DE2101871B2 - Holographisches Abbildungsverfahren - Google Patents
Holographisches AbbildungsverfahrenInfo
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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
21 Ol
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
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
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
21 Ol 871
ίο
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.
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.
Claims (11)
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.
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DE2101871C3 DE2101871C3 (de) | 1978-12-21 |
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