DE2101871A1 - Holographisches Abbildungsverfahren - Google Patents

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. F, Weickmann,

Dipl.-Ing. H. Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke D1PL.-ING. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

8 MÜNCHEN 86, DEN . POSTFACH 860 820

XHA MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 483921/22

<983921/22>

XEROX CORPORATION, Xerox Square, Rochester, N.Y* 14603,

VoSt.A·

Holographisches Abbildungsverfahren

Beim holographischen Verfahren wird durch eine besondere Beliehtungstechnik einer lichtempfindlichen Schicht, beispielsweise eines fotografischen Pilms, eine Bildaufzeichnung erzeugt, die bei erneuter Beleuchtung mit kohärentem Licht ein dreidimensionales Bild wiedergibt. Bin Hologramm kann beispielsweise hergestellt werden, indem ein Teil der Strahlung eines Lasers oder einer anderen Quelle kohärenter Strahlung auf oder durch ein Objekt gerichtet wird und indem ein separater Teil der Strahlung, der als Bezugsstrahl bezeichnet wird, mit verschiedenen Spiegeln und/oder Linsen f oder auf andere Weise erzeugt wird. Der Bezugsstrahl ist kohärent mit dem das Objekt beleuchtenden Licht. Der Aufzeichnungsträger, also beispielsweise der fotografische Film, wird so angeordnet, daß er die vom Objekt modulierte Strahlung und den Bezugsstrahl empfängt. Der PiIm zeichnet dann die Intensität der Summe zweier Felder auf, d.h. das stationäre Interferenzmuster der beiden Felaer· Danach wird das auf dem Aufzeichnungsträger entwickelte Interferenamuster zur Rekonstruktion der mit dem Objekt modulierten Wellenfront verwendet, woduroh sich ein sichtbares Bild des Objektes ergibt, wenn ein dem Bezugsstrahl ähnlicher Strahl auf dae Hologramm geriohtet wird. "■

109831/U64

Die meisten bekannten Hologramme werden erzeugt, indem der Objekt strahl und der Bezugsstralil von ein und derselben Seite aus auf den holographischen Aufzeichnungsträger gerichtet werden» Ein Hologramm, das durch einen Objektstrahl und einen Bezugsstrahl erzeugt ist, die von zueinander entgegengesetzten Richtungen aus auf die lichtempfindliche Schicht einwirken, wurde erstmals von Denisyuk in Soviet Physios-Doklady, Nr*7, Seite 543 (1962) beschrieben· Dieses Hologramm besteht aus aufgezeichneten Interferenzmustern, die nahezu parallele Flächen sind, welche einen Abstand von ungefähr einer halben Wellenlänge haben und zu den Oberflächen der lichtempfindlichen Schicht nahezu parallel verlaufen· Die Wellenfronten, aus denen ein Bild des holographisch aufgezeichneten Objekts erzeugt werden kann, werden rekonstruiert, indem ein Beleuohtungsstrahl ähnlich dem Bezugsstrahl durch das Hologramm geleitet wird. Es wurde auch bereite eine Verbesserung dieses Verfahrens Torgeschlagen, die darin besteht, daß eine fotohärtbare Auf zeich»· nungsschicht mit einem optischen Stehwellenfeld belichtet und entwickelt wird, indem vorzugsweise bestrahlte oder nicht bestrahlte !Teile (abhängig von dem jeweils verwendeten Material) gelöst werden, wodurch eine holographische Aufzeichnung in Form eines Oberflächenreliefs entsteht.

Zur Erzeugung eines solchen Oberflächenreliefβ kann zwar jede geeignete Optik verwendet werden, vorzugsweise wird jedoch der modulierte Objektstrahl mit einem Bezugsetrahl in Wechselwirkung bzw. Interferenz gebracht, der eine solche Richtung hat, daß die vektor!eile Richtung des Bezugsstrahls einen Winkel von ca. 90 bis 180° mit allen vektoriellen Richtungen des Objektstrahls bildet. Dabei werden der Objektstrahl und der Bezugsstrahl auf einander entgegengesetzte Seiten der fotohärtbaren Schicht gerichtet· Hierbei

109831/U64

müssen natürlich beide Seiten der fotohärtbaren Schicht für die verwendete Strahlung durchlässig sein, wozu die Schicht zweckmäßig auf eine transparente Unterlage aufgebracht ist.

Bekannte Hologramme und auch die vorstehend erläuterten, auf einer fotohärtbaren Sohioht erzeugten Hologramme» aus» sen normalerweise mit einer ähnliohen, jedoch nicht unbedingt mit derselben Wellenlänge kohärenten Liohtee rekonstruiert werden. Die Erfindung ermöglicht nun die Herstellung eines Hologramms, das leicht zu vervielfältigen ist und mit einer beliebigen Lichtquelle rekonstruierbar iet, die mehrere Lichtwellenlängen abgibt« Demgemäß ist der Er» findung die Aufgabe zugrundegelegt, ein Relief hologramm zu erzeugen, das nur für Beleuchtung innerhalb einea schmalen Wellenlängenbandes empfindlich ist· Ferner soll der Wirkungsgrad der Informationsaufzeichnung mit einen solchen Hologramm erhöht werden und die Wiedergabe des Hologramms mit nur einer oder mehreren bestimmten Hekonetruktionswel·» lenlängen gewährleistet sein«

Ein holographisches Abbildungeverfahren ist zur Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemäß derart ausgebildet, daß ein entsprechend einem Objekt modulierter kohärenter Strahl auf eine Seite einer dünnen, fotohärtbaren Sohioht mit regellos veränderlicher Oberfläche gerichtet wird und daß ein Bezugs— strahl, der mit dem kohärenten Strahl in Phase ist, auf die andere Seite der Sohioht gerichtet wird und in und auf einer Seite der Schicht ein Stehwellen-Interferenzmuster sowie entsprechende Änderungen der Löslichkeit der Sohichtoberfläehe in einem Lösungsmittel erzeugt«

Als Aufzeichnungsträger kann beispielsweise eine gesohliffe·» ne Glasfläche verwendet werden, die mit einem lieht empfind·· liehen Ätzsohutzmaterial beschichtet ist« Dieses wird von

1Ö9831/U54

beiden Seiten mit einem Objektstrahl bzw· einem Bezugsstrahl kohärenten Lichtes bestrahlt, wobei ein Interferenzmuster auf der unregelmäßigen Oberfläche erzeugt wird. Bei erneuter Beleuchtung mit einem Lichtstrahl, dessen Form und Wellenlänge ähnlich dem Bezugsstrahl ist, wird ein Bild erster Ordnung ohne Verzerrung rekonstruiert. Die anderen Bilder erscheinen willkürlich gestreut, Gleiches gilt für jede andere einwirkende Wellenlänge. Die Erfindung kann auch so ausgeführt sein, daß das Htzachutzmateriai mit mehreren kohärenten Lichtstrahlen unterschiedlicher Frequenz beispielsweise durch Verwendung mehrerer Filter bestrahlt wird, wodurch bei Rekonstruktion mit derselben Strahlung oder mit weißem Licht mehrerer Wellenlängen ein farbiges Bild erzeugt wird.

Zur Rekonstruktion des erzeugten Hologramms ist das erfindungsgemäße Verfahren zweckmäßig derart ausgebildet, daß ein kohärenter Rekonstruktionsstrahl aus derselben Richtung auf das Hologramm einwirkt wie der bei dessen Erzeugung auf die fotohärtbare Schicht einwirkende Beeugsstrahl.

Die Erfindung wird im folgenden anhand in den Figuren dargestellter Aueführungsbeispiele beschrieben· Es zeigen:

Fig.1 dtn Sohnitt einer geschliffenen Glasplatte mit darauf aufgebrachtem fotohärtbaren Material alt einer Darstellung der Originaloberfläche und der nach der Be-•trahlung erzeugten Hologrammfläohe,

Fig.2 eine sohematisohe Darstellung einer Anordnung ssur Erzeugung de« In Fig.i gezeigten Hologramme und

Fig.3 eint Anordnung zur Rekonstruktion eines Bildes unter Verwendung des erfindungsgemäß hergestellten HoIo-

109831/U5A

Wie bereits ausgeführt wurde, wurde von Denisyuk ein Hologramm duroh Bestrahlung einer dicken fotografischen Emulsion mit einem optischen Stehwellenfeld erzeugt. Das optische Stehwellenfeld wurde duroh Interferenz von an einem Objekt reflektierten Lioht mit einem in dazu entgegengesetzter Richtung verlaufenden Bezugsstrahl erzeugt· Die fotografische Emulsion zeiohnete die Bäuche des Wellenfeldes in Form von Silberablagerungen auf. Diese Silberablagerungen dienten als Reflexionsfläohen zur Rekonstruktion des Objektwellenfeldesο Λ

In Applied Physios Letters, Vol. 12, Nr.9, 1.Mai 1968, Seiten 316-318 ist ausgeführt, daß einander benachbarte Stehwellenflächen einen Abstand von ungefähr einer halben Wellenlänge haben und in ihrer Form nahezu identisoh sind· Es kann dann damit gerechnet werden, daß Grenzbedingungen entsprechend einer einzigen isolierten Stehwellenfläohe erhalten werden, wenn die Fragmente von Stehwellenfläohen isoliert werden, die innerhalb des Abstandes zwisohen zwei parallelen Ebenen angeordnet sind, welche einen Abstand von ungefähr einer halben Wellenlänge zueinander haben· Ein solches Hologramm hat eine lichtwirkung und reflektiert ähnlich wie ein leuchtendes Beugungsgitter eine maximale Idohtmenge in einer einzigen BeugungsOrdnung· Es ist mit Vertiefungen versehen, deren Verlauf den Stehwellenfläohen entspricht und der im Zusammenhang mit der bereits vorgeschlagenen Hologrammerzeugung beschrieben ist.

Derartige Hologramme können auch durch Bestrahlung einer auf Glas befindlichen dünnen Itζschutzschicht mit hoher Auflösung erzeugt werden· Das Entwicklungsverfahren für Ätzsohutzstoffe besteht in einer vorzugsweisen Auflösung entweder bestrahlter oder nicht bestrahlter Bereiche, was von der jeweiligen Art des verwendeten Materials abhängt· Zur Auflö-

109831/USA

sung wird eine Entwicldungsflüssigkeit verwendet· Auf diese Weise werden nur die Stehwellenflächen in der äußeren HaIbwellensehioht des Ätzschutzmaterials isoliert· Eine Auflösung bi3 au einer größeren Tiefe wird durch die Unlöslichkeit der bereits isolierten Stehwellenflächen verhindert.

Bei Beschichtung mit Aluminium erhält man Hologramme, die sich wie gute leuchtende Beugungsgitter verhalten» Bei licht mit einer Wellenlänge von 4 880 Angströmeinheiten (entsprechend der Wellenlänge bei der Bestrahlung) beugen sie zumindest 75# des reflektierten Lichtes in der ersten Ordnung» 26# in der 0. Ordnung und weniger als 1$ in der -1 ο Ordnung.

Die Erfindung ermöglicht die Herstellung eines Hologramms, das ein Bild mit einer einzigen Wellenlänge erzeugt, wenn es mit- einer Lichtquelle mit Lioht mehrerer Wellenlängen beleuchtet wird· Ferner erzeugt es ein mehrfarbiges Bild, wenn es mit Licht mehrerer Wellenlängen beleuchtet wird«Dies kann ohne besondere Filter oder mit Filtervorrichtungen erfolgen, wie noch beschrieben wird· Wie andere leuchtende Hologramme haben die nach der Erfindung hergestellten Hologramme nur reliefartig ausgebildete Informationsfläohen und können mechanisch nachgebildet werden.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können Hologramme derart hergestellt und entwickelt werden, daß eine große Menge willkürlich verteilter Oberflächenunregelmäßigkeiten (Rauschen) den auf der Hologrammfläohe aufgezeichneten Informationen überlagert ist. Bei Bestrahlung mit weißem Licht werden alle Farben willkürlich gestreut (wie bei einem geschliffenen Grlae), mit Ausnahme derjenigen Farbe, die dem zur Herstellung des Hologramms verwendeten Laser entspricht· Da«· duroh ergibt sich ein rekonstruiertes Bild mit geringem

109831/1454

~ 7 —

Rauschen mit dieser bestimmten Farbe, wobei gleichzeitig die Eigenschaften eines guten leuchtenden Hologramms beibehalten sind, da der größte Teil des gebeugten lichtes in der positiven ersten Ordnung erscheint«»

Hologramme mit einer einzigen ausgesonderten Wellenlänge können ähnlich wie normale leuchthologramme hergestellt werden, jedoch mit den folgenden Unterschieden· Anstelle der Isolation von Fragmenten der Stehwellenflächen im Raum zwischen zwei parallelen Flächen mit einem Abstand von ungefähr einer halben Wellenlänge werden die Fragmente der U Stehwellenflächen im Raum zwischen zwei nahezu identischen, willkürlich angeordneten Flächen isoliert, die einen Abstand von nahezu einer halben Wellenlänge haben· Ferner muß das Material auf beiden Seiten dieses Aufzeichnungsvolumens, das mit einer Seite an einer Fläche dieses Aufzeiohnungsvolumens gebunden und mit der anderen Seite durch eine ebene, sphärische oder zumindest nicht willkürlich ausgebildete Fläche begrenzt ist, durch die das Be3trahlungslicht tritt, denselben oder nahezu denselben Brechungsindex für das zur Bestrahlung verwendete Licht haben wie das lichtempfindliche Material des Aufzeichnungsvolumens· Nach der Bestrahlung wird das für die Anpassung des Brechungsindex verwendete Material von der einen Fläche des lichtempfindlichen Materials ent» % fernt und die erzeugten Unregelmäßigkeiten werden durch geeignete Entwicklung isoliert· Sie werden dann normalerweise mit einem stark reflektierenden Material beschichtet« beispielsweise mit Aluminium, wodurch sioh eine hohe fiekonstruktionswirkung ergibt·

Bei Beleuchtung mit weißem Iiioht durch die ebene oder sphärische oder zumindest nicht willkürlioh auegebildete Fläohe des Materials hindurchf auf dem die Unregelmäßigkeiten auf- _r gezeichnet werden, wird nur ein I&oht eine Wellenfront ahn-

109831/U54

— σ —

lioh derjenigen der Erzeugung des Hologramms rekonstruieren, dessen Wellenlänge gleich oder nahezu gleich der Wellenlänge des zur Aufzeichnung des Hologramms verwendeten Lichtes ist. Das übrige Lioht wird willkürlich gestreut· Das durch ein solches Hologramm mit weißea Licht erzeugte Bild erscheint dann nur mit derjenigen Wellenlänge, die zur Erzeugung des Hologramms verwendet wurde*

Die Wellenlängenaelektionseigensohaft solcher Hologramme ergibt sich aus der besonderen Grenzbedingung, die durch die willkürlich ausgebildete Fläche bestimmt ist, auf der die Unregelmäßigkeiten aufgezeichnet werden. Die Phase des von einer solchen Fläche reflektierten Lichtes ist in erster

Linie durch die Form und die Stellen der Unregelmäßigkeiten bestimmt· Daher ist das von den Unregelmäßigkeiten auf einem ^MBerg^H der willkürlich angeordneten Aufzeichnungsfläche reflektierte Licht genau in Phase mit dem von einem benachbarten ¹¹IaI¹* reflektierten Licht nur für diejenige Wellenlänge, die zur Erzeugung der Unregelmäßigkeiten verwendet wurde· Je größer die Höhen der Berge und die Tiefen der Täler sind und je häufiger sie auftreten, umso größer ist der Phasenfehler für die anderen Liohtwellenlängen und umso kleiner ist die Bandbreite des eine Hekonetruktion eines Bildes von einer eolohen Fläche erzeugenden Lichtes· Ein Licht mit einer WeI- ^ lenlänge, das an einer solchen Aufzeichnungsfläche große ™ Phasenfehler erfährt, wird willkürlich gestreut und kann kein Bild erzeugen· Für eolohe Wellenlängenwerte wirkt die Aufzeichnungsfläche dann also wie ein geschliffenes aias·

Ein Hologramm mit Selektionseigenschaften für eine einzige Wellenlänge kann wohl mit einer viel kleineren Lichtbandbreite rekonstruiert werden als jede andere Art eines Relief hologramas· Andere Arten solcher Hologramme zeichnen Wellenfrontinformationen mit Interferenzaustern auf, die

109831/U54

einen sinusförmigen oder quasi sinusförmigen Querschnitt halsen· Diese Muster werden mit einer Geometrie aufgezeichnet, bei der der Bezugsstrahl und der Objektstrahl von ein und derselben Seite aus auf den Aufzeichnungsträger einwirken· Hat die Aufzeichnungsfläche eine WillkürIioh angeordnete bzw· entspannte Oberfläche, so hat das damit erzeugte Hologramm Wellenlängenselektionseigenschaften· Dieses Hologramm hat nicht dieselbe Wellenlängeneelektion wie ein auf die» selbe Fläche aufgezeichnetes leuchtendes Hologramm, jedoch ist bei diesem Hologramm die Phase des reflektierten (oder ' durohgelassenen) lichtes nicht durch die Formen der Inter- % ferenzmuster bestimmt, sondern nur durch ihre Verteilung« Dies verursaoht eine gewisse Mehrdeutigkeit der Baase des reflektierten (oder durchgelassenen) Lichtes und ermöglicht damit die Rekonstruktion eines Bildes mit Lioht eines größe« ren Wellenlängenbandes· Diese Art Hologramm unterscheidet sioh weiter von einem selektiven Hologramm dadurch, daS das Material an der lichtempfindlichen Fläche nicht denselben; Brechungsindex wie die lichtempfindliche Fläohe haben muS*

FUr eine Wellenlänge selektionsfähige leuchtende Hologramme können durch Überlagerung eines hinsichtlich der laase willkürlichen Eausohmusters auf oder nahe dem verwendeten licht- | empfindlichen Material erzeugt werden·*In der folgenden Beschreibung sind verschiedene Ausführungsformen der Erfindung zur Erzeugung solcher Hologramme dargestellt«

Fig·1 zeigt einen Träger bzw· eine Unterlage 30 mit einer willkürlich sioh ändernden ?läoh· 34, wie sie beispielsweise auf einem geschliffenen SI«* hoher Qualität vorliegt· Auf der Oberfläohe dta gaaohliffiaan Glas·β 30 befimdtt . sioh «ine dünne Sohioht «inta Itieohutamattrial· 32» die'^! praktisch genau wie di* Willkürlio* ausgebildete fläohe 34 verläuft. Di· Oberfläohe dar itiaehtttaaehioht 52 iat mit

tOS831/HS*

einem Material 37 bedeckt, das denselben Brechungsindex für das verwendete Licht hat und mit einer flachen oder sphärischen oder zumindest nioht willkürlich entspannten Oberfläche versehen ist. Dieses Material 37 wird Tor der Entwicklung der Xtzsohutzsohioht 32 entfernt· Das geschliffene Glas und das Ätzschutzmaterial haben gleichfalls denselben Brechungsindex für das verwendete Licht, und eine Oberfläche des geschliffenen Glases ist flach, sphärisch oder zumindest nioht willkürlich ausgebildet.

Nach der Beleuchtung mit einem Objektstrahl 22 und einem Bezugsstrahl 26 in noch anhand der Pig.2 zu beschreibender Weise bildet sioh bei Entwicklung auf der unregelmäßigen Oberfläche der Sohicht 32 das Muster 36. Bei erneuter Belichtung mit einem Lichtstrahl, dessen Form und Wellenlänge ähnlich dem Bezegsstrahl 26 ist, wird das positive Bild erster Ordnung ohne Verzerrungen rekonstruiert· Die anderen Bilder erscheinen willkürlich gestreut, andere Wellenlängen werden gleichfalls regellos gestreut·

fig*2 zeigt den; Aufzeichnungsträger 30 in einer Einrichtung zur Erzeugung des Hologramms· Eine Quelle 10 kohärenten LiohttB strahlt durch eine Zerstreuungslinse 14« eine Sammellinse 18 und einen Strahlenteiler 20 hinduroh und erzeugt zwei kohärente Strahlen, der erste Strahl 26 wird mit Spiegeln 24 und 28 auf die Glasplattenseite des Hologramms reflektiert, der zweite Strahl 22 wird mit dem Strahlenteiler 20 auf die Sohioht 32 dee Hologramms reflektiert» Der zweite Strahl, «in gebüsohelier Lichtstrahl,' schneidet die Itz-•oütttseofaioht 32 unter einem vorgegebenen Winkel Ton beispielsweise 15° gegenüber der Jlaohennormalen. Dmv erste Strahl 26, glei«hfall« ein paralleler Strahl, sohaeidet die 30 mater einem Winkel von beispielsweise 40° ge-

10*831/1484

genüber der 3?läohennormalen·

Die Ätzschutzeehioht 32 wird diesen beiden Strahlen laufend ausgesetzt, bis eine ausreichende Lichtenergie aufgenommen wurde, die eine genügende Entwicklung ermöglicht· Dadurch ergibt sich ein Muster 36 der in Fig»1 gezeigten Art· Die Oberfläche des erzeugten Hologramms besteht nun aus Segmenten des Interferenzmusters, das während der Bestrahlung in der Ätzschutzsohdoht vorliegt, nun jedoch auf einer regellos ausgebildeten Oberfläche 34 der geschliffenen Glasplatte 30 angeordnet ist. . ■ %

Viele Ätzschutzstoffe oder fotohärtbare Stoffe können für die Schicht 32 verwendet werden» solange ihre Eigenschaften der härtenden oder erweichenden Strahlung der jeweiligen kohärenten !Lichtquelle angepaßt sind· Beispielsweise kann ein Material verwendet werden» dae unter der Bezeichnung Shipley AZ135O von der Shipley Ooapany» Inc. erhältlich ist· Nach der Bestrahlung dieses Materials kann das Hologram» in AZ1350-Entwickleretoff eingetaucht werden, der gleichfalls von der 3hipley Company erhältlich ist· Wie an anderer Stelle beschrieben ist, kann eine laufende Bestrahlung in der in ?iß«2 gezeigten Weise erfolgen» bie eine gesamte Liohtenergie * von ca. 2 Joule/cm übertragen wurde· Eine Entwicklung er- " folgt für eine Dauer von ca· 20 Sekunden· Unmittelbar danach wird das Hologramm ca« 5 Sekunden lang in destilliertes Wasser eingetaucht und seine Oberfläche mit Druckluft getrocknet· Sie wird dann in Vakuum mit einer nahezu undurchsichtigen Schicht eines stark reflektierenden Aluminiums oder eines anderen reflektierenden Metalle yersehen. ,

Bei Rekonstruktion des Bildes wird ein zweiter Strahl kohärenten liohtee 40 mit einer Zerstreuungelinse 42 zerstreut

109831/1464

und mit einer Sammellinse 44 auf die Spiegelfläche 46 gerichtet· Haben die Objektwellenfront und die Bezugswellenfront einen Winkel, wie er bereits in Figo2 dargestellt ist, so ist die Riohtung des in der 0· Ordnung gebeugten lichtes unter 15° gegenüber der Pläohennormalen der Fläche des Hologramms 30 geneigt. Die positive 1. Ordnung des gebeugten Mchtes wird unter einem Winkel von 40° gegenüber derselben holographischen Fläche reflektiert.

Die Schicht 32 auf der Unterlage 30 kann auch ein fein gemahlenes transparentes Material sein, das mit einem Ätzschutzmaterial zu einer Aufschlämmung gemischt ist, von der eine dünne Sohioht auf die Unterlage 30 aufgebracht ist· Das fein gemahlene transparente Material bildet eine willkürlich ausgebildete Oberfläche ähnlich wie eine geschliffene Glasplatte, so daß seine Sohicht anstelle der Glasfläche verwendet werden kann. Bin mit einer geschliffenen Glasplatte erzeugtes leuchtendes Hologramm kann jedoch leicht in bekannter Weise mechanisch nachgebildet werden, dies ist bei einem fein gemahlenen, transparenten Material nicht so leicht möglich, wenn es nicht denselben Brechungsindex wie die Unterlage 30 hat·

Eine weitere Ausführungsform der Schicht 32 ist mit einem positiv arbeitenden Itζschutzmaterial möglich, das auf eine transparente Glasplatte aufgebracht ist und mit stark streuendem ultravioletten Licht bestrahlt wird. Das ultraviolette Licht wird stark absorbiert und dringt nur um einen geringen Betrag in das Ätzeohutzmaterial ein· Nach der Entwicklung ergibt sioh eine stark streuende Oberfläche des Ätzsohutzmaterials· Mit einem solchen stark streuenden Überzug kann der Aufzeichnungsträger nun zur Aufzeichnung eines Leuohtholo«· gramma verwendet werden, wie es oben für eine geschliffene Glaefläohe beschrieben wurde· Dae Ätzschutzmaterial kann

109831/U5A

- 13 -

auch unmittelbar nach der Bestrahlung mit ultraviolettem Licht und ohne dazwischenliegende Entwicklung der Bestrahlung zur Aufzeichnung eines Interferenzmuaters ausgesetzt werden. Der mit dem ultravioletten Licht bestrahlte Teil des Ätz·· schutzmaterials hat dann die Punktion des Materials 37·

Das Material 37 kann eine Flüssigkeit sein, die in einem Bad oder einer Zelle vorgesehen ist und denselben Brechungsindex wie das Ätzschutzmaterial hat· Sie muß nach der Bestrahlung leicht von der Oberfläche des Ätzsohutzmaterials ' | entfernt werden können«» Ferner kann hierzu beispielsweise ein transparentes Wachs verwendet werden, das durch Wärmeeinwirkung entfernt werden kann· Auch ein durch Lösungsmittel oder duroh Abziehen von der Oberfläche des Ätzsohutzmateriale entfernbarer transparenter Kunststoff kann verwendet werden» wenn er schlecht an dem Ätzschutzmaterial anhaftet·

Ein solches Hologramm auf einer Unterlage mit regellos ausgebildeter Oberfläche ermöglicht viele Anwendungen sowie eine leichte Nachbildung, weil die Informationen auf der Oberfläche und nicht im Inneren des Aufzeichnungsträgers vorhanden sind, wie es bei einem normalen fotografischen Hologramm der Fall ist. Ein nach der Erfindung hergestelltes Hologramm kann als Farbfilter verwendet werden, wobei ein ein~ faohes Hologramm, das mit zwei oder mehr parallelen oder qua« si parallelen Liohtstrahlen erzeugt wurde, nur das Lioht eines schmalen Bandes im Bereich der zur Herstellung verwendeten Wellenlänge reflektiert oder durohläßt, ohne eine regellose Streuung zu bewirken· Zur Rekonstruktion des Hologramms kann Lioht auf die glatte Oberfläche des gesohllffenen Glases geriohtet und an der mit dem Hologramm versehenen Oberfläohe reflektiert werden· Auoh kann Lioht von der Hologrammfläohe von der anderen Seite aus reflektiert werden, wie es in Pig·3 dargestellt ist, jjedooh muß diese Seite zunächst mit

109831/U54

einem Material 38 beschichtet werden, das denselben Brechungsindex wie das Material 37 hat und in ähnlioher Weise eine flache, sphärisohe oder zumindest nicht willkürlich ausgebildete Oberfläche hat.

Da die Erfindung die Herstellung eines Leuchthologramms ermöglicht, das nur auf Licht innerhalb eines schmalen frequenz- oder Wellenlängenbandes anspricht, muß die Rekon« struktionsstrahlung nicht in einer Weise kohärent sein, wie

A es für ein normales Hologramm erforderlich ist· Unter Anwendung dieses Prinzips kann ein Farbhologramm hergestellt werden, bei dem das Aufzeichnungsmaterial teilweise auf beiden Seiten durch identieohe und aufeinander ausgerichtete regelmäßige oder regellose Anordnungen undurchsichtiger Hasken abgeschirmt ist, wahrend es nacheinander mit Jeder von zwei, drei oder mehr Wellenlängen kohärenten Lichtes bestrahlt wird, um das -vollständige Farbbild zu erzeugen. Pur jede Aufzeichnungswellenlänge kann eine unterschiedliche Hasken« gruppe verwendet werden, oder es wird dieselbe Maske für jede Seite des Aufzeichnungsträgers bei der jeweiligen Belichtung in eine andere Lage gebraoht· Normalerweise sind die Masken ohne gegenseitige Überlappung angeordnet, so daß je-

™ der Bereich des Aufzeichnungsmaterials mit einer und nur einer Aufzeiohnungswellenlänge bestrahlt wird· Es kann je·» dooh eine gewlese Überlappung in Kauf genommen werden« Es sei bemtrkt, daß identisohe und aufeinander ausgerichtete Masken auf jeder Seite des Aufzeichnungsträgers verwendet werden, so daß jeder Bereich des Aufzeichnungsmaterials mit derselben Lichtwellenlänge des Objekts und des Bezugsstrahls bestrahlt wird·

Eine zweite Ausführungsform der Erfindung verwendet zur Herstellung eines Hologramme von einem diffus bestrahlten oder selbst diffuses Lioht abgebenden Objekt ohne besonder·

1Q9831/U64

Masken. Hier wird die Tatsache ausgenutzt, daß für jede Aufzeichnungswellenlänge die Intensität des Idchtwellenfeldes (Licht des Objekts plus licht des Bezugsetrahls) sich regellos ändert, wobei bestimmte Bereiche keine ausreichende Bestrahlung des lichtempfindlichen Materials ermöglichen. Die Lichtintensität einer anderen Aufzeichnungewellenlänge kann jedoch zur Bestrahlung dieses Bereiches des lichtempfindlichen Materials ausreichen· Die Aufzeichnungsfläche wird der Aufζeichnungswellenlänge entweder gleichzeitig oder nacheinander ausgesetzt. Auf diese Weise rekonstruieren willkürlich verteilte Bereiche des Hologramms ein Bild in nur einer Farbe« Andere Bereiche wurden dabei zwei oder mehr »

Wellenlängen mit hoher Intensität ausgesetzt, in diesen Bereicnen wird die richtige Hologrammstruktur für keine Wellenlänge erzeugt, weshalb in ihnen auch kein Licht für das rekonntruierte Bild abgegeben wird. Der damit verbundene Wirkung Bv«;rluat kann jedoch im Hinblick auf die Tatsache, daß keine b«»aond*iren Kaaken erforderlich sind, in Kauf genommen wer ι er..

"*>-l «».r.»»r aviitan AuafiUirungaform besteht die mit regelloo»T itrujctur -yeraej.ene Oberfläche des lichtempfindlichen Au! zf*i:f_tr»un»'«Enteriala aun einer regelmäßigen oder regelloa«T. Anordnung v«.n Pleoken unterschiedlicher, der Zahl der

entsprechender lichtempfindlicher ·

:;toffe. Jeder Stoff spricht auf nur eine Aufaeichnungswellenlange an. Die Aufzeichnungsfläche kann diesen Strahlungen entweder gleichzeitig oder nacheinander ausgesetzt werden· Auf diese Weise wird in bestimmten Bereichen des Hologramme ein Bild mit nur einer Farbe ereeugt·

Bei einer vierten Auaführungeform wird der JMifzeichnunge-fcräger auf beiden Seiten alt Masken abgeschirmt, dit aue idtntiechen, regelmäßig odtr regellos ausgebildeten Anordnungen

109831/H54

BAD ORtG1^4AL

optisoher Filter bestehen, wobei so viele Filterarten wie Aufzeichnungswellenlängen vorhanden sind und jede Filterart nur eine Wellenlänge durchläßt» Auf diese Weise rekonstruieren bestimmte Bereiche des Hologramms ein Bild in nur einer Farbe· Eine der FiIteranordnungen kann während der Rekonstruktion an ihrer Stelle an dem Hologramm belassen werden, so daß eine bestimmte Menge des nicht genutzten Teils des weißen Lichtes bei der Rekonstruktion des Hologramms absorbiert oder reflektiert wird, was von der jeweiligen Art des Farbfilters abhängt· Dieser Idchtteil wirkt nicht auf das Hologramm ein. Er trägt somit auch nicht zur Bildung des regellos gestreuten weißen Hintergrundes des rekonstruierten Bildes bei, wodurch dieses verbessert wird· Viele Arten optischer Filter können für diese Ausführungsform der Erfindung verwendet werden, beispielsweise mehr·· schichte Reflexionsfilter oder farbige, transparente, absorptionsfähige Filter. Ein Beispiel eines solohen Filters ist eine Anordnung miteinander verbundener Glas- oder Kunststoffscheiben.

Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wird ein farbiges Hologramm eines mehrfarbigen Objekts durch Beleuchtung des Objekts mit einer jeden von zwei oder mehr Aufzeichnungswellenlängen nacheinander oder gleichzeitig erzeugt. Das Licht einer gegebenen Farbe des Objekts fällt auf das Aufzeichnungsmaterial, während gleichzeitig ein Bezugsstrahl derselben Wellenlänge in oben beschriebener Weise einwirkt. Der bei der Holographie verwendete Bezugsstrahl wird mit einer reellen oder virtuellen, punktförmigen Lichtquelle erzeugt. Solche Lichtquellen müssen für alle Aufzeiohnungswellenlängen ein und dieselbe oder nahezu identische Positionen im Raum relativ zum Aufzeichnungsmaterial haben, für gleichzeitige Bestrahlung kann dies beispielsweise durch Anwendung τοη Spiegeln verwirklicht werden.

109831/1454

Zur Rekonstruktion eines mehrfarbigen Bildes mit einem solchen Hologramm wird im Idealfall eine punktförmige Id.ohtq.uel-Ie für weißes Licht verwendet_t die relativ zum Hologramm an derselben räumlichen Stelle wie die punktförmige Lichtquelle für den Bezugsstrahl angeordnet isto Da jeder Bereich des Hologramms nur auf ein schmales Band von Wellenlängen oder Frequenzen anspricht und da zwei oder mehr sonmale Wellenlängenbänder jeweils duroh eine Vielzahl solcher auf dem Hologramm verteilter Bereiche repräsentiert werden, ergibt sioh aus der Beleuchtung mit weißem Licht ein mehrfarbiges Bild. ' μ

Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sind Beispiele für die Erzeugung mehrfarbiger Leuohthologramme auf lichtempfindlichen Stoffen mit regellos ausgebildeter Oberflächeο Ähnliche Ausführungsformen und deren Kombinationen können nach Kenntnis der Erfindung duroh den Pachmann verwirklicht werden·

Das Leuohthologramm auf der geschliffenen Glasfläche kann als ein "verfälschtes" spektroskopisohes Beugungsgitter verwendet werden. Hat das aus Ätzschutzschicht und Unterlage bestehende Material ausreichende Beugungseigensohaften, so ist es möglich^ ein Wellenlängenfilter mit einer extrea sohma- I len Durohlaßbreite zu verwirklichen«

Ein Hologramm mit einer Vielzahl soloher sohmaler Bandpaß«· filter_t von denen jeweils eines einer Spektrallinie eines Elements-oder einer Verbindung zugeordnet 1st, kann zur schnellen"Bestimmung des Vorhandenseins eines Elementes oder einer Verbindung anstelle eines übliohen Beugungsgitters in einer Spektroskop!sohen Einrichtung verwendet werden· Sine Ausführungeform dieses Gedankens besteht darin, dafi ein Hologramm mit Eigenschaften sohmaler Bandpaßfilter für

109831/U54

sionslinlen vieler Elemente oder Verbindungen ausgestattet wird β Filter für ein solches einzelnes Element oder eine Verbindung können beispielsweise ihr Licht auf eine lichtmeßvorriohtung fokussieren, z.B. auf eine Fotodiode oder eine Fotovervielfaoherröhre· Eine Anordnung geeichter liehtmeßvorriohtungen, die jeweils einem Element oder einer Verbindung zugeordnet sind, ermöglicht die schnelle Bestimmung der Häufigkeit solcher Stoffe durch Messung der entsprechenden Lichtintensität. Sine diese Messung ermoglicher.de Vorrichtung kann gemäß bekannter Technik mit einer Anzahl vielschichtiger Interferenzfilter und Linsen aufgebaut sein. Solohe Filter sind jedoch sehr teuer und machen den wirtschaftlichen Nutzen einer solchen Einrichtung fraglich· Eine Zusammenstellung holographischer Filter der vorstehend beschriebenen Art kann so billig nachgebildet werden, daß eine Mtßeinrichtung bei extrem geringem Aufwand verwirklicht werden kann·

In der vorstehenden Besohreibung vorzugsweiser Aueführungsformen der Erfindung wurden bestimmte Anordnungswinkel und Stoffe für eine holographische Fläche beschrieben, diese können jedoch entsprechend der jeweiligen kohärenten Strahlung und der zur Verfügung stehenden Materialien geändert werden· Ee sind also zahlreiche andere Ausführungsformen möglioh, die insgesamt durch den Grundgedanken der Erfindung umfaßt werden»

109831/US4

Claims (1)

1. Pat entansprüch e

   ί TT-T — 1Λ... _ΑΊ» _. ^m A 1*Ί

   ·} HolograpÜBciies Abbildlängsverfahren, dadurch gekennzeichnet, daS ein entsprechend einem Objekt modulierter kohärenter Strahl (22) auf eine Seite einer dünnen, fotohärtbaren Schicht (32) alt regellos veränderlicher Oberfläche gerichtet wird und daß ein Bezugsstrahl (26), der mit dem kohärenten Strahl (22) in Phase ist, auf die andere Seite der Schicht (32) gerichtet wird und in und auf einer Seite der Schicht (32) ein Stehwellen-Interferenzmuster (36) sowie entsprechende Xn* derungen der Löslichkeit der Schichtoberfläche in einem ™ Lösungsmittel erzeugt·

   2· Verfahren naoh Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf einer Unterlage (30} angeordnete fotohärtbare Schicht (32) einem Lösungsmittel für die weniger erhärteten Bereiche ausgesetzt wird·

   5. Verfahren naoh Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine dünne Schicht eines reflexionsfähigen Katerlals auf die mit dem Hologramm versehene Oberfläche der fotohärtbaren Schicht (32) aufgebracht und deren Struktur angepaßt wird· Λ

   4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3t dadurch gekennzeichnet, daß die fotohärtbare Schicht (32) duroh Aufbringen eines dünnen Überzuges auf eine mit unregelmäßiger Oberfläohe versehene Unterlage (30) gebildet wird·

   5· Verfahren naoh Anspruch 3# daduroh gekennzeichnet, daß als reflexionefählgee Material ein Metall Verwendet wird,

   109831/1454

   das durch Vakuumaufdampfung auf die Oberfläche der fotohärtbaren Schicht (32) aufgebracht wirde .

   6· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die fotohärtbare Schicht (32) aus einer Aufschlämmung eines fein gemahlenen, transparenten Materials, gemischt mit einem Ätzschutzmaterial, auf einer transparenten Unterlage gebildet wird,

   7_β Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einwirkung des Objektstrahls (22) und des Bezugsstrahls (26) vor der Einwirkung eines Lösungsmittels zumindest einmal wiederholt wird.

   8e Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die fotohärtbare Schicht (32) durch Aufbringen auf eine transparente Unterlage (32) gebildet und mit einem stark diffusen Strahl ultravioletten Lichtes bestrahlt und entwickelt wird·

   9ο Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die fotohärtbare Schicht (32) mit einem Material beschichtet wird, dessen Brechungsindex mit demjenigen der fotohärtbaren Schicht (32) übereinstimmt und daß der regellos sich ändernden Oberfläche der fotohärtbaren Schicht (32) angepaßt ist, während seine freie Oberfläche regelmäßig ausgebildet ist, und daß das Material naoh Einwirken des Objektstrcshls von der fotohärtbaren Schicht (32) entfernt wird, wonach eine Einwirkung eines Objektstrahls (22) und eines Bezugsstrahls (26) erfolgt.

   10. Verfahren naoh einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Rekonstruktion des holographisch

   109831/U54

   aufgezeichneten Bildes ein kohärenter Rekonstruktionsstrahl aus derselben Richtung auf das Hologramm einwirkt wie der bei dessen Erzeugung auf die fotohärtbare Schioht (32) einwirkende Bezugsstrahl·

   11e Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Rekonstruktionsstrahl denselben spektralen Aufbau hat wie der Bezugsstrahl (26)·

   12o Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Rekonstruktionsstrahl dieselbe Krümmung der ^ Wellenfront wie der Bezugsstrahl (26) hat· '

   15. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Rekonstruktion des holographischen Bildes kohärente Rekonstruktionsstrahlen mit derselben Richtung auf das Hologramm einwirken wie die bei dessen Erzeugung auf die fotohärtbare Schicht (32) einwirkenden Bezugsstrahlen, wobei die Rekonstruktionsstrahlen dieselbe Wellenlänge und Krümmung der Wellenfront haben wie die Bezugsstrahlen.

   14· Verfahren nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß zur Rekonstruktion des holographischen Bildes ein Strahl | weißen lichtes auf das Hologramm einwirkt, wodurch ein mehrfarbiges Bild entsprechend den bei der Erzeugung des Hologramms verwendeten Bezugsstrahlen entsteht«

   15o Verfahren nach einem der Ansprüohe 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Rekonstruktion des holographischen Bildes weißes licht auf das Hologramm einwirkt, wodurch das Bild positiver erster Ordnung ohne Verzerrung rekonstruiert wird, während andere Bilder und Wellenlängen regellos gestreut werden·

   109831/U5A

   16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Rekonstruktion des holographischen Bildes die fotohärfbare Schicht (32) mit einem Material beschichtet wird, das denselben Brechungsindex wie die fotohärtbare Schicht (32) hat und mit einer regelmäßigen Oberfläche versehen ist, daß ein Lösungsmittel zur Einwirkung auf die fotohärtbare Schicht (32) gebracht wird und daß dann ein kohärenter Strahl durch das auf der fotohärtbaren Schicht (32) vorhandene Material hindurch auf das Interferenzmuster der fotohärtbaren Sohicht (32) einwirkte

   17· Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der kohärente Rekonstruktionsstrahl vor der Einwirkung auf das Interferenzmuster durch die fotohärtbare Schicht (32) hindurchgeleitet wird·

   109831/U54

   Leerseite