DE202007006796U1

DE202007006796U1 - Hologramm-Erzeugungsvorrichtung

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Publication number: DE202007006796U1
Application number: DE200720006796
Authority: DE
Original assignee: PRUEFBAU DR ING H DUERNER GmbH; Pruefbau Dr-Ing H Duerner GmbH
Current assignee: PRUEFBAU DR ING H DUERNER GmbH; Pruefbau Dr-Ing H Duerner GmbH
Priority date: 2007-05-11
Filing date: 2007-05-11
Publication date: 2007-08-02
Anticipated expiration: 2017-05-12

Abstract

Vorrichtung zum Erzeugen eines Reflexionshologramms hoher Auflösung in einer photoempfindlichen Schicht mit Hilfe eines strukturierten holographischen Masters und einer Laser-Lichtquelle, welche ein Strahlenbündel auf den strukturierten Master sendet, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur (5, 24, 27,) des Masters (3, 23, 26) gegenüber der Wellenlänge des Lichts der Laser-Lichtquelle (7, 29) groß ist, und dass die Struktur (5, 24, 27) des Masters (3, 23, 26) reflektierend, verspiegelt ist, wobei die maximale Auflösung des zu erzeugenden Reflexionshologramms (RH) abhängig ist von dem Abstand (d) zwischen der photoempfindlichen Schicht (11, 12) und der Oberfläche des Masters (3, 23, 26), sowie von der Strahlbreite (R) des Strahlenbündels (9) der Laser-Lichtquelle (7, 29) und vom Winkel (a) zwischen dem an der Struktur (5, 24, 27). reflektierten Strahlenbündel und dem auf den Master (3, 23, 26) gesendeten Strahlenbündel (9).

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Reflektionshologramms hoher Auflösung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Zur Erzeugung von Reflektionshologrammen ist es bekannt, auf einem Masterhologramm ein photosensitives Material, zum Beispiel einen photosensitiven Film anzuordnen, so dass Licht auf das Masterhologramm geleitet und zu dem Film reflektiert wird, wobei das Licht von einer Laser-Lichtquelle stammt und sowohl weisses (R/G/B) als auch monochromatisches Licht sein kann. Ein derartiges Verfahren und Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens sind in der DE 10 2005 029 853 A1 beschrieben. Das dort verwendete Masterhologramm ist vorzugsweise mehrschichtig ausgebildet. Einzelne Farbanteile des durch Filter zerlegten Lichts werden durch die mehrfachen Schichten selektiv reflektiert. Es ist aufwendig, einen mehrschichtigen Master so zu erstellen, dass die in den einzelnen Schichten vorliegenden Funktionen bezüglich ihrer Wellenlänge und Aufnahme- bzw. Rekonstruktionswinkel so exakt zusammenfallen, dass keine Farbverschiebung auftritt.
Ferner ist bekannt, dass ein optisch variables Flächenmuster mit wenigstens einer grafisch gestalteten Darstellung aus hellen und dunklen Bildbereichen geschaffen werden kann, wenn Teilflächen von wenigstens einer der Darstellungen Gitterstrukturen mit einer Linienzahl von weniger als 250 Linien pro Millimeter aufweisen und eine derartige Profilform enthalten, dass die hellen Bildbereiche dieser Darstellung in einem vorbestimmten Winkelbereich achromatisch erscheinen. Die Beschreibung einer solchen Mustererzeugung findet sich in der DE 696 07 857 T2 .
Darüber hinaus ist es aus der EP 360 069 B1 bekannt, Beugungselemente mit Teilflächen zu versehen, deren Farben große Leuchtkraft aufweisen. Die Teilflächen beinhalten Reliefstrukturen, die als Beugungsgitter mit einer asymmetrischen Profilform, z.B. einer sägezahnförmigen Profilform, ausgebildet sind. Die Beugungsgitter reflektieren auftreffendes Licht vorwiegend in die erste Beugungsordnung. Deshalb wechseln die Beugungsgitter mit wechselnder Einfallsrichtung des Lichts und wechselnder Blickrichtung eines Beobachters ihre Farbe. Der erreichbare Grad der Asymmetrie, d.h. das Verhältnis der Intensität des in die erste Beugungsordnung gebeugten Lichts beträgt typisch 3:1 und höchstens 30:1.
Bei der Erzeugung von Reflektionshologrammen für sicherheitsrelevante Anwendungen, beispielsweise für fälschungssichere Dokumente, Zutritts- oder Ausweiskarten oder ähnlichem ist es wünschenswert, ein individualisiertes Reflektionshologramm zu erstellen, bei welchem beispielsweise ein Foto des Karteninhabers oder Codes und Daten in dem Reflektionshologramm enthalten sind. Dieses Reflexionshologramm kann zusätzlich zu weiteren Sicherheitsmerkmalen – wie Hologrammen, Wappen, Mustern oder ähnlichem – Verwendung finden.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Anordnungen sind für derartige Anwendungen mit Mängeln behaftet bzw. sie sind schwer herstellbar und/oder unzureichend handhabbar, wenn sie für sicherheitsrelevante Anwendungen herangezogen werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche für die genannten Anwendungen gut geeignet ist und die bei günstigen Aufbau eine besonders gute Anwendbarkeit erlaubt sowie eine Herstellung individueller Reflektionshologramme ermöglicht.
Diese Aufgabe wird von einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen entnimmt man den abhängigen Ansprüchen.
Besonders vorteilhaft ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung ausgestaltet, wenn sie zum Erzeugen eines Reflektionshologramms hoher Auflösung in einer photoempfindlichen Schicht mit Hilfe eines strukturierten Masters eine Laser-Lichtquelle aufweist, welche ein Strahlenbündel auf einen in seiner Form beliebigen strukturierten Master sendet, wobei die Struktur des Masters gegenüber der Wellenlänge des Lichts der Laser-Lichtquelle groß ist, und die Struktur des Masters verspiegelt ist, wobei die maximale Auflösung des zu erzeugenden Reflektionshologramms abhängig ist von dem Abstand zwischen der photoempfindlichen Schicht und der Oberfläche des Masters, sowie von der Strahlbreite des Strahlenbündels der Laser-Lichtquelle und vom Winkel zwischen dem an der Struktur reflektierten Strahlenbündel und dem auf. den Master gesendeten Strahlenbündel.
Vorteilhaft ist eine Vorrichtung besonders dann, wenn die maximale Auflösung des Reflektionshologramms durch den Zusammenhang von minimaler Strahlbreite gleich dem Produkt vom Abstand zwischen der photoempfindlichen Schicht und der Oberfläche des Masters mit dem Tangens des Winkels zwischen dem an der Struktur reflektierten Strahlenbündel und dem auf den Master gesendeten Strahlenbündel gegeben ist, was sich durch die Formel R = d tan a ausdrücken lässt.
Ferner ist eine Vorrichtung vorteilhaft, wenn die Struktur des Masters mit einem an sich bekannten Formgebungs-, lithographischen oder mechanischen Verfahren erzeugt ist.
Sehr vorteilhaft ist eine Vorrichtung, wenn in der Struktur des Masters ein oder mehrere Substrukturen erzeugbar sind, beispielsweise wenn die Struktur als mehrdimensionales Muster mit unterschiedlichen optischen Eigenschaften auf einem Kör per, z.B. einem Zylinder, ausgebildet ist, oder wenn die Struktur hohlspiegelartige und/oder linsenartige Anordnungen umfasst, oder so angeordnet ist, dass zu einem jeweiligen Teilstrahlbündel eine zugeordnete Teilstruktur zur Erzeugung eines mehrdimensionalen Reflexionshologramms geeignet ist.
Vorteilhaft ist eine Vorrichtung auch dann, wenn auf der strukturierten Seite des Masters die Oberfläche zur Glättung mit transparenten Auffüllschicht aufgefüllt ist und wenn an der Oberseite der Auffüllschicht eine Mattscheibenstruktur eingebracht ist.
Besonders vorteilhaft ist die Ausgestaltung, wenn die Auffüllschichten unterschiedliche, wellenlängenselektive Eigenschaften aufweisen, transparent oder nicht transparent sind und diese beliebig in Ort und Grösse, sowie ein- und mehrschichtig aufgebracht sind und diese mit darüberliegenden Filtern oder Absorberschichten abstimmbar sind.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung ist deshalb besonders vorteilhaft, weil mit jeder Laser-Lichtquelle ein Reflektionshologramm in einem an sich bekannten Kontaktkopierverfahren herstellbar ist, wobei die photoempfindliche Schicht vorteilhafter Weise durch einen Photopolymer-Film realisierbar ist, der zwischen der Struktur des Masters und der Laser-Lichtquelle angeordnet ist.
Ferner ist eine Vorrichtung von besonderem Vorteil, wenn das Reflektionshologramm mit Hilfe einer mehrdimensional verfahrbaren Struktur erzeugbar ist und wenn die verfahrbare Struktur durch eine mehrdimensional verfahrbare Belichtungsanordnung mit einem Strahlformelement realisierbar ist.
Darüber hinaus ist eine Vorrichtung günstig aufgebaut, wenn das Reflektionshologramm mit Hilfe einer relativen Verfahr barkeitsvorrichtung zwischen einer photosensitiven Schicht, z.B. einem Photopolymer-Film und der Struktur erzeugbar ist.
Außerdem ist es vorteilhaft, wenn das Reflektionshologramm als variables, mehrdimensionales Code- oder Flächenmuster erzeugbar ist, wenn beispielsweise das Reflektionshologramm als Massstab mit mehreren zueinander parallel oder in Winkelung verlaufenden Spuren oder Beugungselementen unterschiedlicher Auflösung ausgebildet ist.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung ist auch dann vorteilhaft aufgebaut, wenn relativ zur photosensitiven Schicht z.B. einem Photopolymer-Film eine Vorrichtung verfahrbar ist oder ein Walz- und Auftragssystem direkt oder indirekt anordenbar ist, mit dessen Hilfe auf der Oberfläche der photoempfindlichen Schicht ein variables Muster erzeugbar ist, welches einen Filter für das Strahlenbündel der Laser-Lichtquelle darstellt. Der angeordnete Filter kann dazu in besonders vorteilhafter Weise durch Bedruckung der Oberfläche des Photopolymer-Films erzeugbar sein, und zwar durch Bedruckung der Oberfläche des Photopolymer-Films mit Farben und/oder optischen Filterstoffen.
Bei einer Vorrichtung kann es auch günstig sein, wenn das Filter durch ein in seiner Lichtdurchlässigkeit veränderbares Bauteil gebildet ist, beispielsweise durch ein ansteuerbares Array oder durch ein LCD-Element.
Besonders von Vorteil ist die Anordnung eines Materials über der photosensitiven Schicht, so dass eine teilweise Abschattung der photosensitiven Schicht erfolgt. Durch ein geeignetes Verfahren kann ein Material eine individualisierte Perforation oder aber eine Maske beinhalten.
Das Material kann z.B. ein mit Laserlicht ausgeschnittener, nicht transparenter oder wellenlängenselektiver Stoff sein, z.B. ein Kunststoffband, welches zwar Belichtungen oder UV- Bestrahlungen im Bereich der Perforation erlaubt und in diesen Bereich ein Hologramm erzeugt wird, aber die Reaktivität der photosensitiven Schicht im abgeschatteten Bereich nicht verändert, so dass an diesen Stellen eine weitere, beliebige Erzeugung eines beliebigen Hologramms möglich ist, wobei dadurch besonders die Anordnung der erfindungsgemässen Vorrichtung auch so erfolgen kann, dass jeweils eine andere Seite des Films belichtet wird.
Besonders vorteilhaft ist es, dass bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Laser-Lichtquelle als Weißlicht (R/G/B)-Laser oder als monochromatische Laser-Lichtquelle ausgebildet sein kann.
Mit Hilfe von Ausführungsbeispielen soll die Erfindung anhand der Zeichnung noch näher erläutert werden.
Es zeigt
1 ein stark schematisiertes Prinzipschaubild einer Vorrichtung zur Herstellung eines Reflektionshologramms;
2 ein Detail aus der Darstellung in 1; 2a, 2b, 2c, 2d jeweils ein Prinzipschaubild mit Anordnungen zur Wechselwirkung von unterschiedlich transparenten und nicht transparenten Schichten und Filtern;
3 ein Detail einer Anordnung ähnlich der aus 1, jedoch mit einem Master mit überlagerter Struktur;
4 eine Vorrichtung mit einem mehrdimensional verfahrbarem Strukturformelement und Belichtungsanordnung in Seitenansicht;
5 eine Vorrichtung mit mehrdimensional verfahrbarem Strukturformelement in Draufsicht;
6 eine relativ zum Photopolymer-Film verfahrbare Vorrichtung zum Erzeugen eines variablen Musters und 7a bis 7f verschiedene Oberflächen-Strukturen.
Das in 1 stark schematisiert dargestellte Prinzipschaubild einer Vorrichtung 1 zur Herstellung eines Reflektionshologramms RH zeigt einen Master 3, welcher durch ein Substrat 4 gebildet wird, auf dem eine sägezahnförmige Struktur 5 durch Formgebungs-, mechanische oder lithographische Verfahren gebildet ist. Die Schaffung der Struktur 5 geschieht gemäß dem Stand der Technik, wobei wesentlich ist, dass ihre Struktur-Merkmale gegenüber der Wellenlänge des zur Herstellung des Reflektionshologramms RH verwendeten Lichts groß ist. Dabei können die Struktur-Merkmale nahezu beliebig ausgestaltet sein und sind nicht an die gezeigte sägezahnförmige Ausbildung und ebenen Anordnung gebunden, was später noch erläutert werden wird.
Die Struktur 5 wird spiegelnd hergestellt oder verspiegelt und anschließend mit einer transparenten oder teilweise transparenten Schicht 6 aufgefüllt, so dass über der Struktur 5 eine glatte, teilweise glatte oder nach Anwendungszweck gewünschte Oberfläche entsteht.
Das Licht einer und zu jedem gewünschten Zeitpunkt beliebig ein- und ausschaltbaren Laser-Lichtquelle 7 wird mit einer optischen Vorrichtung, beispielsweise einer Linse 8 aufgeweitet und es entsteht ein Strahlenbündel 9 mit vorgegebener Strahlbreite R. Das Strahlenbündel 9 bestrahlt den Master 3 und wird an der verspiegelten Struktur 5 unter einem Winkel a zum einfallenden Strahlenbündel 9 reflektiert.
Oberhalb der Oberfläche über der Struktur 5 ist ein Photopolymer-Film 11 angeordnet, der in einem Abstand d von der Struktur 5 eine photoempfindliche Schicht 2 enthält, in der das Reflektionshologramm RH erzeugt wird. Wobei die Anordnung der Struktur 5 zur Unter- oder Oberseite des Photopolymer-Films erfolgen kann.
Wird dieser Aufbau mit dem Strahlenbündel 9 der Laser-Lichtquelle 7 beleuchtet, so interferiert das einfallende Strahlenbündel 9 mit dem reflektierten Strahlenbündel und in der photoempfindlichen Schicht 2 wird ein Reflektionshologramm erzeugt, welches die Funktion der Struktur 5 des Masters 3 besitzt. Im vorliegenden Fall einer sägezahnförmigen Struktur 5 entsteht also in der Kopie ein so genannter holographischer Spiegel, der offensichtlich die Eigenschaft besitzt, dass senkrecht einfallendes Licht unter einem Winkel abgelenkt wird.
In 2 ist eine Einzelheit des Aufbaus der Vorrichtung 1 vergrößert dargestellt. Der Master 3 trägt auf einem Substrat 4 eine verspiegelte Struktur 5 in Form einer Folge von Sägezähnen. Mit einer hier transparenten Schicht 6 ist die Struktur 5 aufgefüllt, so dass hier eine glatte, ebene Oberfläche auf dem Master entsteht, wobei die Schicht und die Oberfläche wie unter 2a, 2b skizziert, ausgestaltet sein können. Ein einfallendes Strahlenbündel 9 wird an der verspiegelten Struktur 5 reflektiert und in der photoempfindlichen Schicht 2 interferieren, sowohl das einfallende Strahlenbündel 9 als auch das reflektierte Strahlenbündel miteinander. Wenn die Auflösung der Struktur 5 gegenüber der Wellenlänge des zur Beleuchtung verwendeten Laserlichts 9 hinreichend groß ist – also größer als ca. 30 μm – ist die gewählte Struktur 5 vollkommen achromatisch, d.h., mit jeder verfügbaren Laser-Lichtquelle 7 kann eine Strukturfunktion in den photoempfindlichen Film 11 kopiert werden. Ein derart gestalteter Master 3 repräsentiert einen geradezu idealen Master gegenüber den bisher verwendeten holographischen Mastern gemäß dem Stand der Technik, welche entweder als Volumenhologramme oder als Oberflächengitter aufgebaut sind.
Bei den Bedingungen, wie sie auch in 1 dargestellt sind, kann der Abstand d zwischen der Oberfläche der Struktur 5 und der photoempfindlichen Schicht 11 sehr klein sein, so dass die Auflösung des zu erzeugenden Reflektionshologramms RH sehr hoch ist. D.h., die minimale Größe der Bildpunkte (Pixel) ist sehr gering. Die minimale Breite R des Beleuchtungsstrahlengangs, also des Strahlbündels 9, die der minimalen Strukturgröße entspricht, ist dadurch festgelegt, dass der einfallende und der an der Struktur 5 reflektierte Strahl in einem Bereich der photoempfindlichen Schicht 2 interferieren müssen und dort das für die Rekonstruktion verantwortliche Reflektionsgitter aufbauen. Es ist erkennbar, dass die für die praktische Anwendung minimal verwendbare Pixelgröße vom Abstand d zwischen der Struktur 5 und der photoempfindlichen Schicht 2, sowie von dem Winkel a zwischen dem einfallenden Strahlenbündel 9 und dem reflektierten Strahlenbündel abhängt. Dieser Zusammenhang bzw. Bedingung ist durch die Formel (R = d tan a) gegeben, wobei „R" die minimale Breite ^ des Strahlenbündels 9 bezeichnet, „d" der Abstand zwischen der Struktur 5 und der photoempfindlichen Schicht 2 ist, welcher mit dem Tangens des Winkels „a" zwischen dem einfallenden Strahlenbündel 9 und dem reflektierten Strahlenbündel zu multiplizieren ist.
In 2a ist eine Einzelheit des Aufbaus der Vorrichtung 1 vergrößert dargestellt. Die photosensitive Schicht deckt ein transparentes Material 13 ab. Auf diesem Material ist ein Filter 16 auf appliziert, z.B. durch ein Druckverfahren. Dieser Filter wirkt wellenlängenselektiv, eine Belichtung über die gesamte Struktur erfolgt offensichtlich nur durch eine geeignete Wellenlänge, bzw. bei einer Belichtung mit weissem Laserlicht selektiv in Wirkung des Filters.
In 2b ist ein teilweise transparentes und ebenso mit partiell integrierten Filtern angeordnetes Material 13, welches sich z.B. durch ein hier nicht skizziertes, automatisches Transportsystem W beliebig wechseln lässt, über der photoempfindlichen Schicht 2 angeordnet. Darauf befindet sich ein nicht transparenter Bereich 14, z.B. ausgeführt durch ei nen Rasterdruck, sowie ein wellenlängenselektiver Filter 16. Es ist erkennbar, dass bei einer Belichtung abgegrenzte Bereiche unterschiedlicher Eigenschaften vorliegen, welche die photosensitve Schicht 2 wellenlängenselektiv belichten oder aber nicht belichten, und durch die Wechselwirkung unterschiedlicher Anordnungen in unterschiedlichen Bereichen und Ebenen von Filtern und nicht transparenten Stoffen, eine Vielzahl von individuellen Belichtungsarten in Wechselwirkung und damit eine Erzeugung von Reflexionshologrammen RH in der photoempfindlichen Schicht 2 möglich sind. Nicht belichtete Bereiche können zu einem anderen Zeitpunkt belichtet werden.
2c zeigt eine Skizze mit einer Anordnung einer hier teilweise als Filter 21 und einem teilweise als nicht transparenten Bereich 14 ausgestalteten Auffüllschicht über der Struktur 5, so dass hier eine „Funktionsschicht" entsteht welche auch zur Codierung der Strukturen genutzt werden kann. Über der Auffüllschicht ist eine photoempfindliche Schicht 2 angeordnet, darüber ein transparentes Material 13, z.B. eine Folie, mit Filterbereichen 16.2 und darüber ein transparentes Material 19 mit einer Perforation 18 und integriertem Filter 16.1 sowie übereinander angeordneten Filtern 16.
Die in 2d skizzierte Anordnung zeigt ein nicht transparentes Material 22, versehen mit einer individuellen Perforation/Maske 18 zur Erzeugung eines Reflexionshologramms an den Stellen 18.1 über die Struktur 5, sowie ein wellenlängenselektives Material 22 mit einer Perforation 18 zur Erzeugung eines Reflexionshologramms RH an den Stellen 18.1 und mit einer geeigneten Laserlichtwellenlänge ebenso an den Stellen unter dem wellenlängenselektiven Material 22. Im Material können optisch wirksame Elemente 8.1, z.B. eine eingeprägte Linse enthalten sein.
In der 3 ist ein Detail einer Anordnung ähnlich der aus 1 gezeigt, jedoch mit einem Master 23 mit einer überla gerten Struktur 24, 24.1, welche auf einem Substrat 25 aufgebracht ist. Mit einer Auffüllschicht 6 ist die Struktur abgedeckt, so dass eine glatte Oberfläche den Master 23 in Richtung zur nicht dargestellten Laser-Lichtquelle hin abschließt. Ein Strahlenbündel 9 dieser Laser-Lichtquelle trifft auf die Struktur 24, 24.1, wird von dieser reflektiert und interferiert mit dem reflektierten Strahlenbündel in einer photoempfindlichen Schicht 2 oberhalb der Struktur 24, 24.1 in der vorbeschriebenen Weise.
Die von den in den 1 und 2 gezeigten Strukturen und Anordnungen 5 abweichende Struktur 24, 24.1 soll symbolisieren, dass beliebige Strukturen bei der Erfindung Anwendung finden können. Die in 3 dargestellte Struktur 24, 24.1 zeigt eine überlagerte Sägezahnstruktur mit ebenen Anteilen, die parallel zur photoempfindlichen Schicht 2 verlaufen, sowie mehr oder weniger symmetrische Anteile einer gezackten strukturierten Oberfläche. In der 7 ist dargestellt, dass auch andere als zweidimensionale Strukturen und Anordnungen der Strukturen möglich sind und Vorteile bringen können.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist stark schematisiert in 4 gezeigt. Dort ist eine Vorrichtung veranschaulicht, bei der ein Master 26 auf ein einzelnes Strukturformelement 27 reduziert worden ist. Der Master 26 befindet sich an einer steuerbaren Einrichtung 28, welche in mehreren Koordinaten-Richtungen verschiebbar ist. Die Einrichtung 28 weist eine Beleuchtungseinrichtung in Form einer Laser-Lichtquelle 29 auf, welche dem Strukturformelement 27 gegenüberliegt und zusammen mit diesem verschiebbar ist. Zwischen der Laser-Lichtquelle 29 und dem Strukturformelement 27 des Masters 26 befindet sich ein Photopolymer-Film 30, in dem das Reflektionshologramm erzeugt werden soll. Es ist ersichtlich, dass die Einrichtung 28 mit der Laser-Lichtquelle 29 und dem Master 26 relativ zu dem Photopolymer- Film 30 verschiebbar ist, wobei es nebensächlich ist, ob die Einrichtung 28 – wie vorbeschrieben – oder der Photopolymer-Film 30 verschoben wird. Entscheidend ist, dass das zu erzeugende Reflektionshologramm prinzipiell in der bereits beschriebenen Weise rekonstruiert wird, äquivalent zu dem bereits erwähnten Kontaktkopierverfahren, jetzt allerdings durch „Beschreiben" des Photopolymer-Films 30 mit Hilfe der Relativbewegungen zwischen dem Photopolymer-Film 30 und der Einrichtung 28. Auf diese Weise lassen sich beliebige Muster in dem Photopolymer-Film 30 erzeugen oder beispielsweise gezielt kleinere photosensitive Bereiche auf einem Trägerstreifen belichten. Dabei spielt es keine Rolle welche Abmessung der Photopolymer-Film oder ggf. ein auf einem Trägermaterial befindlicher photosensitiver Stoff hat. Die Relativbewegungen zwischen dem Photopolymer-Film 30 und der Einrichtung 28 lassen sich durch eine nicht dargestellte numerische Steuerungseinrichtung koordinieren, in der Daten zur Erzeugung eines beliebigen Musters zur Verarbeitung abgespeichert sind. Zwischen der Laser-Lichtquelle 29 und dem Photopolymer-Film 30 kann in der Einrichtung 20 auch eine Belichtungsmaske in Form eines LCD-Elements 31 oder eines Arrays 32 angeordnet sein. Derartige Arrays 32 oder LCD-Elemente 31 sind vorteilhaft, weil sie beliebig ansteuerbar sind, es können also mit derartigen Elementen ebenfalls beliebige Muster generiert werden. Besonders günstig lassen sich durch nur ein Strukturformelement kleinste Abmessungen eines Masters realisieren um in den Abmessungen kleinste fotosensitive Bereiche gezielt zu belichten.
4a zeigt eine Anordnung gemäss 4 mit mehreren Vorrichtungen in nachfolgender Reihe, wobei die jeweilige Position durch eine nicht dargestellte Verstellvorrichtung frei wählbar ist und diese in besonders vorteilhafter Weise jeweils unterschiedliche Strukturformelemente 27, 27.1, 27.2, 27.3 enthalten können und jeweils unterschiedliche Laserlichtquellen mit z.B. weissen Licht oder Licht in R, G, B. 29, 29.1, 29.2, 29.3. Durch diese Anordnung lassen sich individuelle Reflexionshologramme unterschiedlicher Eigenschaften erzeugen.
4b zeigt eine Anordnung gemäss 4 und 4a mit einer Laserlichtquelle und einer weiteren Lichtquelle, z.B. einer UV-Lichtquelle 33. Die UV-Lichtquelle kann in einem Photopolymer die Reaktivität des Films zerstören und es kann an einer solch belichteten Stelle keine weitere Erzeugung eines Reflexionshologramms erfolgen. Die Kombination einer Vorrichtung mit Belichtung zur Erzeugung eines Reflexionshologramms ist besonders vorteilhaft wenn spezielle Muster erzeugt werden sollen.
In 5 ist eine Draufsicht auf eine Teilanordnung ähnlich der aus 4, stark schematisiert gezeigt. Es ist ersichtlich, dass mit einer derartigen Vorrichtung auch Strukturen und damit Reflektionshologramme erzeugt werden können, die als Maßverkörperungen, sogar mit unterschiedlichen Auflösungen dienen können. Solche Maßverkörperungen sind in der Messtechnik als inkrementale oder codierte Maßverkörperungen anwendbar, so dass sowohl inkrementale als auch absolute Messungen mit derartig hergestellten Maßverkörperungen möglich sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind gleichwirkende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen, wie bei der Anordnung gemäß 4, lediglich eine hier dargestellte Steuereinrichtung ist mit dem Bezugszeichen 35 hinzu gekommen. Die nicht näher bezeichneten Pfeile verdeutlichen die Relativbewegungen zwischen den Bauelementen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in der 6 gezeigt. Ähnlich wie bei dem Ausführungsbeispiel nach 4 befindet sich die Belichtungseinheit bestehend aus einer Laser-Lichtquelle 29 und einem Strahlformelement sowie einer Optik, etwa einer Zylinderlinse 37, oberhalb des Photopolymer-Films 30. Unterhalb des Photopolymer-Films 30 ist – nicht darge stellt – eine Struktur gemäß der Erfindung vorhanden. Des Weiteren ist eine Druckvorrichtung 36 vorhanden, welche sich über die Oberfläche des Photopolymer-Films in Querrichtung erstreckt. Die Druckvorrichtung 36 kann von einer Steuereinrichtung 35 so angesteuert werden, dass optisch wirksame Elemente wie Farben und/oder andere optische Filterstoffe auf der Oberfläche des Photopolymer-Films 30 flüssig aufgebracht werden können. Auf diese Weise lässt sich eine beliebige Maske herstellen, durch die mittels der Beleuchtungseinheit und der Struktur das erwünschte Reflektionshologramm erzeugt wird, sowie nach den Anordnungen gem. der 4.
In 7 sind verschiedene Strukturen dargestellt, wie sie bei der Erfindung angewendet werden können. Diese Auswahl von Strukturen dient lediglich dem Aufzeigen der verschiedenen Möglichkeiten, die Erfindung ist nicht auf die Verwendung der gezeigten Strukturen beschränkt. In 7a ist eine Struktur 38 gezeigt, welche über ebene Ablenkflächen 39 verfügt. 7b zeigt eine Struktur 40 mit sphärischen bzw. hohlspiegelartigen Reflektionsflächen 41, welche eine kegelförmige Ablenkung der einfallenden Strahlen bewirken. Auch Strukturen 42 mit Mischformen von Ablenkflächen 43 sind anwendbar. Außer diesen zweidimensionalen Strukturen lassen sich auch räumliche Strukturen mit Vorteil bei der Erfindung anwenden, wie sie beispielsweise in den 7d, 7e und 7f schematisch dargestellt sind. In 7d, 7f, und in 7g stark vereinfacht, wird verdeutlicht, dass ein Lichtstrahl, der aus einer bestimmten Richtung auf die Struktur 44 fällt, in der gewünschten Richtung abgelenkt wird und dass die Form, Anordnung und Art der Struktur in verschiedenen räumlichen Ausbildungen erfolgen kann.

R: Strahlbreite
d: Abstand Struktur, photoempfindliche Schicht
RH: Reflexionshologramm
KRH: kein Reflexionshologramm
W: Automatisches Transportsystem
T: Vertiefung, Substruktur in Oberfläche
1: Vorrichtung
2: Photosensitive Schicht
3: Master
4: Substrat
5: Struktur
6: Transparente, teilweise transparente
: Schicht, Auffüllschicht
7: Laser-Lichtquelle
8: Linse, optisches System
8.1: Optisch wirkendes Element
9: Strahlenbündel
10: Photopolymer-Film
11: Photoempfindliche Schicht
12: Unbelichteter Bereich der photosensitiven Schicht
13: Transparentes Material, Träger
14: Nicht transparente Schicht, Stoff
15: Nicht transparente Schicht
16: Filter, Absorptionsschicht
16.1: Filter, integriert
17: Filter, integriert
18: Perforation, Aussparung
19: Nicht transparentes Material
20: Transparentes Material
21: Filter, wellenlängenselektive Auffüllschicht
22: Wellenlängenselektives Master
23: Master
24: Struktur
24.1: Struktur, überlagere Struktur
25: Substrat
26: Master
27: Struktur, Strukturformelement
27.1: Struktur, Strukturformelement
27.2: Struktur, Strukturformelement
27.3: Struktur, Strukturformelement
28: Einrichtung, steuerbar
29: Laserlichtquelle
29.1: Laserlichtquelle
29.2: Laserlichtquelle
29.3: Laserlichtquelle
30: Photopolymerfilm
31: LCD-Element
32: Array, steuerbar, DMD
33: UV-Lichtquelle
34: Trägereinrichtung
35: Steuereinrichtung
36: Druckvorrichtung
37: Belichtungseinheit
38: Struktur
39: Ebene Ablenkflächen
40: Struktur
41: sphärische Reflektionsflächen
42: Struktur
43: Verschiedene Ablenkflächen
44: Struktur, räumlich

Claims

Vorrichtung zum Erzeugen eines Reflexionshologramms hoher Auflösung in einer photoempfindlichen Schicht mit Hilfe eines strukturierten holographischen Masters und einer Laser-Lichtquelle, welche ein Strahlenbündel auf den strukturierten Master sendet, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur (5, 24, 27,) des Masters (3, 23, 26) gegenüber der Wellenlänge des Lichts der Laser-Lichtquelle (7, 29) groß ist, und dass die Struktur (5, 24, 27) des Masters (3, 23, 26) reflektierend, verspiegelt ist, wobei die maximale Auflösung des zu erzeugenden Reflexionshologramms (RH) abhängig ist von dem Abstand (d) zwischen der photoempfindlichen Schicht (11, 12) und der Oberfläche des Masters (3, 23, 26), sowie von der Strahlbreite (R) des Strahlenbündels (9) der Laser-Lichtquelle (7, 29) und vom Winkel (a) zwischen dem an der Struktur (5, 24, 27). reflektierten Strahlenbündel und dem auf den Master (3, 23, 26) gesendeten Strahlenbündel (9).
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Auflösung durch den Zusammenhang von minimaler Strahlbreite (R) gleich dem Produkt vom Abstand zwischen der photoempfindlichen Schicht (11, 12) und der Oberfläche des Masters (3, 23, 26) mit dem Tangens des Winkels (a) zwischen dem an der Struktur (5, 24, 27) reflektierten Strahlenbündel und dem auf den Master (3, 23, 26) gesendeten Strahlenbündel (9) gegeben ist (R = d tan a).
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur (5, 24, 27) des Masters (3, 23, 26) mit einem an sich bekannten formgebenden, lithographischen oder mechanischem Verfahren erzeugt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Struktur (5, 24, 27) des Masters (3, 23, 26) ein oder mehrere Substrukturen (5, 24, 27) erzeugbar sind.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur (5, 24, 27) als mehrdimensionales Muster mit unterschiedlichen optischen Eigenschaften ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur (5, 24, 27) hohlspiegelartige und/oder linsenartige Anordnungen (41) umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der strukturierten Seite des Masters (3, 23, 26) die Oberfläche zur Glättung mit einer transparenten Auffüllschicht (6) aufgefüllt ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der strukturierten Seite des Masters (3, 23, 26) die Oberfläche zur Glättung mit einer teilweise transparenten Auffüllschicht (6) aufgefüllt ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der strukturierten Seite des Masters (3, 23, 26) die Oberfläche zur Glättung mit einer teilweise nicht transparenten Auffüllschicht (14) aufgefüllt ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der strukturierten Seite des Masters (3, 23, 26) die Oberfläche zur Glättung mit einer in Ort und Grösse beliebig bestimmten, wellenlängenselektiven Auffüllschicht (6, 21) aufgefüllt ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der strukturierten Seite des Masters (3, 23, 26) die Oberfläche zur Glättung mit einer ein- oder mehrschichtigen Auffüllschicht (6) aufgefüllt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass an der Oberseite der Auffüllschicht (6) eine Mattscheibenstruktur oder optisch wirksame Struktur eingebracht ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass an der Oberseite der Auffüllschicht (6) eine partielle Vertiefung bzw. eine Substruktur (T) eingebracht ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit jeder Laser-Lichtquelle (7, 29) ein Reflektionshologramm (RH) in einem an sich bekannten Kontaktkopierverfahren herstellbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die photoempfindliche Schicht durch einen Photopolymer-Film (10) realisierbar ist, der zwischen der Struktur des Masters (3, 23, 26) und der Laser-Lichtquelle (7, 29) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Reflektionshologramm (RH) mit Hilfe einer mehrdimensional verfahrbaren Struktur (27) erzeugbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die verfahrbare Struktur durch ein mehrdimensional verfahrbares Strukturformelement (27) realisierbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Reflektionshologramm (RH) mit Hilfe einer relativen Verfahrbarkeit zwischen dem Photo polymer-Film (10, 30) der Laserlichtquelle und der Struktur (27) erzeugbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere getrennte Reflektionshologramme (RH) mit Hilfe mehrerer in relativer Verfahrbarkeit zwischen dem Photopolymer-Film (10, 30) den Laserlichtquellen und den Strukturen (27) stehenden Anordnungen, (28) erzeugbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Reflektionshologramm (RH) als variables Flächenmuster erzeugbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Reflektionshologramm (RH) als Maßstab mit mehreren zueinander parallel verlaufenden Spuren unterschiedlicher Winkel und Auflösung erzeugbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass relativ zum Photopolymer-Film (30) eine Vorrichtung (28) verfahrbar ist, mit deren Hilfe auf einer Oberfläche der photoempfindlichen Schicht (11) ein variables Muster erzeugbar ist, welches einen Filter (16) für das Strahlenbündel (9) der Laser-Lichtquelle (7, 29) darstellt oder einen lichtundurchlässigen, nicht transparenten Stoff (14).
Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Filter durch direkte oder indirekte Bedruckung der Oberflächen des Photopolymer-Films (30) erzeugbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Filter durch direkte oder indirekte Bedruckung der Oberflächen des Photopolymer-Films (30) mit Farben, Emulsion und/oder optischen Filterstoffen erzeugbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass durch Bedruckung oder Beschichtung der Oberflächen des Photopolymer-Films (30) mit Farben und/oder optischen Filterstoffen, wechselweise mit nichttransparenten Stoffen, wellenlängenselektiv belichtete und unbelichtete Bereiche erzeugbar sind.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über dem Photopolymer-Film (30) ein oder mehrere weitere Materialien (13) anordenbar sind, diese selbst im Material Filterstoffe enthalten, oder mit Filterstoffen oder nicht transparenten Stoffen an den Oberflächen versehen sind.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über dem Photopolymer-Film (30) ein oder mehrere perforierte, nicht transparente (19), transparente (20) oder wellenlängenselektive (21) Materialien (13) anordenbar sind und diese selbst im Material optische wirkende Elemente enthalten (8.1)
Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Filter durch ein in seiner Lichtdurchlässigkeit veränderbares Bauteil (31, 32) gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil durch ein ansteuerbares Array (32) realisierbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil durch ein LCD-Element (31) realisierbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Laser-Lichtquelle als R/G/B-Laser oder als monochromatische Laser-Lichtquelle ausgebildet ist.