr hinweg mit gleichbleibender Effizienz beugen und ablenken.
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In einer Anwendung zur Lichtlenkung kann ein solches Volumenhologramm zum Beispiel einen Teil einer Lichtlenkvorrichtung ausbilden, die an einem Fenster befestigt werden kann, um Sonnenlicht von außerhalb eines Gebäudes in das Innere des Gebäudes abzulenken.
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Ein Volumenhologramm kann dabei bevorzugt auf einem transparenten Träger angeordnet sein, z. B. auf eine Platte aus Polycarbonat oder Polymethylmethacrylat laminiert sein.
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Hierbei kann es vorteilhaft sein, wenn das Volumenhologramm in der Vorrichtung um eine Drehachse rotierbar ist, die parallel zur Normalen der Filmebene und der Fensterebene orientiert ist, so dass z. B. in Abhängigkeit der Tageszeit das Volumenhologramm an die unterschiedliche azimutale und polare Winkellage der Sonne angepasst werden kann.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann es dabei auch vorgesehen sein, dass das Volumenhologramm in der Lichtlenkvorrichtung um die Drehachse automatisch motorisch rotierbar ist, z. B. durch eine den Sonnenlauf berücksichtigende Steuerung.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann es vorgesehen sein, dass das Volumenhologramm der eingangs genannten Art in der wenigstens einen genannten Richtung eine kontinuierliche Zu- oder Abnahme des genannten jeweiligen Winkels zwischen dem Normalenvektor der Filmebene und dem einer jeweiligen Gitterlamelle aufweist.
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Bevorzugt kann die Winkelvariation derart ausgewählt sein, dass ein Volumenhologramm der erfindungsgemäßen Art eine Variation der genannten Winkel über einen Bereich von wenigstens 10 Grad, bevorzugt wenigstens 20 Grad, weiter bevorzugt wenigstens 40 Grad aufweist.
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Aufgrund der Schiefe der Ekliptik von 23,4 Grad reicht an jedem Punkt der Erde ein Einfallswinkelintervall von 46,8 Grad aus, so dass am Ort der Benutzung Polargrenzwerte der Sonnenstellung umfasst werden.
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Eine bevorzugte Ausführungsform kann es vorsehen, dass der Einfallswinkel maximaler Effizienz an einer der Kanten des holographischen Filmes zu einem im Betrag gleich großen Ausfallswinkel führt, der Beugungswinkel, somit im Betrag zu gleichen Teilen, also hälftig auf den Einfallswinkel und den Ausfallswinkel aufgeteilt ist.
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Ein solches Hologramm kann demnach im Bereich dieser Kante unabhängig davon verwendet werden, ob das Licht von der einen oder anderen Seite des Volumenhologrammes auf dieses auftrifft, da Einfallswinkel und Ausfallswinkel spiegelsymmetrisch zur Filmebene liegen.
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Da die mittlere Beugungseffizienz mit Verkleinerung der Winkelvariation zwischen den Normalenvektoren von Filmebene und Gitterlamellen steigt, kann diese Ausführung genutzt werden, um mit einem erfindungsgemäßen Volumenhologramm unter Steigerung der Beugungseffizienz insgesamt einen möglichen Einfallswinkelbereich zu erschließen, der größer ist als der Einfallswinkelbereich den das Hologramm bei Beleuchtung von nur einer Seite ermöglicht, nämlich dadurch, dass ein solches Hologramm umgedreht wird.
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Ein derartiges Hologramm kann beispielsweise Verwendung finden, wenn der Winkelbereich maximaler Beugungseffizienz und somit die Winkelvariation zwischen den vorgenannten Normalenvektoren von Gitterlamelle und Filmebene kleiner gewählt wird als die benötigte Winkelvariation, die sich durch die verschiedenen Polarwinkel des Sonnenstandes über das Jahr am Ort der Verwendung ergibt. Je nach Jahreszeit der Benutzung kann man das Licht von der einen oder von der anderen Seite auf das Volumenhologramm auftreffen lassen.
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Wie bereits eingangs erwähnt, kann ein Volumenhologramm mit einem darin einbelichteten Gitter hergestellt werden, indem zwei ebene Wellen sich unter einem Winkel zueinander kreuzen und sich in deren Überlappungsbereich eine Interferenz ergibt, die in den holographischen Film einbelichtet wird.
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Um nun erfindungsgemäß zu erzielen, dass die Gitterlamellen in wenigstens einer Richtung innerhalb der Filmebene die erfindungsgemäße Winkelvariation aufweisen, kann es vorgesehen sein, dass eine der beiden zur Belichtung verwendeten Wellen als nicht ebene Welle ausgebildet wird, insbesondere ein Winkelspektrum umfasst.
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Eine besonders bevorzugte und einfache Ausbildung eines erfindungsgemäßen Gitters in einem Volumenhologramm kann weiterhin auch dadurch erreicht werden, dass ein ebener holographischer Film zur Erzeugung von Gitterlamellen mit ortsabhängig unterschiedlichen Normalenvektoren gemäß der vorbeschriebenen Art in eine von der ebenen Form abweichende Form gebogen wird und sodann der Film in dieser gebogenen Form mit dem Interferenzmuster zweier interferierender, jeweils ebener Wellen belichtet wird und der Film sodann nach der Belichtung in die ebene Form zurückgestellt wird.
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So kann der Film zum einen auf übliche Art und Weise entwickelt werden und zum anderen auch in der üblichen ebenen Form zur Anwendung gelangen.
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Beispielsweise kann es hier vorgesehen sein, dass der holographische Film zur Belichtung zumindest abschnittsweise in eine zumindest teilzylindrische Form gebogen wird, insbesondere durch Aufwickeln oder Aufspannen auf eine zumindest teilzylindrische Unterlage, wobei die Gitterlamellen sodann parallel zur Zylinderachse in den Film belichtet werden.
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Besonders mit einer solchen Ausführungsform kann es erzielt werden, dass zwar die Gitterlamellen, z. B. bezogen auf ihren Abstand in der Mitte des Films bezogen auf die Filmdicke, alle den gleichen Abstand haben, somit also ein Gitter mit konstanter Gitterperiodizität entsteht aufgrund der Biegung des Films bei der Belichtung jedoch die einzelnen belichteten Gitterlamellen nach Zurückstellung des Films in die ebene Form unterschiedliche Winkel zwischen deren Normalenvektoren und dem Normalenvektor der Filmebene aufweisen.
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Ein solches Herstellungsverfahren ist demnach konstruktiv einfach und günstig durchzuführen, um zu einem erfindungsgemäßen Volumenhologramm zu kommen.
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In bevorzugter Weiterbildung kann es vorgesehen sein, dass nicht nur ein Gitter durch ein Paar von Objekt- und Referenzwelle in den holografischen Film einbelichtet ist bzw. verfahrensmäßig einbelichtet wird, sondern wenigstens zwei Beugungsgitter, bevorzugt 3 oder 4. Ein erfindungsgemäßes Volumenhologramm weist somit grundsätzlich wenigstens ein Beugungsgitter auf, in bevorzugter Weiterbildung wenigstens zwei Beugungsgitter, weiter bevorzugt 3 oder 4 Beugungsgitter oder sogar noch mehr.
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Die verschiedenen Paare von Objekt- und Referenzwelle, die jeweils ein Beugungsgitter ausbilden, bevorzugt mit innerhalb des jeweiligen Beugungsgitters konstanter Gitterperiodizität, treffen dabei unter verschiedenen Winkeln (z. B. betrachtet anhand der Richtung der Winkelhalbierenden zwischen den Wellen) auf den holographischen Film, wobei bei jedem jeweiligen Paar von Objekt- und Referenzwelle immer derselbe Winkelabstand zwischen Referenz- und Objektwelle vorliegt.
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Durch das Vorsehen von wenigstens zwei Beugungsgittern, die jeweils durch ein eigenes Paar von Referenz- und Objektwelle geschrieben werden, kann erzielt werden, dass eine wellenlängenabhängige Winkeldispersion des abgelenkten Lichtes verringert wird, insbesondere das abgelenkte Licht einen zentralen Weißlichtanteil und nur in den Randbereichen eine Wellenlängenaufspaltung zeigt.
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In bevorzugter Weiterbildung dieser Ausführung kann das Einschreiben der wenigstens zwei Beugungsgitter derart erfolgen, dass keine interferenzerzeugende Wechselwirkung zwischen den Paaren von Referenz- und Objektwellen erfolgt.
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Beispielsweise kann das dadurch erzielt werden, dass die Beugungsgitter zeitlich nacheinander in den Film belichtet werden und/oder jedes Beugungsgitter in einen anderen räumlichen Teilbereich des gesamten Filmes belichtet wird. Die verschiedenen Gitter sind bei der zweiten Variante sodann räumlich über den Film verteilt, insbesondere ohne sich zu überlagern.
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Bei einer gleichzeitigen Belichtung von wenigstens zwei Beugungsgittern im selben räumlichen Filmbereich kann die Erfindung vorsehen, dass zwischen den Paaren von Objekt- und Referenzwelle keine Kohärenz besteht. Dafür kann z. B. jedes Paar von Objekt- und Referenzwelle mittels eines anderen Lasers erzeugt werden. Um bei dieser Ausführung einen einzigen Laser verwenden zu können kann es aber auch vorgesehen sein, nach einer Strahlaufspaltung in zwei oder mehr Paare von Objekt- und Referenzwelle die Kohärenz zwischen den Paaren zu zerstören.
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Eine erfindungsgemäße Ausführung und deren Anwendung werden anhand der nachfolgenden Figuren näher beschrieben.
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Die 1 zeigt in der linken Darstellung einen holographischen Film 1, der aus seiner ursprünglichen ebenen Form kreisbogenförmig gebogen ist mit einem Radius R, so dass der holographische Film im Querschnitt im Wesentlichen einen Viertelkreis bzw. die Teilmantelfläche eines Kreiszylinders beschreibt.
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Beispielsweise kann hierfür der holographisch Film 1 auf einem nicht gezeigten zylindrischen, zumindest teilzylindrischen Körper mit Radius R um die Zylinderachse Z aufgespannt werden. Durch Interferenz zweier ebener Wellen kann nun deren Interferenzmuster in den Film 1 einbelichtet werden, welches äquidistante Intensitätsmaxima 2 aufweist.
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Die Interferenz kann erzeugt werden dadurch, dass zwei ebene Wellen sich unter einem Winkel kreuzen, so dass im Schnittbereich der beiden jeweiligen Strahlprofile das gewünschte Interferenzmuster entsteht. Durch den zwischen den interferierenden Strahlen gewählten Winkel kann der Abstand der Intensitätsmaxima und somit der entsprechende späteren Beugungswinkel gewählt werden.
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Bezogen auf den linksseitig in der 1 dargestellten gebogenen holographischen Film haben die Interferenzmaxima nicht nur äquidistanten Abstand, sondern auch alle den gleichen Normalenvektor.
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Der rechtsseitige Teil der 1 zeigt den holographischen Film 1, sowie die darin einbelichteten Intensitätsmaxima nachdem der holographische Film 1 wieder seine ursprüngliche ebene Form angenommen hat. Der Winkel des Normalenvektors einer Lamelle relativ zur Filmebene folgt der eingangs genannten Funktion θ = –L/R, wobei L hier den Abstand von der Unterkante des Films beschreibt und R den Radius der Biegung des Film bei der Belichtung.
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Die 2 zeigt mit Bezug auf die linke Seite der Darstellung ebenfalls diesen holographischen Film 1 in ebener Form nach einer durchgeführten Belichtung, wobei erkennbar ist, dass die Gitterlamellen 2 zueinander äquidistant mit einem Abstand 3 sind, sich jedoch weiterhin deutlich zeigt, dass der Winkel der zwischen dem Normalenvektor n1 der Filmebene eingeschlossen wird und den jeweiligen Normalenvektoren n2, die auf einer Gitterlamelle 2 angeordnet sind, in wenigstens einer Richtung, hier in Höhenrichtung 4, über den Film hinweg variieren. Daraus ergibt sich, dass aufgrund der gleichbleibenden Periodizität beim Gitterabstand jeder Bereich eines derart belichteten Hologramms – bei Vernachlässigung der Brechung an den Grenzflächen von Luft zum Hologramm – denselben Beugungswinkel bei der Beugung von einfallendem Licht erzeugt, dass jedoch die Beugungseffizienzen in der gewählten Richtung, hier von unten nach oben hinsichtlich des Einfallswinkels winkelabhängig sind.
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Gemäß der Darstellung in der 3 ergibt sich hier im Beispiel ein holographischer Film 1 mit einem hier nicht weiter visualisierten Gitter, bei dem bezogen auf dieses Beispiel der Beugungswinkel zu 80° gewählt ist. An jeder Position ist dieser Beugungswinkel derselbe, jedoch ist die Effizienz der Beugung an der unteren Kante des Films 1 bei einem Einfallswinkel von –60 Grad maximal und an der oberen Kante bei –40 Grad. Im Zwischenbereich werden alle dazwischen liegenden Einfallswinkel mit maximaler Effizienz gebeugt. Die Effizienzen sind über den Film verteilt bevorzugt gleich.
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Die Variation im Winkel zwischen den Normalen einer jeweiligen Gitterlamelle und der Filmnormalen beträgt somit in dem hier gewählten Beispiel 20°, so dass mit dieser Ausführungsform Sonnenlicht mit 20° ausliegenden polaren Sonnenständen mit hoher Effizienz durch Beugung abgelenkt werden kann, zum Beispiel zum Zweck einer Innenraumbeleuchtung, wenn das Licht in dieser Darstellung von links auf den Film trifft.
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Die Ausführungsform der 3 ist weiterhin derart gewählt, dass sich der Beugungswinkel von 80° an einer Kante des Hologramms, hier an der oberen Kante auf einen Ein- und Ausfallswinkel vom selben Betrag, nämlich 40° aufteilt. Dies bewirkt, dass das Hologramm durch Drehung desselben um 180° sowohl von dessen Vorderseite als auch von der Rückseite beleuchtet werden kann und durch diese beidseitige Anwendung ein nutzbarer Gesamt-Winkelbereich von 40° erschlossen wird, der also doppelt so groß ist wie die Winkelvariation der Normalen der Gitterlamellen, so dass durch die beiden möglichen Benutzungsrichtungen im vorliegenden Fall ein Einfallswinkelbereich von –20° bis –60° insgesamt erschlossen ist. Der durch Umdrehen des Hologramms erschlossene Winkelabstand zwischen den Extrema der Einfallswinkel entspricht im Wesentlichen der maximalen Polarwinkeldifferenz zwischen Sommer und Winter.
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Die 4 zeigt die gegeneinander aufgetragenen Azimutal- und Polarwinkel des Sonnenstandes am Beispiel einer Ortslage auf dem 51. Breitengrad, aus welcher deutlich wird, dass der minimale Polarwinkel den die Sonne zur Mittagszeit im Winter einnimmt bei 15,5° liegt und im Sommer zur Mittagszeit bei 62,5° liegt. Die Sonnenstandsverläufe sind in dem Diagramm als Kurven 3s und 3w dargestellt.
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Weiterhin eingezeichnet ist für einen gewünschten Beugungswinkel der Einfallswinkelbereich eines erfindungsgemäßen Volumenhologramms, der im vorliegenden Fall so gewählt ist, dass die beiden vorgenannten Grenzwinkel von 15,5° Einfallswinkel und 62,5° Einfallswinkel in dem Winkelintervall der Einfallswinkel mit maximaler Beugungseffizienz als Randwerte enthalten sind. Somit kann ersichtlich zur jeweiligen Tagesmittagszeit über das gesamte Jahr hinweg mit einem solchen erfindungsgemäßen Volumenhologramm das Sonnenlicht um einen gewünschten Beugungswinkel mit im Wesentlichen gleichbleibend hoher Beugungseffizienz ablenkt werden und beispielsweise zu Raumbeleuchtungszwecken genutzt werden.
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Bevorzugt ist ein solches Volumenhologramm um eine Achse rotierbar, die parallel zur Normalen der Filmebene und der Fenstereben liegt, so dass sich insgesamt bei Berücksichtigung der unterschiedlichen Sonnenstände über den Tag hinweg ein Bereich maximaler Beugungseffizienz ergibt, der durch Uhrzeit abhängige Rotation des erfindungsgemäßen Volumenhologramms mit im Wesentlichen gleichbleibender Beugungseffizienz erschlossen werden kann und der in der 4 schraffiert dargestellt ist.
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Mit Bezug auf die zuvor genannte 3 kann zwecks Erzielung einer höheren Beugungseffizienz der nutzbare Winkelbereich des Volumenhologramms reduziert werden, nämlich beispielsweise auf die Hälfte des zwischen den maximalen und minimalen Polarwinkel liegenden Winkelbereiches, wobei sodann das Volumenhologramm jahreszeitenabhängig von der einen oder von der anderen Seite beleuchtet wird.
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Aus der 4 wird weiterhin ersichtlich, dass es vorteilhaft ist, in einer Vorrichtung zur Ablenkung von Sonnenlicht zwecks Berücksichtigung des geänderten Sonnenstandes das Volumenhologramm um die Flächennormale der Filmfläche rotierbar auszugestalten und bevorzugt dies mit einer motorischen Steuerung vorzunehmen, die uhrzeitabhängig die nötigen Rotationswinkel einstellt, um die maximal mögliche Effizienz über den in der 4 schraffiert dargestellten Winkelbereich zu jeder Tageszeit erschließen zu können.
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Die 5 zeigt eine Weiterbildung gegenüber der 4, in welcher der Einfallswinkel mit maximaler Beugungseffizienz oberhalb des maximalen Polarwinkels des Sonnenstandes zur Mittagszeit im Sommer gewählt ist, nämlich hier beispielsweise bei 80° Einfallswinkel, obwohl zur Sommerzeit mittags ein maximaler Winkel von 62° lediglich benötigt würde. Hierdurch wird erschlossen, dass über den Tagesverlauf hinweg die Sonne in einem größeren zeitlichen Intervall mit hoher Beugungseffizienz genutzt werden kann, da sich die Schnittpunkt S zwischen dem Winkel maximaler Beugungseffizienz und dem Polarwinkel des Sonnenstandes bei betragsmäßig größeren Azimutalwinkeln ergeben als bei der 4, wo ein Schnittpunkt lediglich zur Mittagszeit gegeben ist und somit ausschließlich nur Mittags maximale Beugungseffizienz vorliegt.
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Die Ausführungsformen zeigen, dass mit Bezug auf das bevorzugte Anwendungsbeispiel bei der Ablenkung von Sonnenlicht die Winkelvariation bei den Normalenvektoren der Gitterlamellen bevorzugt derart zu wählen ist, dass die hierdurch erschlossenen Einfallswinkel maximaler Beugungseffizienz bei einem Volumenhologramm erfindungsgemäßer Art diejenigen Einfallswinkel umfasst, in welchen das Sonnenlicht zumindest zur Mittagszeit, bevorzugt auch zu anderen Tageszeiten, auf ein Volumenhologramm auftritt, insbesondere wenn es parallel zu einer Fensterscheibe eines Gebäudes angeordnet ist.
