DE102022106627A1

DE102022106627A1 - Trägermaterialschicht für holographisch optisches element auf gekrümmter fläche

Info

Publication number: DE102022106627A1
Application number: DE102022106627.4A
Authority: DE
Inventors: Viktor Schütz; Mirko Riethmüller; Yi Zhong
Original assignee: Carl Zeiss Jena GmbH
Current assignee: Jenoptik AG
Priority date: 2022-03-22
Filing date: 2022-03-22
Publication date: 2023-09-28

Abstract

Ein Herstellungsverfahren für ein optisches System umfasst das Ausbilden eines holographisch optischen Elements (149) in einer Trägermaterialschicht (141), wenn die Trägermaterialschicht (141) eine erste Krümmung aufweist. Das Verfahren umfasst auch das Fixeren (3010, 3110, 3225) der Trägermaterialschicht (141) auf einer gekrümmten Fläche (155), die eine zweite Krümmung aufweist, die verschieden von der ersten Krümmung ist, und das Durchführen (3015, 3125, 3220) eines Zuschnitts der Trägermaterialschicht (141). Der Zuschnitt wird dabei so durchgeführt, dass zumindest eines von einem Faltenwurf (145), einer Streckung und einer Stauchung der Trägermaterialschicht (141) auf der gekrümmten Fläche aufgrund der zweiten Krümmung, die verschieden von der ersten Krümmung ist, reduziert wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Verschiedene Aspekte der Offenbarung betreffen die Herstellung eines optischen Systems, welches eine Trägermaterialschicht mit einem holographisch optischen Element auf einer gekrümmten Fläche aufweist.
HINTERGRUND
Holographisch optische Elemente stellen eine Variation des Brechungsindex eines Trägermaterials bereit. Die Variation des Brechungsindex kann im Bereich der Wellenlänge des sichtbaren Lichts sein, oder länger. Dadurch kann bei Beleuchtung beispielsweise ein Hologramm rekonstruiert werden. Es können auch andere optische Funktionalitäten bereitgestellt werden, etwa eine Spiegel-Funktion oder eine Linsen-Funktion.
Typischerweise wird das Trägermaterial als dünne und transparente Schicht bereitgestellt, zum Beispiel als Folie.
In verschiedenen Beispielen kann es erforderlich sein, die Trägermaterialschicht nach der Ausbildung des holographisch optischen Elements in einer bestimmten Krümmung zu fixieren. Je nach Anwendung kann eine bestimmte Krümmung erforderlich sein. Beispielsweise könnte bei Integration der Trägermaterialschicht in eine Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs die Krümmung der Trägermaterialschicht durch die Krümmung der Windschutzscheibe des Kraftfahrzeugs vorgegeben sein.
Es wurde beobachtet, dass bei einer Veränderung der Krümmung der Trägermaterialschicht nach dem Ausbilden des holographisch optischen Elements die optische Funktionalität des holographisch optischen Elements, beispielsweise bei der Rekonstruktion eines Hologramms, beeinträchtigt sein kann.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG
Deshalb besteht ein Bedarf für Techniken, welche eine flexible Wahl der Krümmung der Trägermaterialschicht nach Ausbilden des holographisch optischen Elements ermöglichen.
Diese Aufgabe wird gelöst von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Die Merkmale der abhängigen Patentansprüche definieren Ausführungsformen.
Ein Herstellungsverfahren für ein optisches System wird offenbart. Dabei wird ein holographisch optisches Element in einer Trägermaterialschicht ausgebildet. Das holographisch optische Element wird ausgebildet, wenn die Trägermaterialschicht eine erste Krümmung aufweist.
Das Ausbilden des holographisch optischen Elements in der Trägermaterialschicht kann grundsätzlich auf unterschiedliche Arten und Weisen implementiert werden. Beispielsweise könnte ein Replikationsprozess verwendet werden, der eine entsprechende Variation des Brechungsindex aus einem Master-HOE, d.h. einer Vorlage, repliziert. Dazu könnte das Master-HOE in die Umgebung der Trägermaterialschicht angeordnet werden. Dann kann eine Belichtung erfolgen, wodurch die Struktur des Master-HOE kopiert wird. Ein solcher Replikationsprozess kann zum Beispiel in einem Rolle-zu-Rolle-Prozess oder in einem Flachbrett-Prozess implementiert werden.
Die erste Krümmung kann zum Beispiel durch einen ersten Krümmungswert und einen zweiten Krümmungswert entlang orthogonaler Raumrichtungen definiert sein (X-Richtung und Y-Richtung). Die Krümmungswerte können bezeichnet werden als: k_x, k_y.
Beispielsweise wäre es denkbar - in einem Flachbrett-Prozess - dass beide Krümmungswerte entlang der orthogonalen Raumrichtungen gleich null sind. D.h. k_x = k_y = 0. Das bedeutet also in anderen Worten, dass die Trägermaterialschicht beim Ausbilden des holographisch optischen Elements als ebene Fläche ausgebildet sein kann.
Es wäre auch denkbar, dass ein erster Krümmungswert ungleich null ist und der andere Krümmungswert gleich null ist. Zum Beispiel könnte die Trägermaterialschicht auf einer Rolle (das heißt auf einem rotierenden Zylinder) angeordnet sein, so dass der Krümmungswert für die Raumrichtung senkrecht zur Längsachse der Rolle einen Wert ungleich null annimmt und der Krümmungswert entlang der Längsachse der Rolle gleich null ist. Ein solches Szenario wäre zum Beispiel bei einem Rolle-zu-Rolle-Prozess vorhanden.
Aus obenstehendem ist ersichtlich, dass der Begriff „Krümmung“ mathematisch zu verstehen ist, das heißt auch Krümmungswert gleich null umfasst, so dass die Trägermaterialschicht eben fixiert ist.
Das Herstellungsverfahren umfasst außerdem das Fixieren der Trägermaterialschicht auf einer gekrümmten Fläche, die eine zweite Krümmung aufweist, wobei die zweite Krümmung verschieden ist von der ersten Krümmung.
Das bedeutet, dass zumindest ein Krümmungswert der zweiten Krümmung unterschiedlich ist von dem entsprechenden Krümmungswert der ersten Krümmung.
Das Verfahren umfasst außerdem das Durchführen eines Zuschnitts der Trägermaterialschicht. Zum Beispiel können einzelne Bereiche der Trägermaterialschicht durch ein Schnittverfahren entfernt werden. Das Schnittverfahren kann zum Beispiel mittels eines Laser-Schneidegeräts oder mittels mechanischer Klingen umgesetzt werden.
Der Zuschnitt wird derart durchgeführt, dass ein Faltenwurf der Trägermaterialschicht auf der gekrümmten Fläche aufgrund der zweiten Krümmung, die verschieden von der ersten Krümmung ist, reduziert wird. Es können außerdem Verspannungen in der Trägermaterialschicht aufgrund von Streckung und/oder Stauchung reduziert werden.
Als allgemeine Regel kann der Zuschnitt durch eine Vielzahl von Schnittlinien bzw. deren Anordnung in Bezug auf die Trägermaterialschicht bestimmt sein. Der Zuschnitt kann also abstrakt die Menge an Schnittlinien bezeichnen. Das Durchführen des Zuschnitts bezeichnet das Ausführen der Schnitte zum Erhalten der Schnittlinien.
Solche Techniken beruhen auf der Erkenntnis, dass bei einer Transformation einer Fläche mit einer ersten Krümmung zu einer Fläche mit einer zweiten Krümmung Streckungen oder Stauchungen auftreten können. Dies entspricht einer Stauchung oder einer Streckung der Trägermaterialschicht, wenn dieser von der ersten Krümmung in die zweite Krümmung überführt wird.
Aufgrund der begrenzten Elastizität des Materials der Trägermaterialschicht kann es deshalb manchmal zu Faltenwurf kommen, wenn die Trägermaterialschicht auf der Fläche mit der zweiten Krümmung fixiert wird.
Um Streckungen und/oder Stauchungen und/oder Faltenwurf zu vermeiden oder zu reduzieren kann der Zuschnitt der Trägermaterialschicht so erfolgen, dass überschüssiges Material durch den Zuschnitt entfernt wird. Durch geeignete Wahl des Zuschnitts können auch Streichungen vermieden werden, weil zum Beispiel unterschiedliche Abschnitte der Trägermaterials Schicht entlang von Schnittlinien des Zuschnitts voneinander getrennt werden können.
Mittels des Zuschnitts kann in manchen Beispielen insbesondere eine abstandserhaltende Transformation umgesetzt werden; das bedeutet, dass der Zuschnitt durch eine abstandserhaltende Transformation von der ersten Krümmung zur zweiten Krümmung bestimmt ist. Eine solche abstandserhaltende Transformation wird auch als längentreue Transformation bezeichnet. Zwei Punkte innerhalb der Trägermaterialschicht weisen dann vor und nach der Transformation, das heißt sowohl bei Ausbilden des holographisch optischen Elements wie auch nach Fixierung auf der gekrümmten Fläche denselben Abstand voneinander auf.
Dadurch kann vermieden werden, dass die Abstände zwischen Strukturen des holographisch optischen Elements durch das Fixieren der Trägermaterialschicht auf der gekrümmten Fläche verändert werden. Eine solche Veränderung der Abstände zwischen Strukturen des holographisch optischen Elements hätte nämlich sonst einen Einfluss auf die optische Funktionalität des holographisch optischen Elements. Dies liegt daran, dass sich andernfalls auch eine Veränderung der Gitterperiodizität des durch den modulierten Brechungsindex ausgebildeten optischen Gitters ergeben würde.
Die oben dargelegten Merkmale und Merkmale, die nachfolgend beschrieben werden, können nicht nur in den entsprechenden explizit dargelegten Kombinationen verwendet werden, sondern auch in weiteren Kombinationen oder isoliert, ohne den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN

1 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens.
2 illustriert schematisch das Fixieren einer Trägermaterialschicht mit einem holographisch optischen Element auf einem Substrat mit einer Oberfläche, die eine gekrümmte Fläche ausbildet gemäß verschiedenen Beispielen.
3 illustriert schematisch Faltenwurf aufgrund des Fixierens der Trägermaterialschicht auf der gekrümmten Fläche gemäß verschiedenen Beispielen.
4 illustriert schematisch einen entfernten Faltenwurf nach erfolgtem Zuschnitt der Trägermaterialschicht.
5 illustriert schematisch eine zweidimensional gekrümmte Fläche.
6 illustriert schematisch eine relative Anordnung von Schnittlinien zu einem holographisch optischen Element, dass in einer Trägermaterialschicht ausgebildet ist, gemäß verschiedenen Beispielen.
7 illustriert schematisch eine relative Anordnung von Schnittlinien zu einem holographisch optischen Element, das in einer Trägermaterialschicht ausgebildet ist, gemäß verschiedenen Beispielen.
8 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens.
9 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Elemente. Die Figuren sind schematische Repräsentationen verschiedener Ausführungsformen der Erfindung. In den Figuren dargestellte Elemente sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu dargestellt. Vielmehr sind die verschiedenen in den Figuren dargestellten Elemente derart wiedergegeben, dass ihre Funktion und genereller Zweck dem Fachmann verständlich wird.
Nachfolgend werden verschiedene Techniken im Zusammenhang mit der Herstellung von optischen Systemen beschrieben, die ein holographisch optisches Element aufweisen. Beispielsweise könnte ein optisches System hergestellt werden, welches eine Windschutzscheibe für ein Kraftfahrzeug umfasst, die mehrere Schichten aufweist und eine zweidimensional gekrümmte Fläche ausbildet. Zumindest eine der mehreren Schichten kann eine Trägermaterialschicht sein, in der ein holographisch optisches Element ausgebildet ist. Beispielsweise wäre es derart möglich, ein Head-Up-Display zu implementieren, mittels dessen Information in das Sichtfeld des Fahrers eingespiegelt wird durch eine entsprechende Spiegel-Funktionalität des holographisch optischen Elements. Ein weiteres Beispiel beträfe die Integration der Trägermaterialschicht in einen gekrümmten Bildschirm, um beispielsweise den Strahlengang für eine integrierte Kamera umzulenken.
Verschiedene Beispiele beruhen auf der Erkenntnis, dass in verschiedenen Anwendungsszenarien Folien-basierte holographisch optische Elemente auf gekrümmten Substraten aufgebracht werden. Besonders im Randbereich eines entsprechenden gekrümmten Substrats kann es dann zu Faltenwurf kommen. Durch eine Streckung oder Stauchung der Folie bzw. allgemein der Trägermaterialschicht kann es zu einer Veränderung der optischen Funktionalität des holographisch optischen Elements kommen. Dies kann entweder direkt durch die Streckung oder Stauchung der Trägermaterialschicht erfolgen oder zum Beispiel indirekt durch einen Höhenversatz aufgrund von Faltenwurf im Randbereich.
Gemäß verschiedenen hierin beschriebenen Beispielen ist es möglich, durch das Durchführen eines geeigneten Zuschnitts den Faltenwurf der Trägermaterialschicht des holographisch optischen Elements, der andernfalls bei Fixierung der Trägermaterialschicht auf einer gekrümmten Fläche resultieren würde, zu reduzieren. Streckung und/oder Stauchung der Trägermaterialschicht und damit des holographisch optischen Elements kann vermieden oder reduziert werden.
Der Zuschnitt kann zum Beispiel per Messerschnitt oder Laserschnitt durchgeführt werden.

Dabei gibt es unterschiedliche Techniken, um den geeigneten Zuschnitt der Trägermaterialschicht zu bestimmen, d.h. geeignete Schnittlinien zu finden. Einige Techniken sind nachfolgend in TAB. 1 zusammengefasst. TAB. 1: Verschiedene Beispiele zum Bestimmen des Zuschnitts der Trägermaterialschicht.

	Kurze Beschreibung	Beispiele
I	Berechneter Zuschnitt	In einem Beispiel wäre es denkbar, dass Schnittlinien des Zuschnitts basierend auf einer vorgegebenen Transformation berechnet werden. Das bedeutet also in anderen Worten, dass es möglich wäre, eine Transformation zwischen der ersten Krümmung der Trägermaterialschicht beim Ausbilden des holographisch optischen Elements und der zweiten Krümmung der Trägermaterialschicht nach Fixierung der Trägermaterialschicht auf der gekrümmten Fläche zu bestimmen; und dann unter Berücksichtigung dieser Transformation die entsprechend benötigten Schnittlinien zu ermitteln.
		Beispielsweise wäre es denkbar, dass die Transformation abstandserhaltend ist. Hier würden Streckung und Stauchung der Trägermaterials Schicht vermieden werden. Es wäre aber auch denkbar, dass die Transformation
		nicht oder nur beschränkt abstandserhaltend ist; beispielsweise könnte eine Streckung und/oder Stauchung, die kleiner als ein vorbestimmte Schwellenwert ist, toleriert werden.
II	Getesteter Zuschnitt	In einem weiteren Beispiel wäre es denkbar, dass die Schnittlinien durch iteratives Anpassen des Zuschnitts basierend auf einer Erkennung von Faltenwurf bestimmt werden.
		In anderen Worten wäre es also denkbar, dass die Trägermaterialschicht auf der gekrümmten Fläche fixiert wird und dann mittels geeigneter Sensorik - etwa einer Kamera - Faltenwurf erkannt wird. Dann kann im Bereich dieses Faltenwurfs ein kompensierender Schnitt durchgeführt werden, so dass der Faltenwurf reduziert wird.

1 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Herstellungsverfahrens für ein optisches System. Die Anordnung der Boxen in 1 ist eine beispielhafte Implementierung der Abfolge der entsprechenden Aktionen; es könnten auch andere Abfolge verwendet werden.
In Box 3005 wird ein holographisch optisches Element in einer Trägermaterialschicht ausgebildet, wobei während dieses Prozesses die Trägermaterialschicht eine erste Krümmung aufweist. Beispielsweise könnte die Trägermaterialschicht eine eindimensionale oder zweidimensional gekrümmte Fläche ausbilden. Die Trägermaterialschicht könnte aber auch eine ebene Fläche ausbilden, d.h. k_x = k_y = 0.
Box 3005 kann zum Beispiel die Replikation eines Master-HOE umfassen. Dies kann in einem Rolle-zu-Rolle-Prozess oder einem Flachbrett-Prozess erfolgen.
In Box 3010 erfolgt ein Fixieren der Trägermaterialschicht auf einer gekrümmten Fläche.
Diese gekrümmte Fläche weist eine zweite Krümmung aus, die verschieden von der ersten Krümmung in Box 3005 ist. Die in Box 3005 beobachteten Krümmungswerte seien: k_x,1, k_y,1. Die in Box 3010 beobachteten Krümmungswerte seien: k_x,2, k_y,2. Dann gilt k_x,1 ≠ k_x,2 und/oder k_y,1 ≠ k_y,2.
Das Fixieren Box 3010 könnte zum Beispiel zum Zwecke einer Integration der Trägermaterialschicht in eine Anordnung, die zusammen mit der Trägermaterialschicht das optische System ausbildet, erfolgen. Zum Beispiel könnte ein Aufkleben auf eine gekrümmte Scheibe oder ein gekrümmtes Glas erfolgen.
In Box 3015 erfolgt das Durchführen eines Zuschnitts der Trägermaterialschicht. Dabei wird der Zuschnitt so durchgeführt, dass der Faltenwurf und/oder eine Streckung und/oder eine Stauchung der Trägermaterialschicht auf der gekrümmten Fläche aufgrund der zweiten Krümmung, die verschieden von der ersten Krümmung ist, reduziert wird.
Der Zuschnitt kann per Laserschnitt ausgeführt werden. Beispielhafte Laserschnittparameterwerte sind: UKP Laserpulsdauern; 1-1000kHz Repetitionsrate (insb. 200 kHz) um die thermische Effekte gering zu halten; kleine Pulsenergie/Fluenz für geringen thermischen Input (0,01... 10 J/cm², insb. 2 J/cm²); Schnittkante wird V- förmig ausgebildet sein. Hierbei sollten die Winkel aber klein gehalten werden, damit die Folien eng zusammenfallen. Laserpolierschritte sind möglich, falls sich ein Grad ausbildet.
Es kann auch ein Messerschnitt erfolgen. Eine detaillierte Führung auch in z Richtung ist notwendig, damit die Oberfläche nicht zerkratzt wird. Ein U-Schnitt wird dadurch automatisch möglich. → Anpressdruck Schneide nicht zu groß, damit das Material nicht weggedrückt wird. → möglichst keine Nachbearbeitung der ev. Wülste.
Als allgemeine Regel wäre es denkbar, dass Box 3010 nach Box 3015 oder vor Box 3015 ausgeführt wird. Das bedeutet in anderen Worten, dass der Zuschnitt durchgeführt werden kann, wenn die Trägermaterialschicht noch nicht auf der Fläche fixiert ist; oder nachdem die Trägermaterialschicht auf der Fläche fixiert wurde.
2 illustriert Aspekte im Zusammenhang mit dem Fixieren einer Trägermaterialschicht 141 auf einer gekrümmten Fläche 155. 2 zeigt vereinfacht einen eindimensionalen Schnitt; allgemein sind aber zweidimensionale Krümmungen vorhanden.
Die Trägermaterialschicht 144 bildet in einen Zentralbereich ein holographisch optisches Element 149 aus. Das holographisch optische Element 149 wird in der Trägermaterialschicht 141 ausgebildet, wenn die Trägermaterialschicht eine ebene Fläche ausbildet (wie in 2 gezeigt).
Die Trägermaterialschicht 141 wird mitsamt dem holographisch optischen Elements 149 auf einer gekrümmten Fläche 155 fixiert; die gekrümmte Fläche 155 wird durch einen Randbereich einer Oberfläche 152 eines Glassubstrats 151 ausgebildet.
Bei der Fixierung der Trägermaterialschicht 141 Szenario der 2 kommt der Bereich der Trägermaterialschicht 141, in dem das holographisch optische Element 149 ausgebildet ist, nicht im Bereich der gekrümmten Fläche 155 zum Liegen. Trotzdem kann durch das Fixieren der Trägermaterialschicht 141 auf der gekrümmten Fläche 155 bzw. insgesamt auf der Oberfläche 152 die optische Funktionalität des holographisch optischen Elements 149 beeinflusst werden. Dies ist im Zusammenhang mit 3 erläutert.
3 illustriert schematisch Aspekte im Zusammenhang mit einem Faltenwurf 145 der Trägermaterialschicht 141, wenn dieser auf die gekrümmte Fläche 155 aufgebracht wird. Der Faltenwurf 145 entsteht durch die Stauchung der Trägermaterialschicht 141, aufgrund der gekrümmten Fläche 155.
Allgemein kann eine Stauchung auftreten, wenn die Flächengröße der Trägermaterialschicht 141 in der ersten Krümmung größer ist als die Flächengröße der Trägermaterialschicht 141 in der zweiten Krümmung, nach Fixierung.
Indem ein Zuschnitt der Trägermaterialschicht 141 durchgeführt wird, kann der Faltenwurf reduziert werden, vergleiche 4. Überschüssiges Material wird entfernt.
5 ist eine zweidimensionale Ansicht einer beispielhaften gekrümmten Fläche. Im Beispiel der 5 (genauso wie im Beispiel der 2), sind die Krümmungswerte positionsabhängig. k_x = k_x(x,y);k_y = k_y(x,y). Diese Positionsabhängigkeit der Krümmung ist optional, aber ein typisches Szenario.
6 illustriert Aspekte im Zusammenhang mit einem Zuschnitt der Trägermaterialschicht 141. Der Zuschnitt ist im dargestellten Beispiel sternförmig, d.h. die Schnittlinien entsprechen dem Umriss eines Sterns mit zwei oder mehreren Zacken. In 6 sind die Schnittlinien 161 (gestrichelt - gepunktete Linie) des Zuschnitts gezeigt. Das Material der Trägermaterialschicht, das nach dem Zuschnitt verbleibt, ist schraffiert gefüllt gezeigt. In 6 ist ersichtlich, dass die Trägermaterialschicht 141 in einem Randbereich 211 beschnitten wird. Im Zentralbereich 212, dort wo das holographisch optische Element 149 (in 6 ist der Umriss des Bereichs, in dem das holographisch optische Element 149 ausgebildet ist, mit der gestrichelten Linie gekennzeichnet) ausgebildet ist, erfolgt kein Zuschnitt.
Es wurde beobachtet, dass bei einem sternförmigen Zuschnitt - wie in 6 gezeigt - der Trägermaterialschicht 141 die „Sternzacken“ (die sich radial vom Mittelpunkt der zugeschnitten Trägermaterialschicht 141 wegerstrecken) einer die Trägermaterialschicht 141 implementierenden Folie durch die Adhäsionskraft auf einem Glas oder Kunststoffsubstrat, das die gekrümmte Fläche ausbildet, fixiert werden - ohne dass dort ein Anpressen oder anderweitige externe Krafteinwirkung erfolgen müsste. Die Adhäsionskräfte können insbesondere stärker sein als die Schwerkraft, sodass ein flexibler Herstellungsprozess ohne besondere Beachtung der Lagerung ermöglicht wird. Beispielsweise könnte beim sternförmigen Zuschnitt zunächst der mittlere Teil der Trägermaterialschicht 141 (innerhalb der „Sternzacken“) auf dem Substrat angepresst werden, z.B. verklebt werden. Dann können die Sternzacken durch die Adhäsionskraft auf dem Substrat und insbesondere der gekrümmten Fläche fixiert werden.
7 illustriert Aspekte im Zusammenhang mit einem Zuschnitt der Trägermaterialschicht 141. In 7 sind die Schnittlinien 161 (gestrichelt - gepunktete Linien) des Zuschnitts gezeigt. In 7 ist ersichtlich, dass die Trägermaterialschicht 141 im Zentralbereich, in dem auch das holographisch optische Element 149 (in 7 ist der Umriss des Bereichs, in dem das holographisch optische Element 149 ausgebildet ist, mit der gestrichelten Linie gekennzeichnet) ausgebildet ist, geschnitten wird. In einem solchen Szenario kommen Punkte auf der Trägermaterialschicht 141, die beim Ausbilden des holographisch optischen Elements 149 und vor dem Zuschnitt zueinander einen bestimmten Abstand 290 aufweisen (in 7 sind rein beispielhaft zwei mögliche Abstände 290 gezeigt), nach Fixierung auf der gekrümmten Fläche unmittelbar nebeneinander liegen, d.h. wenn die Trägermaterialschicht 141 die zweite Krümmung aufweist. Das bedeutet also in anderen Worten, dass der Zuschnitt Schnittlinien 161 umfasst, die zwischen jeweils Paaren von Positionen auf der Trägermaterialschicht 141 verlaufen, an denen das holographisch optische Element 149 angeordnet ist (grundsätzlich könnte eine gerade oder eine ungerade Anzahl von Schnittlinien jeweils Positionen, an denen das holographisch optische Element 149 angeordnet ist, trennen). Nach dem Fixieren der Trägermaterialschicht auf der gekrümmten Fläche sind diese Positionen dann angrenzend zueinander angeordnet und können z.B. ein gemeinsames Hologramm rekonstruieren. Diese Veränderung der Abstände 290 kann nämlich beim Ausbilden des holographisch optischen Elements berücksichtigt werden. Beispielsweise könnte die Struktur des holographisch optischen Elements so berechnet werden, dass bereits ohne die Abstände 290 geplant wird - etwa für die Rekonstruktion eines Hologramms. Allgemein formuliert wäre es möglich, ein oder mehrere Positionen, an denen das holographisch optische Element belichtet wird, basierend auf Schnittlinien des Zuschnitts der Trägermaterialschicht zu bestimmen (das kann vor dem Durchführen des Zuschnitts erfolgen, aber auch danach).
8 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Herstellung eines optischen Systems. Das Herstellungsverfahren aus 8 kann eine spezifische Implementierung des Herstellungsverfahrens aus 1 bilden. Das Herstellungsverfahren aus 8 kann insbesondere das Szenario II aus TAB. 1 implementieren. Im Beispiel der 8 erfolgt ein Bestimmen von Schnittlinien durch iteratives Anpassen des Zuschnitts basierend auf einer Erkennung von Faltenwurf. Der Zuschnitt wird insbesondere nach dem Ausbilden des holographisch optischen Elements durchgeführt.
In Box 3105 wird das holographisch optische Element in der Trägermaterialschicht 141 ausgebildet. Insoweit entspricht Box 3105 Box 3005 aus 1.
Anschließend wird - in Box 3110 - die Trägermaterialschicht 141 auf der gekrümmten Fläche 155 fixiert. Beispielsweise könnte eine entsprechende Folie, die die Trägermaterialschicht 141 ausbildet, auf der Oberfläche 152 eines optischen Substrats 151 aufgebracht oder laminiert werden. Kleber kann verwendet werden.
Im Anschluss erfolgt in Box 3115 eine Vermessung der fixierten Trägermaterialschicht 141. Beispielsweise könnten Falten erkannt werden. Es könnte eine Vermessung mittels Kamera erfolgen. Es könnte zum Beispiel ein Linienscanner oder ein Punktscan verwendet werden.
Dann können Schnittlinien bestimmt werden, in Box 3120. Es ist möglich, die Art und Form des erkannten Faltenwurfs rechnerisch zu interpretieren und einen geometrisch optimalen Schnittverlauf eines Zuschnitts zu berechnen. Das bedeutet, dass Schnittlinien so ausgewählt werden können, dass die vermessenen Falten reduziert werden.
Dann kann in Box 3125 der Zuschnitt gemäß der in Box 3120 bestimmten Schnittlinien erfolgen. Dabei können zum Beispiel bestimmte Schnittparameterwerte - zum Beispiel ein verwendetes Schneidemesser oder eine Größe eines Laserstrahls beim Laserschneiden - verwendet werden, die in Abhängigkeit der bestimmten Schnittlinien in Box 3120 ausgewählt werden können. Zum Beispiel könnte hierzu eine Nachschlagetabelle verwendet werden. Beispielsweise könnte je nach Abstand zwischen benachbarten Schnittlinien und/oder in Abhängigkeit der Abweichung der Schnittlinien von einer geraden Linie ein unterschiedlicher Wert für mindestens einen Schnittparameter ausgewählt werden.
Dann kann aufgrund des Zuschnitts ein Anpressen der Trägermaterialschicht auf die gekrümmte Fläche ermöglicht werden; alternativ könnte auch durch die Schwerkraft die Trägermaterialschicht auf die gekrümmte Fläche auflegen. Je nach verwendetem Material der Trägermaterialschicht, kann auch die Adhäsionskraft zum Fixieren der Trägermaterialschicht auf der gekrümmten Fläche ausgenutzt werden. Derart werden verbleibende Lücken der Trägermaterialschicht nach dem Zuschnitt geschlossen und benachbarte Schnittkanten können nebeneinander zu liegen kommen. Dadurch werden Falten reduziert.
In Box 3130 kann überprüft werden, ob weitere Falten durch weiteren Zuschnitt entfernt oder reduziert werden sollen. Ist dies der Fall, so kann eine weitere Iteration der Boxen 3115, 3120, 3125 erfolgen. Andernfalls endet das Verfahren.
9 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Herstellung eines optischen Systems. Das Herstellungsverfahren aus 9 kann eine spezifische Implementierung des Herstellungsverfahrens aus 1 bilden. Das Herstellungsverfahren aus 9 kann insbesondere das Szenario I aus TAB. 1 implementieren. Im Beispiel der 9 erfolgt ein a-priori Berechnen von Schnittlinien des Zuschnitts basierend auf einer Transformationsvorschrift, z.B. einer abstandserhaltenden Transformation.
Zunächst wird in Box 3205 ein Zuschnitt für die Trägermaterialschicht 141 berechnet. Das bedeutet, dass Schnittlinien des Zuschnitts berechnet werden. Diese Berechnung erfolgt auf Grundlage einer Transformation zwischen zwei unterschiedlich gekrümmten Flächen. Die Krümmungswerte sind also vorab bekannt. Die unterschiedlich gekrümmten Flächen entsprechen dabei den unterschiedlichen Krümmungen der Trägermaterialschicht während des Ausbildens des holographisch optischen Elements (Box 3215) und im Anschluss an das Fixieren des holographisch optischen Elements bzw. der Trägermaterialschicht auf einer gekrümmten Fläche (Box 3225).
Die Transformation kann zum Beispiel abstandserhaltend sein. Das bedeutet, dass die Transformation eine Stauchung und eine Streckung der Trägermaterialschicht bei Überführung zwischen den unterschiedlichen Krümmungen vermeidet. Dadurch wird auch Faltenwurf vermieden.
Manchmal kann es vorkommen, dass die Schnittlinien aufgrund der verwendeten Transformation mit dem holographisch optischen Element auf der Trägermaterialschicht kollidieren (wenn also die Anordnung des holographisch optischen Elements vorgegeben ist, beispielsweise durch eine vorangegangene Berechnung).
Allgemein formuliert wäre es denkbar, dass ein oder mehrere Positionen, an denen das holographisch optische Element belichtet wird, basierend auf dem Zuschnitt der Trägermaterialschicht bestimmt werden, beispielsweise in Box 3210. Insbesondere könnte die Positionen von erwartetem Faltenwurf berücksichtigt werden.
Es wäre zum Beispiel möglich, zu überprüfen, ob ein Faltenwurf im Bereich des holographisch optischen Elements erwartet wird; sofern dies der Fall ist, kann die Anordnung des holographisch optischen Elements auf der Trägermaterialschicht angepasst werden, um eine entsprechende Kollision aufzulösen. Das holographisch optische Element kann dort angeordnet werden, wo kein Faltenwurf bzw. keine signifikante Stauchung oder auch Streckung erwartet wird. Die gesamte Anordnung des holographisch optischen Elements auf der Trägermaterialschicht kann also verschoben werden. Beispielsweise könnte ein Zentrum des holographisch optischen Elements auf der Trägermaterialschicht verschoben werden. Das ist nur ein Beispiel, und ein anderes Beispiel wird nachfolgend erläutert.
Es wäre auch möglich, Abstände zwischen verschiedenen Positionen auf der Trägermaterialschicht, an denen das holographisch optische Element ausgebildet wird und die nur beim Ausbilden des holographisch optischen Elements vorliegen (nachdem der Zuschnitt durchgeführt wird und nachdem die Trägermaterialschicht auf der gekrümmten Fläche fixiert wird aber nicht mehr vorhanden sind) zu berücksichtigen beim Ausbilden des holographisch optischen Elements. Derart ist es möglich, Abstände (vgl. 7, Abstände 290), die aufgrund des Zuschnitts nach dem Fixieren der Trägermaterials Schicht 141 nicht mehr vorhanden sind, zu berücksichtigen. In einem solchen Szenario kann das Zentrum des holographisch optischen Elements unverändert verbleiben, das heißt es wird lediglich lokal eine Kompensation aufgrund des Zuschnitts vorgenommen.
Ein solches voranstehend diskutiertes Szenario, bei dem die Schnittlinien mit dem holographisch optischen Element auf der Trägermaterialschicht kollidieren bzw. dieses teilen, kann manchmal durch Auswahl zwischen unterschiedlichen Transformationen vermieden werden. Beispielsweise wäre es denkbar, Schnittlinien des Zuschnitts für mehrere Kandidaten-Transformationen zu berechnen und dann basierend auf einem Vergleich der Positionen der Schnittlinien der mehreren Kandidaten-Transformationen mit den ein oder mehreren Positionen, an denen das holographisch optische Element auf der Trägermaterialschicht angeordnet ist, die geeignete Transformation auszuwählen. Derart könnte zum Beispiel ein Zuschnitt gefunden werden, welcher Schnittlinien außerhalb des Zentralbereichs der Trägermaterialschicht, in dem das holographisch optische Element angeordnet ist, ermöglicht (also Szenario der 6 statt Szenario der 7).
In Box 3215 erfolgt dann das Ausbilden des holographisch optischen Elements auf der Trägermaterialschicht; das entspricht Box 3005 gemäß dem Verfahren aus 1.
Anschließend kann in Box 3220 der Zuschnitt durchgeführt werden. Das entspricht Box 3015 aus 1.
Manchmal wäre es auch möglich, dass der Zuschnitt vor dem Ausbilden des holographisch optischen Elements ausgeführt wird, das heißt dass Box 3220 vor Box 3215 ausgeführt wird.
Anschließend kann die Trägermaterialschicht auf der gekrümmten Fläche fixiert werden, Box 3225.
Die im Zusammenhang mit 8 und 9 beschriebenen Verfahren können auch miteinander kombiniert werden. Beispielsweise könnte zunächst eine Berechnung des Zuschnitts und gegebenenfalls einer Anpassung des holographisch optischen Elements gemäß dem Beispiel der 9 erfolgen; anschließend könnte mittels des Verfahrens der 8 nach dem Ausbilden des holographisch optischen Elements und nach dem Fixieren auf der gekrümmten Fläche überprüft werden, ob noch residualer Faltenwurf erkannt wird.
Voranstehend wurden Techniken beschrieben, die das Durchführen eines Zuschnitts einer Trägermaterialschicht zum Zwecke der Reduktion von Stauchung und/oder Streckung bzw. Faltenwurf betreffen. Auf der Trägermaterialschicht wird ein holographisch optisches Element ausgebildet.
Es ist denkbar, dass das holographisch optische Element (bzw. dessen Abschnitte) a) vor dem Durchführen des Zuschnitts belichtet wird/werden, b) nach dem Durchführen des Zuschnitts belichtet wird/werden, c) erst belichtet wird/werden, nachdem die zugeschnittene Trägermaterialschicht auf der gekrümmten Fläche fixiert beispielsweise verklebt wurde.
Selbstverständlich können die Merkmale der vorab beschriebenen Ausführungsformen und Aspekte der Erfindung miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale nicht nur in den beschriebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder für sich genommen verwendet werden, ohne das Gebiet der Erfindung zu verlassen.

Claims

Herstellungsverfahren für ein optisches System, das umfasst: -Ausbilden (3005, 3105, 3215) eines holographisch optischen Elements (149) in einer Trägermaterialschicht (141), wenn die Trägermaterialschicht (141) eine erste Krümmung aufweist, - Fixeren (3010, 3110, 3225) der Trägermaterialschicht (141) auf einer gekrümmten Fläche (155), die eine zweite Krümmung aufweist, die verschieden von der ersten Krümmung ist, und - Durchführen (3015, 3125, 3220) eines Zuschnitts der Trägermaterialschicht (141), wobei der Zuschnitt so durchgeführt wird, dass zumindest eines von einem Faltenwurf (145), einer Streckung und einer Stauchung der Trägermaterialschicht (141) auf der gekrümmten Fläche aufgrund der zweiten Krümmung, die verschieden von der ersten Krümmung ist, reduziert wird.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, wobei der Zuschnitt durch eine abstandserhaltende Transformation von der ersten Krümmung zur zweiten Krümmung bestimmt ist.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Verfahren weiterhin umfasst: - Berechnen von Schnittlinien (161) des Zuschnitts basierend auf einer vorbestimmten Transformation von der ersten Krümmung zur zweiten Krümmung.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 3, wobei mehrere Schnittlinien (161) des Zuschnitts basierend auf mehreren Kandidaten-Transformationen berechnet werden, wobei das Verfahren weiterhin umfasst: -jeweils Vergleichen der Schnittlinien (161) des Zuschnitts, die basierend auf einer jeweiligen Kandidaten-Transformation berechnet werden, mit einer Anordnung des holographisch optischen Elements (149) auf der Trägermaterialschicht (141), und - basierend auf dem Vergleichen, Auswählen der vorbestimmten Transformation aus den mehreren Kandidaten-Transformationen.
Herstellungsverfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das Verfahren weiterhin umfasst: - Bestimmen (3120) von Schnittlinien (161) des Zuschnitts durch iteratives Anpassen des Zuschnitts basierend auf einer Erkennung von Faltenwurf (145) der Trägermaterialschicht (141).
Herstellungsverfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das Verfahren weiterhin umfasst: - basierend auf Schnittlinien des Zuschnitts der Trägermaterialschicht (141), Bestimmen von ein oder mehreren Positionen auf der Trägermaterialschicht (141), an denen das holographisch optische Element belichtet wird.
Herstellungsverfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei der Zuschnitt in einem Randbereich (211) der Trägermaterialschicht (141) durchgeführt wird und beabstandet ist von ein oder mehreren Positionen, an denen das holographisch optische Element (149) in der Trägermaterialschicht (141) ausgebildet ist.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 7, wobei der Zuschnitt sternförmig ist.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Zuschnitt Schnittlinien (161) zwischen ein oder mehreren Paaren von Positionen auf der Trägermaterialschicht (141) umfasst, an denen das holographisch optische Element (149) angeordnet ist, wobei die ein oder mehreren Paare von Positionen auf der Trägermaterialschicht (141), an denen das holographisch optische Element angeordnet ist, nach dem Fixieren der Trägermaterialschicht (141) auf der gekrümmten Fläche (155) angrenzend zueinander angeordnet sind.
Herstellungsverfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Trägermaterialschicht (141) auf der gekrümmten Fläche (155) unter Ausnutzung einer Adhäsionskraft zwischen einem Material der Trägermaterialschicht (141) und einem Material der gekrümmten Fläche (155) fixiert wird.
Herstellungsverfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das holographisch optische Element (149) durch Replikation eines Master-HOE in einem Rolle-zu-Rolle-Prozess oder einem Flachbrett-Prozess ausgebildet wird.
Herstellungsverfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das Durchführen des Zuschnitts (3015, 3125) nach dem Belichten des holographisch optischen Elements (149) erfolgt.
Herstellungsverfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das Verfahren weiterhin umfasst: - Bestimmen von ein oder mehreren Schnittlinien des Zuschnitts, und - Auswählen von ein oder mehreren Schnittparameterwerten für das Durchführen des Zuschnitts basierend auf den ein oder mehreren Schnittlinien.
Optisches System, das umfasst: - eine Trägermaterialschicht, die auf einem Substrat mit einer gekrümmten Fläche fixiert ist und in der ein holographisch optisches Element ausgebildet ist, wobei das optische System nach einem Herstellungsverfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche hergestellt ist.