DE2340236A1

DE2340236A1 - Holographisches aufnahmemedium

Info

Publication number: DE2340236A1
Application number: DE19732340236
Authority: DE
Inventors: Louis Anthony Dimarco; Robert James Ryan
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1972-08-18
Filing date: 1973-08-09
Publication date: 1974-02-28
Also published as: JPS4960547A; US3833383A; GB1432633A; JPS5335721B2; FR2196502B1; FR2196502A1; CA1005677A; NL7311377A

Description

Dipl.-Ing. H. Sauerland · Drying. R. König · Dipl.-lng. K. Bergen Patentanwälte ■ 4οαο Düsseldorf 3D · Gecilienallee 7S · Telefon 433733

8ο August 1973 28 714 B

RCA Corporation, 30 Rockefeller Plaza, New York, N₀Y. 10020 (V₀St.A₀)

"Holographisches Aufnahmemedium"

Die Erfindung betrifft ein Medium für holographische Aufnahmen.

Die Aufnahme redundanter Hologramme in Form eines dreidimensionalen Phasengitters oder Reliefmusters in einem Medium optischer Güte ist bereits beschrieben worden. Nach diesem System wird kohärentes Licht in zwei Strahlen geteilt, und zwar einen Objektstrahl und einen Bezugsstrahl«, Der Objektstrahl passiert das aufzunehmende Objektbild und wird derart abgelenkt, daß er auf der Oberfläche eines lichtempfindlichen Mediums mit dem Bezugsstrahl zusammentrifft, wodurch im Medium ein Interferenzmuster erzeugt wird. Das Entwickeln des lichtempfindlichen Mediums führt zu einem dreidimensionalen Reliefmuster oder Phasengitter auf der Oberfläche, das der aufgenommenen \j.deo-Information entspricht.

Es ist wichtig, daß nur der Objekt- und Bezugsstrahl sich auf der Aufnahmeοberflaehe treffen. Jegliches Licht von anderen Quellen führt zu Störungen und Verzerrungen im aufgenommenen Bild und damit zu einer Beeinträchtigung seiner Gesamtqualität. Störungen bzw. "Rauschen" können durch Lichtwellen hervorgerufen werden, die von den Kanten der verwendeten optischen Befestigungsmittel, von

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Staub, Schrammen oder anderen Defekten im Aufnahmemedium gebeugt werden, und durch Licht, das durch das Aufnahmemedium geschickt und auf die Aufnahmefläche reflektiert wird. Der letztgenannte Störeinfluß kann dadurch minimal ' gehalten werden, daß auf der rückwärtigen Oberfläche des Aufnahmemediums ein Lichthof Schutzmittel vorgesehen wird» Ein für die Praxis verwendbares LichthofSchutzmittel für holographische Aufnahmemedien muß drei Grundeigenschaften besitzen: Es muß einen Brechungsindex haben, der gleich oder zumindest ähnlich dem des Aufnahmemediums ist, um eine Reflexion des Lichtes an der Grenzschicht zwischen dem Aufnahmemedium und dem Lichthofschutzmittel zu verhindern; es muß durch das Aufnahmemedium. gesandtes Licht absorbieren, um die Reflexion von Licht an der Grenzschicht zwischen dem Lichthofschutzmittel und der Luft zu vermeiden; und es muß inert und nichthaftend sein bezüglich der Aufnahmeoberflache des Aufnahmemediums, mit dem es in Berührung kommt. Konventionelle Lichthofschutzmittel, die z.B_e in der fotografischen Technik zur Anwendung kommen, sind deshalb unpraktisch, weil sie an lichtempfindlichen Polymerzusammensetzungen, wie Fotoresisten, haften und davon ohne Beschädigung der Potoresistoberflache nicht entfernt werden können» Dies schließt eine Lagerung des Aufnahmemediums in Form eines auf eine Rolle gewickelten Bandes oder Films aus«

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein mit einem Lichthofschutzmittel versehenes Aufnahmemedium zu schaffen, das die vorerwähnten Nachteile nicht besitzt» Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen transparenten, planparallelen Träger, eine lichtempfindliche Schicht auf einer Seite des Trägers und eine auf der gegenüberliegenden Seite des Trägers angeordnete Lichthofschutzschicht, die ein hydrophiles Polymer mit noch reaktionsfähigen Vinylalkoholgruppen und einen darin gelösten, lichtabsorbierenden Lichthofschutzfarbstoff

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enthält.

Dar erfindungsgemäße Vorschlag führt zu einem Überzug der nicht hemmend ist und mit einer lichtempfindlichen Schicht in Berührung gebracht werden kann, ohne daß er daran haften bleibt oder die darauf aufgenommenen Informationen in irgendeiner Weise beschädigte

Die beiliegende Zeichnung gibt einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Aufnahmemediums wieder.

Das für holographische Aufnahmen geeignete Medium besteht aus einem transparenten, planparallelen Substrat optischer Qualität, auf dessen einer Seite sich eine lichtempfindliche Schicht befindet, und dessen gegenüberliegende Seite mit einer nicht hemmenden Lichthofschutzmittelschicht versehen ist, die ein hydrophiles Polymer mit noch reaktionsfähigen Vinylalkoholgruppen und einen darin gelösten, geeigneten lichtabsorbierenden Lichthofschutzfarbstoff enthält.

Das Substrat des Aufnahmemediums kann ein transparenter, planparalleler Träger optischer Qualität sein, wie Glas oder ein klares polymeres Substrat, vorzugsweise aus einem Acrylharz, Acetatharz oder einem Polyäthylenterephthalatharz. Vorzugsweise ist der Träger flexibel und in Form eines Bandes oder Films leicht handhabbar, so daß er in einfacher Weise bis zu seiner Verwendung gelagert werden kann. Orientiertes Polyäthylenterephthalatband von optischer Qualität ist kommerziell in verschiedenen Breiten und Dicken und mit ausgezeichneten, glatten Oberflächen erhältlich und wird daher ζ„Zt. bevorzugt.

Die lichtempfindliche Schicht ist herkömmlich und reagiert auf kohärentes Licht. Sie kann z.B₀ aus einem

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Fotoresist, entweder positiver oder negativer Art, bestehen, jedoch können auch andere herkömmliche lichtempfindliche Materialien Verwendung finden. Positive Foto— resiste sind hochempfindlich bei der Aufnahme mit kohärentem oder Laser-Licht und werden daher im Augenblick bevorzugt. So gibt es einen geeigneten positiven Fotoresist, der bei Aufnahmewellenlängen des Helium-Cadmium-Lasers (4416 i) gute Empfindlichkeit zeigt₀ Die Wahl des lichtempfindlichen Materials hängt von der Aufnahmewellenlänge ab. Das Substrat wird in bekannter Weise mit einer Lösung der lichtempfindlichen Zusammensetzung versehen, beispielsweise durch Auftragen mittels Rollen oder Bürsten oder mit Hilfe einer Rakel u» dgl», um eine gleichförmige Schicht des lichtempfindlichen Materials, vorzugsweise 1 bis 2 Mikron dick oder dicker zu erhalten,»

Die Lichthofschutzschicht besteht aus einem nicht hemmenden, hydrophilen Harz, das Lichthofschutzfarbstoff enthält. Es hat sich herausgestellt, daß ein noch reaktionsfähige Vinylalkoholgruppen und einen lösbaren Farbstoff enthaltendes Polymer die gewünschten, eingangs erwähnten Voraussetzungen für eine Lichthofschutzschicht erfüllt und zudem nicht hemmend ist. Zu den geeigneten Polymeren gehören Homopolymerisate von Vinylalkohol oder Copolymerisate mit mindestens ungefähr 5 (*ew_o% restlichen, noch reaktionsfähigen Vinylalkoholgruppen_β Derartige Polymere absorbieren Wasser und führen zu einer hydrophilen Oberfläche, die mit herkömmlichen Fotoresistoberflächen unverträglich ist_e Besonders geeignete Copolymere des Vinylalkohole sind Copolymere von Vinylalkohol und einem Vinylacetal, Diese Copolymerisate sind in organischen Lösungsmitteln löslich, die auch verschiedene organische Farbstoffe lösen, und werden daher im Rahmen der Erfindung bevorzugt. Copolymerisate von Vinylbutylaldehyd und Vinylalkohol mit ungefähr 20 Gew.% noch reaktionsfähiger

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Vinylalkoholgruppen sind besonders bevorzugt. Derartige Copolymerisate sind kommerziell erhältlich und enthalten auch einen geringen Anteil an Vinylacetat„ Dem Copolymer wird ein geeignetes Aushärtungsmittel und Katalysator beigemischt«, Geeignete Aushärtungnnittel sind herkömmlich.; zu ihnen gehören hitzehärtbare Aminoaldehydharze, wie Harnstoff-Formaldehydo Geeignete Katalysatoren sind ebenfalls bekannt; zu ihnen gehört p-Toluolsulfonsäure. Die Harze werden in besonders einfacher Weise in Lösung aufgegebene

Der Farbstoff, der in dem hydrophilen Polymer lösbar sein muß, wird so ausgewählt, daß er Licht der Wellenlänge des für die Aufnahme verwendeten Lasers absorbiert» So ist z.B_e ein Farbstoff erhältlich, der bei 4416 Ά absorbiert, was der Wellenlänge eines Helium-Cadmium-Lasers entspricht. Selbstverständlich kann bei Anwendung einer anderen Aufnahmewellenlänge ein anderer Farbstoff gewählt werden. Die Menge des Farbstoffs ist nicht kritisch, und es kann bis zum maximal in dem hydrophilen Harz lösbarer Farbstoff zugegeben werden. Wenn weniger Farbstoff zugesetzt wird, kann eine dickere Schicht des Lichthofschutzmittels erwünscht sein, um das durch das Aufnahmemedium geschickte Licht zu absorbieren,. Die optimale Farbstoffkonzentration und Polymerdicke für jedes System kann in einfacher Weise durch Versuche ermittelt werden»

Bei der Herstellung der Lichthofschutzschicht wird das Harz vorzugsweise in einem geeigneten Lösungsmittel gelöst und das Vernetzungsmittel sowie der Katalysator zugegeben. Der Farbstoff wird in der sich ergebenden Lösung aufgelöst und die Mischung filtriert. Die Lösung wird in herkömmlicher Weise auf das Substrat gegeben, um eine Schicht geeigneter Dicke herzustellen, und zwar auf die der lichtempfindlichen Schicht gegenüberliegende

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Seite. In den meisten Fällen besitzt die Lichthofschutzschicht eine Dicke von ungefähr 1 Ms 2 Mikron. Das beschichtete Substrat wird dann erhitzt, um das Lösungsmittel zu verdampfen und das Harz teilweise zu vernetzen. Die Härtezeit hängt sowohl von der gewählten Temperatur als auch dem Harz, dem Katalysator und dem Lösungsmittel ab. Beispielsweise benötigt man zum Trocknen und Härten bei 85°C ungefähr 15 Minuten, während das Härten bei niedrigeren Temperaturen von ungefähr 65°C zwei Stunden oder mehr für das gleiche Resultat erfordert. Der optimale Zeit- und Temperaturzyklus für jedes Harz, Katalysator und Lösungsmittel kann ohne weiteres durch Versuche ermittelt werden»

Die Reihenfolge des Aufbringens der lichtempfindlichen Schicht und der Lichthofschutzschicht auf das Substrat ist nicht kritisch, jedoch wird im allgemeinen bevorzugt, die Lichthofschutzschicht aufzubringen und zu härten, bevor die lichtempfindliche Schicht angebracht wird.

Die bevorzugte Form des erfindungsgemäßen Aufnahmemediums als Film oder Band kann vor oder nach Belichtung und Entwicklung der lichtempfindlichen Schicht auf eine Haspel oder einen Dorn gewickelt vorteilhaft gelagert werden. Derartige Bänder haben den zusätzlichen Vorteil, daß sie nach der Aufnahme unter Verwendung herkömmlicher Bandprojektionsgeräte zur Qualitätskontrolle vor der Herstellung des Abdrucks gelesen werden können» ·

Gemäß der Zeichnung besitzt der Substratfilm 1 auf einer Seite eine lichtempfindliche Schicht 2 und auf der anderen Seite eine Lichthofschutzschicht 3«

Die Erfindung wird anhand des nachfolgenden Beispiels

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näher erläutert, wobei jedoch hervorzuheben ist, daß sie keineswegs auf darin erwähnte Einzelheiten beschränkt ist. Die im Beispiel erwähnten Prozentangaben sind Gewichtsprozente .

Beispiel

Drei Teile eines Vinylbutylaldehydpolymers mit 20% noch reaktionsfähigen Vinylalkoholgruppen wurden in einer 60 : 40 Äthylcellosolve : Äthanol-Lösung aufgelöste 1 Teil eines Harnstoff-Formaldehydharzes und ein p-Toluolsulfonsäure-Katalysator in einer Menge von 5% des gesamten Harzfeststoffgehaltes wurden hinzugerührt und genügend zusätzliches Lösungsmittel zugegeben, so daß eine Lösung entstand, die 3,25% Feststoffe enthielt. Gelber Farbstoff in einer Menge von 40% der Harzfeststoffe wurde in der sich ergebenden Lösung gelöste

Die derart hergestellte Lösung wurde gefiltert und mittels Walzen auf ein zweiachsig orientiertes Polyäthylenterephthalatband gegeben. Die gegenüberliegende Seite des Bandes wurde danach mit einem positiven Fotoresist beschichtet, für 2 Stunden bei 65⁰G getrocknet und zum Lagern auf Haspeln gewickelt.

Unter Verwendung eines Cadmium-Helium-Lasers wurden in diesem Film Phasenhologramme hergestellt. Der Film wurde sodann auf eine Haspel gewickelt und gelagert. Während des nachfolgenden Lesens konnte weder ein Haften zwischen den Schichten des Aufnahmemediums noch eine Beschädigung der Hologramme bemerkt werden.

Sowohl unbelichtete als auch belichtete, in der vorstehenden Weise hergestellte Filme wurden bei Raumtemperatur auf Haspeln gewickelt und für mehr als 6 Monate gelagert«, Nach dem Abwickeln konnten keine nachteiligen

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Einflüsse auf die Filme selbst oder die holographischen Informationen festgestellt werden«

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Claims

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RCA Corporation, 30 Rockefeller Plaza, New York. N.Y. 10020 (V.St.A.)

Patentansprüche;

1« Medium zur Aufnahme holographischer Informationen, gekennzeichnet durch einen transparenten, planparallelen Träger, eine lichtempfindliche Schicht auf einer Seite des Trägers und eine auf der gegenüberliegenden Seite des Trägers angeordnete Lichthofschutzschicht, die ein hydrophiles Polymer mit noch reaktionsfähigen Vinylalkoholgruppen und einen darin gelösten, lichtabsorbierenden Lichthofschutzfarbstoff enthält.
2. Medium nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Polymer mindestens 5 Gew.96 des Polymers noch reaktionsfähiger Vinylalkoholgruppen enthält.
3· Medium nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Vinylalkoholpolymer ein Copolymer von Vinylalkohol und einem Vinylacetal ist.
4. Medium nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Vinylalkoholpolymer ein Copolymer von Vinylalkohol und Vinylbutylaldehyd ist.

5· Medium nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß

der Träger aus einem zweiachsig orientierten Polyäthylenterephthalatfilm optischer Qualität besteht.

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6, Medium nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 Ms 5, dadurch gekennzeichnet , daß die lichtempfindliche Schicht aus einem positiven Fotoresist besteht,

7« Medium nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß das Yinylalkoholpolymer ein Copolymer von Vinylalkohol und Vinylbutylaldehyd mit mindestens 5 Gew_e?6 des Polymers noch reaktionsfähiger Vinylalkoholgruppen ist.

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