EP4569381A1 - Method for replicating a plurality of holograms by means of a typecase principle - Google Patents
Method for replicating a plurality of holograms by means of a typecase principleInfo
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- EP4569381A1 EP4569381A1 EP23757209.4A EP23757209A EP4569381A1 EP 4569381 A1 EP4569381 A1 EP 4569381A1 EP 23757209 A EP23757209 A EP 23757209A EP 4569381 A1 EP4569381 A1 EP 4569381A1
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Definitions
- the invention relates to a method comprising: providing a plurality of master elements comprising a substrate body and at least one master hologram, selecting a sequence of master elements from the plurality of master elements depending on the plurality of holograms to be replicated and arranging the sequence of master elements on a first carrier means, so on that upper surfaces of the master elements are aligned in a horizontal plane, releasable lamination of a light-sensitive composite web onto the aligned surfaces of the master elements, exposure of the master elements in order to replicate the master holograms into the light-sensitive composite web, and detachment of the exposed composite web from the master elements, the master elements are releasably introduced into the first carrier means, so that a sequence and/or composition of the master elements for the replication of the plurality of holograms can be varied and wherein the master elements are introduced into the first carrier means in such a way that two or more surfaces of the master elements are optically visible for the purpose of exposure are accessible.
- the invention relates to the field of replication of holograms.
- HOEs typically refer to optical components in which holographic properties are used to achieve a specific beam path of light, such as transmission, reflection, diffraction, scattering and/or deflection, etc. This means that desired optical functionalities can be implemented in a compact manner in any substrate.
- the holographic properties preferably exploit the wave character of light, in particular coherence and interference effects. Both the intensity and the phase of the light are taken into account.
- Such holographic elements are used in many areas, such as: B. in transparent displays (e.g. in shop windows, refrigerated cabinets, vehicle windows), for lighting applications, such as information or warning signals in glass surfaces, light-sensitive detection systems, for example for interior monitoring (eye tracking in vehicles or presence status tracking of people indoors).
- Many HOEs have large dimensions, for example covering an entire windshield.
- HOEs can also have smaller dimensions, for example for use in banknotes and security seals.
- Holograms are created by the interference of a reference beam with the light reflected from the surface of an object (object rays). Traditionally, three-dimensional objects have been used to create unique, customized holograms.
- HOEs are often mass-produced through duplication processes. Such reproduction processes usually use a master hologram, which has the image to be copied.
- the master hologram often has similar dimensions to the HOE.
- the materials for the master hologram are often more expensive than the replicated HOEs because the master holograms are typically made of a more durable metal or are embedded in a transparent substrate of high rigidity and surface quality as a master element.
- the production of master holograms is also costly due to the use of custom processes, whether traditional or computer-generated.
- Master holograms are often stored in a substrate body that carries the master hologram.
- the substrate body is preferably transparent.
- the substrate body preferably has multiple surfaces, including an upper or lower surface that may be horizontally oriented.
- the combination of the master hologram with the substrate body forms a master element.
- the size of the master element is usually a multiple of the size of the master hologram.
- the heavy weight of master elements is caused by the hard, transparent materials such as glass used for the substrate body.
- the continuous duplication of a single master hologram to produce a series of identical copies of such HOEs is known.
- this process occurs through an embossing process into a light-sensitive material to produce reflection holograms.
- the reproduction can also be done by optical exposure to create a volume hologram.
- a light-sensitive Material brought into optical contact with a master element and exposed to coherent light.
- the photosensitive material may be provided in the form of a web and transported by rolling through various work stations to produce the HOEs. Such tracks are often only available in standard widths, which are adapted, for example, to the width of rolls in the workstations.
- An alternative may be to use multiple master holograms to produce the HOEs side by side across the width of the web. Although this improves material utilization, it creates challenges for the placement of the master holograms. In particular, unevenness between the master holograms can lead to poor optical contact between the web and the master holograms, so that undesirable reflections occur at the interfaces.
- a possible solution to this problem is to integrate different master holograms into a single, large-area master element. A large-area master element can provide a perfectly flat and continuous surface to create the required optical contact with the web.
- master holograms of different motifs should be replicated at the same time. On the one hand, this can be preferred in order to use one replication system for different applications at the same time. To provide a large-scale HOE, it may also be necessary to replicate a large number of HOEs of different types, which are then combined to form a large-scale HOE.
- the different holograms to be replicated can differ from each other not only because of the motifs they contain, but also because of their type.
- transmission and reflection holograms are known, which in turn are divided into categories such as edge-lit, back-lit, etc.
- Holograms for different purposes need to be exposed in different ways and from different angles, for example to match the position of a light source used to reconstruct the hologram.
- the same master element includes a large number of master holograms of different motifs and types
- simple laser scanning over the entire master element is not suitable.
- the design of an optical setup in order to expose different master holograms of the same master element from different angles without areas being exposed incorrectly is complex.
- the master holograms in the master element must be separated from one another particularly widely in order to avoid unwanted superimposition of light beams.
- the known methods of serial reproduction are not easily suitable.
- the hologram being created can either be unique or contain a unique combination of features such as numbers, symbols and images.
- these holograms may be required to be of different types with different exposure requirements.
- transmission holograms may be necessary for use in glasses with a certain tint or strength (see WO2016202595A1).
- the holograms may be reflection holograms, for example for use in a display.
- the holograms may need to be a certain color or only be visible from a certain angle.
- a method that increases the flexibility of using master holograms in a production series.
- the method involves bringing a photosensitive web into contact with a matrix of small, discrete master elements.
- the master elements themselves include changeable features such as: B. a counter and are arranged in a framework so that only their top is accessible for exposure. The arrangement therefore enables exposure from only one side in order to produce reflection holograms only.
- Exposing the master holograms from above is revealed to be the only way to create different holograms in the light-sensitive path without causing unwanted superimpositions between the different images.
- the reference beam must pass through various components with different optical indices through which it is refracted differently. Between layers with different optical indexes - for example between the master elements, the light-sensitive web and the surrounding air - interfaces occur at which there is a high risk of reflections. This can cause undesirable exposure patterns to occur.
- a method for replicating multiple reflection holograms is known.
- the holograms to be copied are provided side by side on the surface of a drum with a polygonal cross-section or prismatic shape, each lateral surface of the drum having at least one master hologram.
- a photosensitive material is passed over the surface of the drum for exposure.
- rollers are passed over the surface of the drum. Similar to the device according to US2007024939A1, this arrangement only allows exposure of reflection holograms. There is no greater flexibility in exposing different types of holograms.
- wrapping the photosensitive material over the surface of a multi-sided prismatic drum can degrade the mechanical quality of the photosensitive material and leave undesirable grooves or wrinkles.
- An arrangement is therefore required that enables the gentle handling of a composite web in order to carry out a flexible replication process.
- the object of the invention is to provide a method for replicating a plurality of holograms without the disadvantages of the prior art.
- the invention relates to a method for replicating a plurality of holograms comprising the following steps: a. Providing a plurality of master elements comprising a substrate body and at least one master hologram, b. Selecting a sequence of master elements from the plurality of master elements depending on the plurality of holograms to be replicated and arranging the sequence of master elements on a first carrier means so that upper surfaces of the master elements are aligned in a horizontal plane, c. Removable lamination of a light-sensitive composite web onto the aligned surfaces of the master elements, i.e. exposing the master elements to replicate the master holograms into the photosensitive composite web, and e.
- the method according to the invention has the advantage that several master holograms can be exposed in a single series and at the same time there is great flexibility in the exposure method.
- a large hologram can be formed from several smaller motifs. These can be part of a larger picture or appear as a standalone component.
- the master elements can represent individual holograms that are to be separated after copying. Using multiple smaller master elements to cover an area that would normally be covered by a single large master element can reduce the complexity of a system. Minor changes or defects to a master element do not require replacement of all elements.
- the master elements can be made smaller. This reduces the costs for producing and installing the master elements enormously.
- the transparent substrates used to house the master holograms can be prepared and polished more easily.
- This also offers advantages in terms of the quality of the master elements, as polishing systems often have a maximum size limit for the materials used. By limiting the dimensions of the master element, a high degree of polish can be ensured with simple means.
- the transport and storage of smaller and lighter master elements is also more economical, as they can be stacked to save space, transported without special lifting devices and can be easily inserted into or removed from a replication device.
- the method according to the invention allows optimal material utilization of the light-sensitive composite web.
- the carrier means can extend over the entire width of the composite web, so that the master holograms can be replicated in areas of the composite web over its entire width.
- the provision of separate master elements in a carrier means advantageously also allows the individual master elements to be optically separated from one another in order to avoid scattered light during the exposure process.
- side surfaces of the master elements can be provided with a light-absorbing layer.
- the carrier means itself can provide light-absorbing spacers. The provision of separate master elements therefore allows a number of measures to enable significantly closer positioning of master holograms without compromising the precision or quality of replication.
- a pool of different building blocks can be provided.
- master elements from such a variety, a diverse spectrum of different combinations of building blocks can be reproduced on a single light-sensitive material.
- This offers enormous flexibility in combining building blocks to produce a wide variety of images, patterns or text, while significantly reducing costs compared to digitally controlled single holography.
- an individual holography can be compared to writing by hand, while the selection of the master elements from the large number of master elements uses a more economical typesetting box principle analogous to a Gutenburg press.
- the replicated holograms can be delivered in a sequence that harmonizes with that of the automobile production sequence. This means that intermediate logistical steps can be eliminated, which increases efficiency. Since only the exact number of pieces required is produced, there is also less waste.
- the method according to the invention is also suitable for high-security applications such as banknotes and identification documents.
- the carrier means advantageously makes it possible to place the individual master elements in the device in such a way that they are at fixed, known distances from one another. This ensures very high precision in placement, which allows the replicated holograms to be separated if necessary later in the process.
- the master elements are present in a linear arrangement in the first carrier means.
- the carrier means also allows the master elements to be placed so precisely that their surfaces are flush with each other and with the carrier means. This means that the large number of master elements can also be used with thin, flexible, light-sensitive materials without damaging them. This represents a departure from previous views, according to which the use of several master elements arranged next to one another in a single pass would result in edges or projections on a flowing composite web made of light-sensitive material leading to wear or damage.
- a photosensitive material can instead be laminated onto the master elements with high precision and with only low shear forces.
- the lamination brings the light-sensitive material into mechanical contact with the master elements and ensures sufficient optical contact with the master holograms.
- a particularly homogeneous contact can be created between the master element and the light-sensitive material, which effectively avoids bubbles or wrinkles.
- this can be done repeatedly over the arrangement of the master elements in an efficient manner so that the composite web flows while the arrangement of the master elements preferably remains stationary.
- a removable lamination makes it possible to remove the composite web without damage or residue and to continue running it through further stations in a production line.
- the same pass of the method can include the exposure of both reflection and transmission holograms.
- a first master element can be exposed from above onto its upper horizontal surface, so that the light falls through the light-sensitive composite web, is reflected by the master hologram and falls again through the light-sensitive composite web. This would create a reflection hologram.
- a second master element can be exposed from the side or from below so that the light passes through the master hologram and then through the light-sensitive composite web, creating a transmission hologram. The process thus allows greater flexibility in producing different holograms with different properties in one and the same run.
- a “sequence” in the sense of the invention is preferably a sequence of several elements.
- the elements in the sequence can be identical and repeat or vary. The order is preferably predetermined.
- An “arrangement” within the meaning of the invention is preferably a physical positioning of elements in predetermined positions, preferably according to a predetermined order.
- the arrangement of the master elements is preferably a linear arrangement.
- a "linear arrangement" within the meaning of the invention is preferably a physical positioning of elements so that they form a line along one of their edges, along their center and/or another reference point.
- the “linear array” may preferably include multiple lines forming, for example, rows and columns.
- a “support means” in the sense of the invention is preferably a means that holds several elements in such a way that their positions relative to one another are fixed.
- the support means comprises a frame, a skeleton and/or a plurality of brackets, where the brackets may relate to a common mechanical reference, such as a rail.
- the carrier means includes gaps and/or recesses that are designed to precisely fit a master element.
- a “lamination” or “lamination” in the sense of the invention is preferably a joining process between two components.
- the lamination is preferably designed so that the composite sheet continuously covers an area so that there are no gaps, bubbles or wrinkles.
- Lamination is preferably carried out using a lamination roller.
- the lamination is preferably carried out at room temperature, for example at a temperature of 20°C -25°C.
- the lamination roller can also optionally be heated to 20 - 300 °C, preferably 20 - 100 °C or 40 - 80 °C.
- the temperature of the lamination roller may preferably be adjusted so that the composite web is softened but does not melt.
- the lamination is preferably designed so that no permanent connection is created between the composite web and the master elements or the carrier means.
- the lamination can also be carried out with the aid of aids such as an adhesive, the adhesive preferably being so weak that the parts can be separated from one another with a force of less than 10 N, preferably less than 5 N.
- the adhesive is preferably easy to clean, e.g. B. through water solubility and leaves no residue on the composite membrane. More preferably, the adhesive evaporates without leaving any residue at room temperature.
- a “composite” in the sense of the invention is preferably a multilayer material that consists of two or more different components with different physical properties that are connected to one another at an interface.
- the bond between the individual components is such that it cannot be separated by minor force and is therefore considered permanent.
- the composite can, for example, consist of a light-sensitive liquid, a solid or a resin enclosed between two transparent carrier films.
- the composite web can comprise a stack of layers, each of which is light-sensitive to different spectral ranges.
- a “composite web” within the meaning of the invention is preferably a composite material with a length that is at least twice, preferably at least five times and even more preferably at least twenty times its width.
- the thickness of the composite web is preferably adjusted so that it has a certain flexibility so that it can, for example, be partially wrapped around a roller.
- the composite web preferably has a thickness of up to 300 ⁇ m.
- the composite sheet includes a light-sensitive material.
- the composite web encloses the photosensitive material between two transparent support films which have a similar refractive index to the photosensitive material.
- the refractive index of the carrier films and the light-sensitive material is preferably between 1.4 and 1.6.
- the light-sensitive material may be, for example, a light-sensitive photopolymer or a dichroic gelatin.
- the light-sensitive material can be light-sensitive or wavelength-selective for the entire visible spectrum.
- exposure preferably means the targeted directing of electromagnetic rays onto a correspondingly sensitive surface to form a hologram.
- Various methods of exposing a hologram are known, including transmissive or reflective techniques for producing volume holograms. Examples of this are explained in more detail later in this text.
- a “master element” is preferably a three-dimensional unit that includes a master hologram in a form that facilitates its handling and mobility.
- the master hologram is enclosed in a positionally fixed manner by the master element in such a way that a movement of the master element directly leads to a corresponding movement of the master hologram.
- the master element has a length and width that approximately correspond to that of the master hologram.
- the master element is at least twice, preferably five times and particularly preferably at least twenty times as high as the master hologram.
- the master element preferably has a regular shape that enables a mosaic or linear arrangement.
- the master element comprises a substrate body that either encloses or supports the master hologram.
- the master element may include a transparent top cover for protecting a master hologram present between the cover and the substrate body.
- the top cover has a refractive index selected such that light is transmitted through it, the master hologram and the substrate body without being significantly reflected at the interfaces between the substrate body, master hologram or the cover.
- the top cover can be, for example, a transparent film or a glass layer.
- the materials of the substrate body, the master hologram and the cover are preferably selected so that the differences in refractive index between the individual layers are small. This allows internal reflections to be avoided.
- the “width” refers to a dimension in a horizontal plane transverse to a composite web flow direction.
- the “length” refers to a dimension in a horizontal plane along a composite sheet flow direction.
- the “height” refers to a dimension in a vertical plane orthogonal to the plane formed by the latitude and longitude.
- a “substrate body” in the sense of the invention is preferably a three-dimensional block of material that carries or encloses the master hologram.
- the substrate body is preferably transparent.
- the substrate body preferably has multiple surfaces, including a top surface that may be horizontally oriented.
- a “master hologram” in the sense of the invention is preferably a holographic-optical element comprising at least one hologram to be replicated.
- the master hologram is designed for an optical function (e.g. diffraction, reflection, transmission and/or refraction) for one or a plurality of wavelengths.
- several holograms e.g. B. each diffract light of one wavelength and / or multiplex holograms that diffract light of several wavelengths are arranged as hologram stacks.
- the master hologram can be, for example, a diffractive optical element (DOE). Diffractive optical elements (DOEs) use a surface relief profile with a microstructure for their optical function.
- DOE diffractive optical elements
- the microstructure may also be present in the volume of the element in the form of a local difference in refractive index.
- the light transmitted by a DOE can be converted into almost any desired distribution through diffraction and subsequent propagation. This can be an image, a logo, text, a light refraction pattern or similar.
- the master hologram can be a technical hologram, such as a Bragg mirror, a diffuser or a hologram functioning as a lens.
- the process for producing the master hologram can preferably be referred to as “hologram origination” or “hologram mastering”.
- the master hologram can be created using an analog or digital process.
- a first coherent beam, the object beam is reflected from an object and onto a recording material that is simultaneously exposed to a second coherent beam, the reference beam.
- the object beam and the reference beam interfere and create an interference pattern on the recording material.
- This interference pattern or fringe pattern is recorded from light-sensitive material which, after processing, takes the form of a surface relief pattern on a surface of the material or of spatially varying refractive indices just a few micrometers below the surface.
- the master hologram can be illuminated with light diffracted from the recorded surface relief pattern or refractive index pattern. This diffracted beam contains the image of the original object.
- the master hologram can then be used as a new object when creating additional copies with the same image.
- the master hologram can preferably also be computer-generated.
- the microscopic gratings that produce the diffraction effects can e.g. B. can be produced by laser interference lithography. In this technique, two or more coherent light beams are configured to interfere on the surface of a recording material. The positions of the light beams in relation to the recording material can be controlled by a computer. Depending on the strength of the laser, the recording material can consist of almost any material. Other techniques such as electron beam lithography can also be used to digitally produce the master hologram.
- the master hologram may preferably comprise glass, silicon, quartz, UV varnish, a photopolymer composite and/or a metal such as nickel.
- an “optically accessible area” within the meaning of the invention is an area that is at least 50%, preferably at least 60%, 70%, 80% or 90% and particularly preferably 100% not covered by an optically absorbing material.
- an optically absorbing material is not present between the surface in question and a light source for exposure.
- an opaque frame of the support means may cover part of the optically accessible surface.
- the frame covers no more than 50%, preferably no more than 40%, 30%, 20% or 10% of the optically accessible area.
- an optically accessible surface is also not very reflective.
- the optically accessible surface has a reflectance for visible light at normal angle of incidence of less than 50%, preferably less than 40%, less than 30%, less than 20% or less than 10%.
- an optically accessible surface has an anti-reflective (AR) coating. This makes it possible to increase the utilization of the incident light for illuminating the composite web.
- AR anti-reflective
- the master elements are present separately in the first carrier means along a linear arrangement.
- the carrier means can therefore preferably form a buffer distance between adjacent master elements.
- the buffer distance prevents unwanted propagation or scattering of light from one master element to an adjacent master element from affecting the replicated hologram.
- the distance can make handling the replicated holograms easier.
- the separation of the respective holograms is easier.
- a small edge can remain free around the hologram, which allows the hologram to be transported without touching the image content. The risk of damage to the finished replicated holograms is reduced and quality is increased.
- the master elements are preferably separated by light-absorbing spacers.
- the outward-facing side surfaces and the top of the master elements can also be kept optically accessible.
- the substrate body of the master elements can advantageously be kept completely transparent from all sides. This is particularly advantageous in order to enable exposure from different orientations, for example for transmission or reflection, possibly in an edge-lit or back-lit configuration.
- a light-absorbing layer may be applied to vertical surfaces of the master elements.
- a light absorbing layer can be much thinner than a spacer of the support medium. This means that several master elements can be exposed next to each other without causing optical interference, while at the same time maintaining a minimal buffer distance or an almost continuous effect in a replicated hologram made up of several components of the different master holograms.
- This advantageously enables an almost seamlessly replicated (overall) hologram with large dimensions and high image quality without having to use an equally large master element.
- small changes can be made to part of the hologram without having to replace all master elements.
- An area of a (overall) hologram to be replicated, which is to be changed between runs, can, for example, concern the (national) language of a text element that is used in a head-up display in a car.
- the necessary arrangement or orientation of the master elements may also vary depending on whether it is a head-up display for a left-hand drive or a right-hand drive vehicle of the same model.
- the method according to the invention using a case principle which allows individual master elements to be easily replaced accordingly, allowing such adjustments to be implemented quickly and cost-effectively.
- a thickness of the light-absorbing layer is preferably up to 5 mm, preferably up to 3 mm and even more preferably up to 1 mm and/or preferably at least 10 pm, preferably at least 100 pm, particularly preferably at least 500 pm.
- the first carrier means is mounted so that it can be tilted and/or adjusted in height
- the device for replicating the master holograms preferably comprising means for adjusting an angle of inclination and/or height adjustment of the first carrier means.
- such means can also be referred to as an alignment unit for the first carrier means and are known to those skilled in the art.
- Exemplary means for setting a height adjustment of the first support means include an adjustment table with actuators for up and down movement.
- the first carrier means and the master elements contained therein can thus be brought into contact with a further process component, in particular a composite web, an optical adhesive film, a laminating roller and/or one or more coupling elements.
- Means for adjusting an angle of inclination can preferably also include an adjustment table, in which an angle of inclination of the first support means, for example with respect to a plane of the composite web, can be adjusted by means of appropriate actuators.
- This can advantageously ensure a particularly plane-parallel alignment of the master elements, which are located within the first carrier means, to the composite web or to coupling elements (described further below).
- the rotation of the entire first carrier means allows a uniform alignment of the master elements.
- the means for setting an angle of inclination and/or height adjustment of the first support means preferably allow a fine adjustment with an accuracy of the height adjustment of at least 10 pm, preferably at least 5 pm and/or an adjustment of the angle of inclination with an accuracy of at least 0.1 °, preferably at least 0.01°.
- the further process components are mounted in a height-adjustable manner in order to establish sufficient contact between the process components to carry out the replication method.
- Other process components may include: transport rollers or transport components for positioning the composite web, any coupling elements, a laminating roller, a metering unit for applying an optical liquid or a roller for applying an optical adhesive film. These components are explained in more detail below.
- the height adjustability of the Process components preferably enable fine adjustment of your positions with a height adjustment accuracy of at least 10 pm, preferably at least 5 pm.
- the first carrier means is spring-mounted.
- the suspension can be designed to be active or passive and is preferably designed to tolerate an up and down movement of the first support means.
- the suspension is preferably carried out mechanically, (electro-)magnetically, hydraulically or pneumatically, with pneumatic suspension being particularly preferred.
- the suspension is configured for a height adjustment of at least 20 pm, preferably at least 50 pm, particularly preferably at least 100 pm and/or at most 1000 pm, preferably at most 500 pm, particularly preferably at most 200 pm.
- the suspension of the first carrier means is pressure-controlled, in particular in order to establish and maintain a preferred pressure between the laminating roller and the respective master elements.
- the spring-loaded mounting of the first carrier means preferably enables the first carrier means to be brought into contact with a further process component while at the same time compensating for any tolerances in the height of the surface of the master elements.
- any height differences between individual master elements that are located within the first carrier means can also be compensated for.
- An inclination of the first carrier means can also be compensated for. For example, as explained in more detail below, it may be preferred to use a laminating roll to apply a composite web to the master elements.
- the lamination roller preferably successively sweeps over the composite web and the underlying master elements, with optimal height and pressure conditions being set for each of the swept master elements by means of the spring-loaded mounting of the first carrier means. Due to the suspension, the first carrier means can also move slightly up and down synchronously with the lamination roller, for example, in order to compensate for differences in height between the master elements. This means that all master elements can be brought to exactly the required height.
- Manufacturing tolerances or damage to the surface of the master elements can also be compensated. Air gaps or bubbles between the surface of the master elements and the composite web and/or the coupling element are eliminated and the optical contact between the master elements and other process components is improved.
- the master elements can be positioned in the first carrier means in a spring-loaded manner.
- the first carrier means can therefore preferably also have means for individually suspending the master elements, in particular independently of one another.
- a base of the first carrier means can be provided with an elastic material, for example a foam.
- the method further comprises arranging one or more optically transparent coupling elements on the laminated composite web, so that a portion of the composite web is enclosed between the one or more coupling elements and the master elements during exposure.
- a "coupling element” is preferably a three-dimensional block of transparent material with a refractive index and dimensions that are configured to direct the exposure beams towards and/or away from the master holograms.
- the coupling element can preferably have any three-dimensional shape, in particular a cuboid shape, a wedge shape, a cylindrical shape, a prismatic shape and/or a prismatic shape with a semicircular or semi-elliptical cross section.
- the coupling element can preferably have different optically accessible surfaces.
- at least one side surface or base surface and a bottom surface or lateral surface of the coupling element are optically accessible.
- an optically accessible surface of the coupling element is also not very reflective.
- the optically accessible surface has a reflectance for visible light at normal angle of incidence of less than 50%, preferably less than 40%, less than 30%, less than 20% or less than 10%.
- an optically accessible surface has an anti-reflective (AR) coating. This makes it possible to increase the utilization of the incident light for illuminating the composite web.
- AR anti-reflective
- an exposure beam can be directed onto a side surface above a master hologram.
- the angle of the exposure beam can be selected so that it also passes through a lower surface of the coupling element and reaches the master hologram before it is reflected back by the composite web.
- the reflected light is directed by the coupling element in such a way that it does not hit adjacent parts of the composite web and its scattering is minimized.
- the light can also be passed through the master hologram to expose a transmission hologram in the composite web.
- the coupling element can also serve to hold the composite web over the surface of the master elements. Since the coupling element does not have to be exchanged between the series, a single plate can be used that covers all linearly arranged master elements in the carrier means. In this way, there is no risk that edges of the coupling elements could leave traces on the composite membrane. In addition, aligning the coupling element over the carrier means is simplified.
- a contact surface of the coupling elements with the composite web has the same length and width as a contact surface of the master elements with the composite web and is arranged directly opposite them. This enables the two elements to be assigned to one another with a precise fit and, insofar as the coupling elements would leave impressions or traces on the composite web, these would be in the buffer area between replicated holograms.
- the coupling elements and master elements can have an identical substrate body in terms of size and shape. In this way, the substrate bodies can be produced and stored more cost-effectively in larger quantities.
- each master element is assigned a coupling element.
- at least one lower surface of the respective coupling element is congruent to an upper surface of the corresponding master element.
- the coupling elements are arranged on a height-adjustable second support means.
- the second carrier means can be configured analogously to the first carrier means.
- the second carrier means - analogous to preferred embodiments of the first carrier means - is mounted so that it can be tilted and/or adjusted in height.
- suspension of the up and down movement of the second carrier means may be preferred.
- the second carrier means comprise light-absorbing spacers between the coupling elements. This can prevent the light beams from reaching adjacent coupling elements or being reflected into adjacent parts of the composite web.
- the coupling elements can preferably be brought into contact with the composite web after lamination of the composite web and before its exposure.
- the lamination takes place in the same stretch of the composite web as the exposure.
- the second carrier means with the coupling elements can be held at a distance from the composite web (first height).
- Lamination of the composite sheet may be accomplished by means of a roller which is lowered onto the composite sheet and rolls over the composite sheet to bring it into close contact with the aligned horizontal surface of the master elements.
- the laminating roller and/or the master elements can preferably be spring-mounted in order to maintain contact between the two components despite variations in the surface position or surface quality of the components.
- the laminating roller can then be raised or retracted so that the coupling elements can then be lowered to establish contact with the composite web (second height). In the position of the coupling elements, the composite web is therefore clamped between the coupling elements and the master elements.
- the exposure can be carried out using both the master elements and the coupling elements.
- the coupling elements can be raised again to a first height position at a distance.
- Optional fixation can be done in place and the composite sheet can be detached from the surface of the master elements, e.g. B. by one or more other rollers lifting from below one or more parts of the composite web that lie outside the first carrier means for the master elements.
- the first carrier remains accessible so that the order of the master elements can be changed. In this way, multiple process steps can be carried out in a single area. This increases the compactness of the method and the device used for it.
- the same coupling element is used for exposing different master elements.
- a contact surface of the coupling element can cover the surface of all master elements in the first carrier means for the exposure.
- a coupling element can be used in the form of a cuboid coupling plate, the length of which extends over all master elements.
- a coupling element can be moved over the surface of the master elements, with exposure preferably taking place in synchronization with the movement of the coupling element.
- the movement of the coupling element can preferably be a pushing or rolling movement.
- the one or more coupling elements are preferably configured so that only a limited area is always in contact with the composite web during exposure. This surface is preferably referred to as a “contact surface” in the sense of the invention. Particularly in the case of a coupling element which is designed to roll over the composite web, the contact surface of the coupling element can constantly shift while remaining the same size.
- the contact surface of the coupling element is curved or planar.
- a lens effect should preferably be avoided.
- the use of curved or planar surfaces may be preferred, as explained below.
- a coupling element has a cylindrical shape.
- Such a coupling element can preferably function as a roller and be rolled or pushed over the composite web.
- the cylindrical coupling element can thus establish optical contact along an axis with the composite web.
- Light from a lateral surface and/or a base surface can be directed onto the composite web and the master elements via the coupling element.
- a light source and/or a light-deflecting component moves synchronously with the coupling element in order to expose the master elements.
- the cylindrical coupling element is mounted analogously to a laminating roller, wherein the cylindrical coupling element is preferably mounted in a height-adjustable, height-adjustable, spring-loaded and/or pressure-controlled manner.
- a storage can improve the optical contact between the coupling element and the composite web as well as the master elements.
- one or more storage rollers preferably three storage rollers, are preferably provided for the storage and/or movement of the coupling element.
- the cylindrical coupling element itself functions as a laminating roller or vice versa.
- the cylindrical coupling element can also improve mechanical contact between the composite web and the master elements. With this arrangement, lamination is preferably carried out synchronously with exposure. There is no need for a separate lamination roller. This is particularly space-saving and increases the throughput of the process.
- Another advantage of using a cylindrical coupling element is the small contact area between the coupling element and the composite web. Such a small contact area is particularly advantageous when using an optical liquid between the coupling element and the composite web. On the one hand, the amount of optical used can Fluid should be kept to a minimum. On the other hand, the forces required to remove the coupling element from the composite web are also reduced. The removal of the cylindrical coupling element can therefore be carried out in a particularly gentle manner for the composite web. This will be explained in more detail in relation to the use of optical fluids.
- the coupling element has a prismatic shape with a semicircular cross section.
- the shape of such a coupling element can preferably correspond to the lower half of a roller and have two lateral surfaces: a curved lateral surface and a planar lateral surface.
- the curved lateral surface is brought into contact with the composite web on the surface of the master elements and pushed over this surface.
- the weight of the coupling element can be kept low.
- the coupling element also has a narrow contact surface to the composite web, which is advantageous when using optical liquids. When exposing such a coupling element, a lens function should preferably be avoided.
- a coupling element has a prismatic shape with at least one planar surface, which preferably serves as a contact surface for application to the composite web.
- the cross section of the coupling element tapers to the planar contact surface, so that the prismatic shape can also be referred to as a wedge shape in the sense of the invention.
- the coupling element or at least a section of the coupling element can have the shape of an isosceles trapezoid in cross section, with the smaller base side of the trapezoid being brought into contact with the composite web as a planar surface.
- the contact surface between the coupling element and the composite web can be optimally adjusted, in particular also chosen to be larger than would be the case with a cylindrical coupling element, in which the contact surface essentially corresponds to a line, depending on the size of the curvature.
- a larger contact area can be maintained smoothly and without gaps when the coupling element is displaced.
- Increased capillary forces between the contact element and the composite web advantageously prevent the formation of air gaps, so that particularly good optical contact occurs.
- the contact between the coupling element and the composite web occurs on the surface of the master elements with a predetermined pressure.
- compressive force sensors or pressure sensors are preferably provided for measuring a compressive force or a pressure between the coupling element and the master elements.
- a film coating can preferably be used as a sensor for the pressure exerted by one process component on another can be used, with a pressure sensor distributed over the entirety of a film (so-called “pressure measuring film”).
- pressure measuring film is preferably applied to an area of the process component that is not used for exposure, for example an edge area, and is particularly compact.
- a lower surface of the coupling elements is formed by a deformable, transparent coupling section.
- a deformable coupling section is particularly preferred in embodiments of the invention in which the coupling elements are only moved up and down with respect to the master elements.
- coupling elements with deformable coupling sections are neither rolled nor displaced over the surface of the composite web that is in contact with the master elements.
- a “coupling section” is preferably a part of the coupling elements which consists of a transparent deformable material and is designed in such a way that it ensures complete optical contact between the coupling element and one or more master elements.
- the refractive index of the coupling section is identical to or within a range of +/-20%, preferably +/-10%, more preferably +/-5% of the refractive index of the main body of the coupling element, the composite sheet, an upper cover of the master element, the Master hologram and/or the substrate body of the master element.
- the deformability of the coupling section allows it to be pressed onto the composite web while the composite web is on the aligned surface of the master elements in such a way that no gaps or bubbles remain. This ensures particularly homogeneous optical contact between the three elements of the sandwich. Unwanted optical aberrations or patterns are avoided, giving the final product a higher quality.
- a material of the coupling section is selected such that it has a shear modulus of at least 10 kPa, preferably of at least 100 kPa and even more preferably of at least 1 MPa. It may also be preferred that the material of the coupling section has a modulus of elasticity between 1 MPa and 50 MPa. It may also be preferred that the material has a refractive index between 1.4 and 1.6. Silicone has proven to be particularly suitable as a material for achieving a sufficient refractive index and at the same time being sufficiently elastic, easy to clean and leaving no residue on the composite web. Additionally or alternatively, it may be preferred that an optical liquid is applied to the horizontal surface of the master elements and/or the composite web.
- This can have a refractive index close to that of the substrate body of the master elements, the coupling element and/or the composite track in order to ensure interference-free transmission of the light.
- the optical fluid can also improve the optical contact between the elements by compensating for any wedge errors, surface tolerances or damage. Air gaps or bubbles between the process components can also be filled to prevent unwanted reflections at interfaces between the components.
- a metering unit for metering the optical liquid.
- the dosing unit is preferably configured for applying a predetermined amount of an optical liquid to a process component.
- the metering unit is preferably configured in particular for applying an amount of optical liquid to the composite web which is sufficient to completely fill a gap between the coupling element and the composite web.
- the metering unit is mounted in a height-adjustable manner.
- the dosing unit can thus be brought close to a surface of a process component, e.g. the composite web, for precise application of the optical liquid and then removed to create space for further process components such as coupling elements or light sources.
- an optical liquid is introduced between the composite web and a coupling element.
- the amount of optical liquid used is preferably designed to cover a contact surface between the coupling element and the composite web.
- the optical liquid adheres to the surfaces of the coupling element and the composite web by means of capillary forces. With larger contact surfaces between the coupling element and the composite web, larger forces are generated. This is advantageous in order to maintain optical contact during movement of the coupling element over the composite web.
- the coupling element is preferably removed from the composite web after exposure in such a way that the adhesive forces on the composite web are minimized.
- the coupling element is moved horizontally in the plane of the composite web - preferably transversely to the flow direction of the composite web - before the coupling element is separated from the composite web by a vertical movement Will get removed.
- a movement in the plane of the composite web can be a transverse, oblique or rotational movement.
- the movement is preferably designed to reduce the contact area between the coupling element and the composite web without a vertical movement already taking place. In this way, undesirable force transmission to the composite web can be effectively avoided.
- an optical adhesive film is temporarily inserted between two process components of the method.
- the optical adhesive film can be introduced between a master element and the composite web and/or between the composite web and a coupling element.
- an “optical adhesive film” is preferably a transparent film with a refractive index close to the refractive index of the master element, the composite web and/or the coupling element.
- the optical adhesive film is preferably designed to improve optical contact between two exposed process components, so that reflections at the interface between the process components are reduced or eliminated.
- the materials used for the optical adhesive film have identical or similar optical properties to those materials used for the substrate of the master element (or the coupling element or its coupling section) and/or the composite web.
- the similar or identical properties include transparency, haze, stress birefringence properties and/or refractive index.
- the use of identical or similar materials enables a very close adaptation of the refractive index of the optical adhesive film to the refractive indices of the adjacent process components, so that a transition between the adjacent refractive indices can be ensured without jumps in the refractive index. Reflections at the interface between the master element (or the coupling element), the optical adhesive film and/or the light-sensitive composite web will thereby be largely eliminated or significantly minimized.
- a refractive index difference between the surface (or a cover) of the master element and the optical adhesive film and/or between the optical adhesive film and a surface of the photosensitive composite sheet not more than 0.2, preferably not more than 0.1 and more preferably not more than 0.05.
- the difference between the refractive index of the optical adhesive film and an adjacent surface of the coupling element is preferably not more than 0.2, more preferably not more than 0. 1 and more preferably not more than 0.05.
- a refractive index of the optical adhesive film lies between the refractive index of the surface of the master element and the refractive index of a surface of the light-sensitive composite web. If the optical adhesive film is arranged between the photosensitive composite web and a coupling element, the refractive index of the optical adhesive film is preferably between that of the photosensitive composite web and that of the coupling element.
- the term "between” preferably also includes the values of the refractive indices of the adjacent process components themselves. This arrangement enables a smooth or trouble-free transition of light rays between the various process components with minimal reflections and/or aberrations at interfaces.
- the optical adhesive film is preferably a solid in which the Brownian motion is sufficiently small, which prevents the phase of the light from “wobbling” and thus results in a more stable interference field in the hologram copy within the exposure time.
- the microstructures do not blur, which maximizes the diffraction efficiency of the holograms.
- the sharpness and contrast of the hologram created is also significantly improved.
- the optical adhesive film improves the optical contact between exposed transparent components through which the exposure light is passed. This reduces unwanted reflections, scattering or losses and increases the quality of the reproduced hologram.
- the optical adhesive film can be shaped analogously to the composite web and moved through the process in an analogous manner, for example with the help of rollers. This enables easy synchronization of the optical adhesive film with the composite web. It is also possible and may be preferred for the optical adhesive film and/or the photosensitive composite web to be applied to the surface of the master element or the surface of the coupling element by a laminating roller. The same roller can be used for lamination of the composite web and the optical adhesive film.
- the optical adhesive film preferably has low adhesive strength in addition to its advantageous optical properties. This allows the optical adhesive film can be removed from a surface without leaving any residue and with little force after use.
- the optical adhesive film comprises at least one adhesive layer.
- the at least one adhesive layer preferably has a peel force relative to the surface of the master element and/or the coupling element and/or a surface of the light-sensitive composite web of less than 3 N/cm (Newton per centimeter), preferably less than 1 N/cm.
- the peeling force of the adhesive layer of the optical adhesive film relative to the surface of the master element and/or the coupling element and/or a surface of the light-sensitive composite web is at least 0.01 N/cm, preferably at least 0.1 N/cm.
- the peel force of the optical adhesive film or one of its layers can be measured, for example, after a 180 degree peel test. In preferred forms, the measurement is carried out in accordance with ASTM D903.
- the optical adhesive film has a single-layer layer structure, the layer structure having exactly one adhesive layer.
- the exactly one adhesive layer is preferably adhesive on both sides in order to provide optical contact.
- the optical adhesive film comprises two adhesive layers, each adhesive layer preferably being applied directly to a carrier layer, so that the optical adhesive film comprises three layers.
- Such an optical adhesive film can adhere to two surfaces at the same time, which means that particularly good optical contact can be achieved and the risk of air gaps or unwanted reflections is reduced.
- the method is carried out using a device, the device comprising an unwinding roller for unwinding the optical adhesive film and a winding roller for unwinding the optical adhesive film after use.
- the method preferably includes a step of removing the optical adhesive film from the relevant process component after exposure.
- the device further comprises a lamination roller for the temporary lamination of the optical adhesive film on the surface of a master element, a composite web and/or a coupling element.
- the optical adhesive film can be provided with protective layers on one or both sides.
- the device may include take-up rolls for removing the protective layers prior to use of the optical adhesive film.
- the first carrier means is designed so that master elements of different shapes and/or sizes can be arranged therein.
- one or more frame elements and/or spacers of the carrier means can be arranged in a displaceable and/or clampable manner.
- the first carrier means can also be designed so that it can accommodate master elements of different thicknesses. To bring the tops of the master elements to the same level, filler substrate blocks can be placed under one or more master elements.
- the substrate bodies of the master elements have the same dimensions.
- the substrate bodies preferably have a cuboid shape.
- the use of identical square shapes for the master elements has proven to be particularly easy for the alignment of the master elements in the first carrier means.
- the substrate bodies preferably have a height between 1 - 10 cm, a length between 3 - 20 cm and a width between 3 - 20 cm.
- a height of at least 1 cm has proven to be preferred, as this provides sufficient area on the side of the master elements for exposure.
- the preferred heights also allow exposure from different angles to be carried out in a simple manner in order to meet different requirements for the replication of the holograms.
- the preferred dimensions ensure sufficient robustness with a compact size to enable easy replacement.
- the preferred lengths and/or widths of at least 3 cm also enable sufficiently economical use of the composite web, especially if there is a buffer distance between the master elements.
- the dimensions are suitable for capturing the image or pattern to be copied for applications such as banknote printing.
- the lengths and/or widths of the substrate bodies are also not limited, the manufacturing costs can be reduced and particularly easy handling can be achieved for substrate bodies with a length and/or width of up to 20 cm.
- the at least two optically accessible surfaces of the master elements are polished, the degree of polishing preferably being at least P3.
- the optically accessible surfaces of the coupling elements are also polished, the degree of polishing preferably also being at least P3.
- a surface of the coupling element is brought over the composite track against a surface of the master element, it is advantageous for both surfaces to be polished. It is also further preferred that a wedge error of the master elements and/or the coupling elements is reduced individually and to one another as much as possible. By moving the coupling elements in parallel with respect to the master elements, the flat optical contact could be impaired in the event of an undesirable wedge.
- the substrate bodies of the master elements are formed from a material which is an optical plastic.
- the material of the substrate body is selected from the following group: polymethyl methacrylate (PMMA), polycarbonate (PC), cycloolefin polymers (COP), cycloolefin copolymers (COC) and/or an optical glass, preferably selected from the group comprising: Borosilicate glass, fused silica, B270, N-BK7, N-SF2, P-SF68, P-SK57Q1, P-SK58A and/or P-BK7.
- both the substrate body and any cover of the master element have a refractive index between 1.4 and 1.6.
- the selection of material for the substrate body may depend on the desired exposure angle, any height restrictions, and the resulting desired refractive index. It may also be preferred that a substrate body is colored in order, for example, to filter light in a wavelength-selective manner in order to generate a hologram with a specific wavelength. In this way, a broadband light source can be used to expose different master holograms.
- a selection and optionally the arrangement of the sequence of the master elements is controlled by a control unit.
- control unit preferably refers to any computer unit with a processor, a processor chip, a microprocessor or a microcontroller that enables automatic control of the components of the device, e.g. B. a rotation speed of an unwinding roller, winding roller, lamination roller, transport roller, the movements of a pick-and-place robot for the master elements, an alignment unit for the master elements or the carrier means, a lamination temperature, a lamination pressure, an orientation and / or scanning Speed of a light source, a wavelength of the light source, a fixation intensity, etc.
- the components of the control unit can be conventional or individually configured for the respective implementation.
- the control unit preferably comprises a processor, a memory and computer code (software/firmware) to control the components of the device.
- the control unit may also include a programmable circuit board, a microcontroller or other device for receiving and processing data signals from the components of the device, for example from sensors relating to the identity or type of a master element, as well as other relevant sensory information.
- the control unit preferably further includes a computer-usable or computer-readable medium, such as a hard drive, a random access memory (RAM), a read-only memory (ROM), a flash memory, etc., on which a computer software or code is installed.
- the computer code or software that controls the components of the device can be written in any programming language or model-based development environment, such as: B. without limitation in C/C++, C#, Objective-C, Java, Basic/VisualBasic, MATLAB, Python, Simulink, StateFlow, Lab View or Assembler.
- control unit is configured to” perform a particular process step, such as exposing a master element at a specific angle by changing the speed of one or more drive motors, may include custom or standard software installed on the control unit and initiates and regulates these operating steps.
- control unit comprises a processor and a memory.
- the processor reads sequence data from memory and signals an actuator and/or a user in which sequence the master elements are to be arranged.
- the control unit can thus preferably ensure that the master holograms are arranged in the first carrier means in a predetermined order, such as an order in which larger components, which integrate the replicated holograms, are processed on a parallel production line.
- control unit may instruct an actuator to bring the next master element or the next n master elements in the sequence closer to or into the first carrier means, where n is preferably the number of master elements that the first carrier means can accommodate.
- the actuator may preferably be a logistics dolly, another assembly line, a turntable or a pick-and-place robot, to name just examples. In this way, the placement of master elements in the correct order can be partially or fully automated, reducing the risk of human error.
- control unit is configured to signal the next master element or the next n master elements to a user. This can happen in different ways, for example visually or acoustically.
- the controller may be configured to activate a light at the location of the next master item, e.g., the corresponding shelf, box, cart, etc.
- control unit comprises an interface for signaling the sequence to a user.
- the processor may therefore be configured to read sequence data from memory and instruct the interface, e.g. a screen, to display all or a relevant part of the sequence data.
- sequence data may preferably include information about:
- a matrix arrangement of the master elements in the first carrier means for example a row and column number
- the type of hologram to be created for example a reflection or transmission hologram.
- exposure instructions for the sequence are stored in the memory.
- the processor signals a user and/or an actuator to adjust the position, path, and/or wavelength of a light source according to the exposure instructions.
- the control unit comprises an interface for signaling the exposure instructions to a user.
- control unit is connected to a sensor, the sensor preferably reading an ID feature of the individual master elements or a storage location of the master elements and transmitting the ID to the control unit for controlling and/or monitoring the sequential arrangement.
- an “ID feature” preferably refers to all or part of the master hologram itself, or alternatively a QR code, a barcode, a number, a symbol or the like that is permanently or removable on the master element Identification can be attached. Additionally or alternatively, the ID feature may not be on the master element, but rather on its storage location. Preferably, the ID feature is applied to an area of the master element that does not cross the path of a light beam used for exposure. This area is preferably located on a different surface of the master element than the at least two optically accessible surfaces.
- the control unit can prevent and/or detect errors in the sequence. Preferably, the control unit can also alert a user to such errors, so that corrective intervention in the production process can be carried out.
- a register of the exposed holograms can be created and stored in memory. This can be used for quality control and statistical purposes. The control unit can also use this information to determine which master elements need to be serviced or replaced. For example, depending on the number of uses, possibly weighted by the intensity of an exposure, corresponding master elements can be replaced before degradation of the master elements leads to loss of quality.
- the method includes an arrangement of the master elements in two parallel rows.
- the size of the master elements can be reduced even further while making optimal use of the entire width of the composite membrane. If changes are required in a portion of a larger master hologram to be replicated, these can also be made on a smaller scale.
- the efficiency of the method can also be improved, since a higher number of identical or different master holograms can be replicated at the same time.
- each row may be exposed separately, for example with separate light sources directed at two opposite sides of the array of master elements.
- the rows of master elements are separated by a light-absorbing spacer, the spacer preferably being part of the first carrier means.
- the light-absorbing spacer prevents unwanted Light from one master element penetrates into another, thus avoiding optical interference such as cross-talk. This is particularly advantageous if the master elements of the different rows are to be exposed from different angles or with different wavelengths.
- the exposure for replicating a master hologram using the method according to the invention can be carried out based on various techniques.
- Hologram reproduction processes can be divided into relief holograms and volume holograms.
- Relief holograms are formed by physical contact between a deformable sensitive layer and a master hologram, such that the diffraction pattern of the master hologram is impressed into the sensitive layer.
- a volume hologram is preferably written into a sensitive layer by the interference of two light beams (a so-called reference beam and an object beam).
- a volume hologram is preferably written into the composite web. This can preferably be done using a transmission or reflection technique. Interference between object and reference beams within the hologram volume preferably creates a sequence of Brag levels.
- a volume hologram therefore preferably has a non-negligible extent in the direction of propagation of the light rays, with the Bragg condition applying to the reconstruction on a volume hologram. For this reason, volume holograms have wavelength and/or angle selectivity. The ability of volume holograms to store multiple images at the same time enables, among other things, the production of colored holograms.
- Light sources that emit the three primary colors blue, green and red can be used to record the holograms.
- the three beams of rays preferably simultaneously illuminate a part of the composite web at the same angles.
- three holograms are stored in the volume hologram at the same time.
- each partial hologram can be reconstructed solely using the color with which it was recorded.
- the three reconstructed color separations therefore overlap to form a colored, true-to-original image, provided the color components are correctly weighted.
- Reflection holograms are reflective holograms that reflect light arriving from the light source and therefore act like a mirror.
- an incident direction of the reference beam preferably an incident light beam from the light source
- the object in this case the master hologram
- a reference beam penetrates the composite web and is then reflected by the master hologram back into the light-sensitive layer of the composite web.
- the reference beam and are therefore superimposed in the light-sensitive layer of the composite web Object beam different beam directions to create the replicated hologram.
- the master hologram can preferably be applied to a surface of the master element or be integrated in the substrate body.
- the light source for a reflection hologram can be arranged so that the reference beam is incident on the composite web at a desired direction, preferably at a direction which is desired in the later reconstruction.
- the light source is oriented with respect to the master element such that the composite web is located between the light source and the master element.
- the light source can, for example, be aligned above the master element in such a way that the reference beam falls downwards onto the composite web in a predetermined direction.
- the reference beam is preferably at least partially reflected back into the composite web by the master element in the form of an object beam.
- the reference beam and the object beam enter the photopolymer composite from opposite sides and interfere in its light-sensitive layer to replicate the hologram.
- Transmission holograms are transmissive holograms in which the light from a light source is transmitted and diffracted by it.
- an incident direction of the reference beam preferably an incident light beam from the light source
- the object in this case the master hologram
- An incident beam penetrates the master hologram and is separated into an (undiffracted) reference beam and an object beam.
- the reference beam and object beam with the same beam direction are superimposed to produce the replicated hologram.
- the light source in such a way that the composite web can be exposed by a reference beam and object beam from the same side.
- the light source is preferably oriented with respect to the master element in such a way that a light beam first passes through the master element and the master hologram before reaching the composite web.
- the light source can preferably be arranged so that it passes from a side surface through a transparent master element.
- the light source can also preferably be arranged so that it falls onto the composite web through an upper and/or lower surface of the master element.
- the incident light beam is preferably refracted by the master element in such a way that a reference beam and an object beam are created, the object beam preferably corresponding to the portion of the light that is diffracted by the master hologram.
- the object beam preferably interferes with the undiffracted reference beam in the composite web to replicate the hologram.
- one or more master elements can be used to expose the composite web in order to form a transmission hologram therein replicate.
- the replicated transmission hologram may be designed to be edge-lit so that the holographic image can be reconstructed by light from a substantially lateral direction.
- the replicated transmission hologram can also be configured to be backlit so that the holographic image can be reconstructed using light incident essentially from back to front.
- one or more master elements be used to expose the composite web and replicate a reflection hologram therein.
- Such a hologram can be used, for example, in a glass pane with light sources hidden at the edges.
- the replicated reflection hologram can also be configured to be front-lit.
- Such a hologram can advantageously produce a holographic image when illuminated by ambient light and viewed relatively orthogonally at eye level.
- Multiple such holograms can also be used in a sheet of glass, for example of the type disclosed in WO2020157312A1, to produce a holographic image when viewed orthogonally by reflecting light from hidden light sources along a predetermined path. It may also be advantageous for one or more master elements to be used to expose the composite web to produce a hologram that includes both a reflection hologram and a transmission hologram.
- a reference beam for exposing the holograms can be directed onto a side surface of the master elements. In other preferred embodiments of the invention, it may be preferred that, additionally or alternatively, a reference beam is directed onto an upper and/or lower horizontal surface of the master elements.
- the method preferably takes place using a device for replicating a plurality of holograms, comprising a first carrier means for an arrangement of a sequence of master elements from a plurality of master elements depending on a plurality to be replicated of holograms so that upper surfaces of the master elements are aligned in a horizontal plane, a lamination module for releasably laminating a photosensitive composite web to the aligned upper surfaces of the master elements, and an exposure module for exposing the master elements in order to
- the master elements being releasably introduced into the first carrier means, so that a sequence and/or composition of the master elements for the replication of the plurality of holograms can be varied and wherein the master elements are also introduced into the first carrier means in such a way that two or more surfaces of the master elements are optically accessible for the purpose of exposure.
- a “module” preferably refers to a work station in a continuous manufacturing process, which is preferably equipped with the necessary technical means to carry out the process step. Different modules can be separated from each other by a housing or a partition, but do not have to be. For the purposes of the invention, it may be preferred that the lamination module, the exposure module and the detachment module are located in the same housing.
- the use of the device has the advantage that several master holograms can be exposed in a single series and at the same time there is great flexibility in the exposure method.
- the transparent substrates used to house the master holograms can be prepared and polished more easily.
- the transport and storage of smaller and lighter master elements is also more economical These can be stacked to save space, transported without special lifting devices and can be easily inserted or removed from the device.
- the lamination module preferably brings the light-sensitive material into mechanical contact with the master elements and ensures sufficient optical contact with the master holograms.
- a particularly homogeneous contact can be created between the master element and the light-sensitive material, which effectively avoids bubbles or wrinkles.
- a composite web made of the photosensitive material this can be done repeatedly via the arrangement of the master elements in an efficient manner, so that the composite web flows while the arrangement of the master elements preferably remains stationary.
- a removable lamination makes it possible to remove the composite web without damage or residue and to continue running it through further stations in a production line.
- the exposure module preferably directs light onto the composite web and/or master elements to replicate a master hologram in the master element into the composite web.
- the detachment module preferably ensures a residue-free detachment of the composite web with sufficient force from the master elements without damaging the web.
- the integration of the lamination module, exposure module and detachment module in the same device makes it possible to make the device very compact, which is particularly suitable for small series and customer-specific end products.
- the lamination module preferably includes a lamination roller. This can be accommodated in the device in a height-adjustable manner and can roll along a predetermined path in order to press the composite sheet onto the top of the master elements. It may be advantageous for the lamination roller to be accommodated such that it can move along a predetermined path, the lamination module preferably comprising an actuator for moving the lamination roller along this path.
- the path includes diagonally lowering the laminating roller from a first height and a first lateral position that is not directly above the first support means toward an upper surface of a first master element.
- the path preferably also includes horizontally rolling the lamination roller at a second height, lower than the first, along the top of the master elements until it reaches a final master element n of the sequence.
- the laminating roller is preferably configured to be maintained at the second height and in a second lateral position downstream of the last master element during an exposure process of the sequence.
- the lamination module comprises means for adjusting the height of the lamination roller.
- the means for adjusting the height of the laminating roller are designed to bring the laminating roller from a storage position to a laminating position on the top of the master elements.
- This height adjustment preferably includes a translation of the lamination roller over a distance of at least 1 cm, preferably at least 5 cm, more preferably at least 10 cm.
- the person skilled in the art is aware of suitable means for such a height adjustment.
- the lamination roller can thus be brought outside an area between the master elements and/or coupling elements and/or light source before or after lamination. This creates greater degrees of freedom in the application of the coupling elements and/or the exposure of the master elements.
- the means for adjusting the height of the lamination module are also configured for adjusting the height of the lamination roller.
- the means for adjusting the height of the laminating roller are set up to adjust the height of the laminating roller up to +/- 50 pm, preferably +/- 100 pm, particularly preferably +/- 500 pm.
- the height adjustment is preferably carried out with a resolution of at least 50 pm, in particular at least 10 pm.
- the resolution of the height adjustment preferably refers to the smallest step over which the laminating roller can be translated for height adjustment.
- Such a height adjustment can advantageously compensate for the smallest variations in the position of the surface or in the surface quality of the master elements.
- the master elements and the first carrier means themselves can only be positioned within tolerances. Due to manufacturing tolerances, the actual height of a master element can also deviate from a target height. These tolerances can be compensated for when positioning the lamination roller so that it is always applied to the surface of the master elements with a specified pressure. Even a slight tilting position of the first support means can be compensated for in this way, unless the first support means is designed to be tiltable anyway, as explained above. These measures improve the optical contact between the composite web and the master elements while avoiding excessive lamination pressure.
- the lamination roller is initially brought to a predetermined position on the surface of the master elements and then its height is adjusted by smaller movement steps. This allows the lamination roller to be brought particularly precisely onto the actual surface of the master elements.
- the height adjustment of the laminating roller is preferably pressure-controlled.
- One or more sensors, in particular a pressure force sensor, can be used for this.
- the pressure sensor can be present, for example, as a film on the surface of the lamination roller.
- the lamination roller is spring-mounted, the spring-loaded bearing preferably being configured for a height tolerance of at least +/- 50 pm, preferably +/- 100 pm, particularly preferably +/- 500 pm.
- Such suspension can compensate for tolerances in the surface quality and/or relative positioning of the master elements and the laminating roller.
- the suspension can further eliminate air gaps and/or bubbles between the master elements and the laminating roller and thus improve the optical contact between the composite web and the master elements.
- the spring-loaded mounting of the laminating roller is preferably carried out mechanically (electro-jmagnetically, hydraulically or pneumatically, with a pneumatic suspension being particularly preferred.
- the suspension of the laminating roller is pressure-controlled, in particular in order to establish and maintain a preferred pressure between the laminating roller and the master elements.
- the first carrier means and/or the second carrier means comprises one or more sensors for detecting contact with a further process component. It is preferably determined by means of a pressure force sensor that the first carrier means is in contact with a laminating roller and/or with the second carrier means with sufficient pressure.
- the exposure module comprises a light source.
- a coherent light beam is emitted by the light source.
- Coherence preferably describes the property of optical waves according to which there is a fixed phase relationship between two wave trains. As a result of the fixed phase relationship between the two wave trains, spatially stable interference patterns can arise. With regard to coherence, a distinction can be made between temporal and spatial coherence. Spatial coherence preferably represents a measure of a fixed phase relationship between wave trains perpendicular to the direction of propagation and is present, for example, for parallel light rays.
- a temporal coherence preferably represents a fixed phase relationship between wave trains along the Direction of propagation and is particularly given for narrow-band, preferably monochromatic light beams.
- the coherence length preferably refers to a maximum path length or transit time difference that two light beams have from a starting point, so that a stable (spatially and temporally) interference pattern is created when they are superimposed.
- the coherence time preferably refers to the time that the light needs to travel a coherence length.
- the light source comprises a laser.
- a laser is a narrow-band, preferably monochromatic laser with a preferred wavelength in the visible range (preferably 400 nm to 780 nm).
- Non-exhaustive examples include solid-state lasers, preferably semiconductor lasers or laser diodes, gas lasers or dye lasers.
- Narrow-band light sources are preferred, preferably monochromatic light sources, which include, for example, light-emitting diodes (LEDs), optionally in combination with monochromators.
- LEDs light-emitting diodes
- illumination radiation in different wavelength ranges, for example in a red wavelength range (preferably 630 nm - 700 nm), a green wavelength range (preferably 500 nm - 560 nm) and / or a blue wavelength range (preferably 450 nm - 475 nm).
- red wavelength range preferably 630 nm - 700 nm
- green wavelength range preferably 500 nm - 560 nm
- blue wavelength range preferably 450 nm - 475 nm.
- a laser system with three monochromatic lasers or one polychromatic laser with laser emission in the red, green or blue (RGB) range can be provided for this purpose.
- the light source comprises a white light laser and an adjustable wavelength filter configured such that the wavelength at which the composite web is exposed can be adjusted.
- the exposure module may also include one or more motors configured to adjust an angle of the light source and/or move the light source along a path.
- the light source can be configured, for example, as a scanning light source.
- the light source can also be equipped with an axis along which it can slide.
- the exposure module can also include one or more mirrors, the position of which can also be adjustable in order to direct the path of a light beam onto the master elements and/or the composite web.
- the exposure module may also include one or more lenses, for example a diverging lens, to broaden a beam of light on the master element. It can also be advantageous if the exposure module is equipped with means is to adjust the intensity of the light falling from the light source onto the master elements and/or the composite sheet.
- the detachment module comprises a detachment roller which is positioned below a height position of a composite web.
- the release module includes an actuator for moving the release roller along a path after exposure.
- this path includes lifting the detachment module so that a composite web+ lying above it is also lifted.
- the first carrier means is designed to carry at least two, preferably at least three, more preferably at least four master elements.
- the device comprises a transport module for transporting a light-sensitive composite web over the sequence of master elements.
- the transport module preferably comprises one or more transport rollers, for example a pull roller, which moves the composite web forward. This can result in a semi-continuous process with a roll-shaped intermediate product that can be passed on to further work stations for cutting.
- the device also includes a fixation module. This ensures an even more compact device and increases the quality of the end product, as fixation can take place immediately before optical or mechanical disturbances affect the composite web that has just been exposed.
- the device comprises a control unit.
- the control unit preferably comprises a processor and a memory is preferably set up to control a selection and optional arrangement of the sequence of the master elements, the processor reading sequence data from the memory and signaling an actuator and/or a user in which sequence the master elements should be arranged are.
- the control unit can thus preferably ensure that the master holograms are arranged in the first carrier means in a predetermined order, such as an order in which larger components, which integrate the replicated holograms, are processed on a parallel production line.
- the method according to the invention is carried out using a system for replicating a plurality of holograms comprising a device as described above and a plurality of master elements.
- the master elements include a substrate body and at least one master hologram, selected from the plurality of Master elements, a sequence of master elements can be selected depending on the plurality of holograms to be replicated.
- Fig. 1 is a schematic representation of a device for carrying out the method according to the invention.
- Fig. 2 is a schematic representation of a further preferred embodiment of the device in which coupling elements are used.
- Figure 3 is a schematic representation of a preferred embodiment of the device in which light absorbing spacers separate the master elements and coupling elements.
- Fig. 4 is a schematic top view illustrating an exchange of master elements in a first carrier means.
- Figure 5 is a schematic top view of an arrangement of master elements in two rows in a first support means.
- FIG. 6 is a schematic side view of a preferred embodiment of the device in different stages: A) before lamination, B) during lamination, C) during exposure, D) after exposure, E) during delamination, F) after Detachment.
- Fig. 7 is a schematic front view of a reconstruction of an edge-lit
- Figure 8 is a schematic front view of a reconstruction of an edge-lit
- FIG. 9 is a schematic front view of an exposure process for replicating an edge-lit reflection hologram using a coupling element.
- FIG. 10 is a schematic front view of an exposure process for replicating an edge-lit transmission hologram using a coupling element.
- Figure 11 is a schematic front view of an exposure process for replicating a top-exposed reflection hologram.
- Figure 12 is a schematic front view of an exposure process in which a multiplex hologram comprising both a reflection hologram and an edge-lit transmission hologram is replicated.
- Figure 13 is a schematic front view of an exposure process in which a transmission hologram is exposed from below.
- FIG. 14 is a schematic front view of an exposure process for replicating a multiplex hologram comprising a transmission hologram and an edge-lit reflection hologram.
- Figure 15 is a schematic front view of an exposure process in which edge-lit transmission holograms are simultaneously exposed from both sides of a first two-row support.
- 16A - 16F show an example of the use of a wedge-shaped coupling element with an optical liquid.
- 17A - 17F show an example of the use of a cylindrical coupling element with an optical liquid
- Figure 1 shows a schematic representation of a device 1 for carrying out the method according to the invention.
- the figure shows schematically a first support means 10, which holds a linear arrangement of five master elements 2 in such a way that the horizontal top sides of these elements are flush with each other and with the first support means 10.
- a simple embodiment of the first support means 10 is shown, which comprises only two end blocks, which can preferably be fixed in position, for example by clamping to one another or to a stationary surface.
- any embodiment of the first support means 10 can be used, for example a frame connected along the underside of the master elements, or an arrangement of cavities separated by webs for receiving the master elements 2, so that at least two of their surfaces are optically accessible.
- the first support means 10 can, for example, comprise a frame element along a lower outer edge of the master elements 2, which covers no more than 50%, preferably up to a maximum of 40%, 30%, 20% or 10% or less of the side surfaces of the master elements 2.
- side surfaces are preferably viewed as optically accessible surfaces.
- the master elements 2 have at least three optically accessible surfaces.
- F1 and F2 are optically accessible Side surfaces.
- F3 is an upper surface and is only covered by the composite membrane 3.
- the composite sheet 3 is not a light-absorbing material, so that the upper surface F3 can be considered optically accessible.
- the exposure of the master hologram 6 in the master elements 2 can be done by directing light onto one or more of these optically accessible surfaces.
- An unlabeled underside of the master elements 2 can also be visually accessible, in particular if a first support means 10 with a corresponding frame structure is selected. The range of angles from which the exposure can take place is therefore very large and suitable for a wide variety of exposure arrangements
- the composite web 3 is stretched over the top of the master elements 2 and the first carrier means 10.
- This arrangement results from laminating the composite web 3 onto the flush surface using the laminating module.
- the laminating module includes the laminating roller 7. This can, for example, move down from the right side of the figure onto the composite web 3, press on the flush surface and roll in a relative movement to the position shown on the left in FIG. 1 (see also FIG .6A-F).
- the first carrier means 10 and the lamination roller 7 either comprise a light-absorbing material or are coated with an absorber layer 5.
- Fig. 2 shows a schematic representation of a further embodiment of the device
- the structure of the embodiment is analogous to that of the embodiment illustrated in FIG. 1 with the main difference that the coupling elements 8 are present in a linear arrangement above the master elements 2.
- the coupling elements 8 can be manually placed on the master elements 2, it is preferable that they are supported by a second support means (not shown) such as a frame. This enables precise and repeatable placement of the coupling elements 8.
- all coupling elements 8 are the same size and the same shape, as are all the master elements
- the size and shape of the coupling elements 8 is also the same as that of the master elements 2.
- Each coupling element 8 corresponds to an individual master element 2 and is placed directly above it, so that the side surfaces of a coupling element 8 are flush with the side surfaces of the corresponding master element 2.
- each coupling element 8 is optically accessible.
- the coupling element 8 is optically accessible at least from its side surfaces F4 and F5 as well as an upper surface (without reference numbers).
- the coupling elements 8 comprise a transparent block made of a preferably identical material as the substrate body 14 of the master elements 2.
- Fig. 3 shows a further preferred embodiment of the device 1.
- the structure of the device 1 is analogous to that of Fig. 2.
- the main difference is the use of light-absorbing spacers 4 between the master elements 2. These are shown in black in the figure. Although its top side is not visible, the top side is flush with that of the first support means 10 and the master elements 2. Also shown in Fig.
- the spacers 4 are arranged between the inner side surfaces of the master elements 2 and the coupling elements 8 and in contact with them. This preferably means that the spacers 4 are arranged along the surface that separates a master element 2 from an adjacent master element 2.
- Fig. 4 is a schematic top view of a single-row first carrier means 10, which comprises four master elements A - D.
- the figure illustrates how easily the master elements 2 can be exchanged based on the case principle according to the invention.
- the master element C can be removed by moving it horizontally, for example.
- the master element E can be inserted into the gap in the same way, for example by pushing it into the corresponding recess.
- the figure also shows an example of the dimensions of the master elements 2.
- the width of a master element 2 can be, for example, approximately 80 mm, while the length can be, for example, approximately 100 mm.
- Fig. 5 is a schematic top view of a two-row first carrier means 10, which comprises eight master elements A - H.
- the size of the first support means 10 is adapted to accommodate a larger number of master elements 2 in two rows.
- Fig. 6 is a schematic side view of a further embodiment of a device for carrying out different process steps during replication of the holograms
- Figure 6A shows the positions of the various elements of the device shortly before the start of a lamination step.
- the master elements A, B, C, etc. are placed in a linear arrangement in the first support means 10.
- the support means 10 comprises only a single row.
- the number of master elements 2 arranged in the individual row and their length determine the repeat length or “repeat length” 20.
- the arrows on the laminating roller 7 in Figure 6A indicate that the laminating roller 7 moves vertically (up/down).
- the laminating roller 7 is advantageously in a first position above the first carrier means 10 and above the composite web 3, so that no friction between the laminating roller 7 and the composite web 3 hinders the movement of the composite web .
- the laminating roller 7 is positioned laterally during the flow of the composite web 3 so that it is outside the space between the coupling elements 8 and the master elements 2. This enables free vertical movement of the coupling elements 8 in the space between them and the master elements.
- the laminating roller 7 is lowered to a second height so that it reaches the level of the aligned horizontal surfaces of the master elements 2.
- the coupling elements 8 in this embodiment include a lower coupling section 9.
- the coupling section 9 consists - in contrast to the main body of the coupling element 8, which is rigid - of an elastic, transparent material such as silicone.
- Figure 6B shows the positions of the various elements of the device 1 during the lamination process.
- the lamination brings the composite web 3 into optical contact with the top sides of the master elements 2.
- the coupling elements 8, which are housed on a second support means (not shown) can be lowered.
- the speed of lowering the coupling elements 8 and/or the speed of rolling the laminating roller 7 are coordinated with one another in order to ensure rapid application of the coupling elements 8 without the risk of mutual interference.
- Figure 6C shows the positions of various elements of the device during exposure.
- the coupling elements 8 are lowered to such an extent that the coupling sections 9 come into contact with the composite web 3 and are pressed elastically against the top of the master elements 2. In this way, the coupling sections 9 ensure a particularly homogeneous and complete optical contact between the master elements 2, the composite web 3 and the coupling elements 8.
- the exposure module is not shown in this figure, but can be designed in various ways, including one or more light sources , mirrors, lenses, color filters, axes, and motors.
- Figure 6D shows the positions of various elements of the preferred device after the exposure process.
- the coupling elements 8 begin to be raised back to their first height.
- the laminating roller 7 begins to roll horizontally downstream.
- Fig. 10 shows the coupling elements 8 and the laminating roller 7 in intermediate positions as they are moved after exposure.
- FIG. 6E shows the device 1 during a detachment step in which the composite web 3 is detached from the top of the master elements 2.
- the laminating roller 7 is moved horizontally to the right.
- a release roller located in front of the master elements 2 can be raised upwards.
- the composite web 3 is arranged above the detachment roller, so that it is also raised by lifting the detachment roller.
- Fig. 6F shows device 1 after the detachment step.
- the coupling elements 8 were completely raised to their first height and the composite web 3 was detached from the master elements 2. A sufficient distance remains between the raised composite web 3 and the master elements 2 so that they can be removed, replaced or rearranged without touching the composite web 3.
- the laminating roller 7 can be raised back to its first height at this stage. As a result, the composite web 3 is no longer clamped between the laminating roller 7 and the first carrier means 10. At this stage, the composite web 3 can continue to flow to later work stations of the process, for example to a fixation module.
- the flow of the composite web 3 is preferably effected by a transport roller (not shown).
- FIG. 7 is a schematic front view of an edge-lit reflection hologram 13.
- the edge-lit reflection hologram 13 is located on a substrate body 14 and is enclosed under a cover 21.
- the reflection hologram 13, the substrate body 14 and the cover 21 form a master element 2.
- the arrows represent light rays for the reconstruction of a holographic image from the reflection hologram 13.
- a reconstruction beam 19 is directed obliquely upwards onto a side surface of the master element, so that the beam is reflected at a suitable angle to the reflection hologram 13.
- the beam 19 is refracted by the transparent substrate body 14 of the master element 2.
- the refracted beam passes through the reflection hologram 13, which is located in the master element 2, and is reflected back to the reflection hologram 13 at an upper boundary surface of the cover 21.
- Reference number 15 shows schematically the total internal reflection caused by the interface.
- the angle at which These totally reflected rays hit the reflection hologram 13 is crucial for its reconstruction.
- the totally reflected rays are reflected by the reflection hologram 13, which is shown by the dashed arrows.
- the holographic image produced is thus essentially orthogonal to the surface of the hologram 13, which facilitates readability when placed, for example, in a vertical surface.
- the illumination is referred to as edge-lit because the reconstruction beam hits the hologram or the substrate body 14 essentially from the side.
- Such a hologram can advantageously be used in glass panels that are illuminated from a side edge so that the light source remains compact and hidden. Essentially, holographic imaging is only visible when the light source, such as an LED, is activated from the appropriate angle, for example to display a warning symbol on a windshield.
- the edge-lit reflection hologram 13 can function as a master hologram.
- the master hologram and the light-sensitive composite web must be exposed from an appropriate angle during reproduction. This can be done with the help of embodiments of the device and the method according to the invention, as explained further below.
- FIG. 8 is a schematic front view of a reconstruction of an edge-lit transmission hologram 16.
- the edge-lit transmission hologram 16 is also located on a substrate body 14 and is enclosed under a cover 21.
- the transmission hologram 16, the substrate body 14 and the cover 21 form a master element 2.
- a reconstruction beam 19 is directed obliquely upward onto a side surface of the master element 2, so that the beam hits the transmission hologram 16 at a suitable angle.
- the beam 19 is refracted through the transparent substrate body 14 of the master element 2 and hits the transmission hologram 16 at this angle.
- the reconstruction beam 19 is at least partially diffracted by the edge-lit transmission hologram 16 to produce a holographic image.
- the beams 12 for forming the holographic image are essentially orthogonal to the surface of the hologram. This can make viewing easier, depending on the position of the hologram relative to the user's eye level.
- This edge-lit transmission hologram 16 can also be used as a master hologram 6 to replicate the edge-lit transmission hologram 16 into a light-sensitive composite web 3. To ensure the desired reconstruction angle, the Master hologram 6 and the composite web 3 are exposed at exactly the same angle at which the reconstruction beam 19 hits the edge-lit transmission hologram 16 in Fig. 8.
- the necessary angle at which a reconstruction light must strike the replicated hologram in order to be correctly reflected and/or diffracted can be acute .
- Direct exposure at such an acute angle can encounter mechanical challenges.
- the use of the substrate body 14 increases the flexibility with which the light source can be positioned and moved for exposure. This is because the angle of incidence of the light on the master hologram 6 depends not only on the position of the light source, but also on the refraction caused by the substrate body 14.
- FIG. 9 is a schematic front view of an exposure process for replicating an edge-lit reflection hologram 13 with the aid of a coupling element 8.
- a reference beam 11 is directed obliquely downwards onto a side surface of the coupling element 8, which is shown as a block above the master element 2.
- the reference beam 11 is refracted by the coupling element 8 and the refracted reference beam 11 passes through the composite web 3 to the master hologram 6.
- the refraction caused by the coupling element 8 contributes to achieving the acute angle of incidence required for the edge-lit hologram.
- the master hologram 6 reflects the reference beam 11 so that an object beam 22 (in the same direction as the reconstructed beam 12 from FIG. 7) passes from the master hologram 6 through the composite web 3.
- the object beam 22 interferes with the reference beam 11 in the light-sensitive material of the composite web 3 to generate the reflection hologram. These two beams hit the light-sensitive material from different sides, so the replicated hologram is a reflection hologram.
- the reference number 17 shows schematically the two interfering beams.
- a reconstruction beam 19 can be used to show the reflection hologram.
- the reconstruction beam 19 is reflected by the microstructure of the exposed light-sensitive material in the direction of the dashed line with the reference number 12, as explained in more detail for FIG. 7.
- FIG. 10 is a schematic front view of an exposure process for replicating an edge-lit transmission hologram 16 using a coupling element 8.
- a reference beam 11 falls on a side surface of a master element in an oblique upward direction.
- the reference beam 11 is refracted by the substrate body 14 of the master element 2 and the refracted beam is transmitted through the master hologram 6 and through the composite web 3.
- the reference beam 11 is transmitted through the master hologram 6 partially undiffracted and partially diffracted in order to generate an object beam 22, which also passes through the composite web 3.
- This optical contact is also achieved by laminating the composite sheet 3 onto the master element 2, the optional use of optical liquids and the appropriate selection of materials with similar refractive indices.
- the diffracted object beam 22 and the undiffracted transmitted reference beam 11 interfere in the light-sensitive material of the composite web 3 in order to inscribe the transmission hologram.
- the two interfering beams are identified by reference number 17. The two beams therefore hit the light-sensitive material from the same side or under the same beam direction in order to replicate a transmission hologram in the composite web 3.
- a reconstruction beam that falls on the composite web from the same angle as the refracted reference beam 11 can be used to reconstruct the hologram.
- the reconstructed beam is indicated schematically by the dashed arrows 12.
- Figure 11 is a schematic front view of an exposure process for replicating a reflection hologram.
- no coupling element 8 is used.
- the top of the master element 2 is optically accessible during exposure.
- a reference beam 11 falls obliquely downward onto the composite web 3 and is refracted by the composite web 3 and/or cover 21 so that it is transmitted to the master hologram 6 at a suitable angle.
- the master hologram 6 reflects the reference beam 11 to an object beam 22, which passes through the composite web upwards in the direction of the dashed arrow. Since the object beam 22 and the reference beam 11 strike the light-sensitive material of the composite web 3 from different sides or under different beam directions, the replicated hologram is a reflection hologram.
- Figure 12 is a schematic front view of an exposure process in which a multiplex hologram is replicated.
- the master hologram 6 includes both a reflection hologram and an edge-lit transmission hologram, which can be replicated in the composite web.
- the transmission hologram is generated in a similar manner as explained above for Figure 10.
- a further reference beam 11 is directed obliquely onto an upper surface of the coupling element 8. This is refracted by the coupling element 8 and transmitted through the composite web 3 to the master hologram 6.
- the master hologram 6 reflects the reference beam 11 to generate an object beam 22 which is transmitted upward through the composite web 3.
- the dotted-dashed arrows 22 show the reflected object rays of the reflection hologram, which interfere with the reference beam 11 to generate a reflection hologram in the light-sensitive material of the composite web 3.
- the dashed arrows 22 pointing upwards, on the other hand, show the diffracted object beams of the transmission hologram, which interfere with the undiffracted portion of the reference beam 11 incident obliquely from below to produce an edge-lit transmission hologram 16 in the composite web 3.
- the coupling element 8 can be brought into contact with the composite web 3 during the exposure of the transmission hologram 16, while it is removed during the exposure of the reflection hologram.
- the reference beam 11, which is used to write the reflection hologram is not refracted by the coupling element 8, as indicated by the dashed arrows 11. This can be taken into account when adjusting the angle of the light source so that the desired reconstruction signal of the hologram can be generated.
- FIG. 13 is a schematic front view of an exposure process in which a transmission hologram 16 is exposed from below.
- one of the at least two visually accessible surfaces of the master element is the bottom surface.
- the height of the master element 2 or the substrate body 14 can be used advantageously to refract the light of a reference beam 11 and to ensure the desired impact angle of the light. This allows coupling to take place through a polished underside.
- FIG. 14 is a schematic front view of an exposure process for replicating a multiplex hologram comprising a transmission hologram 18 and an edge-lit reflection hologram 13.
- the transmission hologram 16 is replicated in a similar manner as explained above for FIG. 13.
- the light source is aligned below the master element 2 so that a reference beam 11 is directed obliquely upwards.
- the reflection hologram 13 is replicated by an edge-lit method with the aid of a coupling element 8, as explained above for FIG. 9.
- the angles of the reference beams 11 used to generate the transmission and reflection holograms are selected so that the optical signal generated by the reconstruction of both holograms is in the same direction as through the two types of shown by dashed arrows.
- FIG. 15 is a schematic front view of an exposure process in which two edge-lit transmission holograms 16 are simultaneously exposed from both sides of a first carrier means 10 with two rows.
- the first carrier means 10 is configured such that that it includes two rows of master elements 2. The two rows are separated by a light-absorbing spacer 4.
- the coupling elements 8 in the second carrier means are separated by an analog light-absorbing spacer 4.
- the spacers 4 keep a buffer in the composite web 3 free from exposure.
- the composite web 3 can be exposed from two directions simultaneously, as shown in the figure. This increases the speed of the procedure.
- the exposure method replicates a transmission hologram 16 on both master elements 2 shown in a composite web 3.
- each master hologram 6 it is entirely possible for each master hologram 6 to be exposed from a different angle and/or to produce a different type of hologram. Thanks to the light-absorbing spacer 4, the reference beam 11, which is used to expose a master hologram 2, does not penetrate into the neighboring hologram. This prevents disruptions such as “cross-talk” and increases the quality of the holograms produced.
- Figures 16A - 16F show schematically an embodiment of the invention, wherein the coupling element 8 is pushed over the surface of the composite web 3 with an optical liquid 29.
- the coupling element 8 has a prismatic shape with a trapezoidal cross section, the shortest side of the trapezoid corresponding to a contact surface 30 which is designed for contact with the master elements 2.
- the shape of the coupling element 8 can therefore also be referred to as a wedge shape.
- Figure 16A shows a first phase of the method.
- the master elements 2 are provided in a first carrier means 10 so that their surfaces are essentially flush.
- a composite track 3 is provided for replication of the master elements.
- the composite web 3 is laminated onto the flush surfaces of the master elements 2 using a lamination roller 7.
- the lamination roller 7 is brought from a storage position onto the surface of the master elements 2, so that the composite web 3 is located between the lamination roller 7 and the master elements 2.
- the lamination roller 7 When positioning the lamination roller 7 on the master elements 2 before lamination, the lamination roller 7 can be moved, in particular rolled, along a plane comprising the surface of the master elements 2. Optionally, the lamination roller 7 is also lowered down to the level of the surfaces of the master elements 2. For this purpose, means for adjusting the height of the lamination roller 7 are preferably used. In order to compensate for variations between the heights of the master elements 2 and/or variations in the positioning of the first carrier means 10, it may be preferred to also adjust the height of the lamination roller 7. For this purpose, the lamination roller 7 can be lowered in steps of, for example, 50 pm until a desired pressure between the lamination roller 7 and the master elements 2 is achieved. Achieving the The desired pressure can be detected by a suitable sensor.
- FIG. 16B shows a further phase of the process after the lamination of the composite web 3 onto the surface of the master elements 2.
- a metering unit 28 for metering optical liquid 29 is applied to the surface of a master element 2 at the end of the first carrier means 10.
- the dosing unit 28 is lowered from a storage position.
- the metering unit 28 applies a quantity of optical liquid 29 to the master element 2, the quantity of the optical liquid 29 being designed to cover a contact surface between the coupling element and the composite web.
- the dosing unit 28 is then brought back into its storage position, as shown in FIG. 16C.
- 16D shows schematically, with the arrow pointing downwards, the height adjustment of the coupling element 8 in order to bring the coupling element 8 from a storage position to a proximity to the master elements 2.
- 16E shows the coupling element 8 after it has been positioned on the surface of a master element 2.
- the coupling element 8 is in contact with the composite web 3, which in turn is laminated to the surface of the master elements 2.
- the contact surface 30 of the coupling element 8 is applied to the composite web 3, so that the optical liquid 29 is located between the coupling element 8 and the composite web 3.
- the optical liquid 29 crosslinks both with the contact surface 30 and the composite web 3 due to capillary forces.
- the optical liquid 29 thus completely excludes the gap between the contact surface 30 and the composite web 3.
- the optical liquid 29 has a refractive index that is essentially identical to the refractive index of the coupling element 8 and / or an upper carrier film of the composite web 3, it prevents unwanted reflections at interfaces between the contact surface 30 and the composite web 3.
- the optical Liquid 29 acts as a lubricant, which supports the sliding of the coupling element 8 over the surface of the master element 2. The capillary forces cause the optical liquid 29 to inevitably follow the contact surface 30 as it moves along the surfaces of the master elements 2. This is shown schematically in Figure 16F.
- a scanning reference beam 11 is directed onto the coupling element 8 in such a way that it is bent into the desired exposure angle by the wedge shape.
- the scanning reference beam 11 follows the movement of the Coupling element 8, for example by moving a laser itself along a track together with a scanning unit. This is shown schematically in Figures 16E and 16F.
- the coupling element 8 is removed from the master elements 2 (not shown).
- the coupling element 8 is preferably moved laterally/elongated and upwards in a continuous movement. Any suction effect is advantageously avoided or reduced.
- Figures 17A - 17E show an exemplary embodiment of the invention, wherein the coupling element 8 has a cylindrical shape. Analogous to the embodiment of Figures 16A - 16E, an optical liquid 29 is introduced to improve the optical contact between the coupling element 8 and the composite web 3.
- 17A shows a lamination step in which a lamination roller 7 is brought onto the surface of the composite web 3 so that the composite web 3 is enclosed between the lamination roller 7 and the first carrier means 10 or the master elements 2.
- the lamination roller 7 rolls over the surfaces of the master elements 2 to bring the composite web 3 into mechanical and optical contact with them.
- 17B and 17C show the application of a quantity of optical liquid 29 to the composite web 3. This is done - analogously to the embodiment of FIGS. 16A - 16E - by means of a height-adjustable metering unit 28.
- the cylindrical coupling element 8 remains in a storage position, which in this embodiment is located above the level of the laminated composite web 3.
- the cylindrical coupling element 8 is then positioned from the storage position onto the accessible surface of the composite web 3, so that the composite web 3 is located between the coupling element 8 and the first carrier means 10 or a master element 2.
- this positioning of the coupling element 8 includes a downward movement, which is made possible by the height-adjustable mounting of the coupling element 8.
- the downward movement is schematically represented by the downward arrow in Figure 17D.
- FIG. 17E shows the coupling element 8 after it has been positioned on the master elements 2.
- the figure also shows the initiation of a rolling movement of the coupling element 8 over the master elements 2.
- the contact surface 30 of the coupling element 8 is applied to the composite web 3, so that the optical liquid 29 is located between the coupling element 8 and the composite web 3.
- the optical liquid 29 crosslinks both the contact surface 30 and the composite web 3 due to capillary forces.
- the optical liquid 29 thus completely excludes the gap between the contact surface 30 and the composite web 3. Since the optical liquid 29 has one Has a refractive index that is essentially identical to the refractive index of the coupling element 8 and / or an upper carrier film of the composite web 3, it prevents unwanted reflections at interfaces between the contact surface 30 and the composite web 3.
- the contact surface 30 between the cylindrical coupling element 8 and the composite web 3 is smaller than the contact surface 30 between the wedge-shaped coupling element 8 and the composite web 3.
- a smaller amount of optical liquid 29 is therefore sufficient to bridge the interface between the cylindrical coupling element 8 and the composite web 3. Due to the capillary forces, the optical liquid 29 remains between the composite web 3 and the cylindrical coupling element 8 during its movement over the surfaces of the master elements 2. This is shown schematically in FIG. 17F.
- a scanning reference beam 11 is directed onto the coupling element 8 synchronously with its movement.
- the scanning reference beam 11 follows the movement of the rolling coupling element 8, for example by moving a laser itself along a track together with a scanning unit. This is shown schematically in Figures 17E and 17F.
Landscapes
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Abstract
Description
VERFAHREN FÜR DIE REPLIKATION EINER MEHRZAHL VON HOLOGRAMMEN MITTELS EINES SETZKASTENPRINZIP METHOD FOR REPLICATION OF A PLURALITY OF HOLOGRAMS USING A BOX PRINCIPLE
BESCHREIBUNG DESCRIPTION
Die Erfindung betrifft ein Verfahren umfassend: Bereitstellung einer Vielzahl von Masterelementen umfassend einen Substratkörper und mindestens ein Masterhologramm, Auswahl einer Sequenz von Masterelementen aus der Vielzahl von Masterelementen in Abhängigkeit der zu replizierenden Mehrzahl von Hologrammen und Anordnung der Sequenz von Masterelementen auf einem ersten Trägermittel, so dass obere Flächen der Masterelemente in einer horizontalen Ebene ausgerichtet vorliegen, lösbare Laminierung einer lichtempfindlichen Verbundbahn auf die ausgerichteten Flächen der Masterelemente, Belichtung der Masterelemente, um die Masterhologramme in die lichtempfindliche Verbundbahn zu replizieren, und Ablösen der belichteten Verbundbahn von den Masterelementen, wobei die Masterelemente in dem ersten Trägermittel lösbar eingebracht vorliegen, sodass eine Sequenz und/oder Zusammensetzung der Masterelemente für die Replikation der Mehrzahl von Hologrammen variierbar ist und wobei die Masterelemente in dem ersten Trägermittel derart eingebracht vorliegen, dass zwei oder mehr Flächen der Masterelemente zum Zwecke der Belichtung optisch zugänglich sind. The invention relates to a method comprising: providing a plurality of master elements comprising a substrate body and at least one master hologram, selecting a sequence of master elements from the plurality of master elements depending on the plurality of holograms to be replicated and arranging the sequence of master elements on a first carrier means, so on that upper surfaces of the master elements are aligned in a horizontal plane, releasable lamination of a light-sensitive composite web onto the aligned surfaces of the master elements, exposure of the master elements in order to replicate the master holograms into the light-sensitive composite web, and detachment of the exposed composite web from the master elements, the master elements are releasably introduced into the first carrier means, so that a sequence and/or composition of the master elements for the replication of the plurality of holograms can be varied and wherein the master elements are introduced into the first carrier means in such a way that two or more surfaces of the master elements are optically visible for the purpose of exposure are accessible.
Hintergrund und Stand der Technik Background and state of the art
Die Erfindung betrifft das Gebiet der Replikation von Hologrammen. The invention relates to the field of replication of holograms.
HOEs (Holographie Optical Elements) bezeichnen typischerweise optische Bauelemente, bei denen holografische Eigenschaften dazu verwendet werden, einen bestimmten Strahlengang des Lichts, wie z.B. Transmission, Reflexion, Beugung, Streuung und/oder Ablenkung etc. zu erreichen. Dadurch können gewünschte optische Funktionalitäten in kompakter Weise in beliebigen Substraten implementiert werden. Die holografischen Eigenschaften nutzen vorzugsweise den Wellencharakter des Lichts aus, insbesondere Kohärenz- und Interferenzeffekte. Dabei wird sowohl die Intensität als auch die Phase des Lichts berücksichtigt.HOEs (Holographic Optical Elements) typically refer to optical components in which holographic properties are used to achieve a specific beam path of light, such as transmission, reflection, diffraction, scattering and/or deflection, etc. This means that desired optical functionalities can be implemented in a compact manner in any substrate. The holographic properties preferably exploit the wave character of light, in particular coherence and interference effects. Both the intensity and the phase of the light are taken into account.
Solche holografischen Elemente finden in vielen Bereichen Anwendung, wie z. B. in transparenten Displays (z.B. in Schaufenstern, Kühlmöbeln, Fahrzeugscheiben), für Beleuchtungsanwendungen, wie Hinweis- oder Warnsignale in Glasflächen, lichtempfindliche Detektionssystemen beispielsweise zur Innenraumüberwachung (Eyetracking in Fahrzeugen oder Anwesenheitsstatus-Tracking von Personen in Innenräumen). Viele HOEs haben große Abmessungen, die zum Beispiel eine ganze Windschutzscheibe abdecken. Andererseits können HOEs auch kleinere Abmessungen haben, zum Beispiel für die Verwendung in Banknoten und Sicherheitssiegeln. Hologramme werden durch die Interferenz eines Referenzstrahls mit dem von der Oberfläche eines Objekts reflektierten Licht (Objektstrahlen) erzeugt. Traditionell wurden dreidimensionale Objekte verwendet, um einzigartige, maßgeschneiderte Hologramme herzustellen. Heutzutage ist es möglich, solche Hologramme mit rein computergenerierten Methoden zu erzeugen, bei denen ein holografisches Interferenzmuster digital berechnet und durch computergesteuerte kohärente Lichtquellen auf ein lichtempfindliches Material "gedruckt" wird. Dies ermöglicht die Herstellung von Hologrammen aus einem computergenerierten Bild und gilt als besonders geeignet für die Herstellung von einmaligen Versionen von Hologrammen, kundenspezifischen Hologrammen oder für die Herstellung von Masterhologrammen, die später vervielfältigt werden. Ein beispielhaftes Verfahren dieser Art ist als "Laser Scanning Holographie Lithography" bekannt. Dieses Verfahren erfordert die Verwendung sehr feiner Laserstrahlen mit einer Strahlbreite im Mikrometerbereich. Das Verfahren ist aus dem Grunde zeit- und kostenintensiv, sodass vor allem bei sehr großen Masterhologrammen der Einsatz unwirtschaftlich wird. Such holographic elements are used in many areas, such as: B. in transparent displays (e.g. in shop windows, refrigerated cabinets, vehicle windows), for lighting applications, such as information or warning signals in glass surfaces, light-sensitive detection systems, for example for interior monitoring (eye tracking in vehicles or presence status tracking of people indoors). Many HOEs have large dimensions, for example covering an entire windshield. On the other hand, HOEs can also have smaller dimensions, for example for use in banknotes and security seals. Holograms are created by the interference of a reference beam with the light reflected from the surface of an object (object rays). Traditionally, three-dimensional objects have been used to create unique, customized holograms. Today it is possible to create such holograms using purely computer-generated methods, in which a holographic interference pattern is digitally calculated and "printed" onto a light-sensitive material by computer-controlled coherent light sources. This allows the production of holograms from a computer-generated image and is considered particularly suitable for the production of one-off versions of holograms, customized holograms, or for the production of master holograms that are later duplicated. An exemplary process of this type is known as "Laser Scanning Holography Lithography". This process requires the use of very fine laser beams with a beam width in the micrometer range. The process is therefore time-consuming and cost-intensive, making it uneconomical to use, especially with very large master holograms.
Kommerziell erhältliche HOEs werden hingegen oft durch Vervielfältigungsverfahren in Massenproduktion hergestellt. Derartige Vervielfältigungsverfahren verwenden in der Regel ein Masterhologramm, welche das zu kopierende Bild aufweist. Das Masterhologramm hat oftmals ähnlich große Abmessungen wie das HOE. Die Materialien für das Masterhologramm sind häufig teurer als die replizierten HOEs, da die Masterhologramme typischerweise aus einem haltbareren Metall bestehen oder in ein transparentes Substrat von hoher Rigidität und Oberflächenqualität als ein Masterelement eingebettet sind. Auch die Herstellung von Masterhologrammen ist aufgrund der Verwendung benutzerdefinierter Verfahren kostenintensiv, unabhängig davon, ob es sich um traditionelle oder computergenerierte Verfahren handelt. Commercially available HOEs, on the other hand, are often mass-produced through duplication processes. Such reproduction processes usually use a master hologram, which has the image to be copied. The master hologram often has similar dimensions to the HOE. The materials for the master hologram are often more expensive than the replicated HOEs because the master holograms are typically made of a more durable metal or are embedded in a transparent substrate of high rigidity and surface quality as a master element. The production of master holograms is also costly due to the use of custom processes, whether traditional or computer-generated.
Masterhologramme werden häufig in einem Substratkörper gespeichert, der das Masterhologramm trägt. Vorzugsweise ist der Substratkörper transparent. Der Substratkörper hat vorzugsweise mehrere Flächen, darunter eine obere oder untere Fläche, die horizontal ausgerichtet sein kann. Die Kombination des Masterhologramms mit dem Substratkörper bildet ein Masterelement. Die Größe des Masterelements beträgt in der Regel ein Vielfaches der Größe des Masterhologramms. Das hohe Gewicht von Masterelementen wird durch die für den Substratkörper verwendeten harten, transparenten Materialien wie Glas verursacht. Master holograms are often stored in a substrate body that carries the master hologram. The substrate body is preferably transparent. The substrate body preferably has multiple surfaces, including an upper or lower surface that may be horizontally oriented. The combination of the master hologram with the substrate body forms a master element. The size of the master element is usually a multiple of the size of the master hologram. The heavy weight of master elements is caused by the hard, transparent materials such as glass used for the substrate body.
Die kontinuierliche Vervielfältigung eines einzigen Masterhologramms zur Herstellung einer Reihe von identischen Kopien solcher HOEs ist bekannt. In der Regel erfolgt dieser Prozess durch ein Prägeverfahren in ein lichtempfindliches Material zur Herstellung von Reflexionshologrammen. Die Vervielfältigung kann auch durch eine optische Belichtung erfolgen, um ein Volumenhologramm zu erzeugen. In diesen Fällen wird ein lichtempfindliches Material in optischen Kontakt mit einem Masterelement gebracht und mit kohärentem Licht belichtet. Um eine kontinuierliche Verarbeitung zu ermöglichen und die Geschwindigkeit des Verfahrens zu erhöhen, kann das lichtempfindliche Material in Form einer Bahn bereitgestellt und durch Rollen durch verschiedene Arbeitsstationen transportiert werden, um die HOEs herzustellen. Solche Bahnen sind häufig ausschließlich in Standard-Breiten erhältlich, welche zum Beispiel an die Breite von Rollen in den Arbeitsstationen angepasst sind. The continuous duplication of a single master hologram to produce a series of identical copies of such HOEs is known. Typically, this process occurs through an embossing process into a light-sensitive material to produce reflection holograms. The reproduction can also be done by optical exposure to create a volume hologram. In these cases, a light-sensitive Material brought into optical contact with a master element and exposed to coherent light. To enable continuous processing and increase the speed of the process, the photosensitive material may be provided in the form of a web and transported by rolling through various work stations to produce the HOEs. Such tracks are often only available in standard widths, which are adapted, for example, to the width of rolls in the workstations.
Insbesondere bei kleinen HOEs (Breite oder Länge <150 mm) kann ihre Replikation auf einer solchen Bahn mit einem einzigen Masterelement häufig nicht prozess- bzw. materialeffizient durchgeführt werden. Vor allem in Fällen, in denen die Breite der Bahn die Breite des HOEs um ein Vielfaches übersteigt, muss ein großer Teil der lichtempfindlichen Bahn in späteren Arbeitsschritten weggeschnitten und entsorgt werden. Dies führt zu Materialabfall, höheren Kosten und schränkt zudem die Geschwindigkeit sowie Effizienz des Kopiervorgangs ein.Especially in the case of small HOEs (width or length <150 mm), their replication on such a path with a single master element often cannot be carried out in a process- or material-efficient manner. Especially in cases where the width of the web is many times greater than the width of the HOE, a large part of the light-sensitive web must be cut away and disposed of in later work steps. This leads to material waste, higher costs and also limits the speed and efficiency of the copying process.
Eine Alternative kann die Verwendung mehrerer Masterhologramme sein, um die HOEs nebeneinander über die Breite der Bahn zu produzieren. Dies verbessert zwar die Materialausnutzung, führt aber zu Herausforderungen für die Platzierung der Masterhologramme. Insbesondere können Unebenheiten zwischen den Masterhologrammen zu einem schlechten optischen Kontakt zwischen der Bahn und den Masterhologrammen führen, so dass unerwünschte Reflexionen an den Grenzflächen auftreten. Eine mögliche Lösung für dieses Problem besteht darin, verschiedene Masterhologramme in ein einziges, großflächiges Masterelement zu integrieren. Ein großflächiges Masterelement kann eine perfekt ebene und durchgehende Oberfläche bieten, um den erforderlichen optischen Kontakt mit der Bahn herzustellen. An alternative may be to use multiple master holograms to produce the HOEs side by side across the width of the web. Although this improves material utilization, it creates challenges for the placement of the master holograms. In particular, unevenness between the master holograms can lead to poor optical contact between the web and the master holograms, so that undesirable reflections occur at the interfaces. A possible solution to this problem is to integrate different master holograms into a single, large-area master element. A large-area master element can provide a perfectly flat and continuous surface to create the required optical contact with the web.
Die Herstellung großer Masterelemente mit einer Vielzahl von Masterhologrammen ist jedoch teuer, u.a. weil die Herstellung großflächiger optisch fehlerfrei polierter Substrate nicht trivial ist. Außerdem sind solche Masterelemente aufgrund ihres Gewichts schwerer zu bewegen, was ein Einbringen und Entfernen solch großer Masterelemente in eine Produktionslinie erschwert. Zudem sind die Lagerung und logistische Vorhaltung einer großen Anzahl schwerer und kostenintensiver Masterelemente wenig praktikabel. However, the production of large master elements with a large number of master holograms is expensive, among other things because the production of large-area optically flawlessly polished substrates is not trivial. In addition, such master elements are more difficult to move due to their weight, which makes it difficult to insert and remove such large master elements from a production line. In addition, the storage and logistical provision of a large number of heavy and cost-intensive master elements is not very practical.
Zudem kann es bei einer platzeffizienten Positionierung von Masterhologrammen zu unerwünschten optischen Störungen in dem erzeugten HOE kommen. Zum Beispiel können Referenzstrahlen, die zur Belichtung eines Masterhologramms verwendet werden, sich ausbreiten oder gestreut werden und ein benachbartes Hologramm erreichen, was dazu führt, dass auch dieses versehentlich belichtet wird. Um dies zu vermeiden sind hohe Pufferabstände zwischen den Masterhologrammen erforderlich, was sich nachteilig auf eine materialeffiziente Nutzung der Masterelemente wie auch der lichtempfindlichen Bahn auswirkt. Auf einem Masterelement können identische Masterhologramme vorliegen, um wie obig erläutert eine effizientere Ausnutzung einer lichtempfindlichen Bahn zu schaffen. In einem solchen Fall kann ein und derselbe Scanlaser alle Masterhologramme aus demselben Winkel belichten. In addition, when positioning master holograms in a space-efficient manner, undesirable optical interference can occur in the HOE generated. For example, reference beams used to expose a master hologram may propagate or be scattered and reach a neighboring hologram, causing that too to be inadvertently exposed. To avoid this, large buffer distances between the master holograms are required, which has a disadvantageous effect on the material-efficient use of the master elements as well as the light-sensitive path. Identical master holograms can be present on a master element in order to create more efficient use of a light-sensitive path, as explained above. In such a case, one and the same scanning laser can expose all master holograms from the same angle.
Es kann aber auch bevorzugt sein, dass Masterhologramme verschiedener Motive gleichzeitig repliziert werden sollen. Zum einen kann dies bevorzugt sein, um gleichzeitig eine Replikationsanlage für verschiedene Anwendungen zu nutzen. Auch kann es notwendig sein, für die Bereitstellung eines großflächigen HOEs eine Vielzahl von HOEs verschiedener Art zu replizieren, welche anschließend zu einem großflächigen HOE zusammengefügt werden.However, it can also be preferred that master holograms of different motifs should be replicated at the same time. On the one hand, this can be preferred in order to use one replication system for different applications at the same time. To provide a large-scale HOE, it may also be necessary to replicate a large number of HOEs of different types, which are then combined to form a large-scale HOE.
Die verschiedenen zu replizierenden Hologramme können sich hierbei nicht nur aufgrund der Motive, die sie enthalten, sondern auch aufgrund ihres Typs voneinander unterscheiden. So sind beispielsweise Transmissions- und Reflexionshologramme bekannt, die ihrerseits in Kategorien wie edge-lit, back-lit usw. unterteilt sind. Hologramme für verschiedene Zwecke müssen auf unterschiedliche Weise und aus unterschiedlichen Winkeln belichtet werden, zum Beispiel, um der Position einer Lichtquelle zu entsprechen, mit der das Hologramm rekonstruiert werden soll. Um den Aufwand zu reduzieren, wäre es auch von Vorteil, wenn verschiedene Arten von Masterhologrammen mit verschiedenen Motiven sowie auch verschiedenen Belichtungsmethoden in einer einzigen Vorrichtung auf einer Bahn belichtet werden können.The different holograms to be replicated can differ from each other not only because of the motifs they contain, but also because of their type. For example, transmission and reflection holograms are known, which in turn are divided into categories such as edge-lit, back-lit, etc. Holograms for different purposes need to be exposed in different ways and from different angles, for example to match the position of a light source used to reconstruct the hologram. In order to reduce the effort, it would also be advantageous if different types of master holograms with different motifs as well as different exposure methods could be exposed on a path in a single device.
Für den Fall, dass dasselbe Masterelement eine Vielzahl von Masterhologrammen verschiedener Motive und Typen umfasst, ist ein einfaches Laserscanning über das gesamte Masterelement nicht geeignet. Die Ausgestaltung eines optischen Aufbaus, um verschiedene Masterhologramme desselben Masterelementes aus verschiedenen Winkeln zu belichten, ohne dass Bereiche fehlerhaft belichtet werden, ist komplex. Zudem müssen in diesem Fall die Masterhologramme im Masterelement besonders weit voneinander getrennt werden, um eine unerwünschte Überlagerung von Lichtstrahlen zu vermeiden. In the event that the same master element includes a large number of master holograms of different motifs and types, simple laser scanning over the entire master element is not suitable. The design of an optical setup in order to expose different master holograms of the same master element from different angles without areas being exposed incorrectly is complex. In addition, in this case, the master holograms in the master element must be separated from one another particularly widely in order to avoid unwanted superimposition of light beams.
Ein weiteres Problem ergibt sich, sofern sich eines oder mehrere Masterhologramme im Masterelement als fehlerhaft erweist, degradiert ist oder verändert werden sollte. Da die Masterhologramme fest mit dem Substratkörper verbunden sind, können sie nicht einzeln ausgetauscht werden, ohne das gesamte Masterelement zu ersetzen. A further problem arises if one or more master holograms in the master element prove to be faulty, degraded or should be changed. Since the master holograms are firmly connected to the substrate body, they cannot be replaced individually without replacing the entire master element.
Insbesondere wenn Änderungen nur in einem Teilbereich eines größeren Masterhologramms erforderlich sind, führt dies zu einem großen Verlust an Material und erhöhten Herstellungskosten. Insofern häufig Änderungen auftreten und nur kleine Serien produziert werden, wird das Verfahren unpraktikabel. Eine Alternative besteht darin, jedes Hologramm mit einer computergesteuerten Lithografietechnik herzustellen. Wie oben erläutert, ist dies jedoch für die meisten kommerziellen Anwendungen unwirtschaftlich. Es besteht daher ein Bedarf, ein effizienteres Verfahren zur Vervielfältigung von Hologrammen bereitzustellen, welches Änderungen auf einfache Weise erlaubt und sich insbesondere zur flexibleren, materialsparenden Replikation von Hologrammen in kleinen und großen Dimensionen eignet. Weiterhin wäre es wünschenswert, einfache Möglichkeiten zu schaffen Masterhologramme zwischen kurzen Serien zu variieren, wobei die Masterhologramme leicht Speicher- und austauschbar sind. In particular, if changes are only required in a portion of a larger master hologram, this leads to a large loss of material and increased manufacturing costs. If changes occur frequently and only small series are produced, the process becomes impractical. An alternative is to produce each hologram using a computer-controlled lithography technique. However, as explained above, this is uneconomical for most commercial applications. There is therefore a need to provide a more efficient method for reproducing holograms, which allows changes in a simple manner and is particularly suitable for more flexible, material-saving replication of holograms in small and large dimensions. Furthermore, it would be desirable to create simple ways to vary master holograms between short series, with the master holograms being easy to store and exchange.
Für viele Anwendungen, z. B. für die Herstellung von personalisierten Sicherheitsmerkmalen (beispielsweise eines holografischen Geburtsdatums, eines holografischen Ausstellungsdatum, einer holografischen Seriennummer oder ähnliches), sind die bekannten Methoden der Serienvervielfältigung nicht ohne Weiteres geeignet. Dies liegt daran, dass das herzustellende Hologramm entweder einzigartig sein oder eine einzigartige Kombination von Merkmalen wie Zahlen, Symbolen und Bilder enthalten kann. Darüber hinaus kann es erforderlich sein, dass es sich bei diesen Hologrammen um verschiedene Typen mit unterschiedlichen Belichtungsanforderungen handelt. Beispielsweise können zur Verwendung in Brillen mit einer bestimmten Tönung oder Stärke, Transmissionshologramme notwendig sein (vgl. WO2016202595A1 ). Ebenso kann es erforderlich sein, dass die Hologramme Reflexionshologramme sind, zum Beispiel für die Verwendung in einem Display. Die Hologramme müssen möglicherweise eine bestimmte Farbe haben oder nur aus einem bestimmten Winkel sichtbar sein. For many applications, e.g. B. for the production of personalized security features (e.g. a holographic date of birth, a holographic date of issue, a holographic serial number or similar), the known methods of serial reproduction are not easily suitable. This is because the hologram being created can either be unique or contain a unique combination of features such as numbers, symbols and images. In addition, these holograms may be required to be of different types with different exposure requirements. For example, transmission holograms may be necessary for use in glasses with a certain tint or strength (see WO2016202595A1). It may also be necessary for the holograms to be reflection holograms, for example for use in a display. The holograms may need to be a certain color or only be visible from a certain angle.
Aus der US2007024939A1 ist ein Verfahren bekannt, das die Flexibilität eines Einsatzes von Masterhologrammen in einer Produktionsserie erhöht. Das Verfahren umfasst die In-Kontakt- Bringung einer lichtempfindlichen Bahn mit einer Matrix von kleinen getrennten Masterelementen. Die Masterelemente selbst umfassen veränderbare Merkmale wie z. B. einen Zähler und sind in einem Gerüst so angeordnet, dass nur ihre Oberseite für die Belichtung zugänglich ist. Die Anordnung ermöglicht somit die Belichtung nur von einer Seite, um ausschließlich Reflexionshologramme zu erzeugen. From US2007024939A1 a method is known that increases the flexibility of using master holograms in a production series. The method involves bringing a photosensitive web into contact with a matrix of small, discrete master elements. The master elements themselves include changeable features such as: B. a counter and are arranged in a framework so that only their top is accessible for exposure. The arrangement therefore enables exposure from only one side in order to produce reflection holograms only.
Des Weiteren bietet die aus US2007024939A1 bekannte Anordnung keine präzise Führung des Belichtungslichts zu den Masterelementen oder der lichtempfindlichen Bahn. Die Winkel, aus denen das durch die lichtempfindliche Bahn einfallende Licht die Masterelemente erreichen kann, sind begrenzt, da das Licht nur auf die obere Seite der Masterelemente fallen kann. Daher müssen alle Masterelemente im Wesentlichen durch dieselbe Technik belichtet werden. Das heißt, obwohl in einem Produktionslauf verschiedene Masterelemente (oder „objects“) kopiert werden können, müssen sie alle auf die gleiche Weise kopiert werden, um ausschließlich Reflexionshologramme zu bilden. Die Masterhologramme stehen hierfür vor einem gespiegelten Hintergrund. Außerdem ist nicht vorgesehen, dass benachbarte Kopien vor Störungen durch Licht geschützt werden, das von benachbarten Masterhologrammen reflektiert wird. Die Belichtung der Masterhologramme von oben wird als einzige Möglichkeit offenbart, verschiedene Hologramme in der lichtempfindlichen Bahn zu erzeugen, ohne dass es zu unerwünschten Überlagerungen zwischen den verschiedenen Bildern kommt. Bei der Belichtung, wie sie in diesem Dokument beschrieben wird, muss der Referenzstrahl verschiedene Komponenten mit unterschiedlichen optischen Indizes durchqueren, durch die er unterschiedlich gebrochen wird. Zwischen Schichten mit unterschiedlichem optischen Index - zum Beispiel zwischen den Masterelementen, der lichtempfindlichen Bahn und der umgebenden Luft - treten Grenzflächen auf, an denen ein hohes Risiko für Reflexionen besteht. Hierdurch können unerwünschte Belichtungsmuster auftreten. Furthermore, the arrangement known from US2007024939A1 does not offer precise guidance of the exposure light to the master elements or the light-sensitive path. The angles from which the light incident through the photosensitive track can reach the master elements are limited because the light can only fall on the upper side of the master elements. Therefore, all master elements must be exposed using essentially the same technique. This means that although different master elements (or "objects") can be copied in a production run, they must all be copied in the same way to form reflection holograms only. The master holograms stand in front of a mirrored background. Furthermore, there is no provision for protecting adjacent copies from interference from light reflected from adjacent master holograms. Exposing the master holograms from above is revealed to be the only way to create different holograms in the light-sensitive path without causing unwanted superimpositions between the different images. During exposure as described in this document, the reference beam must pass through various components with different optical indices through which it is refracted differently. Between layers with different optical indexes - for example between the master elements, the light-sensitive web and the surrounding air - interfaces occur at which there is a high risk of reflections. This can cause undesirable exposure patterns to occur.
Aus der DE 10 2010 2014 3015 A1 ist ein Verfahren für die Replikation von mehreren Reflexionshologrammen bekannt. Die zu kopierenden Hologrammen werden nebeneinander auf der Oberfläche einer Trommel mit einem Polygon-Querschnitt bzw. prismatischen Formbereitgestellt, wobei jede Mantelfläche der Trommel mindestens ein Masterhologramm aufweist. Ein lichtempfindliches Material wird für eine Belichtung über die Oberfläche der Trommel geführt. Um Luftspalten, insbesondere an den Ecken der Trommel, zwischen dem lichtempfindlichen Material und der Trommel zu eliminieren, werden Walzen über die Oberfläche der Trommel geführt. Ähnlich wie die Vorrichtung gemäß US2007024939A1 ermöglicht diese Anordnung nur eine Belichtung von Reflexionshologrammen. Eine größere Flexibilität bei der Belichtung verschiedener Arten von Hologrammen ist nicht gegeben. Außerdem kann das Umwickeln des lichtempfindlichen Materials über die Oberfläche einer mehrseitigen prismatischen Trommel die mechanische Qualität des lichtempfindlichen Materials beeinträchtigen und unerwünschte Rillen oder Falten hinterlassen. Es bedarf daher einer Anordnung, die die schonende Handhabung einer Verbundbahn ermöglicht, um einen flexiblen Replikationsprozess durchzuführen. From DE 10 2010 2014 3015 A1 a method for replicating multiple reflection holograms is known. The holograms to be copied are provided side by side on the surface of a drum with a polygonal cross-section or prismatic shape, each lateral surface of the drum having at least one master hologram. A photosensitive material is passed over the surface of the drum for exposure. To eliminate air gaps, particularly at the corners of the drum, between the photosensitive material and the drum, rollers are passed over the surface of the drum. Similar to the device according to US2007024939A1, this arrangement only allows exposure of reflection holograms. There is no greater flexibility in exposing different types of holograms. Additionally, wrapping the photosensitive material over the surface of a multi-sided prismatic drum can degrade the mechanical quality of the photosensitive material and leave undesirable grooves or wrinkles. An arrangement is therefore required that enables the gentle handling of a composite web in order to carry out a flexible replication process.
Im Lichte des bekannten Standes der Technik besteht mithin ein Bedarf an einem Verfahren, das nicht nur die Vervielfältigung verschiedener Masterelemente mit unterschiedlichen Masterhologrammen in einer einzigen Serie ermöglicht, sondern zudem vorzugsweise eine kontrollierte Belichtung jedes Masterelements aus einer bestimmten Richtung oder mit einer bestimmten Wellenlänge ermöglicht, so dass auch verschiedene Belichtungsmethoden in einer einzigen Serie durchgeführt werden können. In light of the known prior art, there is therefore a need for a method that not only enables the reproduction of different master elements with different master holograms in a single series, but also preferably enables controlled exposure of each master element from a specific direction or with a specific wavelength, so that different exposure methods can be carried out in a single series.
Aufgabe der Erfindung Task of the invention
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren für die Replikation einer Mehrzahl von Hologrammen, ohne die Nachteile des Standes der Technik bereitzustellen. Insbesondere war es eine Aufgabe der Erfindung ein Verfahren bereitzustellen, welche sich für die materialsparende Replikation von Hologrammen mit hoher Präzision und Qualität eignet, wobei vorzugsweise auch unterschiedliche Hologramme mit unterschiedlichen Belichtungsanforderungen repliziert werden können. The object of the invention is to provide a method for replicating a plurality of holograms without the disadvantages of the prior art. In particular, it was an object of the invention to provide a method which is suitable for material-saving replication of holograms with high precision and quality, preferably different holograms with different exposure requirements can also be replicated.
Zusammenfassung der Erfindung Summary of the invention
Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. The task is solved by the features of the independent claim. Advantageous embodiments of the invention are described in the dependent claims.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die Replikation einer Mehrzahl von Hologrammen umfassend die folgenden Schritte: a. Bereitstellung einer Vielzahl von Masterelementen umfassend einen Substratkörper und mindestens ein Masterhologramm, b. Auswahl einer Sequenz von Masterelementen aus der Vielzahl von Masterelementen in Abhängigkeit der zu replizierenden Mehrzahl von Hologrammen und Anordnung der Sequenz von Masterelementen auf einem ersten Trägermittel, so dass obere Flächen der Masterelemente in einer horizontalen Ebene ausgerichtet vorliegen, c. Lösbare Laminierung einer lichtempfindlichen Verbundbahn auf die ausgerichteten Flächen der Masterelemente, d. Belichtung der Masterelemente, um die Masterhologramme in die lichtempfindliche Verbundbahn zu replizieren, und e. Ablösen der belichteten Verbundbahn von den Masterelementen, wobei die Masterelemente in dem ersten Trägermittel lösbar eingebracht vorliegen, sodass eine Sequenz und/oder Zusammensetzung der Masterelemente für die Replikation der Mehrzahl von Hologrammen variierbar ist und wobei die Masterelemente in dem ersten Trägermittel derart eingebracht vorliegen, dass zwei oder mehr Flächen der Masterelemente zum Zwecke der Belichtung optisch zugänglich sind. The invention relates to a method for replicating a plurality of holograms comprising the following steps: a. Providing a plurality of master elements comprising a substrate body and at least one master hologram, b. Selecting a sequence of master elements from the plurality of master elements depending on the plurality of holograms to be replicated and arranging the sequence of master elements on a first carrier means so that upper surfaces of the master elements are aligned in a horizontal plane, c. Removable lamination of a light-sensitive composite web onto the aligned surfaces of the master elements, i.e. exposing the master elements to replicate the master holograms into the photosensitive composite web, and e. Detaching the exposed composite web from the master elements, wherein the master elements are releasably introduced into the first carrier means, so that a sequence and/or composition of the master elements for the replication of the plurality of holograms can be varied, and wherein the master elements are introduced into the first carrier means in such a way that two or more surfaces of the master elements are optically accessible for the purpose of exposure.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass mehrere Masterhologramme in einer einzigen Serie belichtet werden können und gleichzeitig eine große Flexibilität in der Belichtungsmethode gegeben ist. Durch die Bereitstellung einer Vielzahl von Masterelementen und deren Anordnung, beispielsweise in einer linearen Anordnung, kann ein großes Hologramm aus mehreren kleineren Motiven gebildet werden. Diese können Teil eines größeren Bildes sein oder als eigenständige Komponente auftreten. Zusätzlich oder alternativ können die Masterelemente einzelne Hologramme darstellen, die nach dem Kopieren getrennt werden sollen. Durch die Verwendung mehrerer kleineren Masterelemente zur Abdeckung einer Fläche, die normalerweise von einem einzigen großen Masterelement abgedeckt wird, kann die Komplexität eines Systems verringert werden. Geringfügige Änderungen oder Defekte an einem Masterelement erfordern nicht den Austausch aller Elemente. Außerdem können die Masterelemente kleiner gestaltet werden. Dies senkt die Kosten für die Herstellung und Einsetzung der Masterelemente enorm. So können beispielsweise die transparenten Substrate, die zur Unterbringung der Masterhologramme verwendet werden, einfacher vorbereitet und poliert werden. Dies bietet zudem Vorteile hinsichtlich der Qualität der Masterelemente, da Polieranlagen für die verwendeten Materialien oft eine maximale Größenbegrenzung haben. Indem die Abmessungen des Masterelements begrenzt werden, kann ein hoher Politurgrad mit einfachen Mitteln gewährleistet werden. Auch der Transport und die Lagerung kleinerer und leichterer Masterelemente ist wirtschaftlicher, da diese platzsparend gestapelt, ohne spezielle Hebevorrichtungen transportiert und auf einfache Weise in eine Replikationsvorrichtung eingesetzt oder entnommen werden können. The method according to the invention has the advantage that several master holograms can be exposed in a single series and at the same time there is great flexibility in the exposure method. By providing a large number of master elements and arranging them, for example in a linear arrangement, a large hologram can be formed from several smaller motifs. These can be part of a larger picture or appear as a standalone component. Additionally or alternatively, the master elements can represent individual holograms that are to be separated after copying. Using multiple smaller master elements to cover an area that would normally be covered by a single large master element can reduce the complexity of a system. Minor changes or defects to a master element do not require replacement of all elements. In addition, the master elements can be made smaller. This reduces the costs for producing and installing the master elements enormously. For example, the transparent substrates used to house the master holograms can be prepared and polished more easily. This also offers advantages in terms of the quality of the master elements, as polishing systems often have a maximum size limit for the materials used. By limiting the dimensions of the master element, a high degree of polish can be ensured with simple means. The transport and storage of smaller and lighter master elements is also more economical, as they can be stacked to save space, transported without special lifting devices and can be easily inserted into or removed from a replication device.
Weiterhin erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren eine optimale Materialausnutzung der lichtempfindlichen Verbundbahn. Vorzugsweise kann sich das Trägermittel über die gesamte Breite der Verbundbahn erstrecken, sodass die Masterhologrammen in Bereichen der Verbundbahn über deren gesamte Breite repliziert werden können. Die Bereitstellung von separaten Masterelementen in einem Trägermittel erlaubt hierbei vorteilhaft zudem die einzelnen Masterelementen zur Vermeidung von Streulicht beim Belichtungsvorgang voneinander optisch zu trennen. Hierzu können beispielsweise Seitenflächen der Masterelemente mit einer lichtabsorbierenden Schicht versehen sein. Ebenso kann das Trägermittel selbst lichtabsorbierende Abstandshalter bereitstellen. Die Bereitstellung separater Masterelemente erlaubt mithin eine Reihe von Maßnahmen, um eine deutlich dichtere Positionierung von Masterhologrammen zu ermöglichen, ohne dass die Präzision oder Qualität der Replikation leidet. Furthermore, the method according to the invention allows optimal material utilization of the light-sensitive composite web. Preferably, the carrier means can extend over the entire width of the composite web, so that the master holograms can be replicated in areas of the composite web over its entire width. The provision of separate master elements in a carrier means advantageously also allows the individual master elements to be optically separated from one another in order to avoid scattered light during the exposure process. For this purpose, for example, side surfaces of the master elements can be provided with a light-absorbing layer. Likewise, the carrier means itself can provide light-absorbing spacers. The provision of separate master elements therefore allows a number of measures to enable significantly closer positioning of master holograms without compromising the precision or quality of replication.
Darüber hinaus kann durch die Bereitstellung einer Vielzahl solcher Masterelemente ein Pool von verschiedenen Bausteinen bereitgestellt werden. Durch die Auswahl von Masterelementen aus einer solchen Vielzahl kann ein diverses Spektrum von verschiedenen Kombinationen von Bausteinen auf einem einzigen lichtempfindlichen Material reproduziert werden. Dies bietet eine enorme Flexibilität bei der Kombination von Bausteinen, um eine große Vielfalt von Bildern, Mustern oder Texten zu erzeugen, wobei die Kosten im Vergleich zur digital gesteuerten Einzelholografie deutlich gesenkt sind. Bildlich gesprochen kann eine Einzelholografie mit dem Schreiben von Hand verglichen werden, während die Auswahl der Masterelemente aus der Vielzahl von Masterelementen ein wirtschaftlicheres Setzkastenprinzip analog einer Gutenburg- Presse ausnutzt. Durch die Auswahl der Masterelemente aus der Vielzahl der Masterelemente nach einer Sequenz können individuelle Hologramme nur in der vom Endverbraucher gewünschten Anzahl und Reihenfolge hergestellt werden. Dies ist besonders nützlich in Industrien, die eine sequenzielle Teilelieferung (SPD) oder eine Just-in-Sequence-Liefermethode (JIS) von Teilen verwenden, und ermöglicht vorteilhafterweise die Integration des erfindungsgemäßen Verfahrens in solchen Fabriken. Zum Beispiel in der Automobilindustrie, die mehr in Richtung I ndividualisierbarkeit tendiert und mehr HOEs in der Konstruktion von Automobilien integriert, können die replizierten Hologramme in einer Sequenz geliefert werden, die mit der der Automobilproduktionssequenz harmoniert. So können logistische Zwischenschritte entfallen, was die Effizienz erhöht. Da nur die exakt benötigte Stückzahl produziert wird, fällt darüber hinaus weniger Abfall an. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich aus ähnlichen Gründen auch für Hochsicherheitsanwendungen wie Banknoten und Ausweisdokumente. In addition, by providing a large number of such master elements, a pool of different building blocks can be provided. By selecting master elements from such a variety, a diverse spectrum of different combinations of building blocks can be reproduced on a single light-sensitive material. This offers enormous flexibility in combining building blocks to produce a wide variety of images, patterns or text, while significantly reducing costs compared to digitally controlled single holography. Metaphorically speaking, an individual holography can be compared to writing by hand, while the selection of the master elements from the large number of master elements uses a more economical typesetting box principle analogous to a Gutenburg press. By selecting the master elements from the large number of master elements according to a sequence, individual holograms can only be produced in the number and order desired by the end user. This is particularly useful in industries that use sequential parts delivery (SPD) or a just-in-sequence (JIS) delivery method of parts, and advantageously enables the inventive method to be integrated into such factories. For example, in the automotive industry, which is moving more towards customization and integrating more HOEs in the design of automobiles, the replicated holograms can be delivered in a sequence that harmonizes with that of the automobile production sequence. This means that intermediate logistical steps can be eliminated, which increases efficiency. Since only the exact number of pieces required is produced, there is also less waste. For similar reasons, the method according to the invention is also suitable for high-security applications such as banknotes and identification documents.
Weiterhin ermöglicht es das Trägermittel vorteilhaft, die einzelnen Masterelemente in der Vorrichtung so zu platzieren, dass sie in festen, bekannten Abständen zueinanderstehen. Dies gewährleistet eine sehr hohe Präzision bei der Platzierung, die im weiteren Verlauf des Prozesses bei Bedarf eine Trennung der replizierten Hologramme erlaubt. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegen die Masterelemente in dem ersten Trägermittel in einer linearen Anordnung vor. Furthermore, the carrier means advantageously makes it possible to place the individual master elements in the device in such a way that they are at fixed, known distances from one another. This ensures very high precision in placement, which allows the replicated holograms to be separated if necessary later in the process. In a preferred embodiment of the invention, the master elements are present in a linear arrangement in the first carrier means.
Das Trägermittel erlaubt es auch, die Masterelemente so präzise zu platzieren, dass ihre Oberflächen untereinander und mit dem Trägermittel bündig sind. So kann die Vielzahl der Masterelemente auch bei dünnen, flexiblen, lichtempfindlichen Materialien verwendet werden, ohne diese zu beschädigen. Dies stellt insofern eine Abkehr von vorherigen Ansichten dar, wonach die Verwendung mehrerer nebeneinander angeordneten Masterelemente in einem einzigen Durchgang dazu führen würde, dass sich Kanten oder Vorsprünge an einer fließenden Verbundbahn aus lichtempfindlichem Material zu Verschleiß oder Schädigungen führen. The carrier means also allows the master elements to be placed so precisely that their surfaces are flush with each other and with the carrier means. This means that the large number of master elements can also be used with thin, flexible, light-sensitive materials without damaging them. This represents a departure from previous views, according to which the use of several master elements arranged next to one another in a single pass would result in edges or projections on a flowing composite web made of light-sensitive material leading to wear or damage.
Aufgrund der ausgerichteten horizontalen Oberfläche, die durch die Kombination der Masterelemente mit dem Trägermittel entsteht, kann stattdessen ein lichtempfindliches Material mit hoher Präzision und bei nur geringen Scherkräften auf die Masterelemente laminiert werden.Due to the aligned horizontal surface created by the combination of the master elements with the carrier medium, a photosensitive material can instead be laminated onto the master elements with high precision and with only low shear forces.
Die Laminierung bringt das lichtempfindliche Material in mechanischen Kontakt mit den Masterelementen und sorgt für einen hinreichenden optischen Kontakt zu den Masterhologrammen. Durch Laminieren statt einem einfachen Auflegen des lichtempfindlichen Materials auf die Masterelemente kann ein besonders homogener Kontakt zwischen Masterelement und lichtempfindlichem Material hergestellt werden, welcher Blasen oder Falten effektiv vermeidet. Durch die Verwendung einer Verbundbahn aus dem lichtempfindlichen Material kann dies wiederholt über die Anordnung der Masterelemente auf effiziente Weise erfolgen, so dass die Verbundbahn fließt, während die Anordnung der Masterelemente vorzugsweise ortsfest bleibt. Insbesondere eine lösbare Laminierung ermöglicht es, die Verbundbahn ohne Beschädigung oder Rückstände zu entnehmen und über weitere Stationen in einer Produktionslinie weiterlaufen zu lassen. The lamination brings the light-sensitive material into mechanical contact with the master elements and ensures sufficient optical contact with the master holograms. By laminating instead of simply placing the light-sensitive material on the master elements, a particularly homogeneous contact can be created between the master element and the light-sensitive material, which effectively avoids bubbles or wrinkles. By using a composite web of the photosensitive material, this can be done repeatedly over the arrangement of the master elements in an efficient manner so that the composite web flows while the arrangement of the master elements preferably remains stationary. In particular, a removable lamination makes it possible to remove the composite web without damage or residue and to continue running it through further stations in a production line.
Indem die Trägermittel derart konstruiert werden, dass mindestens zwei Flächen jedes Masterelements optisch zugänglich gehalten werden, kann ein und derselbe Durchlauf des Verfahrens sowohl die Belichtung von Reflexions- als auch von Transmissionshologrammen umfassen. Beispielsweise kann ein erstes Masterelement von oben auf seine obere horizontale Fläche belichtet werden, so dass das Licht durch die lichtempfindliche Verbundbahn fällt, vom Masterhologramm reflektiert wird und erneut durch die lichtempfindliche Verbundbahn fällt. Dies würde ein Reflexionshologramm erzeugen. Ein zweites Masterelement kann von der Seite oder von unten belichtet werden, so dass das Licht durch das Masterhologramm und dann durch die lichtempfindliche Verbundbahn fällt und ein Transmissionshologramm entsteht. Das Verfahren ermöglicht somit eine größere Flexibilität bei der Herstellung verschiedener Hologramme mit unterschiedlichen Eigenschaften in ein und demselben Durchlauf. By constructing the support means such that at least two surfaces of each master element are kept optically accessible, the same pass of the method can include the exposure of both reflection and transmission holograms. For example, a first master element can be exposed from above onto its upper horizontal surface, so that the light falls through the light-sensitive composite web, is reflected by the master hologram and falls again through the light-sensitive composite web. This would create a reflection hologram. A second master element can be exposed from the side or from below so that the light passes through the master hologram and then through the light-sensitive composite web, creating a transmission hologram. The process thus allows greater flexibility in producing different holograms with different properties in one and the same run.
Eine „Sequenz“ im Sinne der Erfindung ist vorzugsweise eine Reihenfolge von mehreren Elementen. Die Elemente in der Sequenz können identisch sein und sich wiederholen oder variieren. Die Reihenfolge ist vorzugsweise vorgegeben. A “sequence” in the sense of the invention is preferably a sequence of several elements. The elements in the sequence can be identical and repeat or vary. The order is preferably predetermined.
Eine „Anordnung“ im Sinne der Erfindung ist vorzugsweise eine physische Positionierung von Elementen in vorbestimmten Positionen, vorzugsweise gemäß einer vorbestimmten Reihenfolge. Bevorzugt handelt es sich bei der Anordnung der Masterelemente um eine lineare Anordnung. An “arrangement” within the meaning of the invention is preferably a physical positioning of elements in predetermined positions, preferably according to a predetermined order. The arrangement of the master elements is preferably a linear arrangement.
Eine "lineare Anordnung" im Sinne der Erfindung ist vorzugsweise eine physische Positionierung von Elementen, so dass sie entlang einer ihrer Kanten, entlang ihres Mittelpunkts und/oder eines anderen Bezugspunkts eine Linie bilden. Die "lineare Anordnung" kann vorzugsweise mehrere Linien umfassen, die zum Beispiel Reihen und Spalten bilden. A "linear arrangement" within the meaning of the invention is preferably a physical positioning of elements so that they form a line along one of their edges, along their center and/or another reference point. The “linear array” may preferably include multiple lines forming, for example, rows and columns.
Ein „Trägermittel“ im Sinne der Erfindung ist vorzugsweise ein Mittel, das mehrere Elemente so hält, dass ihre Positionen zueinander fixiert sind. Vorzugsweise umfasst das Trägermittel einen Rahmen, ein Skelett und/oder eine Mehrzahl von Klammern, wobei sich die Klammer auf eine gemeinsame mechanische Referenz, wie beispielsweise eine Schiene, beziehen können. Vorzugsweise umfasst das Trägermittel Lücken und/oder Ausnehmungen, die so gestaltet sind, dass sie genau zu einem Masterelement passen. A “support means” in the sense of the invention is preferably a means that holds several elements in such a way that their positions relative to one another are fixed. Preferably, the support means comprises a frame, a skeleton and/or a plurality of brackets, where the brackets may relate to a common mechanical reference, such as a rail. Preferably, the carrier means includes gaps and/or recesses that are designed to precisely fit a master element.
Eine „Lamination“ oder „Laminierung“ im Sinne der Erfindung ist vorzugsweise ein Fügeverfahren zwischen zwei Komponenten. Die Laminierung ist vorzugsweise so gestaltet, dass die Verbundbahn durchgehend eine Fläche bedeckt, so dass keine Lücken, Blasen oder Falten vorhanden sind. Vorzugsweise erfolgt die Laminierung mittels einer Laminierungswalze. Die Laminierung erfolgt hierbei vorzugsweise bei Raumtemperatur, beispielsweise bei einer Temperatur von 20°C -25°C. Die Laminierungswalze kann jedoch auch optional auf 20 - 300 °C, vorzugsweise 20 - 100 °C oder 40 - 80 °C, erhitzt werden. Die Temperatur der Laminierungswalze darf sich vorzugsweise so einstellen, dass die Verbundbahn erweicht wird, aber nicht schmilzt. Die Laminierung ist vorzugsweise so ausgelegt, dass keine dauerhafte Verbindung zwischen der Verbundbahn und den Masterelementen oder dem Trägermittel hergestellt wird. Die Laminierung kann auch mit Hilfe von Hilfsmitteln wie einem Klebestoff erfolgen, wobei der Klebstoff vorzugsweise so schwach ist, dass die Teile mit einer Kraft von weniger als 10 N, vorzugsweise weniger als 5 N, voneinander getrennt werden können. Der Klebstoff ist vorzugsweise leicht zu reinigen, z. B. durch Wasserlöslichkeit, und hinterlässt keine Rückstände auf der Verbundbahn. Noch bevorzugter verdampft der Klebestoff rückstandsfrei bei einer Raumtemperatur. A “lamination” or “lamination” in the sense of the invention is preferably a joining process between two components. The lamination is preferably designed so that the composite sheet continuously covers an area so that there are no gaps, bubbles or wrinkles. Lamination is preferably carried out using a lamination roller. The lamination is preferably carried out at room temperature, for example at a temperature of 20°C -25°C. However, the lamination roller can also optionally be heated to 20 - 300 °C, preferably 20 - 100 °C or 40 - 80 °C. The temperature of the lamination roller may preferably be adjusted so that the composite web is softened but does not melt. The lamination is preferably designed so that no permanent connection is created between the composite web and the master elements or the carrier means. The lamination can also be carried out with the aid of aids such as an adhesive, the adhesive preferably being so weak that the parts can be separated from one another with a force of less than 10 N, preferably less than 5 N. The adhesive is preferably easy to clean, e.g. B. through water solubility and leaves no residue on the composite membrane. More preferably, the adhesive evaporates without leaving any residue at room temperature.
Ein „Verbund“ im Sinne der Erfindung ist vorzugsweise ein mehrschichtiges Material, das aus zwei oder mehr verschiedenen Komponenten mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften besteht, die an einer Grenzfläche miteinander verbunden sind. Vorzugsweise ist die Bindung zwischen den einzelnen Komponenten derart beschaffen, dass sie nicht durch geringfügigen Krafteinfluss trennbar ist und daher als dauerhaft gilt. Der Verbund kann zum Beispiel aus einer lichtempfindlichen Flüssigkeit, einem Feststoff oder einem Harz bestehen, die zwischen zwei transparenten Trägerfolien eingeschlossen sind. Alternativ oder zusätzlich kann die Verbundbahn einen Stapel von Schichten umfassen, die jeweils für verschiedene Spektralbereiche lichtempfindlich sind. A “composite” in the sense of the invention is preferably a multilayer material that consists of two or more different components with different physical properties that are connected to one another at an interface. Preferably, the bond between the individual components is such that it cannot be separated by minor force and is therefore considered permanent. The composite can, for example, consist of a light-sensitive liquid, a solid or a resin enclosed between two transparent carrier films. Alternatively or additionally, the composite web can comprise a stack of layers, each of which is light-sensitive to different spectral ranges.
Eine „Verbundbahn“ im Sinne der Erfindung ist vorzugsweise ein Verbundmaterial mit einer Länge, die mindestens das Doppelte, vorzugsweise mindestens das Fünffache und noch bevorzugter mindestens das Zwanzigfache seiner Breite beträgt. Die Dicke der Verbundbahn ist vorzugsweise so eingestellt, dass sie eine gewisse Flexibilität aufweist, so dass sie zum Beispiel teilweise um eine Walze gewickelt werden kann. Vorzugsweise weist die Verbundbahn eine Dicke von bis zu 300 pm auf. Die Verbundbahn umfasst ein lichtempfindliches Material. Vorzugsweise schließt die Verbundbahn das lichtempfindliche Material zwischen zwei transparenten Trägerfolien ein, die einen ähnlichen Brechungsindex wie das lichtempfindliche Material haben. Vorzugsweise liegt der Brechungsindex der Trägerfolien und des lichtempfindlichen Materials zwischen 1 ,4 und 1 ,6. Das lichtempfindliche Material kann zum Beispiel ein lichtempfindliches Photopolymer oder eine dichromatische Gelatine sein. Das lichtempfindliche Material kann für das gesamte sichtbare Spektrum lichtempfindlich oder wellenlängenselektiv sein. A “composite web” within the meaning of the invention is preferably a composite material with a length that is at least twice, preferably at least five times and even more preferably at least twenty times its width. The thickness of the composite web is preferably adjusted so that it has a certain flexibility so that it can, for example, be partially wrapped around a roller. The composite web preferably has a thickness of up to 300 μm. The composite sheet includes a light-sensitive material. Preferably, the composite web encloses the photosensitive material between two transparent support films which have a similar refractive index to the photosensitive material. The refractive index of the carrier films and the light-sensitive material is preferably between 1.4 and 1.6. The light-sensitive material may be, for example, a light-sensitive photopolymer or a dichroic gelatin. The light-sensitive material can be light-sensitive or wavelength-selective for the entire visible spectrum.
Unter „Belichtung“ ist im Rahmen der Erfindung vorzugsweise die gezielte Lenkung elektromagnetischer Strahlen auf eine entsprechend empfindliche Oberfläche, vorzugsweise zur Bildung eines Hologramms, zu verstehen. Es sind verschiedene Methoden der Belichtung eines Hologramms bekannt, darunter transmissive oder reflektive Techniken zur Herstellung von Volumenhologrammen. Beispiele dafür werden später in diesem Text näher erläutert.In the context of the invention, “exposure” preferably means the targeted directing of electromagnetic rays onto a correspondingly sensitive surface to form a hologram. Various methods of exposing a hologram are known, including transmissive or reflective techniques for producing volume holograms. Examples of this are explained in more detail later in this text.
Ein „Masterelement“ ist vorzugsweise eine dreidimensionale Einheit, welche ein Masterhologramm in einer Form umfasst, welche dessen Handhabung und Bewegbarkeit erleichtert. Das Masterhologramm ist insbesondere derart positionsfest von dem Masterelement umfasst, dass eine Bewegung des Masterelements unmittelbar zu einer entsprechenden Bewegung des Masterhologramms führt. Vorzugsweise hat das Masterelement eine Länge und Breite, die ungefähr der des Masterhologramms entspricht. Vorzugsweise ist das Masterelement mindestens doppelt, bevorzugt fünfmal und besonders bevorzugt mindestens zwanzigmal so hoch wie das Masterhologramm. Das Masterelement hat vorzugsweise eine regelmäßige Form, die eine mosaikartige oder lineare Anordnung ermöglicht. A “master element” is preferably a three-dimensional unit that includes a master hologram in a form that facilitates its handling and mobility. In particular, the master hologram is enclosed in a positionally fixed manner by the master element in such a way that a movement of the master element directly leads to a corresponding movement of the master hologram. Preferably, the master element has a length and width that approximately correspond to that of the master hologram. Preferably, the master element is at least twice, preferably five times and particularly preferably at least twenty times as high as the master hologram. The master element preferably has a regular shape that enables a mosaic or linear arrangement.
Das Masterelement umfasst einen Substratkörper, der das Masterhologramm entweder umschließt oder trägt. In Ausführungsformen kann das Masterelement beispielsweise eine transparente obere Abdeckung zum Schutz eines Masterhologramms umfassen, das zwischen der Abdeckung und dem Substratkörper vorliegt. Vorzugsweise hat die obere Abdeckung einen Brechungsindex, der so gewählt ist, dass Licht durch sie, das Masterhologramm und den Substratkörper hindurchgelassen wird, ohne wesentlich an den Grenzflächen zwischen dem Substratkörper, Masterhologramm oder der Abdeckung reflektiert zu werden. Die obere Abdeckung kann zum Beispiel eine transparente Folie oder eine Glasschicht sein. Vorzugsweise sind die Materialien des Substratkörpers, des Masterhologramms und der Abdeckung so ausgewählt, dass die Brechzahlunterschiede zwischen den einzelnen Schichten gering ist. Hierdurch können interne Reflexionen vermieden werden. The master element comprises a substrate body that either encloses or supports the master hologram. For example, in embodiments, the master element may include a transparent top cover for protecting a master hologram present between the cover and the substrate body. Preferably, the top cover has a refractive index selected such that light is transmitted through it, the master hologram and the substrate body without being significantly reflected at the interfaces between the substrate body, master hologram or the cover. The top cover can be, for example, a transparent film or a glass layer. The materials of the substrate body, the master hologram and the cover are preferably selected so that the differences in refractive index between the individual layers are small. This allows internal reflections to be avoided.
Vorzugsweise bezieht sich die „Breite“ auf eine Abmessung in einer horizontalen Ebene quer zu einer Verbundbahn-Fließrichtung. Vorzugsweise bezieht sich die „Länge“ auf eine Abmessung in einer horizontalen Ebene längs zu einer Verbundbahn-Fließrichtung. Vorzugsweise bezieht sich die „Höhe“ auf eine Abmessung in einer vertikalen Ebene, die orthogonal zu der durch die Breite und Länge gebildeten Ebene liegt. Preferably, the “width” refers to a dimension in a horizontal plane transverse to a composite web flow direction. Preferably, the “length” refers to a dimension in a horizontal plane along a composite sheet flow direction. Preferably, the “height” refers to a dimension in a vertical plane orthogonal to the plane formed by the latitude and longitude.
Ein „Substratkörper“ im Sinne der Erfindung ist vorzugsweise ein dreidimensionaler Materialblock, der das Masterhologramm trägt oder umschließt. Vorzugsweise ist der Substratkörper transparent. Der Substratkörper hat vorzugsweise mehrere Flächen, darunter eine obere Fläche, die horizontal ausgerichtet sein kann. A “substrate body” in the sense of the invention is preferably a three-dimensional block of material that carries or encloses the master hologram. The substrate body is preferably transparent. The substrate body preferably has multiple surfaces, including a top surface that may be horizontally oriented.
Im Sinne der Erfindung bezieht sich der Begriff "transparent" oder „Transparenz“ vorzugsweise auf eine Eigenschaft eines Materials, wodurch es im Wesentlichen durchlässig für Licht ist. Vorzugsweise ist ein transparentes Material im Sinne der Erfindung zumindest für einen Teil des elektromagnetischen Spektrums transmittierend, vorzugsweise mit einer Wellenlänge zwischen 100 nm - 1 mm, besonders bevorzugt zwischen 400 nm - 780 nm. Besonders bevorzugt ist ein transparentes Material beispielsweise ein transparenter Substratkörper durchlässig für Licht eines Wellenlängenbereichs mit welchem eine Belichtung der Masterhologramme erfolgt. Ein transparentes Material kann auch so eingefärbt sein, dass es die Lichtstrahlung einer bestimmten Wellenlänge selektiert. For the purposes of the invention, the term “transparent” or “transparency” preferably refers to a property of a material whereby it is essentially transparent to light. Preferably, a transparent material in the sense of the invention is at least for a part of the electromagnetic spectrum, preferably with a wavelength between 100 nm - 1 mm, particularly preferably between 400 nm - 780 nm. Particularly preferred is a transparent material, for example a transparent substrate body, permeable to light in a wavelength range with which the master holograms are exposed. A transparent material can also be colored in such a way that it selects the light radiation of a specific wavelength.
Ein „Masterhologramm“ im Sinne der Erfindung ist vorzugsweise ein holographisch-optisches Element umfassend mindestens ein zu replizierendes Hologramm. Das Masterhologramm ist für eine optische Funktion (z.B. Beugung, Reflexion, Transmission und/oder Brechung) für eine oder eine Mehrzahl an Wellenlängen ausgelegt. Hierzu können beispielsweise mehrere Hologramme, die z. B. jeweils Licht einer Wellenlänge beugen und/oder Multiplex-Hologramme, die Licht mehrerer Wellenlängen beugen, als Hologramm-Stacks angeordnet vorliegen. Bei dem Masterhologramm kann es sich beispielsweise um ein diffraktives optisches Element (DOE) handeln. Diffraktive optische Elemente (DOEs) nutzen ein Oberflächenreliefprofil mit einer Mikrostruktur für ihre optische Funktion. Alternativ kann die Mikrostruktur auch im Volumen des Elements in Form eines lokalen Unterschieds im Brechungsindex vorliegen. Das von einem DOE durchgelassene Licht kann durch Beugung und anschließende Ausbreitung in fast jede gewünschte Verteilung umgewandelt werden. Dabei kann es sich um ein Bild, ein Logo, einen Text, ein Lichtbrechungsmuster oder ähnliches handeln. Darüber hinaus kann es sich bei dem Masterhologramm um ein technisches Hologramm handeln, wie beispielsweise ein Bragg- Spiegel, einen Diffusor oder ein als Linse fungierende Hologramm. A “master hologram” in the sense of the invention is preferably a holographic-optical element comprising at least one hologram to be replicated. The master hologram is designed for an optical function (e.g. diffraction, reflection, transmission and/or refraction) for one or a plurality of wavelengths. For this purpose, for example, several holograms, e.g. B. each diffract light of one wavelength and / or multiplex holograms that diffract light of several wavelengths are arranged as hologram stacks. The master hologram can be, for example, a diffractive optical element (DOE). Diffractive optical elements (DOEs) use a surface relief profile with a microstructure for their optical function. Alternatively, the microstructure may also be present in the volume of the element in the form of a local difference in refractive index. The light transmitted by a DOE can be converted into almost any desired distribution through diffraction and subsequent propagation. This can be an image, a logo, text, a light refraction pattern or similar. In addition, the master hologram can be a technical hologram, such as a Bragg mirror, a diffuser or a hologram functioning as a lens.
Der Prozess zur Herstellung des Masterhologramms kann vorzugsweise als „Hologramm- Origination“ oder „Hologramm-Mastering“ bezeichnet werden. Das Masterhologramm kann mit einem analogen oder digitalen Verfahren erstellt werden. In einem beispielhaften analogen Verfahren wird ein erster kohärenter Strahl, der Objektstrahl, von einem Objekt und auf ein Aufzeichnungsmaterial reflektiert, das gleichzeitig einem zweiten kohärenten Strahl, dem Referenzstrahl, ausgesetzt ist. Der Objektstrahl und der Referenzstrahl interferieren und erzeugen ein Interferenzmuster auf dem Aufzeichnungsmaterial. Dieses Interferenzmusteroder Streifenmuster wird von lichtempfindlichem Material aufgezeichnet, das nach der Verarbeitung die Form eines Oberflächenreliefmusters auf einer Oberfläche des Materials oder von räumlich variierenden Brechungsindizes nur wenige Mikrometer unter der Oberfläche annimmt. Um ein Bild des ursprünglichen Objekts zu betrachten, kann das Masterhologramm mit Licht beleuchtet werden, das von dem aufgezeichneten Oberflächenreliefmuster oder Brechungsindexmuster gebeugt wird. Dieser gebeugte Strahl enthält das Bild des ursprünglichen Objekts. Das Masterhologramm kann dann bei der Erstellung weiterer Kopien mit demselben Bild als neues Objekt verwendet werden. Das Masterhologramm kann vorzugsweise auch computergeneriert sein. Die mikroskopischen Gitter, welche die Beugungseffekte erzeugen, können z. B. durch Laserinterferenzlithographie hergestellt werden. Bei dieser Technik werden zwei oder mehr kohärente Lichtstrahlen so konfiguriert, dass sie an der Oberfläche eines Aufzeichnungsmaterials interferieren. Die Positionen der Lichtstrahlen in Bezug auf das Aufzeichnungsmaterial können von einem Computer gesteuert werden. Je nach Stärke des Lasers kann das Aufzeichnungsmaterial aus nahezu jedem Material bestehen. Andere Techniken wie die Elektronenstrahllithographie können ebenfalls zur digitalen Herstellung des Masterhologramms verwendet werden. Das Masterhologramm kann vorzugsweise Glas, Silizium, Quarz, UV-Lack, ein Fotopolymerverbund und/oder ein Metall wie Nickel umfassen. The process for producing the master hologram can preferably be referred to as “hologram origination” or “hologram mastering”. The master hologram can be created using an analog or digital process. In an exemplary analog method, a first coherent beam, the object beam, is reflected from an object and onto a recording material that is simultaneously exposed to a second coherent beam, the reference beam. The object beam and the reference beam interfere and create an interference pattern on the recording material. This interference pattern or fringe pattern is recorded from light-sensitive material which, after processing, takes the form of a surface relief pattern on a surface of the material or of spatially varying refractive indices just a few micrometers below the surface. To view an image of the original object, the master hologram can be illuminated with light diffracted from the recorded surface relief pattern or refractive index pattern. This diffracted beam contains the image of the original object. The master hologram can then be used as a new object when creating additional copies with the same image. The master hologram can preferably also be computer-generated. The microscopic gratings that produce the diffraction effects can e.g. B. can be produced by laser interference lithography. In this technique, two or more coherent light beams are configured to interfere on the surface of a recording material. The positions of the light beams in relation to the recording material can be controlled by a computer. Depending on the strength of the laser, the recording material can consist of almost any material. Other techniques such as electron beam lithography can also be used to digitally produce the master hologram. The master hologram may preferably comprise glass, silicon, quartz, UV varnish, a photopolymer composite and/or a metal such as nickel.
Eine „optisch zugängliche Fläche“ im Sinne der Erfindung ist eine Fläche, die zu mindestens 50 %, vorzugsweise zu mindestens 60%, 70%, 80 % oder 90% und besonders bevorzugt zu 100 % nicht von einem optisch absorbierenden Material bedeckt ist. Ein optisch absorbierendes Material ist insbesondere nicht zwischen der betreffenden Oberfläche und einer Lichtquelle für die Belichtung vorhanden. In einigen Fällen kann, je nach Form des Masterelements, ein undurchsichtiger Rahmen des Trägermittels einen Teil der optisch zugänglichen Oberfläche bedecken. Vorzugsweise bedeckt der Rahmen nicht mehr als 50%, vorzugsweise nicht mehr als 40%, 30%, 20 % oder 10% der optisch zugänglichen Fläche. Vorzugsweise ist eine optisch zugängliche Fläche auch wenig reflektierend. Es kann bevorzugt sein, dass die optisch zugängliche Fläche einen Reflexionsgrad für sichtbares Licht bei normalem Einfallswinkel von weniger als 50 %, vorzugsweise weniger als 40 %, weniger als 30 %, weniger als 20 % oder weniger als 10 % aufweist. In einigen bevorzugten Ausführungsformen weist eine optisch zugängliche Fläche eine Antireflexbeschichtung (AR-Beschichtung) auf. Hierdurch kann die Ausnutzung des einfallenden Lichtes für die Belichtung der Verbundbahn erhöht werden.An “optically accessible area” within the meaning of the invention is an area that is at least 50%, preferably at least 60%, 70%, 80% or 90% and particularly preferably 100% not covered by an optically absorbing material. In particular, an optically absorbing material is not present between the surface in question and a light source for exposure. In some cases, depending on the shape of the master element, an opaque frame of the support means may cover part of the optically accessible surface. Preferably the frame covers no more than 50%, preferably no more than 40%, 30%, 20% or 10% of the optically accessible area. Preferably, an optically accessible surface is also not very reflective. It may be preferred that the optically accessible surface has a reflectance for visible light at normal angle of incidence of less than 50%, preferably less than 40%, less than 30%, less than 20% or less than 10%. In some preferred embodiments, an optically accessible surface has an anti-reflective (AR) coating. This makes it possible to increase the utilization of the incident light for illuminating the composite web.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegen die Masterelemente in dem ersten Trägermittel entlang einer linearen Anordnung getrennt vor. Das Trägermittel kann mithin bevorzugt einen Pufferabstand zwischen benachbarten Masterelementen bilden. Vorteilhafterweise verhindert der Pufferabstand, dass eine unerwünschte Ausbreitung oder Streuung von Licht von einem Masterelement auf ein benachbartes Masterelement das replizierte Hologramm beeinträchtigt. Gleichzeitig kann der Abstand eine Handhabung der replizierten Hologramme erleichtern. Zum einen ist die Trennung der jeweiligen Hologramme einfacher möglich. Zum anderen kann auch nach einem Auseinanderschneiden ein kleiner Rand um das Hologramm frei bleiben, der einen Transport des Hologramms ohne Berührung des bildlichen Inhaltes ermöglicht. Das Risiko einer Beschädigung der fertigen replizierten Hologramme wird verringert und die Qualität erhöht. Vorzugsweise werden die Masterelemente durch lichtabsorbierende Abstandshalter getrennt. Dies schützt die Masterhologramme und den darauf liegenden Teil der Verbundbahn vor Streulicht oder vor Licht, das zum Belichten eines benachbarten Masterhologramms verwendet wird. Wenn unerwünschtes Licht die falschen Bereiche der Verbundbahn erreicht, kann diese mit unerwünschten Mustern belichtet werden, welche das replizierte Bild überlagern und seine Qualität verringern. Sofern ein erstes Masterelement durch Licht, das auf seine Seitenfläche gerichtet ist, belichtet wird, ohne dass eine lichtabsorbierende Barriere vorhanden ist, kann beispielsweise das Licht ein zweites Masterelement erreichen, das in einer Reihe neben dem ersten angeordnet ist. Das zweite Masterelement kann auf diese Weise aus einem ungeeigneten Winkel belichtet werden, wodurch ein unbeabsichtigtes Geisterbild auf dem betreffenden Teil der Verbundbahn entsteht. Dieses Phänomen wird als "Cross-Talk" bezeichnet und durch Verwendung von lichtabsorbierenden Abstandshaltern besonders effektiv verhindert. In a preferred embodiment of the invention, the master elements are present separately in the first carrier means along a linear arrangement. The carrier means can therefore preferably form a buffer distance between adjacent master elements. Advantageously, the buffer distance prevents unwanted propagation or scattering of light from one master element to an adjacent master element from affecting the replicated hologram. At the same time, the distance can make handling the replicated holograms easier. On the one hand, the separation of the respective holograms is easier. On the other hand, even after cutting it apart, a small edge can remain free around the hologram, which allows the hologram to be transported without touching the image content. The risk of damage to the finished replicated holograms is reduced and quality is increased. The master elements are preferably separated by light-absorbing spacers. This protects the master holograms and the portion of the composite web lying thereon from stray light or from light used to expose an adjacent master hologram. If unwanted light reaches the wrong areas of the composite web, it can be exposed to unwanted patterns that overlay the replicated image and reduce its quality. If a first master element is exposed by light directed onto its side surface without a light-absorbing barrier being present, the light can, for example, reach a second master element which is arranged in a row next to the first. In this way, the second master element can be exposed from an inappropriate angle, causing an unintentional ghost image on the relevant part of the composite web. This phenomenon is called “cross-talk” and is particularly effectively prevented by using light-absorbing spacers.
Durch die Integration des lichtabsorbierenden Abstandshalters in das Trägermittel können außerdem die nach außen gerichteten Seitenflächen und die Oberseite der Masterelemente optisch zugänglich gehalten werden. Weiterhin kann der Substratkörper der Masterelemente von allen Seiten vorteilhaft vollständig transparent gehalten werden. Dies ist besonders vorteilhaft, um eine Belichtung aus verschiedenen Orientationen, beispielsweise für Transmission- oder Reflexion, ggf in Ausgestaltung als edge-lit oder back-lit, zu ermöglichen.By integrating the light-absorbing spacer into the carrier means, the outward-facing side surfaces and the top of the master elements can also be kept optically accessible. Furthermore, the substrate body of the master elements can advantageously be kept completely transparent from all sides. This is particularly advantageous in order to enable exposure from different orientations, for example for transmission or reflection, possibly in an edge-lit or back-lit configuration.
Alternativ oder zusätzlich kann es bevorzugt sein, an vertikalen Flächen der Masterelemente eine lichtabsorbierende Schicht aufzutragen. Eine lichtabsorbierende Schicht kann viel dünner sein, als ein Abstandhalter des Trägermittels. So können mehrere Masterelemente nebeneinander belichtet werden, ohne dass es zu optischen Störungen kommt, während gleichzeitig ein minimaler Pufferabstand oder ein nahezu kontinuierlicher Effekt in einem replizierten Hologramm aus mehreren Komponenten der verschiedenen Masterhologramme erhalten bleibt. Alternatively or additionally, it may be preferred to apply a light-absorbing layer to vertical surfaces of the master elements. A light absorbing layer can be much thinner than a spacer of the support medium. This means that several master elements can be exposed next to each other without causing optical interference, while at the same time maintaining a minimal buffer distance or an almost continuous effect in a replicated hologram made up of several components of the different master holograms.
Dies ermöglicht vorteilhaft ein nahezu nahtlos repliziertes (Gesamt-)hologramm mit großen Abmessungen und einer hohen Bildqualität, ohne dass ein ebenso großes Masterelement verwendet werden muss. Außerdem können kleine Änderungen an einem Teil des Hologramms vorgenommen werden, ohne dass ein Austausch aller Masterelemente notwendig wäre. Ein Bereich eines zu replizierenden (Gesamt-)hologramms, welcher zwischen den Durchläufen zu ändern ist, kann zum Beispiel die (Landes-)Sprache eines Textelements betreffen, welches in einem Head-up-Display im Auto verwendet wird. Als ein weiteres Beispiel kann die nötige Anordnung oder Ausrichtung der Masterelemente auch variieren, je nachdem, ob es sich um ein Head-up-Display für ein Linkslenker- oder ein Rechtslenkerfahrzeug desselben Modells handelt. Das erfindungsgemäße Verfahren unter Ausnutzung eines Setzkastenprinzips, bei dem auf einfache Weise einzelne Masterelemente entsprechend ausgetauscht werden können, erlaubt es derartige Anpassungen zügig und kostensparend umzusetzen. This advantageously enables an almost seamlessly replicated (overall) hologram with large dimensions and high image quality without having to use an equally large master element. In addition, small changes can be made to part of the hologram without having to replace all master elements. An area of a (overall) hologram to be replicated, which is to be changed between runs, can, for example, concern the (national) language of a text element that is used in a head-up display in a car. As a further example, the necessary arrangement or orientation of the master elements may also vary depending on whether it is a head-up display for a left-hand drive or a right-hand drive vehicle of the same model. The method according to the invention using a case principle which allows individual master elements to be easily replaced accordingly, allowing such adjustments to be implemented quickly and cost-effectively.
Eine Dicke der lichtabsorbierenden Schicht beträgt vorzugsweise bis zu 5 mm, bevorzugt bis zu 3 mm und noch bevorzugter bis zu 1 mm und/oder vorzugsweise mindestens 10 pm, bevorzugt mindestens 100 pm, besonders bevorzugt mindestens 500 pm. A thickness of the light-absorbing layer is preferably up to 5 mm, preferably up to 3 mm and even more preferably up to 1 mm and/or preferably at least 10 pm, preferably at least 100 pm, particularly preferably at least 500 pm.
Vorzugsweise ist das erste Trägermittel neigbar und/oder höhenverstellbar gelagert, wobei die Vorrichtung für die Replikation der Masterhologramme vorzugsweise Mittel zur Einstellung eines Neigungswinkels und/oder Höhenverstellung des ersten Trägermittels umfasst. Solche Mittel können im Sinne der Erfindung auch als Ausrichteinheit für das erste Trägermittel bezeichnet werden und sind dem Fachmann bekannt. Beispielhafte Mittel zur Einstellung einer Höhenverstellung des ersten Trägermittels umfassen einen Verstelltisch mit Aktuatoren zur Auf- und Ab-Bewegung. So kann das erste Trägermittel und die darin enthaltenen Masterelemente in Kontakt mit einer weiteren Prozesskomponente, insbesondere einer Verbundbahn, einer optischen Klebefolie, einer Laminierungswalze und/oder einem oder mehreren Einkopplungselementen gebracht werden. Preferably, the first carrier means is mounted so that it can be tilted and/or adjusted in height, the device for replicating the master holograms preferably comprising means for adjusting an angle of inclination and/or height adjustment of the first carrier means. For the purposes of the invention, such means can also be referred to as an alignment unit for the first carrier means and are known to those skilled in the art. Exemplary means for setting a height adjustment of the first support means include an adjustment table with actuators for up and down movement. The first carrier means and the master elements contained therein can thus be brought into contact with a further process component, in particular a composite web, an optical adhesive film, a laminating roller and/or one or more coupling elements.
Mittel zur Einstellung eines Neigungswinkels können vorzugsweise ebenfalls einen Verstelltisch umfassen, bei dem mittels entsprechender Aktuatoren ein Neigungswinkel des ersten Trägersmittels, beispielsweise in Bezug auf eine Ebene der Verbundbahn, eingestellt werden kann. Hierdurch kann vorteilhaft eine besonders planparallele Ausrichtung der Masterelemente, welche sich innerhalb des ersten Trägermittels befinden, zur Verbundbahn bzw. zu Einkopplungselementen (weiter unten beschrieben) gewährleistet werden. Die Rotation des gesamten ersten Trägermittels erlaubt dabei eine einheitliche Ausrichtung der Masterelemente.Means for adjusting an angle of inclination can preferably also include an adjustment table, in which an angle of inclination of the first support means, for example with respect to a plane of the composite web, can be adjusted by means of appropriate actuators. This can advantageously ensure a particularly plane-parallel alignment of the master elements, which are located within the first carrier means, to the composite web or to coupling elements (described further below). The rotation of the entire first carrier means allows a uniform alignment of the master elements.
Die Mittel zur Einstellung eines Neigungswinkels und/oder Höhenverstellung des ersten Trägermittels erlauben dabei vorzugsweise eine Feinjustage mit einer Genauigkeit der Höhenverstellung von mindestens 10 pm, vorzugsweise mindestens 5 pm und/oder einer Einstellung des Neigungswinkels mit einer Genauigkeit von mindestens 0,1 °, vorzugweise mindestens 0,01 °. The means for setting an angle of inclination and/or height adjustment of the first support means preferably allow a fine adjustment with an accuracy of the height adjustment of at least 10 pm, preferably at least 5 pm and/or an adjustment of the angle of inclination with an accuracy of at least 0.1 °, preferably at least 0.01°.
Alternativ oder zusätzlich sind die weiteren Prozesskomponente höhenverstellbar gelagert, um einen ausreichenden Kontakt zwischen den Prozesskomponenten zur Durchführung des Replikationsverfahrens herzustellen. Zu den weiteren Prozesskomponenten können gehören: Transportwalzen oder Transportbauteile zur Positionierung der Verbundbahn, etwaige Einkopplungselemente, eine Laminierungswalze, eine Dosiereinheit zum Aufträgen einer optischen Flüssigkeit oder eine Walze zum Aufträgen einer optischen Klebefolie. Diese Komponenten werden weiter unten ausführlicher erläutert. Die Höhenverstellbarkeit der Prozesskomponenten ermöglicht vorzugsweise eine Feinjustage Ihrer Positionen mit einer Genauigkeit der Höhenverstellung von mindestens 10 pm, vorzugsweise mindestens 5 pm.Alternatively or additionally, the further process components are mounted in a height-adjustable manner in order to establish sufficient contact between the process components to carry out the replication method. Other process components may include: transport rollers or transport components for positioning the composite web, any coupling elements, a laminating roller, a metering unit for applying an optical liquid or a roller for applying an optical adhesive film. These components are explained in more detail below. The height adjustability of the Process components preferably enable fine adjustment of your positions with a height adjustment accuracy of at least 10 pm, preferably at least 5 pm.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das erste Trägermittel gefedert gelagert. Die Federung kann aktiv oder passiv gestaltet sein und ist vorzugsweise zur Toleranz einer Auf- und Ab-Bewegung des ersten Trägermittels ausgelegt. Die Federung erfolgt vorzugsweise mechanisch, (elektro-)magnetisch, hydraulisch oder pneumatisch, wobei eine pneumatische Federung besonders bevorzugt ist. Vorzugsweise ist die Federung für eine Höhenjustierung von mindestens 20 pm, bevorzugt mindestens 50 pm, besonders bevorzugt mindestens 100 pm und/oder von höchstens 1000 pm, vorzugweise höchsten 500 pm, besonders bevorzugt höchsten 200 pm konfiguriert. In a preferred embodiment, the first carrier means is spring-mounted. The suspension can be designed to be active or passive and is preferably designed to tolerate an up and down movement of the first support means. The suspension is preferably carried out mechanically, (electro-)magnetically, hydraulically or pneumatically, with pneumatic suspension being particularly preferred. Preferably, the suspension is configured for a height adjustment of at least 20 pm, preferably at least 50 pm, particularly preferably at least 100 pm and/or at most 1000 pm, preferably at most 500 pm, particularly preferably at most 200 pm.
Vorzugsweise ist die Federung des ersten Trägermittels druckgeregelt, insbesondere um einen bevorzugten Druck zwischen der Laminierungswalze und den jeweiligen Masterelementen herzustellen und aufrechtzuerhalten. Die gefederte Lagerung des ersten Trägermittels ermöglicht vorzugsweise eine In-Kontakt-Bringung des ersten Trägermittels mit einer weiteren Prozesskomponente bei gleichzeitigem Ausgleich jeglicher Toleranzen in der Höhe der Oberfläche der Masterelemente. Vorteilhaft können durch Bereitstellung eines gefederten ersten Trägermittels im Prozess der Replikation auch etwaige Höhenunterschiede einzelner Masterelemente ausgeglichen werden, welche sich innerhalb des ersten Trägermittels befinden. Eine Schrägstellung des ersten Trägermittels kann ebenfalls kompensiert werden. Wie untenstehend detaillierter erläutert, kann es beispielsweise bevorzugt sein, eine Laminierungswalze zur Aufbringung einer Verbundbahn auf die Masterelemente zu verwenden. Bevorzugt überstreicht die Laminierungswalze zu diesem Zweck die Verbundbahn sowie darunterliegenden Masterelemente sukzessiv, wobei mittels der gefederten Lagerung des ersten Trägermittels für jedes der überstrichenen Masterelemente optimale Höhen- bzw. Druckverhältnisse eingestellt werden. Durch die Federung kann sich das erste Trägermittel beispielsweise auch synchron mit der Laminierungswalze leicht auf und ab bewegen, um Höhenunterschiede zwischen den Masterelementen auszugleichen. Alle Masterelemente können hierdurch genau auf die erforderliche Höhe gebracht werden. Preferably, the suspension of the first carrier means is pressure-controlled, in particular in order to establish and maintain a preferred pressure between the laminating roller and the respective master elements. The spring-loaded mounting of the first carrier means preferably enables the first carrier means to be brought into contact with a further process component while at the same time compensating for any tolerances in the height of the surface of the master elements. Advantageously, by providing a spring-loaded first carrier means in the process of replication, any height differences between individual master elements that are located within the first carrier means can also be compensated for. An inclination of the first carrier means can also be compensated for. For example, as explained in more detail below, it may be preferred to use a laminating roll to apply a composite web to the master elements. For this purpose, the lamination roller preferably successively sweeps over the composite web and the underlying master elements, with optimal height and pressure conditions being set for each of the swept master elements by means of the spring-loaded mounting of the first carrier means. Due to the suspension, the first carrier means can also move slightly up and down synchronously with the lamination roller, for example, in order to compensate for differences in height between the master elements. This means that all master elements can be brought to exactly the required height.
Herstellungstoleranzen oder Beschädigungen der Oberfläche der Masterelemente können ebenfalls kompensiert werden. Luftspalte oder Blasen zwischen der Oberfläche der Masterelemente und der Verbundbahn und/oder dem Einkopplungselement werden eliminiert und der optische Kontakt zwischen den Masterelementen und weiteren Prozesskomponenten verbessert. Manufacturing tolerances or damage to the surface of the master elements can also be compensated. Air gaps or bubbles between the surface of the master elements and the composite web and/or the coupling element are eliminated and the optical contact between the master elements and other process components is improved.
In einerweiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Masterelemente gefedert in dem ersten Trägermittel positionierbar. So kann das erste Trägermittel vorzugsweise auch Mittel zur individuellen Federung der Masterelemente, insbesondere unabhängig voneinander, umfassen. So kann beispielsweise ein Boden des ersten Trägermittels mit einem elastischen Material, beispielsweise einem Schaumstoff, versehen werden. In a further preferred embodiment of the invention, the master elements can be positioned in the first carrier means in a spring-loaded manner. The first carrier means can therefore preferably also have means for individually suspending the master elements, in particular independently of one another. include. For example, a base of the first carrier means can be provided with an elastic material, for example a foam.
Hierdurch können Variationen in den Abmessungen der Masterelemente innerhalb des ersten Trägermittels kompensiert werden, damit beispielsweise die Verbundbahn lückenlos zwischen planaren Einkopplungselementen und den Masterelementen eingeklemmt werden kann. As a result, variations in the dimensions of the master elements within the first carrier means can be compensated for, so that, for example, the composite web can be clamped seamlessly between planar coupling elements and the master elements.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren ferner die Anordnung von einem oder mehreren optisch transparenten Einkopplungselementen auf der laminierten Verbundbahn, so dass ein Teilabschnitt der Verbundbahn während der Belichtung zwischen dem einen oder mehreren Einkopplungselementen und den Masterelementen eingeschlossen ist. In a preferred embodiment of the invention, the method further comprises arranging one or more optically transparent coupling elements on the laminated composite web, so that a portion of the composite web is enclosed between the one or more coupling elements and the master elements during exposure.
Im Sinne der Erfindung ist ein "Einkopplungselement" vorzugsweise ein dreidimensionaler Block aus transparentem Material mit einem Brechungsindex und Abmessungen, die so konfiguriert sind, dass sie die Belichtungsstrahlen auf die Masterhologramme richten und/oder von ihnen wegführen. Das Einkopplungselement kann vorzugsweise eine beliebige dreidimensionale Form aufweisen, insbesondere eine Quaderform, eine Keilform, eine zylindrische Form eine prismatische Form und/oder eine prismatische Form mit halbkreisförmigem oder halbelliptischem Querschnitt. Das Einkopplungselement kann vorzugsweise verschiedene optisch zugängliche Flächen aufweisen. Vorzugsweise ist mindestens eine Seitenfläche bzw. Grundfläche und eine Unterseite bzw. Mantelfläche des Einkopplungselements optisch zugänglich. Vorzugsweise ist eine optisch zugängliche Fläche des Einkopplungselements auch wenig reflektierend. Es kann bevorzugt sein, dass die optisch zugängliche Fläche einen Reflexionsgrad für sichtbares Licht bei normalem Einfallswinkel von weniger als 50 %, vorzugsweise weniger als 40 %, weniger als 30 %, weniger als 20 % oder weniger als 10 % aufweist. In einigen bevorzugten Ausführungsformen weist eine optisch zugängliche Fläche eine Antireflexbeschichtung (AR-Beschichtung) auf. Hierdurch kann die Ausnutzung des einfallenden Lichtes für die Belichtung der Verbundbahn erhöht werden. For the purposes of the invention, a "coupling element" is preferably a three-dimensional block of transparent material with a refractive index and dimensions that are configured to direct the exposure beams towards and/or away from the master holograms. The coupling element can preferably have any three-dimensional shape, in particular a cuboid shape, a wedge shape, a cylindrical shape, a prismatic shape and/or a prismatic shape with a semicircular or semi-elliptical cross section. The coupling element can preferably have different optically accessible surfaces. Preferably, at least one side surface or base surface and a bottom surface or lateral surface of the coupling element are optically accessible. Preferably, an optically accessible surface of the coupling element is also not very reflective. It may be preferred that the optically accessible surface has a reflectance for visible light at normal angle of incidence of less than 50%, preferably less than 40%, less than 30%, less than 20% or less than 10%. In some preferred embodiments, an optically accessible surface has an anti-reflective (AR) coating. This makes it possible to increase the utilization of the incident light for illuminating the composite web.
Mit dem Einkopplungselement kann ein Belichtungsstrahl auf eine Seitenfläche oberhalb eines Masterhologramms gerichtet werden. Der Winkel des Belichtungsstrahls kann so gewählt werden, dass er zusätzlich eine untere Fläche des Einkopplungselements durchläuft und das Masterhologramm erreicht, bevor er durch die Verbundbahn zurückreflektiert wird. Das reflektierte Licht wird durch das Einkopplungselement derart gelenkt, dass es nicht auf benachbarte Teile der Verbundbahn trifft und seine Streuung minimiert wird. Alternativ kann das Licht auch durch das Masterhologramm geleitet werden, um ein Transmissionshologramm in der Verbundbahn zu belichten. Das Einkopplungselement kann auch dazu dienen, die Verbundbahn über die Oberfläche der Masterelemente festzuhalten. Da das Einkopplungselement zwischen den Serien nicht ausgetauscht werden muss, kann eine einzige Platte verwendet werden, die alle linear angeordneten Masterelemente im Trägermittel abdeckt. Auf diese Weise besteht keine Gefahr, dass Kanten der Einkopplungselemente Spuren auf der Verbundbahn hinterlassen könnten. Außerdem wird das Ausrichten des Einkopplungselements über dem Trägermittel vereinfacht.With the coupling element, an exposure beam can be directed onto a side surface above a master hologram. The angle of the exposure beam can be selected so that it also passes through a lower surface of the coupling element and reaches the master hologram before it is reflected back by the composite web. The reflected light is directed by the coupling element in such a way that it does not hit adjacent parts of the composite web and its scattering is minimized. Alternatively, the light can also be passed through the master hologram to expose a transmission hologram in the composite web. The coupling element can also serve to hold the composite web over the surface of the master elements. Since the coupling element does not have to be exchanged between the series, a single plate can be used that covers all linearly arranged master elements in the carrier means. In this way, there is no risk that edges of the coupling elements could leave traces on the composite membrane. In addition, aligning the coupling element over the carrier means is simplified.
Es kann jedoch bevorzugt werden, mehrere Einkopplungselemente zu verwenden. Dies reduziert die Größe und das Gewicht jedes Einkopplungselements und erleichtert die Lagerung und den Austausch. Dies bietet zudem Vorteile bei der Qualität der Einkopplungselemente, da Polieranlagen für die verwendeten Materialien oft eine maximale Größenbegrenzung haben. Ein hoher Politurgrad kann erreicht werden, indem die Abmessungen des Einkopplungselements auf diese Weise begrenzt werden. However, it may be preferred to use multiple coupling elements. This reduces the size and weight of each coupling element and makes storage and replacement easier. This also offers advantages in terms of the quality of the coupling elements, since polishing systems often have a maximum size limit for the materials used. A high degree of polish can be achieved by limiting the dimensions of the coupling element in this way.
Es kann besonders vorteilhaft sein, wenn eine Kontaktfläche der Einkopplungselemente mit der Verbundbahn die gleiche Länge und Breite aufweist, wie eine Kontaktfläche der Masterelemente mit der Verbundbahn und ihnen unmittelbar gegenüber angeordnet werden. Dadurch wird eine passgenaue Zuordnung der beiden Elemente zueinander ermöglicht und insofern die Einkopplungselemente Abdrücke oder Spuren auf der Verbundbahn hinterlassen würden, befänden sich diese im Pufferbereich zwischen replizierten Hologrammen. In bevorzugten Ausführungsformen können die Einkopplungselemente und Masterelemente in Bezug auf Größe und Form einen identischen Substratkörper aufweisen. Auf diese Weise können die Substratkörper kostengünstiger in größeren Stückzahlen hergestellt und gelagert werden. It can be particularly advantageous if a contact surface of the coupling elements with the composite web has the same length and width as a contact surface of the master elements with the composite web and is arranged directly opposite them. This enables the two elements to be assigned to one another with a precise fit and, insofar as the coupling elements would leave impressions or traces on the composite web, these would be in the buffer area between replicated holograms. In preferred embodiments, the coupling elements and master elements can have an identical substrate body in terms of size and shape. In this way, the substrate bodies can be produced and stored more cost-effectively in larger quantities.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist jedem Masterelement jeweils ein Einkopplungselement zugeordnet. Vorzugsweise ist mindestens eine untere Fläche des jeweiligen Einkopplungselementes kongruent zu einer oberen Fläche des korrespondierenden Masterelementes. In a further preferred embodiment of the invention, each master element is assigned a coupling element. Preferably, at least one lower surface of the respective coupling element is congruent to an upper surface of the corresponding master element.
In einerweiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegen die Einkopplungselemente auf einem höhenverstellbaren zweiten Trägermittel angeordnet vor. Das zweite Trägermittel kann analog zum ersten Trägermittel konfiguriert werden. Insbesondere ist das zweite Trägermittel - analog zu bevorzugten Ausführungsformen des ersten Trägermittels - neigbar und/oder höhenverstellbar gelagert. Ebenso kann eine Federung der Auf- und Ab-Bewegung des zweiten Trägermittels bevorzugt sein. Es kann bevorzugt sein, dass die zweiten Trägermittel lichtabsorbierende Abstandhalter zwischen den Einkopplungselementen umfassen. Dadurch kann verhindert werden, dass die Lichtstrahlen benachbarte Einkopplungselemente erreichen oder in benachbarte Teile der Verbundbahn reflektiert werden. Mittels des höhenverstellbaren zweiten Trägermittels können die Einkopplungselemente vorzugsweise nach einer Laminierung der Verbundbahn und vor deren Belichtung mit der Verbundbahn in Kontakt gebracht werden. In a further preferred embodiment of the invention, the coupling elements are arranged on a height-adjustable second support means. The second carrier means can be configured analogously to the first carrier means. In particular, the second carrier means - analogous to preferred embodiments of the first carrier means - is mounted so that it can be tilted and/or adjusted in height. Likewise, suspension of the up and down movement of the second carrier means may be preferred. It may be preferred that the second carrier means comprise light-absorbing spacers between the coupling elements. This can prevent the light beams from reaching adjacent coupling elements or being reflected into adjacent parts of the composite web. By means of the height-adjustable second carrier means, the coupling elements can preferably be brought into contact with the composite web after lamination of the composite web and before its exposure.
Hierbei kann es bevorzugt sein, dass die Laminierung in der gleichen Strecke der Verbundbahn wie die Belichtung erfolgt. Während des Laminierens kann das zweite Trägermittel mit den Einkopplungselementen in einem Abstand von der Verbundbahn gehalten werden (erste Höhe). Die Laminierung der Verbundbahn kann mit Hilfe einer Walze erfolgen, welche auf die Verbundbahn abgesenkt wird und über die Verbundbahn rollt, um sie in engen Kontakt mit der ausgerichteten horizontalen Oberfläche der Masterelemente zu bringen. Die Laminierungswalze und/oder die Masterelemente können vorzugsweise gefedert gelagert sein, um den Kontakt zwischen beiden Komponenten trotz Variationen in der Oberflächenposition bzw. Oberflächenqualität der Komponenten aufrechtzuerhalten. Die Laminierwalze kann anschließend angehoben oder zurückgezogen werden, sodass die Einkopplungselemente im Anschluss abgesenkt werden können, um einen Kontakt mit der Verbundbahn herzustellen (zweite Höhe). In der Position der Einkopplungselemente wird die Verbundbahn mithin zwischen den Einkopplungselementen und den Masterelementen eingeklemmt. It may be preferred that the lamination takes place in the same stretch of the composite web as the exposure. During lamination, the second carrier means with the coupling elements can be held at a distance from the composite web (first height). Lamination of the composite sheet may be accomplished by means of a roller which is lowered onto the composite sheet and rolls over the composite sheet to bring it into close contact with the aligned horizontal surface of the master elements. The laminating roller and/or the master elements can preferably be spring-mounted in order to maintain contact between the two components despite variations in the surface position or surface quality of the components. The laminating roller can then be raised or retracted so that the coupling elements can then be lowered to establish contact with the composite web (second height). In the position of the coupling elements, the composite web is therefore clamped between the coupling elements and the master elements.
Die Belichtung kann sowohl über die Masterelemente als über die Einkopplungselemente durchgeführt werden. Nachdem die Belichtung abgeschlossen ist, können die Einkopplungselemente wieder auf eine erste Höheposition im Abstand angehoben werden. Eine optionale Fixierung kann an Ort und Stelle erfolgen und die Verbundbahn kann von der Oberfläche der Masterelemente abgelöst werden, z. B., indem eine oder mehrere andere Walzen von unten einen oder mehrere Teile der Verbundbahn anheben, die außerhalb des ersten Trägermittels für die Masterelemente liegen. Das erste Trägermittel bleibt zugänglich, so dass die Reihenfolge der Masterelemente geändert werden kann. Auf diese Weise können mehrere Prozessschritte in einem einzigen Bereich durchgeführt werden. Dies erhöht die Kompaktheit des Verfahrens und der dafür verwendeten Vorrichtung. The exposure can be carried out using both the master elements and the coupling elements. After the exposure has been completed, the coupling elements can be raised again to a first height position at a distance. Optional fixation can be done in place and the composite sheet can be detached from the surface of the master elements, e.g. B. by one or more other rollers lifting from below one or more parts of the composite web that lie outside the first carrier means for the master elements. The first carrier remains accessible so that the order of the master elements can be changed. In this way, multiple process steps can be carried out in a single area. This increases the compactness of the method and the device used for it.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird dasselbe Einkopplungselement für die Belichtung verschiedener Masterelemente verwendet. Hierbei kann eine Kontaktfläche des Einkopplungselements die Oberfläche sämtlicher Masterelemente im ersten Trägermittel für die Belichtung abdecken. Beispielsweise kann ein Einkopplungselement in Form einer quaderförmigen Einkopplungsplatte verwandt werden, deren Länge sich über sämtliche Mastereielemente erstreckt. Alternativ kann ein Einkopplungselement über die Oberfläche der Masterelemente bewegt werden, wobei eine Belichtung vorzugsweise in Synchronisation mit der Bewegung des Einkopplungselements erfolgt. Bei der Bewegung des Einkopplungselements kann es sich vorzugsweise um eine Schub- oder eine Rollbewegung handeln. Das eine oder die mehreren Einkopplungselemente sind vorzugsweise so konfiguriert, dass während der Belichtung stets nur eine begrenzte Fläche mit der Verbundbahn in Kontakt ist. Diese Fläche wird vorzugsweise als "Kontaktfläche" im Sinne der Erfindung bezeichnet. Insbesondere bei einem Einkopplungselement, welches zum Rollen über die Verbundbahn ausgebildet ist, kann sich die Kontaktfläche des Einkopplungselements bei gleichbleibender Größe ständig verschieben. In a preferred embodiment of the invention, the same coupling element is used for exposing different master elements. Here, a contact surface of the coupling element can cover the surface of all master elements in the first carrier means for the exposure. For example, a coupling element can be used in the form of a cuboid coupling plate, the length of which extends over all master elements. Alternatively, a coupling element can be moved over the surface of the master elements, with exposure preferably taking place in synchronization with the movement of the coupling element. The movement of the coupling element can preferably be a pushing or rolling movement. The one or more coupling elements are preferably configured so that only a limited area is always in contact with the composite web during exposure. This surface is preferably referred to as a “contact surface” in the sense of the invention. Particularly in the case of a coupling element which is designed to roll over the composite web, the contact surface of the coupling element can constantly shift while remaining the same size.
In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist die Kontaktfläche des Einkopplungselementes gekrümmt oder planar. Bei Verwendung von gekrümmten Kontaktflächen ist ein Linseneffekt vorzugsweise zu vermeiden. Je nach Anwendungsfall kann die Verwendung von gekrümmten oder planaren Oberflächen bevorzugt sein, wie im Folgenden erläutert wird. In preferred embodiments of the invention, the contact surface of the coupling element is curved or planar. When using curved contact surfaces, a lens effect should preferably be avoided. Depending on the application, the use of curved or planar surfaces may be preferred, as explained below.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist ein Einkopplungselement eine zylindrische Form auf. Ein solches Einkopplungselement kann vorzugsweise als Walze fungieren und über die Verbundbahn gerollt oder geschoben werden. So kann das zylindrische Einkopplungselement einen optischen Kontakt entlang einer Achse mit der Verbundbahn herstellen. Licht von einer Mantelfläche und/oder einer Grundfläche kann über das Einkopplungselement auf die Verbundbahn und die Masterelemente gelenkt werden. Vorzugsweise bewegt sich eine Lichtquelle und/oder eine lichtumlenkende Komponente synchron mit dem Einkopplungselement, um die Masterelemente zu belichten. In a further preferred embodiment of the invention, a coupling element has a cylindrical shape. Such a coupling element can preferably function as a roller and be rolled or pushed over the composite web. The cylindrical coupling element can thus establish optical contact along an axis with the composite web. Light from a lateral surface and/or a base surface can be directed onto the composite web and the master elements via the coupling element. Preferably, a light source and/or a light-deflecting component moves synchronously with the coupling element in order to expose the master elements.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das zylindrische Einkopplungselement analog zu einer Laminierungswalze gelagert, wobei das zylindrische Einkopplungselement vorzugsweise höhenverstellbar, höhenjustierbar, gefedert und/oder druckgeregelt gelagert ist. Eine solche Lagerung kann den optischen Kontakt zwischen dem Einkopplungselement und der Verbundbahn sowie den Masterelementen verbessern. Zudem sind vorzugsweise eine oder mehrere Lagerungsrollen, bevorzugt drei Lagerungsrollen, für die Lagerung und/oder Bewegung des Einkopplungselements vorgesehen. In a further preferred embodiment of the invention, the cylindrical coupling element is mounted analogously to a laminating roller, wherein the cylindrical coupling element is preferably mounted in a height-adjustable, height-adjustable, spring-loaded and/or pressure-controlled manner. Such a storage can improve the optical contact between the coupling element and the composite web as well as the master elements. In addition, one or more storage rollers, preferably three storage rollers, are preferably provided for the storage and/or movement of the coupling element.
In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung fungiert das zylindrische Einkopplungselement selbst als Laminierungswalze oder umgekehrt. So kann das zylindrische Einkopplungselement auch einen mechanischen Kontakt zwischen der Verbundbahn und den Masterelementen verbessern. Die Laminierung erfolgt bei dieser Anordnung vorzugsweise synchron mit einer Belichtung. Eine separate Laminierungswalze kann hierbei entfallen. Dies ist besonders platzsparend und erhöht den Durchgang des Verfahrens. Ein weiterer Vorteil der Verwendung eines zylindrischen Einkopplungselements ist die geringe Kontaktfläche zwischen dem Einkopplungselement und der Verbundbahn. Eine solche geringe Kontaktfläche ist bei der Verwendung von einer optischen Flüssigkeit zwischen dem Einkopplungselement und der Verbundbahn besonders vorteilhaft. Zum einen kann die verwendete Menge an optischer Flüssigkeit geringgehalten werden. Zum anderen werden auch die erforderlichen Kräfte, um das Einkopplungselement von der Verbundbahn zu entfernen, reduziert. Das Entfernen des zylindrischen Einkopplungselements kann somit besonders schonend für die Verbundbahn erfolgen. Dies wird in Bezug auf die Verwendung von optischen Flüssigkeiten näher erläutert.In preferred embodiments of the invention, the cylindrical coupling element itself functions as a laminating roller or vice versa. The cylindrical coupling element can also improve mechanical contact between the composite web and the master elements. With this arrangement, lamination is preferably carried out synchronously with exposure. There is no need for a separate lamination roller. This is particularly space-saving and increases the throughput of the process. Another advantage of using a cylindrical coupling element is the small contact area between the coupling element and the composite web. Such a small contact area is particularly advantageous when using an optical liquid between the coupling element and the composite web. On the one hand, the amount of optical used can Fluid should be kept to a minimum. On the other hand, the forces required to remove the coupling element from the composite web are also reduced. The removal of the cylindrical coupling element can therefore be carried out in a particularly gentle manner for the composite web. This will be explained in more detail in relation to the use of optical fluids.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Einkopplungselement eine prismatische Form mit halbkreisförmigem Querschnitt auf. Die Form eines solchen Einkopplungselementes kann vorzugsweise der unteren Hälfte einer Walze entsprechen und zwei Mantelflächen aufweisen: eine gekrümmte Mantelfläche und eine planare Mantelfläche. Vorzugsweise wird die gekrümmte Mantelfläche in Kontakt mit der Verbundbahn auf der Oberfläche der Masterelemente gebracht und über diese Oberfläche geschoben. Hierbei kann das Gewicht des Einkopplungselementes geringgehalten werden. Das Einkopplungselement weist weiterhin eine schmale Kontaktfläche zu der Verbundbahn auf, welche bei der Verwendung von optischen Flüssigkeiten vorteilhaft ist. Bei der Belichtung eines solchen Einkopplungselementes ist eine Linsenfunktion vorzugsweise zu vermeiden. In a further preferred embodiment of the invention, the coupling element has a prismatic shape with a semicircular cross section. The shape of such a coupling element can preferably correspond to the lower half of a roller and have two lateral surfaces: a curved lateral surface and a planar lateral surface. Preferably, the curved lateral surface is brought into contact with the composite web on the surface of the master elements and pushed over this surface. The weight of the coupling element can be kept low. The coupling element also has a narrow contact surface to the composite web, which is advantageous when using optical liquids. When exposing such a coupling element, a lens function should preferably be avoided.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist ein Einkopplungselement eine prismatische Form mit mindestens einer planaren Fläche auf, welche vorzugsweise als Kontaktfläche zur Aufbringung auf die Verbundbahn dient. Vorzugsweise verjüngt sich der Querschnitt des Einkoppelelementes zur planaren Kontaktfläche, sodass die prismatische Form im Sinne der Erfindung auch als Keilform bezeichnet werden kann. Beispielsweise kann das Einkoppelelement oder wenigstens ein Abschnitt des Einkoppelelementes im Querschnitt die Form eines gleichschenkligen Trapezes aufweisen, wobei die kleinere Grundseite des Trapezes als planare Fläche mit der Verbundbahn in Kontakt gebracht wird. Mittels der Ausführungsform kann die Kontaktfläche zwischen dem Einkopplungselement und der Verbundbahn optimal eingestellt werden, insbesondere auch größer gewählt werden, als dies bei einem zylindrischen Einkopplungselement der Fall wäre, bei der die Kontaktfläche je nach Größe der Krümmung im Wesentlichen einer Linie entspricht. Insbesondere bei der Verwendung einer optischen Flüssigkeit kann eine größere Kontaktfläche bei einer Verschiebung des Einkopplungselementes reibungslos und lückenlos aufrechterhalten werden. Verstärkte Kapillarkräfte zwischen dem Kontaktelement und der Verbundbahn unterbinden vorteilhaft die Bildung von Luftspalten zusätzlich, sodass ein besonders guter optischer Kontakt erfolgt.In a further preferred embodiment of the invention, a coupling element has a prismatic shape with at least one planar surface, which preferably serves as a contact surface for application to the composite web. Preferably, the cross section of the coupling element tapers to the planar contact surface, so that the prismatic shape can also be referred to as a wedge shape in the sense of the invention. For example, the coupling element or at least a section of the coupling element can have the shape of an isosceles trapezoid in cross section, with the smaller base side of the trapezoid being brought into contact with the composite web as a planar surface. By means of the embodiment, the contact surface between the coupling element and the composite web can be optimally adjusted, in particular also chosen to be larger than would be the case with a cylindrical coupling element, in which the contact surface essentially corresponds to a line, depending on the size of the curvature. Particularly when using an optical fluid, a larger contact area can be maintained smoothly and without gaps when the coupling element is displaced. Increased capillary forces between the contact element and the composite web advantageously prevent the formation of air gaps, so that particularly good optical contact occurs.
In einerweiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt der Kontakt zwischen dem Einkopplungselement und der Verbundbahn auf der Oberfläche der Masterelemente mit einem vorgegebenen Druck. Hierfür sind vorzugsweise Druckkraftsensoren bzw. Drucksensoren zur Messung einer Druckkraft bzw. eines Drucks zwischen dem Einkopplungselement und den Masterelementen vorgesehen. Als Sensor für den Druck, welcher durch eine Prozesskomponente auf eine andere ausgeübt wird, kann vorzugsweise eine Filmbeschichtung verwendet werden, wobei ein Drucksensor über die Gesamtheit einer Folie verteilt vorliegt (sogenannte „Druckmessfolie“). Eine solche Druckmessfolie wird vorzugsweise auf einen Bereich der Prozesskomponente aufgebracht, der nicht für die Belichtung verwendet wird, beispielsweise einen Randbereich und ist besonders kompakt. In a further preferred embodiment of the invention, the contact between the coupling element and the composite web occurs on the surface of the master elements with a predetermined pressure. For this purpose, compressive force sensors or pressure sensors are preferably provided for measuring a compressive force or a pressure between the coupling element and the master elements. A film coating can preferably be used as a sensor for the pressure exerted by one process component on another can be used, with a pressure sensor distributed over the entirety of a film (so-called “pressure measuring film”). Such a pressure measuring film is preferably applied to an area of the process component that is not used for exposure, for example an edge area, and is particularly compact.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine untere Fläche der Einkopplungselemente durch einen verformbaren transparenten Einkopplungsabschnitt gebildet. Die Verwendung eines solchen verformbaren Einkopplungsabschnitts ist insbesondere bei Ausführungsformen der Erfindung bevorzugt, in denen die Einkopplungselemente nur auf und ab in Bezug auf den Masterelementen bewegt werden. Vorzugsweise werden Einkopplungselemente mit verformbaren Einkopplungsabschnitten weder über die mit den Masterelementen in Kontakt stehende Oberfläche der Verbundbahn gerollt noch verschoben. In a further preferred embodiment of the invention, a lower surface of the coupling elements is formed by a deformable, transparent coupling section. The use of such a deformable coupling section is particularly preferred in embodiments of the invention in which the coupling elements are only moved up and down with respect to the master elements. Preferably, coupling elements with deformable coupling sections are neither rolled nor displaced over the surface of the composite web that is in contact with the master elements.
Im Sinne der Erfindung ist ein "Einkopplungsabschnitt" vorzugsweise ein Teil der Einkopplungselemente, der aus einem transparenten verformbaren Material besteht und so gestaltet ist, dass er einen vollständigen optischen Kontakt zwischen dem Einkopplungselement und einem oder mehreren Masterelementen gewährleistet. Vorzugsweise ist der Brechungsindex des Einkopplungsabschnitts identisch mit oder innerhalb eines Bereichs von +/-20%, vorzugsweise +/-10%, noch bevorzugter +/-5% des Brechungsindex des Hauptkörpers des Einkopplungselements, der Verbundbahn, einer oberen Abdeckung des Masterelements, des Masterhologramms und/oder des Substratkörpers des Masterelements. For the purposes of the invention, a “coupling section” is preferably a part of the coupling elements which consists of a transparent deformable material and is designed in such a way that it ensures complete optical contact between the coupling element and one or more master elements. Preferably, the refractive index of the coupling section is identical to or within a range of +/-20%, preferably +/-10%, more preferably +/-5% of the refractive index of the main body of the coupling element, the composite sheet, an upper cover of the master element, the Master hologram and/or the substrate body of the master element.
Die Verformbarkeit des Einkopplungsabschnitts erlaubt es, diesen derart auf die Verbundbahn zu drücken, während sich die Verbundbahn auf der ausgerichteten Oberfläche der Masterelemente befindet, dass keine Lücken oder Blasen Zurückbleiben. Dadurch wird ein besonders homogener optischer Kontakt zwischen den drei Elementen des Sandwichs gewährleistet. Unerwünschte optische Aberrationen oder Muster werden vermieden, wodurch das Endprodukt eine höhere Qualität erhält. The deformability of the coupling section allows it to be pressed onto the composite web while the composite web is on the aligned surface of the master elements in such a way that no gaps or bubbles remain. This ensures particularly homogeneous optical contact between the three elements of the sandwich. Unwanted optical aberrations or patterns are avoided, giving the final product a higher quality.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein Material des Einkopplungsabschnitts derart ausgewählt, dass es ein Schubmodul von mindestens 10 kPa, vorzugsweise von mindestens 100 kPa und noch bevorzugter von mindestens 1 MPa autweist. Es kann auch bevorzugt sein, dass das Material des Einkopplungsabschnitts ein Elastizitätsmodul zwischen 1 MPa und 50 MPa autweist. Es kann auch bevorzugt sein, dass das Material einen Brechungsindex zwischen 1 ,4 und 1 ,6 aufweist. Als Material hat sich Silikon als besonders geeignet erwiesen, um einen ausreichenden Brechungsindex zu erreichen und gleichzeitig ausreichend elastisch, leicht zu reinigen zu sein und keine Rückstände auf der Verbundbahn zu hinterlassen. Zusätzlich oder alternativ kann es bevorzugt sein, dass eine optische Flüssigkeit auf die horizontale Oberfläche der Masterelemente und/oder der Verbundbahn aufgetragen wird. Diese kann einen Brechungsindex nahe dem des Substratkörpers der Masterelemente, des Einkopplungselements und/oder der Verbundbahn haben, um eine störungsfreie Übertragung des Lichts zu gewährleisten. Die optische Flüssigkeit kann zudem den optischen Kontakt zwischen den Elementen verbessern, da etwaige Keilfehler, Oberflächentoleranzen oder Beschädigungen ausgeglichen werden. Luftspalte oder Blasen zwischen den Prozesskomponenten können ebenfalls ausgefüllt werden, um unerwünschte Reflexionen an Grenzflächen zwischen den Komponenten zu unterbinden. In a further preferred embodiment of the invention, a material of the coupling section is selected such that it has a shear modulus of at least 10 kPa, preferably of at least 100 kPa and even more preferably of at least 1 MPa. It may also be preferred that the material of the coupling section has a modulus of elasticity between 1 MPa and 50 MPa. It may also be preferred that the material has a refractive index between 1.4 and 1.6. Silicone has proven to be particularly suitable as a material for achieving a sufficient refractive index and at the same time being sufficiently elastic, easy to clean and leaving no residue on the composite web. Additionally or alternatively, it may be preferred that an optical liquid is applied to the horizontal surface of the master elements and/or the composite web. This can have a refractive index close to that of the substrate body of the master elements, the coupling element and/or the composite track in order to ensure interference-free transmission of the light. The optical fluid can also improve the optical contact between the elements by compensating for any wedge errors, surface tolerances or damage. Air gaps or bubbles between the process components can also be filled to prevent unwanted reflections at interfaces between the components.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine Dosiereinheit für die Dosierung der optischen Flüssigkeit bereitgestellt. Die Dosiereinheit ist vorzugsweise für das Aufbringen einer vorbestimmten Menge einer optischen Flüssigkeit auf eine Prozesskomponente konfiguriert. Die Dosiereinheit ist vorzugsweise insbesondere für das Aufbringen einer Menge von optischer Flüssigkeit auf der Verbundbahn konfiguriert, welche ausreichende ist, um einen Spalt zwischen dem Einkopplungselement und der Verbundbahn vollständig zu füllen. In a further preferred embodiment of the invention, a metering unit is provided for metering the optical liquid. The dosing unit is preferably configured for applying a predetermined amount of an optical liquid to a process component. The metering unit is preferably configured in particular for applying an amount of optical liquid to the composite web which is sufficient to completely fill a gap between the coupling element and the composite web.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Dosiereinheit höhenverstellbar gelagert. Die Dosiereinheit kann so für eine präzise Aufbringung der optischen Flüssigkeit in die Nähe einer Oberfläche einer Prozesskomponente, z.B. der Verbundbahn, gebracht und dann entfernt werden, um Raum für weitere Prozesskomponenten wie Einkoppelelemente oder Lichtquellen zu schaffen. In a further preferred embodiment of the invention, the metering unit is mounted in a height-adjustable manner. The dosing unit can thus be brought close to a surface of a process component, e.g. the composite web, for precise application of the optical liquid and then removed to create space for further process components such as coupling elements or light sources.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine optische Flüssigkeit zwischen der Verbundbahn und einem Einkopplungselement eingebracht. Die verwendete Menge der optischen Flüssigkeit ist vorzugsweise dazu eingerichtet, eine Kontaktfläche zwischen dem Einkopplungselement und der Verbundbahn abzudecken. Vorzugsweise adhäriert die optische Flüssigkeit mittels Kapillarkräfte mit den Oberflächen des Einkopplungselementes und der Verbundbahn. Bei größeren Kontaktflächen zwischen dem Einkopplungselement und der Verbundbahn werden größere Kräfte erzeugt. Dies ist vorteilhaft, um einen optischen Kontakt während einer Bewegung des Einkopplungselements über die Verbundbahn aufrechtzuerhalten. In a further preferred embodiment of the invention, an optical liquid is introduced between the composite web and a coupling element. The amount of optical liquid used is preferably designed to cover a contact surface between the coupling element and the composite web. Preferably, the optical liquid adheres to the surfaces of the coupling element and the composite web by means of capillary forces. With larger contact surfaces between the coupling element and the composite web, larger forces are generated. This is advantageous in order to maintain optical contact during movement of the coupling element over the composite web.
Das Einkopplungselement wird vorzugsweise nach der Belichtung so von der Verbundbahn entfernt, dass die Adhäsivkräfte an die Verbundbahn minimisiert sind. The coupling element is preferably removed from the composite web after exposure in such a way that the adhesive forces on the composite web are minimized.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Einkopplungselement horizontal in der Ebene der Verbundbahn - vorzugsweise quer zur Fließrichtung der Verbundbahn - bewegt, bevor das Einkopplungselement von der Verbundbahn durch eine vertikale Bewegung entfernt wird. Bei einer solchen Bewegung in der Ebene der Verbundbahn kann es sich um eine transversale, schräge oder rotatorische Bewegung handeln. Die Bewegung ist vorzugsweise dazu eingerichtet die Kontaktfläche zwischen dem Einkopplungselement und der Verbundbahn zu verkleinern, ohne dass bereits eine vertikale Bewegung erfolgt. Hierdurch kann eine unerwünschte Kraftübertragung auf die Verbundbahn wirksam vermieden werden. Bei der Verwendung eines Einkopplungselementes mit einer gekrümmten Kontaktfläche - beispielsweise bei Verwendung eines zylindrischen Einkopplungselementes - kann eine solche Bewegung für die Entfernung des Einkopplungselementes vorzugsweise entfallen, da die schmalere Kontaktfläche die Gefahr einer Verformung oder Verzerrung der Verbundbahn reduziert. In a preferred embodiment of the invention, the coupling element is moved horizontally in the plane of the composite web - preferably transversely to the flow direction of the composite web - before the coupling element is separated from the composite web by a vertical movement Will get removed. Such a movement in the plane of the composite web can be a transverse, oblique or rotational movement. The movement is preferably designed to reduce the contact area between the coupling element and the composite web without a vertical movement already taking place. In this way, undesirable force transmission to the composite web can be effectively avoided. When using a coupling element with a curved contact surface - for example when using a cylindrical coupling element - such a movement for the removal of the coupling element can preferably be omitted, since the narrower contact surface reduces the risk of deformation or distortion of the composite web.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine optische Klebefolie zwischen zwei Prozesskomponenten des Verfahrens vorübergehend eingebracht. Beispielsweise kann die optische Klebefolie zwischen einem Masterelement und der Verbundbahn und/oder zwischen der Verbundbahn und einem Einkopplungselement eingebracht werden. In a further preferred embodiment of the invention, an optical adhesive film is temporarily inserted between two process components of the method. For example, the optical adhesive film can be introduced between a master element and the composite web and/or between the composite web and a coupling element.
Im Sinne der Erfindung ist eine „optische Klebefolie“ vorzugsweise eine transparente Folie mit einem Brechungsindex nahe dem Brechungsindex des Masterelements, der Verbundbahn und/oder des Einkopplungselements. Die optische Klebefolie ist vorzugsweise dazu eingerichtet, einen optischen Kontakt zwischen zwei belichteten Prozesskomponenten zu verbessern, sodass Reflexionen an der Grenzfläche zwischen den Prozesskomponenten reduziert oder eliminiert werden. For the purposes of the invention, an “optical adhesive film” is preferably a transparent film with a refractive index close to the refractive index of the master element, the composite web and/or the coupling element. The optical adhesive film is preferably designed to improve optical contact between two exposed process components, so that reflections at the interface between the process components are reduced or eliminated.
Vorzugsweise weisen die für die optische Klebefolie verwendeten Materialien identische oder ähnliche optische Eigenschaften auf, wie jene Materialien, welche für das Substrat des Masterelements (oder des Einkopplungselements oder dessen Einkopplungsabschnitt) und/oder die Verbundbahn verwendet werden. Vorzugsweise umfassen die ähnlichen oder identischen Eigenschaften die Transparenz, Haze, Spannungsdoppelbrechungseigenschaften und/oder den Brechungsindex. Die Verwendung identischer oder ähnlicher Materialien ermöglicht eine sehr enge Anpassung des Brechungsindexes der optischen Klebefolie an die Brechungsindizes der angrenzenden Prozesskomponenten, so dass ein Übergang zwischen den benachbarten Brechungsindizes ohne Brechungsindexsprünge gewährleistet werden kann. Reflexionen an der Grenzfläche zwischen dem Masterelement (oder dem Einkopplungselement), der optischen Klebefolie und/oder der lichtempfindlichen Verbundbahn werden dadurch weitgehend eliminiert oder deutlich minimiert werden. Preferably, the materials used for the optical adhesive film have identical or similar optical properties to those materials used for the substrate of the master element (or the coupling element or its coupling section) and/or the composite web. Preferably, the similar or identical properties include transparency, haze, stress birefringence properties and/or refractive index. The use of identical or similar materials enables a very close adaptation of the refractive index of the optical adhesive film to the refractive indices of the adjacent process components, so that a transition between the adjacent refractive indices can be ensured without jumps in the refractive index. Reflections at the interface between the master element (or the coupling element), the optical adhesive film and/or the light-sensitive composite web will thereby be largely eliminated or significantly minimized.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt eine Brechungsindexdifferenz zwischen der Oberfläche (oder einer Abdeckung) des Masterelements und der optischen Klebefolie und/oder zwischen der optischen Klebefolie und einer Oberfläche der lichtempfindlichen Verbundbahn nicht mehr als 0,2, bevorzugt nicht mehr als 0,1 und stärker bevorzugt nicht mehr als 0,05. Ebenso ist in dem Fall, in dem die optische Klebefolie zwischen die lichtempfindliche Verbundbahn und ein Einkopplungselement gebracht wird, der Unterschied zwischen dem Brechungsindex der optischen Klebefolie und einer benachbarten Oberfläche des Einkopplungselements vorzugsweise nicht mehr als 0,2, noch bevorzugter nicht mehr als 0,1 und noch bevorzugter nicht mehr als 0,05. In a preferred embodiment of the invention, a refractive index difference between the surface (or a cover) of the master element and the optical adhesive film and/or between the optical adhesive film and a surface of the photosensitive composite sheet not more than 0.2, preferably not more than 0.1 and more preferably not more than 0.05. Likewise, in the case where the optical adhesive film is placed between the photosensitive composite sheet and a coupling element, the difference between the refractive index of the optical adhesive film and an adjacent surface of the coupling element is preferably not more than 0.2, more preferably not more than 0. 1 and more preferably not more than 0.05.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegt ein Brechungsindex der optischen Klebefolie zwischen dem Brechungsindex der Oberfläche des Masterelements und dem Brechungsindex einer Oberfläche der lichtempfindlichen Verbundbahn. Falls die optische Klebefolie zwischen der lichtempfindlichen Verbundbahn und einem Einkopplungselement angeordnet wird, liegt der Brechungsindex der optischen Klebefolie vorzugsweise zwischen dem der lichtempfindlichen Verbundbahn und dem des Einkopplungselements. In diesem Zusammenhang schließt der Begriff "zwischen" vorzugsweise auch die Werte der Brechungsindizes der benachbarten Prozesskomponenten selbst ein. Diese Anordnung ermöglicht einen sanften bzw. störungsfreien Übergang von Lichtstrahlen zwischen den verschiedenen Prozesskomponenten mit minimalen Reflektionen und/oder Aberrationen an Grenzflächen. In a further preferred embodiment of the invention, a refractive index of the optical adhesive film lies between the refractive index of the surface of the master element and the refractive index of a surface of the light-sensitive composite web. If the optical adhesive film is arranged between the photosensitive composite web and a coupling element, the refractive index of the optical adhesive film is preferably between that of the photosensitive composite web and that of the coupling element. In this context, the term "between" preferably also includes the values of the refractive indices of the adjacent process components themselves. This arrangement enables a smooth or trouble-free transition of light rays between the various process components with minimal reflections and/or aberrations at interfaces.
Weiterhin ist die optische Klebefolie vorzugsweise ein Feststoff, in welchem die Brownsche Molekularbewegung hinreichend klein ist, wodurch ein „Wackeln“ der Phase des Lichtes verhindert und damit ein innerhalb der Belichtungszeit stabileres Interferenzfeld in der Hologrammkopie ergibt. Die Mikrostrukturen verwischen auf diese Weise nicht, wodurch die Beugungseffizienz der Hologramme maximal wird. Auch die Schärfe und der Kontrast des erzeugten Hologramms wird deutlich verbessert. Die optische Klebefolie verbessert den optischen Kontakt zwischen belichteten transparenten Bauteilen, durch die das Belichtungslicht geleitet wird. Dadurch werden unerwünschte Reflexionen, Streuungen oder Verluste reduziert und die Qualität des reproduzierten Hologramms erhöht. Furthermore, the optical adhesive film is preferably a solid in which the Brownian motion is sufficiently small, which prevents the phase of the light from “wobbling” and thus results in a more stable interference field in the hologram copy within the exposure time. In this way, the microstructures do not blur, which maximizes the diffraction efficiency of the holograms. The sharpness and contrast of the hologram created is also significantly improved. The optical adhesive film improves the optical contact between exposed transparent components through which the exposure light is passed. This reduces unwanted reflections, scattering or losses and increases the quality of the reproduced hologram.
Die optische Klebefolie kann analog zur Verbundbahn geformt und auf analoge Weise durch den Prozess bewegt werden, z.B. mit Hilfe von Walzen. Dies ermöglicht eine einfache Synchronisation der optischen Klebefolie mit der Verbundbahn. Es ist auch möglich und kann bevorzugt sein, dass die optische Klebefolie und/oder die lichtempfindliche Verbundbahn durch eine Laminierungswalze auf der Oberfläche des Masterelements oder der Oberfläche des Einkopplungselements aufgebracht wird. Hierbei kann dieselbe Walze für die Laminierung der Verbundbahn und der optischen Klebefolie verwendet werden. The optical adhesive film can be shaped analogously to the composite web and moved through the process in an analogous manner, for example with the help of rollers. This enables easy synchronization of the optical adhesive film with the composite web. It is also possible and may be preferred for the optical adhesive film and/or the photosensitive composite web to be applied to the surface of the master element or the surface of the coupling element by a laminating roller. The same roller can be used for lamination of the composite web and the optical adhesive film.
Im Gegensatz zu den aus dem Bereich der optischen Displays bekannten OCA’s (optical clearance adhesive) weist die optische Klebefolie vorzugsweise neben ihren vorteilhaften optischen Eigenschaften eine geringe Klebekraft auf. Hierdurch kann die optische Klebefolie nach der Verwendung rückstandsfrei und mit geringer Kraft von einer Oberfläche entfernt werden. In contrast to the OCAs (optical clearance adhesive) known from the field of optical displays, the optical adhesive film preferably has low adhesive strength in addition to its advantageous optical properties. This allows the optical adhesive film can be removed from a surface without leaving any residue and with little force after use.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die optische Klebefolie mindestens eine Klebeschicht. Die mindestens eine Klebeschicht weist vorzugsweise eine Schälkraft gegenüber der Oberfläche des Masterelementes und/oder des Einkopplungselements und/oder einer Oberfläche der lichtempfindlichen Verbundbahn von weniger als 3 N/cm (Newton per centimeter), bevorzugt weniger als 1 N/cm. In bevorzugten Ausführungsformen beträgt die Schälkraft der Klebeschicht der optischen Klebefolie gegenüber der Oberfläche des Masterelementes und/oder des Einkopplungselements und/oder einer Oberfläche der lichtempfindlichen Verbundbahn jedoch mindestens 0,01 N/cm, bevorzugt mindestens 0,1 N/cm. Die Schälkraft der optischen Klebefolie oder einer ihrer Schichten kann beispielsweise nach einem 180-Grad-Schältest gemessen werden. In Vorzugsformen erfolgt die Messung gemäß ASTM D903. In a preferred embodiment of the invention, the optical adhesive film comprises at least one adhesive layer. The at least one adhesive layer preferably has a peel force relative to the surface of the master element and/or the coupling element and/or a surface of the light-sensitive composite web of less than 3 N/cm (Newton per centimeter), preferably less than 1 N/cm. In preferred embodiments, however, the peeling force of the adhesive layer of the optical adhesive film relative to the surface of the master element and/or the coupling element and/or a surface of the light-sensitive composite web is at least 0.01 N/cm, preferably at least 0.1 N/cm. The peel force of the optical adhesive film or one of its layers can be measured, for example, after a 180 degree peel test. In preferred forms, the measurement is carried out in accordance with ASTM D903.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die optische Klebefolie einen einschichtigen Schichtaufbau auf, wobei der Schichtaufbau genau eine Klebeschicht aufweist. Die genau eine Klebeschicht ist vorzugsweise auf beiden Seiten haftend, um einen optischen Kontakt zu vermitteln. In a preferred embodiment of the invention, the optical adhesive film has a single-layer layer structure, the layer structure having exactly one adhesive layer. The exactly one adhesive layer is preferably adhesive on both sides in order to provide optical contact.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die optische Klebefolie zwei Klebeschichten, wobei vorzugsweise jede Klebeschicht unmittelbar auf einer Trägerschicht aufgebracht vorliegt, so dass die optische Klebefolie drei Schichten umfasst. Eine solche optische Klebefolie kann auf zwei Oberflächen gleichzeitig haften, wodurch ein besonders guter optischer Kontakt vermittelt werden kann und eine Gefahr von Luftspalten oder unerwünschten Reflexionen verringert wird. In a preferred embodiment of the invention, the optical adhesive film comprises two adhesive layers, each adhesive layer preferably being applied directly to a carrier layer, so that the optical adhesive film comprises three layers. Such an optical adhesive film can adhere to two surfaces at the same time, which means that particularly good optical contact can be achieved and the risk of air gaps or unwanted reflections is reduced.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Verfahren mithilfe einer Vorrichtung durchgeführt, wobei die Vorrichtung eine Abwicklungswalze für die Abwicklung der optischen Klebefolie und eine Aufwicklungswalze für die Aulwicklung der optischen Klebefolie nach der Verwendung umfasst. Das Verfahren umfasst vorzugsweise einen Schritt der Entfernung der optischen Klebefolie von der relevanten Prozesskomponente nach der Belichtung. Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung zudem eine Laminierungswalze für die vorübergehende Laminierung der optischen Klebefolie auf der Oberfläche eines Masterelements, einer Verbundbahn und/oder eines Einkopplungselements. Vorzugsweise kann die optische Klebefolie ein- oder beidseitig mit Schutzschichten vorgesehen werden. Die Vorrichtung kann Aufwicklungsrollen für die Entfernung der Schutzschichten vor der Verwendung der optischen Klebefolie umfassen. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das erste Trägermittel so gestaltet, dass darin Masterelemente unterschiedlicher Form und/oder Größe angeordnet werden können. So können beispielsweise ein oder mehrere Rahmenelemente und/oder Abstandhalter des Trägermittels verschiebbar und/oder klemmbar angeordnet sein. Das erste Trägermittel kann auch so gestaltet sein, dass es Masterelemente unterschiedlicher Dicke aufnehmen kann. Um die Oberseiten der Masterelemente auf das gleiche Niveau zu bringen, können unter einem oder mehreren Masterelementen Füllsubstratblöcke angebracht werden.In a preferred embodiment, the method is carried out using a device, the device comprising an unwinding roller for unwinding the optical adhesive film and a winding roller for unwinding the optical adhesive film after use. The method preferably includes a step of removing the optical adhesive film from the relevant process component after exposure. Preferably, the device further comprises a lamination roller for the temporary lamination of the optical adhesive film on the surface of a master element, a composite web and/or a coupling element. Preferably, the optical adhesive film can be provided with protective layers on one or both sides. The device may include take-up rolls for removing the protective layers prior to use of the optical adhesive film. In a further preferred embodiment of the invention, the first carrier means is designed so that master elements of different shapes and/or sizes can be arranged therein. For example, one or more frame elements and/or spacers of the carrier means can be arranged in a displaceable and/or clampable manner. The first carrier means can also be designed so that it can accommodate master elements of different thicknesses. To bring the tops of the master elements to the same level, filler substrate blocks can be placed under one or more master elements.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Substratkörper der Masterelemente gleicher Abmessungen. Vorzugsweise weisen die Substratkörper eine Quaderform auf. Die Verwendung identischer quadratischer Formen für die Masterelemente hat sich als besonders einfach für die Ausrichtung der Masterelemente im ersten Trägermittel erwiesen. Ebenso ist jedoch auch eine Verwendung unterschiedlicher Formen möglich, wobei die Formen oder Abmessungen insbesondere entlang der Folienbahn variieren. Senkrecht zur Folienbahn sind ebenfalls unterschiedliche Formen der Substrate der Masterelemente möglich, im Hinblick auf eine geringere Materialnutzung jedoch weniger bevorzugt. In a further preferred embodiment of the invention, the substrate bodies of the master elements have the same dimensions. The substrate bodies preferably have a cuboid shape. The use of identical square shapes for the master elements has proven to be particularly easy for the alignment of the master elements in the first carrier means. However, it is also possible to use different shapes, with the shapes or dimensions varying in particular along the film web. Different shapes of the substrates of the master elements are also possible perpendicular to the film web, but are less preferred in view of less material use.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die Substratkörper vorzugsweise eine Höhe zwischen 1 - 10 cm, eine Länge zwischen 3 - 20 cm und eine Breite zwischen 3 - 20 cm auf. In a further preferred embodiment of the invention, the substrate bodies preferably have a height between 1 - 10 cm, a length between 3 - 20 cm and a width between 3 - 20 cm.
Während das erfindungsgemäße Verfahren grundsätzlich Masterelemente beliebiger Abmessungen verwenden kann, hat sich eine Höhe von mindestens 1 cm als bevorzugt erwiesen, da damit eine ausreichende Fläche an der Seite der Masterelemente für eine Belichtung zur Verfügung steht. Durch die bevorzugten Höhen kann zudem auf einfache Weise eine Belichtung aus verschiedenen Winkeln erfolgen, um unterschiedlichen Anforderungen an die Replikation der Hologramme zu genügen. Weiterhin gewährleisten die bevorzugten Abmaße eine ausreichende Robustheit bei kompakter Größe, um einen leichten Austausch zu ermöglichen. Die bevorzugt genannten Längen und/oder Breiten von mindestens 3 cm ermöglich zudem eine hinreichend wirtschaftliche Nutzung der Verbundbahn, insbesondere dann, sofern zwischen den Masterelementen ein Pufferabstand vorhanden ist. Zudem eignen sich die Abmaße, um für Anwendungen wie das Banknotendruck, das zu kopierende Bild oder Muster zu erfassen. Obwohl auch Längen und/oder Breiten der Substratkörper ebenfalls nicht begrenzt sind, können bei Substratkörpern mit einer Länge und/oder Breite von bis zu 20 cm die Herstellungskosten gesenkt und eine besonders einfache Handhabbarkeit erreicht werden.While the method according to the invention can in principle use master elements of any size, a height of at least 1 cm has proven to be preferred, as this provides sufficient area on the side of the master elements for exposure. The preferred heights also allow exposure from different angles to be carried out in a simple manner in order to meet different requirements for the replication of the holograms. Furthermore, the preferred dimensions ensure sufficient robustness with a compact size to enable easy replacement. The preferred lengths and/or widths of at least 3 cm also enable sufficiently economical use of the composite web, especially if there is a buffer distance between the master elements. In addition, the dimensions are suitable for capturing the image or pattern to be copied for applications such as banknote printing. Although the lengths and/or widths of the substrate bodies are also not limited, the manufacturing costs can be reduced and particularly easy handling can be achieved for substrate bodies with a length and/or width of up to 20 cm.
In einerweiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die mindestens zwei optisch zugänglichen Flächen der Masterelemente poliert, wobei der Poliergrad vorzugsweise mindestens P3 ist. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die optisch zugänglichen Flächen der Einkopplungselemente ebenfalls poliert, wobei der Poliergrad vorzugsweise ebenfalls mindestens P3 ist. In a further preferred embodiment of the invention, the at least two optically accessible surfaces of the master elements are polished, the degree of polishing preferably being at least P3. In a further preferred embodiment of the invention, the optically accessible surfaces of the coupling elements are also polished, the degree of polishing preferably also being at least P3.
Wenn eine Oberfläche des Einkopplungselements über die Verbundbahn gegen eine Oberfläche des Masterelements gebracht wird, ist es vorteilhaft, dass beide Oberflächen poliert sind. Es ist zudem weiterhin bevorzugt, dass ein Keilfehler der Masterelemente und/oder der Einkopplungselemente einzeln und zueinander weitestgehend reduziert wird. Durch einen Parallelverschub der Einkopplungselemente in Bezug auf die Masterelemente könnte bei einem unerwünschten Keil der flächige optischen Kontakt beeinträchtigt werden. If a surface of the coupling element is brought over the composite track against a surface of the master element, it is advantageous for both surfaces to be polished. It is also further preferred that a wedge error of the master elements and/or the coupling elements is reduced individually and to one another as much as possible. By moving the coupling elements in parallel with respect to the master elements, the flat optical contact could be impaired in the event of an undesirable wedge.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Substratkörper der Masterelemente aus einem Material gebildet, welches ein optischer Kunststoff ist. Vorzugsweise ist das Material der Substratkörper aus der folgenden Gruppe ausgewählt: Polymethylmethacrylat (PMMA), Polycarbonat (PC), Cycloolefin-Polymere (COP), Cycloolefin- Copolymere (COC) und/oder ein optisches Glas ist, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe umfassend, Borosilikatglas, Quarzglas, B270, N-BK7, N-SF2, P-SF68, P-SK57Q1 , P-SK58A und/oder P-BK7. In a further preferred embodiment of the invention, the substrate bodies of the master elements are formed from a material which is an optical plastic. Preferably, the material of the substrate body is selected from the following group: polymethyl methacrylate (PMMA), polycarbonate (PC), cycloolefin polymers (COP), cycloolefin copolymers (COC) and/or an optical glass, preferably selected from the group comprising: Borosilicate glass, fused silica, B270, N-BK7, N-SF2, P-SF68, P-SK57Q1, P-SK58A and/or P-BK7.
Vorzugsweise haben sowohl der Substratkörper als auch eine etwaige Abdeckung des Masterelements einen Brechungsindex zwischen 1 ,4 und 1 ,6. Preferably, both the substrate body and any cover of the master element have a refractive index between 1.4 and 1.6.
Die Auswahl des Materials für den Substratkörper kann von dem gewünschten Belichtungswinkel, etwaigen Einschränkungen der Höhe und dem daraus resultierenden gewünschten Brechungsindex abhängen. Es kann zudem bevorzugt sein, dass ein Substratkörper eingefärbt ist, um beispielsweise Licht wellenlängenselektiv zu filtern, um ein Hologramm mit einer bestimmten Wellenlänge zu erzeugen. Auf diese Weise kann eine breitbandige Lichtquelle zur Belichtung verschiedener Masterhologramme verwendet werden.The selection of material for the substrate body may depend on the desired exposure angle, any height restrictions, and the resulting desired refractive index. It may also be preferred that a substrate body is colored in order, for example, to filter light in a wavelength-selective manner in order to generate a hologram with a specific wavelength. In this way, a broadband light source can be used to expose different master holograms.
In einerweiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird eine Auswahl und optional die Anordnung der Sequenz der Masterelemente durch eine Steuereinheit kontrolliert. In a further preferred embodiment of the method, a selection and optionally the arrangement of the sequence of the master elements is controlled by a control unit.
Der Begriff "Steuereinheit" bezieht sich vorzugsweise auf eine beliebige Rechnereinheit mit einem Prozessor, einem Prozessorchip, einem Mikroprozessor oder einem Mikrocontroller, die eine automatische Steuerung der Komponenten der Vorrichtung ermöglicht, z. B. eine Rotationsgeschwindigkeit einer Abwicklungsrolle, Aufwicklungsrolle, Laminierungswalze, Transportwalze, die Bewegungen eines Bestückingsrobots (Pick-and-Place Robot) für die Masterelemente, einer Ausrichtungseinheit für die Masterelemente oder der Trägermittel, einer Laminierungstemperatur, eines Laminierungsdrucks, einer Orientation und/oder scannender Geschwindigkeit einer Lichtquelle, einer Wellenlänge der Lichtquelle, einer Fixierungsintensität usw. Die Komponenten der Steuereinheit können konventionell oder individuell für die jeweilige Implementierung konfiguriert sein. Vorzugsweise umfasst die Steuereinheit einen Prozessor, einen Speicher und einen Computercode (Software/Firmware) zur Steuerung der Komponenten der Vorrichtung. The term “control unit” preferably refers to any computer unit with a processor, a processor chip, a microprocessor or a microcontroller that enables automatic control of the components of the device, e.g. B. a rotation speed of an unwinding roller, winding roller, lamination roller, transport roller, the movements of a pick-and-place robot for the master elements, an alignment unit for the master elements or the carrier means, a lamination temperature, a lamination pressure, an orientation and / or scanning Speed of a light source, a wavelength of the light source, a fixation intensity, etc. The components of the control unit can be conventional or individually configured for the respective implementation. The control unit preferably comprises a processor, a memory and computer code (software/firmware) to control the components of the device.
Die Steuereinheit kann auch eine programmierbare Leiterplatte, einen Mikrocontroller oder eine andere Vorrichtung zum Empfangen und Verarbeiten von Datensignalen von den Komponenten der Vorrichtung umfassen, beispielsweise von Sensoren in Bezug auf die Identität oder den Typ eines Masterelements sowie andere relevante sensorische Informationen. Die Steuereinheit umfasst vorzugsweise ferner ein computerverwendbares oder computerlesbares Medium, wie eine Festplatte, einen Direktzugriffsspeicher (RAM), einen Festwertspeicher (ROM), einen Flash-Speicher usw., auf dem eine Computersoftware oder ein Code installiert ist. Der Computercode oder die Software zur Steuerung der Komponenten des Geräts kann in einer beliebigen Programmiersprache oder einer modellbasierten Entwicklungsumgebung geschrieben werden, z. B. ohne Beschränkung in C/C++, C#, Objective-C, Java, Basic/VisualBasic, MATLAB, Python, Simulink, StateFlow, Lab View oder Assembler. The control unit may also include a programmable circuit board, a microcontroller or other device for receiving and processing data signals from the components of the device, for example from sensors relating to the identity or type of a master element, as well as other relevant sensory information. The control unit preferably further includes a computer-usable or computer-readable medium, such as a hard drive, a random access memory (RAM), a read-only memory (ROM), a flash memory, etc., on which a computer software or code is installed. The computer code or software that controls the components of the device can be written in any programming language or model-based development environment, such as: B. without limitation in C/C++, C#, Objective-C, Java, Basic/VisualBasic, MATLAB, Python, Simulink, StateFlow, Lab View or Assembler.
Der Begriff "Steuereinheit ist konfiguriert, um" einen bestimmten Verfahrensschritt auszuführen, wie z.B. die Belichtung eines Masterelements mit einem bestimmten Winkel, indem die Geschwindigkeit eines oder mehrerer Antriebsmotore geändert wird, kann eine kundenspezifische oder standardmäßige Software umfassen, die auf der Steuereinheit installiert ist und diese Betriebsschritte initiiert und regelt. The term "control unit is configured to" perform a particular process step, such as exposing a master element at a specific angle by changing the speed of one or more drive motors, may include custom or standard software installed on the control unit and initiates and regulates these operating steps.
Vorzugsweise umfasst die Steuereinheit einen Prozessor und einen Speicher. Vorzugsweise liest der Prozessor Sequenzdaten aus dem Speicher und signalisiert einem Aktuator und/oder einem Benutzer, in welcher Sequenz die Masterelemente anzuordnen sind. So kann die Steuereinheit vorzugsweise dafür sorgen, dass die Masterhologramme im ersten Trägermittel nach einer vorgegebenen Reihenfolge angeordnet werden, wie z.B. einer Reihenfolge, in der größere Bauteile, welche die replizierten Hologramme in sich integrieren, auf einer parallelen Fertigungslinie bearbeitet werden. Preferably the control unit comprises a processor and a memory. Preferably, the processor reads sequence data from memory and signals an actuator and/or a user in which sequence the master elements are to be arranged. The control unit can thus preferably ensure that the master holograms are arranged in the first carrier means in a predetermined order, such as an order in which larger components, which integrate the replicated holograms, are processed on a parallel production line.
Es kann vorteilhaft sein, dass die Steuereinheit einen Aktuator anweist, das nächste Masterelement oder die nächsten n Masterelemente in der Reihenfolge näher an oder in das erste Trägermittel zu bringen, wobei n vorzugsweise die Anzahl der Masterelemente ist, die das erste Trägermittel aufnehmen kann. Der Aktuator kann vorzugsweise ein Logistik-Dolly, ein anderes Fließband, ein Drehtisch oder ein Pick-and-Place-Roboter sein, um lediglich Beispiele zu nennen. Auf diese Weise kann die Platzierung der Masterelemente in der richtigen Reihenfolge teilweise oder vollständig automatisiert werden, wobei das Risiko menschlicher Fehler verringert wird. It may be advantageous for the control unit to instruct an actuator to bring the next master element or the next n master elements in the sequence closer to or into the first carrier means, where n is preferably the number of master elements that the first carrier means can accommodate. The actuator may preferably be a logistics dolly, another assembly line, a turntable or a pick-and-place robot, to name just examples. In this way, the placement of master elements in the correct order can be partially or fully automated, reducing the risk of human error.
Es kann auch bevorzugt sein, dass die Steuereinheit dafür konfiguriert ist, das nächste Masterelement oder die nächsten n Masterelemente an einen Benutzer zu signalisieren. Dies kann auf verschiedene Weise geschehen, z.B. visuell oder akustisch. Als Beispiel für ein visuelles Signal kann die Steuereinheit dafür konfiguriert sein, ein Licht am Aufbewahrungsort des nächsten Masterelements zu aktivieren, z.B. am entsprechenden Regal, Kasten, Rollwagen usw. It may also be preferred that the control unit is configured to signal the next master element or the next n master elements to a user. This can happen in different ways, for example visually or acoustically. As an example of a visual signal, the controller may be configured to activate a light at the location of the next master item, e.g., the corresponding shelf, box, cart, etc.
Vorzugsweise umfasst die Steuereinheit eine Schnittstelle für die Signalisierung der Sequenz an einen Benutzer. Der Prozessor kann also dafür konfiguriert sein, Sequenzdaten aus dem Speicher zu lesen und die Schnittstelle, z.B. einen Bildschirm, anzuweisen, alle oder einen relevanten Teil der Sequenzdaten anzuzeigen. Die Sequenzdaten können vorzugsweise Informationen über Folgendes umfassen: Preferably, the control unit comprises an interface for signaling the sequence to a user. The processor may therefore be configured to read sequence data from memory and instruct the interface, e.g. a screen, to display all or a relevant part of the sequence data. The sequence data may preferably include information about:
- die Identitäten oder Typen der zu belichtenden Masterelemente und deren Reihenfolge,- the identities or types of the master elements to be exposed and their order,
- eine Matrixanordnung der Masterelemente im ersten Trägermittel, zum Beispiel eine Zeilen- und Spaltennummer, - a matrix arrangement of the master elements in the first carrier means, for example a row and column number,
- eine oder mehrere Wellenlängen, mit denen das Masterelement belichtet werden soll,- one or more wavelengths with which the master element is to be exposed,
- eine Lichtintensität, mit der das Masterelement belichtet werden soll, - a light intensity with which the master element should be exposed,
- den Winkel, aus dem das Masterelement belichtet werden soll, und/oder die Winkelposition und den Weg der Lichtquelle, - the angle from which the master element is to be exposed and/or the angular position and path of the light source,
- die Art des zu erstellenden Hologramms, zum Beispiel ein Reflexions- oder T ransmissionshologramm. - the type of hologram to be created, for example a reflection or transmission hologram.
Diese Liste ist weder erschöpfend noch exklusiv, sondern lediglich beispielhaft. This list is neither exhaustive nor exclusive, but merely exemplary.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegen in dem Speicher Belichtungsanweisungen für die Sequenz gespeichert vor. Vorzugsweise signalisiert der Prozessor einem Benutzer und/oder einem Aktuator, die Position, den Pfad und/oder die Wellenlänge einer Lichtquelle gemäß den Belichtungsanweisungen einzustellen. Vorzugsweise umfasst die Steuereinheit eine Schnittstelle für die Signalisierung der Belichtungsanweisungen an einen Benutzer. In a further preferred embodiment of the invention, exposure instructions for the sequence are stored in the memory. Preferably, the processor signals a user and/or an actuator to adjust the position, path, and/or wavelength of a light source according to the exposure instructions. Preferably, the control unit comprises an interface for signaling the exposure instructions to a user.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Steuereinheit mit einem Sensor verbunden, wobei der Sensor vorzugsweise ein ID-Merkmal der individuellen Masterelemente oder eines Lagerungsortes der Masterelemente einliest und die ID an die Steuereinheit zur Steuerung und/oder Überwachung der sequenziellen Anordnung übermittelt. In a preferred embodiment of the invention, the control unit is connected to a sensor, the sensor preferably reading an ID feature of the individual master elements or a storage location of the master elements and transmitting the ID to the control unit for controlling and/or monitoring the sequential arrangement.
Im Sinne der Erfindung bezieht sich ein "ID-Merkmal" vorzugsweise auf das gesamte oder einen Teil des Masterhologramms selbst, oder alternativ einen QR-Code, einen Barcode, eine Zahl, ein Symbol oder ähnliches, das dauerhaft oder abnehmbar an dem Masterelement zu dessen Identifizierung angebracht werden kann. Zusätzlich oder alternativ kann sich das ID-Merkmal nicht auf dem Masterelement, sondern auf dessen Lagerungsort befinden. Vorzugsweise wird das ID-Merkmal auf einem Bereich des Masterelements angebracht, der den Weg eines zur Belichtung verwendeten Lichtstrahls nicht kreuzt. Vorzugsweise befindet sich dieser Bereich auf einer anderen Oberfläche des Masterelements als die mindestens zwei optisch zugänglichen Oberflächen. For the purposes of the invention, an “ID feature” preferably refers to all or part of the master hologram itself, or alternatively a QR code, a barcode, a number, a symbol or the like that is permanently or removable on the master element Identification can be attached. Additionally or alternatively, the ID feature may not be on the master element, but rather on its storage location. Preferably, the ID feature is applied to an area of the master element that does not cross the path of a light beam used for exposure. This area is preferably located on a different surface of the master element than the at least two optically accessible surfaces.
Durch Steuern oder Überwachen der Identitäten der Masterelemente, die im ersten Trägermittel platziert und ausgesetzt sind, kann die Steuereinheit Fehler in der Abfolge verhindern und/oder erkennen. Vorzugsweise kann die Steuereinheit zudem einen Benutzer auf solche Fehler aufmerksam machen, sodass ein korrigierender Eingriff in den Produktionsverlauf erfolgen kann. Ein weiterer Vorteil ist, dass ein Register der belichteten Hologramme erstellt und im Speicher gespeichert werden kann. Dies kann zur Qualitätskontrolle und für statistische Zwecke herangezogen werden. Die Steuereinheit kann diese Informationen auch nutzen, um festzustellen, welche Masterelemente gewartet oder ausgetauscht werden müssen. So kann z.B. in Abhängigkeit der Anzahl der Benutzungen, ggf. gewichtet durch die Intensität einer Belichtung, einen Austausch entsprechender Masterelemente vorgenommen werden, bevor eine Degradation der Masterelemente zu Qualitätsverlusten führt. By controlling or monitoring the identities of the master elements placed and exposed in the first support means, the control unit can prevent and/or detect errors in the sequence. Preferably, the control unit can also alert a user to such errors, so that corrective intervention in the production process can be carried out. Another advantage is that a register of the exposed holograms can be created and stored in memory. This can be used for quality control and statistical purposes. The control unit can also use this information to determine which master elements need to be serviced or replaced. For example, depending on the number of uses, possibly weighted by the intensity of an exposure, corresponding master elements can be replaced before degradation of the master elements leads to loss of quality.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren eine Anordnung der Masterelemente in zwei parallelen Reihen. Durch die Verwendung von mindestens zwei Reihen kann die Größe der Masterelemente bei gleichzeitiger optimaler Ausnutzung der gesamten Breite der Verbundbahn noch weiter reduziert werden. Insofern Änderungen in einem Teilbereich eines zu replizierenden größeren Masterhologramms erforderlich sind, können diese ebenfalls kleinteiliger vorgenommen werden. Zudem kann auch die Effizienz des Verfahrens verbessert werden, da gleichzeitig eine höhere Anzahl identischer oder verschiedener Masterhologramme repliziert werden kann. In a preferred embodiment of the invention, the method includes an arrangement of the master elements in two parallel rows. By using at least two rows, the size of the master elements can be reduced even further while making optimal use of the entire width of the composite membrane. If changes are required in a portion of a larger master hologram to be replicated, these can also be made on a smaller scale. In addition, the efficiency of the method can also be improved, since a higher number of identical or different master holograms can be replicated at the same time.
Mit einer ausreichenden Lichtintensität ist es möglich, beide Reihen von einer optisch zugänglichen Seite der Masterelemente aus zu belichten. Das heißt, der in die Seitenfläche eines Masterelements einer ersten Reihe gerichtete Lichtstrahl kann ein in Strahlrichtung dahinterliegendes Masterelement der zweiten Reihe erreichen. Dies erhöht die Effizienz des Prozesses weiter, da mittels einer Lichtquelle gleichzeitig zwei Masterhologramme repliziert werden können. With sufficient light intensity, it is possible to expose both rows from an optically accessible side of the master elements. This means that the light beam directed into the side surface of a master element in a first row can reach a master element in the second row behind it in the beam direction. This further increases the efficiency of the process, as two master holograms can be replicated at the same time using one light source.
Ebenso kann es bevorzugt sein, jede Reihe separat zu belichten, zum Beispiel mit getrennten Lichtquellen, die auf zwei gegenüberliegende Seiten der Anordnung der Masterelemente gerichtet sind. Vorzugsweise werden die Reihen der Masterelemente durch einen lichtabsorbierenden Abstandshalter getrennt, wobei der Abstandhalter vorzugsweise Teil des ersten Trägermittels ist. Der lichtabsorbierende Abstandshalter verhindert, dass unerwünschtes Licht von einem Masterelement in ein anderes eindringt, und vermeidet so optische Störungen wie Cross-Talk. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn die Masterelemente der verschiedenen Reihen aus unterschiedlichen Winkeln oder mit unterschiedlichen Wellenlängen belichtet werden sollen. Likewise, it may be preferred to expose each row separately, for example with separate light sources directed at two opposite sides of the array of master elements. Preferably, the rows of master elements are separated by a light-absorbing spacer, the spacer preferably being part of the first carrier means. The light-absorbing spacer prevents unwanted Light from one master element penetrates into another, thus avoiding optical interference such as cross-talk. This is particularly advantageous if the master elements of the different rows are to be exposed from different angles or with different wavelengths.
Die Belichtung zur Replikation eines Masterhologramms mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens kann auf Basis verschiedener Techniken erfolgen. Hologramm- Vervielfältigungsverfahren lassen sich in Reliefhologramme und Volumenhologramme unterteilen. The exposure for replicating a master hologram using the method according to the invention can be carried out based on various techniques. Hologram reproduction processes can be divided into relief holograms and volume holograms.
Reliefhologramme werden durch physischen Kontakt zwischen einer verformbaren empfindlichen Schicht und einem Masterhologramm gebildet, so dass das Beugungsmuster des Masterhologramms in die empfindliche Schicht eingeprägt wird. Relief holograms are formed by physical contact between a deformable sensitive layer and a master hologram, such that the diffraction pattern of the master hologram is impressed into the sensitive layer.
Ein Volumenhologramm wird vorzugsweise durch die Interferenz von zwei Lichtstrahlen (einem sogenannter Referenzstrahl und einem Objektstrahl) in eine empfindliche Schicht geschrieben. Vorzugsweise wird ein Volumenhologramm in die Verbundbahn eingeschrieben. Dies kann vorzugsweise durch eine Transmissions- oder Reflexionstechnik erfolgen. Durch Interferenz von Objekt- und Referenzstrahlen innerhalb des Hologrammvolumens entsteht vorzugsweise eine Folge von Braggebenen. Ein Volumenhologramm weist mithin bevorzugt eine nicht zu vernachlässigende Ausdehnung in der Ausbreitungsrichtung der Lichtstrahlen auf, wobei bei der Rekonstruktion an einem Volumenhologramm die Bragg-Bedingung gilt. Aus diesem Grunde weisen Volumenhologramme eine Wellenlängen- und/oder Winkelselektivität auf. Die Fähigkeit von Volumenhologrammen, mehrere Bilder gleichzeitig zu speichern ermöglicht u.a. die Herstellung farbiger Hologramme. Für die Aufnahme der Hologramme können Lichtquellen eingesetzt werden, welche die drei Grundfarben blau, grün und rot aussenden. Die drei Strahlenbündel belichten bevorzugt simultan unter gleichen Winkeln ein Teil der Verbundbahn. Im Volumenhologramm sind nach der Belichtung gleichzeitig drei Hologramme gespeichert. Zur Reproduktion des Farbhologramms kann ausgenutzt werden, dass jedes Teilhologramm sich allein durch die Farbe rekonstruieren lässt, mit der es aufgenommen wurde. Mithin überlagern sich die drei rekonstruierten Farbauszüge zum farbigen, originalgetreuen Bild, sofern die Farbanteile richtig gewichtet sind. A volume hologram is preferably written into a sensitive layer by the interference of two light beams (a so-called reference beam and an object beam). A volume hologram is preferably written into the composite web. This can preferably be done using a transmission or reflection technique. Interference between object and reference beams within the hologram volume preferably creates a sequence of Brag levels. A volume hologram therefore preferably has a non-negligible extent in the direction of propagation of the light rays, with the Bragg condition applying to the reconstruction on a volume hologram. For this reason, volume holograms have wavelength and/or angle selectivity. The ability of volume holograms to store multiple images at the same time enables, among other things, the production of colored holograms. Light sources that emit the three primary colors blue, green and red can be used to record the holograms. The three beams of rays preferably simultaneously illuminate a part of the composite web at the same angles. After exposure, three holograms are stored in the volume hologram at the same time. To reproduce the color hologram, it can be used that each partial hologram can be reconstructed solely using the color with which it was recorded. The three reconstructed color separations therefore overlap to form a colored, true-to-original image, provided the color components are correctly weighted.
Reflexionshologramme sind reflektive Hologramme, welche ein von der Lichtquelle eintreffende Licht reflektieren und somit wie ein Spiegel wirken. Vorzugsweise kann eine Einfallrichtung des Referenzstrahl (vorzugsweise ein einfallender Lichtstrahl von der Lichtquelle) und das Objekt (in diesem Fall das Masterhologramm) auf gegenüberliegenden Seiten der Verbundbahn angeordnet. Ein Referenzstrahl durchdringt die Verbundbahn und wird dann vom Masterhologramm zurück in die lichtempfindliche Schicht der Verbundbahn reflektiert. In der lichtempfindlichen Schicht der Verbundbahn überlagern sich mithin der Referenzstrahl und Objektstrahl unterschiedliche Strahlrichtungen, um das replizierte Hologramm zu erzeugen. Das Masterhologramm kann vorzugsweise auf eine Oberfläche des Masterelements aufgebracht werden oder im Substratkörper integriert vorliegen. Reflection holograms are reflective holograms that reflect light arriving from the light source and therefore act like a mirror. Preferably, an incident direction of the reference beam (preferably an incident light beam from the light source) and the object (in this case the master hologram) can be arranged on opposite sides of the composite web. A reference beam penetrates the composite web and is then reflected by the master hologram back into the light-sensitive layer of the composite web. The reference beam and are therefore superimposed in the light-sensitive layer of the composite web Object beam different beam directions to create the replicated hologram. The master hologram can preferably be applied to a surface of the master element or be integrated in the substrate body.
Die Lichtquelle für ein Reflexionshologramm kann so angeordnet werden, dass der Referenzstrahl auf die Verbundbahn unter einer gewünschten Richtung einfällt, vorzugweise unter einer Richtung, welche bei der späteren Rekonstruktion gewünscht ist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Lichtquelle in Bezug auf dem Masterelement so orientiert, dass sich die Verbundbahn zwischen der Lichtquelle und dem Masterelement befindet. Die Lichtquelle kann beispielsweise oberhalb des Masterelements derart ausgerichtet sein, sodass der Referenzstrahl nach unten unter einer vorbestimmten Richtung auf die Verbundbahn fällt. Der Referenzstrahl wird bevorzugt zumindest teilweise vom Masterelement in Form eines Objektstrahls zurück in die Verbundbahn reflektiert. Der Referenzstrahl und der Objektstrahl treten also von entgegengesetzten Seiten in den Fotopolymerverbund ein und interferieren in dessen lichtempfindlichen Schicht zur Replikation des Hologramms. The light source for a reflection hologram can be arranged so that the reference beam is incident on the composite web at a desired direction, preferably at a direction which is desired in the later reconstruction. In a preferred embodiment, the light source is oriented with respect to the master element such that the composite web is located between the light source and the master element. The light source can, for example, be aligned above the master element in such a way that the reference beam falls downwards onto the composite web in a predetermined direction. The reference beam is preferably at least partially reflected back into the composite web by the master element in the form of an object beam. The reference beam and the object beam enter the photopolymer composite from opposite sides and interfere in its light-sensitive layer to replicate the hologram.
Transmissionshologramme sind transmissive Hologramme, wobei das Licht einer Lichtquelle durchgelassen und von diesem gebeugt wird. Vorzugsweise kann eine Einfallrichtung des Referenzstrahls (vorzugsweise ein einfallender Lichtstrahl von der Lichtquelle) und das Objekt (in diesem Fall das Masterhologramm) auf derselben Seite der Verbundbahn angeordnet vorliegen. Ein einfallender Strahl durchdringt das Masterhologramm und wird in einen (ungebeugten) Referenzstrahl und einen Objektstrahl separiert. In der lichtempfindlichen Schicht der Verbundbahn überlagern sich mithin der Referenzstrahl und Objektstrahl mit gleicher Strahlrichtung, um das replizierte Hologramm zu erzeugen. Transmission holograms are transmissive holograms in which the light from a light source is transmitted and diffracted by it. Preferably, an incident direction of the reference beam (preferably an incident light beam from the light source) and the object (in this case the master hologram) can be arranged on the same side of the composite web. An incident beam penetrates the master hologram and is separated into an (undiffracted) reference beam and an object beam. In the light-sensitive layer of the composite web, the reference beam and object beam with the same beam direction are superimposed to produce the replicated hologram.
Bei einem Transmissionshologramm kann es bevorzugt sein die Lichtquelle derart anzuordnen, dass die Verbundbahn von einem Referenzstrahl und Objektstrahl von derselben Seite belichtet werden kann. Die Lichtquelle ist vorzugsweise derart in Bezug auf das Masterelement orientiert, dass ein Lichtstrahl zunächst das Masterelement und das Masterhologramm durchläuft, bevor er die Verbundbahn erreicht. Die Lichtquelle kann vorzugsweise so angeordnet werden, dass es von einer Seitenfläche durch ein transparentes Masterelement gelangt. Die Lichtquelle kann auch vorzugsweise so angeordnet werden, dass es durch eine obere und/oder untere Oberfläche des Masterelements auf die Verbundbahn fällt. Der einfallende Lichtstrahl wird vorzugsweise durch das Masterelement derart gebrochen, dass ein Referenzstrahl und ein Objektstrahl entstehen, wobei der Objektstrahl vorzugsweise dem Anteil des Lichtes entspricht, welcher durch das Masterhologramm gebeugt wird. Der Objektstrahl interferiert vorzugsweise mit dem ungebeugten Referenzstrahl in der Verbundbahn, um das Hologramm zu replizieren.In the case of a transmission hologram, it may be preferred to arrange the light source in such a way that the composite web can be exposed by a reference beam and object beam from the same side. The light source is preferably oriented with respect to the master element in such a way that a light beam first passes through the master element and the master hologram before reaching the composite web. The light source can preferably be arranged so that it passes from a side surface through a transparent master element. The light source can also preferably be arranged so that it falls onto the composite web through an upper and/or lower surface of the master element. The incident light beam is preferably refracted by the master element in such a way that a reference beam and an object beam are created, the object beam preferably corresponding to the portion of the light that is diffracted by the master hologram. The object beam preferably interferes with the undiffracted reference beam in the composite web to replicate the hologram.
In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung können ein oder mehrere Masterelemente zur Belichtung der Verbundbahn verwendet werden, um darin ein Transmissionshologramm zu replizieren. Vorzugsweise kann das replizierte Transmissionshologramm so gestaltet sein, dass es edge-lit ist, so dass die holographische Abbildung durch Licht aus einer im Wesentlichen seitlichen Richtung rekonstruiert werden kann. Das replizierte Transmissionshologramm kann auch so konfiguriert werden, dass es von hinten beleuchtet wird, so dass die holografische Abbildung durch Licht, das im Wesentlichen von hinten nach vorne einfällt, rekonstruiert werden kann. Es kann auch bevorzugt sein, dass ein oder mehrere Masterelemente verwendet werden, um die Verbundbahn zu belichten und ein Reflexionshologramm darin zu replizieren. Ebenso kann es wünschenswert sein, dass das replizierte Reflexionshologramm edge-lit ist. Ein solches Hologramm kann zum Beispiel in einer Glasscheibe verwendet werden, an deren Rändern Lichtquellen verborgen angeordnet sind. Das replizierte Reflexionshologramm kann auch so konfiguriert werden, dass es von vorne beleuchtet wird. Ein solches Hologramm kann vorteilhaft eine holografische Abbildung erzeugen, wenn von der Umgebungslicht beleuchtet und relativ orthogonal auf Augenhöhe betrachtet wird. Mehrere solcher Hologramme können auch in einer Glasscheibe verwendet werden, zum Beispiel von der Art, wie sie in WO2020157312A1 offenbart ist, um eine holografische Abbildung zu erzeugen, wenn sie orthogonal betrachtet wird, indem Licht von versteckten Lichtquellen entlang eines vorbestimmten Pfades reflektiert wird. Es kann auch vorteilhaft sein, dass ein oder mehrere Masterelemente verwendet werden, um die Verbundbahn zu belichten, um ein Hologramm zu erzeugen, das sowohl ein Reflexionsais auch ein Transmissionshologramm umfasst. In preferred embodiments of the invention, one or more master elements can be used to expose the composite web in order to form a transmission hologram therein replicate. Preferably, the replicated transmission hologram may be designed to be edge-lit so that the holographic image can be reconstructed by light from a substantially lateral direction. The replicated transmission hologram can also be configured to be backlit so that the holographic image can be reconstructed using light incident essentially from back to front. It may also be preferred that one or more master elements be used to expose the composite web and replicate a reflection hologram therein. Likewise, it may be desirable for the replicated reflection hologram to be edge-lit. Such a hologram can be used, for example, in a glass pane with light sources hidden at the edges. The replicated reflection hologram can also be configured to be front-lit. Such a hologram can advantageously produce a holographic image when illuminated by ambient light and viewed relatively orthogonally at eye level. Multiple such holograms can also be used in a sheet of glass, for example of the type disclosed in WO2020157312A1, to produce a holographic image when viewed orthogonally by reflecting light from hidden light sources along a predetermined path. It may also be advantageous for one or more master elements to be used to expose the composite web to produce a hologram that includes both a reflection hologram and a transmission hologram.
In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung kann ein Referenzstrahl zur Belichtung der Hologramme auf eine Seitenfläche der Masterelemente gerichtet sein. In anderen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung kann es bevorzugt sein, dass zusätzlich oder alternativ ein Referenzstrahl auf eine obere und/oder untere horizontale Fläche der Masterelemente gerichtet ist. In preferred embodiments of the invention, a reference beam for exposing the holograms can be directed onto a side surface of the master elements. In other preferred embodiments of the invention, it may be preferred that, additionally or alternatively, a reference beam is directed onto an upper and/or lower horizontal surface of the master elements.
Verschiedene Techniken zur Belichtung der Verbundbahn mit den Masterelementen unter Verwendung unterschiedlicher Referenzstrahlwinkel und zur Erzeugung verschiedener Arten von Hologrammen werden in der detaillierten Beschreibung anhand der Abbildungen erläutert. Wir weisen darauf hin, dass diese Techniken gegebenenfalls miteinander und mit verschiedenen strukturellen Anordnungen der Vorrichtung kombiniert werden können. Ein wichtiger Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass vorzugsweise mehrere Arten der Belichtung in derselben Vorrichtung und im selben Durchlauf durchgeführt werden können.Various techniques for exposing the composite web with the master elements using different reference beam angles and generating different types of holograms are explained in the detailed description based on the illustrations. We note that these techniques may, where appropriate, be combined with each other and with different structural arrangements of the device. An important advantage of the present invention is that preferably multiple types of exposure can be performed in the same device and in the same run.
Vorzugsweise erfolgt das Verfahren mithilfe einer Vorrichtung für die Replikation einer Mehrzahl von Hologrammen umfassend ein erstes Trägermittel für eine Anordnung einer Sequenz von Masterelementen aus einer Vielzahl von Masterelementen in Abhängigkeit einer zu replizierenden Mehrzahl von Hologrammen, so dass obere Flächen der Masterelemente in einer horizontalen Ebene ausgerichtet vorliegen, ein Laminierungsmodul für eine lösbare Laminierung einer lichtempfindlichen Verbundbahn auf die ausgerichteten oberen Flächen der Masterelementen, und ein Belichtungsmodul für die Belichtung der Masterelemente, um dieThe method preferably takes place using a device for replicating a plurality of holograms, comprising a first carrier means for an arrangement of a sequence of master elements from a plurality of master elements depending on a plurality to be replicated of holograms so that upper surfaces of the master elements are aligned in a horizontal plane, a lamination module for releasably laminating a photosensitive composite web to the aligned upper surfaces of the master elements, and an exposure module for exposing the master elements in order to
Masterhologramme in die lichtempfindliche Verbundbahn zu replizieren, und ein Ablösungsmodul für das Ablösen der belichteten Verbundbahn von den Masterelementen wobei die Masterelemente in dem ersten Trägermittel lösbar eingebracht vorliegen, sodass eine Sequenz und/oder Zusammensetzung der Masterelemente für die Replikation der Mehrzahl von Hologrammen variierbar ist und wobei die Masterelemente in dem ersten Trägermittel ferner derart eingebracht vorliegen, dass zwei oder mehr Flächen der Masterelemente zum Zwecke der Belichtung optisch zugänglich sind. to replicate master holograms in the light-sensitive composite web, and a detachment module for detaching the exposed composite web from the master elements, the master elements being releasably introduced into the first carrier means, so that a sequence and/or composition of the master elements for the replication of the plurality of holograms can be varied and wherein the master elements are also introduced into the first carrier means in such a way that two or more surfaces of the master elements are optically accessible for the purpose of exposure.
Der durchschnittliche Fachmann erkennt, dass technische Merkmale, Definitionen und Vorteile bevorzugter Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens auch für die dafür verwendeten Vorrichtung gelten, und umgekehrt. The average person skilled in the art will recognize that technical features, definitions and advantages of preferred embodiments of the method according to the invention also apply to the device used for it, and vice versa.
Im Sinne der Erfindung bezeichnet ein „Modul“ vorzugsweise eine Arbeitsstation in einem kontinuierlichen Fertigungsverfahren, welche vorzugsweise mit den erforderlichen technischen Mitteln zur Durchführung des Verfahrensschritts ausgestattet ist. Unterschiedliche Module können voneinander durch ein Gehäuse oder eine Trennwand getrennt werden, müssen es aber nicht. Im Sinne der Erfindung, kann es bevorzugt sein, dass das Laminierungsmodul, das Belichtungsmodul und das Ablösemodul sich im selben Gehäuse befinden. For the purposes of the invention, a “module” preferably refers to a work station in a continuous manufacturing process, which is preferably equipped with the necessary technical means to carry out the process step. Different modules can be separated from each other by a housing or a partition, but do not have to be. For the purposes of the invention, it may be preferred that the lamination module, the exposure module and the detachment module are located in the same housing.
Die Verwendung der Vorrichtung hat den Vorteil, dass mehrere Masterhologramme in einer einzigen Serie belichtet werden können und gleichzeitig eine große Flexibilität in der Belichtungsmethode gegeben ist. Durch die Bereitstellung einer Vielzahl von Masterelementen und deren linearen Anordnung kann die Größe und das Gewicht jedes Masterelement verringert werden. The use of the device has the advantage that several master holograms can be exposed in a single series and at the same time there is great flexibility in the exposure method. By providing a variety of master elements and arranging them linearly, the size and weight of each master element can be reduced.
Durch die Verwendung mehrerer kleineren Masterelemente zur Abdeckung einer Fläche, die normalerweise von einem einzigen großen Masterelement abgedeckt wird, kann die Komplexität eines Systems verringert werden. Geringfügige Änderungen oder Defekte an einem Masterelement erfordern nicht den Austausch aller Masterelemente. Dies senkt die Kosten enorm. So können beispielsweise die transparenten Substrate, die zur Unterbringung der Masterhologramme verwendet werden, einfacher vorbereitet und poliert werden. Auch der Transport und die Lagerung kleinerer und leichterer Masterelemente ist wirtschaftlicher, da diese platzsparend gestapelt, ohne spezielle Hebevorrichtungen transportiert und auf einfache Weise in die Vorrichtung eingesetzt oder entnommen werden können. Using multiple smaller master elements to cover an area that would normally be covered by a single large master element can reduce the complexity of a system. Minor changes or defects to a master element do not require the replacement of all master elements. This reduces costs enormously. For example, the transparent substrates used to house the master holograms can be prepared and polished more easily. The transport and storage of smaller and lighter master elements is also more economical These can be stacked to save space, transported without special lifting devices and can be easily inserted or removed from the device.
Das Laminierungsmodul bringt vorzugsweise das lichtempfindliche Material in mechanischen Kontakt mit den Masterelementen und sorgt für einen hinreichenden optischen Kontakt zu den Masterhologrammen. Durch Laminieren statt einem einfachen Auflegen des lichtempfindlichen Materials auf die Masterelemente kann ein besonders homogener Kontakt zwischen Masterelement und lichtempfindlichem Material hergestellt werden, welcher Blasen oder Falten effektiv vermeidet. Durch die Verwendung einer Verbundbahn aus dem lichtempfindlichen Material kann dies wiederholt über die Anordnung der Masterelemente auf effiziente Weise erfolgen, so dass die Verbundbahn fließt, während die Anordnung der Masterelemente vorzugsweise ortsfest bleibt. Insbesondere eine lösbare Laminierung ermöglicht es, die Verbundbahn ohne Beschädigung oder Rückstände zu entnehmen und über weitere Stationen in einer Produktionslinie weiterlaufen zu lassen. Das Belichtungsmodul richtet vorzugsweise Licht auf die Verbundbahn und/oder Masterelemente, um ein Masterhologramm in dem Masterelement in die Verbundbahn zu replizieren. The lamination module preferably brings the light-sensitive material into mechanical contact with the master elements and ensures sufficient optical contact with the master holograms. By laminating instead of simply placing the light-sensitive material on the master elements, a particularly homogeneous contact can be created between the master element and the light-sensitive material, which effectively avoids bubbles or wrinkles. By using a composite web made of the photosensitive material, this can be done repeatedly via the arrangement of the master elements in an efficient manner, so that the composite web flows while the arrangement of the master elements preferably remains stationary. In particular, a removable lamination makes it possible to remove the composite web without damage or residue and to continue running it through further stations in a production line. The exposure module preferably directs light onto the composite web and/or master elements to replicate a master hologram in the master element into the composite web.
Das Ablösungsmodul sorgt vorzugsweise für eine rückstandsfreie Ablösung der Verbundbahn mit einer ausreichenden Kraft von den Masterelementen, ohne die Bahn zu beschädigen.The detachment module preferably ensures a residue-free detachment of the composite web with sufficient force from the master elements without damaging the web.
Die Integration des Laminierungsmoduls, Belichtungsmoduls und Ablösungsmoduls in dieselbe Vorrichtung ermöglicht es, die Vorrichtung sehr kompakt zu gestalten, was besonders für kleine Serien und kundenspezifische Endprodukte geeignet ist. The integration of the lamination module, exposure module and detachment module in the same device makes it possible to make the device very compact, which is particularly suitable for small series and customer-specific end products.
Das Laminierungsmodul umfasst vorzugsweise eine Laminierungswalze. Diese kann höhenverstellbar in der Vorrichtung untergebracht sein und entlang einer vorgegebenen Bahn rollen, um die Verbundbahn auf die Oberseite der Masterelemente zu drücken. Es kann vorteilhaft sein, dass die Laminierungswalze derart untergebracht ist, dass sie sich entlang eines vorbestimmten Weges bewegen kann, wobei das Laminierungsmodul vorzugsweise einen Aktuator zum Bewegen der Laminierungswalze entlang dieses Weges umfasst. Vorzugsweise umfasst der Weg ein diagonales Absenken der Laminierungswalze von einer ersten Höhe und einer ersten seitlichen Position, die nicht direkt über dem ersten Trägermittel liegt, in Richtung einer oberen Fläche eines ersten Masterelements. Der Weg umfasst vorzugsweise auch eine horizontale Rollbewegung der Laminierungswalze in einer zweiten Höhe, die niedriger als die erste ist, entlang der Oberseite der Masterelemente, bis sie ein letztes Masterelement n der Sequenz erreicht. Die Laminierungswalze ist vorzugsweise so konfiguriert, dass sie während eines Belichtungsprozesses der Sequenz auf der zweiten Höhe und in einerzweiten seitlichen Position stromabwärts des letzten Masterelements gehalten wird. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Laminierungsmodul Mittel zur Höhenverstellung der Laminierungswalze. Vorzugsweise sind die Mittel zur Höhenverstellung der Laminierungswalze dazu eingerichtet, die Laminierungswalze von einer Lagerungsposition zu einer Laminierungsposition auf die Oberseite der Masterelemente zu bringen. Diese Höhenverstellung umfasst vorzugsweise eine Translation der Laminierungswalze über eine Strecke von mindestens 1 cm, vorzugsweise mindestens 5 cm, noch bevorzugter mindestens 10 cm. Dem Fachmann sind geeignete Mittel für eine solche Höhenverstellung bekannt. Somit kann die Laminierungswalze vor oder nach der Laminierung außerhalb eines Bereichs zwischen den Masterelementen und/oder Einkopplungselementen und/oder Lichtquelle gebracht werden. Dies schafft größere Freiheitsgrade bei der Aufbringung der Einkopplungselemente und/oder der Belichtung der Masterelemente. The lamination module preferably includes a lamination roller. This can be accommodated in the device in a height-adjustable manner and can roll along a predetermined path in order to press the composite sheet onto the top of the master elements. It may be advantageous for the lamination roller to be accommodated such that it can move along a predetermined path, the lamination module preferably comprising an actuator for moving the lamination roller along this path. Preferably, the path includes diagonally lowering the laminating roller from a first height and a first lateral position that is not directly above the first support means toward an upper surface of a first master element. The path preferably also includes horizontally rolling the lamination roller at a second height, lower than the first, along the top of the master elements until it reaches a final master element n of the sequence. The laminating roller is preferably configured to be maintained at the second height and in a second lateral position downstream of the last master element during an exposure process of the sequence. In a preferred embodiment of the invention, the lamination module comprises means for adjusting the height of the lamination roller. Preferably, the means for adjusting the height of the laminating roller are designed to bring the laminating roller from a storage position to a laminating position on the top of the master elements. This height adjustment preferably includes a translation of the lamination roller over a distance of at least 1 cm, preferably at least 5 cm, more preferably at least 10 cm. The person skilled in the art is aware of suitable means for such a height adjustment. The lamination roller can thus be brought outside an area between the master elements and/or coupling elements and/or light source before or after lamination. This creates greater degrees of freedom in the application of the coupling elements and/or the exposure of the master elements.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Mittel zur Höhenverstellung des Laminierungsmoduls auch für eine Höhenjustierung der Laminierungswalze konfiguriert. Vorzugsweise sind die Mittel zur Höhenverstellung der Laminierungswalze dazu eingerichtet die Höhe der Laminierungswalze bis zu +/- 50 pm, vorzugsweise +/- 100 pm, besonders bevorzugt +/- 500 pm zu justieren. Vorzugsweise erfolgt die Höhenjustierung bei einer Auflösung von mindestens 50 pm, insbesondere mindestens 10 pm. Die Auflösung der Höhenjustierung bezieht sich vorzugsweise auf den kleinsten Schritt, über den die Laminierungswalze zur Höhenjustierung translatiert werden kann. In a further preferred embodiment of the invention, the means for adjusting the height of the lamination module are also configured for adjusting the height of the lamination roller. Preferably, the means for adjusting the height of the laminating roller are set up to adjust the height of the laminating roller up to +/- 50 pm, preferably +/- 100 pm, particularly preferably +/- 500 pm. The height adjustment is preferably carried out with a resolution of at least 50 pm, in particular at least 10 pm. The resolution of the height adjustment preferably refers to the smallest step over which the laminating roller can be translated for height adjustment.
Eine solche Höhenjustierung kann vorteilhaft kleinste Variationen in der Position der Oberfläche bzw. in der Oberflächenqualität der Masterelemente kompensieren. So können die Masterelemente das erste Trägermittel selbst nur innerhalb von Toleranzen positioniert werden. Aufgrund von Fertigungstoleranzen kann die tatsächliche Höhe eines Masterelements auch von einer Soll-Höhe abweichen. So können diese Toleranzen bei der Positionierung der Laminierungswalze kompensiert werden, sodass diese immer mit einem vorgegebenen Druck auf die Oberfläche der Masterelemente aufgebracht wird. Auch eine leichte Kippstellung des ersten Trägermittels kann auf diese Weise ausgeglichen werden, sofern nicht wie obig erläutert das erste Trägermittel ohnehin kippbar gestaltet wird. Diese Maßnahmen verbessern den optischen Kontakt zwischen der Verbundbahn und den Masterelementen und vermeiden gleichzeitig exzessiven Laminierungsdruck. Such a height adjustment can advantageously compensate for the smallest variations in the position of the surface or in the surface quality of the master elements. The master elements and the first carrier means themselves can only be positioned within tolerances. Due to manufacturing tolerances, the actual height of a master element can also deviate from a target height. These tolerances can be compensated for when positioning the lamination roller so that it is always applied to the surface of the master elements with a specified pressure. Even a slight tilting position of the first support means can be compensated for in this way, unless the first support means is designed to be tiltable anyway, as explained above. These measures improve the optical contact between the composite web and the master elements while avoiding excessive lamination pressure.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Laminierungswalze vorerst auf einer vorbestimmten Position auf der Oberfläche der Masterelemente gebracht und dann durch kleinere Bewegungsschritte in ihrer Höhe justiert. Hierdurch kann die Laminierungswalze besonders präzise auf die tatsächliche Oberfläche der Masterelemente gebracht werden. Vorzugsweise ist die Höhenjustierung der Laminierungswalze druckgeregelt. Hierfür können einen oder mehrere Sensoren, insbesondere einen Druckkraftsensor verwendet werden. Vorzugsweise wird mittels eines Druckkraftsensors festgestellt, dass eine Laminierungswalze in Kontakt mit der Oberfläche der Masterelemente mit einem Druck in einem vorbestimmten Bereich steht. Der Drucksensor kann beispielsweise als Folie auf der Oberfläche der Laminierungswalze vorliegen. In a further preferred embodiment of the invention, the lamination roller is initially brought to a predetermined position on the surface of the master elements and then its height is adjusted by smaller movement steps. This allows the lamination roller to be brought particularly precisely onto the actual surface of the master elements. The height adjustment of the laminating roller is preferably pressure-controlled. One or more sensors, in particular a pressure force sensor, can be used for this. Preferably, it is determined by means of a pressure force sensor that a laminating roller is in contact with the surface of the master elements with a pressure in a predetermined range. The pressure sensor can be present, for example, as a film on the surface of the lamination roller.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Laminierungswalze gefedert gelagert, wobei die gefederte Lagerung vorzugsweise für eine Höhentoleranz von mindestens +/- 50 pm, vorzugsweise +/- 100 pm, besonders bevorzugt +/- 500 pm konfiguriert ist. Eine solche Federung kann Toleranzen in der Oberflächenqualität und/oder relativen Positionierung der Masterelemente und der Laminierungswalze kompensieren. Die Federung kann ferner Luftspalten und/oder Blasen zwischen den Masterelementen und der Laminierungswalze eliminieren und somit den optischen Kontakt zwischen der Verbundbahn und den Masterelementen verbessern. In a further preferred embodiment of the invention, the lamination roller is spring-mounted, the spring-loaded bearing preferably being configured for a height tolerance of at least +/- 50 pm, preferably +/- 100 pm, particularly preferably +/- 500 pm. Such suspension can compensate for tolerances in the surface quality and/or relative positioning of the master elements and the laminating roller. The suspension can further eliminate air gaps and/or bubbles between the master elements and the laminating roller and thus improve the optical contact between the composite web and the master elements.
Die gefederte Lagerung der Laminierungswalze erfolgt vorzugsweise mechanisch, (elektro- jmagnetisch, hydraulisch oder pneumatisch, wobei eine pneumatische Federung besonders bevorzugt ist. Vorzugsweise ist die Federung der Laminierungswalze druckgeregelt, insbesondere um einen bevorzugten Druck zwischen der Laminierungswalze und den Masterelementen herzustellen und aufrechtzuerhalten. The spring-loaded mounting of the laminating roller is preferably carried out mechanically (electro-jmagnetically, hydraulically or pneumatically, with a pneumatic suspension being particularly preferred. Preferably, the suspension of the laminating roller is pressure-controlled, in particular in order to establish and maintain a preferred pressure between the laminating roller and the master elements.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das erste Trägermittel und/oder das zweite Trägermittel einen oder mehrere Sensoren zur Feststellung eines Kontakts mit einer weiteren Prozesskomponente. Vorzugsweise wird mittels eines Druckkraftsensors festgestellt, dass das erste Trägermittel mit ausreichendem Druck in Kontakt mit einer Laminierungswalze und/oder mit dem zweiten Trägermittel steht. In a further preferred embodiment of the invention, the first carrier means and/or the second carrier means comprises one or more sensors for detecting contact with a further process component. It is preferably determined by means of a pressure force sensor that the first carrier means is in contact with a laminating roller and/or with the second carrier means with sufficient pressure.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Belichtungsmodul eine Lichtquelle. In a preferred embodiment of the invention, the exposure module comprises a light source.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird von der Lichtquelle ein kohärenter Lichtstrahl ausgesandt. Kohärenz bezeichnet bevorzugt die Eigenschaft von optischen Wellen, wonach es zwischen zwei Wellenzügen eine feste Phasenbeziehung gibt. Als Folge der festen Phasenbeziehung zwischen den beiden Wellenzügen können räumlich stabile Interferenzmuster entstehen. Hinsichtlich der Kohärenz kann zwischen einer zeitlichen und räumlichen Kohärenz unterschieden werden. Eine räumliche Kohärenz stellt bevorzugt ein Maß für eine feste Phasenbeziehung zwischen Wellenzügen senkrecht zur Ausbreitungsrichtung dar und ist beispielsweise für parallele Lichtstrahlen gegeben. Eine zeitliche Kohärenz stellt bevorzugt eine feste Phasenbeziehung zwischen Wellenzügen entlang der Ausbreitungsrichtung dar und ist insbesondere für schmalbandige, vorzugsweise monochromatische Lichtstrahlen gegeben. In a preferred embodiment, a coherent light beam is emitted by the light source. Coherence preferably describes the property of optical waves according to which there is a fixed phase relationship between two wave trains. As a result of the fixed phase relationship between the two wave trains, spatially stable interference patterns can arise. With regard to coherence, a distinction can be made between temporal and spatial coherence. Spatial coherence preferably represents a measure of a fixed phase relationship between wave trains perpendicular to the direction of propagation and is present, for example, for parallel light rays. A temporal coherence preferably represents a fixed phase relationship between wave trains along the Direction of propagation and is particularly given for narrow-band, preferably monochromatic light beams.
Die Kohärenzlänge bezeichnet bevorzugt einen maximalen Weglängen- oder Laufzeitunterschied, den zwei Lichtstrahlen von einem Ausgangspunkt aufweisen, damit bei ihrer Überlagerung noch ein (räumlich und zeitlich) stabiles Interferenzmuster entsteht. Die Kohärenzzeit bezeichnet bevorzugt die Zeit, die das Licht benötigt, um eine Kohärenzlänge zurückzulegen. The coherence length preferably refers to a maximum path length or transit time difference that two light beams have from a starting point, so that a stable (spatially and temporally) interference pattern is created when they are superimposed. The coherence time preferably refers to the time that the light needs to travel a coherence length.
In bevorzugten Ausführungsformen umfasst die Lichtquelle ein Laser. Besonders bevorzugt handelt es sich um einen schmalbandigen, vorzugsweise monochromatischen Laser mit einer bevorzugten Wellenlänge im sichtbaren Bereich (vorzugsweise 400 nm bis 780 nm). Nicht abschließende Beispiele umfassen Festkörperlaser, vorzugsweise Halbleiterlaser bzw. Laserdioden, Gaslaser oder Farbstofflaser. In preferred embodiments, the light source comprises a laser. Particularly preferably it is a narrow-band, preferably monochromatic laser with a preferred wavelength in the visible range (preferably 400 nm to 780 nm). Non-exhaustive examples include solid-state lasers, preferably semiconductor lasers or laser diodes, gas lasers or dye lasers.
Auch andere Lichtquellen, vorzugsweise kohärente Lichtquellen, können Verwendung finden. Bevorzugt sind schmalbändige Lichtquellen, vorzugsweise monochromatische Lichtquellen, wozu beispielsweise Leuchtdioden (LEDs), optional in Kombination mit Monochromatoren gehören. Other light sources, preferably coherent light sources, can also be used. Narrow-band light sources are preferred, preferably monochromatic light sources, which include, for example, light-emitting diodes (LEDs), optionally in combination with monochromators.
Für eine Replikation mit unterschiedlichen Wellenlängen kann es bevorzugt sein, eine Beleuchtungsstrahlung in verschiedenen Wellenlängenbereichen, z.B. in einem roten Wellenlängenbereich (vorzugsweise 630 nm - 700 nm), einem grünen Wellenlängenbereich (vorzugsweise 500 nm - 560 nm) und/oder einem blauen Wellenlängenbereich (vorzugsweise 450 nm - 475 nm) bereitzustellen. For replication with different wavelengths, it may be preferred to use illumination radiation in different wavelength ranges, for example in a red wavelength range (preferably 630 nm - 700 nm), a green wavelength range (preferably 500 nm - 560 nm) and / or a blue wavelength range (preferably 450 nm - 475 nm).
Beispielsweise kann zu diesem Zweck ein Lasersystem mit drei monochromatischen Lasern oder einem polychromatischen Laser mit einer Laseremission jeweils im roten, grünen oder blauen (RGB) Bereich bereitgestellt werden. Es kann auch bevorzugt sein, dass die Lichtquelle ein Weißlichtlaser und einen einstellbaren Wellenlängenfilter umfasst, der so konfiguriert ist, dass die Wellenlänge, mit der die Verbundbahn belichtet wird, eingestellt werden kann. For example, a laser system with three monochromatic lasers or one polychromatic laser with laser emission in the red, green or blue (RGB) range can be provided for this purpose. It may also be preferred that the light source comprises a white light laser and an adjustable wavelength filter configured such that the wavelength at which the composite web is exposed can be adjusted.
Das Belichtungsmodul kann auch einen oder mehrere Motoren umfassen, die so konfiguriert sind, dass sie einen Winkel der Lichtquelle einstellen und/oder die Lichtquelle entlang einer Bahn bewegen. Die Lichtquelle kann zum Beispiel als Scanning-Lichtquelle konfiguriert sein. Die Lichtquelle kann auch mit einer Achse ausgestattet sein, entlang der sie gleiten kann. Das Belichtungsmodul kann auch einen oder mehrere Spiegel umfassen, deren Position ebenfalls einstellbar sein kann, um den Weg eines Lichtstrahls auf die Masterelemente und/oder die Verbundbahn zu lenken. Das Belichtungsmodul kann auch eine oder mehrere Linsen enthalten, zum Beispiel eine Zerstreuungslinse, um einen Lichtstrahl auf dem Masterelement zu verbreitern. Es kann auch von Vorteil sein, wenn das Belichtungsmodul mit Mitteln ausgestattet ist, um die Intensität des von der Lichtquelle auf die Masterelemente und/oder die Verbundbahn fallenden Lichts einzustellen. The exposure module may also include one or more motors configured to adjust an angle of the light source and/or move the light source along a path. The light source can be configured, for example, as a scanning light source. The light source can also be equipped with an axis along which it can slide. The exposure module can also include one or more mirrors, the position of which can also be adjustable in order to direct the path of a light beam onto the master elements and/or the composite web. The exposure module may also include one or more lenses, for example a diverging lens, to broaden a beam of light on the master element. It can also be advantageous if the exposure module is equipped with means is to adjust the intensity of the light falling from the light source onto the master elements and/or the composite sheet.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Ablösungsmodul eine Ablösungswalze, die unterhalb einer Höhenposition einer Verbundbahn positioniert ist. Vorzugsweise umfasst das Ablösungsmodul einen Aktuator zum Bewegen der Ablösungswalze entlang eines Weges nach der Belichtung. Vorzugsweise umfasst dieser Weg ein Anheben des Ablösungsmoduls, so dass eine darüber liegende Verbundbahn+ ebenfalls angehoben wird.In a preferred embodiment of the invention, the detachment module comprises a detachment roller which is positioned below a height position of a composite web. Preferably, the release module includes an actuator for moving the release roller along a path after exposure. Preferably, this path includes lifting the detachment module so that a composite web+ lying above it is also lifted.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das erste Trägermittel dazu eingerichtet, mindestens zwei, vorzugsweise mindestens drei, noch bevorzugter mindestens vier Masterelemente zu tragen. In a further preferred embodiment of the invention, the first carrier means is designed to carry at least two, preferably at least three, more preferably at least four master elements.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Vorrichtung ein Transportmodul für den Transport einer lichtempfindlichen Verbundbahn über die Sequenz von Masterelementen. Das Transportmodul umfasst vorzugsweise eine oder mehrere Transportwalzen, zum Beispiel eine Zugwalze, die die Verbundbahn vorwärtsbewegt. Dies kann zu einem halbkontinuierlichen Prozess mit einem rollenförmigen Zwischenprodukt führen, das zum Schneiden an weitere Arbeitsstationen weitergeleitet werden kann. In a further preferred embodiment of the invention, the device comprises a transport module for transporting a light-sensitive composite web over the sequence of master elements. The transport module preferably comprises one or more transport rollers, for example a pull roller, which moves the composite web forward. This can result in a semi-continuous process with a roll-shaped intermediate product that can be passed on to further work stations for cutting.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Vorrichtung auch ein Fixierungsmodul. Dies sorgt für eine noch kompaktere Vorrichtung und erhöht die Qualität des Endprodukts, da die Fixierung unmittelbar erfolgen kann, bevor optische oder mechanische Störungen die soeben belichtete Verbundbahn beeinträchtigen. In a preferred embodiment of the invention, the device also includes a fixation module. This ensures an even more compact device and increases the quality of the end product, as fixation can take place immediately before optical or mechanical disturbances affect the composite web that has just been exposed.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Vorrichtung eine Steuereinheit. Die Steuereinheit umfasst vorzugsweise einen Prozessor und einen Speicher ist vorzugsweise dazu eingerichtet, eine Auswahl und optional Anordnung der Sequenz der Masterelemente zu kontrollieren, wobei der Prozessor Sequenzdaten aus dem Speicher liest und einem Aktuator und/oder einem Benutzer signalisiert, in welcher Sequenz die Masterelemente anzuordnen sind. In a further preferred embodiment of the invention, the device comprises a control unit. The control unit preferably comprises a processor and a memory is preferably set up to control a selection and optional arrangement of the sequence of the master elements, the processor reading sequence data from the memory and signaling an actuator and/or a user in which sequence the master elements should be arranged are.
So kann die Steuereinheit vorzugsweise dafür sorgen, dass die Masterhologramme im ersten Trägermittel nach einer vorgegebenen Reihenfolge angeordnet werden, wie z.B. einer Reihenfolge, in der größere Bauteile, welche die replizierten Hologramme in sich integrieren, auf einer parallelen Fertigungslinie bearbeitet werden. The control unit can thus preferably ensure that the master holograms are arranged in the first carrier means in a predetermined order, such as an order in which larger components, which integrate the replicated holograms, are processed on a parallel production line.
Vorzugsweise erfolgt das erfindungsgemäße Verfahren mithilfe eines Systems für die Replikation einer Mehrzahl von Hologrammen umfassend eine Vorrichtung wie oben beschrieben und eine Vielzahl von Masterelementen. Die Masterelemente umfassen einen Substratkörper und mindestens ein Masterhologramm, wobei aus der Vielzahl von Masterelementen eine Sequenz von Masterelementen in Abhängigkeit der zu replizierenden Mehrzahl von Hologrammen auswählbar ist. Preferably, the method according to the invention is carried out using a system for replicating a plurality of holograms comprising a device as described above and a plurality of master elements. The master elements include a substrate body and at least one master hologram, selected from the plurality of Master elements, a sequence of master elements can be selected depending on the plurality of holograms to be replicated.
Detaillierte Beschreibung Detailed description
Im Folgenden soll die Erfindung anhand von Beispielen und Abbildungen näher erläutert werden, ohne auf diese beschränkt zu sein. The invention will be explained in more detail below using examples and illustrations, without being limited to these.
Kurzbeschreibunq der Abbildungen Short description of the illustrations
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Fig. 1 is a schematic representation of a device for carrying out the method according to the invention.
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung, bei welcher Einkopplungselemente verwendet werden. Fig. 2 is a schematic representation of a further preferred embodiment of the device in which coupling elements are used.
Fig. 3 ist eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung, in der lichtabsorbierende Abstandshalter die Masterelemente und Einkopplungselemente trennen. Figure 3 is a schematic representation of a preferred embodiment of the device in which light absorbing spacers separate the master elements and coupling elements.
Fig. 4 ist eine schematische Draufsicht, welche einen Austausch von Masterelementen in einem ersten Trägermittel illustriert. Fig. 4 is a schematic top view illustrating an exchange of master elements in a first carrier means.
Fig. 5 ist eine schematische Draufsicht auf eine Anordnung von Masterelementen in zwei Reihen in einem ersten Trägermittel. Figure 5 is a schematic top view of an arrangement of master elements in two rows in a first support means.
Fig. 6 ist eine schematische Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung in unterschiedlichen Stadien: A) vor einer Laminierung, B) während einer Laminierung, C) während einer Belichtung, D) nach der Belichtung, E) während einer Ablösung, F) nach einer Ablösung. 6 is a schematic side view of a preferred embodiment of the device in different stages: A) before lamination, B) during lamination, C) during exposure, D) after exposure, E) during delamination, F) after Detachment.
Fig. 7 ist eine schematische Frontalansicht einer Rekonstruktion eines edge-litFig. 7 is a schematic front view of a reconstruction of an edge-lit
Reflexionshologramms. reflection hologram.
Fig. 8 ist eine schematische Frontalansicht einer Rekonstruktion eines edge-litFigure 8 is a schematic front view of a reconstruction of an edge-lit
T ransmissionshologramms. Transmission hologram.
Fig. 9 ist eine schematische Frontalansicht eines Belichtungsprozesses zur Replikation eines edge-lit Reflexionshologramms mit Hilfe eines Einkopplungselements. 9 is a schematic front view of an exposure process for replicating an edge-lit reflection hologram using a coupling element.
Fig. 10 ist eine schematische Frontalansicht eines Belichtungsprozesses zur Replikation eines edge-lit Transmissionshologramms mit Hilfe eines Einkopplungselements. 10 is a schematic front view of an exposure process for replicating an edge-lit transmission hologram using a coupling element.
Fig. 11 ist eine schematische Frontalansicht eines Belichtungsprozesses zur Replikation eines von oben belichteten Reflexionshologramms. Fig. 12 ist eine schematische Frontalansicht eines Belichtungsprozesses, bei dem ein Multiplex- Hologramm repliziert wird, das sowohl ein Reflexionshologramm als auch ein edge-lit Transmissionshologramm aufweist. Figure 11 is a schematic front view of an exposure process for replicating a top-exposed reflection hologram. Figure 12 is a schematic front view of an exposure process in which a multiplex hologram comprising both a reflection hologram and an edge-lit transmission hologram is replicated.
Fig. 13 ist eine schematische Frontalansicht eines Belichtungsprozesses, bei dem ein Transmissionshologramm von unten belichtet wird. Figure 13 is a schematic front view of an exposure process in which a transmission hologram is exposed from below.
Fig. 14 ist eine schematische Frontalansicht eines Belichtungsprozesses zur Replikation eines Multiplex-Hologramms umfassend ein Transmissionshologramm und ein edge-lit Reflexionshologramm. 14 is a schematic front view of an exposure process for replicating a multiplex hologram comprising a transmission hologram and an edge-lit reflection hologram.
Fig. 15 ist eine schematische Frontalansicht eines Belichtungsprozesses, bei dem edge-lit Transmissionshologramme gleichzeitig von beiden Seiten eines ersten Trägermittels mit zwei Reihen belichtet werden. Figure 15 is a schematic front view of an exposure process in which edge-lit transmission holograms are simultaneously exposed from both sides of a first two-row support.
Fig. 16A - 16F zeigen beispielhaft die Verwendung eines keilförmigen Einkopplungselementes mit einer optischen Flüssigkeit. 16A - 16F show an example of the use of a wedge-shaped coupling element with an optical liquid.
Fig. 17A - 17F zeigen beispielhaft die Verwendung eines zylinderförmigen Einkopplungselementes mit einer optischen Flüssigkeit, 17A - 17F show an example of the use of a cylindrical coupling element with an optical liquid,
Detaillierte Beschreibung der Abbildungen Detailed description of the images
Die Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 1 für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Der Einfachheit halber werden die Belichtung und das Ablösungsmodul nicht gezeigt. Die Figur zeigt schematisch ein erstes Trägermittel 10, welches eine lineare Anordnung von fünf Masterelementen 2 derart hält, dass die horizontalen Oberseiten dieser Elemente miteinander und mit dem ersten Trägermittel 10 bündig vorliegen. Es wird eine einfache Ausführungsform des ersten Trägermittels 10 gezeigt, welche nur zwei Endblöcke umfasst, die vorzugsweise in ihrer Position fixiert werden können, zum Beispiel durch Festklemmen aneinander oder an einer ortsfesten Oberfläche. Es kann jedoch jede beliebige Ausführungsform des ersten Trägermittels 10 verwendet werden, z.B. ein Rahmen, der entlang der Unterseite der Masterelemente verbunden ist, oder eine Anordnung von durch Stege getrennten Hohlräumen zur Aufnahme der Masterelemente 2, so dass mindestens zwei ihrer Oberflächen optisch zugänglich sind. Figure 1 shows a schematic representation of a device 1 for carrying out the method according to the invention. For simplicity, the exposure and detachment modulus are not shown. The figure shows schematically a first support means 10, which holds a linear arrangement of five master elements 2 in such a way that the horizontal top sides of these elements are flush with each other and with the first support means 10. A simple embodiment of the first support means 10 is shown, which comprises only two end blocks, which can preferably be fixed in position, for example by clamping to one another or to a stationary surface. However, any embodiment of the first support means 10 can be used, for example a frame connected along the underside of the master elements, or an arrangement of cavities separated by webs for receiving the master elements 2, so that at least two of their surfaces are optically accessible.
Vorzugsweise kann das erste Trägermittel 10 zum Beispiel ein Rahmenelement entlang einer unteren Außenkante der Masterelemente 2 umfassen, welches nicht mehr als 50 %, vorzugsweise bis zu höchstens 40%, 30%, 20 % oder 10% oder weniger der Seitenflächen der Masterelemente 2 bedeckt. Solche Seitenflächen werden im Sinne der Erfindung vorzugsweise als optisch zugängliche Flächen betrachtet. In der Fig. 1 haben die Masterelemente 2 mindestens drei optisch zugängliche Flächen. F1 und F2 sind optisch zugängliche Seitenflächen. F3 ist eine obere Fläche und wird nur von der Verbundbahn 3 verdeckt. Die Verbundbahn 3 ist jedoch kein lichtabsorbierendes Material, sodass die obere Fläche F3 als optisch zugänglich gelten kann. Die Belichtung des Masterhologramms 6 in den Masterelementen 2 kann durch das Richten von Licht auf eine oder mehrerer dieser optisch zugänglichen Flächen erfolgen. Eine nicht beschriftete Unterseite der Masterelemente 2 kann ebenfalls optisch zugänglich sein, insbesondere sofern ein erstes Trägermittel 10 mit entsprechender Rahmenstruktur gewählt wird. Die Bandbreite der Winkel, aus denen die Belichtung erfolgen kann, ist mithin sehr groß und für verschiedenste Belichtungsanordnungen geeignet Preferably, the first support means 10 can, for example, comprise a frame element along a lower outer edge of the master elements 2, which covers no more than 50%, preferably up to a maximum of 40%, 30%, 20% or 10% or less of the side surfaces of the master elements 2. For the purposes of the invention, such side surfaces are preferably viewed as optically accessible surfaces. In Fig. 1, the master elements 2 have at least three optically accessible surfaces. F1 and F2 are optically accessible Side surfaces. F3 is an upper surface and is only covered by the composite membrane 3. However, the composite sheet 3 is not a light-absorbing material, so that the upper surface F3 can be considered optically accessible. The exposure of the master hologram 6 in the master elements 2 can be done by directing light onto one or more of these optically accessible surfaces. An unlabeled underside of the master elements 2 can also be visually accessible, in particular if a first support means 10 with a corresponding frame structure is selected. The range of angles from which the exposure can take place is therefore very large and suitable for a wide variety of exposure arrangements
Die Verbundbahn 3 ist über die Oberseite der Masterelemente 2 und des ersten Trägermittels 10 ausgestreckt. Diese Anordnung ergibt sich durch das Laminieren der Verbundbahn 3 auf die bündige Oberfläche mit Hilfe des Laminiermoduls. In diesem Fall umfasst das Laminiermodul die Laminierungswalze 7. Diese kann beispielsweise von der rechten Seite der Figur auf die Verbundbahn 3 herabfahren, auf die bündige Oberfläche drücken und in einer relativen Bewegung zu der links in Fig. 1 gezeigten Position rollen (vgl. auch Fig. 6 A-F). Um optische Störungen während der Belichtung zu vermeiden, ist es bevorzugt, dass das erste Trägermittel 10 und die Laminierungswalze 7 entweder ein lichtabsorbierendes Material umfassen oder mit einer Absorberschicht 5 beschichtet sind. The composite web 3 is stretched over the top of the master elements 2 and the first carrier means 10. This arrangement results from laminating the composite web 3 onto the flush surface using the laminating module. In this case, the laminating module includes the laminating roller 7. This can, for example, move down from the right side of the figure onto the composite web 3, press on the flush surface and roll in a relative movement to the position shown on the left in FIG. 1 (see also FIG .6A-F). In order to avoid optical disturbances during exposure, it is preferred that the first carrier means 10 and the lamination roller 7 either comprise a light-absorbing material or are coated with an absorber layer 5.
Die Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der VorrichtungFig. 2 shows a schematic representation of a further embodiment of the device
1 . Die Struktur der Ausführungsform ist analog zu der der in Fig. 1 illustrierten Ausführungsform mit dem Hauptunterschied, dass die Einkopplungselemente 8 in einer linearen Anordnung über den Masterelementen 2 vorhanden sind. 1 . The structure of the embodiment is analogous to that of the embodiment illustrated in FIG. 1 with the main difference that the coupling elements 8 are present in a linear arrangement above the master elements 2.
Obwohl die Einkopplungselemente 8 manuell auf den Masterelementen 2 platziert werden können, ist es vorzuziehen, dass sie von einem zweiten Trägermittel (nicht gezeigt) wie beispielsweise einem Rahmen getragen werden. Dies ermöglicht eine präzise und wiederholbare Platzierung der Einkopplungselemente 8. In der gezeigten Ausführungsform sind alle Einkopplungselemente 8 gleich groß und gleich geformt, ebenso wie alle MasterelementeAlthough the coupling elements 8 can be manually placed on the master elements 2, it is preferable that they are supported by a second support means (not shown) such as a frame. This enables precise and repeatable placement of the coupling elements 8. In the embodiment shown, all coupling elements 8 are the same size and the same shape, as are all the master elements
2. Die Größe und Form der Einkopplungselemente 8 ist ebenfalls gleich der der Masterelemente 2. Jedes Einkopplungselement 8 entspricht einem einzelnen Masterelement 2 und wird direkt darüber platziert, so dass die Seitenflächen eines Einkopplungselements 8 mit den Seitenflächen des entsprechenden Masterelements 2 bündig sind. 2. The size and shape of the coupling elements 8 is also the same as that of the master elements 2. Each coupling element 8 corresponds to an individual master element 2 and is placed directly above it, so that the side surfaces of a coupling element 8 are flush with the side surfaces of the corresponding master element 2.
Es ist weiterhin bevorzugt, dass mindestens zwei Oberflächen jedes Einkopplungselements 8 optisch zugänglich sind. In dieser Ausführungsform ist das Einkopplungselement 8 zumindest von seinen Seitenflächen F4 und F5 sowie einer oberen Fläche (ohne Bezugszeichen) aus optisch zugänglich. Die Einkopplungselemente 8 umfassen einen transparenten Block aus einem vorzugsweise identischen Material wie der Substratkörper 14 der Masterelemente 2. Fig. 3 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung 1. Der Aufbau der Vorrichtung 1 ist analog zu der von Fig. 2. Der Hauptunterschied besteht in der Verwendung von lichtabsorbierenden Abstandshaltern 4 zwischen den Masterelementen 2. Diese sind in der Figur schwarz dargestellt. Obwohl ihre Oberseite nicht sichtbar ist, ist die Oberseite bündig mit der des ersten Trägermittels 10 und der Masterelemente 2. Ebenfalls in Fig. 3 zu sehen ist eine Reihe von lichtabsorbierenden Abstandhaltern 4, welche die Einkopplungselemente 8 voneinander trennen, so dass eine untere Fläche des Abstandshalters 4 mit einer unteren Fläche der Einkopplungselemente 8 bündig ist. Es ist bevorzugt, dass die Abstandhalter 4 zwischen den inneren Seitenflächen der Masterelemente 2 und der Einkopplungselemente 8 und in Kontakt mit diesen angeordnet sind. Das heißt vorzugsweise, dass die Abstandhalter 4 entlang jener Fläche angeordnet sind, welche ein Masterelement 2 von einem benachbarten Masterelement 2 trennen. It is further preferred that at least two surfaces of each coupling element 8 are optically accessible. In this embodiment, the coupling element 8 is optically accessible at least from its side surfaces F4 and F5 as well as an upper surface (without reference numbers). The coupling elements 8 comprise a transparent block made of a preferably identical material as the substrate body 14 of the master elements 2. Fig. 3 shows a further preferred embodiment of the device 1. The structure of the device 1 is analogous to that of Fig. 2. The main difference is the use of light-absorbing spacers 4 between the master elements 2. These are shown in black in the figure. Although its top side is not visible, the top side is flush with that of the first support means 10 and the master elements 2. Also shown in Fig. 3 is a series of light-absorbing spacers 4, which separate the coupling elements 8 from one another, so that a lower surface of the Spacer 4 is flush with a lower surface of the coupling elements 8. It is preferred that the spacers 4 are arranged between the inner side surfaces of the master elements 2 and the coupling elements 8 and in contact with them. This preferably means that the spacers 4 are arranged along the surface that separates a master element 2 from an adjacent master element 2.
Fig. 4 ist eine schematische Draufsicht auf ein einreihiges erstes Trägermittel 10, das vier Masterelemente A - D umfasst. Die Figur illustriert, auf welch einfache Weise die Masterelemente 2 auf Basis des erfindungsgemäßen Setzkastenprinzips ausgetauscht werden können. Hierbei kann z.B. das Masterelement C entfernt werden, indem es z.B. horizontal verschoben wird. Das Masterelement E kann auf die gleiche Weise in die Lücke eingefügt werden, indem es zum Beispiel in die entsprechende Ausnehmung geschoben wird. Die Figur zeigt auch beispielhaft die Abmessungen der Masterelemente 2. Die Breite eines Masterelements 2 kann z.B. ca. 80 mm betragen, während die Länge z.B. ca. 100 mm betragen kann. Fig. 4 is a schematic top view of a single-row first carrier means 10, which comprises four master elements A - D. The figure illustrates how easily the master elements 2 can be exchanged based on the case principle according to the invention. For example, the master element C can be removed by moving it horizontally, for example. The master element E can be inserted into the gap in the same way, for example by pushing it into the corresponding recess. The figure also shows an example of the dimensions of the master elements 2. The width of a master element 2 can be, for example, approximately 80 mm, while the length can be, for example, approximately 100 mm.
Fig. 5 ist eine schematische Draufsicht auf ein zweireihiges erstes Trägermittel 10, welches acht Masterelemente A - H umfasst. Indem eine größere Anzahl von Masterelementen 2 der gleichen Größe wie in Fig. 4 bereitgestellt werden können, kann der Prozess beschleunigt werden, da mehr Hologramme pro Durchgang hergestellt werden können. Die Größe des ersten Trägermittels 10 ist angepasst, um eine größere Anzahl von Masterelementen 2 in zwei Reihen unterzubringen. Fig. 5 is a schematic top view of a two-row first carrier means 10, which comprises eight master elements A - H. By being able to provide a larger number of master elements 2 of the same size as in Fig. 4, the process can be accelerated since more holograms can be produced per pass. The size of the first support means 10 is adapted to accommodate a larger number of master elements 2 in two rows.
Fig. 6 ist eine schematische Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform einer Vorrichtung für die Durchführung unterschiedlicher Verfahrensschritte während einer Replikation der Hologramme Fig. 6 is a schematic side view of a further embodiment of a device for carrying out different process steps during replication of the holograms
Die Figur 6A zeigt die Positionen der verschiedenen Elemente der Vorrichtung kurz vor dem Beginn eines Laminierungsschritts. Bevor die Laminierung beginnt, werden die Masterelemente A, B, C usw. in einer linearen Anordnung im ersten Trägermittel 10 platziert. In diesem Fall umfasst der Trägermittel 10 nur eine einzige Reihe. Die Anzahl der Masterelemente 2, die in der einzelnen Reihe angeordnet sind, und ihre Länge bestimmen die Wiederholungslänge oder „Repeat-Länge“ 20. Die Pfeile auf der Laminierwalze 7 in der Figur 6A zeigen an, dass sich die Laminierwalze 7 vertikal (oben/unten) bewegt. Um einen Fluss der Verbundbahn 3 zwischen den Durchläufen zu ermöglichen, befindet sich die Laminierwalze 7 vorteilhafterweise in einer ersten Position oberhalb des ersten Trägermittels 10 und oberhalb der Verbundbahn 3, so dass keine Reibung zwischen der Laminierwalze 7 und der Verbundbahn 3 die Bewegung der Verbundbahn behindert. Es ist auch bevorzugt, dass die Laminierwalze 7 während des Flusses der Verbundbahn 3 seitlich so positioniert ist, dass sie sich außerhalb des Raums zwischen den Einkopplungselementen 8 und den Masterelementen 2 befindet. Dies ermöglicht eine freie vertikale Bewegung der Einkopplungselemente 8 in dem Raum zwischen ihnen und den Masterelementen. Figure 6A shows the positions of the various elements of the device shortly before the start of a lamination step. Before lamination begins, the master elements A, B, C, etc. are placed in a linear arrangement in the first support means 10. In this case, the support means 10 comprises only a single row. The number of master elements 2 arranged in the individual row and their length determine the repeat length or “repeat length” 20. The arrows on the laminating roller 7 in Figure 6A indicate that the laminating roller 7 moves vertically (up/down). In order to enable the composite web 3 to flow between passes, the laminating roller 7 is advantageously in a first position above the first carrier means 10 and above the composite web 3, so that no friction between the laminating roller 7 and the composite web 3 hinders the movement of the composite web . It is also preferred that the laminating roller 7 is positioned laterally during the flow of the composite web 3 so that it is outside the space between the coupling elements 8 and the master elements 2. This enables free vertical movement of the coupling elements 8 in the space between them and the master elements.
Zu Beginn des Laminiervorgangs wird die Laminierwalze 7 auf eine zweiten Höhe gesenkt, so dass sie die Ebene der ausgerichteten horizontalen Oberflächen der Masterelemente 2 erreicht.At the beginning of the laminating process, the laminating roller 7 is lowered to a second height so that it reaches the level of the aligned horizontal surfaces of the master elements 2.
Wie auch in Fig. 6A gezeigt, umfassen die Einkopplungselemente 8 in dieser Ausführungsform einen unteren Einkopplungsabschnitt 9. Der Einkopplungsabschnitt 9 besteht - im Gegensatz zum Hauptkörper des Einkopplungselements 8, der starr ist - aus einem elastischen, transparenten Material wie z.B. Silikon. As also shown in Fig. 6A, the coupling elements 8 in this embodiment include a lower coupling section 9. The coupling section 9 consists - in contrast to the main body of the coupling element 8, which is rigid - of an elastic, transparent material such as silicone.
Fig. 6B zeigt die Positionen der verschiedenen Elemente der Vorrichtung 1 während des Laminierungsprozesses. Die Laminierungswalze 7, welche die Verbundbahn 3 zwischen sich und dem ersten Trägermittel 10 und/oder den Masterelementen 2 einschließt, rollt horizontal in einer stromaufwärtigen Richtung (in der Fig. nach links). Dies kann dazu führen, dass eine vorgelagerte Rolle der Verbundbahn 3 passiv abgerollt wird. Die Laminierung bringt die Verbundbahn 3 in optischen Kontakt mit den Oberseiten der Masterelemente 2. Während der horizontalen Bewegung der Laminierwalze 7 können die Einkopplungselemente 8, die auf einem zweiten Trägermittel (nicht abgebildet) untergebracht sind, abgesenkt werden. Vorzugsweise sind die Geschwindigkeit des Absenkens der Einkopplungselemente 8 und/oder die Geschwindigkeit des Rollens der Laminierwalze 7 aufeinander abgestimmt, um ein zügiges Aufbringen der Einkopplungselemente 8 ohne Gefahr einer gegenseitigen Behinderung zu gewährleisten. Figure 6B shows the positions of the various elements of the device 1 during the lamination process. The lamination roller 7, which encloses the composite web 3 between itself and the first support means 10 and/or the master elements 2, rolls horizontally in an upstream direction (to the left in the figure). This can result in an upstream roll of the composite web 3 being passively unrolled. The lamination brings the composite web 3 into optical contact with the top sides of the master elements 2. During the horizontal movement of the laminating roller 7, the coupling elements 8, which are housed on a second support means (not shown), can be lowered. Preferably, the speed of lowering the coupling elements 8 and/or the speed of rolling the laminating roller 7 are coordinated with one another in order to ensure rapid application of the coupling elements 8 without the risk of mutual interference.
Fig. 6C zeigt die Positionen verschiedener Elemente der Vorrichtung während der Belichtung. Die Einkopplungselemente 8 werden so weit abgesenkt, dass die Einkopplungsabschnitte 9 in Kontakt mit der Verbundbahn 3 kommen und elastisch gegen die Oberseite der Masterelemente 2 gedrückt werden. Die Einkopplungsabschnitte 9 sorgen auf diese Weise für einen besonders homogenen und lückenlosen optischen Kontakt zwischen den Masterelementen 2, der Verbundbahn 3 und den Einkopplungselementen 8. Das Belichtungsmodul ist in dieser Figur nicht dargestellt, kann aber auf verschiedene Weise ausgestaltet sein, einschließlich einer oder mehrerer Lichtquellen, Spiegel, Linsen, Farbfiltern, Achsen, und Motoren. Fig. 6D zeigt die Positionen verschiedener Elemente der bevorzugten Vorrichtung nach dem Belichtungsvorgang. Die Einkopplungselemente 8 beginnen zurück auf ihre erste Höhe angehoben zu werden. Gleichzeitig beginnt die Laminierwalze 7 horizontal stromabwärts zu rollen. Fig. 10 zeigt die Einkopplungselemente 8 und die Laminierwalze 7 in Zwischenpositionen, während sie nach der Belichtung bewegt werden. Figure 6C shows the positions of various elements of the device during exposure. The coupling elements 8 are lowered to such an extent that the coupling sections 9 come into contact with the composite web 3 and are pressed elastically against the top of the master elements 2. In this way, the coupling sections 9 ensure a particularly homogeneous and complete optical contact between the master elements 2, the composite web 3 and the coupling elements 8. The exposure module is not shown in this figure, but can be designed in various ways, including one or more light sources , mirrors, lenses, color filters, axes, and motors. Figure 6D shows the positions of various elements of the preferred device after the exposure process. The coupling elements 8 begin to be raised back to their first height. At the same time, the laminating roller 7 begins to roll horizontally downstream. Fig. 10 shows the coupling elements 8 and the laminating roller 7 in intermediate positions as they are moved after exposure.
Die Figur 6E zeigt die Vorrichtung 1 während eines Ablöseschritts, bei dem die Verbundbahn 3 von der Oberseite der Masterelemente 2 gelöst wird. Dazu wird die Laminierwalze 7 horizontal nach rechts bewegt. Vorzugsweise kann eine Ablösungswalze, die sich vor den Masterelementen 2 befindet (nicht abgebildet), nach oben angehoben werden. Die Verbundbahn 3 ist über die Ablösungswalze angeordnet, so dass sie durch das Anheben der Ablösungswalze ebenfalls angehoben wird. 6E shows the device 1 during a detachment step in which the composite web 3 is detached from the top of the master elements 2. To do this, the laminating roller 7 is moved horizontally to the right. Preferably, a release roller located in front of the master elements 2 (not shown) can be raised upwards. The composite web 3 is arranged above the detachment roller, so that it is also raised by lifting the detachment roller.
Fig. 6F zeigt Vorrichtung 1 nach dem Ablöseschritt. Die Einkopplungselemente 8 wurden vollständig auf ihre erste Höhe angehoben und die Verbundbahn 3 von den Masterelementen 2 gelöst. Zwischen der angehobenen Verbundbahn 3 und den Masterelementen 2 verbleibt ein ausreichender Abstand, so dass diese entfernt, ersetzt oder neu angeordnet werden können, ohne die Verbundbahn 3 zu berühren. Außerdem kann die Laminierwalze 7 in diesem Stadium wieder auf ihre erste Höhe angehoben werden. Dadurch wird die Verbundbahn 3 nicht mehr zwischen der Laminierwalze 7 und dem ersten Trägermittel 10 eingeklemmt. In diesem Stadium kann die Verbundbahn 3 weiter zu späteren Arbeitsstationen des Verfahrens fließen, zum Beispiel zu einem Fixierungsmodul. Der Fluss der Verbundbahn 3 wird vorzugsweise durch eine Transportwalze bewirkt (nicht abgebildet). Fig. 6F shows device 1 after the detachment step. The coupling elements 8 were completely raised to their first height and the composite web 3 was detached from the master elements 2. A sufficient distance remains between the raised composite web 3 and the master elements 2 so that they can be removed, replaced or rearranged without touching the composite web 3. In addition, the laminating roller 7 can be raised back to its first height at this stage. As a result, the composite web 3 is no longer clamped between the laminating roller 7 and the first carrier means 10. At this stage, the composite web 3 can continue to flow to later work stations of the process, for example to a fixation module. The flow of the composite web 3 is preferably effected by a transport roller (not shown).
Die folgenden Figuren veranschaulichen verschiedene beispielhafte Belichtungstechniken und Hologrammtypen, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und mithilfe der Vorrichtung 1 hergestellt werden können. The following figures illustrate various exemplary exposure techniques and hologram types that can be produced using the method according to the invention and using the device 1.
Fig. 7 ist eine schematische Frontalansicht eines edge-lit Reflexionshologramms 13. Das edge- lit Reflexionshologramm 13 befindet sich auf einen Substratkörper 14 und ist unter einer Abdeckung 21 eingeschlossen. Das Reflexionshologramms 13, der Substratkörper 14 und die Abdeckung 21 bilden ein Masterelement 2. Die Pfeile stellen Lichtstrahlen für die Rekonstruktion einer holografischen Abbildung aus dem Reflexionshologramm 13 dar. Bei der Rekonstruktion wird ein Rekonstruktionsstrahl 19 schräg nach oben auf eine Seitenfläche des Masterelements gerichtet, sodass der Strahl mit einem geeigneten Winkel zu dem Reflexionshologramm 13 reflektiert wird. Der Strahl 19 wird durch den transparenten Substratkörper 14 des Masterelements 2 gebrochen. Der gebrochene Strahl durchläuft das Reflexionshologramm 13, welches sich in dem Masterelement 2 befindet und wird an einer oberen Grenzfläche der Abdeckung 21 zurück zum Reflexionshologramm 13 reflektiert. Die Referenznummer 15 zeigt schematisch die durch die Grenzfläche verursachte interne Totalreflexion. Der Winkel, in dem diese totalreflektierten Strahlen auf das Reflexionshologramm 13 treffen, ist entscheidend für dessen Rekonstruktion. Die totalreflektierten Strahlen werden durch das Reflexionshologramm 13 reflektiert, was mittels der gestrichelten Pfeile dargestellt wird. Die erzeugte holografische Abbildung ist somit im Wesentlichen orthogonal zur Oberfläche des Hologramms 13, was die Lesbarkeit erleichtert, wenn sie beispielsweise in einer senkrechten Fläche platziert wird. Die Beleuchtung wird als edge-lit bezeichnet, da der Rekonstruktionsstrahl im Wesentlichen seitlich auf das Hologramm bzw. den Substratkörper 14 trifft. 7 is a schematic front view of an edge-lit reflection hologram 13. The edge-lit reflection hologram 13 is located on a substrate body 14 and is enclosed under a cover 21. The reflection hologram 13, the substrate body 14 and the cover 21 form a master element 2. The arrows represent light rays for the reconstruction of a holographic image from the reflection hologram 13. During the reconstruction, a reconstruction beam 19 is directed obliquely upwards onto a side surface of the master element, so that the beam is reflected at a suitable angle to the reflection hologram 13. The beam 19 is refracted by the transparent substrate body 14 of the master element 2. The refracted beam passes through the reflection hologram 13, which is located in the master element 2, and is reflected back to the reflection hologram 13 at an upper boundary surface of the cover 21. Reference number 15 shows schematically the total internal reflection caused by the interface. The angle at which These totally reflected rays hit the reflection hologram 13 is crucial for its reconstruction. The totally reflected rays are reflected by the reflection hologram 13, which is shown by the dashed arrows. The holographic image produced is thus essentially orthogonal to the surface of the hologram 13, which facilitates readability when placed, for example, in a vertical surface. The illumination is referred to as edge-lit because the reconstruction beam hits the hologram or the substrate body 14 essentially from the side.
Ein solches Hologramm kann vorteilhafterweise in Glasscheiben verwendet werden, die von einer Seitenkante aus beleuchtet werden, so dass die Lichtquelle kompakt und verborgen bleibt. Die holografische Abbildung ist im Wesentlichen nur sichtbar, wenn die Lichtquelle wie eine LED aus dem geeigneten Winkel aktiviert wird, zum Beispiel um ein Warnsymbol auf einer Windschutzscheibe anzuzeigen. Such a hologram can advantageously be used in glass panels that are illuminated from a side edge so that the light source remains compact and hidden. Essentially, holographic imaging is only visible when the light source, such as an LED, is activated from the appropriate angle, for example to display a warning symbol on a windshield.
Das edge-lit Reflexionshologramm 13 kann als Masterhologramm fungieren. Damit die replizierten Hologramme auch holografische Abbildungen erzeugen können, die aus dem gewünschten Winkel sichtbar sind, müssen das Masterhologramm und die lichtempfindliche Verbundbahn bei der Vervielfältigung aus einem entsprechenden Winkel belichtet werden. Dies kann mit Hilfe von Ausführungsformen der Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens geschehen, wie weiter unten erläutert. The edge-lit reflection hologram 13 can function as a master hologram. In order for the replicated holograms to produce holographic images that are visible from the desired angle, the master hologram and the light-sensitive composite web must be exposed from an appropriate angle during reproduction. This can be done with the help of embodiments of the device and the method according to the invention, as explained further below.
Fig. 8 ist eine schematische Frontalansicht einer Rekonstruktion eines edge-lit Transmissionshologramms 16. Das edge-lit Transmissionshologramms 16 befindet sich ebenfalls auf einem Substratkörper 14 und ist unter einer Abdeckung 21 eingeschlossen. Das Transmissionshologramms 16, der Substratkörper 14 und die Abdeckung 21 bilden ein Masterelement 2. Bei der Rekonstruktion wird ein Rekonstruktionsstrahl 19 schräg nach oben auf eine Seitenfläche des Masterelements 2 gerichtet, sodass der Strahl mit einem geeigneten Winkel auf das Transmissionshologramm 16 trifft. Der Strahl 19 wird durch den transparenten Substratkörper 14 des Masterelements 2 gebrochen und trifft unter diesem Winkel auf das Transmissionshologramm 16. Beim Passieren des Transmissionshologramms 16 wird der Rekonstruktionsstrahl 19 zumindest teilweise durch das edge-lit Transmissionshologramm 16 zur Erzeugung einer holographischen Abbildung gebeugt. 8 is a schematic front view of a reconstruction of an edge-lit transmission hologram 16. The edge-lit transmission hologram 16 is also located on a substrate body 14 and is enclosed under a cover 21. The transmission hologram 16, the substrate body 14 and the cover 21 form a master element 2. During the reconstruction, a reconstruction beam 19 is directed obliquely upward onto a side surface of the master element 2, so that the beam hits the transmission hologram 16 at a suitable angle. The beam 19 is refracted through the transparent substrate body 14 of the master element 2 and hits the transmission hologram 16 at this angle. When passing through the transmission hologram 16, the reconstruction beam 19 is at least partially diffracted by the edge-lit transmission hologram 16 to produce a holographic image.
Auch in diesem Beispiel sind die Strahlen 12 zur Bildung der holographischen Abbildung im Wesentlichen orthogonal zur Oberfläche des Hologramms. Dies kann die Betrachtung erleichtern, je nach Position des Hologramms relativ zur Augenhöhe des Benutzers. Dieses edge-lit Transmissionshologramm 16 kann auch als Masterhologramm 6 verwendet werden, um das edge-lit Transmissionshologramm 16 in eine lichtempfindliche Verbundbahn 3 zu replizieren. Um den gewünschten Rekonstruktionswinkel zu gewährleisten, müssen das Masterhologramm 6 und die Verbundbahn 3 in genau demselben Winkel belichtet werden, mit dem der Rekonstruktionsstrahl 19 das edge-lit Transmissionshologramm 16 in Fig. 8 trifft.In this example too, the beams 12 for forming the holographic image are essentially orthogonal to the surface of the hologram. This can make viewing easier, depending on the position of the hologram relative to the user's eye level. This edge-lit transmission hologram 16 can also be used as a master hologram 6 to replicate the edge-lit transmission hologram 16 into a light-sensitive composite web 3. To ensure the desired reconstruction angle, the Master hologram 6 and the composite web 3 are exposed at exactly the same angle at which the reconstruction beam 19 hits the edge-lit transmission hologram 16 in Fig. 8.
Insbesondere bei edge-lit Hologrammen, wie sie in den Beispielen von Fig. 7 und Fig. 8 dargestellt sind, kann der notwendige Winkel, in dem ein Rekonstruktionslicht auf das replizierte Hologramm treffen muss, um korrekt reflektiert und/oder gebeugt zu werden spitz sein. Die direkte Belichtung in einem solch spitzen Winkel kann auf mechanische Herausforderungen stoßen. Die Verwendung des Substratkörpers 14 erhöht die Flexibilität, mit der die Lichtquelle für die Belichtung positioniert und bewegt werden kann. Denn der Einfallswinkel des Lichts auf dem Masterhologramm 6 hängt nicht nur von der Position der Lichtquelle ab, sondern auch von der durch den Substratkörper 14 verursachten Brechung. Particularly in edge-lit holograms such as those shown in the examples of FIGS. 7 and 8, the necessary angle at which a reconstruction light must strike the replicated hologram in order to be correctly reflected and/or diffracted can be acute . Direct exposure at such an acute angle can encounter mechanical challenges. The use of the substrate body 14 increases the flexibility with which the light source can be positioned and moved for exposure. This is because the angle of incidence of the light on the master hologram 6 depends not only on the position of the light source, but also on the refraction caused by the substrate body 14.
Fig. 9 ist eine schematische Frontalansicht eines Belichtungsprozesses zur Replikation eines edge-lit Reflexionshologramms 13 mit Hilfe eines Einkopplungselements 8. Ein Referenzstrahl 11 ist schräg nach unten auf eine Seitenfläche des Einkopplungselements 8 gerichtet, die als Block oberhalb des Masterelements 2 dargestellt ist. Der Referenzstrahl 11 wird durch das Einkopplungselement 8 gebrochen und der gebrochene Referenzstrahl 11 gelangt durch die Verbundbahn 3 zum Masterhologramm 6. Die durch das Einkopplungselement 8 verursachte Brechung trägt dazu bei, den für das edge-lit Hologramm erforderlichen spitzen Einfallswinkel zu erreichen. Das Masterhologramm 6 reflektiert den Referenzstrahl 11 , so dass ein Objektstrahl 22 (in der gleichen Richtung wie der rekonstruierte Strahl 12 aus Fig. 7) vom Masterhologramm 6 durch die Verbundbahn 3 gelangt. Der Objektstrahl 22 interferiert mit dem Referenzstrahl 11 im lichtempfindlichen Material der Verbundbahn 3, um das Reflexionshologramm zu erzeugen. Diese beiden Strahlen treffen von verschiedenen Seiten auf das lichtempfindliche Material, sodass das replizierte Hologramm ein Reflexionshologramm ist. Das Bezugszeichen 17 zeigt schematisch auf die beiden interferierenden Strahlen. 9 is a schematic front view of an exposure process for replicating an edge-lit reflection hologram 13 with the aid of a coupling element 8. A reference beam 11 is directed obliquely downwards onto a side surface of the coupling element 8, which is shown as a block above the master element 2. The reference beam 11 is refracted by the coupling element 8 and the refracted reference beam 11 passes through the composite web 3 to the master hologram 6. The refraction caused by the coupling element 8 contributes to achieving the acute angle of incidence required for the edge-lit hologram. The master hologram 6 reflects the reference beam 11 so that an object beam 22 (in the same direction as the reconstructed beam 12 from FIG. 7) passes from the master hologram 6 through the composite web 3. The object beam 22 interferes with the reference beam 11 in the light-sensitive material of the composite web 3 to generate the reflection hologram. These two beams hit the light-sensitive material from different sides, so the replicated hologram is a reflection hologram. The reference number 17 shows schematically the two interfering beams.
Ein Rekonstruktionsstrahl 19 kann verwendet werden, um das Reflexionshologramm zu zeigen. Der Rekonstruktionsstrahl 19 wird von der Mikrostruktur des belichteten lichtempfindlichen Materials in Richtung der gestrichelten Linie mit dem Bezugszeichen 12 reflektiert, wie für die Fig. 7 näher erläutert. A reconstruction beam 19 can be used to show the reflection hologram. The reconstruction beam 19 is reflected by the microstructure of the exposed light-sensitive material in the direction of the dashed line with the reference number 12, as explained in more detail for FIG. 7.
Fig. 10 ist eine schematische Frontalansicht eines Belichtungsprozesses zur Replikation eines edge-lit Transmissionshologramms 16 mit Hilfe eines Einkopplungselements 8. Ein Referenzstrahl 11 fällt auf eine Seitenfläche eines Masterelements in einer schrägen Richtung nach oben. Der Referenzstrahl 11 wird durch den Substratkörper 14 des Masterelements 2 gebrochen und der gebrochene Strahl wird durch das Masterhologramm 6 und durch die Verbundbahn 3 transmittiert. Der Referenzstrahl 11 wird durch das Masterhologramm 6 teilweise ungebeugt transmittiert und teilweise gebeugt, um einen Objektstrahl 22 zu erzeugen, der ebenfalls die Verbundbahn 3 passiert. Aufgrund des optischen Kontakts zwischen dem Einkopplungselement 8, der Verbundbahn 3 und dem Masterelement 2 gibt es im Wesentlichen keine Grenzfläche zwischen diesen Elementen, an der sich der Brechungsindex wesentlich ändert. Daher werden unerwünschte Reflexionen an den Grenzflächen, die die Belichtung stören könnten, vermieden. Dieser optische Kontakt wird auch durch das Auflaminieren der Verbundbahn 3 auf das Masterelement 2, die optionale Verwendung von optischen Flüssigkeiten und durch die geeignete Auswahl von Materialien mit ähnlichen Brechungsindizes erreicht. 10 is a schematic front view of an exposure process for replicating an edge-lit transmission hologram 16 using a coupling element 8. A reference beam 11 falls on a side surface of a master element in an oblique upward direction. The reference beam 11 is refracted by the substrate body 14 of the master element 2 and the refracted beam is transmitted through the master hologram 6 and through the composite web 3. The reference beam 11 is transmitted through the master hologram 6 partially undiffracted and partially diffracted in order to generate an object beam 22, which also passes through the composite web 3. Due to the optical contact between the Coupling element 8, the composite web 3 and the master element 2, there is essentially no interface between these elements at which the refractive index changes significantly. Therefore, unwanted reflections at the interfaces, which could disrupt the exposure, are avoided. This optical contact is also achieved by laminating the composite sheet 3 onto the master element 2, the optional use of optical liquids and the appropriate selection of materials with similar refractive indices.
Der gebeugte Objektstrahl 22 und der ungebeugt transmittierte Referenzstrahl 11 interferieren in dem lichtempfindlichen Material der Verbundbahn 3, um das Transmissionshologramm zu einzuschreiben. Die beiden interferierenden Strahlen sind durch Bezugszeichen 17 gekennzeichnet. Die beiden Strahlen treffen mithin von der gleichen Seite bzw. unter gleicher Strahlrichtung auf das lichtempfindliche Material, um ein Transmissionshologramm in die Verbundbahn 3 zu replizieren. Ein Rekonstruktionsstrahl, der auf die Verbundbahn aus demselben Winkel wie der gebrochene Referenzstrahl 11 fällt, kann zur Rekonstruktion des Hologramms verwendet werden. Der rekonstruierte Strahl ist durch die gestrichelten Pfeile 12 schematisch gekennzeichnet. The diffracted object beam 22 and the undiffracted transmitted reference beam 11 interfere in the light-sensitive material of the composite web 3 in order to inscribe the transmission hologram. The two interfering beams are identified by reference number 17. The two beams therefore hit the light-sensitive material from the same side or under the same beam direction in order to replicate a transmission hologram in the composite web 3. A reconstruction beam that falls on the composite web from the same angle as the refracted reference beam 11 can be used to reconstruct the hologram. The reconstructed beam is indicated schematically by the dashed arrows 12.
Fig. 11 ist eine schematische Frontalansicht eines Belichtungsprozesses zur Replikation eines Reflexionshologramms. Bei dieser Ausführungsform wird kein Einkopplungselement 8 verwendet. Die Oberseite des Masterelements 2 ist während der Belichtung optisch zugänglich. Ein Referenzstrahl 11 fällt schräg nach unten auf die Verbundbahn 3 und wird durch die Verbundbahn 3 und/oder Abdeckung 21 gebrochen, sodass er zum Masterhologramm 6 mit einem geeigneten Winkel transmittiert wird. Das Masterhologramm 6 reflektiert den Referenzstrahl 11 zu einem Objektstrahl 22, der die Verbundbahn in Richtung des gestrichelten Pfeils nach oben durchläuft. Da der Objektstrahl 22 und der Referenzstrahl 11 von verschiedenen Seiten bzw. unter unterschiedlicher Strahlrichtung auf das lichtempfindliche Material der Verbundbahn 3 treffen, ist das replizierte Hologramm ein Reflexionshologramm.Figure 11 is a schematic front view of an exposure process for replicating a reflection hologram. In this embodiment, no coupling element 8 is used. The top of the master element 2 is optically accessible during exposure. A reference beam 11 falls obliquely downward onto the composite web 3 and is refracted by the composite web 3 and/or cover 21 so that it is transmitted to the master hologram 6 at a suitable angle. The master hologram 6 reflects the reference beam 11 to an object beam 22, which passes through the composite web upwards in the direction of the dashed arrow. Since the object beam 22 and the reference beam 11 strike the light-sensitive material of the composite web 3 from different sides or under different beam directions, the replicated hologram is a reflection hologram.
Fig. 12 ist eine schematische Frontalansicht eines Belichtungsprozesses, bei dem ein Multiplex- Hologramm repliziert wird. Das Masterhologramm 6 umfasst sowohl ein Reflexionshologramm als auch ein edge-lit Transmissionshologramm, welche in die Verbundbahn repliziert werden können. Das Transmissionshologramm wird auf ähnliche Weise erzeugt, wie oben für Fig. 10 erläutert. Um das Reflexionshologramm zu erzeugen, wird ein weiterer Referenzstrahl 11 schräg auf eine obere Fläche des Einkopplungselements 8 gerichtet. Dieser wird durch das Einkopplungselement 8 gebrochen und durch die Verbundbahn 3 zum Masterhologramm 6 transmittiert. Das Masterhologramm 6 reflektiert den Referenzstrahl 11 , um einen Objektstrahl 22 zu erzeugen, der durch die Verbundbahn 3 nach oben transmittiert wird. Die punktiert-gestrichelten Pfeile 22 zeigen die reflektierten Objektstrahlen des Reflexionshologrammes, welche mit dem Referenzstrahl 11 zur Erzeugung eines Reflexionshologramms im lichtsensitiven Material der Verbundbahn 3 interferieren. Die gestrichelten Pfeile 22 nach oben zeigen hingegen die gebeugten Objektstrahle des Transmissionshologramms, welche mit dem ungebeugten Anteil des von schräg unten einfallenden Referenzstrahles 11 zur Erzeugung eines edge-lit Transmissionsholograms 16 in der Verbundbahn 3 interferieren. Figure 12 is a schematic front view of an exposure process in which a multiplex hologram is replicated. The master hologram 6 includes both a reflection hologram and an edge-lit transmission hologram, which can be replicated in the composite web. The transmission hologram is generated in a similar manner as explained above for Figure 10. In order to generate the reflection hologram, a further reference beam 11 is directed obliquely onto an upper surface of the coupling element 8. This is refracted by the coupling element 8 and transmitted through the composite web 3 to the master hologram 6. The master hologram 6 reflects the reference beam 11 to generate an object beam 22 which is transmitted upward through the composite web 3. The dotted-dashed arrows 22 show the reflected object rays of the reflection hologram, which interfere with the reference beam 11 to generate a reflection hologram in the light-sensitive material of the composite web 3. The dashed arrows 22 pointing upwards, on the other hand, show the diffracted object beams of the transmission hologram, which interfere with the undiffracted portion of the reference beam 11 incident obliquely from below to produce an edge-lit transmission hologram 16 in the composite web 3.
Bei dieser Anordnung kann es vorteilhaft sein, das Transmissions- und das Reflexionshologramm getrennt zu belichten. Das Einkopplungselement 8 kann während der Belichtung des Transmissionshologramms 16 mit der Verbundbahn 3 in Kontakt gebracht werden, während es während der Belichtung des Reflexionshologramms entfernt wird. In einem solchen Fall wird der Referenzstrahl 11 , der zum Schreiben des Reflexionshologramms verwendet wird, nicht durch das Einkopplungselement 8 gebrochen, wie durch die gestrichelten Pfeile 11 angedeutet. Dies kann bei der Einstellung des Winkels der Lichtquelle berücksichtigt werden, so dass das gewünschte Rekonstruktionssignal des Hologramms erzeugt werden kann. With this arrangement, it can be advantageous to expose the transmission and reflection holograms separately. The coupling element 8 can be brought into contact with the composite web 3 during the exposure of the transmission hologram 16, while it is removed during the exposure of the reflection hologram. In such a case, the reference beam 11, which is used to write the reflection hologram, is not refracted by the coupling element 8, as indicated by the dashed arrows 11. This can be taken into account when adjusting the angle of the light source so that the desired reconstruction signal of the hologram can be generated.
Fig. 13 ist eine schematische Frontalansicht eines Belichtungsprozesses, bei dem ein Transmissionshologramm 16 von unten belichtet wird. In diesem Beispiel ist eine der mindestens zwei optisch zugänglichen Flächen des Masterelements die untere Fläche. Die Höhe des Masterelements 2 bzw. des Substratkörpers 14 kann vorteilhaft genutzt werden, um das Licht eines Referenzstrahls 11 zu brechen und den gewünschten Treffwinkel des Lichts zu gewährleisten. Hierdurch kann eine Einkopplung durch eine polierte Unterseite erfolgen. 13 is a schematic front view of an exposure process in which a transmission hologram 16 is exposed from below. In this example, one of the at least two visually accessible surfaces of the master element is the bottom surface. The height of the master element 2 or the substrate body 14 can be used advantageously to refract the light of a reference beam 11 and to ensure the desired impact angle of the light. This allows coupling to take place through a polished underside.
Fig. 14 ist eine schematische Frontalansicht eines Belichtungsprozesses zur Replikation eines Multiplex-Hologramms umfassend ein Transmissionshologramm 18 und ein edge-lit Reflexionshologramm 13. Das Transmissionshologramm 16 wird in ähnlicher Weise repliziert, wie oben für Fig. 13 erläutert. Die Lichtquelle ist unterhalb des Masterelements 2 so ausgerichtet, dass ein Referenzstrahl 11 schräg nach oben gerichtet ist. Das Reflexionshologramm 13 wird durch ein edge-lit-Verfahren mit Hilfe eines Einkopplungselements 8 repliziert, wie oben für Fig. 9 erläutert. In dieser Ausführungsform sind die Winkel der Referenzstrahlen 11 , die zur Erzeugung des Transmissions- und des Reflexionshologramms verwendet werden, so ausgewählt, dass das optische Signal, das durch die Rekonstruktion beider Hologramme erzeugt wird, in dieselbe Richtung verläuft, wie durch die beiden Arten von gestrichelten Pfeilen dargestellt. 14 is a schematic front view of an exposure process for replicating a multiplex hologram comprising a transmission hologram 18 and an edge-lit reflection hologram 13. The transmission hologram 16 is replicated in a similar manner as explained above for FIG. 13. The light source is aligned below the master element 2 so that a reference beam 11 is directed obliquely upwards. The reflection hologram 13 is replicated by an edge-lit method with the aid of a coupling element 8, as explained above for FIG. 9. In this embodiment, the angles of the reference beams 11 used to generate the transmission and reflection holograms are selected so that the optical signal generated by the reconstruction of both holograms is in the same direction as through the two types of shown by dashed arrows.
Fig. 15 ist eine schematische Frontalansicht eines Belichtungsprozesses, bei dem zwei edge-lit Transmissionshologramme 16 gleichzeitig von beiden Seiten eines ersten Trägermittel 10 mit zwei Reihen belichtet werden. In diesem Beispiel ist das erste Trägermittel 10 so konfiguriert, dass es zwei Reihen von Masterelementen 2 umfasst. Die beiden Reihen sind durch einen lichtabsorbierenden Abstandshalter 4 getrennt. Außerdem sind die Einkopplungselemente 8 im zweiten Trägermittel durch einen analogen lichtabsorbierenden Abstandshalter 4 getrennt. Durch die Abstandshalter 4 wird ein Puffer in der Verbundbahn 3 frei von Belichtung gehalten. Außerdem kann die Verbundbahn 3, wie in der Figur gezeigt, gleichzeitig aus zwei Richtungen belichtet werden. Dies erhöht die Geschwindigkeit des Verfahrens. In dieser beispielhaften Ausführungsform repliziert das Belichtungsverfahren ein Transmissionshologramm 16 auf beiden gezeigten Masterelementen 2 in einer Verbundbahn 3. Es ist jedoch durchaus möglich, dass jedes Masterhologramm 6 aus einem unterschiedlichen Winkel belichtet wird und/oder eine unterschiedliche Art von Hologramm erzeugt. Dank des lichtabsorbierenden Abstandshalters 4 dringt der Referenzstrahl 11 , der zur Belichtung eines Masterhologramms 2 verwendet wird, nicht in das benachbarte Hologramm ein. So werden Störungen wie das "Cross- Talk" verhindert und die Qualität der produzierten Hologramme erhöht. 15 is a schematic front view of an exposure process in which two edge-lit transmission holograms 16 are simultaneously exposed from both sides of a first carrier means 10 with two rows. In this example, the first carrier means 10 is configured such that that it includes two rows of master elements 2. The two rows are separated by a light-absorbing spacer 4. In addition, the coupling elements 8 in the second carrier means are separated by an analog light-absorbing spacer 4. The spacers 4 keep a buffer in the composite web 3 free from exposure. In addition, the composite web 3 can be exposed from two directions simultaneously, as shown in the figure. This increases the speed of the procedure. In this exemplary embodiment, the exposure method replicates a transmission hologram 16 on both master elements 2 shown in a composite web 3. However, it is entirely possible for each master hologram 6 to be exposed from a different angle and/or to produce a different type of hologram. Thanks to the light-absorbing spacer 4, the reference beam 11, which is used to expose a master hologram 2, does not penetrate into the neighboring hologram. This prevents disruptions such as “cross-talk” and increases the quality of the holograms produced.
Die Figuren 16A - 16F zeigen schematisch eine Ausführungsform der Erfindung, wobei das Einkopplungselement 8 mit einer optischen Flüssigkeit 29 über die Oberfläche der Verbundbahn 3 geschoben wird. Das Einkopplungselement 8 hat in dieser Ausführungsform eine prismatische Form mit einem trapezförmigen Querschnitt, wobei die kürzeste Seite des Trapezes einer Kontaktfläche 30 entspricht, die für den Kontakt mit den Masterelementen 2 ausgelegt ist. Die Form des Einkopplungselements 8 kann daher auch als Keilform bezeichnet werden. Figures 16A - 16F show schematically an embodiment of the invention, wherein the coupling element 8 is pushed over the surface of the composite web 3 with an optical liquid 29. In this embodiment, the coupling element 8 has a prismatic shape with a trapezoidal cross section, the shortest side of the trapezoid corresponding to a contact surface 30 which is designed for contact with the master elements 2. The shape of the coupling element 8 can therefore also be referred to as a wedge shape.
Die Fig. 16A zeigt eine erste Phase des Verfahrens. Die Masterelemente 2 werden in einem ersten Trägermittel 10 so bereitgestellt, dass ihre Oberflächen im Wesentlichen bündig sind. Für die Replikation der Masterelemente wird eine Verbundbahn 3 bereitgestellt. Die Verbundbahn 3 wird mit Hilfe einer Laminierungswalze 7 auf die bündigen Oberflächen der Masterelemente 2 laminiert. Hierfür wird die Laminierungswalze 7 von einer Lagerungsposition auf die Oberfläche der Masterelemente 2 gebracht, sodass die Verbundbahn 3 sich zwischen der Laminierungswalze 7 und den Masterelementen 2 befindet. Figure 16A shows a first phase of the method. The master elements 2 are provided in a first carrier means 10 so that their surfaces are essentially flush. A composite track 3 is provided for replication of the master elements. The composite web 3 is laminated onto the flush surfaces of the master elements 2 using a lamination roller 7. For this purpose, the lamination roller 7 is brought from a storage position onto the surface of the master elements 2, so that the composite web 3 is located between the lamination roller 7 and the master elements 2.
Bei der Positionierung der Laminierungswalze 7 auf die Masterelemente 2 vor der Laminierung kann die Laminierungswalze 7 entlang einer Ebene umfassend die Oberfläche der Masterelemente 2 bewegt, insbesondere gerollt, werden. Optional wird die Laminierungswalze 7 auch nach unten auf die Ebene der Oberflächen der Masterelemente 2 gesenkt. Hierfür werden vorzugsweise Mittel zur Höhenverstellung der Laminierungswalze 7 verwendet. Um Variationen zwischen den Höhen der Masterelementen 2 und/oder Variationen in der Positionierung des ersten Trägermittels 10 zu kompensieren, kann es bevorzugt sein, die Laminierungswalze 7 auch in ihrer Höhe zu justieren. Hierfür kann die Laminierungswalze 7 in Schritten von z.B. 50 pm abgesenkt werden, bis ein gewünschter Druck zwischen der Laminierungswalze 7 und den Masterelementen 2 erreicht wird. Das Erreichen des gewünschten Drucks kann durch einen geeigneten Sensor erkannt werden. Nach Erreichen des Drucks bzw. nach der Positionierung und Justierung der Laminierungswalze 7 wird diese über die Oberfläche der Masterelemente 2 gerollt, um die Verbundbahn 3 lückenlos und blasenfrei mit den Masterelementen 2 in mechanischen und optischen Kontakt zu bringen. Das Rollen der Laminierungswalze 7 wird durch einen horizontalen Pfeil nach links angezeigt. When positioning the lamination roller 7 on the master elements 2 before lamination, the lamination roller 7 can be moved, in particular rolled, along a plane comprising the surface of the master elements 2. Optionally, the lamination roller 7 is also lowered down to the level of the surfaces of the master elements 2. For this purpose, means for adjusting the height of the lamination roller 7 are preferably used. In order to compensate for variations between the heights of the master elements 2 and/or variations in the positioning of the first carrier means 10, it may be preferred to also adjust the height of the lamination roller 7. For this purpose, the lamination roller 7 can be lowered in steps of, for example, 50 pm until a desired pressure between the lamination roller 7 and the master elements 2 is achieved. Achieving the The desired pressure can be detected by a suitable sensor. After reaching the pressure or after positioning and adjusting the lamination roller 7, it is rolled over the surface of the master elements 2 in order to bring the composite web 3 into mechanical and optical contact with the master elements 2 without gaps and bubbles. Rolling of the lamination roller 7 is indicated by a horizontal arrow pointing to the left.
Fig. 16B zeigt eine weitere Phase des Verfahrens nach der Laminierung der Verbundbahn 3 auf die Oberfläche der Masterelemente 2. Eine Dosiereinheit 28 für die Dosierung von optischer Flüssigkeit 29 wird auf die Oberfläche eines Masterelements 2 am Ende des ersten Trägermittels 10 aufgebracht. Hierfür wird die Dosiereinheit 28 von einer Lagerungsposition nach unten gesenkt. Die Dosiereinheit 28 bring eine Menge optischer Flüssigkeit 29 auf dem Masterelement 2 auf, wobei die Menge der optischer Flüssigkeit 29 dafür ausgelegt ist, eine Kontaktfläche zwischen dem Einkopplungselement und der Verbundbahn abzudecken. Danach wird die Dosiereinheit 28 wieder in ihre Lagerungsposition gebracht, wie in der Fig. 16C gezeigt.16B shows a further phase of the process after the lamination of the composite web 3 onto the surface of the master elements 2. A metering unit 28 for metering optical liquid 29 is applied to the surface of a master element 2 at the end of the first carrier means 10. For this purpose, the dosing unit 28 is lowered from a storage position. The metering unit 28 applies a quantity of optical liquid 29 to the master element 2, the quantity of the optical liquid 29 being designed to cover a contact surface between the coupling element and the composite web. The dosing unit 28 is then brought back into its storage position, as shown in FIG. 16C.
Fig. 16D zeigt schematisch mit dem nach unten zeigenden Pfeil die Höhenverstellung des Einkopplungselements 8, um das Einkopplungselement 8 von einer Lagerungsposition zu einer Nähe der Masterelemente 2 zu bringen. Fig. 16E zeigt das Einkopplungselement 8, nachdem dieses auf die Oberfläche eines Masterelementes 2 positioniert wurde. Hierbei steht das Einkopplungselement 8 in Kontakt mit der Verbundbahn 3, welche wiederum auf die Oberfläche der Masterelemente 2 laminiert vorliegt. Die Kontaktfläche 30 des Einkopplungselements 8 wird auf die Verbundbahn 3 aufgebracht, sodass die optische Flüssigkeit 29 sich zwischen dem Einkopplungselement 8 und der Verbundbahn 3 befindet. Die optische Flüssigkeit 29 vernetzt sowohl mit der Kontaktfläche 30 und der Verbundbahn 3 aufgrund von Kapillarkräften. Die optische Flüssigkeit 29 schließt somit den Spalt zwischen der Kontaktfläche 30 und der Verbundbahn 3 vollständig aus. Da die optische Flüssigkeit 29 einen Brechungsindex hat, der mit dem Brechungsindex des Einkopplungselements 8 und/oder einer oberen Trägerfolie der Verbundbahn 3 im Wesentlichen identisch ist, verhindert sie unerwünschte Reflexionen an Grenzflächen zwischen der Kontaktfläche 30 und der Verbundbahn 3. Darüber hinaus kann die optische Flüssigkeit 29 als Schmiermittel wirken, welches das Gleiten des Einkopplungselements 8 über die Oberfläche des Masterelements 2 unterstützt. Die Kapillarkräfte bewirken, dass die optische Flüssigkeit 29 zwangsläufig der Kontaktfläche 30 folgt, während sie sich entlang der Oberflächen der Masterelemente 2 bewegt. Dies ist in Fig. 16F schematisch dargestellt. 16D shows schematically, with the arrow pointing downwards, the height adjustment of the coupling element 8 in order to bring the coupling element 8 from a storage position to a proximity to the master elements 2. 16E shows the coupling element 8 after it has been positioned on the surface of a master element 2. Here, the coupling element 8 is in contact with the composite web 3, which in turn is laminated to the surface of the master elements 2. The contact surface 30 of the coupling element 8 is applied to the composite web 3, so that the optical liquid 29 is located between the coupling element 8 and the composite web 3. The optical liquid 29 crosslinks both with the contact surface 30 and the composite web 3 due to capillary forces. The optical liquid 29 thus completely excludes the gap between the contact surface 30 and the composite web 3. Since the optical liquid 29 has a refractive index that is essentially identical to the refractive index of the coupling element 8 and / or an upper carrier film of the composite web 3, it prevents unwanted reflections at interfaces between the contact surface 30 and the composite web 3. In addition, the optical Liquid 29 acts as a lubricant, which supports the sliding of the coupling element 8 over the surface of the master element 2. The capillary forces cause the optical liquid 29 to inevitably follow the contact surface 30 as it moves along the surfaces of the master elements 2. This is shown schematically in Figure 16F.
Während der Bewegung des Einkopplungselements 8 über die Oberfläche der Masterelemente 2 erfolgt synchron eine Belichtung. Dazu wird ein scannender Referenzstrahl 11 so auf das Einkopplungselement 8 gerichtet, dass es durch die Keilform in den gewünschten Belichtungswinkel gebogen wird. Der scannende Referenzstrahl 11 folgt der Bewegung des Einkopplungselements 8, z.B. indem ein Laser selbst zusammen mit einer Scaneinheit entlang einer Laufbahn bewegt wird. Dies wird schematisch in den Figuren 16E und 16F gezeigt. Nach der Belichtung wird das Einkopplungselement 8 von den Masterelementen 2 entfernt (nicht abgebildet). Um die Kapillarkräfte zu überwinden und eine Verformung oder Verzerrung der Verbundbahn zu vermeiden, wird das Einkopplungselement 8 vorzugsweise in einer kontinuierlichen Bewegung seitlich/länglich und nach oben bewegt. Vorteilhaft wird ein etwaiger Saugeffekt vermieden bzw. reduziert. During the movement of the coupling element 8 over the surface of the master elements 2, exposure takes place synchronously. For this purpose, a scanning reference beam 11 is directed onto the coupling element 8 in such a way that it is bent into the desired exposure angle by the wedge shape. The scanning reference beam 11 follows the movement of the Coupling element 8, for example by moving a laser itself along a track together with a scanning unit. This is shown schematically in Figures 16E and 16F. After exposure, the coupling element 8 is removed from the master elements 2 (not shown). In order to overcome the capillary forces and avoid deformation or distortion of the composite web, the coupling element 8 is preferably moved laterally/elongated and upwards in a continuous movement. Any suction effect is advantageously avoided or reduced.
Die Figuren 17A - 17E zeigen eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung, wobei das Einkopplungselement 8 eine zylindrische Form autweist. Analog zu der Ausführungsform der Figuren 16A - 16E wird eine optische Flüssigkeit 29 zur Verbesserung des optischen Kontaktes zwischen dem Einkopplungselement 8 und der Verbundbahn 3 eingebracht. Figures 17A - 17E show an exemplary embodiment of the invention, wherein the coupling element 8 has a cylindrical shape. Analogous to the embodiment of Figures 16A - 16E, an optical liquid 29 is introduced to improve the optical contact between the coupling element 8 and the composite web 3.
Die Fig. 17A zeigt ein Laminierungsschritt, wobei eine Laminierungswalze 7 auf die Oberfläche der Verbundbahn 3 gebracht wird, sodass die Verbundban 3 zwischen der Laminierungswalze 7 und dem ersten Trägermittel 10 bzw. den Masterelementen 2 eingeschlossen wird. Die Laminierungswalze 7 rollt über die Oberflächen der Masterelemente 2, um die Verbundbahn 3 in einen mechanischen und optischen Kontakt mit diesen zu bringen. Die Figuren 17B und 17C zeigen die Aufbringung einer Menge optischer Flüssigkeit 29 auf die Verbundbahn 3. Dies erfolgt - analog zu der Ausführungsform der Fig. 16A - 16E - mittels einer höhenverstellbaren Dosiereinheit 28. Bei diesen Schritten verbleibt das zylindrische Einkopplungselement 8 in einer Lagerungsposition, welche sich in dieser Ausführungsform oberhalb der Ebene der laminierten Verbundbahn 3 befindet. 17A shows a lamination step in which a lamination roller 7 is brought onto the surface of the composite web 3 so that the composite web 3 is enclosed between the lamination roller 7 and the first carrier means 10 or the master elements 2. The lamination roller 7 rolls over the surfaces of the master elements 2 to bring the composite web 3 into mechanical and optical contact with them. 17B and 17C show the application of a quantity of optical liquid 29 to the composite web 3. This is done - analogously to the embodiment of FIGS. 16A - 16E - by means of a height-adjustable metering unit 28. During these steps, the cylindrical coupling element 8 remains in a storage position, which in this embodiment is located above the level of the laminated composite web 3.
Das zylindrische Einkopplungselement 8 wird dann von der Lagerungsposition auf die zugängliche Oberfläche der Verbundbahn 3 positioniert, sodass die Verbundbahn 3 sich zwischen dem Einkopplungselement 8 und dem ersten Trägermittel 10 bzw. einem Masterelement 2 befindet. Diese Positionierung des Einkopplungselements 8 umfasst in diesem Fall eine Abwärtsbewegung, die durch die höhenverstellbare Lagerung des Einkopplungselements 8 ermöglicht wird. Die Abwärtsbewegung wird durch den nach unten gerichteten Pfeil in Fig. 17D schematisch dargestellt. The cylindrical coupling element 8 is then positioned from the storage position onto the accessible surface of the composite web 3, so that the composite web 3 is located between the coupling element 8 and the first carrier means 10 or a master element 2. In this case, this positioning of the coupling element 8 includes a downward movement, which is made possible by the height-adjustable mounting of the coupling element 8. The downward movement is schematically represented by the downward arrow in Figure 17D.
Fig. 17E zeigt das Einkopplungselement 8, nachdem dieses auf die Masterelemente 2 positioniert wurde. Die Figur zeigt zudem die Einleitung einer Rollbewegung des Einkopplungselementes 8 über die Masterelemente 2. Die Kontaktfläche 30 des Einkopplungselements 8 wird auf die Verbundbahn 3 aufgebracht, sodass die optische Flüssigkeit 29 sich zwischen dem Einkopplungselement 8 und der Verbundbahn 3 befindet. Die optische Flüssigkeit 29 vernetzt sowohl die Kontaktfläche 30 als auch Verbundbahn 3 aufgrund von Kapillarkräften. Die optische Flüssigkeit 29 schließt somit den Spalt zwischen der Kontaktfläche 30 und der Verbundbahn 3 vollständig aus. Da die optische Flüssigkeit 29 einen Brechungsindex hat, der mit dem Brechungsindex des Einkopplungselements 8 und/oder einer oberen Trägerfolie der Verbundbahn 3 im Wesentlichen identisch ist, verhindert sie unerwünschte Reflexionen an Grenzflächen zwischen der Kontaktfläche 30 und der Verbundbahn 3. 17E shows the coupling element 8 after it has been positioned on the master elements 2. The figure also shows the initiation of a rolling movement of the coupling element 8 over the master elements 2. The contact surface 30 of the coupling element 8 is applied to the composite web 3, so that the optical liquid 29 is located between the coupling element 8 and the composite web 3. The optical liquid 29 crosslinks both the contact surface 30 and the composite web 3 due to capillary forces. The optical liquid 29 thus completely excludes the gap between the contact surface 30 and the composite web 3. Since the optical liquid 29 has one Has a refractive index that is essentially identical to the refractive index of the coupling element 8 and / or an upper carrier film of the composite web 3, it prevents unwanted reflections at interfaces between the contact surface 30 and the composite web 3.
Da das zylindrische Einkopplungselement 8 die Verbundbahn 3 nur entlang einer dünnen Linie bzw. Achse kontaktiert, ist die Kontaktfläche 30 zwischen dem zylindrischen Einkopplungselement 8 und der Verbundbahn 3 kleiner als die Kontaktfläche 30 zwischen dem keilförmigen Einkopplungselement 8 und der Verbundbahn 3. Eine geringere Menge der optischen Flüssigkeit 29 reicht daher aus, um die Grenzfläche zwischen dem zylindrischen Einkopplungselement 8 und der Verbundbahn 3 zu überbrücken. Aufgrund der Kapillarkräfte bleibt die optische Flüssigkeit 29 zwischen der Verbundbahn 3 und dem zylindrischen Einkopplungselement 8 während seiner Bewegung über die Oberflächen der Masterelemente 2. Dies wird schematisch in der Fig. 17F dargestellt. Since the cylindrical coupling element 8 contacts the composite web 3 only along a thin line or axis, the contact surface 30 between the cylindrical coupling element 8 and the composite web 3 is smaller than the contact surface 30 between the wedge-shaped coupling element 8 and the composite web 3. A smaller amount of optical liquid 29 is therefore sufficient to bridge the interface between the cylindrical coupling element 8 and the composite web 3. Due to the capillary forces, the optical liquid 29 remains between the composite web 3 and the cylindrical coupling element 8 during its movement over the surfaces of the master elements 2. This is shown schematically in FIG. 17F.
Gleichzeitig wird ein scannender Referenzstrahl 11 auf das Einkopplungselement 8 synchron mit seiner Bewegung gerichtet. Der scannender Referenzstrahl 11 folgt der Bewegung des rollenden Einkopplungselements 8, z.B. indem ein Laser selbst zusammen mit einer Scaneinheit entlang einer Laufbahn bewegt wird. Dies wird schematisch in den Figuren 17E und 17F gezeigt. At the same time, a scanning reference beam 11 is directed onto the coupling element 8 synchronously with its movement. The scanning reference beam 11 follows the movement of the rolling coupling element 8, for example by moving a laser itself along a track together with a scanning unit. This is shown schematically in Figures 17E and 17F.
Bezugszeichenliste Reference symbol list
F1 Erste Seitenfläche eines Masterelements F1 First face of a master element
F2 Zweite Seitenfläche eines Masterelements F2 Second face of a master element
F3 Obere Fläche eines Masterelements F3 Top surface of a master element
F4 Zweite Seitenfläche eines EinkopplungselementsF4 Second side surface of a coupling element
F5 Erste Seitenfläche eines EinkopplungselementsF5 First side surface of a coupling element
1 Vorrichtung 1 device
2 Masterelement 2 master element
3 Verbundbahn 3 compound railway
4 Abstandhalter 4 spacers
5 Absorberschicht 5 absorber layer
6 Masterhologramm 6 master hologram
7 Laminierungswalze 7 lamination roller
8 Einkopplungselement 8 coupling element
9 Einkopplungsabschnitt 9 coupling section
10 Erstes Trägermittel 10 First carrier
11 Referenzstrahl 11 reference beam
12 Rekonstruierte Signal-/Objektwelle 12 Reconstructed signal/object wave
13 Reflexions-Edgelit-HOE 13 Reflective Edgelite HOE
14 Substratkörper 14 substrate bodies
15 Totalreflektierter Strahl 15 Totally reflected beam
16 T ransmissions-Edgelit-HOE 16 T ransmissions Edgelite HOE
17 Interferenz zwischen Referenz- und Objektstrahl17 Interference between reference and object beam
18 T ransmissions-HOE 18 T ransmissions HOE
19 Rekonstruktionsstrahl 19 reconstruction beam
20 Repeat-Länge 20 repeat length
21 Abdeckung 21 cover
22 Objektstrahl 22 object beam
28 Dosiereinheit für optische Flüssigkeit 28 optical fluid dosing unit
29 Optische Flüssigkeit 29 Optical fluid
30 Kontaktfläche des Einkopplungselements 30 contact surface of the coupling element
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