DE2751868A1 - Verfahren zum aufzeichnen von hologrammen - Google Patents

Verfahren zum aufzeichnen von hologrammen

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DE2751868A1
DE2751868A1 DE19772751868 DE2751868A DE2751868A1 DE 2751868 A1 DE2751868 A1 DE 2751868A1 DE 19772751868 DE19772751868 DE 19772751868 DE 2751868 A DE2751868 A DE 2751868A DE 2751868 A1 DE2751868 A1 DE 2751868A1
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DE
Germany
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polymer
frost
thermoplastic
layer
phenomenon
Prior art date
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Pending
Application number
DE19772751868
Other languages
English (en)
Inventor
Albert Asher Friesem
Zeev Rav-Noy
Shymon Reich
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yeda Research and Development Co Ltd
Original Assignee
Yeda Research and Development Co Ltd
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03GELECTROGRAPHY; ELECTROPHOTOGRAPHY; MAGNETOGRAPHY
    • G03G16/00Electrographic processes using deformation of thermoplastic layers; Apparatus therefor
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03GELECTROGRAPHY; ELECTROPHOTOGRAPHY; MAGNETOGRAPHY
    • G03G5/00Recording members for original recording by exposure, e.g. to light, to heat, to electrons; Manufacture thereof; Selection of materials therefor
    • G03G5/02Charge-receiving layers
    • G03G5/022Layers for surface-deformation imaging, e.g. frost imaging

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Holo Graphy (AREA)

Description

  • Verfahren zum Aufzeichnen von Hologrammen
  • 3 e s c h ; e i b u n g Photothermoplastische Materialien sind photoleitfähige thermoplastische Medien, auf denen Hologramme als Oberflächendeformationen aufgezeichnet werden. Die Materialien werden durch eine Koronaentladung zu einem positiven oder negativen Potential sensibilisiert, einer sichtbaren Strahlung ausgesetzt und durch Erhitzen auf die Fließtemperatur entwickelt.
  • Elektrostatische Kräfte erzeugen Deformationen, die proportional der Lichtintensität sind, welche beim Belichten angewendet wird. Ein stabiles Hologramm bildet sich, wenn das photothermoplastische Material abgekühlt wird, bevor die Oberflächenspannung der Kunststoffschicht die ursprüngliche glatte Oberfläche wieder herstellt. Das Hologramm kann ausgelöscht werden, indem die thermoplastische Schicht über den Erweichungspunkt hinaus erhitzt wird. Die ursprüngliche glatte Oberfläche wird wieder hergestellt und die Materialien sind für einen neuen Aufzeichnungszyklus bereit.
  • Die wesentlichen Merkmale von photothermoplastischen lEsterialien, die sie für allgemeine holographische Anwendungszwecke sehr attraktiv machen, sind: (1) Lesen-Schreiben-Löschen-Fähigkeiten; (2) eine in situ erfolgende Aufzeichnung, Entwicklung und Auslesung und (3) ein praktisch Realzeit-Aufzeichnungszyklus (typischerweise weniger als 3 sec). Weitere attraktive Merkmale sind z.B. relativ hohe Belichtungsempfindlichkeiten und eine panchromatische Antwort.
  • Bei der Aufzeichnung mit solchen photothermoplastischen Materialien erfolgt die Bildung von Reif (Frost) auf der Oberfläche der thermoplastischen Schicht. Bislang wurde dieser Reif als eigener Teil der Aufzeichnung angesehen und willkürlichen Oberflächenfalten zugeschrieben, die spontan in Gegenden genügend hoher Ladungsdichte auftreten. Bei der Aufzeichnung einer holographischen Information bewirken diese willkürlichen Oberflächenstörungen eine zu starke Lichtstreuung die zu relativ schlechten Geräuscheigenschaften und zu einem Energieverlust führt. Bei einer anderen Aufzeichnungsanwendung, beispielsweise der xerographischen Abbildung (vgl. R.W.
  • Gundlack und C.J. Claus "A Cyclic Xerographic Methan Based on Frost Deformation", Phot. Sci. Eng., 7, 14 (1963)), ist der Reif ein inhärenter Teil der Abbildungstechnik. Bei einer solchen Abbildungsanwendung hängt die Menge bzw. das Ausmaß des Reifs von der Ladungsdichte ab, die im allgemeinen relativ schwierig und umständlich zu kontrollieren ist.
  • Durch die Erfindung wird nun ein photothermoplastisches System für holographische Realzeit-in situ- und Abbildungsanwendungen zur Verfügung gestellt, bei dem das Reifphänomen leicht kontrolliert und ge£nschtenfalls im wesentlichen eliminiert werden kann.
  • Die Aufzeichnungsmechanismen von photothermoplastischen Vorrichtungen sind in der Literatur schon in Einzelheiten beschrieben worden, z.B. in folgenden Literaturstellen: 1. J.C. Urbach und R.W. Meier "Thermoplastic xerographic holography", Appl. Opt. 5, 666 (1966); 2. J.H. Lin und M.L. Beauchamp "Write-read-erase in situ optical memory using thermoplastic hologram", Appl.
  • Opt. 9, 2088 (1970); 3. T.C. Lee Holographic recording on thermoplastic films, Appl. Opt. 13, 888 (1974).
  • Hierin werden daher nur die grundlegenden Merkmale solcher Vorrichtungen und Verfahren beschrieben.
  • Die Merkmale einer Vorrichtung, die für das erfindungsgemä-Be Verfahren verwendet werden kann, werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, die nicht maßstabgerecht sind, erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Darstellung einer photothermoplastischen Aufzeichnungsvorrichtung in teilweiser Querschnittsseitenansicht; Fig. 2 (a) bis (d) in schematischer Weise das Verfahren der Aufzeichnung und des Loschens der Information durch eine solche Vorrichtung.
  • Figur 1 zeigt eine Struktur, die leicht hergestellt werden kann. Das Substrat 11 kann ein optisches Glas oder ein anderes Material sein, auf dem ein dünner Film eines transparenten Leiters 12 (im allgemeinen Zinnoxid oder Indiumoxid) abgeschieden worden ist. Die leitfähige Schicht wird zum elektrischen Erhitzen und auch als Erdungsplatte für die Ladungen verwendet, die auf der Oberfläche des thermoplastischen Materials abgeschieden werden. Eine Schicht 13 eines organischen Photoleiters wird sodann auf den transparenten Leiter aufgeschichtet. Die Spitzenschicht 14 besteht aus einer deformierbaren thermoplastischen Schicht. Das photoleitfähige Material 13 in einer Vorrichtung gemäß der Erz in dung war Poly-n-vinylcarbazol (PVK), das mit Trinitrofluorenon (TNF) sensibilisiert war. Die Dicke dieser Schicht betrug etwa 2 pm. Die thermoplastische Schicht 14 bestand aus Polystyrol, wobei die Schichtdicke etwa 0,5 P m betrug.
  • Das Hologramm wird in dem photothermoplastischen Material in Form von Oberflächendeformationen aufgezeichnet, welche den räumlichen Variationen des Aussetzungs- bzw. Belichtungsmusters entsprechen. Nachstehend wird der Aufzeichnungsprozeß anhand der Figuren 2 (a) bis (c) erläutert. Er besteht aus drei Grundstufen: 1) Das Aufzeichnungsmedium wird (im Dunkeln) zu einem gleichförmigen Potential durch eine Koronaentladungsvorrichtung aufgeladen; 2) das Medium wird Licht ausgesetzt, wodurch eine Variierung des Ladungsmusters auf dem Photoleiter bewirkt wird, welche der Variierung der Belichtung entspricht, und es wird in denjenigen Bereichen wieder aufgeladen, wo das Belichten das elektrostatische Oberflächenpotential verändert hat; 3) das Medium wird entwickelt, indem seine Temperatur auf nahe den Plastizitätspunkt erhöht wird und indem sodann rasch die Temperatur auf Umgebungstemperatur vermindert wird, wodurch Oberflächendeformationen entstehen, die der Lichtintensität proportional sind; 4) gewünschtenfalls kann die Aufzeichnung gelöscht werden, indem die Temperatur nahe an den Schmelzpunkt der Schicht 14 erhöht wird, um die Oberflächendeformationen auszugleichen.
  • Zusätzlich zu der gewünschten holographischen Oberflächendeformation wird üblicherweise eine willkürliche Deformation erzeugt, die normalerweise als "Reif" bzw. "Frost" bezeichnet wird. Diese willkürliche Deformation wird in der Literatur als inhärenter Teil des holographischen Prozesses in der photothermoplastischen Vorrichtung beschrieben (vgl.
  • Cressman "J. App. Phys.", 34, 2327 (1963)). Wie bereits oben ausgeführt wurde, begrenzt dieser Reif bzw. dieser Frost das Signal-zu-Geräusch-Verhältnis (SNR) der holographisch rekonstruierten Bilder in erheblicher Weise. Für einfache holographische Raster bzw. Gitter wird der SNR-Wert als die Energie des Lichts definiert, die in der ersten Ordnung gegenüber der Gesamtenergie des gestreuten Lichts von dem Hologramm gestreut wird.
  • Gemäß der Erfindung kann das sogenannte Reifphänomen fast vollständig eliminiert werden. Andererseits kann es gewünschtenfalls innerhalb eines vorgewählten Bereiches kontrolliert werden.
  • Überraschenderweise wurde nämlich festgestellt, daß das Reifphänomen vermieden werden kann, wenn man ein Monokomponentenpolymeres mit einer sehr scharf definierten Molekulargewichtsverteilung für die thermoplastische Schicht verwendet.
  • Um eine reiflose photothermoplastische holographische Aufzeichnung zu gewährleisten, wurde festgestellt, daß die Molekulargewichtsverteilung niedriger als 1,2 und vorzugsweise weniger als 1,08 sein muß.
  • Darin bedeutet Mn das zahlendurchschnittliche Molekulargewicht und Mw das gewichtsdurchschnittliche Molekulargewicht.
  • Aus den nachstehenden Beispielen 5 und 6 wird ersichtlich, daß eine genaue Kenntnis der Verteilung der Molekulargewichte in der thermoplastischen Schicht von polydispersen Systemen einen Ansatz für eine exakte Kontrolle des Grads und der charakteristischen Größe des Reifs ergibt. Die Erfindung bezieht sich daher auch auf ein xerographisches Verfahren, wenn immer die Reifmethode als Abbildungsverfahren verwendet wird (vgl. z.B. Claus et al "Xerography", The Focal Press, 1965, Kapitel XIII, Seite 375).
  • Beispiel 1 Polystyrol mit einem MG von 900 und % = 1,01 wurde in spek-Mn troskopisch reinem Tetrachlorkohlenstoff aufgelöst (5 gew.-%ige Lösung). Diese Lösung wurde sodann auf die Photoleiterschicht durch Tauchbeschichten aufgebracht, um als thermoplastische Schicht der in Figur 1 gezeigten photothermoplastischen Vorrichtung zu dienen (es können auch andere Beschichtungstechniken, z.B. ein Drehbeschichten, Walzenbeschichten etc., mit vergleichbaren Ergebnissen verwendet werden). Die Dicke der thermoplastischen Schicht betrug 0,5 P m. Das Tetrachlorkohlenstofflösungsmittel wurde von der obigen Schicht abgedampft, indem die gesamte Vorrichtung 24 h lang in einem evakuierten Ofen auf 700C erhitzt wurde. Ein einfaches holographisches Gitter bzw. Raster wurde auf der Vorrichtung aufgezeichnet. Das gemessene gestreute Geräusch betrug etwa 0,5S/o des einfallenden Strahls. Das gesamte Verfahren wurde mit einem handelsüblichen, weichgemachten Polystyrol, z.B.
  • Piccolastic (A75), wiederholt. Das gestreute Geräusch mit diesem Material betrug huber 30% des einfallenden Bündels -d.h. war signifikant größer als bei dem monodispergierten Polystyrol.
  • Beispiel 2 Polystyrol mit einem 4G von 2200 und C 5 1,06 wurde in spektroskopisch reinem Tetrachlorkohlenstoff aufgelöst (5 gew. -%ige Lösung). Diese Lösung wurde sodann durch eine Tauchbeschichtungstechnik auf die Photoleiterschicht aufgeschichtet, um als thermoplastische Schicht der in Figur 1 gezeigten photothermoplastischen Vorrichtung zu dienen. Die Dicke der thermoplastischen Schicht betrug 0,4 pm, Das Tetrachlorkohlenstofflösungsmittel wurde von der obigen Schicht abgedampft, indem die ganze Vorrichtung 24 h lang in einem evakuierten Ofen bei 700C erhitzt wurde. Ein einfaches holographisches Gitter bzw. Raster mit 800 Linienjmm wurde auf der Vorrichtung aufgezeichnet.
  • Die Beugungswirksamkeit, die als Energie, welche in der ersten Ordnung gestreut wird, zu der einfallenden Energie definiert ist, des Gitters bzw. Rasters betrug 12%. Das gemessene gestreute Geräusch betrug etwa 0,5% des einfallenden BUndels.
  • Beispiel 3 Polystyrol mit einem MG von 9000 und Mw< 1,10 wurde als Mn thermoplastische Schicht nach der Arbeitsweise der Beispiele 1 und 2 hergestellt. Ein einfaches holographisches Gitter bzw. Raster mit 800 Llnien/mm wurde auf der photothermoplastischen Vorrichtung aufgezeichnet, wobei eine Beugungsleistung von 10X gezeigt wurde. Das gemessene gestreute Geräusch betrug etwa 0,5X des einfallenden BUndels.
  • Beispiel 4 Polystyrol mit einem NG von 40000 und < 1,1 wurde als thermoplastische Schicht nach der Verfahrensweise der Beispiele 1 und 2 hergestellt. Ein einfaches holographisches Gitter bzw. Raster mit 800 Linien/mm wurde auf der thermoplastischen Vorrichtung aufgezeichnet, wobei eine Beugungsleistung von 2% und ein gemessenes gestreutes Geräusch von etwa 1% gezeigt wurde.
  • Beispiel 5 3 Gewichtsteile Polystyrol mit einem MG von 9000 und Mw <1,10 und 7 Gewichtsteile Polystyrol mit einem MG von Mn Mw 2200 und <1,06 wurden in spektroskopisch reinem Tetra-Mn chlorkohlenstoff zu einer 5 gew.-%igen Lösung von Polystyrol in CCl4 aufgelöst. Diese Lösung wurde sodann nach einer Tauchbeschichtungstechnik auf die Photoleiterschicht der photothermoplastischen Vorrichtung aufgeschichtet. Die Dikke der thermoplastischen Schicht betrug 0,4 P m. Ein einziges holographisches Gitter bzw. Raster mit 800 Linien/mm und einer Beugungsleistung von 10% wurde auf der photothermoplastischen Vorrichtung aufgezeichnet. Das gemessene gestreute Geräusch betrug etwa 30% des einfallenden Bündels.
  • Beispiel 6 Es wurde wie im Beispiel 5 verfahren, wobei jedoch ein Gewichtsverhältnis von: Polystyrol mit einen MG von 9000 2 Polystyrol mit einem MG von 2200 10 angewendet wurde. Die gemessene Beugungsleistung betrug 10% und das gestreute Geräusch ungefähr 5,'.
  • Ende der Beschreibung.
  • L e e r s e i t e

Claims (13)

  1. Patentansprüche 1. Verfahren zum Aufzeichnen von Hologrammen in einem photothermoplastischen Material, bei dem man das Aufzeichnungsmedium durch eine Koronaentladung auf ein im wesentlichen gleichförmiges Potential auflädt, das Medium einem Lichtmuster aussetzt, wodurch eine Variierung des Ladungsmusters auf dem Photoleiter erzeugt wird, welche der Variierung der Belichtung entspricht, die Bereiche, wo das Belichten das elektrostatische Oberflächenpotential verändert hat, wieder auflädt, das Medium entwickelt, indem man die Temperatur auf nahe die Temperatur, bei der das Medium seinen Plastizitätspunkt erreicht, erhöht und indem man rasch die Temperatur unterhalb des Plastizitätspunkts erniedrigt, wodurch Oberflächendeformationen der thermoplastischen Schicht erzeugt werden, die der Lichtintensität proportional sind, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß man das Reifphänomen in der Weise kontrolliert, daß man als thermoplastisches Material ein Polymeres mit einer definierten Molekulargewichtsverteilung Mw/ , worin Mn das zahlendurchschnittliche Molekulargewicht und Mw das gewichtsdurchschnittliche Molekulargewicht ist, verwendet, wobei der Wert N / einen vorgewählten Wert hat.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß man ein Monokomponentenpolymeres mit einer scharf definierten Molekulargewichtsverteilung verwendet.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß das Reifphänomen signifikant vermindert worden ist und daß das Verhältnis F4t/kin niedriger als 1,2 ist.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß das Verhältnis N / niedriger als 1,08 ist, wobei das Reifphänomen im wesentlichen eliminiert ist.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß man das Reifphänomen für eine thermoplastische xerographische Holographie verwendet und daß man als thermoplastisches Material ein Gemisch von Polystyrolen mit verschiedenen Molekulargewichten verwendet.
  6. 6. Vorrichtung zum Aufzeichnen von Hologrammen, wobei ein vorgewählter Reibwert resultiert, mit einer herkömmlichen Anordnung eines Substrats, einer transparenten leitfähigen Schicht, einer photoleitfähigen Schicht und einer thermoplastischen Schicht, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß die thermoplastische Schicht einen vorgewählten Wert von X / gemäß Anspruch 1 hat.
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß zur Aufzeichnung von Hologrammen mit minimalem Reifphänomen der Wert von Mw/Mn weniger als 1,2 ist.
  8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Wert für N /Mn weniger als 1,08 ist und daß das Reifphänomen im wesentlichen eliminiert ist.
  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der der Reifeffekt im wesentlichen eliminiert ist, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die thermoplastische Schicht aus einem Monokomponentenpolymeren besteht.
  10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß das Verhältnis N / E weniger als 1,06 ist.
  11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß das Polymere Polystyrol ist.
  12. 12. Vorrichtung nach einem der AnsprUche 8 bis 10, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das Molekulargewicht des Polymeren zwischen 900 und 40000 liegt.
  13. 13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Dicke der Polymerschicht etwa 0,25 bis 10 µ m ist.
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