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Stand der Technik
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Die Erfindung geht von einer Belichtungsvorrichtung zum Aufnehmen zumindest eines Hologramms und einem Verfahren zum Aufnehmen zumindest eines Hologramms nach Gattung der unabhängigen Ansprüche aus.
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Einsatzgebiete für holographische optische Elemente (HOEs) sind neuartige Display- oder Sensorsysteme. Ein Aufnahmeverfahren von Hologrammen basiert üblicherweise darauf, Lichtstrahlen mit sehr kleinen Strahldurchmessern zur Interferenz zu bringen und so sequentiell Unterhologramme, die auch Hogel oder Voxel genannt werden, in eine fotosensitive Schicht zu schreiben.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz eine verbesserte Belichtungsvorrichtung zum Aufnehmen zumindest eines Hologramms und ein verbessertes Verfahren zum Aufnehmen zumindest eines Hologramms gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
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Durch den hier vorgestellten Ansatz wird vorteilhafterweise ein simultanes Aufnehmen von mehreren Hologrammen unter Verwendung von deformierbaren Spiegeln ermöglicht, sodass vorteilhafterweise eine Streulichtmenge reduziert wird.
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Es wird eine Belichtungsvorrichtung zum Aufnehmen zumindest eines Hologramms vorgestellt. Die Belichtungsvorrichtung weist dabei eine Halteeinrichtung zum Halten eines holografischen Films, ein erstes Reflexionselement, das eine unter Verwendung eines ersten Steuersignals deformierbare kontinuierliche erste Spiegeloberfläche zum Wandeln einfallender erster Lichtstrahlen in erste Aufnahmewellenfronten aufweist, und ein zweites Reflexionselement auf, das eine unter Verwendung eines zweiten Steuersignals deformierbare kontinuierliche zweite Spiegeloberfläche zum Wandeln einfallender zweiter Lichtstrahlen in zweite Aufnahmewellenfronten aufweist. Weiterhin weist die Belichtungsvorrichtung eine erste Optikeinrichtung zum Leiten der ersten Aufnahmewellenfronten auf eine erste Seite der Halteeinrichtung und eine zweite Optikeinrichtung zum Leiten der zweiten Aufnahmewellenfronten auf eine zweite Seite der Halteeinrichtung auf, um durch Überlagerung der Aufnahmewellenfronten eine holografische Struktur des Hologramms in den holografischen Film einzubelichten.
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Die Belichtungsvorrichtung kann beispielsweise in Verbindung mit Hologrammen für Displayeinrichtungen, beispielsweise für Fahrzeuge, oder Sensoreinrichtungen angewandt werden. Unter Verwendung der Belichtungsvorrichtung hergestellte Hologramme können beispielsweise im Zusammenhang mit einem Head-Up-Display oder einer Projektionsvorrichtung zum Projizieren realer Bilder verwendet werden. Die Halteeinrichtung kann geeignet sein, um den holografischen Film an der Position zu halten, an der die Belichtung erfolgt. Dabei kann der holografische Film in der Halteeinrichtung integriert angeordnet sein. Das erste und das zweite Reflexionselement können beispielsweise als Spiegel mit einer gleichmäßigen, glatten jedoch deformierbaren Oberflächenbeschaffenheit ausgeformt sein. Beispielsweise kann die reflektierende Oberfläche der Reflexionselemente unter Verwendung von ansteuerbaren Aktuatoren, beispielsweise Magnetaktuatoren, deformiert werden. Beispielsweise kann die Oberfläche eines Reflexionselements aufgrund der Deformation um bis zu 100µm ausgelenkt werden. Beispielsweise kann das Halteelement zwischen den Reflexionselementen angeordnet sein. Die erste Optikeinrichtung und die zweite Optikeinrichtung können beispielsweise eine Mehrzahl von Linsen aufweisen, die beispielsweise ausgebildet sind, um die Aufnahmewellenfronten auf die Halteeinrichtung zu leiten. Beispielsweise können die Aufnahmewellenfronten mit Hilfe der Optikeinrichtungen gebündelt werden. Das bedeutet, dass die erste Optikeinrichtung beispielsweise zwischen dem ersten Reflexionselement und der Halteeinrichtung angeordnet sein kann und die zweite Optikeinrichtung zwischen dem zweiten Reflexionselement und der Halteeinrichtung. Vorteilhafterweise kann durch den hier vorgestellten Ansatz ein Generieren von Streulicht oder Störpfaden vermieden werden. Die durch die erste Optikeinrichtung propagierenden Wellenfronten dienen somit nicht dazu eine holographische Struktur, die unabhängig von den durch die zweite Optikeinrichtung geführten Wellenfronten ist, aufzunehmen. Die holographische Struktur des Hologramms entsteht stattdessen durch die Überlagerung der beiden Aufnahmewellenfronten aus der ersten und zweiten Optikeinrichtung.
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Gemäß einer Ausführungsform kann die Belichtungsvorrichtung zumindest eine Lichtquelle aufweisen, die ausgebildet ist, um die ersten Lichtstrahlen als kollimierte erste Lichtstrahlen und zusätzlich oder alternativ die zweiten Lichtstrahlen als kollimierte zweite Lichtstrahlen auszusenden. Beispielsweise kann die Belichtungsvorrichtung zwei Lichtquellen aufweisen, die beispielsweise gleichartig ausgeformt sein können, wobei die erste Lichtquelle die ersten Lichtstrahlen und die zweite Lichtquelle die zweiten Lichtstrahlen aussenden kann. Vorteilhafterweise können die ersten Lichtstrahlen und zusätzlich oder alternativ die zweiten Lichtstrahlen simultan ausgesendet werden.
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Die zumindest eine Lichtquelle kann mehrere Laserlichtquellen zum Aussenden von Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen umfassen. Beispielsweise können die ersten Lichtstrahlen einen ersten roten Lichtstrahl, einen ersten grünen Lichtstrahl und einen ersten blauen Lichtstrahl umfassen. Weiterhin können die zweiten Lichtstrahlen einen zweiten roten Lichtstrahl, einen zweiten grünen Lichtstrahl und einen zweiten blauen Lichtstrahl umfassen. Das bedeutet, dass die zumindest eine Lichtquelle beispielsweise als eine RGB-Lichtquelle ausgeformt sein kann.
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Gemäß einer Ausführungsform kann die Halteeinrichtung den holografischen Film aufweisen. Der holografische Film kann beispielsweise als eine Folie mit einer lichtempfindlichen Schicht ausgeformt sein.
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Gemäß einer Ausführungsform kann die Belichtungsvorrichtung ausgebildet sein, um das Hologramm als ein Transmissionshologramm aufzunehmen. In diesem Fall kann ein lichtdurchlässiger holografischer Film verwendet werden. Alternativ kann die Belichtungsvorrichtung ausgebildet sein, um das Hologramm als ein Reflexionshologramm aufzunehmen.
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Die Belichtungsvorrichtung kann ausgebildet sein, um durch Überlagerung der Aufnahmewellenfronten zumindest zwei holografische Strukturen des Hologramms mit verschiedenen Aufnahmewellenlängen simultan in den holografischen Film einzubelichten.. Das simultane Belichten bezieht sich auf die Möglichkeit mehrere holographische Strukturen, die durch Überlagerung von Wellenfronten mit unterschiedlichen Wellenlängen aus der ersten und zweiten Optikeinrichtung entstehen, simultan einzubelichten („Simultanes Multiplexing“) ohne dabei die jeweils andere Struktur störend zu beeinflussen. Diese holographischen Strukturen realisieren nach der Aufnahme die gleiche Beugungsfunktion für alle bei der Belichtung verwendeten Wellenlängen. Dies ist insbesondere für Hologramme vorteilhaft, die für die Benutzung mit mehreren Wellenlängen ausgelegt sind.
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Diese Form von simultaner Belichtung wird insbesondere durch die Achromasie der Wellenfrontformung an den deformierbaren Spiegeln ermöglicht. Mit anderen, auf Beugung beruhenden adaptiven Strahlformungselementen (z.B. Spatial Light Modulators) ist das nicht möglich, da hierbei die Form der erzeugten Wellenfront von der Wellenlänge abhängt.
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Gemäß einer Ausführungsform kann die Belichtungsvorrichtung ausgebildet sein, um durch Überlagerung eines eine erste Aufnahmewellenlänge aufweisenden ersten Paars der Aufnahmewellenfronten eine erste holografische Struktur des Hologramms in den holografischen Film einzubelichten. Simultan dazu kann die Belichtungsvorrichtung durch Überlagerung eines eine weitere Aufnahmewellenlänge aufweisenden weiteren Paars der Aufnahmewellenfronten eine weitere holografische Struktur des Hologramms in den holografischen Film einzubelichten. Dazu kann die Belichtungsvorrichtung ausgebildet sein, um die ersten und zweiten Lichtstrahlen so bereitzustellen und zu reflektieren, dass unterschiedliche Aufnahmewellenlängen aufweisende Paare erster und zweiter Aufnahmewellenfronten gebildet und gleichzeitig in oder an dem holografischen Film zur Überlagerung gebracht werden.
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Gemäß einer Ausführungsform kann das erste Reflexionselement an einer der ersten Spiegeloberfläche abgewandten ersten Haltefläche des ersten Reflexionselements eine erste Mehrzahl von beweglichen Stützstellen aufweisen. Das zweite Reflexionselement kann an einer der zweiten Spiegeloberfläche abgewandten zweiten Haltefläche des zweiten Reflexionselements eine zweite Mehrzahl von beweglichen Stützstellen aufweisen. Die erste Mehrzahl von beweglichen Stützstellen kann ausgebildet sein, um das erste Reflexionselement unter Verwendung des ersten Steuersignals zu deformieren. Die zweite Mehrzahl von beweglichen Stützstellen kann ausgebildet sei, um das zweite Reflexionselement unter Verwendung des zweiten Steuersignals zu deformieren. Die Stützstellen können vorteilhafterweise einzeln bewegt werden, um die Spiegeloberflächen deformieren zu können. Die einzelnen Stützstellen können beispielsweise T-förmig ausgeformt sein. Jeder Stützstelle kann ein Aktuator zum Bewegen der Stützstelle zugeordnet sein. Ein solcher Aktuator kann beispielsweise eine elektrische Spule zum Erzeugen eines steuerbaren Magnetfels und einen durch das Magnetfeld beeinflussbaren Magneten umfassen. Das erste Steuersignal kann geeignet sein, um die den ersten Stützstellen zugeordnete Aktuatoren anzusteuern. Das zweite Steuersignal kann geeignet sein, um die den zweiten Stützstellen zugeordnete Aktuatoren anzusteuern.
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Die Belichtungsvorrichtung kann ferner eine Steuereinheit aufweisen, die ausgebildet sein kann, um unter Verwendung eines ersten Hologrammsignals und einer ersten Bereitstellungsvorschrift das erste Steuersignal bereitzustellen, und unter Verwendung eines zweiten Hologrammsignals und einer zweiten Bereitstellungsvorschrift das zweite Steuersignal bereitzustellen. Die Steuereinheit kann beispielsweise als ein Steuergerät ausgeformt sein oder in ein Steuergerät integriert sein. Die Hologrammsignale können eine Charakteristik des zu erstellenden Hologramms repräsentieren. Eine Bereitstellungsvorschrift kann eine Umsetzung eines Hologrammsignals in ein Steuersignal unter Kenntnis von Parametern des verwendeten Reflexionselements ermöglichen. Beispielsweise können auf diese Weise Steuersignale bereitgestellt werden, die Aktuatoren, die Stützstellen der Reflexionselemente zugeordnet sind, so ansteuern, dass die Refelexionselemente so verformt werden, dass das durch die Hologrammsignale repräsentierte Hologramm in den holografischen Film einbelichtet wird.
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Ferner wird ein Verfahren zum Aufnehmen zumindest eines Hologramms unter Verwendung einer Belichtungsvorrichtung in einer zuvor genannten Variante vorgestellt, wobei das Verfahren einen Schritt des Deformierens und einen Schritt des Leitens umfasst. Im Schritt des Deformierens wird die kontinuierliche erste Spiegeloberfläche des ersten Reflexionselements deformiert, um einfallende erste Lichtstrahlen in erste Aufnahmewellenfronten zu wandeln. Weiterhin wird im Schritt des Deformierens die kontinuierliche zweite Spiegeloberfläche des zweiten Reflexionselements deformiert, um einfallende zweite Lichtstrahlen in zweite Aufnahmewellenfronten zu wandeln. Im Schritt des Leitens werden die ersten Aufnahmewellenfronten auf die erste Seite der Halteeinrichtung und die zweiten Aufnahmewellenfronten auf die zweite Seite der Halteeinrichtung geleitet, um durch Überlagerung der Aufnahmewellenfronten die holografische Struktur in den holografischen Film einzubelichten.
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Das Verfahren kann beispielsweise in einer zuvor genannten Variante der Belichtungsvorrichtung durchgeführt oder angesteuert werden.
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Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein.
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Ein entsprechendes Hologramm, dass beispielsweise unter Ausführung des genannten Verfahrens hergestellt wurde, weist eine holografische Struktur und zumindest eine weitere holografische Struktur auf. Dabei repräsentieren die holografische Struktur und die weitere holografische zeitgleich durch Überlagerung eines ersten Paars von Aufnahmewellenfronten und eines weiteren Paars von Aufnahmewellenfronten in einen holografischen Film einbelichtete Strukturen. Dabei können die Paare von Aufnahmewellenfronten unterschiedliche Wellenlängen aufweisen.
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Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung einer Belichtungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 2 eine schematische Darstellung eines holografischen Films mit drei mit unterschiedlichen Wellenlängen einbelichteten holographischen Strukturen gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 3 eine schematische Darstellung eines Reflexionselements gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 4 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Aufnehmen zumindest eines Hologramms gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
- 5 ein Blockschaltbild einer Steuereinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Belichtungsvorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Belichtungsvorrichtung 100 ist ausgebildet, um zumindest ein Hologramm aufzunehmen. Solche Hologramme sind beispielsweise im Zusammenhang mit optischen Systemen, wie beispielsweise Projektionseinrichtungen, einsetzbar.
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Die Belichtungsvorrichtung 100 weist eine Halteeinrichtung 102 auf, die ausgebildet ist, um einen holografischen Film 103 zu halten. Das bedeutet, dass die Halteeinrichtung 102 ausgebildet ist, um beispielsweise den holografischen Film 103 aufzunehmen oder dass der holografische Film 103 alternativ dazu in die Halteeinrichtung 102 integriert oder integrierbar ist. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist der holografische Film 103 in der Halteeinrichtung 102 angeordnet.
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Die Belichtungsvorrichtung 100 weist ein erstes Reflexionselement 104 und ein zweites Reflexionselement 106 auf, die beispielsweise jeweils als ein Spiegel ausgeformt sind. Das erste Reflexionselement 104 weist eine unter Verwendung eines ersten Steuersignals deformierbare kontinuierliche erste Spiegeloberfläche 108 zum Wandeln einfallender erster Lichtstrahlen 110 in erste Aufnahmewellenfronten 112 auf. Das zweite Reflexionselement 106 weist eine unter Verwendung eines zweiten Steuersignals deformierbare kontinuierliche zweite Spiegeloberfläche 114 zum Wandeln einfallender zweiter Lichtstrahlen 116 in zweite Aufnahmewellenfronten 118 auf. Die Aufnahmewellenfronten 112, 118 repräsentieren zur Belichtung des holografischen Films 103 geeignete Wellenfronten.
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Weiterhin weist die Belichtungsvorrichtung 100 eine erste Optikeinrichtung 120 und eine zweite Optikeinrichtung 122 auf. Dabei ist die erste Optikeinrichtung 120 ausgebildet, um die ersten Aufnahmewellenfronten 112 auf eine erste Seite der Halteeinrichtung 102 zu leiten. Die zweite Optikeinrichtung 122 ist ausgebildet, um die zweiten Aufnahmewellenfronten 118 auf eine zweite Seite der Halteeinrichtung 102 zu leiten. Die Optikeinrichtungen 120, 122 umfassen beispielsweise mehrere Linsen zum Formen und/oder Umlenken der Aufnahmewellenfronten 112, 118. Die Optikeinrichtungen 120, 122 werden auch als optische Systeme bezeichnet. In oder an dem holografischen Film 103 tritt eine Überlagerung der Aufnahmewellenfronten 112, 118 auf, wodurch eine holografische Struktur des Hologramms in den holografischen Film 103 einbelichtet wird.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfassen die ersten Aufnahmewellenfronten 112 zeitgleich eine Mehrzahl Wellenfronten unterschiedlicher Aufnahmewellenlänge und die zweiten Aufnahmewellenfronten 118 zeitgleich eine Mehrzahl entsprechender Wellenfronten mit den unterschiedlichen Aufnahmewellenlängen. Somit können die ersten Aufnahmewellenfronten 112 und die zweiten Aufnahmewellenfronten 118 als Paare von zeitgleichen Wellenfronten mit sich unterscheidender Aufnahmewellenlänge angesehen werden. Die Paare können zum zeitgleichen Einbelichten einer Mehrzahl holografischer Strukturen mit den sich unterscheidenden Aufnahmewellenlängen verwendet werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel setzen sich die ersten Aufnahmewellenfronten 112 und die zweiten Aufnahmewellenfronten 118 aus zumindest einem Paar Wellenfronten im roten Farbbereich, zumindest einem Paar Wellenfronten im grünen Farbbereich und zumindest einem Paar Wellenfronten im blauen Farbbereich zusammen. Dadurch können zeitgleich, also simultan, holografischer Strukturen im roten Farbbereich, im grünen Farbbereich und im blauen Farbbereich in den holografischen Film einbelichtet werden.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weisen die Reflexionselemente 104, 114 jeweils eine glatte Oberflächenbeschaffenheit auf, die beispielsweise nicht pixelartig ist. Dadurch wird beispielsweise verhindert, dass Streulicht in unerwünschte Richtungen jenseits der Optikeinrichtungen 120, 122 strahlt. Stattdessen wird eine volle Intensität der Lichtstrahlen 110, 116 in Richtung der Halteeinrichtung 102 gelenkt und zum Aufnehmen des zumindest einen Hologramms nutzbar gemacht. Die Reflexionselemente 104, 106 und die Optikeinrichtungen 120, 122 sind gemäß einem Ausführungsbeispiel derart ausgerichtet, dass die Aufnahmewellenfronten 112, 118 auf gleicher Höhe auf die Halteeinrichtung 102 und somit den Film 103 treffen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die Optikeinrichtungen 120, 122 in Bezug auf eine durch die Halteeinrichtung 102 führende Ebene spiegelsymmetrisch ausgeführt. Je nach Anordnung und Ausführung der Optikeinrichtungen 120, 122 ist die Belichtungsvorrichtung 100 geeignet, um das zumindest eine Hologramm in den holografischen Film 103 als ein Transmissionshologramm oder als ein Reflexionshologramm einzubelichten.
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Die Belichtungsvorrichtung 100 weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine Steuereinheit 124 auf, die ausgebildet ist, um unter Verwendung eines ersten Hologrammsignals und einer ersten Bereitstellungsvorschrift das erste Steuersignal zum Steuern einer Deformation des ersten Reflexionselement 104 bereitzustellen. Außerdem ist die Steuereinheit 124 ausgebildet, um unter Verwendung eines zweiten Hologrammsignalsund einer zweiten Bereitstellungsvorschrift das zweite Steuersignal zum Steuern einer Deformation des zweiten Reflexionselements 106 bereitzustellen. Dabei bildet die erste Bereitstellungsvorschrift beispielsweise Einstellparameter des ersten Reflexionselements 104 und die zweite Bereitstellungsvorschrift Einstellparameter des zweiten Reflexionselements 106 ab. Somit ist die Steuereinheit 124 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ausgebildet, um die Deformationen der Reflexionselemente 104, 106 so einzustellen, dass die Aufnahmewellenfronten 112, 118 zum Erzeugen der durch die Hologrammsignale repräsentierten holografische Struktur des Hologramms geeignete Charakteristika aufweisen.
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Dazu weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel das erste Reflexionselement 104 an einer der ersten Spiegeloberfläche 108 abgewandten ersten Haltefläche 126 eine Mehrzahl von beweglichen ersten Stützstellen 128 auf. Das zweite Reflexionselement 106 weist dem entsprechend gemäß diesem Ausführungsbeispiel an einer der zweiten Spiegeloberfläche 114 abgewandten zweiten Haltefläche 130 eine Mehrzahl von beweglichen zweiten Stützstellen 132 auf. Dabei ist die Mehrzahl von beweglichen ersten Stützstellen 128 unter Verwendung geeigneter Aktuatoren, die gemäß diesem Ausführungsbeispiel unter Verwendung des ersten Steuersignals angesteuert werden, bewegbar, um das erste Reflexionselement 104 so zu deformieren das eine zum Generieren der Aufnahmewellenfront 112 geeignete Deformation erzielt wird. Entsprechend ist die Mehrzahl von beweglichen zweiten Stützstellen 130 unter Verwendung geeigneter Aktuatoren, die gemäß diesem Ausführungsbeispiel unter Verwendung des zweiten Steuersignals angesteuert werden, bewegbar, um das zweite Reflexionselement 106 so zu deformieren das eine zum Generieren der Aufnahmewellenfront 114 geeignete Deformation erzielt wird.
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Jede der Stützstellen 128, 130 ist gemäß einem Ausführungsbeispiel individuell einstellbar, beispielsweise linear verfahrbar. Beispielsweise sind die Stützstellen 128, 130 rasterförmig in mehreren Zeilen und Spalten angeordnet.
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Lediglich optional weist die Belichtungsvorrichtung 100 zumindest eine hier nicht abgebildete Lichtquelle auf. Die zumindest eine Lichtquelle ist beispielsweise ausgebildet, um die ersten Lichtstrahlen 110 als kollimierte erste Lichtstrahlen und/oder die zweiten Lichtstrahlen 116 als kollimierte zweite Lichtstrahlen auszusenden. Beispielsweise ist eine erste Lichtquelle zum Ausstrahlen der ersten Lichtstrahlen 110 und eine weitere Lichtquelle zum aussenden der zweiten Lichtstrahlen 116 vorgesehen. Die zumindest eine Lichtquelle ist beispielsweise als eine Laserlichtquelle ausgeformt, die beispielsweise als RGB-Lichtquelle (rot-grün-blau-Lichtquelle) ausgeformt ist und entsprechend rote, grüne und blaue Lichtstrahlen ausstrahlt, um das zumindest eine Hologramm auf dem holografischen Film 103 zu erzeugen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfassen die ersten Lichtstrahlen 110 zumindest einen ersten roten Lichtstrahl, zumindest einen ersten grünen Lichtstrahl und zumindest einen ersten blauen Lichtstrahl und die zweiten Lichtstrahlen 116 zumindest einen zweiten roten Lichtstrahl, zumindest einen zweiten grünen Lichtstrahl und zumindest einen zweiten blauen Lichtstrahl. Vorteilhafterweise umfassen die Lichtstrahlen 110, 116 jeweils mehrere rote, grüne und blaue Lichtstrahlen oder Lichtstrahlen anderer unterschiedlicher Wellenlängen.
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In anderen Worten ausgedrückt wird die Belichtungsvorrichtung 100 zur Herstellung von holografischen optischen Elementen, die hier als Hologramme bezeichnet sind, mit als Reflexionselemente 104, 106 bezeichneten programmierbaren deformierbaren Spiegel zur Realisierung geeigneter Belichtungswellen vorgestellt. Kurzum wird ein holografischer Wellenfrontbelichter basierend auf deformierbaren Spiegeln vorgestellt. Dabei werden in einem Belichtungsprozess mindestens zwei Belichtungswellen über die Reflexionselemente 104, 106 verändert und gemeinsam zur Interferenz gebracht. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird das simultane Aufnehmen von mehreren Hologrammen im gleichen auch als Filmvolumen bezeichneten holografischen Film 103, was auch als Multiplexing bezeichnet wird, mit Aufnahmewellenfronten 112, 118 ermöglicht, die verschiedene Wellenlängen aufweisen. Die so aufgenommenen Strukturen realisieren die gleiche optische Funktion für mehrere Wellenlängen.
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Die wesentlichen Vorteile der Erfindung basieren gemäß diesem Ausführungsbeispiel auf dem Funktionsprinzip von deformierbaren Reflexionselementen 104, 106. Im Vergleich zu anderen Wellenfrontmodulatoren beruhen deformierbare Reflexionselemente 104, 106 nicht auf Beugungseffekten, sondern geben eine Zielwellenfront direkt durch die kontinuierliche Gestalt der Spiegeloberfläche 108, 114 wieder. Die kontinuierlichen Gestalten sind dabei veränderbar und werden durch die jeweilige Deformation der Reflexionselemente 104, 106 realisiert. Die damit realisierbaren Wellenfronten, die hier als Aufnahmewellenfronten 112, 118 bezeichnet sind, sind daher gut ausformbar, da bei Verwendung von Reflexionselementen 104, 106 ohne Pixelstruktur unerwünschte Störpfade oder Streulicht verhindert werden. Dabei können mit deformierbaren Spiegeln Wellenfronten erzeugt werden, deren Gestalt sich als stetig differenzierbare Funktion mit begrenzter lokaler Krümmung auf der Spiegeloberfläche 108, 114 darstellen lässt (z.B. polynomielle Ausdrücke bis zu einem bestimmten Grad des Polynoms). Für die Aufnahme von Hologrammen sind diese Wellenfronten sehr gut geeignet. Da die Aufnahmewellenfronten 112, 118 direkt die optische Funktion der Hologramme definieren, beeinflussen Störpfade oder Streulicht sehr stark die gewünschten optischen Eigenschaften der Hologramme, wie beispielsweise Transparenz oder Beugungseffizienz.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel werden zunächst in der zumindest einen Lichtquelle kollimierte Laserteilstrahlen generiert, die hier als Lichtstrahlen 110, 116 bezeichnet sind und die auf die deformierbaren Reflexionselemente 104, 106 fallen. Somit erfolgte eine Beleuchtung der Reflexionselemente 104, 106 beispielsweise mit RGB Laserlicht. Gemäß Auslegung des zu erzeugenden Hologramms werden die deformierbaren Reflexionselemente 104, 106 angesteuert und erzeugen gemäß diesem Ausführungsbeispiel die entsprechenden Aufnahmewellenfronten 112, 118. Die Aufnahmewellenfronten 112, 118 weisen gemäß einem Ausführungsbeispiel jeweils die gleiche Wellenfront für RGB auf. Die Aufnahmewellenfronten 112, 118 werden schließlich über Optikeinrichtungen 120, 122 in den holografischen Film 103 abgebildet, wo die Interferenz stattfinden und die holografische Struktur in den Film 103 einbelichtet wird. Je nach Anordnung der Reflexionselemente 104, 106 und Optikeinrichtungen 120, 122 sind Transmissions- oder Reflexionshologramme herstellbar.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines holografischen Films 103 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Der hier dargestellte holografische Film 103 ist beispielsweise in eine Halteeinrichtung einsetzbar oder integriert, wie sie in 1 beschrieben wurde. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist lediglich ein Ausschnitt des holografischen Films 103 vergrößert dargestellt. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist der holografische Film 103 eine Gitterstruktur auf, die durch Überlagerung der ersten Aufnahmewellenfronten und der zweiten Aufnahmewellenfronten erzeugt wurde. Die Gitterstruktur kann zur Veranschaulichung auch als farbige Gitterstruktur bezeichnet werden, wobei die in 2 gezeigte schematische Darstellung einer Falschfarbendarstellung entspricht. In dem holografischen Film 103 tatsächlich ausgeprägte holographische Strukturen weisen keine Farbunterschiede in diesem Sinne auf. Die Gitterstruktur umfasst drei mit unterschiedlichen Wellenlängen einbelichtete holographischen Strukturen 202, 204, 206. Die holographischen Strukturen 202, 204, 206 sind dabei durch Überlagerung von Paaren aus ersten und zweiten Aufnahmewellenfronten mit je Paar verschiedener Wellenlänge erzeugt worden. Beispielhaft sind mit zumindest einem Paar Aufnahmewellenfronten roter Wellenlänge erzeugte rote Gitterstrukturen 202, mit zumindest einem Paar Aufnahmewellenfronten grüner Wellenlänge erzeugte grüne Gitterstrukturen 204 und mit zumindest einem Paar Aufnahmewellenfronten blauer Wellenlänge erzeugte blaue Gitterstrukturen 206 dargestellt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel erfolgt eine simultane Ausprägung der unterschiedlichen holographischen Strukturen 202, 204, 206 möglich, also hier jeweils für Rot, Grün und Blau. Dadurch kann die Gitterstruktur des Hologramms mit gleichzeitig auf den holografischen Film 103 auftreffenden Aufnahmewellenfronten unterschiedlicher Wellenlänge erzeugt werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist das fertige Hologramm somit eine Mehrzahl holografischer Strukturen 202, 204, 206 auf, die gleichzeitig unter Verwendung einer Mehrzahl von Paaren von Aufnahmewellenfronten unterschiedlicher Wellenlänge in den Film 103 einbelichtet wurden.
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3 zeigt eine schematische Darstellung eines Reflexionselements 104 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Reflexionselement 104 kann beispielsweise einem der in 1 beschriebenen Reflexionselemente entsprechen oder zumindest ähneln und ist demnach beispielsweise in einer Belichtungsvorrichtung einsetzbar, wie sie in 1 beschrieben wurde.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel fallen die Lichtstrahlen 110 auf das Reflexionselement 104 und werden von dem Reflexionselement 104 als Aufnahmewellenfronten 112 reflektiert, die vereinfacht auch als Nutzlicht bezeichnet wird. Wie in 1 beschrieben können die Aufnahmewellenfronten 112 anschießend zur Belichtung des holografischen Films verwendet werden.
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Das bedeutet in anderen Worten, dass gemäß diesem Ausführungsbeispiel die gesamte Intensität des Lichts beruhend auf Refraktion in eine Nutzordnung überführt wird. Auch gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist das Reflexionselement 104 dazu eine Mehrzahl von einzeln linear bewegbaren Stützstellen 128 auf, die beispielhaft T-förmig realisiert sind. Die Stützstellen 128 sind dabei über die glatte Oberfläche, hier der Haltefläche des Reflexionselements 104 verteilt angeordnet, wodurch die Entstehung von Streulicht vermieden wird. Beispielhaft weist das Reflexionselement 104 aufgrund der Stellung der Stützstellen 128 eine gebogene Reflexionsfläche auf, die zu fokussierten Aufnahmewellenfronten 112 führt. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind durch die Reflexion an dem Reflexionselement 104 entstehende Phasenfronten unabhängig von den Wellenlängen der Lichtstrahlen 110.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist das Reflexionselement 104, 106 in einem Koordinatensystem abgebildet, das auf der horizontalen Achse 300 die Auslenkung der Oberfläche des Reflexionselement als Größe φ und auf der vertikalen Achse 302 eine Position x, y entlang der Oberfläche des Reflexionselements anzeigt. Anhand der Achsen 300, 302 ist eine Stellung der Stützstellen 128, 130 und somit eine Form des Reflexionselements 104, 106 dargestellt, das gemäß diesem Ausführungsbeispiel gebogen abgebildet ist. Bei kollimiert einfallenden Lichtstrahlen 110 erzeugt die Form des Reflexionselements 104, 106 die Form der entstehenden Aufnahmewellenfronten 112, 118. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird ungebeugtes Licht sowie Streulicht vermieden.
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4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 400 zum Aufnehmen zumindest eines Hologramms gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren 400 wird dabei in Verbindung mit einer Belichtungsvorrichtung mit einer Steuereinheit durchgeführt, wie sie in 1 beschrieben wurden. Das Verfahren 400 umfasst dabei einen Schritt 402 des Deformierens der kontinuierlichen ersten Spiegeloberfläche des ersten Reflexionselements, um einfallende erste Lichtstrahlen in erste Aufnahmewellenfronten zu wandeln. Weiterhin wird im Schritt 402 des Deformierens die kontinuierliche zweite Spiegeloberfläche des zweiten Reflexionselements deformiert, um einfallende zweite Lichtstrahlen in zweite Aufnahmewellenfronten zu wandeln. Weiterhin umfasst das Verfahren 400 einen Schritt 404 des Leitens der ersten Aufnahmewellenfronten auf die erste Seite der Halteeinrichtung und der zweiten Aufnahmewellenfronten auf die zweite Seite der Halteeinrichtung. Durch Überlagerung der Aufnahmewellenfronten wird eine holografische Struktur des Hologramms in den holografischen Film einbelichtet. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel werden die Spiegeloberflächen der Reflexionselemente im Schritt 402 des Deformierens mittels der Stützstellen deformiert, wie sie beispielsweise in einer der 1 oder 3 beschrieben wurden.
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5 zeigt ein Blockschaltbild einer Steuereinheit 124 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Steuereinheit 124 kann beispielsweise der in 1 beschriebenen Steuereinheit 124 entsprechen oder zumindest ähneln und ist ausgebildet, um ein Verfahren zum Aufnehmen zumindest eines Hologramms anzusteuern oder durchzuführen, wie es in 4 beschrieben wurde. Dazu weist die Steuereinheit 124 beispielsweise eine Einleseeinheit 500 und eine Bereitstelleinheit 502 auf. Die Einleseeinheit 500 ist ausgebildet, um ein erstes Hologrammsignal 504 und eine erste Bereitstellungsvorschrift 506 einzulesen. Weiterhin ist die Einleseeinheit 500 ausgebildet, um ein zweites Hologrammsignal 508 und eine zweite Bereitstellungsvorschrift 510 einzulesen.
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Die Bereitstelleinheit 502 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel ausgebildet, um unter Verwendung des ersten Hologrammsignals 504 und der ersten Bereitstellungsvorschrift 506 ein erstes Steuersignal 512 bereitzustellen und um unter Verwendung des zweiten Hologrammsignals 508 und der zweiten Bereitstellungsvorschrift 510 ein zweites Steuersignal 514 bereitzustellen. Alternativ sind die Bereitstellungsvorschriften 506, 510 in einer Speichereinrichtung der Steuereinheit gespeichert und können zur Generierung der Steuersignale 512, 514 aus der Speichereinrichtung ausgelesen werden.
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Mittels des ersten Steuersignals 512 wird ein Deformieren der ersten Spiegeloberfläche des ersten Reflexionselements bewirkt und mittels des zweiten Steuersignals 514 wird ein Deformieren der zweiten Spiegeloberfläche des zweiten Reflexionselements bewirkt.
