DE2101871B2

DE2101871B2 - Holographisches Abbildungsverfahren

Info

Publication number: DE2101871B2
Application number: DE2101871A
Authority: DE
Inventors: N K Sheridon
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1970-01-21
Filing date: 1971-01-15
Publication date: 1978-04-06
Also published as: ES387375A1; DE2101871C3; US3623798A; NL164142B; SE375390B; HU170817B; PL90243B1; CA936729A; NL164142C; JPS5336335B1; BE761846A; CH538709A; DE2101871A1; GB1339991A; NL7100680A; FR2077610A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Holographisches Abbildungsverfahren, bei dem ein entsprechend der Bildinformation eines Objekts räumlich modulierter kohärenter Lichtstrahl als Objektstrahl von der einen Seite her auf eine dünne, transparente fotohartbare Schicht und gleichzeitig ein zum Objektstrahl kohärenter Bezugsstrahl von der anderen Seite her auf die Schicht gerichtet wird, bei dem dann die belichtete fotohartbare Schicht unter Bildung eines Oberflächen-Reliefmusters entwickelt wird, und bei dem zur Rekonstruktion des Bildes das Reliefmuster mit einer dem Bezugsstrahl oder dem unmodulierten Teil des Objektstrahls in Geometrie und Einfallswinkel gleichen Rekonstruktionswelle beleuchtet wird.

In einem Artikel von Denisyuk in Soviet Physics-Doklady, Nr. 7, Seite 543 (1962) ist angegeben, wie ein Hologramm durch Bestrahlung einer dicken fotographischen Emulsion mit einem optischen Stehwellenfeld erzeugt wurde. Das optische Stehwellenfeld wurde durch Interferenz von an einem Objekt reflektierten Licht mit einem in dazu entgegengesetzter Richtung verlaufenden Bezugsstrahl erzeugt. Die fotographische Emulsion zeichnete die Bäuche des Wellenfeldes in Form von Silberablagerungen auf. Diese Silberablagerungen dienten als Reflexionsfläche zur Rekonstruktion des Objektwellenfeldes.

In Applied Physics Letters, Vol. 12, S. 316-318, (1968) ist ausgeführt, daß einander benachbarte Stehwellenflächen einen Abstand von ungefähr einer halben Wellenlänge haben und in ihrer Form nahezu identisch sind. Es kann dann damit gerechnet werden, daß Grenzbedingungen entsprechend einer einzigen isolierten Stehwellenfläche erhalten werden, wenn die Fragmente von Stehwellenflächen isoliert werden, die innerhalb des Abstandes zwischen 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 geblazetes Beugungsgitter eine maximale Lichtmenge in einer einzigen Beugungsordnung. Es ist mit Vertiefungen versehen, deren Verlauf den Stehwellenflächen entspricht.

Derartige Hologramme können auch durch Bestrahlung einer auf Glas befindlichen dünnen Photolackschicht mit hoher Auflösung erzeugt werden. Das Entwicklungsverfahren für Photolack besteht in einer vorzugsweisen Auflösung entweder bestrahlter oder nichtbestrahlter Bereiche, was von der jeweiligen Art des verwendeten Materials abhängt. Zur Auflösung wird eine Entwicklungsflüssigkeit verwendet. Auf diese

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Weise werden nur die Stehwellenflächen in der äußeren Halbwellenschicht des Photolacks isoliert. Eine Auflösung bis zu einer größeren Tiefe wird durch die Uniöslichkeit der bereits isolierten Stehwellenflächen verhindert. s

Bei Beschichtung mit Aluminium erhält man Hologramme, die sich wie gute geblazete Beugungsgitter verhalten. Bei Licht mit einer Wellenlänge von 4880 Angströmeinheiten (entsprechend der Wellenlänge bei der Bestrahlung) beugen sie zumindest 73% des reflektierten Lichtes in der 1. Ordnung, 26% in der 0. Ordnung und weniger als 1% in der — 1. Ordnung.

Das letztgenannte holographische Abbildungsverfahren ist auch aus der DT-OS 19 24 695 bekannt. Gemäß diesem bekannten Verfahren wird eine entsprechend is einem Objekt modulierte kohärente Strahlung auf die eine Oberfläche einer fotohärtbaren Schicht gerichtet, auf deren anderer Oberfläche ein mit dieser Strahlung phasengleicher kohärenter Bezugsstrahl gerichtet wird, wodurch in und an den Oberflächen ein Stehwellen-Interferenzmuster und ihm entsprechende Änderungen der Lösbarkeit der fotohärtbaren Schicht erzeugt werden.

Bei dem erstgenannten Verfahren besteht ein Nachteil darin, daß bei der Rekonstruktion das auf das Hologramm gerichtete Licht von einer jeden der in der dicken Fotoemulsion entwickelten Interferenzflächen ein Teil des Lichtes absorbiert wird, so daß nur ein geringer Teil zur Bilderzeugung zur Verfügung steht. Infolgedessen wird nur ein Bruchteil des zur Rekonstruktion verwendeten Lichtes zur Bilderzeugung genutzt.

Bei den beiden letztgenannten Verfahren besteht ein Nachteil darin, daß das zur Rekonstruktion verwandte Licht kohärent sein muß und eine Wellenlänge haben sollte, die normalerweise der bei der Herstellung des Hologramms verwandten ähnlich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfahren zu verbessern, um ein Hologramm erzeugen zu können, welches leicht vervielfältigt und mit einer beliebigen Lichtquelle, die Licht verschiedener Wellenlängen abgibt, rekonstruiert werden kann, wobei die Wiedergabe des Hologramms mit nur einer oder mehreren Rekonstruktionswellenlängen gewährleistet ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß als zu belichtende fotohärtbare Schicht eine Schicht mit einer unregelmäßig rauhen Oberfläche verwendet wird, wobei sich auf der rauhen Seite der Schicht ein Medium mit bei der Wellenlänge des Aufnahmelichts gleichem Brechungsindex wie die Schicht befindet, dessen von der Schicht abgewandte Oberfläche glatt und regelmäßig geformt ist.

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß das für die Rekonstruktion verwandte Licht nicht in einer Weise kohärent sein muß, wie es für ein normales Hologramm erforderlich ist, da das erfindungsgemäße geblazetes Hologramm nur auf Licht innerhalb eines schmalen Frequenz- oder Wellenlängenbandes anspricht. In vorteilhafter Weise kann aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Bild mit einer einzigen Wellenlänge erzeugt werden, wenn es mit einer Lichtquelle mit Licht mehrerer Wellenlängen beleuchtet wird. Ferner kann auch ein mehrfarbiges Bild erzeugt werden, wenn das erfindungsgemäße Hologramm mit hi Licht mehrerer Wellenlängen beleuchtet wird. Hierfür sind keine besonderen Filter oder Filtervorrichtungen notwendig, wie es noch beschrieben wird. Wie andere geblazetes Hologramme haben die nach der Erfindung hergestellten Hologramme nur reliefartig ausgebildete Informationsflächen und können !mechanisch nachgebildet werden.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können Hologramme derart hergestellt und entwickelt werden, daß eine große Menge willkürlich verteilter Oberflächenregelmäßigkeiten (Rauschen) den auf der Hologrammfläche aufgezeichneten Informationen überlagert ist. Bei Bestrahlung mit weißem Licht werden alle Farben willkürlich gestreut (wie bei einem Mattglas) mil Ausnahme derjenigen Farbe, die dem zur Herstellung des Hologramms verwendeten Laser entspricht. Dadurch ergibt sich ein rekonstruiertes Bild mit geringem Rauschen mit dieser bestimmten Farbe, wobei gleichzeitig die Eigenschaften eines guten geblazeten 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 geblazete Hologramme 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 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 Aufzeichnungsvolumens gebunden und mit der anderen Seite durch eine ebene, sphärische oder zumindest nicht willkürlich ausgebildete Fläche begrenzt ist, durch die das Bestrahlungslicht 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 entfernt, und die erzeugte holographische Reliefstruktur wird durch geeignete Entwicklung isoliert. Sie wird dann normalerweise mit einem stark reflektierenden Material beschichtet, beispielsweise mit Aluminium, wodurch sich eine hohe Rekonstruktionswirkung ergibt.

Bei Beleuchtung mit weißem Licht durch die ebene oder spährische oder zumindest nicht willkürlich ausgebildete Fläche des Materials hindurch, auf dem die holographische Reliefstruktur aufgezeichnet wird, wird nur ein Licht eine Wellenfront ähnlich derjenigen der Erzeugung des Hologramms rekonstruieren, dessen Wellenlänge gleich oder nahezu gleich der Wellenlänge des zur Aufzeichnung des Hologramms verwendeten Lichtes ist. Das übrige Licht wird willkürlich gestreut. Das durch ein solches Hologramm mit weißem Licht erzeugte Bild erscheint dann nur mit derjenigen Wellenlänge, die zur Erzeugung des Hologramms verwendet wurde.

Die Wellenlängenselektionseigenschaft solcher Hologramme ergibt sich aus der besonderen Grenzbedingung, die durch die willkürlich ausgebildete Fläche bestimmt ist, auf der die holographische Reliefstruktur aufgezeichnet wird. Die Phase des von einer solchen Fläche reflektierten Lichtes ist in erster Linie durch die Form und die Stellen der Reliefstruktur bestimmt. Daher ist das von der Reliefstrulctur auf einem »Berg« der willkürlich angeordneten Aufzeichnungsfläche re-

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flektierte Licht genau in Phase mit dem von einem benachbarten »Tal« reflektierten Licht nur für diejenige Wellenlänge, die zur Erzeugung der Rcliefstruktur verwendet wurde. Je größer die Höhen der Berge und die Tiefen der Täler sind und je häufiger sie auftreten, um so größer ist der Phasenfehler für die anderen Lichtwellenlängen und um so kleiner ist die Bandbreite des eine Rekonstruktion eines Bildes von einer solchen Fläche erzeugenden Lichtes. Ein Licht mit einer Wellenlänge, das an einer solchen Aufzeichnungsfläche große Phasenfehler erfährt, wird willkürlich gestreut und kann kein Bild erzeugen. Für solche Wellenlängenwerte wirkt die Aufzeichnungsfläche dann also wie ein Mattglas.

Ein Hologramm mit Selektionseigenschaften für eine einzige Wellenlänge kann wohl mit einer viel kleineren Lichtbandbreite rekonstruiert werden als jede andere Art eines Reliefhologramms. Andere Arten solcher Hologramme zeichnen Wellenfrontinformationen mit Interferenzmustern auf, die einen sinusförmigen oder quasi sinusförmigen Querschnitt haben. 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 willkürlich angeordnete Oberfläche, so hat das damit erzeugte Hologramm Wellenlängenselektionseigenschaften. Dieses Hologramm hat jedoch nicht dieselbe Wellenlängenselektion wie ein auf dieselbe Fläche aufgezeichnetes geblazetes Hologramm, denn bei diesem Hologramm ist die Phase des reflektierten (oder durchgelassenen) Lichtes nicht durch die Formen der Interferenzmuster bestimmt, sondern nur durch ihre Verteilung. Dies verursacht eine geweisse Mehrdeutigkeit der Phase des reflektierten (oder durchgelassenen) Lichtes und ermöglicht damit die Rekonstruktion eines Bildes mit Licht eines größeren Wellenlängenbandes. Diese Art Hologramm unterscheidet sich weiter von einem selektiven Hologramm dadurch, daß das Material an der lichtempfindlichen Fläche nicht denselben Brechungsindex wie die lichtempfindliche Fläche haben muß.

Für eine Wellenlänge selektionsfähige geblazete Hologramme können durch Überlagerung eines hinsichtlich der Phase willkürlichen Rauschmusters auf oder nahe dem verwendeten lichtempfindlichen Material erzeugt werden.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die fotohärtbare Schicht durch Aufbringen eines dünnen Überzuges auf eine mit einer rauhen unregelmäßigen Oberfläche versehene Unterlage gebildet. Der dünne Überzug zeigt dann auf seiner Oberfläche ebenfalls eine rauhe unregelmäßige Struktur auf.

Bei einer anderen Weiterbildung kann die fotohärtbare Schicht dadurch hergestellt werden, daß eine Aufschlämmung eines fein gemahlenen, transparenten Materials, das mit einem Fotolackmaterial gemischt wird, auf eine transparente Unterlage aufgebracht wird. Auf diese Weise ist es ebenfalls möglich, eine fotohärtbare Schicht mit einer rauhen unregelmäßigen Oberflächenstruktur zu bilden.

Bei einer wiederum andern Weiterbildung der Erfindung, wird die fotohärtbare Schicht auf eine transparente Unterlage aufgebracht und mit einem stark diffusen Strahl ultravioletten Lichtes bestrahlt und entwickelt. Da das ultraviolette Licht stark absorbiert wird, dringt es nur in geringem Maße in die fotohärtbarc Schicht ein, so daß sich nach der Entwicklung eine stark streuende Oberfläche ergibt.

Bei einer noch anderen Weiterbildung der Erfindung wirkt zur Rekonstruktion des holographischen Bildes weißes Licht als Rekonstruktionswelle auf das Hologramm ein, wodurch ein mehrfarbiges Bild entsprechend den bei der Erzeugung des Hologramms verwendeten Bezugsstrahlen entsteht. In vorteilhafter Weise werden durch die Selektionseigenschaft des erfindungsgemäßen Hologramms nur durch diejenigen Wellenlängen des weißen Lichtes, die bei der Herstellung des Hologramms verwandt wurden. Bilder rekonstruiert.

Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und der Figuren erläutert. Es zeigt

Fig. 1 den Schnitt einer Mattglasplatte mit darauf aufgebrachtem fotohärtbarem Material mit einer Darstellung der Originaloberfläche und der nach der Bestrahlung erzeugten Hologrammfläche,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Anordnung zur Erzeugung des in Fig. 1 gezeigten Hologramms und

Fig. 3 eine Anordnung zur Rekonstruktion eines Bildes unter Verwendung des erfindungsgemäß hergestellten Hologramms.

Fig. 1 zeigt eine Unterlage 30 mit einer willkürlich sich ändernden Fläche 34, wie sie beispielsweise auf einem Mattglas hoher Qualität vorliegt. Auf der Oberfläche des Mattglases 30 befindet sich eine dünne Schicht eines Fotolackmaterials 32, die praktisch genau wie die willkürlich ausgebildete Fläche 34 verlauf;. Die Oberfläche der Fotolackschicht 32 ist mit einem Material 37 bedeckt, das denselben Brechungsindex für das verwendete Licht hat und mit einer flachen oder sphärischen oder zumindest nicht willkürlich ausgebildeten Oberfläche versehen ist. Dieses Material 37 wird vor der Entwicklung der Fotolackschicht 32 entfernt. Das Mattglas und das Fotolackmaterial haben gleichfalls denselben Brechungsindex für das verwendete Licht, und eine Oberfläche des Mattglases ist flach sphärisch oder zumindest nicht willkürlich ausgebildet.

Nach der Beleuchtung mit einem Objektstrahl 22 und einem Bezugsstrahl 26 in noch anhand der Fig. 2 zu beschreibender Weise bildet sich bei Entwicklung aul der unregelmäßigen Oberfläche der Schicht 32 das Muster 36. Bei erneuter Belichtung mit einem Lichtstrahl, dessen Form und Wellenlänge ähnlich derr Bezugsstrahl 26 ist, wird das positive Bild erstei Ordnung ohne Verzerrungen rekonstruiert. Die anderer Bilder erscheinen willkürlich gestreut, andere Wellenlängen werden gleichfalls regellos gestreut.

Fig. 2 zeigt eine Mattglasplatte als Unterlage 30 ir einer Einrichtung zur Erzeugung des Hologramms. Eint Quelle 10 kohärenten Lichtes strahlt durch eine Zerstreuungslinse 14, eine Sammellinse 18 und einer Strahlenteiler 20 hindurch und erzeugt zwei kohärenti Strahlen, der erste Strahl 26 wird mit Spiegeln 24 und 2i auf die Glasplattenseitc des Hologramms reflektiert, dei

wi zweite Strahl 22 wird mit dem Strahlenteiler 20 auf di< Schicht 32 des Hologramms reflektiert. Der zweiti Strahl, ein paralleler Lichtstrahl, schneidet die Fotolack schicht 32 unter einem vorgegebenen Winkel vor beispielsweise 15° gegenüber der Flächennormalen

(-5 Der erste Strahl 26, gleichfalls ein paralleler Strahl schneidet die Glasplatte 30 unter einem Winkel voi beispielsweise 40° gegenüber der Flächennormalen.
Die Fololackschicht 32 wird diesen beiden Strahlet

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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 Fotolackschicht vorliegt, nun jedoch auf einer regellos ausgebildeten Oberfläche 34 der Mattglasplattc 30 angeordnet ist.

Viele Fotolackstoffe oder fotohärtbare Stoffe können für die Schicht 32 verwendet werden, solange ihre Eigenschaften der härtenden oder erweichenden Strahlung der jeweiligen kohärenten Lichtquelle angepaßt sind. Es kann eine andauernde Bestrahlung in der in F i g. 2 gezeigten Weise erfolgen, bis eine gesamte Lichtenergie von etwa 2 Joule/cm² übertragen wurde. Eine Entwicklung erfolgt für eine Dauer von etwa 20 Sekunden. Unmittelbar danach wird das Hologramm etwa 5 Sekunden lang in destilliertes Wasser eingetaucht und seine Oberfläche mit Druckluft getrocknet. Sie wird dann im Vakuum mit einer nahezu undurchsichtigen Schicht eines stark reflektierenden Aluminiums oder eines anderen reflektierenden Metalls versehen.

Bei Rekonstruktion des Bildes wird ein zweiter Strahl kohärenten Lichtes 40 mit einer Zerstreuungslinse 42 zerstreut und mit einer Sammellinse 44 auf die Spiegelfläche 46 gerichtet (F i g. 3). Haben die Objektwellenfront und die Bezugswellenfront einen Winkel, wie er bereits in F i g. 2 dargestellt ist, so ist die Richtung des in der 0. Ordnung gebeugten Lichtes unter 15° gegenüber der Flächennormalen der Fläche 32 des Hologramms geneigt. Die positive 1. Ordnung des gebeugten Lichtes wird unter einem Winkel von 40° gegenüber derselben holographischen Fläche reflektiert.

Die Schicht 32 auf der Unterlage 30 kann auch ein fein gemahlenes transparentes Materiral sein, das mit einem Fotolackmaterial zu einer Aufschlämmung gemischt ist, von dem eine dünne Schicht auf die Unterlage 30 aufgebracht ist. Das fein gemahlene transparente Material bildet eine willkürlich ausgebildete Oberfläche ähnlich wie eine Mattglasplatte, so daß seine Schicht anstelle der Glasfläche verwendet werden kann. Ein mit einem Mattglas erzeugtes geblazetes 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 Fotolack möglich, der auf eine transparente Glasplatte aufgebracht ist und mit stark streuendem ultraviolettem Licht bestrahlt wird. Das ultraviolette Licht wird stark absorbiert und dringt nur um einen geringen Betrag in den Fotlack ein. Nach der Entwicklung ergibt sich eine stark streuende Oberfläche des Fotolacks. Mit einem solchen stark streuenden Überzug kann der Aufzeichnungsträger nun zur Aufzeichnung eines geblazeten Hologramms verwendet werden, wie es oben für eine Mattglasfläche beschrieben wurde. Der Fotolack kann auch unmittelbar nach der Bestrahlung mit ultraviolettem Licht und ohne dazwischenliegende Entwicklung der Bestrahlung zur Aufzeichnung eines lnlerferenzmusters ausgesetzt werden. Der mit dem ultravioletten Licht bestrahlte Teil des Fotolacks hai dann die Funktion des Materials 37.

Das Material 37 kann eine Flüssigkeit sein, die in einem Πίκΐ oder einer Zelle vorgesehen ist und denselben Brechungsindex wie der Fotolack hat. Sie muß nach der Bestrahlung leicht von der Oberfläche des Fotolacks entfernt werden können. Ferner kann hierzu beispielsweise ein transparentes Wachs verwendet werden, das durch Wärmeeinwirkung entfernt werden kann. Auch ein durch Lösungsmittel oder durch Abziehen von der Oberfläche des Fotolacks entfernbarer transparenter Kunststoff kann verwendet werden, wenn er schlecht an dem Fotolack anhaftet.

to ■ 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 fotographischen Hologramm der Fall ist. Ein nach der Erfindung hergestelltes Hologramm kann als Farbfilter verwendet werden, wobei ein einfaches Hologramm, das mit zwei oder mehr parallelen oder quasi parallelen Lichtstrahlen erzeugt wurde, nur das Licht eines schmalen Bandes im Bereich der zur Herstellung verwendeten Wellenlänge reflektiert oder durchläßt, ohne eine regellose Streuung zu bewirken. Zur Rekonstruktion des Hologramms kann Licht auf die glatte Oberfläche des Mattglases gerichtet und an der mit dem Hologramm versehenen Oberfläche reflektiert werden. Auch kann Licht von der Hologrammfläche von der anderen Seite aus reflektiert werden, wie es in F i g. 3 dargestellt ist, jedoch muß diese Seite zunächst mit einem Material 38 beschichtet werden, das denselben Brechungsindex wie das Material 37 hat und in ähnlicher Weise eine flache, sphärische oder zumindest nicht willkürlich ausgebildete Oberfläche hat.

Da die Erfindung die Herstellung eines geblazeten Hologramms ermöglicht, das nur auf Licht innerhalb eines schmalen Frequenz- oder Wellenlängenbandes anspricht, muß die Rekonstruktionsstrahlung nicht in einer Weise kohärent sein, wie 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 identische und aufeinander ausgerichtete regelmäßige oder regellose Anordnungen undurchsichtiger Masken abgeschirmt ist, während es nacheinander mit jeder von zwei, drei oder mehr Wellenlängen kohärenten Lichtes bestrahlt wird, um das vollständige Farbbild zu erzeugen. Für jede Aufzeichnungswellenlänge kann eine unterschiedliche Maskengruppe verwendet werden, oder es wird dieselbe Maske für jede

so Seite des Aufzeichnungsträgers bei der jeweiligen Belichtung in eine andere Lage gebracht. Normalerweise sind die Masken ohne gegenseitige Überlappung angeordnet, so daß jeder Bereich des Aufzeichnungsmaterials mit einer und nur einer Aufzeichnungswellenläge

bestrahlt wird. Es kann jedoch eine gewisse Überlappung in Kauf genommen werden. Es sei bemerkt, daß identische und aufeinander ausgerichtete Masken auf jeder Seite des Aufzeichnungsträgers verwendet werden, so daß jeder Breich des Aufzeichnungsmaterials mit derselben Lichtwellenlänge des Objekts und des Bezugsstrahls bestrahlt wird.

Eine zweite Ausführungsform der Erfindung verwendet zur Herstellung eines Hologramms von einem diffus bestrahlten oder selbst diffuses Licht abgebenden Objekt ohne besondere Masken. Hier wird die Tatsache ausgenutzt, daß für jede Aufzcichnungswellcnlänge die Intensität des Liehiwcllcnfcldcs (Licht des Objekts plus Licht des Rc/.iigsstrahls) sich regellos iindcrl, wobei

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bestimmte Bereiche keine ausreichende Bestrahlung des lichtempfindlichen Materials ermöglichen. Die Lichtintensität einer anderen Aufzeichnungswellenlänge kann jedoch zur Bestrahlung dieses Bereiches des lichtempfindlichen Materials ausreichen. Die Aufzeichnungsfläche wird der Aufzeichnungswellenlänge 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 Bereichen wird die richtige Hologrammstruktur für keine Wellenlänge erzeugt, weshalb in ihnen auch kein Licht für das rekonstruierte Bild abgegeben wird. Der damit verbundene Wirkungsverlust kann jedoch im Hinblick auf die Tatsache, daß keine besonderen Masken erforderlich sind, in Kauf genommen werden.

Bei einer dritten Ausführungsform besteht die mit regelloser Struktur versehene Oberfläche des lichtempfindlichen Aufzeichnungsmaterials aus einer regelmäßigen oder regellosen Anordnung von Flecken unterschiedlicher, der Zahl der Aufzeichnungswellenlänge entsprechender lichtempfindlicher Stoffe. Jeder Stoff spricht auf nur eine Aufzeichnungswellenlänge an. Die Aufzeichnungsfläche kann diesen Strahlungen entweder gleichzeitig oder nacheinander ausgesetzt werden. Auf diese Weise wird in bestimmten Bereichen des Hologramms ein Bild mit nur einer Farbe erzeugt.

Bei einer vierten Ausführungsform wird der Aufzeichnungsträger auf beiden Seiten mit Masken abgeschirmt, die aus identischen, regelmäßig oder regellos ausgebildeten Anordnungen optischer 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 Filteranordnungen 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 Lichtteil 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 mehrschichtige Reflexionsfilter oder farbige, transparente, absorptionsfähige Filter. Ein Beispiel eines solchen 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 Aufzeichnungswellenlängen ein und dieselbe oder nahezu identische Positonen im Raum relativ zum Aufzeichnungsmaterial haben. Für gleichzeitige Bestrahlung kann dies beispielsweise durch Anwendung von Spiegeln verwirklicht werden.

Zur Rekonstruktion eines mehrfarbigen Bildes mit einem solchen Hologramm wird im Idealfall eine punktförmige Lichtquelle für weißes Licht verwendet, die relativ zum Hologramm an derselben räumlichen Stelle wie die punktförmige Lichtquelle für den Bezugsstrahl angeordnet ist. Da jeder Bereich des Hologramms nur auf ein schmales Band von Wellenlängen oder Frequenzen anspricht und da zwei oder mehr schmale Wellenlängenbänder jeweils durch eine Vielzahl solcher auf dem Hologramm verteilter Bereiche repräsentiert werden, ergibt sich aus der Beleuchtung mit weißem Licht ein mehrfarbiges Bild.
Das geblazete Hologramm auf der Mattglasfläche kann als ein »verfälschtes« spektroskopisches Beugungsgitter verwendet werden. Hat das auf Fotolackschicht und Unterlage bestehende Material ausreichende Beugungseigenschaften, so ist es möglich, ein Wellenlängenfilter mit einer extrem schmalen Durchlaßbreite zu verwirklichen.

Ein Hologramm mit einer Vielzahl solcher schmaler Bandpaßfilter, von denen jeweils eines einer Spektrallinie eines Elements oder einer Verbindung zugeordnet ist, kann zur schnellen Bestimmung des Vorhandenseins eines Elementes oder einer Verbindung anstelle eines üblichen Beugungsgitters in einer spektroskopischen Einrichtung verwendet werden. Eine Ausführungsform dieses Gedankens besteht darin, daß ein Hologramm mit Eigenschaften schmaler Bandpaßfilter für Emissionslinien vieler Elemente oder Verbindungen ausgestattet wird. Filter für ein solches einzelnes Element oder eine Verbindung können beispielsweise ihr Licht auf eine Lichtmeßvorrichtung fokussieren, z. B. auf eine Fotodiode oder eine Fotovervielfacherröhre. Eine Anordnung geeichter Lichtmeßvorrichtungen, die jeweils einem Element oder einer Verbindung zugeordnet sind, ermöglicht die schnelle Bestimmung der Häufigkeit solcher Stoffe durch Messung der entsprechenden Lichtintensität. Eine diese Messung ermöglichende

so Vorrichtung kann gemäß bekannter Technik mit einer Anzahl vielschichtiger Interferenzfilter und Linsen aufgebaut sein. Solche 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 Meßeinrichtung bei extrem geringem Aufwand verwirklicht werden kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche: 21 Ol

1. Holographisches Abbildungsverfahren, bei dem ein entsprechend der Bildinformation eines Objekts räumlich modulierter kohärenter Lichtstrahl als Objektstrahl von der einen Seite her auf eine dünne, transparente fotohärtbare Schicht und gleichzeitig ein zum Objektstrahl kohärenter Bezugsstrahl von der anderen Seite her auf die Schicht gerichtet wird, bei dem dann die belichtete fotohärtbare Schicht unter Bildung eines Oberflächen-Reliefmusters entwickelt wird, und bei dem zur Rekonstruktion des Bildes das Reliefmuster mit einer dem Bezugsstrahl oder dem unmodulierten Teil des Objektstrahls in Geometrie und Einfallswinkel gleichen Rekonstruktionswelle beleuchtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß als zu belichtende fotohärtbare Schicht (32) eine Schicht mit einer unregelmäßig rauhen Oberfläche verwendet wird, wobei sich auf der rauhen Seite der Schicht ein Medium (37) mit bei der Wellenlänge des Aufnahmelichts gleichem Brechungsindex wie die Schicht befindet, dessen von der Schicht abgewandte Oberfläche glatt und regelmäßig geformt ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine dünne Schicht eines relfexionsfähigen Materials auf die mit dem Hologramm versehene Oberfläche der fotohärtbaren Schicht (32) aufgebracht und deren Struktur angepaßt wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die fotohärtbare Schicht (32) durch Aufbringen eines dünnen Überzuges auf eine mit einer unregelmäßig rauhen Oberfläche versehene, transparente Unterlage (30) mit bei der Wellenlänge des Aufnahmelichts gleichem Brechungsindex wie die Schicht gebildet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als reflexionsfähiges Material ein Metall verwendet wird, das durch Vakuumaufdampfung auf die Oberfläche der fotohärtbaren Schicht (32) aufgebracnt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die fotohärtbare Schicht (32) aus einer Aufschlämmung eines fein gemahlenen, transparenten Materials, gemischt mit einem Fotolackmaterial, auf einer transparenten Unterlage gebildet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einwirkung des Objektstrahls (22) und des Bezugsstrahls (26) vor der Entwicklung der Schicht zumindest einmal mit einem Objektstrahl mit einem Bezugsstrahl anderer Wellenlänge wiederholt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die fotohärtbare Schicht auf eine transparente Unterlage (30) aufgebracht und mit einem stark diffusen Strahl ultravioletten Lichtes bestrahlt und entwickelt wird, to

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rekonstruktionswelle denselben spektralen Aufbau hat wie der Bezugsstrahl (26).

9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekenn- *5 zeichnet, daß zur Rekonstruktion des holographischen Bildes weißes Licht als Rekonstruktionswelle auf das Hologramm einwirkt.

!0. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Rekonstruktion des Bildes die fotohärtbare Schicht mit einem Material beschichtet wird, das denselben Brechungsindex wie das Medium hat und mit einer regelmäßigen Oberfläche versehen ist, und daß die Rekenstruktionswelle durch dieses Material hindurch auf das Oberflächen-Reliefmuster der fotohärtbaren Schicht einwirkt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Rekonstruktionswelle vor der Einwirkung auf das Oberflächen-Reliefmuster durch die fotohartbare Schicht hindurchgeleitet wird.