DE1924695A1

DE1924695A1 - Holografisches Abbildungsverfahren

Info

Publication number: DE1924695A1
Application number: DE19691924695
Authority: DE
Inventors: N K Sheridon
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1968-05-14
Filing date: 1969-05-14
Publication date: 1969-12-18
Also published as: DE1924695B2; ES367192A1; AR193336A1; NL155381B; NL6907319A; BR6908483D0; JPS4811059B1; FR2008465A1; US3580657A; SE375389B; BE732771A; GB1231938A

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. F. Weickmann, Dr. Ing. A. Weickmann

Dipl.-Ing. H.Weickmann, D1PL.-PHYS. Dr. K. FiNCKE Dipl.-Ing. F. A/Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

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XEROX COEPOEATI0ΪΓ, 8 München 27, den

Rochester, N.Y.14605/USA möhlstrasse 22, rufnummer 4&3921/22

Holografisches Abbildungsverfahren

Ein Hologramm ist eins physikalische Struktur auf einer lichtempfindlichen. Schicht beispielsweise eines fotografischen Films, die durch spezielle Belichtungsverfahren, erzeugt wurde und deren physikalische Eigenschaften darin "bestehen,., daß eine auf treffende Wellenfront elektromagnetischer Strahlung zumindest teilweise zu einer anderen Wellenfront wird, die ein sichtbares Bild ergibt. Das Hologramm verwandelt also eine auftreffende Wellenfront, die normalerweise, jedoch nicht unbedingt, eine einfache Ebene oder sphärische Form hat, in eine abgegebene komplizierte Wellenfront, die der zur Herstellung des. Hologramms verwendeten Wellenfront gleicht.

Die meisten Hologramme werden gegenwärtig mit Laserstrahlung· und fotografischen Platten erzeugt. Die Entwicklung des Lasers hat die Forschung auf dem Gebiet der Holografie wesentlich intensiviert, da die Holografie mit Laserstrahlung sehr gut, mit normalem Licht jedoch sehr schlecht möglich ist. Laserlicht ist "kohärent", also eine Strahlung, die aus einer geordneten Folge von Wellen einer Farbe oder Frequenz besteht. Kohärentes Licht setzt sich aus Wellen zu einer Wellenfront zusammen, bei der der

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Phasenunterschied zwischen den jeweiligen Wellen an verschiedenen Stellen über der Zeit konstant bleibt. Ein allgemein bekannter physikalischer ,Effekt des kohärenten Lichtes besteht in der Erzeugung eines stationären Interferenzmusters.

Ein Hologramm kann dadurch erzeugt werden, daß ein Teil einer Strahlung eines Lasers oder einer anderen Quelle kohärenter Strahlung auf oder durch ein abzubildendes Objekt geleitet und ein besonderer Strahlungsteil gebildet wird, der als Bezugsstrahl bezeichnet wird. Dies erfolgt durch verschiedene Spiegel und/oder Linsen. Der Bezugsstrahl kann auch anderweitig derart erzeugt werden, daß er mit dem das Objekt beleuchtenden Strahl in Phase ist. Die Bildplatte, beispielsweise ein fotografischer Film, wird dann so angeordnet, daß sie den mit dem Objekt modulierten Strahl und den Bezugsstrahl empfängt. Der Film zeichnet dann die Stärke der Summe der beiden Felder auf, d.h. das stationäre Interferenzmuster beider' Felder. Die Felder müssen kohärent sein, sonst hat das Interferenzmuster eine sich schnell ändernde Zeitfunktion, die eine gleichmäßige mittlere Intensität des Hologramms innerhalb jeder praktisch möglichen Belichtungszeit bewirkt. Der Bezugsstrahl ist eine ebene Welle, die auf die Bildfläche zumindest etwas schräg auftrifft. Da sich die ebene Welle mit dem durch das Objekt modulierten Strahl kombiniert, entsteht auf der Bildfläche ein Interferenzmuster, das die Modulation der ebenen Welle mit der durch das Objekt modulierten Wellenfront angibt»

Das auf der Bildplatte entwickelte Interferenzmuster kann dann, zur Rekonstruktion der mit dem Objekt modulierten Wellenfront in Form eines sichtbaren Bildes des Objektes verwendet werden, indem ein dem Bezugsstrahl ähnlicher Strahl auf das Hologramm gerichtet wird.

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Bestimmte Änderungen der lage des BezugsStrahls und/oder der lichtempfindlichen Platte ergehen verschiedene Arten oder Klassen von Hologrammen. Der Bezugsstrahl kann auf dieselbe Seite wie der modulierte Strahl oder auf die entgegengesetzte Seite der lichtempfindlichen Schicht auftref- " fen, wobei Interferenzmuster mit unterschiedlichen Eigenschaften entstehen können. Der lichtempfindliche Stoff muß derartige Eigenschaften haben, daß der auf der lichtempfindlichen Schicht aufgezeichnete physikalische Effekt eine Intensitätsmodulation oder Phasenmodulation für die nachfolgende Rekonstruktionsbestrahlung bewirkt.

Treffen der Bezugsstrahl und der mit dem Objekt modulierte Strahl auf ein und dieselbe Seite der lichtempfindlichen · Platte auf, so entsteht ein Hologramm, das aus aufgezeichneten Interferenzmustern besteht, die zueinander nahezu parallele Flächen bilden, welche zu den Oberflachen der lichtempfindlichen Schicht fast senkrecht verlaufen. Die Stärke der lichtempfindlichen Schicht ist viel geringer als die Abstände zwischen einander benachbarten Interferenzmusterflächen, so daß diese die Erscheinungsform von Linien auf einer zweidimensionalen Fläche haben.

Wie erstmals von Gabor (Proc. Roy. Soc. A, 197, 454-87, 1949) und später von Leith und Upatniecks (J. Opt. Soc. Amer^, Vol. 53 Nr". 12, 1377-81, 1963) gezeigt wurde, moduliert die lichtempfindliche Platte die Amplitude der Beleuchtungsstrahlen bei der Rekonstruktion einer Wellenfront, mit der ein Bild des holografierten Objektes erzeugt werden kann. Phasenmodulierte Hologramme wurden von Cathey, J. Opt. Soc. Amer., Vol. 55, Nr. 4, 457» 1965, George and Matthews, Holographie Diffraction Gratings, Applied Physics Letters 9, 212, Sept. 1966 und Meier und Urbach, Appl. Optics, Vol. 5, Wr. 4, 666-7, 1966 erzeugt, indem lichtempfindliche Stoffe verwendet wurden,

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die eine Änderung der Brechungszahl und/oder der optischen .Dicke erfuhren, welche direkt die Intensität des Lichtes im stationären Interferenzmuster während der Belichtung beeinflußte.

Das Hologramm, das durch einen objektmodulierten Strahl und einen Bezugsstrahl auf einander entgegengesetzten Seiten der lichtempfindlichen Schicht erzeugt wird, wurde erstmals von Denisyuk beschrieben. Dieses Hologramm besteht aus aufgezeichneten Interferenzmustern, die nahezu parallele

W Flächen zueinander mit einem Abstand von ungefähr 1/2 Wellenlänge des Lichtes haben und nahezu parallel zu den Oberflächen der lichtempfindlichen Schicht verlaufen. Die Wellenfronten, mit denen ein Bild des holografierten Objekts erzeugt wird, werden erzeugt, indem ein Beleuchtungsstrahl ähnlich dem Bezugsstrahl durch das Hologramm geleitet wird. Jede aufgezeichnete Interferenzfläche reflektiert und phasenmoduliert einen Teil des Beleuchtungslichtstrahls zur Bildung von Wellenfronten, die von einem virtuellen Bild divergieren oder auf ein reales Bild des holografierten. Objekts konvergieren. Das mit jeder Fläche erzeugte Bild überlagert sich den mit anderen Flächen erzeugten Bildern: und erzeugt ein helleres Bild.

Im Gegensatz zu anderen Hologrammen, die eine Phasenmodulation durch Änderungen der Brechungszahl oder der optischen Dichte des Hologramm-Mediums erzeugen, erzeugt dieses Hologramm von Denisyuk eine Phasenmodulation durch die. Formen der aufgezeichneten Interferenzflächen, an denen das Licht reflektiert wird·

Die Holografie hat gegenüber anderen Abbildungs verfahr en viele Vorteile. Beispielsweise kann ein Hologramm zur Rekonstruktion eines dreidimensionalen Bildes oder eines stark vergrößerten Bildes verwendet werden. Es kann ferner zur geheimen Informationsübermittlung dienen, da es selbst

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i keine oder nur wenig Ähnlichkeit mit dem Objekt hat.

Die .bisher beschriebenen Hologramme haben den gemeinsamen Nachteil, daß ihr Wirkungsgrad der Ausnutzung des beleuchtenden Lichtes bei der Bilderzeugung gering ist. Bei derjenigen Art der Hologramme, die durch auf dieselbe Seite der Schicht auftreffende Bezugs- und Objektstrahlen erzeugt werden, sind die die Lichtintensität modulierenden Hologramme die schwächsten. Phasenmodulationshologramme sind etwas wirksamer, jedoch ist der Wirkungsgrad zur Erzeugung von Bildern annehmbarer Qualität weniger als 20 #.

Das Hologramm von. Denisyuk hat gleichfalls eine schwache Lichtausnutzung. Bei diesem Hologramm werden die den Wellenbäuchen entsprechenden Flächen des Wellenf.eldes als Silberablagerungen im Eraulsionsvolumen aufgezeichnet, die als eine Vielzahl Reflexionsflächen zur Rekonstruktion der Wellenfront zur Bilderzeugung dienen. Beispielsweise können diese Interferenzflächen einen Abstand in der Größenordnung einer halben Wellenlänge zueinander haben, und dreißig oder mehr Flachem, können in einer Emulsion üblicher Dicke aufgezeich- _: net werden. Wird eine Rekonstruktionsbeleuchtung auf das Hologramm gerichtet, so absorbiert eine jede dieser entwickelten Interferenzfläohem einen !Teil des Lichtes und reflektiert einen geringen ¹SeIIi zur Bilderzeugung. Deshalb wird nur ein Bruchteil des beleuchteten Lichtes zur Bilderzeugung genutzt.

Außer dem phasenmodulierenden Hologramm von Gabor-Leith und Upatniecks haben diese holografischen Verfahren den weiteren Nachteil, daß sie durch nicht holografische Verfahren nicht leicht oder billig reproduziert werden, können. In diesem Zusammenhang beschreibt die Patentanmeldung P 16 21 783 ein einfaches mechanisches Druckverfahren zur Nachbildung des phasenmodulierenden Hologramms von Gabor-Leith und

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Upatniecks oder eines jeden anderen deformierten einflächigen Hologramms.

Es besteht also das Bedürfnis für ein besseres holografisches Abbildungsverfahren, bei dem hoher Wirkungsgrad sowie leicht nachzubildende Informationsflächen vereint sind. Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, unter Vermeidung der vorstehend beschriebenen Nachteile ein solches holografisches Abbildungsverfahren zu schaffen. Dieses soll auch auf einfache Weise die Erzeugung qualitativ guter Beugungsgitter sowie die Erzeugung von Hologrammen ermöglichen, die einen viel größeren Anteil der Rekonstruktionsstrahlung zur Erzeugung eines Einzelbildes ausnutzen als bisherige Hologramme, wobei eine minimale Bildverzerrung gewährleistet sein soll.

Ein holografisches Abbildungsverfahren ist zur Lösung dieser Aufgabe gemäß der Erfindung derart ausgebildet, daß eine entsprechend einem Objekt modulierte kohärente Strahlung auf die eine Oberfläche einer fotohärtbaren Schicht gerichtet wird, auf deren andere Oberfläche ein mit dieser Strahlung phasengleicher kohärenter B-ezugsstrahl gerichtet wird, wodurch in und an den Oberflächen ein. Stehwellen-Interferenzmuster und ihm entsprechende Änderungen der Lösbarkeit des Schicht st off es erzeugt werden.

Durch die Entwicklung der so belichteten fotohärtbaren Schicht werden vorzugsweise entweder die belichteten oder die nicht belichteten Teile aufgelöst (abhängig von der Art des verwendeten fotohärtbaren Stoffes) und erzeugen eine holografische Aufzeichnung mit Oberflächenrelief. Es kann, zwar jedes geeignete optische System zur Erzeugung dieses Hologramms verwendet werden,, vorzugsweise wird die Wechselwirkung der mit dem Objekt modulierten Wellenfront und des Bezugsstrahls jedoch derart erzeugt,

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daß der mit dem Objekt modulierte Strahl auf einen Bezugs- \ strahl zur Einwirkung gebracht bzw. mit diesem kombiniert wird, der so geriohtet ist, daß seine Vektorrichtung einen Winkel zwischen ca. 90 und ca. 180° mit allen Riohtungsv.ektoren dea Objektstrahls bildet, wobei der mit dem Objekt * modulierte Strahl und der Bezugsstrahl auf einander entgegengesetzte Seiten der fotohärtbaren Schicht gerichtet sind. Bei dieser vorzugsweisen Art der Belichtung müssen natürlich beide Seiten der fotohärtbaren Schicht für die verwendete Strahlung durchlässig sein, was durch die Verwen- ! dung eines transparenten Schichtträgers erreicht wird. '

Ein besseres Verständnis der weiteren Wesenszüge und Vorteile der Erfindung ergibt sich aus der folgenden eingehenden Beschreibung an Hand der Figuren. Es zeigent

Fig« 1 den Schnitt eines Stehwellenmusters innerhalb und außerhalb der fibtohärtbaren Schicht, das bei Auftreffen des Objektstrahls auf den Be« zugsstrahl entsteht. Ferner ist ein Relief nach der Entwicklung gezeigt.

Fig. 2A und 2B-Draufsichten auf ca. 2000mal vergrößerte Fotomikrografien der entwickelten Oberfläche einer fotohärtbaren Schicht, und zwar für einen parallelen, und einen diffusen Objektstrahl,

Fig.gC eine Darstellung einer ca. ISOOÖmal vergrößerten Fotomikrografie eines Schnittes einer entwickelten fotohärtbaren Schicht, wobei die dunkle Linie die Oberflächenkontur einer aufgedampften Refleiionssohioht auf der entwickelten Oberfläche darstellt, duroh die die Reflexionsfähigkeit und der Rekonstruktionswirkungsgrad verbessert wird, >

Fig> 3 eine sohematische Barstellung der Rekonstruktion des gemäß Fig. 1 hergestellten Hologramms,

Fig, 4 den Strahlenverlauf für die Konstruktion gemäß Beispiel I,

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Fig. 5 den Strahlenverlauf für die Rekonstruktion gemäß

Beispiel I, *

j6 die Konstruktion eines leuchtenden Hologramms unter Verwendung eines teilweise durchsichtigen komplexen

Objektes und
7 die Rekonstruktion des Bildes mit dem gemäß Fig. 6 erzeugten Hologramm.

In Fig. 1 ist ein Stehwellenmuster dargestellt, wie es in sichtbarer Form durch die Linien IO erseheinen würde. Ferner ist eine fotohärtbare Schicht 12 vorgesehen, die wahlweise auf eine Unterlage aufgebracht sein kann, die für die Konstruktionsstrahlung durchlässig sein muß. Die Schicht 12 kann flach oder gekrümmt sein und die Form eines Bandes, eines Zylinders, eines endlosen Bandes, eines Möbiusstreifens oder eine andere Form haben. Die innerhalb der Umrißlinie 14 gezeigten Linien 10 sind ferner Linien einer Vorzugsrichtung der Aushärtung im Schichtvolumen längs den Fläehen maximaler Intensität. Dies" setzt einen fotohärtbaren Stoff voraus, der durch die aktivierende Strahlung aushärtet, wobei jedoch die Bezeichnung "fotohärtbarer Stoff" für den Fachmann auch diejenigen Stoffe einschließt, die längs den Flächen maximaler Strahlungsstärke erweichen.

Eine vorzugsweise Art zur Erzeugung des Stehwellen-Interferenzmusters gemäß Pig. 1 besteht darin, den mit dem Objekt modulierten Lichtstrahl mit einem Bezugsstrahl zur Wechselwirkung zu bringen, der derart gerichtet ist, daß seine Vektorrichtung einen Winkel von 90° bis ca. 180° mit praktisch allen Richtungsvektoren des Objektstrahls bildet, wobei der Objektstrahl und der Bezugsstrahl auf einander entgegengesetzte Seiten der fotohärtbaren Schicht gerichtet sind*

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Wie schematisch in Fig. 1 dargestellt ist (und an Hand von Fig. 4 eingehender "beschrieben wird), kann diese vorzugsweise. Konstruktionsbelichtung durch Spaltung eines kohärenten Strahls erzeugt werden* dessen eine Komponente den mit dem Objekt modulierten Strahl 18 bildet, der auf die eine Seite der Schicht 12 gerichtet ist. Die andere Komponente ■ bildet den Bezugsstrahl 16, der auf die andere Seite der Schicht 12 gerichtet ist.

Eine andere Art dieser vorzugsweisen Konstrufetionabelichtung· besteht darin, daß ein Strahl kohärenten lichtes als Bezugsstrahl 16 auf die fotohärtbare Schicht gerichtet wird, durch sie hindurchtritt und auf das Objekt gerichtet wird. Nach Reflexion am Objekt bildet er den Objektstrahl 18, der dann wieder auf die fotohärtbare Schicht 12 gelangt und mit dem Bezugsstrahl zur Wechselwirkung kommt, woduroh das Stehwellen-Interferenzmuster gebildet wird. Dieses Verfahren ist von Denisyuk in Soviet Physics 7, Nr. 6, 5431 1962 beschrieben.

Laser sind gute Quellen für kohärente Strahlung. Bs kann jedoch aucBt jede andere Quelle ausreichend kohärenter Strahlung verwendet werden. Ferner kann elektromagnetische Strahlung jeder geeigneten Wellenlänge v/erwendet werden, beispielsweise kohärente Röntgen-, ultraviollete und infrarote Strahlen, Teilchenstrahlen wie Elektronen, Positronen, Protonen, Alphateilchen usw., wenn die footohärtbare Schicht durch diese Strahlungen Wellen erzeugt, die mehr oder weniger gehärtet oder gegen Entwicklerstoff widerstandsfähig sind und den Wellen der Strahlungsintensität des Interferenz-Stehwellenmusters entsprechen.

Die geätzte Oberfläche 20 der fotohärtbaren Schicht 12 wird durch Einwirkung eines Ätzmittels auf die weniger widerstandsfähigen Teile erzeugt, nachdem die Konstruktionsbelichtung mit einem Obj.ektstrahl und einem Bezugs-

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*strahl durchgeführt wurde. Durch die Ätzung wird Material der fotohärtbaren Schicht an der Oberfläche in den weniger stark, belichteten Flächenteilen entfernt.

Jeder geeignete fotohärtbare Stoff kann verwendet werden, wenn seine Eigenschaften, der härtenden oder erweichenden Strahlung der jeweils gewählten Quelle kohärenten lichtes angepaßt sind.

Die Cinnamatester von Polyvinylalkohol und/oder Zellulose, w die ferner durch Anthrone und ihre Derivate, polynukleare Chinonderivate und gewisse Ketone wie z.B. Michler's Ketone sensi ti viert sein, können, und die unter den Bezeichnungen Kodak Photoresist (KPR), Kodak Thin Film Resist (KTFR) KMER und KOR von der Eastman Kodak Co. erhältlich sind, ; sind zur Verwendung im erfindungsgemäßen Verfahren geeignet. Dies gilt auch für Shipley AZ135O Photoresist der Shipley Co. Inc.

Andere typische fiötohärtbare Stoffe sind Systeme, die ein ■ nicht lichtempfindliches Polymer und eine lichtempfindliche Verbindung geringen. Molekulargewichtes enthalten und bei Belichtung unlöslich werden. Derartige Stoffe sind beispielsweise Kasein und Gummi in Kombination mit lichtempfindlichen. Azidostilbensulfonat-Derivaten, Systeme mit einem Monomer, einem.Dimer und/oder einem Polymer geringen Molekulargewichtes sowie einem Füllstoff und einem oder mehreren Polymerisationskatalysatoren, beschrieben in den US-Patents ehr if ten 2 760 863 und . 2 791 504, Systeme aus einem nicht lichtempfindlichen Polymer und lichtempfindlichen Verbindungen geringen Molekulargewichtes, bei denen der lichtempfindliche Anteil bei Belichtung eine Unlöslichkeit in den belichteten Teilen ergibt, beispielsweise Äthylzellulose, Polymethylmethacrylat und zahlreiche andere kommerzielle Kunststoffe,

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die lichtempfindliche Ghalcon- oder ungesättigte Ketonderivate enthalten und in den US-Patentschriften 1 965 710 und 2 544 905 beschrieben sind, Systeme von Chromatverbindungen in Kolloiden wie Gelatine, Albumen und leim oder Proteinkolloide, sensitiviert beispielsweise mit Kaliumbichromat, oder Zellulosederivate, sensitiviert beispielsweise mit Ammoniumdichromat, oder andere Polyvinyle wie Polyvinylalkohol, Polyvinylacetat Polyvinylmethyläther und Polyvinylpyrrolidon, sensitiviert beispielsweise mit Ammoniumdichromat, oder Polyamide, sensitiviert mit Diohromaten, ferner Diazoc-sensitivierte Stoffe u.a.

Andere fotohärtbare Schichten sind dem Fachmann bekannt, beispieleweise Halogensilberemulsionen hohen Auflösungsvermögens, die einen Gerbungsentwickler*enthaiten und in der kanadischen Patentschrift 772 105 beschrieben sind. Sie können mit den erfindungsgemäßen Stehwellen-Interferenzmustern belichtet und mit einer Alkalilösung entwickelt werden, die die Gelatine in der Umgebung der entwickelten Silberkörner härtet, wodurch die ungehärteten Teile der Außenfläche der Eeulsion mittels Auflösung entfernt werden können.

Eine iotohärtbare Schicht erhärtet durch die holografische Belichtung längs den Linien maximaler Strahlungsstärke innerhalb eines großen Teils ihrer Tiefe· Bei Eingabe in eine Entwioklungslösung wird eine Oberflächenstruktur erzeugt, die den Bereichen der Intensitätsflächen .folgt, da die Flächenteile geringer Belichtung bei Einwirkung des Ätzmittels beseitigt werden.

Fig. 2k und 2B zeigen 200Ofach vergrößerte Fotomikrografien der Draufsicht auf die geätzte Oberfläche einer entwickelten fotohärtbaren Bildplatte. Fig. 2A zeigt ein erfindungsgemäß

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hergestelltes Hologramm, "bei dem der Objekt strahl ein paralleler Strahl ist, der "bei Wechselwirkung mit einem ,: gegenüber seiner Achse versetzten Bezugsstrahl, der eine ebene Wellenfront sein kann (deren Achse senkrecht zur fotohärtbaren Schicht verläuft), ein gegenüber der Achse -versetztes Stehwellenmuster aus ebenen Wellen erzeugt, wenn" der Bezugsstrahl eine ebene Wellenfront ist. Nach der Entwicklung ergibt sich ein regelmäßiges, sägezahnförmiges Leuchtmuster der in Pig. 2A dargestellten Art. Die dunkleren Teile der Zeichnung kennzeichnen die Spitzen der Sägezähne.

Fig. 2B zeigt in Draufsicht ein erfindungsgemäßes Hologramm eines unregelmäßigen Objektes, beispielsweise einer Person, eines Hauses, eines Unterseebootes usw., wobei der Objektrstrahl durch Reflexion eines Teiles eines Laserstrahls am unregelmäßigen Objekt erzeugt wurde. Die Unregelmäßigkeit der Vertiefungen des Hologramms, dessen dunklere Teile die Spitzen der Sägezähne darstellen, trägt die Objektinformation, die zur Erzeugung eines sichtbaren Bildes rekonstruiert werden kann, wenn ein Rekonstruktionsbezugsstrahl auf das erfindungsgemäß hergestellte Hologramm gerichtet wird.

In Pig. 2C ist eine 15000fach vergrößerte Elektronenmikrografie einer entwickelten fotohärtbaren Schicht im Querschnitt dargestellt, wobei die schwarze Linie 22 die leuchtende, sägezahnförmige Oberflächenkontur der geätzten Fläche zeigt, auf die wahlweise auch eine Schicht eines reflexions- $ähigen Stoffes wie z.B. Aluminium aufgedampft sein kann. Diese Metallschicht hat eine Stärke von 0,2 Mikron. Andere geeignete reflexionsfähige Stoffe können gleichfalls verwendet werden, beispielsweise Silber, Gold, Chrom und dielektrische Stoffe.

Der minimale direkte Abstand 21 b.zw. die Höhe der erhabenen

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Teile des Oberflächenprofils liegt im Bereich zwischen ca. 0,05 Mikron und ca. 10 Mikron "bei den vorzugsweise angewendeten Konstruktionsbestrahlungen. Der horizontale Abstand zwischen den erhabenen Teilen, kann weitgehend abhängig vom Winkel zwischen Objektstrahl und Bezugsstrahl variieren.

In I¹Ig. 3 ist eine typische Rekonstruktion eines Bildes mit einem gemäß der Erfindung erzeugten Hologramm dargestellt. Das Bild wird erzeugt, indem ein Lichtstrahl 16, der dem zur Herstellung des Hologramms verwendeten Bezugsstrahl in Wellenlänge, Wellenfrontkrümmung und Ausbreitungsriohtung ähnlich ist, auf diejenige Seite der Reflexionsschicht 24 gerichtet wird, die mit der fotohärtbaren Schicht 12 in Berührung steht. Der maximale Rekonstruktionswirkungsgrad ist möglich, wenn dieser Rekonstruktionsstrahl unter demselben Winkel wie der Bezugsstrahl einfällt, in beiden Fällen dieselbe Wellenlänge "Verwendet wird und dieses Licht durch die fotohärtbare Schicht hindurchfällt. Bin anderes Verfahren ist gleichfalls möglich, wenn die dabei auftretende schwächere Wirkung vertretbar ist. Die Verwendung eines RekonstruktionsStrahls unterschiedlicher Krümmung verbietet sich hauptsächlich wegen der damit auftretenden. Bildfehler.

Es ist zu erkennen, daß bei ser&ettragender fbtohärtbarer Schicht die erfindungsgemäßen Oberflächenrelief Wirkungen auf beiden Flächen der Schicht erzeugt und damit zwei separate Hologramme hergestellt werden können· ·

Wie aus Pig, 3 hervorgeht, ist die Lichtverteilung zwischen den verschiedenen BeugungsOrdnungen günstigerweise stark unsymmetrisch. Die Helligkeit des rekonstruierten Objektes für die Ordnungen 0 und «1 ist als Prozentwert des reflektierten Lichtes für einen parallelen Objektstrahl . (Punktobjekt) und einen durch ein unregelmäßiges Objekt modulierten Objektstrahl (diffuses Objekt) angegeben.

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*Diese Prozentwerte können bei optimalen Aufzeichnungsparametern noch erhöht werden. Ist der Strahlenverlauf des Rekonstruktionsstrahls sowie die Abmessung der Schicht identisch mit dem Strahlenverlauf der Aufzeichnung, was die vorzugsweise Art der Rekonstruktion für optimale Ergebnisse darstellt, so ist der Wirkungsgrad der Ordnung +1 am höchsten. Ist beispielsweise der Objektstrahl bei der Hölogrammherstellung ein paralleler Strahl, so ist das erhaltene Hologramm ein leuchtendes Beugungsgitter, und es ist zu beobachten, daß 73 # des reflektierten Lichtes des Bezugs Strahls zur Ordnung 1 gehören, was dem Wirkungsgrad von 80 # für handelsübliche Leuchtmuster nahekommt. Der Wert von 73 # steht einem Wirkungsgrad von 6 # gegenüber, wie er mit einem sinusförmigen Absorptions-Durchleuchtungsgitter einer fotografischen Emulsion möglich ist, ferner einem Wert von 11 °ß> bis 30 #, der bei einem sinusförmigen Phasengitter auf thermoplastischen Stoffen gemäß der Patentanmeldung P 15 47 439.2 möglich, ist. Die Phasengitter mit 30 $o Wirkungsgrad erzeugen sehr schlechte Bilder. Die erfindungsgemäß hergestellten Beugungsgitter-Hologramme beugen theoretisch mehr als 90 # des Lichtes von 4880 Angström-Einheiten Wellenlänge in die erste Ordnung, da aie eine einheitliche Flächenstruktur haben und der Wert von 73 f> dem Wert 90 % nahekommt, wenn die Parameter nooh verbessert werden.

Tatsächlich wurde gefunden, daß unter Verwendung eines parallelen ObjektStrahls ein günstiges Verfahren zur Herstellung von Beugungsgittern einer bestimmten Frequenz _f möglich ist, die gegenwärtig kommerziell durch mechanisches Linieren von Aluminium oder anderen geeigneten Stoffen hergestellt werden, wobei die Oberflächenvertiefungen mit einem Diamantstift zeitraubend und kostspielig erzeugt werden*

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Ein Grund für den viel höheren Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Hologramme ist das leuchtende, schrittartig ausgebildete Muster, wobei jede Leuchtfläche ein sehr kleiner, stark reflektierender· Spiegel ist, der refiexionsfähiger ist als beispielsweise die mehr sinusförmigen Muster gemäß der Patentanmeldung P 15 47 439·2 oder die anderen bekannten Hologramme, insbesondere die Beugungsgitter.

Das folgende Beispiel dient der weiteren speziellen Erläur terung des erfindungsgemäßen "Verfahrens. Anteile und Prozentwerte beziehen sich auf das Gewicht, falls nicht anders angegeben. Die Erfindung soll durch dieses Beispiel in keiner Weise eingeschränkt werden.

BEISPIEL

In Pig» 4 ist eine Glasplatte 26 dargestellt, die mit einer ca. 2 Mikron starken Schicht 12 aus Shipley AZ135O Ätzschutzstoff (Shipley Oo * Inc.) überzogen ist. Die Schicht wird folgendermaßen mit dem Licht eines Argonlasers mit kontinuierlichen Wellen bei ca. 30 Milliwatt optischer Leistung belichtet; Der Laserstrahl wird durch die Streuungslinse 32 und die Sammellinse 34 auf den Strahlenteiler 36 geleitet, so daß zwei Strahlen entstehen, deren erster mit den Spiegeln 38 und 40 auf die Unterseite der Glasplatte, deren zweiter mit dem Spiegel 36 auf die Schicht 12 auf der Glasplatte reflektiert wird. Der zweite Strahl ist ein paralleler Lichtstrahl und schneidet die ÄtzschutzschioKt 12 unter einem Winkel von ca. 15° zur

Plattennormalen. Der erste Strahl ist gleichfalls ein paralleler Strahl und schneidet die entgegengesetzte Glasfläche der Platte 26 unter einem Winkel von ca. 40° zur Plattennormalen· Beide Strahlen überlappen sich im Bereich der Schicht und erzeugen Interferenzflächen, deren. Abstand ca· 0,16 Mikron beträgt und die einen Winkel von ca. 9° zur Schichtoberfläche bilden.

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Die Schicht wird mit diesen Lichtstrahlen kontinuierlich belichtet, Ms eine Gesamtlichtenergie von ca. 2 Joule

pro cm empfangen ist. Die Platte 28 wird dann aus der Belichtungsvorrichtung herausgenommen und in einen AZl350-Entwickler der Shipley Co. Inc. für ca. 20 Sekunden eingetaucht. Die Platte wird dann sofort ca. 5 Sekunden lang in destilliertes Wasser eingetaucht und ihre Oberfläche mit Druckluft getrocknet. Die Oberfläche der Schicht wird dann bei Vakuum mit einer fastundurchsichtigen Schicht stark reflektierenden Aluminiums überzogen.

Die Oberfläche des leuchtenden Hologramms besteht nun aus Teilen des während der Belichtung in der Schicht vorhandenen Interferenzmusters. Dies hat die Form von Stufen, deren Erhöhungen ca. 0,16 Mikron hoch sind und deren Breite ca. 1,15 Mikron beträgt.

In Fig. 5 ist die Rekonstruktion des Hologramms durch Richtung des zweiten Strahls auf das Hologramm wie bei der Konstruktion dargestellt·

Fig· 6 zeigt die Konstruktion eines Leuchthologramms unter Verwendung eines zumindest teilweise komplexen Objektes,

Fig. 7 zeigt die Rekonstruktion des Bildes eines komplexen Objektes unter Verwendung eines Leuchthologramms.

Obwohl bestimmte Stoffe und Stoffmengen in der vorstehendei Beschreibung genannt wurden, können auch andere geeignete Stoffe, die gleichfalls genannt sind, bei ähnlichen Ergebnissen verwendet werden. Ferner können Zusatzstoffe vorgesehen oder zusätzliche Maßnahmen getroffen sein, um eine synergetische, verbessernde oder anderweitig günstige Auswirkung auf die Eigenschaften der Erfindung zu erzielen.

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Zahlreiche andere Auaführungsformen. sind dem Fachmann nach Kenntnis der vorstehenden Beschreibung, möglich, sie werden insgesamt durch den Grundgedanken der Erfindung umfaßt.

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Claims

- 18 Patentansprüche

1. Holografisches Abbildungsverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß eine· entsprechend einem Objekt modulierte kohärente Strahlung (18) auf die eine Oberfläche (20) einer fotohärtbaren bzw. fotoerweichbaren Schicht (12) gerichtet wird, auf deren andere Oberfläche (14) ein mit dieser Strahlung (18) phasengleicher kohärenter Bezugsstrahl (16) gerichtet wird, wodurch in und an den Oberflächen (14» 20) ein Stehwellen-Interferenzmuster und ihm entsprechende Änderungen der Lösbarkeit des Schichtstoffes erzeugt werden.

2. Holographisches Abbildungsverfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung des Vektors des

Bezugsstrahls (16) nicht senkrecht zur Schicht verläuft und mit praktisch allen Vektorrichtungen der Objektstrahlung (18) einen Winkel von 90° bis 180° bildet.

3. Holografisches Abbildungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Objekt strahlung (18) eine parallele Strahlung ist.

4· Holografisches Abblldungsverfahren- nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsstrahlung (4^) eine parallele Strahlung ist.

5· Holografisches Abbildungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 .bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die foto-^ härtbare Schicht (12) zwischen ihren beiden Oberflächen zur Bildung zweier belichteter Schichten aufgespalten wird.

6.. Holografisches Abbildungsverfahren nach Anspruch 5, ■ dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der beiden Schiohten zur Bildung zumindest einer holografischen Fläche

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einem lösungsmittel für die weniger harten Schichtteile ausgesetzt wird.

7« Holografisches Abbildungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4» dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Oberfläche (14, 20) der Schicht (12) zur Bildung zumindest einer holografischen Fläche einem lösungsmittel für die weniger harten Schichtteile ausgesetzt wird.

8. Holografisches Abbildungsverfahren nach Anspruch 6 oder 7» dadurch gekennzeichnet» daß zur Bildrekonstruktion eine kohärente Strahlung (16) mit der Richtung der Bezugsstrahlung auf die holografische Fläche (24) gerichtet wird (Mg. 3).

9. Holografisches Abbildungsverfahren^vjtiach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Rekonstruktionsstrahlung (16) dasselbe Spektrum wie die Bezugsstrahlung hat.

10. Holografisches Abbildungsverfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Rekonstruktionsstrahlung (16) vor Auftreffen auf die holografische Fläche (24) durch die Schicht (12) hindurchgeleitet wird.

11. Holografisches Abbildungsverfahren nach einem der Ansprache 6 bis 1Ό, dadurch gekennzeichnet, daß auf die holografische Fläche eine dünne Schicht (22) eines reflexionsfähigen Stoffes aufgebracht wird (Fig. 2o).

12· Holografisches Abbildungsverfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß als dünne Schicht (22) ein reflexionsfähiges Metall durch Vakuumaufdampfung aufgebracht wird·

13. Holografisches Abbildungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die erha-

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"benen Teile der holografischen Fläche eine Höhe von 0,05 bis 10 Mikron gegenüber den Vertiefungen haben.

14. Holografisches Abbildungsyerfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsstrahlung (16) achsenentfernt ist.

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