DE102021204872A1

DE102021204872A1 - Belichtungsvorrichtung und Verfahren zum Erzeugen eines zweiten holographischen, optischen Elements

Info

Publication number: DE102021204872A1
Application number: DE102021204872.2A
Authority: DE
Inventors: Reinhold Fiess; Johannes Hofmann; Andreas Petersen; Tobias Wilm
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-05-12
Filing date: 2021-05-12
Publication date: 2022-11-17
Also published as: JP2022176144A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Belichtungsvorrichtung (8a), welche ein erstes holographisches optisches Element (1b) umfasst, wobei das erste holographische optische Element (1b) wenigstens einen ersten Teilbereich (10c) und einen zweiten Teilbereich (10d) aufweist. Der erste Teilbereich (10c) weist wenigstens ein erstes Beugungsgitter und der zweite Teilbereich (10d) weist wenigstens ein zweites Beugungsgitter auf. Außerdem umfasst die Belichtungsvorrichtung (8a) ein erstes photosensitives Material (70a) und eine Lichteinheit (100) zum Erzeugen wenigstens erster Lichtwellen einer ersten Wellenlänge (65) und/oder einer zweiten Wellenlänge und zum Erzeugen wenigstens zweiter Lichtwellen (85). Die Lichteinheit (100) ist dazu ausgebildet ist, die erzeugten ersten Lichtwellen (65) auf den ersten (10c) und zweiten Teilbereich (10d) des ersten holographischen Elements (1b) einzustrahlen. Das erste photosensitive Material (70a) ist derart relativ zu dem ersten holographischen optischen Element (1b) angeordnet, dass es wenigstens in einem dritten Teilbereich (90) des ersten photosensitiven Materials (70a) zu einem Überlapp von mittels des ersten Beugungsgitters umgelenkten ersten Teilwellen (71a) der ersten Lichtwellen mit mittels des zweiten Beugungsgitters umgelenkten zweiten Teilwellen (71b) kommt. Zusätzlich dient die Lichteinheit (100) dazu, die erzeugten zweiten Lichtwellen (85) derart auf das erste photosensitive Material (70a) einzustrahlen, dass es in dem wenigstens einen dritten Teilbereich (90) des ersten photosensitiven Materials (70a) zu einem Interferieren der ersten (71a) und zweiten Teilwellen (71b) mit den zweiten Lichtwellen (85) kommt, sodass ein zweites holographisches optisches Element erzeugt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Belichtungsvorrichtung, insbesondere zum Herstellen eines zweiten holographischen optischen Elements. Zusätzlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines zweiten holographischen, optischen Elements.
Stand der Technik
Holographische, optische Elemente (HOE) sind in der Anwendung beispielsweise bei Head-up-Displays bekannt. Hierbei kann das Hologramm, wie beispielsweise in dem Dokument DE 10 2011 075 884 A1 beschrieben, zur Umlenkung des Lichts in der Instrumententafel des Fahrzeugs angeordnet sein. Als Träger des Hologramms kann hierbei beispielsweise ein Glaskörper genutzt werden.
Das Dokument DE 10 2017 218 544 A1 beschreibt eine Belichtungsvorrichtung zum Aufnehmen eines Hologramms. Die Hologramme werden hierbei digital mittels Spatial Light Modulators (SLM) erzeugt.
Der Erfindung liegt davon ausgehend die Aufgabe zugrunde, eine Belichtungsvorrichtung zu entwickeln, die die Aufnahme von komplexen Multiwellenfront HOEs ermöglicht.
Offenbarung der Erfindung
Zur Lösung der Aufgabe wird eine Belichtungsvorrichtung, insbesondere zum Herstellen eines zweiten holographischen optischen Elements, gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen. Außerdem wird ein Verfahren zum Herstellen eines zweiten holographischen Elements gemäß Anspruch 9 vorgeschlagen.
Die Belichtungsvorrichtung, welche insbesondere zum Herstellen oder Aufnehmen eines zweiten holographischen Elements ausgebildet ist, umfasst zunächst ein erstes holographisches optisches Element, welches wenigstens einen ersten Teilbereich und einen zweiten Teilbereich aufweist. Der erste Teilbereich weist hierbei wenigstens ein erstes Beugungsgitter und der zweite Teilbereich weist wenigstens ein zweites Beugungsgitter auf. Der zweite Teilbereich ist hierbei insbesondere zu dem ersten Teilbereich örtlich unterschiedlich angeordnet. Insbesondere sind der erste und zweite Teilbereich benachbart auf dem ersten holographischen optischen Element angeordnet. In diesem Zusammenhang kann auch zwischen ersten und zweiten Teilbereich ein Freiraum ausgebildet sein. Alternativ sind der erste und zweite Teilbereich insbesondere teilweise überlappend zueinander angeordnet. Zusätzlich weist die Belichtungsvorrichtung ein erstes photosensitives Material auf, welches insbesondere als eine erste photosensitive Folie ausgebildet ist. Das erste holographische optische Element und/oder das photosensitive Material werden insbesondere von Trägersubstraten der Belichtungsvorrichtung getragen. Insbesondere handelt es sich bei den Trägersubstraten um zumindest teiltransparente Glasplatten. Außerdem weist die Belichtungsvorrichtung eine Lichteinheit zum Erzeugen wenigstens erster Lichtwellen einer ersten Wellenlänge und zum Erzeugen wenigstens zweiter Lichtwellen der ersten Wellenlänge auf. Bei den Lichtwellen der ersten Wellenlänge handelt es sich insbesondere um rote Lichtwellen. Alternativ hierzu ist die Lichteinheit dazu ausgebildet, einfarbig wenigstens erste Lichtwellen einer zweiten Wellenlänge und wenigstens zweite Lichtwellen der zweiten Wellenlänge zu erzeugen. Bei den Lichtwellen der zweiten Wellenlänge handelt es sich insbesondere um grüne Lichtwellen. Alternativ hierzu kann die Lichteinheit auch dazu ausgebildet sein, mehrfarbig wenigstens erste Lichtwellen der ersten Wellenlänge und der zweiten Wellenlänge und wenigstens zweite Lichtwellen der ersten Wellenlänge und der zweiten Wellenlänge zu erzeugen. Mit den ersten Lichtwellen der ersten und zweiten Wellenlänge sind hierbei insbesondere einzelne Lichtwellen erster und zweiter Wellenlänge gemeint, die sich überlagern und somit zu Wellenfronten führen, die unterschiedliche Wellenlängen aufweisen. Die Lichteinheit umfasst beispielsweise eine erste Lasererzeugungseinheit zum Erzeugen einer roten Laserwelle mit einer Wellenlänge λ = 640 nm und eine zweite Lasererzeugungseinheit zum Erzeugen einer grünen Laserwelle mit einer Wellenlänge von λ = 520 nm. Die Lichteinheit dient dazu, die erzeugten ersten Lichtwellen auf den wenigstens ersten und zweiten Teilbereich des ersten holographischen Elements einzustrahlen. Das erste photosensitive Material ist hierbei derart relativ zu dem ersten holographischen optischen Element angeordnet, dass es wenigstens in einem dritten Teilbereich des ersten photosensitiven Materials zu einem Überlapp von mittels des ersten Beugungsgitters umgelenkten ersten Teilwellen der ersten Lichtwellen der ersten Wellenlänge und mittels des zweiten Beugungsgitters umgelenkten zweiten Teilwellen der ersten Lichtwellen der ersten Wellenlänge kommt. Dieser Fall tritt nur ein, wenn die Lichteinheit lediglich dazu ausgebildet ist, die ersten Lichtwellen der ersten Wellenlänge zu erzeugen. Mit den ersten Teilwellen der ersten Lichtwellen der ersten Wellenlänge und den zweiten Teilwellen der ersten Lichtwellen der ersten Wellenlänge sind die Lichtwellen gemeint, welche mittels des ersten und zweiten Beugungsgitters umgelenkt werden. Die ersten Lichtwellen der ersten Wellenlänge werden also durch die Umlenkung in verschiedene Teilwellen aufgeteilt. Alternativ hierzu ist das erste photosensitive Material derart relativ zu dem ersten holographischen optischen Element angeordnet, dass es wenigstens in einem dritten Teilbereich des ersten photosensitiven Materials zu einem Überlapp von mittels des ersten Beugungsgitters umgelenkten ersten Teilwellen der ersten Lichtwellen der zweiten Wellenlänge und mittels des zweiten Beugungsgitters umgelenkten zweiten Teilwellen der ersten Lichtwellen der zweiten Wellenlänge kommt. Dieser Fall tritt nur ein, wenn die Lichteinheit lediglich dazu ausgebildet ist, die ersten Lichtwellen der zweiten Wellenlänge zu erzeugen. Mit den ersten Teilwellen der ersten Lichtwellen der zweiten Wellenlänge und den zweiten Teilwellen der ersten Lichtwellen der zweiten Wellenlänge sind die Lichtwellen gemeint, welche mittels des ersten und zweiten Beugungsgitters umgelenkt werden.Weiterhin alternativ hierzu ist das erste photosensitive Material derart relativ zu dem ersten holographischen optischen Element angeordnet, dass es wenigstens in einem dritten Teilbereich des ersten photosensitiven Materials zu einem Überlapp von mittels des ersten Beugungsgitters umgelenkten ersten Teilwellen der ersten Lichtwellen der ersten Wellenlänge und der zweiten Wellenlänge und mittels des zweiten Beugungsgitters umgelenkten zweiten Teilwellen der ersten Lichtwellen der ersten Wellenlänge und der zweiten Wellenlänge kommt. Dieser Fall tritt ein, wenn die Lichteinheit dazu ausgebildet, die ersten Lichtwellen der ersten und zweiten Wellenlänge zu erzeugen. Insbesondere ist das erste Beugungsgitter dazu ausgebildet, die ersten Lichtwellen der ersten Wellenlänge umzulenken und das zweite Beugungsgitter dazu ausgebildet, die ersten Lichtwellen der zweiten Wellenlänge gewollt umzulenken.
Zusätzlich ist die Lichteinheit dazu ausgebildet, die erzeugten zweiten Lichtwellen der ersten und/oder zweiten Wellenlänge derart auf das photosensitive Material einzustrahlen, dass es in dem wenigstens einen dritten Teilbereich des ersten photosensitiven Materials zu einem Interferieren der ersten und zweiten Teilwellen der ersten Lichtwellen mit den zweiten Lichtwellen kommt, sodass ein zweites holographisches optisches Element erzeugt wird. Durch die Interferenz der ersten und zweiten Teilwellen mit den zweiten Lichtwellen jeweils gleicher Wellenlänge kommt es zur Erzeugung von zueinander unterschiedlichen Beugungsgittern in dem dritten Teilbereich. Somit wird die Möglichkeit geschaffen, mehrere Hologrammstrukturen simultan in dem gleichen Teilbereich des zweiten holographischen optischen Elements zu erzeugen, was auch als spatial (geometrisches) Multiplexing bezeichnet wird. Zusätzlich kann es auch zu einem sogenannten spektralen Multiplexing kommen, wenn Teilwellen unterschiedlicher Wellenlänge am gleichen Ort des dritten Teilbereichs mit den zweiten Lichtwellen, die ebenfalls unterschiedliche Wellenlängen aufweisen, interferieren. Die so erzeugten Beugungsgitter sind dann entsprechend für verschiedene Wellenlängen/Farben wirksam.. Die somit entstehenden unterschiedlichen Hologrammstrukturen können zum Beispiel wiederum einfallendes Licht in unterschiedliche Richtungen umlenken und somit unterschiedlichste optische Funktionen abbilden. Die hergestellten Hologramme können damit in Head-Up Displays, Brillenglas-Hologrammen oder holografischen Filtern und Umlenkern zur fluoreszenzbasierten Diagnostik (Labon-Chip) zum Einsatz kommen.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem ersten holographischen optischen Element um ein Transmissionshologramm. In diesem Zusammenhang ist das erste photosensitive Material derart relativ zu dem ersten holographischen optischen Element angeordnet, dass es wenigstens in dem dritten Teilbereich, insbesondere einer Vorderseite, des ersten photosensitiven Materials zu einem Überlapp der mittels des ersten Beugungsgitters umgelenkten ersten Teilwellen der ersten Lichtwellen der ersten Wellenlänge und/oder der zweiten Wellenlänge mit den mittels des zweiten Beugungsgitters umgelenkten zweiten Teilwellen der ersten Lichtwellen der ersten Wellenlänge und/oder der zweiten Wellenlänge kommt. Die Lichteinheit ist hierbei dazu ausgebildet, die erzeugten zweiten Lichtwellen der ersten Wellenlänge und/oder der zweiten Wellenlänge derart auf eine Rückseite des photosensitiven Material einzustrahlen, dass es in dem wenigstens einen dritten Teilbereich des ersten photosensitiven Materials zu einem Interferieren der ersten und zweiten Teilwellen mit den zweiten Lichtwellen kommt, sodass das zweite holographisches optische Element erzeugt wird. Das somit entstehende zweite holographische Element ist entsprechend als Reflexionshologramm ausgebildet, welches beispielsweise bei einem Retina Scan für eine Datenbrille Anwendung finden kann. Durch das geometrische Multiplexing im dritten Teilbereich des photosensitiven Materials können Lichtwellen am gleichen Ort in unterschiedliche Richtungen umgelenkt werden, wodurch beispielsweise mehrere Eyeboxen der Datenbrille erzeugt werden können.
Bevorzugt weist das erste holographische optische Element zusätzlich einen vierten Teilbereich und einen fünften Teilbereich auf. Der vierte Teilbereich weist hierbei wenigstens ein drittes Beugungsgitter und der fünfte Teilbereich wenigstens ein viertes Beugungsgitter auf. Die Teilbereiche sind rechteckförmig angeordnet. Insbesondere sind die Teilbereiche als 2x2 Array auf dem ersten holographischen Element angeordnet. Hiermit ergibt sich beispielsweise in Bezug auf einen Retina Scan für eine Datenbrille der Vorteil, jeweils zwei übereinander angeordnete Eyeboxen für den Datenbrillen-Nutzer zu erschaffen. Der Sichtbereich kann somit für den Datenbrillen-Nutzer maximiert werden.
Vorzugsweise sind die holographischen Gitter, insbesondere die holographischen Gitterebenen, des ersten und/oder zweiten Beugungsgitters ortsveränderlich angeordnet. Das bedeutet, dass die Oberflächennormalen der holographischen Gitter nicht alle im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen, sondern einen ortsabhängigen Winkel zueinander aufweisen. dass die holographischen Gitter im Prinzip wie bei einem Hohlspiegel oder einer Linse in zueinander unterschiedlichen, insbesondere schräg zueinander angeordneten, Ebenen angeordnet sind. Bevorzugt weisen die holographischen Gitter in diesem Zusammenhang eine Beugungscharakteristik auf, die keiner geschlossenen mathematischen Beschreibung folgt, sondern stückweise, wie z.B. bei einer Freiformoptik, definiert ist.
Bevorzugt weist das erste holographische optische Element innerhalb des ersten Teilbereichs wenigstens einen ersten Hogel und einen zweiten Hogel auf. Hogel bezeichnen hierbei diskrete, wohldefinierte Teilhologramme, die beispielsweise mittels SLM digital in das erste holographische optische Element aufgenommen wurden. Der erste Hogel weist hierbei wenigstens zwei, insbesondere unterschiedliche, Beugungsgitter. Ebenso weist der zweite Hogel wenigstens zwei, insbesondere unterschiedliche, Beugungsgitter auf. Somit ergibt sich die Möglichkeit, dass ein Teilbereich mehrere optische Funktionen ausbilden kann, wodurch beispielsweise bei dem erzeugten zweiten holographischen Element der überlappende dritte Teilbereich und insgesamt die erreichbaren Winkelbereiche vergrößert werden.
Vorzugsweise ist das erste holographische Element aus einem zu dem ersten photosensitiven Material unterschiedlichen zweiten photosensitiven Material ausgebildet. Bevorzugt ist das erste photosensitive Material als Photopolymer und das zweite photosensitive Material als Silberhalogenid ausgebildet. So kann beispielsweise das erste holographische optische Element eine schmale Bandbreite aufweisen, wodurch die optische Qualität des erzeugten zweiten holographischen optischen Elements erhöht wird. Auch die Transparenz des zweiten holographischen optischen Elements kann durch die beschriebene Materialauswahl erhöht werden. Vorzugsweise weist das erste holographische optische Element in diesem Zusammenhang eine unterschiedliche erste Dicke, insbesondere erste Materialdicke, als eine zweite Dicke, insbesondere zweite Materialdicke, des zweiten photosensitiven Materials auf.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines zweiten holographischen optischen Elements. Hierbei wird zunächst wenigstens ein erstes holographisches optisches Element bereitgestellt, welches wenigstens einen ersten Teilbereich und einen zweiten Teilbereich aufweist. Der erste Teilbereich weist wenigstens ein erstes Beugungsgitter und der zweite Teilbereich wenigstens ein zweites Beugungsgitter auf. Weiterhin wird ein erstes photosensitives Material, insbesondere eine erste photosensitive Folie, bereitgestellt. In einem Folgeschritt werden wenigstens erste Lichtwellen einer ersten Wellenlänge und/oder einer zweiten Wellenlänge auf den wenigstens ersten und zweiten Teilbereich des ersten holographischen Elements eingestrahlt. Das erste photosensitive Material ist hierbei derart relativ zu dem ersten holographischen optischen Element angeordnet, dass es wenigstens in einem dritten Teilbereich des ersten photosensitiven Materials zu einem Überlapp von mittels des ersten Beugungsgitters umgelenkten ersten Teilwellen der ersten Lichtwellen der ersten Wellenlänge und/oder der zweiten Wellenlänge mit mittels des zweiten Beugungsgitters umgelenkten zweiten Teilwellen der ersten Lichtwellen der ersten Wellenlänge und/oder der zweiten Wellenlänge kommt. Weiterhin werden, insbesondere simultan zu dem vorherigen Verfahrensschritt, wenigstens zweite Lichtwellen der ersten Wellenlänge und/oder der zweiten Wellenlänge auf das erste photosensitive Material derart eingestrahlt, dass es in dem wenigstens einen dritten Teilbereich des ersten photosensitiven Materials zu einem Interferieren der ersten und zweiten Teilwellen mit den zweiten Lichtwellen kommt, sodass ein zweites holographisches optisches Element erzeugt wird.
Vorzugsweise schneiden sich die mittels des ersten Beugungsgitters umgelenkten ersten Teilwellen der ersten Lichtwellen der ersten Wellenlänge und/oder der zweiten Wellenlänge in einem ersten Fokusbereich, insbesondere ersten Fokuspunkt. Dieser erste Fokusbereich, insbesondere erste Fokuspunkt, könnte bei einem Retina Scan mittels des erzeugten zweiten holographischen optischen Elements einen ersten Fokuspunkt des Datenbrillennutzers darstellen. Vorzugsweise schneiden sich die mittels des zweiten Beugungsgitters umgelenkten zweiten Teilwellen der ersten Lichtwellen der ersten und/oder zweiten Wellenlänge in einem zweiten Fokusbereich, insbesondere Fokuspunkt. Dieser zweite Fokusbereich, insbesondere zweite Fokuspunkt, könnte bei einem Retina Scan mittels des erzeugten zweiten holographischen optischen Elements einen zweiten Fokuspunkt des Datenbrillennutzers darstellen. Bevorzugt verlaufen die zweiten Lichtwellen der ersten Wellenlänge in Richtung eines dritten Fokusbereichs, insbesondere Fokuspunkts. Alle Fokusbereiche sind auf einer gemeinsamen Seite, insbesondere einer Vorderseite oder einer Rückseite, hinsichtlich des ersten photosensitiven Materials angeordnet. Wird das erzeugte zweite holographische optische Element ausgehend von dem dritten Fokusbereich mittels der zweiten Lichtwellen belichtet oder abgescannt, entsteht ein HOE mit zwei nebeneinander angeordneten Eyeboxen und Fokuspunkten zur Anwendung für eine Datenbrille.
Bevorzugt werden die ersten Lichtwellen der ersten Wellenlänge und/oder der zweiten Wellenläge derart auf den wenigstens ersten und zweiten Teilbereich des ersten holographischen Elements eingestrahlt, dass dritte Teilwellen der ersten Lichtwellen der ersten Wellenlänge und/oder der zweiten Wellenlänge, welche das erste Beugungsgitter mit unveränderter Ausbreitungsrichtung transmittieren und vierte Teilwellen der ersten Lichtwellen der ersten Wellenlänge und/oder der zweiten Wellenlänge, welche das zweite Beugungsgitter mit unveränderter Ausbreitungsrichtung transmittieren, an dem ersten photosensitiven Material vorbeistrahlen. Die dritten und vierten Teilwellen bezeichnen hierbei die Anteile der ersten Lichtwellen, die ungewollt nicht mittels der Beugungsgitter umgelenkt werden. Die ersten Lichtwellen der ersten und/oder zweiten Wellenlänge werden also durch die Umlenkung in verschiedene Teilwellen aufgeteilt. Somit wird die Entstehung von Störhologrammen durch dritte und/oder vierte Teilwellen, die auf das erste photosensitive Material auftreffen und dort mit den zweiten Lichtwellen interferieren, vermieden bzw. reduziert. In diesem Zusammenhang ist weiterhin bevorzugt vorgesehen, dass das erste holographische optische Element derart relativ zu dem ersten photosensitiven Material gedreht, insbesondere gekippt, wird, dass der Einfallswinkel der ersten Lichtwellen vergrößert wird. Mit dem Einfallswinkel ist hierbei der Winkel zwischen den ersten Lichtwellen und der Oberfläche des ersten holographischen optischen Elements gemeint. Durch Vergrößerung des Einfallswinkels und dem somit relativ flachen Einfall der ersten Lichtwellen lässt sich besser erreichen, dass die nicht umgelenkten Lichtwellenanteile an dem ersten photosensitiven Material vorbeistrahlen.
Bevorzugt wird das erste holographische optische Element, insbesondere die Beugungsgitter des ersten holographischen optischen Elements, digital erzeugt. Insbesondere wird das erste holographische optische Element mittels wenigstens eines Spatial Light Modulators belichtet. Die digitale Holographie bietet durch adaptierbare Aufnahmewellenfronten, typischerweise mittels Modulation durch Spatial Light Modulatoren (SLMs), einen großen Vorteil in ihrer Versatilität, da durch die Modulation der Aufnahmewellenfronten verschiedenste Aufnahmeszenarien realisiert werden können. Der wenigstens eine SLM in mindestens einem der Lichtpfade kann dabei auch so angesteuert werden, dass er die Überlagerung mehrerer Phasenfronten ermöglicht. Dies ist äquivalent zur simultanen Erzeugung mehrerer scheinbarer Lichtquellen, wodurch die erreichbaren Winkelbereiche erweitert werden können. Auch ermöglicht die simultane digitale Aufnahme eines HOEs eine höhere Gesamteffizienz als eine zeitsequentielle Aufnahme. Zudem entstehen weniger Störbeiträge im HOE gegenüber einer zeitsequentiellen Aufnahme. Alternativ hierzu wird das erste holographische optische Element, insbesondere die Beugungsgitter des ersten holographischen optischen Elements, mittels wenigstens eines weiteren, dritten holographischen optischen Elements mit wenigstens einem sechsten und einem siebten Teilbereich erzeugt. Der sechste und siebte Teilbereich weisen hierbei insbesondere mehrere zueinander unterschiedliche Beugungsgitter auf, sodass einfallendes Licht in unterschiedliche Richtungen umgelenkt werden kann. Ein solcher Mehrschrittprozess ermöglicht z.B. in einem ersten Schritt ein geometrisches Multiplexing. Dieses geometrische Multiplexing wird dann für jede der Zielwellenlängen durchgeführt. In einem zweiten Schritt werden die so erzeugten Hilfs-HOEs verwendet um zusätzlich auch ein spektrales Multiplexing im Ziel-HOE durchzuführen.
Figurenliste

1 zeigt ein erstes holographisches optisches Element.
2a zeigt eine Aufnahme einer zweiten Ausführungsform eines ersten holographischen optischen Elements.
2b zeigt eine erste Ausführungsform einer Belichtungsvorrichtung.
3a zeigt eine Aufnahme einer dritten Ausführungsform eines ersten holographischen optischen Elements.
3b zeigt eine zweite Ausführungsform einer Belichtungsvorrichtung.
4 zeigt eine Aufnahme einer vierten Ausführungsform eines ersten holographischen optischen Elements.
5 zeigt eine Aufnahme einer fünften Ausführungsform eines ersten holographischen optischen Elements.
6a zeigt eine Aufnahme einer sechsten Ausführungsform eines ersten holographischen optischen Elements.
6b zeigt eine dritte Ausführungsform einer Belichtungsvorrichtung.
7 zeigt eine vierte Ausführungsform einer Belichtungsvorrichtung.
8 zeigt ein Verfahren zum Herstellen eines zweiten holographischen, optischen Elements.

Ausführungsbeispiele der Erfindung
1 zeigt schematisch in einer Seitenansicht als Querschnitt eine erste Ausführungsform eines ersten holographischen optischen Elements 1a. Das erste holographische optische Element 1a weist hierbei einen ersten Teilbereich 10a und einen zweiten Teilbereich 10b auf. Der erste Teilbereich 10a weist hierbei ein erstes Beugungsgitter 20a und der zweite Teilbereich 10b ein zweites Beugungsgitter 20b auf. Jeder Teilbereich 10a und 10b weist in dieser ersten Ausführungsform des ersten holographischen optischen Elements 1a eine Mehrzahl von Hogeln 30 auf. Jeder Hogel 30 weist wiederum wenigstens ein Beugungsgitter auf. Hierbei handelt es sich insbesondere um das erste und/oder zweite Beugungsgitter 20a oder 20b. Hogel 30 bezeichnen hierbei diskrete, wohldefinierte Teilhologramme, die beispielsweise mittels SLM digital in das erste holographische optische Element 1a aufgenommen wurden.
Das erste und/oder zweite Beugungsgitter weist holographische Gitter auf, die insbesondere als holographische Gitterebenen ausgebildet sind. Die Gitter können ortsveränderlich angeordnet sein. Das bedeutet, dass wobei die hier nicht dargestellten Oberflächennormalen der holographischen Gitter insbesondere einen ortsabhängigen Winkel zueinander aufweisen. Mit anderen Worten weist jedes Gitter eine unterschiedliche Haupterstreckungsebene auf.. Die holographischen Gitter können in diesem Zusammenhang eine Beugungscharakteristik aufweisen, die keiner geschlossenen mathematischen Beschreibung folgt, sondern stückweise, wie z.B. bei einer Freiformoptik, definiert ist.
2a zeigt schematisch in einer Seitenansicht eine Aufnahme einer zweiten Ausführungsform eines ersten holographischen optischen Elements. Hierbei wird ein erster Teilbereich 10c des zweiten photosensitiven Materials 7a simultan mit ersten Lichtwellen einer ersten Wellenlänge 50b und vierten Lichtwellen der ersten Wellenlänge 50a belichtet. Die ersten Lichtwellen der ersten Wellenlänge 50b strahlen in horizontaler Richtung 40b auf die Oberfläche des zweiten photosensitiven Materials 7a ein und die vierten Lichtwellen der ersten Wellenlänge 50a strahlen in schräger Richtung 40a auf die Oberfläche des zweiten photosensitiven Materials 7a ein. Bei dem zweiten photosensitiven Material 7a handelt es sich hierbei um eine zweite photosensitive Folie, die von einem hier nicht dargestellten ersten, transparenten Trägersubstrat getragen wird. Beide Lichtwellen 50a und 50b strahlen von der Vorderseite des zweiten photosensitiven Materials 7a auf den ersten Teilbereich 10c derart ein, dass die Lichtwellen 50a und 50b interferieren und ein transmittives, erstes Beugungsgitter in dem ersten Teilbereich 10c erzeugt wird. In einem darauf folgenden Schritt wird ein zweiter Teilbereich 10d des zweiten photosensitiven Materials 7a simultan mit ersten Lichtwellen der ersten Wellenlänge 50d und vierten Lichtwellen der ersten Wellenlänge 50c belichtet. Die ersten Lichtwellen der ersten Wellenlänge 50d strahlen in horizontaler Richtung 40d auf die Oberfläche des zweiten photosensitiven Materials 7a ein und die vierten Lichtwellen der ersten Wellenlänge 50c strahlen in schräger Richtung 40c auf die Oberfläche des zweiten photosensitiven Materials 7a ein. Beide Lichtwellen 50c und 50d strahlen auch hier von der Vorderseite des zweiten photosensitiven Materials 7a auf den zweiten Teilbereich 10d derart ein, dass die Lichtwellen 50c und 50d interferieren und ein transmittives, zweites Beugungsgitter in dem zweiten Teilbereich 10d erzeugt wird.
In diesem ersten Ausführungsbeispiel weist das erzeugte erste holographische optische Element zusätzlich einen, in einer versetzten Ebene und somit in dieser Darstellung nicht gezeigten vierten Teilbereich mit einem dritten Beugungsgitter und einen fünften Teilbereich mit einem vierten Beugungsgitter auf. Die vier Teilbereiche sind auf der Oberfläche des zweiten photosensitiven Materials 7a rechteckförmig, insbesondere als 2x2 Array, verteilt angeordnet.
2b zeigt eine erste Ausführungsform einer Belichtungsvorrichtung 8a, welche das zuvor in 2a aufgenommene erste holographische optische Element 1b umfasst. Zusätzlich umfasst die Belichtungsvorrichtung 8a ein erstes photosensitives Material 70a, welches hierbei als eine erste photosensitive Folie ausgebildet ist. Die erste photosensitive Folie wird hierbei von einem hier nicht dargestellten zweiten transparenten Trägersubstrat getragen. Zusätzlich weist die Belichtungsvorrichtung 8a eine Lichteinheit 100 zum Erzeugen wenigstens erster Lichtwellen 65 einer ersten Wellenlänge und zweiter Lichtwellen 85 der ersten Wellenlänge auf. Die Lichteinheit 100 ist dazu ausgebildet, die ersten Lichtwellen 65 auf den ersten 10c und zweiten Teilbereich 10d des ersten holographischen Elements 1b einzustrahlen. Die ersten Lichtwellen 65 strahlen in dieser Ausführungsform in horizontaler Richtung 60 auf den ersten 10c und zweiten Teilbereich 10d ein. Das erste holographische optische Element 1b und das erste photosensitive Material 70a sind hierbei im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet. Das erste photosensitive Material 70a ist derart relativ zu dem ersten holographischen optischen Element 1b angeordnet, dass es in einem dritten Teilbereich 90 des ersten photosensitiven Materials 70a zu einem Überlapp von mittels des ersten Beugungsgitters umgelenkten ersten Teilwellen 71a der ersten Lichtwellen der ersten Wellenlänge 65 und mittels des zweiten Beugungsgitters umgelenkten zweiten Teilwellen 71b der ersten Lichtwellen der ersten Wellenlänge 65 kommt. Die Lichteinheit 100 ist zusätzlich dazu ausgebildet, die erzeugten zweiten Lichtwellen der ersten Wellenlänge 85 derart auf das erste photosensitive Material 70a einzustrahlen, dass es in dem dritten Teilbereich 90 des ersten photosensitiven Materials 70a zu einem Interferieren der ersten 71a und zweiten Teilwellen 71b der ersten Lichtwellen 65 mit den zweiten Lichtwellen 85 kommt, sodass ein zweites holographisches optisches Element erzeugt wird.
In diesem ersten Ausführungsbeispiel der Belichtungsvorrichtung 8a ist das erste photosensitive Material 70a derart relativ zu dem ersten holographischen optischen Element 1b angeordnet, dass es in dem dritten Teilbereich 90 einer Vorderseite 9a des ersten photosensitiven Materials zu einem Überlapp der mittels des ersten Beugungsgitters umgelenkten ersten Teilwellen 71a der ersten Lichtwellen der ersten Wellenlänge 65 und den mittels des zweiten Beugungsgitters umgelenkten zweiten Teilwellen 71b der ersten Lichtwellen der ersten Wellenlänge 65 kommt. Die Lichteinheit 100 ist wiederum dazu ausgebildet, die erzeugten zweiten Lichtwellen der ersten Wellenlänge 85 derart auf eine Rückseite 9b des ersten photosensitiven Material 70a einzustrahlen, dass es in dem dritten Teilbereich 90 des ersten photosensitiven Materials 70a zu einem Interferieren der ersten 71a und zweiten Teilwellen 71b mit den zweiten Lichtwellen 85 kommt, sodass das zweite holographische optische Element erzeugt wird. Das erzeugte, zweite holographische optische Element ist hierbei als Reflexionshologramm ausgebildet.
In, zu dem dritten Teilbereich 90 benachbarten Teilbereichen 95a und 95b kommt es dagegen nicht zum Überlapp der Teilwellen 71a und 71b, sondern in dem Teilbereich 95a kommt es lediglich zu einem Interferieren der Teilwellen 71a mit den zweiten Lichtwellen 85 und in dem Teilbereich 95b kommt es lediglich zu einem Interferieren der Teilwellen 71b mit den zweiten Lichtwellen 85.
In diesem Ausführungsbeispiel ist das erste holographische optische Element 1b aus einem zu dem ersten photosensitiven Material 70a unterschiedlichen zweiten photosensitiven Material 7a ausgebildet. Insbesondere ist das erste photosensitive Material 70a als Photopolymer und das zweite photosensitive Material 7a als Silberhalogenid ausgebildet.
Weitere, in ihrer Lichtintensität stark verminderte dritte und vierte Teilwellen 75a und 75b passieren die Beugungsgitter des ersten 10c und zweiten Teilbereichs 10d ungewollt in unveränderter Ausbreitungsrichtung.
Die ersten Lichtwellen der ersten Wellenlänge 65 werden mittels des ersten Beugungsgitters derart umgelenkt, dass sich die ersten Teilwellen 71a der ersten Lichtwellen der ersten Wellenlänge 65 in einem ersten Fokusbereich 88a, insbesondere ersten Fokuspunkt, schneiden. Weiterhin werden die ersten Lichtwellen der ersten Wellenlänge 65 mittels des zweiten Beugungsgitters derart umgelenkt, dass sich die zweiten Teilwellen 71b der ersten Lichtwellen der ersten Wellenlänge 65 in einem zweiten Fokusbereich 88b, insbesondere ersten Fokuspunkt, schneiden. In diesem Ausführungsbeispiel werden die zweiten Lichtwellen der ersten Wellenlänge 85 derart mittels der Lichteinheit 100 auf die Oberfläche des ersten photosensitiven Materials 70a eingestrahlt, dass die zweiten Lichtwellen 85 virtuell in Richtung 80 eines dritten Fokusbereichs 37a, insbesondere Fokuspunkts, verlaufen. Die Fokusbereiche 37a, 71a und 71b sind alle in Richtung der Vorderseite 9a des ersten photosensitiven Materials orientiert. Würde man das fertig erzeugte, zweite holographische optische Element auf einem Glas einer Datenbrille anordnen und ausgehend von dem dritten Fokusbereich 37a über einen Retina Scan abscannen, würden sich im Bereich des ersten 10c und zweiten Teilbereichs 10d zwei Eyeboxen mit den Fokuspunkten 88a und 88b für den Datenbrillennutzer ergeben. Durch die 2x2-Array Anordnung würden sich sogar insgesamt vier Eyeboxen ergeben.
3a zeigt schematisch in einer Seitenansicht eine Aufnahme einer dritten Ausführungsform eines ersten holographischen optischen Elements. Hierbei werden die zwei Teilbereiche 11a und 11b des zweiten photosensitiven Materials 7b im Unterschied zu der Ausführungsform von 2a mit Lichtwellen unterschiedlicher Wellenlänge belichtet. Während der erste Teilbereich 11a mit weiteren Lichtwellen der ersten Wellenlänge 51b und weiteren Lichtwellen der ersten Wellenlänge 51a belichtet wird, wird der zweite Teilbereich anschließend mit weiteren Lichtwellen der zweiten Wellenlänge 51d und weiteren Lichtwellen der zweiten Wellenlänge 51c belichtet. Bei den Lichtwellen der ersten Wellenlänge handelt es sich insbesondere um rote Lichtwellen und bei den Lichtwellen der zweiten Wellenlänge handelt es sich insbesondere um blaue Lichtwellen.
3b zeigt schematisch eine zweite Ausführungsform einer Belichtungsvorrichtung 8b, bei der das auf 3a aufgenommene erste holographische optische Element 1c verwendet wird. Im Unterschied zu der Ausführungsform auf 3a werden der erste 11a und zweite Teilbereich 11b des ersten holographischen optischen Elements 1c mittels der Lichteinheit 101 simultan von ersten Lichtwellen einer ersten Wellenlänge und einer zweiten Wellenlänge 68 in horizontaler Richtung 62 bestrahlt. Das erste photosensitive Material 70b ist derart relativ zu dem ersten holographischen optischen Element 1c angeordnet, dass es wenigstens in einem dritten Teilbereich 91 des ersten photosensitiven Materials 70b zu einem Überlapp von mittels des ersten Beugungsgitters umgelenkten ersten Teilwellen 72a der ersten Lichtwellen der ersten Wellenlänge und der zweiten Wellenlänge mit mittels des zweiten Beugungsgitters umgelenkten zweiten Teilwellen 72b der ersten Lichtwellen der ersten Wellenlänge und der zweiten Wellenlänge kommt. Die Lichteinheit 101 ist dazu ausgebildet, die erzeugten zweiten Lichtwellen 86 der ersten und zweiten Wellenlänge derart auf das erste photosensitive Material 70b einzustrahlen, dass es in dem dritten Teilbereich 91 des ersten photosensitiven Materials 70b zu einem Interferieren der ersten 72a und zweiten Teilwellen 72b der ersten Lichtwellen mit den zweiten Lichtwellen 86 kommt, sodass ein zweites holographisches optisches Element erzeugt wird. Es kommt somit in dem dritten Teilbereich 91 zu einem geometrischen Multiplexing, wie auch spektralen Multiplexing.
In dem zu dem dritten Teilbereich 91 benachbarten Teilbereich 96a kommt es lediglich zu einem Interferieren der ersten Teilwellen 72a mit den zweiten Lichtwellen 86. In dem weiteren, zu dem dritten Teilbereich 91 benachbarten Teilbereich 96b kommt es lediglich zu einem Interferieren der zweiten Teilwellen 72a mit den zweiten Lichtwellen 86.
Weitere, in ihrer Lichtintensität jedoch stark verminderte Teilwellen 56a und 56b passieren die Beugungsgitter des ersten 11a und zweiten Teilbereichs 11b ungewollt in unveränderter Ausbreitungsrichtung.
4 zeigt schematisch in einer Seitenansicht die Aufnahme einer vierten Ausführungsform eines ersten holographischen optischen Elements. Hierbei wird im Unterschied zu den vorherigen Ausführungsformen ein Teilbereich 12a eines zweiten photosensitiven Materials 7e zu einem ersten Zeitpunkt mit weiteren Lichtwellen der ersten Wellenlänge 52b und weiteren Lichtwellen der ersten Wellenlänge 52a aus den jeweiligen Richtungen 42a und 42b belichtet. Somit wird ein hier nicht dargestelltes erstes Beugungsgitter in dem ersten Hogel 31 des ersten Teilbereichs 12a erzeugt. Zu einem, auf den ersten Zeitpunkt folgenden zweiten Zeitpunkt wird der erste Teilbereich 12a wiederholt mit weiteren Lichtwellen der ersten Wellenlänge 52b und weiteren Lichtwellen der ersten Wellenlänge 52a aus den jeweiligen Richtungen 42c und 42d belichtet. Somit wird ein hier nicht dargestelltes sechstes Beugungsgitter in dem, zu dem ersten Hogel 31 benachbarten zweiten Hogel 32 des ersten Teilbereichs 12a erzeugt. Durch die somit erzeugten, unterschiedlichen Beugungsgitter der benachbarten Hogel 31 und 32 kann der erreichbare Winkelbereich mittels des fertig erzeugten ersten holographischen optischen Elements erhöht werden.
5 zeigt schematisch eine weitere Möglichkeit zur Aufnahme eines ersten holographischen optischen Elements. Hierbei wird der erste Teilbereich 13a des zweiten photosensitiven Materials 7c, welches hierbei als photosensitive Folie ausgebildet ist, simultan von mehreren Lichtwellen der ersten Wellenlänge belichtet. Zu einem ersten Zeitpunkt wird hierbei der erste Teilbereich 13a von weiteren Lichtwellen der ersten Wellenlänge 53b aus horizontaler Richtung 43b und weiteren Lichtwellen der ersten Wellenlänge 53a aus schräger Richtung 43a belichtet. Diese Lichtwellen 53a und 53b interferieren auf der Oberfläche des zweiten photosensitiven Materials 7c mit den weiteren Lichtwellen der ersten Wellenlänge 53c aus horizontaler Richtung 43c. Somit werden simultan mehrere, unterschiedliche Beugungsgitter in dem ersten Teilbereich 13a erzeugt. Insbesondere kann somit auch ein einziger Hogel mehrere, unterschiedliche Beugungsgitter aufweisen.
Weiterhin wird der zweite Teilbereich 13b des zweiten photosensitiven Materials 7c simultan von mehreren Lichtwellen der ersten Wellenlänge belichtet. Zu einem, auf den ersten Zeitpunkt folgenden zweiten Zeitpunkt wird hierbei der zweite Teilbereich 13b von sechzehnten Lichtwellen der ersten Wellenlänge 53e aus horizontaler Richtung 43e und weiteren Lichtwellen der ersten Wellenlänge 53d aus schräger Richtung 43d belichtet. Diese Lichtwellen 53d und 53e interferieren auf der Oberfläche des zweiten photosensitiven Materials 7c mit den weiteren Lichtwellen der ersten Wellenlänge 53f aus horizontaler Richtung 43f.
6a zeigt schematisch in einem Querschnitt eine weitere Ausführung zur Erzeugung eines ersten holographischen optischen Elements. Hierbei wird das zweite photosensitive Material 7d zu einem ersten Zeitpunkt aus schräger Richtung 44c von weiteren Lichtwellen der ersten Wellenlänge 54c belichtet und im ersten Teilbereich 14a zur Interferenz mit zwanzigsten Lichtwellen der ersten Wellenlänge 54a gebracht, welche aus einer gegenüberliegend schrägen Richtung 44a auf die Oberfläche des zweiten photosensitven Materials 7d einfallen. Somit wird der erste Hogel 33 mit einem ersten Beugungsgitter erzeugt. Zu einem auf den ersten Zeitpunkt folgenden zweiten Zeitpunkt wird der erste Teilbereich 14a weiterhin aus schräger Richtung 44d von weiteren Lichtwellen der ersten Wellenlänge 54d belichtet. Die Richtungen 44c und 44d verlaufen hierbei parallel zueinander. Im ersten Teilbereich 14a kommt es zur Interferenz der weiteren Lichtwellen 54d mit weiteren Lichtwellen der ersten Wellenlänge 54b, welche aus einer gegenüberliegend schrägen Richtung 54b auf die Oberfläche des zweiten photosensitven Materials 7d einfallen. Somit wird der, dem ersten Hogel 33 benachbarte zweite Hogel 34 mit einem weiteren Beugungsgitter erzeugt.
Auf 6b ist eine weitere Ausführungsform einer Belichtungsvorrichtung 8c gezeigt, bei der das fertig erzeugte erste holographische optische Element 1f aus 6a verwendet wird. Der erste Teilbereich 14a und der zweite Teilbereich 14b des ersten holographischen optischen Element 1f werden hierbei mit ersten Lichtwellen der ersten Wellenlänge 66 aus schräger Richtung 63 bestrahlt. Die Richtung 63 der einfallenden ersten Lichtwellen der ersten Wellenlänge entspricht hierbei den Aufnahmerichtungen 44c und 44d des ersten holographischen optischen Elements. Dritte und vierte Teilwellen 82a der ersten Lichtwellen der ersten Wellenlänge, welche ungewollt die Teilbereiche 14a und 14b mit unveränderten Ausbreitungsrichtung transmittieren, strahlen somit an dem ersten photosensitiven Material 70c, welches hierbei parallel zu dem ersten holographischen optischen Element 70c angeordnet ist, vorbei. Somit wird die Ausbildung von Störhologrammen auf dem ersten photosensitiven Material 70c verhindert.
Weiterhin ist auch hier das erste photosensitive Material 70c derart relativ zu dem ersten holographischen optischen Element 1f angeordnet, dass es in einem dritten Teilbereich 93a des ersten photosensitiven Materials 70c zu einem Überlapp von mittels des ersten Beugungsgitters umgelenkten ersten Teilwellen 77a der ersten Lichtwellen der ersten Wellenlänge und mittels des zweiten Beugungsgitters umgelenkten zweiten Teilwellen 78a der ersten Lichtwellen der ersten Wellenlänge kommt. Die hier nicht dargestellte Lichteinheit ist dazu ausgebildet, zweite Lichtstrahlen der ersten Wellenlänge 84 derart aus schräger Richtung 83 auf das erste photosensitive Material 70c einzustrahlen, dass es in dem dritten Teilbereich 93a des ersten photosensitiven Materials 70c zu einem Interferieren der ersten 77a und zweiten Teilwellen 78a der ersten Lichtwellen mit den zweiten Lichtwellen 84 kommt, sodass ein zweites holographisches optisches Element erzeugt wird.
7 zeigt schematisch in einem Querschnitt eine vierte Ausführungsform einer Belichtungsvorrichtung 8d. Hierbei ist im Unterschied zu der Ausführungsform auf 6b das erste holographische optische Element 1f derart relativ zu dem ersten photosensitiven Material 70d gedreht, insbesondere gekippt, dass der Einfallswinkel 79a der ersten Lichtwellen 66 der ersten Wellenlänge im Vergleich zu 6b vergrößert ist. Durch diese Drehung des ersten holographischen optischen Elements 1f gegen den Uhrzeigersinn wird erreicht, dass der Einfallswinkel 79a der ersten Lichtwellen 66 der ersten Wellenlänge und der Ausfalls- oder Umlenkwinkel 79b der ersten Teilwellen 77a und zweiten Teilwellen 78a ähnlich groß sind. Somit tritt keine zusätzliche Vergrößerung oder Verkleinerung des Durchmessers der einfallenden Lichtwellen der ersten Wellenlänge 66 bei der Umlenkung auf. Außerdem werden Aberrationen im ersten optischen Element vermindert.
8 zeigt ein Verfahren zum Herstellen eines zweiten holographischen, optischen Elements in Form eines Ablaufdiagramms. Hierbei wird zunächst in einem Verfahrensschritt 110 wenigstes ein erstes holographisches optisches Element bereitgestellt. Das erste holographische optische Element weist hierbei wenigstens einen ersten Teilbereich und einen zweiten Teilbereich auf. Der erste Teilbereich weist wenigstens ein erstes Beugungsgitter und der zweite Teilbereich weist wenigstens ein zweites Beugungsgitter auf. Das erste holographische optische Element wird insbesondere digital erzeugt. Hierzu wird insbesondere wenigstes ein Spatial Light Modulator verwendet, der das zweite photosensitive Materials des ersten holographischen optischen Elements belichtet und somit die Beugungsgitter des ersten holographischen optischen Elements erzeugt. Optional hierzu wird insbesondere das erste holographische optische Element mittels wenigstens eines weiteren, dritten holographischen optischen Elements mit wenigstens einem sechsten und einem siebten Teilbereich erzeugt.
In einem auf den Verfahrensschritt 110 folgenden Verfahrensschritt 120 wird ein photosensitives Material, insbesondere eine photosensitive Folie, bereitgestellt. In einem auf den Verfahrensschritt 120 folgenden Verfahrensschritt 150 werden wenigstens erste Lichtwellen einer ersten Wellenlänge und/oder einer zweiten Wellenlänge mittels einer Lichteinheit auf den wenigstens ersten und zweiten Teilbereichs des ersten holographischen Elements eingestrahlt. Das photosensitive Material ist hierbei derart relativ zu dem ersten holographischen optischen Element angeordnet, dass es wenigstens in einem dritten Teilbereich des ersten photosensitiven Materials zu einem Überlapp von mittels des ersten Beugungsgitters umgelenkten ersten Teilwellen der ersten Lichtwellen der ersten Wellenlänge und/oder der zweiten Wellenlänge mit mittels des zweiten Beugungsgitters umgelenkten zweiten Teilwellen der ersten Lichtwellen der ersten Wellenlänge und/oder der zweiten Wellenlänge kommt. In einem folgenden Verfahrensschritt 160, der insbesondere simultan mit dem Verfahrensschritt 150 erfolgt, werden wenigstens zweite Lichtwellen der ersten Wellenlänge und/oder der zweiten Wellenlänge auf das photosensitive Material derart eingestrahlt, dass es in dem wenigstens einen dritten Teilbereich des ersten photosensitiven Materials zu einem Interferieren der ersten und zweiten Teilwellen mit den zweiten Lichtwellen kommt, sodass ein zweites holographisches optisches Element erzeugt wird.
In einem optionalen, auf den Verfahrensschritt 120 folgenden Verfahrensschritt 130 werden die ersten Lichtwellen der ersten Wellenlänge und/oder der zweiten Wellenläge derart auf den wenigstens ersten und zweiten Teilbereichs des ersten holographischen Elements eingestrahlt, dass dritte Teilwellen der ersten Lichtwellen der ersten Wellenlänge und/oder der zweiten Wellenlänge, welche das erste Beugungsgitter mit unveränderten Ausbreitungsrichtung transmittieren und vierte Teilwellen der ersten Lichtwellen der ersten Wellenlänge und/oder der zweiten Wellenlänge, welche das zweite Beugungsgitter mit unveränderter Ausbreitungsrichtung transmittieren, an dem photosensitiven Material vorbeistrahlen. In einem weiteren optionalen, auf den Verfahrensschritt 130 folgenden Verfahrensschritt 140 wird das erste holographische optische Element derart relativ zu dem photosensitiven Material gedreht, insbesondere gekippt, dass der Einfallswinkel der ersten Lichtwellen vergrößert wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011075884 A1 [0002]
DE 102017218544 A1 [0003]

Claims

Belichtungsvorrichtung (8a, 8b, 8c, 8d), insbesondere zum Herstellen eines zweiten holographischen optischen Elements (1a, 1b, 1c, 1f), wobei die Belichtungsvorrichtung (8a, 8b, 8c, 8d) umfasst: - ein erstes holographisches optisches Element (1a, 1b, 1c, 1f), wobei das erste holographische optische Element (1a, 1b, 1c, 1f) wenigstens einen ersten Teilbereich (10a, 10c, 11a, 12a, 13a, 14a) und einen zweiten Teilbereich (10b, 10d, 11b, 12b, 13b, 14b) aufweist, wobei der erste Teilbereich (10a, 10c, 11a, 12a, 13a, 14a) wenigstens ein erstes Beugungsgitter (20a), und der zweite Teilbereich (10b, 10d, 11b, 12b, 13b, 14b) wenigstens ein zweites Beugungsgitter (20b) aufweist, - ein erstes photosensitives Material (70a, 70b, 70c, 70d), insbesondere eine erste photosensitive Folie, - eine Lichteinheit (100, 101) zum Erzeugen wenigstens erster Lichtwellen einer ersten Wellenlänge (65, 66) und/oder einer zweiten Wellenlänge (68), und zum Erzeugen wenigstens zweiter Lichtwellen der ersten Wellenlänge (84, 85) und/oder der zweiten Wellenlänge (86), wobei die Lichteinheit (100, 101) dazu ausgebildet ist, die erzeugten ersten Lichtwellen (65, 66) auf den wenigstens ersten (10a, 10c, 11a, 12a, 13a, 14a) und zweiten Teilbereich (10b, 10d, 11b, 12b, 13b, 14b) des ersten holographischen Elements (1a, 1b, 1c, 1f) einzustrahlen, wobei das erste photosensitive Material (70a, 70b, 70c, 70d) derart relativ zu dem ersten holographischen optischen Element (1a, 1b, 1c, 1f) angeordnet ist, dass es wenigstens in einem dritten Teilbereich (90, 91, 93a) des ersten photosensitiven Materials (70a, 70b, 70c, 70b) zu einem Überlapp von mittels des ersten Beugungsgitters (20a) umgelenkten ersten Teilwellen (71a, 72a, 77a) der ersten Lichtwellen der ersten Wellenlänge und/oder der zweiten Wellenlänge und mittels des zweiten Beugungsgitters (20b) umgelenkten zweiten Teilwellen (71b, 72b, 78a) der ersten Lichtwellen der ersten Wellenlänge und/oder der zweiten Wellenlänge kommt, wobei die Lichteinheit (100, 101) dazu ausgebildet ist, die erzeugten zweiten Lichtwellen der ersten (84, 85) und/oder zweiten Wellenlänge (86) derart auf das erste photosensitive Material (70a, 70b, 70c, 70d) einzustrahlen, dass es in dem wenigstens einen dritten Teilbereich (90, 91, 93a) des ersten photosensitiven Materials (70a, 70b, 70c, 70d) zu einem Interferieren der ersten (71a, 72a, 77a) und zweiten Teilwellen (71b, 72b, 78a) der ersten Lichtwellen mit den zweiten Lichtwellen (85) kommt, sodass ein zweites holographisches optisches Element erzeugt wird.
Belichtungsvorrichtung (8a, 8b, 8c, 8d) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste holographische optische Element (1a, 1b, 1c, 1f) ein Transmissionshologramm repräsentiert, wobei das erste photosensitive Material (70a, 70b, 70c, 70d) derart relativ zu dem ersten holographischen optischen Element (1a, 1b, 1c, 1f) angeordnet ist, dass es wenigstens in dem dritten Teilbereich (90, 91, 93a), insbesondere einer Vorderseite (9a), des ersten photosensitiven Materials (70a, 70b, 70c, 70d) zu einem Überlapp der mittels des ersten Beugungsgitters (20a) umgelenkten ersten Teilwellen (71, 71b, 77a) der ersten Lichtwellen der ersten Wellenlänge und/oder der zweiten Wellenlänge mit den mittels des zweiten Beugungsgitters (20b) umgelenkten zweiten Teilwellen (71b, 72b, 78a) der ersten Lichtwellen der ersten Wellenlänge und/oder der zweiten Wellenlänge kommt, wobei die Lichteinheit (100, 101) dazu ausgebildet ist, die erzeugten zweiten Lichtwellen (84, 95) der ersten Wellenlänge und/oder der zweiten Wellenlänge derart auf eine Rückseite (9b) des ersten photosensitiven Material (70a, 70b, 70c, 70d) einzustrahlen, dass es in dem wenigstens einen dritten Teilbereich (90, 91, 93a) des ersten photosensitiven Materials (70a, 70b, 70c, 70d) zu einem Interferieren der ersten (71, 72a, 77a) und zweiten Teilwellen (71b, 72b, 78a) mit den zweiten Lichtwellen (84, 85) der ersten Wellenlänge und/oder der zweiten Wellenlänge kommt, sodass das zweite holographische optische Element erzeugt wird.
Belichtungsvorrichtung (8a, 8b, 8c, 8d) gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste holographische optische Element (1a, 1b, 1c, 1f) zusätzlich einen vierten Teilbereich und einen fünften Teilbereich aufweist, wobei der vierte Teilbereich wenigstens ein drittes Beugungsgitter und der fünfte Teilbereich wenigstens ein viertes Beugungsgitter aufweist, und die Teilbereiche rechteckförmig, insbesondere als 2x2 Array, angeordnet sind.
Belichtungsvorrichtung (8a, 8b, 8c, 8d) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste (20a) und/oder zweite Beugungsgitter (20b) holographische Gitter, insbesondere holographische Gitterebenen, aufweisen, wobei die Gitter ortsveränderlich angeordnet sind, wobei die Oberflächennormalen der holographischen Gitter insbesondere einen ortsabhängigen Winkel zueinander aufweisen.
Belichtungsvorrichtung (8a, 8b, 8c, 8d) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste holographische optische Element (1a, 1b, 1c, 1f) innerhalb des ersten Teilbereichs ((10a, 10c, 11a, 12a, 13a, 14a) wenigstens einen ersten Hogel (30, 31, 33) und einen zweiten Hogel (32, 34) aufweist, wobei der erste Hogel (30, 31, 33) wenigstens zwei, insbesondere unterschiedliche, Beugungsgitter aufweist, und der zweite Hogel (32, 34) wenigstens zwei, insbesondere unterschiedliche, Beugungsgitter aufweist.
Belichtungsvorrichtung (8a, 8b, 8c, 8d) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste holographische Element (1a, 1b, 1c, 1f) aus einem zu dem ersten photosensitiven Material (70a, 70b, 70c, 70d), insbesondere einem Photopolymer, unterschiedlichen zweiten photosensitiven Material (7a, 7b, 7c, 7d, 7e), insbesondere Silberhalogenid, ausgebildet ist.
Belichtungsvorrichtung (8a, 8b, 8c, 8d) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste holographische optische Element (1a, 1b, 1c, 1f) und das erste photosensitive Material (70a, 70b, 70c, 70d) im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind.
Verfahren zum Herstellen eines zweiten holographischen, optischen Elements, wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte aufweist: - Bereitstellen (110) wenigstens eines ersten holographischen optischen Elements (1a, 1b, 1c, 1f), wobei das erste holographische optische Element (1a, 1b, 1c, 1f) wenigstens einen ersten Teilbereich (10a, 10c, 11a, 12a, 13a, 14a) und einen zweiten Teilbereich (10b, 10d, 11b, 12b, 13b, 14b) aufweist, wobei der erste Teilbereich (10a, 10c, 11a, 12a, 13a, 14a) wenigstens ein erstes Beugungsgitter (20a), und der zweite Teilbereich (10b, 10d, 11b, 12b, 13b, 14b) wenigstens ein zweites Beugungsgitter (20b) aufweist, und - Bereitstellen (120) eines ersten photosensitiven Materials (70a, 70b, 70c, 70d), insbesondere einer photosensitiven Folie, und - Einstrahlen (150) von wenigstens ersten Lichtwellen einer ersten Wellenlänge (65, 66) und/oder einer zweiten Wellenlänge (68) auf den wenigstens ersten (10a, 10c, 11a, 12a, 13a, 14a) und zweiten Teilbereich (10b, 10d, 11b, 12b, 13b, 14b) des ersten holographischen Elements (1a, 1b, 1c, 1f), wobei das erste photosensitive Material (70a, 70b, 70c, 70d) derart relativ zu dem ersten holographischen optischen Element (1a, 1b, 1c, 1f) angeordnet ist, dass es wenigstens in einem dritten Teilbereich (90, 91, 93a) des ersten photosensitiven Materials (70a, 70b, 70c, 70d) zu einem Überlapp von mittels des ersten Beugungsgitters (20a) umgelenkten ersten Teilwellen (71a, 72a, 77a) der ersten Lichtwellen der ersten Wellenlänge und/oder der zweiten Wellenlänge mit mittels des zweiten Beugungsgitters (20b) umgelenkten zweiten Teilwellen (71b, 72b, 78a) der ersten Lichtwellen der ersten Wellenlänge und/oder der zweiten Wellenlänge kommt, und - Einstrahlen (160) von wenigstens zweiten Lichtwellen der ersten Wellenlänge (84, 85) und/oder der zweiten Wellenlänge (86) auf das erste photosensitive Material (70a, 70b, 70c, 70d) derart, dass es in dem wenigstens einen dritten Teilbereich (90, 91, 93a) des ersten photosensitiven Materials (70a, 70b, 70c, 70d) zu einem Interferieren der ersten (71a, 72a, 77a) und zweiten Teilwellen (71b, 72b, 78a) mit den zweiten Lichtwellen der ersten Wellenlänge (84, 85) und/oder der zweiten Wellenlänge (86) kommt, sodass ein zweites holographisches optisches Element erzeugt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich die mittels des ersten Beugungsgitters umgelenkten ersten Teilwellen (71a, 72a, 77a) der ersten Lichtwellen der ersten Wellenlänge und/oder der zweiten Wellenlänge in einem ersten Fokusbereich (88a), insbesondere ersten Fokuspunkt, schneiden, wobei sich die mittels des zweiten Beugungsgitters (20b) umgelenkten zweiten Teilwellen (71b, 72b, 78a) der ersten Lichtwellen der ersten Wellenlänge und/oder der zweiten Wellenlänge (20b) in einem zweiten Fokusbereich (88b), insbesondere Fokuspunkt, schneiden.
Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Lichtwellen der ersten Wellenlänge (84, 85) und/oder der zweiten Wellenlänge (86) in Richtung eines dritten Fokusbereichs (37a), insbesondere Fokuspunkts, verlaufen, wobei die Fokusbereiche (37a, 88a, 88b) auf einer gemeinsamen Seite, insbesondere einer Vorderseite (9a) oder einer Rückseite (9b), gegenüber dem ersten photosensitiven Material (70a, 70b, 70c, 70d) angeordnet sind.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Lichtwellen der ersten Wellenlänge (65, 66) und/oder der zweiten Wellenläge (68) derart auf den wenigstens ersten (10a, 10c, 11a, 12a, 13a, 14a) und zweiten Teilbereich (10b, 10d, 11b, 12b, 13b, 14b) des ersten holographischen Elements (1a, 1b, 1c, 1f) eingestrahlt werden (130), dass dritte Teilwellen (82a) der ersten Lichtwellen der ersten Wellenlänge und/oder der zweiten Wellenlänge das erste Beugungsgitter (20a) mit unveränderten Ausbreitungsrichtung transmittieren, und vierte Teilwellen der ersten Lichtwellen der ersten Wellenlänge und/oder der zweiten Wellenlänge die das zweite Beugungsgitter (20b) mit unveränderten Ausbreitungsrichtung transmittieren, und die dritten (82a) und vierten Teilwellen an dem ersten photosensitiven Material (70a, 70b, 70c, 70d) vorbeistrahlen.
Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das erste holographische optische Element (1a, 1b, 1c, 1f) derart relativ zu dem ersten photosensitiven Material (70a, 70b, 70c, 70d) gedreht, insbesondere gekippt, wird (140), dass der Einfallswinkel (79a) der ersten Lichtwellen der ersten Wellenlänge (65, 66) und/oder der zweiten Wellenlänge (68) vergrößert wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das erste holographische optische Element (1a, 1b, 1c, 1f), insbesondere die Beugungsgitter des ersten holographischen optischen Elements (1a, 1b, 1c, 1f), digital, insbesondere mittels wenigstens eines Spatial Light Modulators, erzeugt, insbesondere belichtet, wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das erste holographische optische Element (1a, 1b, 1c, 1f), insbesondere die Beugungsgitter des ersten holographischen optischen Elements (1a, 1b, 1c, 1f), mittels wenigstens eines weiteren, dritten holographischen optischen Elements mit wenigstens einem sechsten und einem siebten Teilbereich, insbesondere belichtet, wird.