DE4307120A1 - Verfahren zur Herstellung eines lichtlenkenden Elements - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines lichtlenkenden Elements, das aus einer ein Holo­ gramm tragenden Scheibe besteht.

Es besteht ein Bedürfnis dafür, bei starker Sonnen­ lichteinstrahlung Sonnenlicht vom Gebäudeinnern fernzu­ halten, um eine starke Aufheizung des Gebäudeinnern zu vermeiden. Hierzu ist die Verwendung reflektierender Scheiben bekannt. Reflektierende Scheiben reflektieren jedoch stets einen hohen Anteil des gesamten auftref­ fenden Lichts, unabhängig davon, aus welcher Richtung dieses Licht einfällt. Normalerweise soll Licht, das beispielsweise morgens oder abends einfällt, nicht vom Gebäude ferngehalten werden, während die starke Sonnen­ bestrahlung, die um die Mittagszeit auftritt, reflek­ tiert werden soll. Es gibt noch andere Anwendungsfälle, bei denen Licht, das aus einer bestimmten Richtung ein­ fällt, totalreflektiert werden soll, während anderes Licht durchgelassen werden soll, beispielsweise bei Head-Up-Displays.

DE 37 39 062 A1 beschreibt eine Platte aus einem op­ tisch transparenten Material, die eine Hologrammstruk­ tur trägt, die derart ausgebildet ist, daß aus einem bestimmten Winkelbereich einfallendes Licht an der Rück­ seite der Platte totalreflektiert wird, während anderes Licht durchgelassen wird. Zur Erzeugung dieser Holo­ grammstruktur wird über der photoempfindlichen Schicht ein Prisma angeordnet, das den Lichtweg des einen holo­ grammerzeugenden Lichtstrahls verändert. Das Prisma muß in direktem optischen Kontakt mit der photoempfindli­ chen Schicht angeordnet werden. Hierzu ist es erforder­ lich, auf der photoempfindlichen Schicht eine Immer­ sionsflüssigkeit anzubringen, auf der das Prisma glei­ ten kann und die die gleiche optische Dichte hat, wie die photoempfindliche Schicht und die lichtdurchlässige Platte. Die Verwendung eines Prismas und die damit zu­ sammenhängende Benutzung einer Immersionsflüssigkeit komplizieren das Verfahren zur Herstellung von Holo­ grammen, die an der Platte Totalreflektion verursachen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verein­ fachtes Verfahren zur Herstellung eines lichtlenkenden Elements anzugeben, das ohne ein den Strahlengang des hologrammerzeugenden Lichts veränderndes Prisma aus­ kommt.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden zur Erzeu­ gung eines regulären Gitter-Hologramms zwei kohärente Laserstrahlen von derselben Seite her auf die photo­ empfindliche Schicht geleitet, in der sie ein aus La­ mellen bestehendes Volumengitter erzeugen. Wenn diese Strahlen direkt, also ohne ein lichtlenkendes Prisma, einfallen und die photoempfindliche Schicht nicht ver­ ändert wird, entsteht ein Hologramm, das nachfolgend Licht, das aus der Richtung des einen hologrammerzeu­ genden Strahls einfällt, in die Richtung des anderen hologrammerzeugenden Strahls umlenkt. Da die optische Dichte der Scheibe und der photoempfindlichen Schicht größer ist, als die der umgebenden Luft, ist kein Ein­ fallswinkel möglich, bei dem an der Rückseite der Scheibe Totalreflektion auftritt. Erfindungsgemäß wird die photoempfindliche Schicht, in der das aus Lamellen bestehenden Volumengitter erzeugt worden ist, in Rich­ tung ihrer Schichtstärke einachsig geschrumpft. Dadurch wird die Schrägstellung der Lamellen des erzeugten Hologramms vergrößert, so daß die optischen Eigenschaf­ ten dieses Hologramms durch die Schrumpfung verändert werden. Durch die vergrößerte Schrägstellung der La­ mellen wird erreicht, daß Licht, das aus der Richtung des einen hologrammerzeugenden Strahls einfällt, nun­ mehr an der Rückseite der Scheibe totalreflektiert wird.

Das Schrumpfen der photoempfindlichen Schicht kann da­ durch hervorgerufen werden, daß dieser Schicht Materi­ al, z. B. durch Auswaschen oder Verdampfen, entzogen wird. Die lichtdurchlässige photoempfindliche Schicht kann beispielsweise aus Gelantine und AgBr bestehen. Bei der Belichtung entsteht an den belichteten Stellen Ag. Beim anschließenden Fixieren wird das an den unbe­ lichteten Stellen verbliebene AgBr ausgewaschen, wo­ durch eine Schrumpfung der gesamten photoempfindlichen Schicht in Richtung der Schichtdicke um etwa 20% er­ folgt. Es ist auch möglich, die photoempfindliche Schicht noch vor dem Belichten durch Aufquellen zu vergrößern und nach der Belichtung das Quellmittel, z. B. Wasser, zu entfernen. Wichtig ist, daß die photo­ empfindliche Schicht nur in Richtung ihrer Schichtstär­ ke einachsig geschrumpft wird, so daß diese Schicht voll flächig an der Scheibe haften bleibt und sich auf der Scheibe nicht verschiebt.

Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 die Erzeugung eines Hologramms in einer an einer Seite einer Scheibe angebrachten photo­ empfindlichen Schicht,

Fig. 2 den Strahlengang bei Beleuchtung des erzeugten Hologramms aus Richtung des einen hologrammer­ zeugenden Strahls, wenn die Schicht nicht ge­ schrumpft ist, wobei keine Totalreflektion er­ reichbar ist und

Fig. 3 die gleichen Verhältnisse wie Fig. 2, in dem Fall, daß die photoempfindliche Schicht nach der Hologrammerzeugung geschrumpft wurde.

In Fig. 1 ist eine aus lichtdurchlässigem Material, vorzugsweise Glas, bestehende Scheibe 10 dargestellt, die an einer Seite mit einer photoempfindlichen Schicht 11 beschichtet ist. Die Stärke der Schicht 11 ist we­ sentlich geringer als diejenige der Scheibe 10, was in den Zeichnungen aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht maßstäblich wiedergegeben ist. Die photoempfindliche Schicht 11 ist lichtdurchlässig und sie hat vorzugs­ weise die gleiche optische Dichte bzw. den gleichen Brechungsindex mit Luft, wie das Material der Scheibe 10. Die photoempfindliche Schicht 11 besteht aus einem Material, das auf auftreffendes Licht reagiert und an den belichteten Stellen einen anderen Zustand einnimmt als an den unbelichteten Stellen.

Mit zwei kohärenten Laserstrahlen 12 und 13 erfolgt gemäß Fig. 1 eine Belichtung der photoempfindlichen Schicht 11. Die Laserstrahlen, die aus unterschiedli­ chen Winkeln a und b zur Normalen einfallen und sich in der Schicht 11 überlagern, werden beim Eintritt in die Schicht 11 zum Lot hin gebrochen. Der Verlauf des Strahles 12 ist mit o kenntlich gemacht und der Verlauf des Strahles 13 mit x.

Die beiden Strahlen 12 und 13 erzeugen in der photo­ empfindlichen Schicht 12 ein Hologramm 14 aus Lamellen 15, die entlang der Winkelhalbierenden dieser Strahlen in der Schicht 11 verlaufen. Jeder der Strahlen bildet daher mit dem Verlauf der Lamellen 15 einen Winkel c.

Fig. 2 zeigt den Zustand, daß das Hologramm 14 ohne Schrumpfen der Schicht 11 fixiert wurde. Wenn auf dieses Hologramm ein Lichtstrahl 17 aus derselben Richtung auftrifft, aus der vorher der Strahl 12 aufge­ troffen ist, wird der Strahl 17 beim Eindringen in die Schicht 11 zunächst gebrochen. Danach trifft er auf eine der Lamellen 15, um an dieser Lamelle reflektiert zu werden. Der Strahl setzt sich dann durch die Scheibe 10 hindurch bis zu deren Rückseite 16 fort, wo er aus­ tritt. Der Austrittswinkel in Bezug auf die Scheiben­ normale ist gleich dem Winkel b unter dem der holo­ grammerzeugende Strahl 13 eingefallen war.

Da der hologrammerzeugende Strahl 13 nur in einem Win­ kelbereich zwischen 0 und 90° einfallen kann, tritt in jedem Fall der Strahl 17 aus der Scheibe 10 aus. Total­ reflektion würde sich nur dann ergeben, wenn der holo­ grammerzeugende Strahl 13 unter einem Winkel b (Fig. 1) auftreffen würde, der größer ist als 90°, was jedoch nicht möglich ist. Daraus ergibt sich, daß ein Holo­ gramm, das gemäß Fig. 1 - also ohne ein aufgesetztes Prisma - erzeugt wurde, keinen Strahlengang hervorrufen kann, der an der Rückseite der Scheibe 10 Totalreflek­ tion hervorruft.

In Fig. 3 ist der Fall dargestellt, daß die photo­ empfindliche Schicht 11 nach der Erzeugung des Holo­ gramms 14 geschrumpft wurde, so daß sie nunmehr die dünnere Schicht 11a bildet, in der das Hologramm ver­ ändert ist, indem die Lamellen 15 eine entsprechend der Schrumpfung vergrößerte Schrägstellung haben. Ein auf­ treffender Strahl 17 wird gemäß Fig. 3 an der Ober­ fläche der Schicht 11a zum Lot hin abgelenkt und an­ schließend an einer Lamelle 15 reflektiert, wobei der Winkel c′ wegen der größeren Schrägstellung der Lamel­ len größer ist als in Fig. 2. Der Strahl 17 hat also gemäß Fig. 3 in der Schicht 11a und in der Scheibe 10 einen flacheren Verlauf als in Fig. 2 und er trifft auf die Rückseite 16 der Scheibe unter einem Winkel auf, der größer ist als der Grenzwinkel der Totalreflektion, so daß der Strahl an der Rückseite 16 reflektiert wird und nicht durch die Scheibe hindurchdringt.

Bei Glas, das mit Luft einen Brechungsindex von etwa 1,5 hat, beträgt der Grenzwinkel der Totalreflektion etwa 42°. Man erkennt, daß durch die durch Schrumpfung der Schicht 11 hervorgerufene Veränderung des Holo­ gramms Totalreflektion ermöglicht wurde.

Claims (4)

1. Verfahren zur Herstellung eines lichtlenkenden Elements, das aus einer ein Hologramm (14) tragen­ den, Totalreflektion erzeugenden Scheibe (10) be­ steht, bei welchem das Hologramm durch Beleuchtung einer lichtdurchlässigen photoempfindlichen Schicht (11) der Scheibe (10) mit von derselben Seite her einfallenden kohärenten Lichtstrahlen (12, 13) erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die photoempfindliche Schicht (11) nach der Erzeu­ gung des Hologramms (14) in Richtung ihrer Schichtstärke einachsig geschrumpft wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schrumpfen durch Entfernen bzw. Auswaschen eines in der Schicht enthaltenen Quellmittels er­ folgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schrumpfung um mindestens 20% der ursprünglichen Schichtstärke erfolgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß eine photoempfindliche Schicht (11) verwendet wird, deren Brechungsindex im wesentlichen demjenigen der Scheibe (10) ent­ spricht.