Spiegel, Wolff von (2007)
Tageslichttaugliche Aufprojektionsschirme auf Basis von Reflexions-Volumenhologrammen.
Technische Universität Darmstadt
Dissertation, Erstveröffentlichung

Kurzbeschreibung (Abstract)

Diese Arbeit beschreibt die Entwicklung holographischer Aufprojektionsschirme auf der Basis von Reflexionsvolumenhologrammen. Diese nutzen die Winkel- und Wellenlängenselektivität der Hologramme, um eine Trennung von Stör- und Nutzlicht bei der Bildprojektion zu erreichen und so eine brillante und kontrastreiche Darstellung auch bei Tageslichtbedingungen zu erreichen. Nach der Vorstellung der Grundlagen und Funktionsweise dieser Projektionsflächen werden die Einsatzbedingungen festgelegt, für die die Entwicklung ausgelegt wird. Dies ist entscheidend, da diese Schirme im Gegensatz zu konventionellen Projektionsflächen gezielt für bestimmte Anwendungsszenarien erzeugt werden. Anschliessend werden mögliche Belichtungstechniken diskutiert. Da der Anspruch an die Belichtung bei konventionellen Methoden mit zunehmender Fläche deutlich zunimmt, und grossflächige Projektionsschirme (von mehreren qm) erzeugt werden sollen, sind Scanverfahren von besonderem Interesse. Diese belichten die Gesamtfläche stückweise, senken so die erforderliche Belichtungsleistung bzw. verkürzen die Belichtungszeit, innerhalb derer die Belichtungsanordnung im sub-Wellenlängenbereich stabil zu halten ist. Bei einigen Techniken sind die Anforderungen unabhängig von der zu belichtenden Gesamtfläche. Es wird das für diese Arbeit geeignetste Verfahren ausgewählt, wobei für anschliessende Untersuchungen oder die Produktion ggf. andere Verfahren zu bevorzugen sind. Speziell für das ausgewählte Verfahren, jedoch mit weiterer Anwendbarkeit, wird eine Analyse der Bedingungen durchgeführt, die für die Belichtung von Hologrammen mit hoher Beugungseffizienz einzuhalten sind. Obwohl ähnliche Ansätze existieren, gibt es nach Kenntnis des Verfassers keine Ausführung, die die Vollständigkeit dieser Ergebnisse erreicht. Es resultieren klare Vorgaben für wesentliche Belichtungsparameter, bei deren Einhaltung auch die wesentlichen Nachteile, die Scanverfahren normalerweise aufweisen, vermieden werden können. Nachdem weitere Faktoren, die für die erfolgreiche Belichtung holographischer Projektionsschirme von Bedeutung sind, diskutiert wurden, folgt eine Beschreibung des realisierten Belichtungsaufbaus, sowie verschiedener Messmethoden, die zur Bestimmung wesentlicher Eigenschaften der erzeugten Hologramme umgesetzt wurden. So lassen sich Beugungseffizienz, Zentralwellenlänge und Halbwertsbreite des Beugungspeaks, sowie die Lichtstreuung gut durch ein Transmissionsspektrum ermitteln, die lokale Abstrahlcharakteristik kann mit einer hierfür entwickelten Optik in einem Schritt erfasst werden und die Homogenitätseigenschaften der erzeugten Hologramme können durch Bildanalyse bestimmt werden. Des Weiteren wird die Simulation holographischer Schichten, in der von diffusen Strukturen abgestrahlte Wellenfelder aufgezeichnet sind, beschrieben. Viele Verfahren, die in der Literatur zur Berechnung der Wirkung volumenholographischer Schichten auf einfallendes Licht beschrieben werden, sind auf einfache periodische Strukturen begrenzt. Dies erscheint nicht geeignet für die Beschreibung von Diffusorhologrammen. Es wird daher ein Simulationswerkzeug beschrieben, das erstellt wurde, um Fragestellungen der Volumenholographie insbesondere von Diffusorstrukturen numerisch behandeln zu können. Dazu wird ein Modell volumenholographischer Schichten, in die Diffusorwellenfelder aufgezeichnet wurden, mit einem FDFD-basierten Lösungsverfahren der elektromagnetischen Wellengleichung kombiniert, sowie einigen Ergänzungen zur Bestimmung der Abstrahlcharakteristik ins Fernfeld. Damit lassen sich nicht nur manche Bedingungen besser kontrollieren, als im Experiment, es entsteht auch ein klareres Bild von den Vorgängen in der holographischen Schicht.

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