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Gebiet der Erfindung
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Diese
Erfindung bezieht sich allgemein auf das Gebiet optischer Beugungsverfahren
und -vorrichtungen und genauer auf das Gebiet der Vorrichtungen
und Verfahren zum Erzeugen hoch auflösender Beugungselemente und
holographischer Bilder.
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HINTERGRUND
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Vorrichtungen
und Verfahren zum Erzeugen und Abfragen von Hologrammen und andere
optische Beugungsvorrichtungen sind seit den frühen 1960-er Jahren bekannt,
wobei diese Vorrichtungen aber zum größten Teil hoch entwickelte
Laborforschungshilfsmittel waren. Das Erscheinen des hoch auflösenden Farbphotokopierens,
des digitalen Scannens und der Bildverarbeitung hat das Fälschen von
Dokumenten, die lediglich zweidimensionale Informationen enthalten,
unlängst
viel einfacher gemacht. Um das Fälschen
zu verhindern und die Authentizität von Dokumenten und von an
diesen Dokumenten angebrachten Gegenständen sicherzustellen, erlangen
zunehmend Hologramme und andere Medien, die dreidimensionale Informationen
speichern können,
an Bedeutung. Zum Beispiel ist es für Visa- und MasterCard-Kreditkarten üblich, auf
der Vorderseite der Karte ein geprägtes "Regenbogen"-Hologramm aufzunehmen. Computersoftwareentwickler
einschließlich
der Lotus Development Corporation, der Microsoft Corporation und
anderen nehmen in ihre Produktverpackung ein holographisches Etikett
auf, das hilft, ihr Produkt von einer potenziell nicht authorisierten
Wiedergabe ihres Produkts zu unterscheiden. Außerdem ist zu erwarten, dass
Handelsinstrumente einschließlich
Aktienzertifikaten, Devisen und weiteren übertragbaren Finanzinstrumenten
eines Tages die Aufnahme holographischer Indizien auf dem Instrument
selbst nutzen können.
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Die
Aufnahme holographischer Sicherheitsvorrichtungen wie etwa der Hologramme,
die in Kreditkarten eingebaut und auf übertragbare Instrumente geschweißt sind,
sowie die Anwendungen auf die Währung
erhöhen
einen Bedarf an hochwertigen Hologrammen, die nicht leicht zu fälschen sind
und schnell und preiswert in einer Menge zu erzeugen sind, die die
Kosten pro Hologramm oder Beugungsgitter senkt. Hoch auflösende holographische
Gittermatrixmaster werden zurzeit unter Verwendung von Elektronenstrahltechniken
herstellt und sind somit verhältnismäßig teuer
und langsam zu fertigen. Andere Verfahren der Herstellung von Gittermatrizen mit
niedrigerer Auflösung
werden alltäglich
genug, so dass sie ihre potenzielle Nützlichkeit auf dem Gebiet der
Sicherheit bedrohen. Somit besteht ein Bedarf an hoch aufgelösten, aber
preiswerten Gittern, die nicht leicht durch Fälschung hergestellt werden
können.
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Holographische
Beugungsgittermatrizen werden bereits seit 1980 gefertigt. In den
wenigen letzten Jahren finden hoch auflösende Gittermatrizen eine neue
Verwendung als Fälschungsschutzvorrichtungen
auf dem Gebiet der Sicherheit. Die bei der Fertigung dieser Matrizen
verwendeten Technologien umfassen die holographische Aufzeichnung
von Punktbeugungsgittern sowie das Elektronenstrahlätzen der
holographischen Gitterstreifenstruktur selbst.
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Die
zu dieser Zeit vorhandenen herkömmlichen
holographischen Systeme scheinen auf Punktgrößen und somit Merkmalsgrößen in der
Größenordnung
von 1/400 Zoll (etwa 60 Mikrometer) begrenzt zu sein. Da jedes Bildpixel
typisch die einzelne Bewegung der Filmandruckplatte und die nachfolgende
Belichtung erfordert, kann die Aufzeichnung großer Matrixflächen mit
herkömmlichen
Techniken selbst bei dieser verhältnismäßig großen Merkmalsgröße ungeheuer
langsam (und somit teuer) sein. Diese herkömmlichen Systeme sind außerdem allgemein
auf feste räumliche
Frequenzen oder bestenfalls auf eine vorgegebene Menge fester räumlicher Frequenzen
beschränkt,
was den Typ der Bild- oder Graphikinformationen, die sie aufzeichnen
können, beschränkt. Außerdem sind
zurzeit eine ganze Anzahl solcher Systeme in Betrieb, eine Situation,
die ihre Glaubwürdigkeit
und Nützlichkeit
auf dem Gebiet der Sicherheit ernsthaft beschränkt.
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Das
Elektronenstrahlschreiben von Gittermatrizen, das zu einer hohen
Auflösung
fähig ist,
ist ein so ungeheuer teurer Prozess und erfordert eine so große Kapitalinvestition,
dass seine Nützlichkeit bei
der Fälschungsverhinderung
sicher ist. Da jeder Streifen irgendeiner gewünschten Gittermatrix einzeln
geschrieben werden kann, ist es in Bezug auf die Merkmalsgröße nicht
ernsthaft beschränkt.
Leider erfordert die Herstellung verhältnismäßig kleiner Gittermatrizen
eine beträchtliche
Zeitdauer an äußerst teurer
Ausrüstung.
Wie bei der hier beschriebenen Erfindung ist außerdem eine kluge Programmierung
erforderlich, um ein solches System vollständig zu nutzen. Außerdem erfordern
die Elektronenstrahlaufzeichnungstechniken verhältnismäßig hoch entwickelte Ausrüstungssteuerungs-
und Computersteuerungstechniken, um die gewünschte Ausgabe zu erreichen.
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Bis
heute scheint es kein System zu geben, das preiswerte, großflächige, hoch
auflösende
Gittermatrizen erzeugen kann. Somit ist klar, dass ein Bedarf an
einem System, an einer Vorrichtung und an einem Verfahren besteht,
die Lösungen
für diese
Beschränkungen
im Stand der Technik schaffen.
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In
einem Aspekt schafft die Vorrichtung Mittel, um die Form der Belichtungsfläche auf
sehr genaue und präzise
Weise zu steuern und Endbilder zu erzeugen, die mikroskopische zweidimensionale Bilddaten
wie etwa Text oder andere Graphikkunst enthalten, wobei diese Daten
für jede
Belichtungsfläche
eindeutig sein können.
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In
einem weiteren Aspekt schafft die Erfindung Mittel, um Merkmale
in größerer Einzelheit
anzugeben, als sie in herkömmlichen
Systemen geliefert wird.
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In
einem weiteren Aspekt schafft die Erfindung Mittel, um die Form
jeder Ausgangsbelichtungs-Ausleuchtzone zu steuern.
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In
einem abermals weiteren Aspekt verringert die Erfindung die Pixelung,
die Quantisierung oder den Treppeneffekt und die groben Kanten,
die sich aus der Pixelquantisierung in dem Endausgangsbild ergeben,
so dass das Ausgangsbild den tatsächlichen Umrissen in dem makroskopischen Bild
folgt.
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In
einem weiteren Aspekt schafft die Erfindung Mittel zum beliebigen
Einstellen der räumlichen Frequenzen
des Ausgangsgitters und der räumlichen Orientierungen
einschließlich
der stufenlosen Angabe oder Änderung
der Frequenzen und Orientierungen in Echtzeit während des Betriebs der Vorrichtung.
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In
einem weiteren Aspekt schafft die Erfindung Mittel, um während des
Betriebs die räumlichen Frequenzen
zu modifizieren oder zu steuern, ohne die optische Konfiguration
zu ändern.
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In
einem weiteren Aspekt schafft die Erfindung Mittel zum schnellen
Erzeugen mehrerer Beugungsmuster mit dem Potenzial, die Beugungsmuster
in Echtzeit zu erzeugen.
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In
einem weiteren Aspekt beseitigt die Erfindung bewegte Teile in dem
optischen System und erhöht
dadurch die Geschwindigkeit und schafft dadurch eine höhere Stabilität.
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In
einem weiteren Aspekt schafft die Erfindung Mittel zum leichteren
Auf rechterhalten der Systemausrichtung, als sie in herkömmlichen
Zweistrahlkonfigurationen oder in Konfigurationen mit Spiegeln oder
Prismen bereitgestellt wird.
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In
einem weiteren Aspekt schafft die Erfindung Mittel zum Erzeugen
von Beugungsflächen,
die kleiner sind, als sie mit herkömmlichen Systemen realisiert
werden.
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In
einem weiteren Aspekt schafft die Erfindung Mittel zum Erzeugen
von Mehrrichtungsgittern in einer einzigen Belichtung.
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In
einem weiteren Aspekt schafft die Erfindung Mittel zum genauen und
präzisen
Steuern der Beugungseffizienz durch Modifizieren des Kontrasts des
auf der Bildanzeigevorrichtung angezeigten Bildes.
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In
einem abermals weiteren Aspekt schafft die Erfindung Mittel, um
die Rauscheigenschaften des Systems (einschließlich des durch das optische System
und durch Unvollkommenheiten der Bildanzeigevorrichtung eingeführten Rauschens)
als ein Sicherheitsmerkmal zum Überprüfen der
Authentizität des
Hologramms oder Gitters dazu zu verwenden, eindeutig das System
zu identifizieren, von dem ein besonderes Hologramm oder Gitter
erzeugt wurde.
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In
einem weiteren Aspekt schafft die Erfindung durch Bereitstellen
eines gefilterten und erweiterten Strahls zum Beleuchten der Bildanzeigevorrichtung
Mittel zum Erzeugen von Hologrammen mit einer gleichmäßigen Belichtungsdichte über das
gesamte Hologramm und zum Beseitigen der Gaußschen Vertiefungen, die in
herkömmlichen
Systemen, die einen fokussierten schmalen Strahl verwenden, typisch
vorhanden sind.
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In
einem weiteren Aspekt schafft die Erfindung durch Verringern der
Ausregelzeiten, die in herkömmlichen
Systemen mit bewegten Optikkomponenten und somit mit einer Schwingung
typisch erforderlich sind, und durch Bereitstellung einer großen Belichtungsausleuchtzone
selbst für
kleine Pixelabmessungen und zur Bereitstellung von Mitteln zum gleichzeitigen
Beleuchten mehrerer Winkel in der gleichen Belichtungsausleuchtzone
ein System, das eine schnelle Photobelichtung zulässt.
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Wie
im Licht der beigefügten
Zeichnung und der ausführlichen
Beschreibung leicht hervorgeht, werden durch die vorliegende Erfindung
diese und weitere Merkmale und Vorteile geschaffen. Die Erfindung
ist in den unabhängigen
Ansprüchen
definiert.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine etwas schematische graphische Darstellung einer ersten beispielhaften
Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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2 ist
eine etwas schematische graphische Darstellung, die einige der Komponenten
der Ausführungsform
in 1, jedoch in einem größeren Maßstab, zeigt, so dass Einzelheiten
der gebeugten Wellen und die Beziehung zwischen dem durch die LCD
angezeigten Bild und der Ausgabe leichter hervorgehen.
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3 ist
eine etwas schematische graphische Darstellung, die eine ebene Darstellung
der LCD und darauf angezeigter beispielhafter Daten zeigt.
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4 ist
eine etwas schematische graphische Darstellung, die ein beispielhaftes
Graustufenstreifenmuster (abwechselnde helle und dunkle Bänder) auf
der LCD-Anzeige zeigt.
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5 ist
eine etwas schematische graphische Darstellung, die den Mechanismus
zeigt, mit dem die auf der LCD angezeigten gebeugten Strahlen ±1-ter
Ordnung aus bestimmten Bereichen wiedervereinigt werden, um in der
Brennebene neue Interferenzstreifen zu erzeugen.
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6 ist
eine etwas schematische graphische Darstellung, die die Art und
Weise zeigt, in der aus Komponententeilen ein allgemeiner zusammengesetzter
Ausgangsgraphikentwurf aufgebaut wird.
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7 ist
eine etwas schematische graphische Darstellung, die eine Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Erzeugen eines Hologramms zeigt.
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8 ist
eine etwas schematische Darstellung, die einen Bildabschnitt zeigt,
der sich auf eine Prozedur des Standes der Technik zum Erzeugen
eines Hologramms bezieht.
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9 ist
eine etwas schematische graphische Darstellung, die zusätzliche
Merkmale der erfindungsgemäßen Konstruktion
und des erfindungsgemäßen Verfahrens
einschließlich
eines aus mehreren Bereichen gebildeten Überbereichs, der adressierbaren
Abschnittsteilen einer vollen LCD-Anzeige entspricht, zeigt.
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10 ist
eine etwas schematische graphische Darstellung, die eine alternative
zweite Ausführungsform
der bereits anhand der 1–4 gezeigten
und beschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtung
zeigt, in der Licht, das das lichtempfindliche Material erreicht,
durch Beiträge
von dem nicht gebeugten Strahl nullter (0-ter) Ordnung und einem
der gebeugten Strahlen 1-ter Ordnung gebildet wird.
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11 ist
eine etwas schematische graphische Darstellung, die eine alternative
dritte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zeigt, die analoge Eigenschaften zu der in 1 gezeigten Ausführungsform
besitzt, jedoch eine Kineform oder eine Gaborsche Zonenplatte besitzt,
die innerhalb der LCD erzeugt wurde, um den sich erweiternden Strahl,
der in Abwesenheit einer getrennten Kondensorlinse aus der räumlichen
Filteranordnung hervorgeht, wirksam neu zu fokussieren.
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12 ist
eine etwas schematische graphische Darstellung, die eine vierte
Ausführungsform zeigt,
die einen Rotationsservomotor mit angebrachtem Gitter und Mittel
zum Erweitern des Strahls zum Abdecken einer großen Fläche auf dem Gitter besitzt.
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13 ist
eine etwas schematische graphische Darstellung, die eine fünfte Ausführungsform der
Erfindung zeigt, die abgesehen davon, dass die Eigenschaften einiger
optischer Komponenten und ihre Anordnung in dem optischen Weg geändert wurden,
um besondere alternative Vorteile zu erhalten, ähnlich der bereits anhand der
Ausführungsform
in 11 gezeigten und beschriebenen Ausführungsform
ist.
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14 ist
eine etwas schematische graphische Darstellung, die eine Simulation
eines eingebetteten Mikrotexts oder eine eingebettete Mikrographik mit
Beugungsstreifen innerhalb des Mikrotexts in einem Abschnitt einer
gedruckten Währung
zeigt, die in Übereinstimmung
mit einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung vorbereitet wurde.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Diese
Erfindung ist auf eine Vorrichtung, auf ein Verfahren und auf ein
System zum Aufzeichnen sehr hoch aufgelöster Text-, Bild- und/oder
anderer Graphikinformationen auf einem Aufzeichnungsmedium gerichtet.
Sie ist besonders geeignet zum Aufzeichnen von Informationen, die
durch typische Fälschungsverfahren,
die nicht die Auflösung
der vorliegenden Erfindung erreichen, schwer wiederzugeben sind,
so dass einige der aufgezeichneten Informationen verwendet werden
können,
um den aufgezeichneten Gegenstand oder indirekt den Gegenstand,
an dem der aufgezeichnete Gegenstand angebracht ist, zu authentifizieren.
Solche Gegenstände
können
Devisen, offizielle Dokumente, Rechts-, Finanz- und Wirtschaftsinstrumente,
Kreditkarten und Verpackung für
solche Gegenstände
wie Software, Kunst- und andere Gegenstände, bei denen Fälschung
zu befürchten
ist, umfassen, ohne auf sie beschränkt zu sein.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung wird elektromagnetische Strahlung wie etwa durch eine Strahlungsquelle
(wie etwa einen Laser) erzeugtes sichtbares Licht durch einen Verschluss
oder durch eine andere Steuervorrichtung zum wahlweisen Durchlassen
oder Blockieren des Durchgangs des empfangenen Lichts empfangen.
Ein räumliches
Filter reinigt den Strahl, um unerwünschte Frequenzkomponenten
allgemein zu entfernen, und erzeugt einen divergierenden Strahl
mit dem gewünschten räumlichen
Frequenzinhalt. Eine Anzeige, vorzugsweise eine Flüssigkristallanzeige
(LCD), empfängt dynamisch
einen Datenstrom, wie er etwa, entweder in Echtzeit oder im Voraus
gespeichert und heruntergeladen oder auf andere Weise bei Bedarf
an die Anzeige übermittelt,
in einem Computer erzeugt werden kann. Die Daten enthalten mehrere
Datenwerte und für
jeden der Datenwerte entsprechende mehrere räumliche Ortswerte, um die Datenwerte
an den entsprechenden räumlichen
Orten in einer zweidimensionalen Datenmatrix der Bildelemente in
der LCD anzugeben. Jeder der angezeigten Datenwerte gibt eine optische
Eigenschaft an, die sich auf den entsprechenden Datenwert in dem
Weg des empfangenen konvergierenden Beleuchtungsstrahls bezieht. Die
optische Eigenschaft ist typisch entweder eine optische Dichte,
die die Amplitude des durch ein besonderes Pixel der LCD übertragenen
Lichts ändert, oder
eine optische Polarisationsänderung,
wie sie sich aus einer Doppelbrechung in dem LCD-Pixel ergeben kann.
Die Anwesenheit der zweidimensionalen Matrix der optischen Dichte
oder Polarisation veranlasst die Beugung der auftreffenden Strahlung
in mehrere gebeugte Strahlen, wobei jeder Strahl einen besonderen
Beugungswinkel in Bezug auf eine Ebene der Anzeige und besondere
räumliche
Frequenzkomponenten besitzt. Eine Maske empfängt die mehreren gebeugten
Strahlen und lässt
wahlweise erste vorgegebene der Strahlen durch, während sie
wahlweise zweite der Strahlen, die von den ersten verschieden sind,
blockiert, so dass lediglich die gewünschten Frequenzkomponenten,
die die optischen Interferenzstreifen erzeugen, zu einer Ausgangsebene
durchgelassen werden. Zusätzliche
Optikkomponenten empfangen die ersten Strahlen und leiten sie zur Überlappung
in die Ausgangsebene um, wobei die Überlappung zur Bildung von
Interferenzstreifen mit Bezug auf die relative Phasendifferenz zwischen den
sich überlappenden
Strahlen führt.
Diese Interferenzstreifen können
eine sehr hohe räumliche
Frequenz haben, so dass äußerst feine
Linien oder kleine Objekte einschließlich Text und Graphik aufgezeichnet
werden können.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zum Aufzeichnen eines Beugungselements wie etwa eines Beugungsgitters
oder Hologramms umfasst das Erzeugen eines ersten Datensatzes, der
ein zweidimensionales Beugungsgitter mit besonderen Beugungseigenschaften
repräsentiert,
das Übermitteln des
gespeicherten ersten Datensatzes an eine LCD-Anzeige, das Auffallenlassen
eines Strahls wie etwa von Licht auf vorgegebene Weise während einer
vorgegebenen Zeitdauer auf die LCD, so dass der auffallende Strahl
durch das LCD-Beugungsmuster gebeugt wird, das optische Sammeln
und Umleiten ausgewählter
Komponenten der gebeugten Strahlung, so dass sie sich in einer vorgegebenen Ausgangsbrennebene überlappen
und dadurch interferieren und Interferenzstreifen erzeugen; und
das Aufzeichnen oder anderweitige Erfassen der Interferenzstreifen
in der Ausgangsbrennebene. Außerdem kann
das Verfahren das Wiederholen des Prozesses für mehrere Datensatzdarstellungen;
und das räumliche
Kombinieren jeder der Streifendarstellungen zu einem Endhologramm
umfassen. Außerdem
umfasst die Erfindung Vorrichtungen oder Konstruktionen, die gemäß den hier
offenbarten Verfahren gefertigt oder aufgezeichnet worden sind.
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Es
werden verschiedene Ausführungsformen
der Vorrichtung, der Konstruktion und des Verfahrens beschrieben,
die besondere Vorteile besitzen, die in der ausführlichen Beschreibung der Erfindung
behandelt werden.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung,
das erfindungsgemäße System
und das erfindungsgemäße Verfahren
schaffen eine Konstruktion und eine Prozedur zum schnellen Erzeugen
hoch aufgelöster Beugungsgittermatrizen,
die Hologramme mit Streifenstrukturen von etwa einem Mikrometer
oder kleiner und unterscheidbare Bildmerkmale in der Größenordnung
von etwa sechs Mikrometern oder kleiner enthalten.
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Diese
Matrizen können
in einem lichtempfindlichen, ätzbeständigen Material
oder in anderen hoch auflösenden
lichtempfindlichen Materialien wie etwa in den feinkörnigen Silberhalogenidemulsionen oder
anderen herkömmlichen
Photosensormaterialien, die momentan in der Holographie und Mikrolithographie
verwendet werden, hergestellt werden. Die Ausgangsbilder können für viele
Zwecke einschließlich
Fälschungsschutz,
Produktüberprüfung, Sicherheitsplaketten,
Dekoration, binäre
Optik sowie andere Optik-, Sicherheits- und Dekorationsanwendungen verwendet
werden. Die Erfindung wird nun anhand der dazugehörenden Zeichnungen
ausführlich
beschrieben.
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In 1 ist
eine beispielhafte erste Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
gezeigt. In dieser Ausführungsform
emittiert ein Laser 50 aus einer Laseraustrittsöffnung einen
Laserstrahl 51. Der Laser 50 kann ein Laser irgendeines
häufig für die Holographie
verwendeten herkömmlichen Typs
sein, der eine Wellenlänge
des Lichts (oder einer anderen elektromagnetischen Strahlung) emittiert,
für die
das empfindliche Material in der gewählten Emulsion empfindlich
ist. Da die Weglängendifferenz
der zwei Aufzeichnungsstrahlen typisch kleiner als 100 Mikrometer
ist, kann anstelle eines kohärenten
Lasers ebenfalls eine gefilterte inkohärente oder quasikohärente Lichtquelle
verwendet werden, wobei eine kohärente
Quelle aber allgemein bevorzugt ist.
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Der
Laserstrahl 51 wird vom Verschluss 52 unterbrochen,
der Steuersignale empfängt,
die ihn in Reaktion auf vom Computer 20 empfangene Signale 21 öffnen und
schließen.
Der Computer 20 kann irgendein herkömmlicher Computer wie etwa
ein Personal Computer sein, der einen Intel-, AMD-, Cyrix- oder
Motorola-Mikroprozessor enthält,
um Peripheriegeräte
wie etwa die Verschlussbaueinheit 52 und die XY-Bühnen-Positionierungssteuermittel
wie etwa die Schrittmotoren 82 und 83 zu steuern
und Daten an die LCD-Anzeige 68 zu liefern, die die Anzeigesteuereinheit 68b enthält. Die
Anzeigesteuereinheit 68b kann eine getrennte Vorrichtung
und Leistungsversorgung sein oder entweder als ein integraler Bestandteil
des Prozessors oder als eine Erweiterungsleiterplatte (Erweiterungs-PC-Platte) oder dergleichen
in den Computer 20 integriert sein. Es sind herkömmliche
Anzeigesteuereinheitsplatinen wie etwa z. B. die von QAI gefertigte
LCD-Anzeigesteuereinheit
geeignet. Selbstverständlich
stellt die LCD-Anzeige 68 Mittel zum Anzeigen der Daten
in einer zweidimensionalen Matrix bereit. Anstelle der LCD können als
die Datenanzeigemittel alternativ andere Vorrichtungen wie etwa
ein räumlicher
Lichtmodulator, ein reflektierender Mikrospiegel und Vorrichtungen
mit einer geeigneten Echtzeit- oder Nahezu-Echtzeit-Datenschaltung
und optischen Eigenschaften verwendet werden.
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Wenn
der Verschluss 52 offen ist, wird der Strahl 51 durch
die Öffnung
der Verschlussbaueinheit 52 zur räumlichen Filterbaueinheit 54 durchgelassen. Die
räumliche
Filterbaueinheit 54 enthält ein optisches System, das
typisch durch ein Mikroskopobjektiv 54a oder eine herkömmliche
Konstruktion sowie durch eine Lochöffnung 54b ebenfalls
der herkömmlichen
Art implementiert ist. Das Mikroskopobjektiv 54a empfängt von
dem Laser den unaufbereiteten Laserstrahl 51 und fokussiert
ihn auf einen Punkt, der mit der Ebene des Lochs 54b zusammenfällt. Das
Loch 54b ist eine runde Öffnung, die so bemessen ist,
dass sie in dieser Ebene eine räumliche Filterung
des Strahls ausführt.
Alternativ können
andere im Gebiet bekannte räumliche
Filtermittel verwendet werden.
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In
der in 1 gezeigten beispielhaften Ausführungsform
besitzt das Mikroskopobjektiv 54a eine Vergrößerung (wie
etwa, wie sie für
normale Mikroskopanwendungen verwendet wird) von etwa 10 ×. Das Loch 54b wird
in Verbindung mit dem Mikroskopobjektiv 54a ausgewählt und
besitzt typisch eine runde Öffnung
von zwischen etwa 10 Mikrometern und etwa 25 Mikrometern; allerdings
kann dort, wo die Homogenität
des gefilterten Strahls nicht so kritisch ist und ein größerer optischer
Durchsatz erwünscht
ist, eine größere Öffnung wie
etwa eine Öffnung
von 50–100
Mikrometern oder größer verwendet
werden.
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Während der
Ausgangsstrahl 55 das Loch 54b verlässt, divergiert
er und wird erweitert, so dass er teilweise eine erste Linse 56 füllt, die
die Lochöffnung 54b des
räumlichen
Filters auf eine Zwischenbrennebene 75 abbildet. Die erste
Linse 56 unterbricht den sich erweiternden Strahl 55,
um einen konvergierenden Strahl 57 zu erzeugen, und refokussiert den
konvergierenden Strahl durch die volle Öffnung der Flüssigkristallanzeige
(LCD) 68. Obgleich insbesondere die Brennweite der Linse
und allgemein die Abmessungen der Vorrichtung von einer besonderen Implementierung
der Vorrichtung abhängen,
besitzt die erste Linse 56 in einer ersten beispielhaften
Ausführungsform
der Vorrichtung einen Durchmesser von etwa 60 mm und eine Brennweite
von etwa 250 Millimetern. Selbstverständlich muss das optische System
je nach der Wahl der Abmessungen des LCD-Moduls 68 und
der ersten Sammellinse 56 so skaliert sein, dass es die
besonderen gewünschten Abbildungsziele
erreicht.
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Die
LCD 68 kann allgemein herkömmlicher Konstruktion sein,
sollte aber die Kontrast- und Auflösungseigenschaften besitzen,
die geeignet sind, die gewünschten
Beugungseigenschaften einschließlich der
Winkelablenkung und des Wirkungsgrads bereitzustellen. Das LCD-Modul 68 umfasst
allgemein eine elektronische Treiber- und Steuereinrichtungskomponente 68b mit
einer einteiligen oder getrennten Leistungsversorgung und eine im
Wesentlichen durchsichtige Anzeigekomponente mit einer Anzeigefläche oder
-öffnung 68a,
die durch den Treiberabschnitt 69b in Verbindung mit dem
Computer 20 in der Weise gesteuert wird, dass sie in Abhängigkeit
von den über Leitungen
vom Computer 20 empfangenen Informationsdatensignalen 23 eine
gewünschte
Durchlässigkeitseigenschaft
(durchsichtig) und Undurchlässigkeitseigenschaft
(schwarz oder Mehrstufen-Graustufen) erzeugt.
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Obgleich
so genannte "passive" LCD-Anzeigen mit
einem möglichen
resultierenden Kontrastverlust verwendet werden können, wird
eine "Aktivmatrix"-LCD-Anzeige wegen des hohen Kontrasts
und den hohen Datenschaltgeschwindigkeiten bevorzugt. Im Allgemeinen
können
passive Anzeigen längere Belichtungszeiten
oder eine leistungsfähigere
Lichtquelle 50 als Aktivmatrixanzeigen erfordern. Aktivmatrix-LCDs
der herkömmlichen
Art erreichen typisch Kontrastverhältnisse in der Größenordnung zwischen
etwa 100 : 1 und 200 : 1 oder mehr, während so genannte "passive" Anzeigen Kontrastverhältnisse
in der Größenordnung
zwischen etwa 10 : 1 und etwa 40 : 1, typischer etwa 20 : 1, erreichen.
Herkömmliche
LCDs können
Polarisationsfolien enthalten, die auf jeder Seite der Anzeige angehaftet
sind. Es können
Farb-LCDs verwendet werden, die aber nicht bevorzugt sind, da sie
typisch Farbfilter verwenden, die hier vorteilhaft nicht verwendet
werden.
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Für Anwendungen
dieser LCDs als Beugungselemente werden irgendwelche derartigen
Polarisationsmaterialien vorteilhaft entfernt, um das durchgelassene
Licht zu erhöhen
und das Rauschen oder andere optische Verschlechterungen zu verringern.
Dies ermöglicht,
die LCD eher als ein Phasendurchlasshologramm als ein Absorptionsdurchlasshologramm
zu verwenden, und erhöht
das Licht auf der Endplatte 80.
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Die
Flüssigkristallanzeige 68 gibt
Daten in einem zweidimensionalen Bild oder Bildelement oder in einer
Bildelementmatrix (Pixelmatrix) an oder zeigt sie in diesen an.
Die angezeigten Informationen erzeugen eine Beugungsmatrix, die
veranlasst, dass verschiedene Flächen
in dem (von der Linse 56 ausgehenden) auftreffenden Laserstrahl 57 in
einen oder mehrere gebeugte Strahlen 59 gebeugt werden,
deren Anzahl und Eigenschaften von den Eigenschaften der angezeigten
Daten abhängen.
Im Allgemeinen enthalten die gebeugten Strahlen 59 einen
nicht gebeugten Strahl oder Strahl nullter Ordnung (0-ter Ordnung) 70,
ein Paar gebeugter Strahlen erster Ordnung (±1-ter Ordnung) 72a und 72b,
ein Paar gebeugter Strahlen zweiter Ordnung (±2-ter Ordnung) 74a und 74b und
typisch gebeugte Strahlen höherer Ordnung
(nicht gezeigt), die allgemein eine niedrigere Amplitude und Intensität als die
Strahlen niedrigerer Ordnung besitzen. Die Strahlen höherer Ordnung können in
den bevorzugten Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
und des erfindungsgemäßen Verfahrens
verwendet werden, werden typisch in diesen aber nicht verwendet.
Für den
Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet ist klar, dass das Vorhandensein
und die Eigenschaften der Strahlen nullter, erster, zweiter und
höherer
Ordnung durch die räumlichen
Informationen bestimmt sind, die auf der LCD-Anzeige 68 dargestellt
sind. Wo durch die LCD 68 konstante Daten (z. B. eine durchsichtige Öffnung oder
eine feste Graustufenöffnung)
lediglich mit einer so genannten Gleichstromkomponente angegeben sind,
gibt es lediglich einen einzigen (nicht gebeugten) Strahl, der als
der Strahl nullter Ordnung (0-ter Ordnung) bezeichnet wird. Zum
Beispiel werden Daten, die eine Sinusfunktions-Beugungsstruktur
simulieren, in jeder Richtung in mehrere Ordnungen gebeugt, während eine
Kineform hauptsächlich
in die Ordnungen beugt, für
deren Erzeugung sie konstruiert ist. Außerdem können Daten geliefert werden,
die Blaze-Gitter, Rechteckschwingungsgitter und andere Gitterstrukturen
bilden oder simulieren.
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In
der in 1 gezeigten Ausführungsform ist eine Maske in
Form einer Ringöffnung 76 mit durchsichtigen
(durchlässigen)
und undurchlässigen Bereichen
vorgesehen, die den Strahl nullter Ordnung (0-ter Ordnung) 70,
das Paar der Strahlen 74a und 74b zweiter Ordnung
(±2-ter
Ordnung) und, obgleich es nicht gezeigt ist, ebenfalls die Strahlen ±3-ter
Ordnung, ±4-ter
und höherer
Ordnung maskiert oder blockiert. In dieser besonderen Ausführungsform
wird lediglich zugelassen, dass die gebeugten Strahlen 72a und 74b erster
Ordnung (±1-ter Ordnung)
durch die Maske 76 gehen, so dass sie nachfolgend auf die
Brennebene 80 fallen. Der radiale Abstand der ±1-ten
gebeugten Strahlen von der mittigen optischen Achse ist durch die
räumliche
Frequenz der angezeigten LCD-Daten und durch den Abstand zu der
Linse 56 und durch deren Brennweite bestimmt. Als ein Beispiel
sind für
eine Linse 56 mit einer Brennweite von 35 Millimetern und
für eine
20 mm × 15
mm-LCD-Anzeige mit 640 × 480
Pixeln in jeder Richtung der Innenradius (r1) und der Außenradius
(r2) der Öffnung
in der Maske 76 etwa 3 mm bzw. 15 mm, wenn der Abstand
zu der Linse so eingestellt ist, dass er eine Belichtungsausleuchtzone (unter
Verwendung einer Fläche
von 480 × 480
Pixeln der LCD) von etwa 0,127 mm (1/200 Zoll auf jeder Seite) liefert.
Im Folgenden werden Ausführungsformen,
in denen verschiedene Strahlen blockiert oder durchgelassen werden,
beschrieben, die verschiedene Eigenschaften besitzen, wobei selbstverständlich Mittel
zum Ändern
des optischen Systems zum wahlweisen Blockieren oder Durchlassen
eines oder mehrerer Strahlen vorgesehen sein können.
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Diese
gebeugten Strahlen 72a, 72b erster Ordnung werden
durch eine zweite Linse oder LCD-Neuabbildungslinse 78 unterbrochen,
die die gebeugten Strahlen erster Ordnung zurück zu der optischen Achse richtet
und die LCD-Anzeige auf eine vorgegebene Bildbrennebene 80,
die Brennebene, in der ein lichtempfindliches Material oder ein
Photofilm oder ein ätzbeständiges lichtempfindliches
Resistmaterial 81 montiert oder aufgetragen ist, neu abbildet,
um das gewünschte
Endhologramm oder Beugungsgitter zu erzeugen. Die LCD-Neuabbildungslinse 78 kann
entweder eine herkömmliche
hochwertige Photo- oder Mikrophotolinse, ein holographisches optisches
Element oder irgendein Linsensystem, das die LCD mit guter Wiedergabetreue
abbilden kann, sein. Das Fokussieren der Linse auf die Filmebene veranlasst
die Überlappung
der auf die Linse 78 auftreffenden gebeugten Strahlen +1
und –1,
wodurch in der Brennebene 80 Interferenzstreifen erzeugt
werden, die die Gitterstruktur in dem lichtempfindlichen Material 81 werden.
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Der
Photorezeptor 81 kann ein Photofilm, ein Photoresistmaterial,
wie es in der Halbleiterherstellungsindustrie verwendet wird, oder
dergleichen Materialien sein und ist auf der Bildausgabe-Brennebene 80 auf
einer XY-Transportbaueinheit 24 angebracht, die funktional
ist, um den zweidimensionalen Photorezeptor 81 in Reaktion
auf von der Schrittmotor-Steuereinheit 22 empfangene Schrittmotor-Transportsteuersignale 84, 85 in
im Wesentlichen orthogonaler X- und Y-Richtung zu transportieren,
so dass auf Wunsch aus einem Mosaik getrennter Belichtungen ein
zusammengesetztes Bild konstruiert werden kann. Solange der Photorezeptor 81 während der
Bewegung in der Brennebene gehalten wird, können zum Bewegen des Photorezeptors 81 irgendwelche
herkömmlichen
Mittel wie etwa z. B. Motoren, piezoelektrische Wandler, eine Antriebsspindel
oder Ultraschallmotoren verwendet werden. Optional können außerdem Mittel
zum Abtasten des tatsächlichen Brennpunkts
in der Brennebene 80 wie etwa des Kontrasts oder alternativ
Parallelerfassungsmittel, die üblicherweise
bei der Autofokuserfassung und bei Einstellungssystemen wie etwa
Kameras verwendet werden, vorgesehen sein. In diesem Fall können für die Positionseinstellung
des Photorezeptors 81 ebenfalls z-Achsen-Bewegungsmittel vorgesehen sein.
-
Im
Gebiet sind verschiedene Linearbewegungsmittel bekannt, die für die gewünschte XY-Positionseinstellung
verwendet werden können.
Die Drehbewegungsfähigkeit
kann ebenfalls auf herkömmliche
Weise vorgesehen sein. In der bevorzugten Ausführungsform empfangen die Schrittmotoren 82 und 83 auf
den Steuerleitungen 84 bzw. 85 Steuersignale in
Form von Impulsen von der Schrittmotorsteuerung 22. Die
Schrittmotor-Steuereinheit 22 empfängt auf herkömmliche
Weise Eingangssignale 86 vom Computer 20. Es ist
klar, dass der Betrieb des Verschlusses 52, der LCD-Anzeige 68 und
der Schrittmotor-Steuereinheit 22 über die Signale 21, 23 und 86 auf
funktionale Weise koordiniert wird, um den gewünschten Betrieb der Vorrichtung
zu liefern. Außerdem
ist klar, dass diese Funktionen durch einen Computer 20,
durch getrennte Computer oder durch eine mit dem Computer integrierte
Steuereinheit wie etwa durch einen Mikrocomputer ausgeführt werden
können,
um die geforderte Vorrichtungsschnittstelle und -steuerung auszuführen.
-
Zahlreiche
optische, elektrische und wissenschaftliche Erzeugnisse einschließlich Linsen,
Verschlüssen,
Beugungsgittern, räumlichen
Filtern, mehrdimensionalen Translationsbühnen und anderen Transportbaueinheiten,
Drehbühnen
und Lasern sind erhältlich
von der Newport Corporation, 1791 Deere Avenue, Irvine, California,
92714, USA, und können
in Verbindung mit der Herstellung und Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
genutzt werden.
-
Um
die Reinheit der optischen und mechanischen Komponenten zu erhalten
und um zu verhindern, dass Umgebungsstreulicht die lichtempfindlichen
Materialien belichtet, kann das gesamte in 1 veranschaulichte
Optikuntersystem der erfindungsgemäßen Konstruktion 15 in
einem (nicht gezeigten) Gehäuse
gekapselt sein. Um irgendwelches äußeres Licht oder reflektiertes/gestreutes
Licht in dem Gehäuse
weiter zu unterdrücken,
können
außerdem
Lichtschutzschirme enthalten sein.
-
Nachdem
die Konstruktion einer Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
beschrieben worden ist, wird die Aufmerksamkeit nun auf eine schematische
perspektivische Teilzeichnung in 2 gerichtet,
die einige der Komponenten in 1, jedoch
in einem größeren Maßstab, zeigt,
so dass Einzelheiten der gebeugten Wellen und die Beziehung zwischen
dem auf der LCD 68a angezeigten Bild und dem Ausgangsbild
in der Brennebene 80 leichter sichtbar sind.
-
Es
ist die LCD 68a gezeigt, die das zusammengesetzte Bild
des Umrisses eines Buchstabens A (als einer beispielhaften Graphik)
angibt oder anzeigt, in dem auf einem Hintergrund vertikaler Streifen 202 diagonale
Streifen 201 in dem A (mit einer Neigung von etwa 45 Grad
entgegen der Uhrzeigerrichtung von der Vertikalen) angezeigt werden.
(Die LCD-Treiber, die zugeordnete Elektronik und die Signalleitungen
sind nicht gezeigt.) Der Abstand der Streifen in der Zeichnung dient
lediglich zur Veranschaulichung. In einer typischen Implementierung der
erfindungsgemäßen Konstruktion
und des erfindungsgemäßen Verfahrens
für eine
20 mm × 15 mm-Anzeige
mit 640 × 480
Pixeln haben die Streifen einen Abstand von Mitte zu Mitte von etwa
220 Mikrometern, wobei die resultierenden Strahlen ±1-ter
Ordnung in der Weise gebeugt werden, dass sie nach dem Durchgang
durch die LCD unter einem Winkel von etwa ±0,1 Grad divergieren. Eine
ebene Darstellung der LCD 68a und der darauf angezeigten
Daten ist in 3 getrennt gezeigt.
-
Die
beispielhafte LCD 68 besitzt in einer Dimension (z. B.
in der x- oder horizontalen Richtung) 640 adressierbare Abtastwerte
und in der orthogonalen Richtung (z. B. in der y- oder vertikalen
Richtung) 480 adressierbare Leitungen und misst etwa 20 mm mal etwa
15 mm. Die Pixelabmessungen sind auf einer Seite etwa 30 Mikrometer.
Die Dicke des LCD-Moduls in der z-Dimension (ZLCD)
ist etwa 1,1 mm. Vorzugsweise ist die LCD eine Aktivmatrix, die einen
kleinen Pixelabstand, einen guten Kontrast und eine verhältnismäßig große aktive
Fläche
pro Pixel besitzt. Zum Beispiel kann das von Hitachi hergestellte
LCD-Modell Hitachi MTM25V01 verwendet werden. Außerdem wird erwartet, dass
LCD-Anzeigen mit kleineren adressierbaren Pixeln (z. B. 15 Mikrometer
oder kleiner) und größeren Pixelmatrizen
(z. B. Pixelmatrizen von 3000 × 3000
oder größer) verfügbar sind
oder verfügbar
werden und dass diese größeren LCD-Anzeigen
und/oder LCD-Anzeigen mit höherer
Auflösung
in der Erfindung ebenfalls vorteilhaft verwendet werden können.
-
Durch
die Linse 78, die so positioniert ist, dass das Verhältnis des
dritten zum vierten konjugierten Linsenabstand d3/d4 in der veranschaulichten beispielhaften
Ausführungsform
etwa 200 : 1 ist, wird die LCD 68a in einem stark verkleinerten
Maßstab
neu auf die Bildbrennebene 80 abgebildet. In dieser Konfiguration
wird die LCD in einem Vergrößerungsverhältnis von
200 : 1 neu abgebildet, so dass ein Einzoll-LCD-Abschnitt als ein
optisches 1/200-Zoll-Bild der LCD in der Bildebene 80 neu
abgebildet wird.
-
Verschiedene
Teile des LCD-Bildes, d. h. die vertikalen Hintergrundstreifen 202 und
die diagonalen "A"-Streifen 201,
veranlassen die Beugung des auffallenden Lichts mit verschiedenen
Winkelorientierungen und/oder mit verschiede nen radialen Abständen von
der optischen Achse. Selbst die physikalische Konstruktion der LCD
(z. B. die Anordnung gleich beabstandeter Pixel) selbst beugt Licht.
Nicht gebeugtes Licht bleibt entlang der mittigen optischen Achse,
während
höhere
räumliche
Frequenzen, die Licht enthalten, das durch die LCD-Pixelmatrix selbst gebeugt
wird, zu höherer
Winkelabweichung führt. Die
physikalische Trennung der gebeugten Strahlen hängt gemäß der im Bragg-Gesetz definierten
Beziehung, d. h. Lambda = 2D × Sin(Theta),
wobei λ die Wellenlänge des
Lichts, D der Abstand und Theta der Beugungswinkel ist, von der
Belichtungswellenlänge, von
der räumlichen
Frequenz der angezeigten Daten und von dem Abstand von der LCD zur
Linse 78 ab. Es wird ein Abstand gewählt, der in der Endbildebene die
gewünschte
räumliche
Frequenz erzeugt, wobei dieser bei erneuter Anwendung des Bragg-Gesetzes von
der Brennweite der Linse 78 abhängt. Es wird angemerkt, dass
die Begriffe Beugung, Gitter, Hologramm und dergleichen in dieser
Offenbarung synonym verwendet werden.
-
Obgleich
die Daten zur Erzeugung einer Streifenstruktur (z. B. 201, 202)
durch den Computer 20 erzeugt werden oder in ihm gespeichert
sind und auf der LCD 68 angezeigt werden, wird die Streifenstruktur
in der LCD, die durch einzelne auflösbare Pixel oder Gruppen von
Pixeln in der LCD erzeugt wird, typisch nicht neu in die Brennebene 80 abgebildet. Tatsächlich liegt
die Streifenstruktur, die in der Brennebene 80 erforderlich
ist, um das Hologramm zu erzeugen, allgemein jenseits der Auflösungs- und/oder Kontrastleistung
der vorangehenden Komponenten des optischen Systems. Da die in der
LCD 68 vorhandene Streifenstruktur nicht optisch von der
LCD-Ebene in die Brennebene 80 übertragen wird, wird sie nicht
tatsächlich
durch die Linsen abgebildet. Stattdessen beugt die in der LCD angezeigte
Streifenstruktur den auftreffenden Laserstrahl 57, wobei
sie die gebeugten Ordnungen erzeugt, so dass sie sich wie in der
Ebene der Maske 76 in 2 veranschaulicht
von der optischen Achse trennen. Die Linse 56 veranlasst,
dass die divergierenden Strahlen (0-ter, ±1-ter, ±2-ter, ±3-ter usw.) in der Ebene
der Linse 78 zu getrennten Brennpunkten gelangen. Die von
den Hintergrundstreifen mit konstanter Frequenz f1 gebeugte
Energie wird in den Bereichen 210 und 211 in der
Linse 78 konzentriert, während die Energie von den A-Streifen
mit der konstanten Frequenz f2 in den Bereichen 212 und 213 in
der Linse 78 konzentriert wird.
-
4 zeigt
eine graphische Darstellung beispielhafter Streifen (abwechselnder
heller und dunkler Bänder)
auf der Mehrgraustufen-LCD-Anzeige. Die Streifen können mit
sinusförmigen,
Rechteckschwingungs-, Sägezahn-,
binären
oder anderen mathematischen Eigenschaften erzeugt werden. Dass das
Beugungsmuster in der LCD auf diese Weise unter Verwendung einer
Mehrstufenanzeige (z. B. 256-Graustufen-Anzeige) erzeugt wird, schafft
wegen dieser Flexibilität
Vorteile gegenüber
einer binären
Anzeige mit nur zwei Stufen. Die weiße Fläche 105 in 4 repräsentiert
durchlässige
Bereiche niedriger Dichte der LCD, während die schwarzen Flächen Bereiche
hoher Dichte repräsentieren.
Die "gefleckten" Bereiche 107 repräsentieren
Zwischengraustufenflächen
der LCD mit einer Zwischendichte, wobei die Dichte innerhalb irgendeines
adressierbaren LCD-Pixels konstant ist. (Die Fleckung wird lediglich
in der Zeichnung verwendet, um das Erscheinen einer Vielzahl von
Graustufen zu liefern.)
-
In
der in den 1 und 2 veranschaulichten
Ausführungsform
wird lediglich zugelassen, dass die Strahlen 72a, 72b ±1-ter
Ordnung von jedem der Hintergrund-LCD-Streifenmuster 202 (die
in der Ebene der Maske 76 als die Bereiche 210, 211 gezeigt
sind) und von dem aus dem A-Bereich 201 gebeugten Strahl
(der in der Ebene der Maske 76 als die Bereiche 213, 214 gezeigt
ist) durch die Maske 76 gehen. (Aus Klarheitsgründen sind
lediglich für
die Hintergrund-LCD-Streifen näherungsweise
Strahlspuren für
die auftreffenden und gebeugten Ordnungen gezeigt). Bei vorhandener
Maske 76 leitet die zweite Linse 78, die sich
im Brennpunkt der ersten Linse 56 befindet, den Hintergrund ±1 und
die gebeugten A-Strahlen
(und in anderen Ausführungsformen
andere gebeugte Ordnungen) von jedem Bereich der Maske 210, 211, 212, 213 um,
um alle von dem LCD-Bild an ihre jeweiligen Positionen in der Brennebene 80 gebeugten
Strahlen wieder zu vereinigen oder zu überlappen. (Der Bereich 203 besitzt eine
konstante Graustufe ohne Streifen und beugt keine erhebliche Energie
außerhalb
der Gleichstromkomponente oder der Frequenzkomponente 0-ter Ordnung.)
Diese sich schneidenden Strahlen veranlassen eine Interferenz, wobei
die Anzahl der Interferenzstreifen, da die Strahlen ±1-ter
Ordnung verwendet werden, gegenüber
jenen, die sich aus der Interferenz zwischen den Strahlen 0-ter
Ordnung und jenen entweder +1-ter oder –1-ter Ordnung ergeben würden, effektiv
verdoppelt ist. Im Allgemeinen kann die LCD einen praktisch unbeschränkten Graphikinhalt
anzeigen, wobei dieser Inhalt nicht auf die spezifisch in dieser
Beschreibung beschriebenen Beispiele beschränkt ist. Für den Durchschnittsfachmann
auf dem Gebiet ist die Art und Weise, in der die inhaltsabhängige Beugung
als Folge der Beugung durch die auf der LCD 68 angezeigten
Daten auftritt, sowie die Art und Weise, in der die Fre quenzkomponenten
dieser Beugung in der Fouriertransformationsebene der Maske 76 getrennt
werden, im Licht dieser Beschreibung klar.
-
Die
Beziehung zwischen dem Bilddaten-Streifenabstand auf der LCD und
den auf der Ausgangsbrennebene 80 erzeugten Interferenzstreifen
ist linear und durch die Abstände
zwischen den Optikkomponenten und durch die Brennweite der Linse 78 bestimmt.
Falls der LCD-Bereich, der den Buchstaben A darstellt, z. B. 15
Streifen über
die Länge
des "A" besitzt, enthält das Endhologramm über die
Fläche,
die das fokussierte "A" enthält, 30 Streifen,
wobei diese Streifen die 400-fache räumliche Frequenz des Originals
haben, obgleich das Bild des "A" lediglich um das
200-fache verkleinert worden ist.
-
Somit
erzeugen die erfindungsgemäße Konstruktion
und das erfindungsgemäße Verfahren
trotz der verhältnismäßig niedrigen
Auflösung
der LCD selbst in der Brennebene 80 Gitterstrukturen und
Hologramme mit äußerst hoher
räumlicher
Frequenz. Natürlich
wird das Bild transponiert, d. h. um die Vertikale und/oder Horizontale
gekippt oder gespiegelt, wobei diese Wirkungen aber herkömmlich sind
und entweder durch Neuorientieren des lichtempfindlichen Materials 81 oder
durch geometrisches Manipulieren der an die LCD 68 gesendeten
Daten, so dass die Endausgabe auf dem Photosensor die richtige geometrische
Orientierung besitzt, berücksichtigt werden.
Die Lichtverteilung in der Linsenebene 78 ist eine Frequenzbereichsdarstellung
(z. B. eine Fouriertransformationsdarstellung) der Informationen
in der LCD-Ebene.
-
Der
Mechanismus, durch den die gebeugten Strahlen 1-ter Ordnung aus
den Hintergrundbereichen 210, 211 wiedervereinigt
werden, um in der Brennebene 80 neue Interferenzstreifen 221 zu
erzeugen, ist weiter in 5 veranschaulicht. Die Strahlspurlinien
geben allgemein an, wie das Licht aus den Bereichen 210, 211, 212, 213 in
der Ebene der Maske 76 von den Punkten in der Ebene der
Linse 78 abgelenkt wird, so dass es sich in der Ausgangsbrennebene 80 überlappt.
Obgleich die Strahlspurlinien für
den A-Bereich 231 oder für den schwarzen Bereich 232 in 5 nicht
veranschaulicht sind, können
aus dem A-Bereich
auf ähnliche
Weise ebenfalls neue Streifen erzeugt werden. Da von den LCD-Daten
im Bereich 203 kein Licht gebeugt wurde und da die nicht
gebeugten Komponenten durch die mittige Blende der Maske 76 blockiert
werden, bleibt der Bereich 232 in der Ausgangsebene 80 unbelichtet.
-
Im
Allgemeinen zeigt die LCD 68 ein Bild mit einer oder mit
mehreren Frequenzkomponenten, die ein Bild oder einen Teil eines
Bildes definieren, an. Diese Komponenten beugen das Laserlicht A,
was die Trennung der räumlichen
Frequenzkomponenten in der Fouriertransformationsebene der Linse 78 und die
nachfolgende Wiedervereinigung in der Brennebene durch die Linse 78 bewirkt.
-
Anhand
von 6 wird nun die Art und Weise beschrieben, in der
ein zusammengesetzter Ausgangsgraphikentwurf 601 aufgebaut
wird. In 6, d. h. in den 6a(1), 6a(2), 6b(1), 6b(2) und 6c(1), 6c(2),
sind jeweils vergrößerte Abschnitte
mehrerer beispielhafter Abschnitte jeder Belichtungsfläche 602a, 602b und 602c der
zusammengesetzten Brennebenengraphik und die entsprechenden LCD-Eingaben
veranschaulicht. In diesem Beispiel besitzt die LCD 480 × 640 adressierbare
Elemente, wobei aber lediglich ein Quadrat von 480 × 480 zur
Anzeige von Daten verwendet wird, das in der verkleinerten Ausleuchtzone erscheint.
Jedes der kleinsten Rechtecke 601 repräsentiert eine LCD-Ausleuchtzone.
Das zusammengesetzte Ausgangsbild kann irgendeine Größe haben
und z. B. von der Größe einer
einzelnen LCD-Ausleuchtzone (in diesem Fall 1/200 Zoll × 1/200
Zoll) bis zu den mehreren hundert oder mehr Ausleuchtzonen auf jeder
Seite des zusammengesetzten Bildes variieren. Ein zusammengesetztes Bild,
das aus einer 400-mal-400-Matrix von LCD-Ausleuchtzonen (160.000
Belichtungen) mit einer LCD-Verkleinerung von 1 : 200 aufgebaut
ist, ist etwa 2 Quadratzoll.
-
Jeder
Bereich 602a, 602b und 602c in 6a repräsentiert
eine Belichtungs-"Ausleuchtzone" der vollen LCD-Anzeige 68,
wie sie auf das lichtempfindliche Endplattenmaterial 81 in
der Brennebene 80 neu abgebildet wird. In dieser Ausführungsform wird
das zusammengesetzte Bild immer nur zu einer "Ausleuchtzone" aufgebaut. Im Allgemeinen könnte der
belichtete Bereich der Platte 81 dem gesamten LCD-Schirm
(z. B. 640 × 480
Pixel) oder einem Unterabschnitt der LCD-Schirmfläche, z.
B. einem quadratischen Bereich von 480 × 480-Pixeln oder 1/16 der
LCD-Fläche
(z. B. 160 × 120
Pixel) oder irgendeinem anderen Abschnitt, entsprechen.
-
Da
der dunkle Rand in den Ausgangsdaten nicht tatsächlich vorhanden ist, identifiziert
die rechteckige Fläche
in dem kreisförmigen
Bereich lediglich die Pixel in der LCD. Die einzelnen LCD-Ausleuchtzonen
sind präzise
ausgerichtet, so dass jede Ausleuchtzone ohne Überlappung oder Zwischenraum angrenzt.
Außerdem
repräsentiert
der Bereich in dem vergrößerten Kreis
und in dem dunkleren rechteckigen Rand selbstverständlich LCD-Daten,
die während
dieser besonderen Belichtung in der Zusammensetzung erscheinen und
keine Komponente der LCD selbst sind.
-
Vom
Standpunkt der Abbildung und Software ist es zweckmäßig, einen
quadratischen Bereich der LCD zu nutzen, der der Belichtungsausleuchtzone entspricht.
Eine Belichtungsausleuchtzone entspricht hier einem 480 × 480-Pixelabschnitt
der Anzeige, der im Maßstab
1/200 neu abgebildet wird. Das zusammengesetzte Bild wird aus einer
Reihe von Belichtungen wie etwa z. B.: (i) aus der in 6a(1) veranschaulichten Belichtungsausleuchtzone
zum Zeitpunkt Ta aus den LCD-Daten in 6a(2); (ii) aus der Belichtung in 6b(1) zum Zeitpunkt Tb aus
den LCD-Daten in 6b(2); (iii) aus der Belichtung
in 6c(1) zum Zeitpunkt Tc aus den LCD-Daten in 6c(2); und (iv) aus weiteren Belichtungen (nicht gezeigt);
aufgebaut, um das gesamte Bild aufzubauen, das wie in 6a gezeigt
die Bereiche 602a, ..., 602b, ..., 602c,
... usw. umfasst. Es ist allgemein zweckmäßig, die x- und y-Bewegung
der Schrittmotoren 82 und 83 in der Weise zu steuern,
dass das lichtempfindliche Material in der x- und daraufhin in der
y-Dimension aufeinander
folgend weitergeschaltet wird, bis das gesamte Bild als eine latente
Belichtung gebildet worden ist.
-
In
weiteren Ausführungsformen
kann es außerdem
erwünscht
sein, Laser mit anderer Wellenlänge
zu verwenden, um andere oder sich überlappende Bereiche zu belichten,
so dass jede Belichtung sowohl an einem anderen Ort als auch mit
einer anderen Wellenlänge
erfolgt. Außerdem
können
weitere Ausführungsformen
andere Maßstäbe als 1/200 enthalten.
In weiteren Ausführungen
können
mehrere LCD-Matrizen physikalisch oder optisch angrenzen, so dass
die Belichtung parallel ausgeführt
wird.
-
Der
große
dicke dunkle (schwarze) Bereich 610 in den in 6b(2) gezeigten LCD-Daten und der Bereich 612 in 6c(2) sind Datenbereiche, die in dem Endbild Bereiche
mit schwarzen Linien bilden. Die dunklen, schwarzen Bereiche 610, 612 in
der LCD beugen die auftreffende Laserstrahlung nicht, so dass kein
Licht in die entsprechenden Bereiche in der Endausgabebrennebene 80 neu
abgebildet wird. Die LCD-Bereiche, die Streifen zeigen, wie etwa
der Bereich 615 in 6a(2) (hier
der gesamte 480 × 480-Bereich
der LCD-Anzeige) beugen Licht in die Strahlen ±1-ter Ordnung, die abgebildet
werden, um über
die Ausleuchtzone 616 in 6a(1) neue
Interferenzstreifen zu bilden. Da jede der Ausleuchtzonen 602a,
..., 602n eine Darstellung der LCD-Anzeige ist, sieht das
Bild, das durch Beugung der Brennebene 80 erzeugt wird,
mit Ausnahme der optischen Spiegelung, Kippung oder anderen Inversionen,
die nach dem Durchgang durch die mitt leren Optikkomponenten notwendig
auftreten, im Wesentlichen wie das Bild aus, das auf der LCD angezeigt
wird. Mit anderen Worten, einige der Ausleuchtzonen sind vollständig mit
Streifen gefüllt,
die in der gleichen Richtung orientiert sind, einige der Ausleuchtzonen
besitzen außerdem
schwarze oder nicht belichtete Bereiche und einige Ausleuchtzonen
besitzen mehrere Beugungsmuster in verschiedenen räumlichen
Frequenzen oder Winkeln.
-
Im
einfachsten Fall wird jeder Bereich 602a, ..., 602b,
..., 602c, ..., 602n in der Bildebene 80 aus 6a durch
eine Datenanzeige auf der LCD erzeugt, d. h. aus dem gesamten auf
der LCD 68 angezeigten Bild gebildet. Eine im Folgenden
beschriebene Schritt- und Wiederholungsprozedur schaltet jede Belichtung
sowohl in der x- als auch in der y-Koordinate weiter. Die auf der
LCD angezeigten Daten (das dort angezeigte Bild) werden für jeden
Schritt geändert
oder können
für jeden
Schritt geändert
werden.
-
Weiter
anhand von 6 ist 6A eine schematische
Darstellung der Art und Weise, in der das Bild auf der Platte 80 aus
einer Folge getrennter Belichtungen aufgebaut oder integriert wird.
Die Belichtung 1 (Bereich 602a) wird zum Zeitpunkt t1 gebildet, indem Daten an die LCD 68 gesendet
werden, die lediglich ein Streifenmuster mit einer Frequenz von
etwa 7 Pixeln und mit einem Winkel von etwa 135 Grad in Uhrzeigerrichtung
gegenüber
der Vertikalen besitzen. Die Belichtung 2 (Bereich 602b)
wird zum Zeitpunkt t2 gebildet, indem die
Platte 80 um die Entfernung von etwa 0,005 Zoll, die der
Größe der LCD-Anzeigefläche mal
dem Vergrößerungsfaktor
(in diesem Beispiel tatsächlich
ein Verkleinerungsfaktor von 1/200) entspricht, längs der
x- oder horizontalen Achse weitergeschaltet wird. Falls die LCD
zum Beispiel eine 1-Zoll-Anzeigefläche besitzt und die Vergrößerung 1/200
ist, ist das Schrittinkrement in x- und y-Richtung 1/200 Zoll, so
dass die aufeinander folgenden Belichtungen ohne Überlappung
angrenzen. Die Belichtung 5 (Bereich 602c) wird zum Zeitpunkt
t5 gebildet, indem eine wie in 6b(2) gezeigte LCD-Anzeige angezeigt wird, in
der lediglich die Pixel im linken unteren und im rechten oberen
Seitenbereich 621, 622 Streifen enthalten, während die
Pixel im Bereich 610 einen gebogenen Weg von links oben nach
rechts unten bilden, wobei sie entweder schwarz oder durchsichtig
(hier als schwarz gezeigt) sind, um die Beugung aus dieser Fläche zu vermeiden.
-
Es
wird angemerkt, dass die durch digitale Daten erzeugten Streifen
in der LCD 68 vom Computer 20 erzeugt werden,
während
die Streifen auf der Ausgangsplatte 80 durch physikalische
Welleninterferenz der wiedervereinigten ge beugten Ordnungen, hier
der gebeugten Ordnungen +1 und –1,
erzeugt werden. Außerdem
besitzen die in der Ausgangsebene gebildeten LCD-Anzeigestreifen
und Interferenzstreifen einen anderen physikalischen Abstand und eine
andere entsprechende räumliche
Frequenz, jedoch (mit Ausnahme der optischen Umkehrung) die gleiche
relative Orientierung wie die auf der LCD angezeigten Streifen.
-
Die
auf die schwarzen Flächen 610, 612 der LCD
auftreffenden Strahlen werden nicht gebeugt, da diese Bereiche keine
Streifen anzeigen. Gleich, ob diese Bereiche in den an die LCD gesendeten
Daten als schwarz oder durchsichtig dargestellt werden, und gleich,
ob die Polarisationsfilter auf der LCD gelassen werden, geht das
auf diese Bereiche auftreffende Licht in dem Strahl nullter Ordnung
als nicht gebeugte Energie durch und wird in dieser besonderen Ausführungsform
durch die Maske 76 blockiert, so dass kein Licht aus dieser
Fläche
die Platte 80 von den Flächen 610 und 612 erreicht.
-
Anhand
von 7 wird nun eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens 600 beschrieben.
Das Verfahren beginnt (Schritt 602) mit der Wahl der Endgröße der Datenelemente
in dem Hologramm aus einer digitalen Bilddatei (Schritt 604),
d. h. mit der Wahl, wie viele Datenelemente pro Belichtung auf der
LCD angezeigt werden. Die digitale Bilddatei definiert die in jedem
Unterbereich oder Überbereich
(falls die Elemente Flächen
definieren, die größer als
die Ausleuchtzone des Systems sind) der LCD 68 anzuzeigenden
Daten. Nachfolgend werden die Anzahl der horizontalen Datenelemente (Bildabtastwerte)
und die Anzahl der vertikalen Datenelemente (Bildlinien) pro Belichtung
berechnet (Schritt 606). Wenn die Größen der horizontalen und der
vertikalen Datenelemente bekannt sind, wird die Gesamtzahl horizontaler
Belichtungen oder Ausleuchtzonen in x-Richtung berechnet (Schritt 608) und
wird die Gesamtzahl der vertikalen Belichtungen in y-Richtung berechnet
(Schritt 610). Diese Berechnungen definieren in Verbindung
mit der Größe der Datenanzeige
(z. B. der LCD 68) und der optischen Vergrößerung (Verkleinerung)
die Endgröße des zusammengesetzten
Ausgangsbilds. Es wird angemerkt, dass die Kennzeichnung als horizontal
oder vertikal oder als X-, Y- oder Z-Koordinate lediglich zur Zweckmäßigkeit
der Beschreibung dient, wobei für den
Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet im Licht der hier gegebenen
Beschreibung klar ist, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren
in irgendeiner Orientierung orientiert oder implementiert werden
können
und nicht auf die horizontale oder vertikale Orientierung beschränkt sind
und dass die Bewegung der lichtempfindlichen Materialien in Be zug
auf den Ausgangsstrahl bzw. die Ausgangsstrahlen des optischen Systems
unter Verwendung nicht orthogonaler Bewegungen ausgeführt werden
kann.
-
Vor
Belichten der ersten Ausleuchtzone werden die X- und Y-Positionen
der Bühne 24 für den Ort der
ersten Belichtung eingestellt (Schritte 612, 614). Normalerweise
beginnt die Belichtung in einer Ecke und schreitet in beiden Richtungen
in einem Rastermuster fort, wobei aber irgendein anderes Belichtungsort-Adressierungsschema
verwendet werden kann, solange eine genaue Positionierung aufrechterhalten
wird.
-
Die
Daten werden erzeugt oder vorzugsweise aus der mit dem Computer 20 gekoppelten
Speicherablage 18 ausgelesen (Schritte 616, 618)
und über
die Anzeigesteuereinheit 68b an die LCD-Anzeige 68 gesendet
(Schritt 620). Die Daten können periodische oder nichtperiodische
Gitterlinien (Streifen) sowie Text- und Graphikdaten und dergleichen enthalten.
Die Gitterdaten können
lineare Beugungsstreifendaten enthalten, sind aber nicht auf lineare Formen
beschränkt,
wobei betrachtet wird, dass irgendeine Form einschließlich Kreisen,
Ellipsen, Polygonen und irgendeiner anderen Form einschließlich Darstellungen
komplizierterer Beugungsdaten wie etwa holographischer Streifenmuster
angezeigt werden kann. Die Daten können in Raster-, Vektor- oder irgendeiner
anderen herkömmlichen
Form erzeugt und/oder gespeichert werden und komprimiert oder unkomprimiert
sein, werden aber schließlich
als eine zweidimensionale Matrix von Pixeln angezeigt, die wie bereits
beschrieben Beugungsstrukturen oder konstante Flächen definieren. Vorzugsweise
zeigt die Anzeige die Daten in einem Mehrgraustufen-Monochrom-Format
an, das vorzugsweise wenigstens 256 Graustufen besitzt. Anzeigen
mit mehr als 256 Graustufen können
mit einer gewissen Zunahme an Qualität und Kosten verwendet werden,
während
Anzeigen mit weniger Graustufen mit einer gewissen möglichen
Verschlechterung verwendet werden können. Für bestimmte beschränkte Anwendungen
können Binäranzeigen
(z. B. ist das Pixel entweder EIN oder AUS) verwendet werden.
-
Wenn
die Daten angezeigt werden, weist der Computer den Verschluss 52 an,
für eine
geeignete Belichtungszeit, die auf herkömmliche Weise von dem Durchlassgrad
(der Dichte) der LCD, dem optischen Durchsatz des Systems und der
Empfindlichkeit des lichtempfindlichen Materials 81 abhängt, zu öffnen, wodurch
die LCD-Anzeige auf das Photoresistmaterial belichtet wird, um das
Hologramm zu erzeugen (Schritt 624). Nachdem alle Bereiche
belichtet worden sind, wird das latente Bild auf herkömmliche
Weise entwickelt oder auf andere Weise verarbeitet, um das Beugungsgitter
oder die holographische Struktur bzw. die holographischen Strukturen
zu bilden.
-
Der
Computer 20 berechnet durch Weiterschalten in Richtung
der Abtastlinie (horizontal) (Schritt 626), Auslesen oder
Erzeugen geeigneter Daten für
die zweite Belichtung, Anzeigen der Daten und Belichten der neuen
Daten wie zuvor die neue Position für die zweite Belichtung. Dieser
Prozess wird fortgesetzt, bis die vollständige Abtastlinie belichtet
worden ist. Der gesamte Prozess wird für die nächste y-Koordinatenposition
wiederholt, bis das gesamte Bild belichtet worden ist (Schritt 628, 630). Es
wird angemerkt, dass das Belichtungsmuster, obgleich eine rechteckige
Matrix von Ausleuchtzonen veranschaulicht ist, nicht rechteckig
zu sein braucht und dass die Ausleuchtzonen nicht rechteckig und/oder
nicht zusammenhängend
miteinander sein können,
falls die Anwendung diese Eigenschaften erfordert. Diesbezüglich sind
die Struktur und das Verfahren der Erfindung sehr flexibel.
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Die
für die
LCD 68 erzeugten Daten sind typisch eine Rasterbilddatei.
Beispielsweise ist ein Beispiel der Daten, die ein Beugungsgitter
auf der Oberfläche
des Endhologramms erzeugen, eine graphische Darstellung der Streifenstruktur
eines Beugungsgitters, die als eine Windows-BMP-Datei (Windows-Bitmapdatei)
oder als irgendein anderes Dateiformat, gleich ob genormt oder nicht,
gesichert worden ist, solange sie auf der LCD angezeigt werden kann.
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8 veranschaulicht
einen Bildabschnitt für
eine Prozedur des Standes der Technik zum Erzeugen eines Hologramms.
Aus diesem Diagramm ist klar, dass die erfindungsgemäße Struktur
und das erfindungsgemäße Verfahren
im Vergleich zu anderen möglichen
Strukturen und Verfahren einen grundlegend anderen Zugang schaffen. 8 zeigt
eine Ausgabe mit einer makroskopischen Gesamterscheinung, die ähnlich der
Ausgabe ist, die durch die erfindungsgemäße Vorrichtung in 6a erzeugt
wird, wobei sie sich aber sowohl auf mikroskopischer als auch auf
makroskopischer Ebene tatsächlich
auf erhebliche Weise unterscheiden.
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In
den herkömmlichen
Verfahren und Vorrichtungen wird jeder Bereich der holographischen Ausgabe
durch die Belichtung eines Bereichs 801 auf dem Photorezeptor
wie etwa einem wie in den 8a und 8b veranschaulichten
Photoresistmaterial gebildet. Das Laserlicht und die Datenmuster
für die
Belichtung werden auf dem Photorezeptor dadurch gebildet, dass zwei
schmale Laserstrahlen mit Gaußschem
Intensitätsprofil
auf die Oberfläche fokussiert
werden. Das Interfe renzstreifenmuster wird durch Interferenz der
zwei überlappenden
Strahlen gebildet. Da es keinen Mechanismus gibt, um irgendetwas
Komplizierteres als den Punkt abzubilden, der als ein Gaußscher Strahl
belichtet wird, können
mit Ausnahme des Streifenmusters selbst keine mikroskopischen Daten
aufgezeichnet werden. Zum Vergleich schaffen die erfindungsgemäße Vorrichtung
und das erfindungsgemäße Verfahren
Mittel, um zu jedem Belichtungsbereich mikroskopische oder andere
Graphiken hinzuzufügen
und irgendeine Anzahl von Gittern unter beliebigen Winkeln und mit räumlichen
Frequenzen in der gleichen Fläche
oder in verschiedenen Flächen
der Belichtungsausleuchtzone gleichzeitig zu belichten und so den
Inhalt jedes belichteten Bereichs auf sehr gesteuerte und flexible Weise
zu steuern.
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In
der vorhandenen herkömmlichen
Vorrichtung und in den vorhandenen herkömmlichen Verfahren ist der
Anwender auf einen einzigen Gitterabstand oder auf eine feste Anzahl
von Gitterabständen beschränkt. Unter
ihren zahlreichen Vorteilen schaffen die erfindungsgemäße Vorrichtung
und das erfindungsgemäße Verfahren
einen stufenlos änderbaren Gitterabstand.
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Obgleich
einige Verfahren des Standes die Verwendung eines Drehturms vorsehen,
der mehrere verschiedene Beugungsgitter hält, ist die Anzahl der Gitter
durch den physikalischen Platz beschränkt, wobei die Fähigkeit
zum Aufrechterhalten der optischen Ausrichtung gefährdet wird,
während
die physikalische Größe des Turms
erhöht
wird, um eine größere Anzahl
von Gittern unterzubringen. Somit ist die Anzahl der Gitter, die
unter Verwendung herkömmlicher
Techniken implementiert werden könnten,
erfahrungsgemäß stark
beschränkt.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht
eine fast unendliche Anzahl von LCD-Bildern zur Verwendung als Gitter
(die lediglich durch die LCD-Quantisierung und durch die Gesamtgröße der LCD
und der Linsen beschränkt
ist), so dass nicht wie in herkömmlichen
Systemen angehalten zu werden braucht, um den Turm zu drehen, um verschiedene
Gitter zu erhalten.
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In
diesen herkömmlichen
Systemen sind die Orientierung und die Frequenz der Interferenzstreifen,
die in jedem Belichtungsbereich 801 vorhanden sind (siehe 8),
durch die Phasendifferenz der interferierenden Strahlen bestimmt
und nicht leicht zu steuern. Diese Vorrichtungen des Standes der
Technik stützen
sich entweder auf ein festes Streifenmuster oder auf physikalische Änderungen
(z. B. mechanische Modifizierungen) an dem optischen System, um
den Abstand oder die Orientierung des Ausgangsinterferenzmusters
zu ändern.
Diese Vorrich tung des Standes der Technik kann bestenfalls Mittel zum
Drehen des Strahlteilers, der für
das Erzeugen des Referenz- und des Datenstrahls verantwortlich ist,
und/oder zum Ändern
der Weg/Phasen-Differenz zwischen den Strahlen bereitstellen, um
den Streifenabstand und die Winkelorientierung zu beeinflussen.
Herkömmliche
Systeme stellen keine Mittel bereit, um die Punktgröße zu ändern, so
dass die Ausleuchtzone in der Ausgangsbrennebene geändert werden
kann. Schließlich
ist nicht bekannt, dass herkömmliche
Vorrichtungen irgendwelche Mittel zur Formung des Ausgangspunkts
in der Ausgangsbrennebene bereitstellen, wobei die Ausgangsausleuchtzone
lediglich auf kreisförmige
Punkte mit Durchmessern so klein wie etwa 1/400 Zoll (etwa 0,0025
Zoll) begrenzt ist, wie sie in 8d veranschaulicht
sind.
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Selbst
wenn herkömmliche
Systeme modifiziert wurden, um die Fähigkeit hinzuzufügen, das
optische System mechanisch zu ändern,
um die Streifenorientierung, den Streifenabstand, die Punktgröße und die
Punktform (falls mit herkömmlicher
Gaußscher
Strahlform möglich)
zu ändern,
verlangsamen diese Hinzufügungen
während
der mechanischen Änderung
notwendig den Belichtungszyklus und verringern die Systemstabilität, da die
Komponenten nicht fest in einer stabilen Konfiguration angebracht werden
können.
Außerdem
sind sie anfällig
für mechanische
Schwingung und/oder Fehlausrichtung.
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Selbst
wenn kreisförmige
Belichtungsbereiche (z. B. 804, 806, 808)
in der Weise gerichtet werden, dass sie an ihren Tangentenpunkten
angrenzen, füllen
sie außerdem
den Raum nicht vollständig,
sondern lassen Bereiche wie etwa die Bereiche 810 (siehe 8d) ohne Belichtung. Da einzelne Belichtungsbereiche
möglicherweise
keine eindeutigen Umrisse haben, besitzt das Endbild gezackte oder gepixelte
Ränder 811.
Die schwarzen Flächen
in 8 enthalten die großen Belichtungen von Schwarz,
die die allgemein kreisförmige
Fläche
umgeben, wobei die schwarzen sternförmigen Flächen zwischen den Belichtungskreisen
nicht belichtet zu werden brauchen.
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In
diesen herkömmlichen
Systemen muss der Belichtungsprozess angehalten werden, wenn eine Änderung
der optischen Eigenschaften (z. B. eine Änderung der Streifenfrequenz)
erforderlich ist, wodurch der Belichtungsprozess verlangsamt wird, oder
müssen
alle Bereiche mit den gleichen Streifeneigenschaften belichtet werden
(wobei verschiedene Bereiche übersprungen
werden), woraufhin der Prozess für
Bereiche, die verschiedene Eigenschaften erfordern, wiederholt wird.
Die vorliegende Erfindung löst
das Problem in diesen herkömmli chen
Systemen eindeutig.
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Obgleich
mehrere Ausführungsformen
beschrieben worden sind, die zur Anzeige der Daten eine Flüssigkristallanzeige
(LCD) verwenden, die das Licht wie beschrieben beugt, ist für den Durchschnittsfachmann
auf dem Gebiet im Licht der Beschreibung klar, dass die LCD eine
von mehreren Vorrichtungen ist, die Mittel zum Angeben oder Anzeigen
von Informationen mit einer hohen Auflösung und in einem kleinen Format
bereitstellen und die ferner Mittel zum schnellen Ändern des
Informationsinhalts dieser Anzeige ohne physikalische Bewegung der
Vorrichtung, anderer Komponenten des optischen Systems zum Erreichen
der Bewegung oder der Informationen, die die Medien selbst enthalten, bereitstellen.
Es können
andere Typen von Datenanzeigen wie etwa Mikrospiegelvorrichtungen,
die bei geeigneter Faltung des Optiksystems in einer Reflexionsbetriebsart
arbeiten, und andere räumliche Lichtmodulatoren
wie etwa der von der General Electric Corporation hergestellte räumliche
Lichtventil-Lichtmodulator verwendet werden.
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Außerdem könnten mehrere
LCD-Anzeigen verwendet und optisch in der Brennebene 80 kombiniert
werden, um das gesamte Bild eher gleichzeitig als aufeinander folgend
oder in Abschnitten aufzubauen. Beispielsweise könnten vier LCDs gleichzeitig
aufgestellt und verwendet werden. Sie könnten entweder eingestellt
werden, um angrenzende Bereiche abzubilden, oder versetzt sein;
der Schritt und die Wiederholung würden dementsprechend eingestellt.
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Anhand
von 9 werden nun weitere Merkmale der erfindungsgemäßen Struktur
und des erfindungsgemäßen Verfahrens
beschrieben. Der aus mehreren Bereichen gebildete Überbereich
entspricht einem Teil einer vollen LCD-Anzeige, während jeder
getrennte Bereich (z. B. der Bereich 920) 1/4 der linearen
Abmessung oder 1/16 der Fläche oder
der Gesamtzahl der Pixel der gesamten LCD-Anzeige entspricht. Dies demonstriert
die hohe Flexibilität
der Erfindung, in der in einer einzigen Belichtung Bereiche des
Endbilds erzeugt werden können,
die eine Vielzahl an räumlichen
Frequenzen, Gesamtformen, Mehrrichtungsstreifen und mikroskopischen
Graphik- oder Textstrukturen enthalten. Auf ähnliche Weise können andere
beliebige Anzahlen von Bereichen gemeinsam abgebildet und gleichzeitig
belichtet werden.
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Zum
Beispiel ist in 9 im linken oberen Bereich der
LCD 68 ein großer
Textbuchstabe T veranschaulicht. Der Schirm ist in 16 Bereiche unterteilt, die
jeweils verschiedene Daten einschließlich verschiedener Streifen
anzeigen. Das T ist vier Bereichen 920, 921, 922, 923 überlagert.
Das T ist mit einer räumlichen Frequenz
angezeigt, die verschieden von den räumlichen Frequenzen der anderen
Bereiche 920, 921, 922, 923 ist, über denen
es liegt oder in denen es enthalten ist. Das T ist mit einer anderen räumlichen
Frequenz und in einem anderen räumlichen
Winkelbereich als der umgebende Bereich gebildet und wird somit
in einen anderen Winkel und/oder in eine andere radiale Achsenentfernung als
die anderen Bereiche 920, 921, 922, 923 gebeugt.
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Die
gesamte Ausleuchtzone für
die aus 9 erzeugte Belichtung beträgt in dem
beispielhaften System 1/200 Zoll, was eine Fülle von Bildinformationen mit
einer wesentlich feineren effektiven Auflösung liefert, die durch herkömmliche
holographische Systeme, bei denen jeder Belichtungsbereich ein undifferenzierter
Punkt ähnlicher
Größe ist, eindeutig
unerreichbar ist. Obgleich denkbar ist, dass ähnliche Bilder unter Verwendung
von Elektronenstrahlsystemen oder durch andere Systeme erzeugt werden
könnten,
falls die Ausrichtung genau genug gehalten werden könnte, um
wesentlich kleinere Brennpunkte zu ermöglichen, wäre das Erstere auf die einzelne
Abtastung jedes Streifens in der Endbildfläche beschränkt, während das Letztere Hunderte von
Punkten belichten müsste,
um eine Belichtung zusammenzusetzen, die ähnlich der ist, die in dem beispielhaften
System in einem Sekundenbruchteil erzeugt wird.
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In
Bezug auf die Dreieckflächen 927, 928, 929 sind
die Bildelemente nicht auf irgendeine besondere geometrische Form
beschränkt
und z. B. nicht auf quadratische oder rechteckige Bereiche beschränkt. Die
Bereiche können
rechteckig, sechseckig, dreieckig, kreisförmig sein oder eine vollständig beliebige
Form haben, solange die Fläche
durch die Verteilung von Pixelniveaus, die auf der LCD-Pixelmatrix angezeigt
werden können,
definiert werden kann.
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Der
LCD-Schirm kann entweder unterteilt sein oder alternativ als Unterteilung
einer größeren Bildfläche verwendet
werden, die größer als
die Ausleuchtzone des Systems ist. Der Begriff Ausleuchtzone bezieht
sich auf die gesamte Belichtungsfläche auf der Photorezeptorplatte 81 für jede Belichtung und
ist verschieden von dem Begriff "Pixel", der sich auf ein
adressierbares Element der LCD bezieht. Die Ausleuchtzone ist die
gesamte genutzte LCD-Fläche, wie
sie auf das Photoresistmaterial 81 neu abgebildet und verkleinert
worden ist.
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Obgleich
die in 1 veranschaulichte Ausführungsform der Erfindung ausführlich beschrieben worden
ist, können
zur Verwirklichung der erfindungsgemäßen Struktur und des erfindungsgemäßen Verfahrens
außerdem
verschiedene alternative Ausführungsformen
implementiert werden.
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Zum
Beispiel ist in 10 eine alternative Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
gezeigt, die abgesehen davon, dass die Belichtungen auf dem lichtempfindlichen
Material 81 durch Beiträge
von dem nicht gebeugten Strahl 70 nullter Ordnung (0-ter
Ordnung) und von einem der gebeugten Strahlen 72a, 72b erfolgen, ähnlich der
bereits beschriebenen Ausführungsform
ist. Die anderen gebeugten Strahlen werden durch eine etwas andere Öffnung oder
Maske 76b blockiert, die alle Frequenzen mit Ausnahme von 70 und 72a (oder 72b)
blockiert.
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Diese
zweite alternative Ausführungsform unterscheidet
sich von der in Bezug auf die Ausführungsform in 1 beschriebenen,
da die in der Photorezeptorebene 80 erzeugten Interferenzstreifen durch
Interferenz zwischen dem 0-ten
(nicht gebeugten) Strahl und einem anderen gebeugten Strahl 72a erzeugt
werden. Da die Winkeldifferenz zwischen dem 0-ten und dem +1-ten
oder dem –1-ten Strahl 1/2 des
Winkels zwischen dem Strahl +1 und dem Strahl –1 ist, ist die Spektralfrequenz
der Finger 1/2 der Frequenz, die durch die Ausführungsform in 1 geliefert
wird.
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11 zeigt
eine dritte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
mit ähnlichen
Eigenschaften wie die in 1 gezeigte Ausführungsform,
die aber keine getrennte Kondensorlinse 56 besitzt, die
zwischen der räumlichen
Filterbaueinheit 54 und der Flüssigkristallanzeige 68 liegt.
In dieser Konfiguration ist innerhalb der LCD-Struktur 68 eine Struktur
erzeugt, die analog einer Kineform oder einer Gaborschen Zonenplatte
ist, die effektiv eine Kondensorlinse bildet, die den sich erweiternden Strahl 55 von
der räumlichen
Filterbaueinheit refokussiert, so dass die zwei Strahlen zu einem
Brennpunkt bei der Linse 78 divergieren. Die in der LCD
angezeigte Kineform beugt und fokussiert den Strahl gleichzeitig
auf die gleiche Weise wie die getrennte Kondensorlinse 56 und
die LCD 68 in der ersten Ausführungsform. Herkömmliche
Kineformen sind häufig binär, wobei
die Mehrstufen-LCD aber nicht auf eine binäre Kineform beschränkt ist
und irgendeines einer Anzahl von Beugungsmustern anzeigen kann.
Um das Licht als ein reales Bild von dem gleichen Ort auf der LCD
zu zwei verschiedenen Punkten in der Kameralinse 78 zu
fokussieren, müssen
in der LCD zwei Gitterstrukturen, die das Licht jeweils zu zwei verschiedenen
Punkten fokussieren, überlagert
sein.
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Die
Kineform in der LCD 68 kann das Licht auch ohne Verwendung
einer zusätzlichen
Linse 78 unter dem richtigen Winkel direkt zu der Endplatte
fokussieren. Leider sind die in dieser Konfiguration auf der Platte
aufgezeichneten räumli chen
Frequenzen des Gitters die gleichen oder ein niedriges Vielfaches jener,
die in der LCD angezeigt wird, wobei sie bei derzeit verfügbaren LCDs
allgemein zu niedrig sind, um als dekorative Gitter verwendet zu
werden. Allerdings nimmt die Nützlichkeit
dieser Konfiguration zu, während
solche LCDs mit höherer
Auflösung
verfügbar
werden.
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Für den Durchschnittsfachmann
auf dem Gebiet ist im Licht der hier dargestellten Offenbarung klar,
dass die längs
der Signalleitung 23 vom Computer 20 gelieferten
Daten je nach den Eigenschaften der Vorrichtung wie etwa den in
den 1, 10, 11, 12 und 13 veranschaulichten
und beschriebenen Ausführungsformen
je nach den Eigenschaften des Optiksystems und der gewünschten Ausgabe
verschieden sind. Insbesondere ist klar, dass die an die LCD-Anzeige 68 übermittelten
Daten für
die in 11 gezeigte Ausführungsform
Komponenten zur Erzeugung der gewünschten Kineform-Fokussierungswirkung
enthalten, die andernfalls, z. B. in der in 1 veranschaulichten
Ausführungsform,
bei der bereits eine getrennte Kondensorlinse 56 vorgesehen
ist, nicht erforderlich sind. Abgesehen davon, dass die Streifen
in den verschiedenen Bereichen des Bildes gekrümmt sind, um das ankommende
Licht auf die Linse 78 zu fokussieren, und allgemein zwei
Sätze von
gekrümmten
Streifen enthalten, die überlagert
sind, um die zwei Strahlen zu erzeugen, die zum Erzeugen der Endbeugungsstruktur erforderlich
sind, sind die auf der LCD angezeigten Daten ähnlich denen, die in dem in 1 veranschaulichten
System angezeigt werden.
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Wie
bereits erwähnt
worden ist, hängen
die an die LCD gesendeten Daten von der Ausführungsform und von der gewünschten
Wirkung ab, wobei die Programmierung für irgendeine der beschriebenen
Ausführungsformen
aber nicht kompliziert zu sein braucht, um wirksam zu sein. Aus
einer festen Menge gewählter
Beugungswinkel können
einfache, aber visuell dynamische Bilder erzeugt werden. Es wird
angemerkt, dass, da das Endbild sowohl in eine Plus- als auch in
eine Minus-Beugungsordnung gebeugt wird, 180 diskrete Winkel mit
Ein-Grad-Trennungen
z. B. in einen Bereich von 360 Grad beugen. Die makroskopische Erscheinung
dieser Bilder kann in irgendeinem von mehreren kommerziell verfügbaren Graphikprogrammen
wie etwa z. B. Adobe Photo Shop konstruiert werden. Andere Arbeiter
auf dem Gebiet haben die Nützlichkeit
festgestellt, diese Daten als Entwürfe in einem Palettenbitmapformat
zu entwerfen und zu sichern, das die Beugungswinkel als Farben in
der Bilddatei codiert. Daraufhin können Standardpalettenersatz-
und Drehtechniken verwendet werden, um die kinetische Wirkung des
Kippens des Endbeugungsbilds in verschiedene Winkel auf dem Computerbildschirm
in der Vorschau anzusehen. Für
Ausführungsformen,
bei denen zu jeder Belichtungsausleuchtzone mikroskopischer Text
oder andere Graphik hinzugefügt
werden, können
getrennte Dateien, die diese Daten enthalten, erzeugt werden, die
ideal kombiniert werden und die Deckung mit den Bilddaten während des
Aufzeichnungsprozesses aufrechterhalten.
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Außerdem sind
Bitmapdateiformate in der bevorzugten Ausführungsform zweckmäßig, um
die an die LCD gesendeten Beugungsbilddaten zu speichern. Die Dateien
sollten entweder groß genug
gemacht werden, um die gesamte Anzeigefläche der LCD abzudecken, während in
Bildern, in denen lediglich lineare Gitter gebildet werden, kleinere
Abschnitte der Beugungsbilddaten gekachelt werden können, um
größere Flächen auf
der Anzeige zu bilden, solange die Streifen in Ausrichtung gehalten
werden können.
Je nach Entwurf werden daraufhin alle Bilddaten oder einige Teile
dieser Bilddaten verwendet, um die an die LCD gesendeten Enddaten
zusammenzusetzen. Die LCD-Bilddaten können in einer einfachen Basic-Routine
oder in Routinen in irgendeiner anderen Programmiersprache, die
für jedes
Pixel den Sinus des Versatzes zu der Abtastlinie berechnet, erzeugt
werden, wobei für
den Neigungswinkel für
die Streifen in jeder Datei Einstellungen vorgenommen werden.
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Die
Computer, die entweder für
die Programmierung oder für
die Datenerzeugung und als Schnittstelle mit der LCD-Anzeige, die
die LCD-Anzeigesteuereinheit enthält, verwendet werden, können irgendwelche üblicherweise
verfügbare
mikroprozessorgestützte
Computer wie etwa jene, die von IBM, Apple, Sun, der Digital Equipment
Corporation und dergleichen hergestellt werden, sein. Sie enthalten
typisch einen 386, 486, 586, Pentium, PentiumPro oder gleichwertige
oder höhere
Mikroprozessoren.
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Die
in 12 veranschaulichte vierte Ausführungsform
besitzt einen Drehservo 58 mit einem angebrachten Gitter 60,
wobei das erfindungsgemäße System
Mittel zum Erweitern des Strahls enthält, um eine große Fläche auf
dem Gitter 60 abzudecken, so dass er durch eine Maske 76 geht,
und um den Strahl zu der Kameralinse 78 zu fokussieren.
Herkömmliche
Systeme nehmen lediglich einen unaufbereiteten Strahl von dem Laser,
richten ihn durch ein Beugungsgitter und drehen oder rotieren das
Beugungsgitter daraufhin, um zu veranlassen, dass sich die Strahlen
auf der Kameralinse 78 hin und her bewegen. Die Linse 78 wird
als eine Kameralinse bezeichnet, da für diesen Zweck eine herkömmliche
Kamera linse geeignet ist, obgleich ein holographisches optisches
Element oder viele andere herkömmliche Linsenanordnungen
für diese
Aufgabe ebenso geeignet sind. Die Linse 56 wird wegen ihres
Funktionszwecks in dem System als eine Kondensorlinse bezeichnet,
braucht aber keine herkömmliche
Kondensorlinse zu sein.
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Die
erfindungsgemäße Struktur
schafft Mittel, um die in der Öffnung
der LCD 68 gelieferten Informationen zu variieren, und
schafft die Fähigkeit, den
Endstreifenwinkel typisch gemäß Computervertrag über den
Servo beliebig abzuändern,
und schafft zusätzliche
Merkmale wie etwa das Aufzeichnen von Text- und Graphikelementen
in jeder Belichtung. Außerdem
schafft die erfindungsgemäße Vorrichtung Mittel,
um Abschnitte jeder Ausleuchtzone zu maskieren und bei Bedarf die
Form jeder Ausleuchtzone einzeln zu ändern. Die Vorteile dieser
Struktur und dieses Verfahrens umfassen die verhältnismäßige Leichtigkeit der Programmierung
der an das LCD-System gesendeten Daten, die lediglich Gesamtmerkmale
des Endbilds in Bezug auf die Streifenstruktur enthalten, da durch
die LCD, die in dieser Ausführungsform
lediglich als eine Maske wirkt, keine Streifen erzeugt oder angezeigt
zu werden brauchen.
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In 13 ist
eine fünfte
Ausführungsform der
Erfindung veranschaulicht. Diese Vorrichtung repräsentiert
eine Modifikation der bereits in 11 veranschaulichten
und beschriebenen Ausführungsform;
allerdings sind die Eigenschaften einiger Optikkomponenten und ihre
Anordnung in dem optischen Weg geändert worden, um die nun beschriebenen besonderen
Vorteile zu erreichen.
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In
dieser fünften
Ausführungsform
gibt es eine eineindeutige Entsprechung zwischen den Pixeln der
LCD und den in dem Endhologramm belichteten Pixeln. Insbesondere
ist die Kondensorlinse 56 so ausgewählt, dass sie den sich erweiternden
Laserstrahl von der räumlichen
Filterbaueinheit 54 unterbricht und diesen unterbrochenen
Strahl in einem konvergierenden Weg zu einem drehend angebrachten
Beugungsgitter 60 umleitet. Das Beugungsgitter 60 ist
drehbar, um besondere Beugungswinkel in dem Endbild auszuwählen. Diese
Auswahl wird dadurch ausgeführt,
dass durch "Öffnen" (d. h. durchsichtig
machen) aller Pixel in dem Ausleuchtzonenabschnitt des Endbilds,
die gemäß Entwurf
erforderlich sind, um in eine erste Orientierung zu beugen, und
durch Ausrichten des Beugungsgitters 68, um es an diese
erste Orientierung anzupassen, eine Bildstruktur innerhalb der LCD 68 erzeugt
wird. Auf diese Weise wird das lichtempfindliche Material 81 in
der Brennebene 80 (oder der Ausleuchtzonenbereich) belichtet,
so dass alle Informationen in einem besonderen Beugungsgitterwinkel
gleichzeitig belichtet wer den, woraufhin durch Drehen des Beugungsgitters 60 in
diese anderen Orientierungen, Öffnen
der Bereiche der LCD, für
die die Belichtung in die anderen Bereiche gewünscht ist, und Belichten dieser
anderen Orientierungen während
nachfolgender Belichtungen andere Orientierungen ausgewählt werden. Falls
gemäß dem Entwurf
des Endhologramms ein größeres Bild
als die fokussierte Größe der LCD
auf der Endplatte gefordert ist, wird die Platte daraufhin unter
Verwendung eines XY-Transports zu dem nächsten Belichtungsbereich bewegt
und der Prozess wiederholt, bis das gesamte Bild belichtet worden
ist.
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Außerdem besitzt
der Betrieb dieser fünften Ausführungsform
einige andere Eigenschaften als der Betrieb der bereits beschriebenen
anderen Ausführungsformen.
Die Vergrößerung der
Linse 78 bestimmt die Belichtungsfläche, die je nach der in dem Endbild
gewünschten
Schrittweite so groß wie
oder größer als
die LCD selbst sein kann, auf der Endplatte. Im Betrieb werden alle
Pixel, die unter einem Beugungsgitterwinkel belichtet werden sollen,
durchsichtig gemacht, wird der Verschluss 52 geöffnet, wird eine
Belichtung vorgenommen, wird der Verschluss geschlossen, wird die
Winkelorientierung für
das Drehgitter geändert
und werden die gleichen oder andere Pixel, bei denen die Belichtung
unter einem anderen Gitterwinkel gewünscht ist, durchsichtig gemacht
und wird eine nachfolgende Belichtung vorgenommen. Falls in dem
Endbild 180 verschiedene Winkel gewünscht sind, belichtet die Prozedur
in 180 getrennten, sich räumlich überlappenden
oder diskreten Belichtungen das gesamte 640 × 480-LCD-Anzeigemuster (oder
irgendeinen Abschnitt davon). Mit Ausnahme der auf dem Schirm angezeigten
Gesamtpixelmuster sind keine mikroskopischen Graphik- oder Textdaten
in dem Endbild möglich,
wobei aber Belichtungen großer
Flächen undifferenzierter
(bis auf den Winkel) Pixel leicht erzeugt werden können. Beispielsweise
benötigen
herkömmliche
Systeme in dem vorangehenden Beispiel für den gleichen Bereich, den
diese Ausführungsform in
180 Belichtungen belichten kann, 640 × 480 oder 307.200 Belichtungen.
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In
den 14A–14E ist
eine Computersimulation einer repräsentativen Sicherungsvorrichtung
oder Sicherheitskennzeichnung gezeigt, die in Übereinstimmung mit der Erfindung
hergestellt wurde. 14 veranschaulicht einen Abschnitt
einer gedruckten Währung 501.
Die 14B–14E veranschaulichen
zunehmend kleinere Abschnitte des Abschnitts 501 in größerer Vergrößerung,
so dass in besonderen Bereichen der Währung eine größere Einzelheit
zu sehen ist. In 14D ist ein kleiner Abschnitt 504 der
Währung 501 veranschaulicht,
der einen Hintergrundbereich 506 zeigt, auf dem ein Mikrotext 507 aufgezeichnet
ist. Es können
weitere Graphik- oder Bildinformationen entweder allein oder zusammen
mit Text verwendet werden. Natürlich
kann der Test dort, wo er vorgesehen ist, irgendein Alphabet, irgendeine
Symbolmenge oder dergleichen sein.
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In 14E ist ein vergrößerter Teil 511 der Währung in 14D gezeigt, der zusätzliche Einzelheiten des Mikrodrucktexts
(oder einer anderen Graphik) veranschaulicht, die vorzugsweise,
aber optional, vorgesehen sind. Jeder der rechteckigen Bereiche
(oder der rechteckigen Teilbereiche) 512–520 repräsentiert
einen Bereich, der einer LCD-Ausleuchtzone entspricht.
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Wie
in 14E veranschaulicht ist, kann jede Ausleuchtzone
einen oder mehrere Bereiche bereitstellen, die entweder (wie etwa
der Bereich 513) keine Streifen besitzen oder eine Kombination von
Bereichen mit Streifen unter verschiedenen Winkelorientierungen
und/oder verschiedenen Streifenabständen besitzen können. Zum
Beispiel sind die Hintergrundstreifen in einem Bereich 516 unter
einem ersten Winkel (etwa 135 Grad in der Zeichnung) mit einem Abstand
1/fB1 orientiert, wobei fB1 die
räumliche
Frequenz der Hintergrundstreifen ist. Außerdem ist ein zweiter Textbereich 522 mit
Streifen in einer zweiten Orientierung in Bezug auf die erste Menge der
Hintergrundstreifen und mit einem Streifenabstand 1/fT1,
wobei fT1 die räumliche Frequenz der Textstreifen
in dem Buchstaben "E" ist, veranschaulicht.
Diese Streifen besitzen allgemein abwechselnde helle und dunkle
Bänder
mit einem Kontinuum von Graustufen des bereits in 4 veranschaulichten Buchstabens,
d. h., im Allgemeinen sind sie nicht die in 14E veranschaulichten
durchgezogenen schwarzen und weißen Linien. Für den Durchschnittsfachmann
auf dem Gebiet sind die von dem Interferenzstreifen gezeigten Eigenschaften
im Licht dieser Beschreibung klar.
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Außerdem ist
aus der vergrößerten Ansicht in 14E klar, dass die rechteckigen Bereiche 512–520 ideal
als ein Kontinuum in der tatsächlichen Ausgabe
(hier der Währungsnote)
erscheinen und dass das Aufzeichnen der getrennten Bereiche hier lediglich
zur Beschreibung dient. In diesem Licht ist das "E",
das in jedem der Bereiche 516 und 518 erscheint,
durch die Grenze zwischen diesen zwei Bereichen nicht geteilt. In
dem Umfang, dass eine gewisse Fehlausrichtung zwischen den LCD-Belichtungsausleuchtzonen
toleriert werden kann, ist die Erfindung nicht so zu verstehen,
dass sie lediglich Ausführungsformen
erfasst, in denen eine ideale Ausleuchtzonenangrenzung realisiert
ist.
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Die
Streifen in der Währung
führen
zur Beugung von Licht, wobei der Winkel, unter dem die Beugung auftritt,
von dem Streifenabstand, von der Orientierung der Streifen in Bezug
auf die Platte in der Ausgangsebene und von der Wellenlänge des
auftreffenden Lichts, das durch die Streifen gebeugt wird, abhängt. Somit
ist für
den Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet selbstverständlich,
dass die Streifen eine Regenbogenwirkung erzeugen, so dass für eine mehrfarbige
Beleuchtung (z. B. normales weißes
Licht) von den mehreren verschiedenen räumlichen Frequenzen verschiedene
Farben ins Auge eines Beobachters (oder in den Sensor eines Instruments)
geleitet werden, wobei der Regenbogen der Farben weiterhin dazu
neigt, sich zu verschieben, während
die Währungsnote
am Auge des Beobachters vorbei bewegt oder gedreht wird. Diese Beugungselemente
liefern die charakteristische Beugungsregenbogenwirkung.
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Die
Verwendung dieser Beugungselemente, von eingebettetem Mikrotext
oder von Mikrographik sowie von weiteren hier beschriebenen Merkmalen schließt die Aufnahme
anderer charakteristischer Merkmale wie etwa speziell formulierter
und/oder gefärbter
Tinten oder Farben, einer Magnetcodierung, von Papieren oder anderen
Substraten, Wasserzeichen, auf die Oberfläche der Währungsnote aufgetragener Beugungsfolien
oder Kombinationen dieser und anderer Merkmale nicht aus. Selbstverständlich dient
das Beispiel einer Währungsnote
lediglich zur Veranschaulichung der Merkmale, die in ein Dokument
oder in einen anderen Gegenstand aufgenommen werden können. Das
hier offenbarte Verfahren und die hier offenbarte Vorrichtung sind
allgemeiner auf das Aufzeichnen kleiner Merkmale auf einem Substrat
anwendbar, wobei die kleinen Merkmale Informationen mit hoher räumlicher
Frequenz erfordern oder nutzen, wie sie etwa durch elektromagnetische Interferenzstreifen
an vorgegebenen Orten im Raum erreicht werden kann.
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Obgleich
die vorliegende erfindungsgemäße Struktur
und das vorliegende erfindungsgemäße Verfahren in Bezug auf einige
wenige spezifische Ausführungsformen
beschrieben worden sind, dient die Beschreibung zur Veranschaulichung
der Erfindung und ist nicht so zu verstehen, dass sie die Erfindung beschränkt. Dem
Fachmann auf dem Gebiet können verschiedene
Modifizierungen einfallen, ohne von dem wahren Erfindungsgedanken
und Umfang der Erfindung, wie sie durch die beigefügten Ansprüche definiert
sind, abzuweichen. Alle hier zitierten Literaturhinweise sind hiermit
durch Literaturhinweis eingefügt.