DE2719888A1

DE2719888A1 - Holographischer gegenstand und verfahren zur herstellung desselben

Info

Publication number: DE2719888A1
Application number: DE19772719888
Authority: DE
Inventors: Truman F Kellie
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1976-04-30
Filing date: 1977-04-29
Publication date: 1977-11-17
Also published as: JPS52152736A; FR2349866B1; FR2349866A1; US4094575A; GB1582273A

Description

IBERLINSI · MÜNCHEN ·· Dr. RUSCHKE * PARTNER ίΠ^Ϊ¹

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Minnesota Mining and Manufacturing Company, St. Paul, Minnesota 55101, V. St. A.

Holographischer Gegenstand und Verfahren zur Herstellung desselben

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Die vorliegende Erfindung betrifft optische Systeme mit optischen Gegenständen einschließlich fokussierter Bildhologramme j für die Speicherung von Information, Dekorationsanwendungen und dergl.

Die Entwicklung der Hologramme, d. h. des Verfahrens zum Aufzeichnen eines Interferenzmusters, das sich aus einem Bezugslichtstrahl und einem mit dem ersten Strahl kohärenten, durch einen Gegenstand modulierten zweiten Lichtstrahl bildet, auf einem lichtempfindlichen Träger, hat eine Revolution in der optischen Informationsverarbeitung verursacht. Während eine Vielzahl optischer Konfigurationen zur Erzeugung von Hologrammen bekannt ist, die jeweils unterschiedliche Vor- und Nachteile aufweisen, leiden die meisten holographischen Verfahren nach ι dem Stand der Technik darunter, extremen empfindlich auf Schwin-j gungen der jeweiligen optischen Elemente zu reagieren und durch Staubteilchen und dergl. ihre optische Qualität einzubüssen. Während Verfahren wie die Raumfilterung bei bestimmten Systemen wie bspw. denen, die zur Ausbildung von Fokussierbildhologrammen eingesetzt werden einige dieser Nachteile in Grenzen halten können, lassen sich diese Einschränkungen nicht ebenso leicht eliminieren.

Nichtdestoweniger sind Fokussierbildhologramme ("focussed image holograms") als bevorzugte Form der interferometirischen Aufzeichnung anerkannt. In der US-PS 3·834-·786 ist ein Verfahren zur Bildung von Fokussierbildhologrammen angegeben, bei dem man

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ein telezentrisches Relaislinsensystem verwendet, in dem die Information von einem optischen Durchlichtbild räumlich auf einen Objektstrahl aufmoduliert und in das und aus dem Linsensystem in parallelen Strahlen geführt wird, so daß sich der Vergrößerungsgrad des räumlich modulierten Lichtstrahls ändert_fi den man dann gemeinsam mit einem Bezugslichtstrahl auf ein J lichtempfindliches Medium wirft, um das Fokussierbildhologramm auszubilden. In der US-PS 3.917.378 werden Fokussierbildhologramme aus übereinandergelegten parallelen Bewegungsgittern, die jeweils mit einer anderen Farbkomponente moduliert sind, als Prägemuster auf einem Kunststoffträger vorgeschlagen. Alle diese Verfahren leiden unter der gleichen Einschränkung, daß die Linsen, die man zum Fokussieren des modulierten Objektstrahls auf dem lichtempfindlichen Träger verwendet, die Auflösung und/oder räumliche Größe des Hologramms schließlich begrenzen.

In einem alternativen Verfahren zur Bildung von Fokussierbildhologramnen, wie es in der US-PS 3.820.869 offenbart ist, sind einige der Mangel der oben diskutierten Systems beseitigt. In dem in Fig. 4· dieser Patentschrift dargestellten System wird ein transparentes, graphische Informationen tragendes Objekt im wesentlichen in Berührung mit einer lichtempfindlichen Platte angeordnet und man schickt zwei Strahlen miteinander kohärenter Strahlung ("mutually coherent radiation") durch das transparente Objekt, auf der lichtempfindlichen Platte ein Interferenzmuster herzustellen, das von der graphischen Information

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modifiziert ist. In diesem System muß einer der miteinander kohärenten Strahlen rechtwinklig zur Ebene der lichtempfindlichen Platte gerichtet sein. Das Vorliegen von optischen Elementen wie eines Teiles eines Linsensystems 25 und einer strahlf teilenden Prismenanordnung zwischen einem Raumfilter, das im Brennpunkt des Linsensystems 25 liegen soll, und dem Durchsichtbild kann künstliche Bildeffekte ("artifacts")-wie die von Linsenaberrationen und Staub erzeugten - hervorrufen. Weiterhin begrenzt eine solche Konfiguration die erreichbare Auflösung infolge von Abschattungseffekten, die in einem praktisch ausgeführten System auftreten, in dem ein photographisches Medilum mit selbst nur Nenndicke verwendet wird.

Die Hologramme nach der vorliegenden Erfindung werden nach einem neuartigen Verfahren hergestellt, in dem die von Linsen oder anderen optischen Elementen auferlegten Einschränkungen der Verfahren nach dem Stand der Technik vermieden sind. In der vorliegenden Erfindung wird ein Hologramm mit mindestens einem Lineargitter mit vorgewählter Raumfrequenz hergestellt, indem

man zunächst ein Durchsichtbild mit einem optisch unterscheid- j

I baren Muster vorsieht und dann ein lichtempfindliches Medium im wesentlichen in Berührung mit dem Durchsichtbild bringt. Zwei Strahlen miteinander kohärenter Strahlung mit vorbestimmter Wellenlänge werden auf nicht kollinearen Bahnen durch getrennte Raumfilter und dann unmittelbar auf das Durchsichtbild unter gleichen Einfallswinkeln hinsichtlich der Ebene des Durchsichtbildes am Einfallspunkt gerichtet, um in dem licht-

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empfindlichen Medium das Gitter auszubilden, das ein holographisches Abbild des Musters im Durchsichtbild enthält. Das Fehlen jeglichen optischen Elementes zwischen dem Raumfilter und dem Durchsichtbild gewährleistet daher, daß das gebildete Gitter enthaltende Hologramm frei von Effekten ist, wie sie von Linsenaberrationen oder Staub hervorgerufen werden.

Ein Hologramm nach der vorliegenden Erfindung weist also ein Blattmaterial mit einem permanenten, optisch erfaßbaren Muster auf, das mindestens ein Lineargitter mit einer vorgewählten Raumfrequenz enthält, das, wie oben beschrieben, durch Beaufschlagung mit zwei miteinander kohärenten Strahlen entlang getrennten Bahnen unter gleichen Einfallswinkeln auf einem Durchsichttild im wesentlichen in Berührung mit einem lichtempfindlichen Medium ausgebildet ist. Das Medium wird dann weiter behandelt, um das Blattmaterial mit dem dauerhaften, das holographische Abbild enthaltenden Muster zu versehen.

In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist ein Hologramm nach der vorliegenden Erfindung ein im wesentlichen homogenes Blattmaterial auf, auf dessen einer Oberfläche 'ein optisch erfaßbares Muster ausgebildet ist, das eine Vielzahl überlagerten Lineargitter enthält. In dieser Ausführungsform weist jedes der Gitter eine vorgewählte, von der der anderen Gitter unterschiedliche Raumfrequenz auf. In verschiedenen weiteren Ausführungsformen sind die übereinandergelegten Gitter zueinander in unterschiedlichen Winkelstellungen und un-

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ter unterschiedlichen Raumfrequenzbeziehungen zueinander angeordnet.

Die vorliegende Erfindung läßt sich zur Ausbildung eines Haupthologramms verwenden, in dem Farbinformation in Form von Raumfrequenzen kodiert ist, indem man als optisch wahrnehmbares Muster ein Farbdiapositiv verwendet und drei Gruppen von Strahlen kohärenter Strahlung für jeweils eine andere Primärfarbe verwendet. Das Haupthologramm wird dann weiter behandelt um ein Reliefbild herzustellen, daß geeignet ist zum Prägen billiger Hologramm-Duplikate, die man dann vorteilhaft im Informationswesen unter Benutzung von Mikro-Auszeichnungs- und Leseverfahren ("micropublishing") anwenden kann, wobei man die Farbinfor-

mation unter Benutzung von achsversetzter Bestrahlung mit weissem Licht und geeigneter Behandlung des gebeugten Lichts ab-

liest, wie es in der US-PS 3.854.786 beschrieben ist.

In einer weiteren Ausführungsform werden die Hologramme nach der vorliegenden Erfindung in einem dekorativen Gegenstand aus einem im wesentlichen homogenen Blattmaterials ausgebildet. Das Blattmaterial ist auf einer Oberfläche mit einem optisch unterscheidbaren Muster versehen, das ein lineares, optisches Interferenzgitter aufweist, das durch eine Gruppenanordnung optischer Muster moduliert ist. Typische Ausführungen solcher Muster können bspw. regelmäßige geometrische Muster wie simulierte Abziehlibellen, geometrischen Gruppenanordnungen überlagerte Informationen und dergl. sein.

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Die Fig. 1 zeigt eine vereinfachte Darstellung einer Hologramm-Auf ζeichnungsvorrichtung nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ist eine ausführlichere schematisierte Darstellung einer Hologramm-Aufzeichnungsanordnung nach einer weiteren Ausf führungsform der Erfindung;

Fig. 3 ist ein vereinfachtes Schema einer Hologramm-Aufzeichnungsvorrichtung nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, bei der die beiden Lichtstrahlen auf gegenüberliegenden Seiten einer Anordnung aus einem Durchsichtbild und einem lichtempfindlichen Medium auftreffen

Fig. 4 ist ein vereinfachtes Schema einer Hologramm-Aufzeichnungsvorrichtung nach einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der ein Gitter in der Anordnung vorgesehen ist, um einen einzigen einfallenden Strahl zu interferierenden Beugungsstrahlen nullter und erster Ordnung aufzuspalten;

Fig. 5 A bis 5 C sind schematisierte Darstellungen einer Hologramm-Aufzeichnungsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung zum Einsatz mit Farbauezugs-Durchsichtbildern;

Fig. 6 ist eine schematisierte Darstellung eines bevorzugten

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Verfahrens zur Reproduktion von Hologrammen nach der vorliegenden Erfindung;

Fig. 7 ist eine schematisierte Darstellung einer Projektionseinrichtung für die Wiedergabe einer Rekonstruktion eines Hologramms nach der vorliegenden Erfindung;

Fig. 8 ist ein einfaches Beispiel einer Asuführungsform eines Hologramms nach der vorliegenden Erfindung;

Fig. 9 ist eine Schnittdarstellung eines typischen Hologramms wie bspw. des in der Fig. 6 gezeigten;

Fig. 10 ist ein anderes Beispiel eines weiteren Hologramms nach der vorliegenden Erfindung;

Fig. 11 ist eine vergrößerte Darstellung eines Dekorgegenstandes nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

In der Fig. 1 gezeigten bevorzugten Ausführungsform werden die Hologramme nach der vorliegenden Erfindung in einem linsenlosen Verfahren ausgebildet, in dem zweikohärente Strahlen auf ein zweidimensionales Vorlagenbild, wie bspw. ein Farbdurchsichtbild 12 auftreffen, das in Berührung mit einem lichtempfindlichen Medium 14 gehalten wird. Das lichtempfindliche Medium wird dahingehend ausgewählt, daß es für die einzusetzende Strahf

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ι lung und für die Farbinformation, die im Durchsichtbild enthal-

ten sein mag, empfindlich ist. Es lassen sich also herkömmliche

'\ pan-sensibilisierte photographische Emulsionen verwenden. Falls

J erwünscht» kann man eine zusätzliche Schicht 16 aus einem

ι Brechungsindex anpassenden Material wie Xylol zwischen das

j Durchsichtbild und das lichtempfindliche Medium einbringen, um ! einen innigen optischen Kontakt zu erreichen und Rückseitenreflektionen zu verhindern.

Zwei Strahlen 18, 20 aus miteinander kohärenter Strahlung wer- ! den auf die Anordnung gerichtet. Die beiden Strahlen erzeugt man bequemerweise mit einer einzigen Laserquelle, die man durch einen (nicht gezeigten) herkömmlichen Strahlteilter zu zwei Strahlen aufteilt. Jeder Strahl wird danach zu einer sphärischer Wellenfront aufgespreizt. Dann richtet man die Strahlen aus unterschiedlichen Richtungen auf das Durchsichtbild 12, die sici in der Nähe des Durchsichtbildes schneiden, um ein im wesentlichen lineares Stehwellen-Interferenzstreifenfeld zu erzeugen, das von der Information im Durchsichtbild moduliert ist. Jeder dieser Strahlen 18, 20 fällt unter einem Winkel (Θ) zu einer rechtwinklig aus der Ebene des Durchsichtbildes herausstehenden Linie *auf das Durchsichtbild 12. In einer Ausführungsform kann der Winkel(0) für beide Strahlen gleich sein. Wie bekannt, ist die Raumfrequenz des resulierenden Stehwellenstreifenfeldes eine Funktion der Wellenlänge der interferierenden Strahlen und des Winkels zwischen ihnen. Das lichtempfindliche Medium 14 wird auf diese Weise mit dem modulierten Interferenzstreifenieldes

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moduliert, um ein im wesentliches lineares Gitter im Medium zu erzeugen, bei dem es sich um eine holographische Wiedergabe des-! jenigen Teilles des Durchsichtbildes handelt, der die Strahlen 18, 20 selektiv durchläßt.

Wie im folgenden ausführlicher beschrieben, wird in einer bevorzugten Ausführungsform Farbinformation auf das lichtempfindliche Medium 14 durch Mehrfachbelichtung aufgebracht, wobei man in der Ausführungsform der Fig. 1 die Strahlen 18, 20 dahingehend abändert, daß jede Belichtung mit einer anderen Wellenlänge er- ; folgt. Vorzugsweise belichtet man dreimal, und zwar jeweils mit Licht einer anderen Primärfarbe. In dieser Ausführungsform bleibt der Winkel der Strahlung zur Oberfläche des Mediums 14 j konstant. Auf diese Weise werden drei überlagerte Gitter ausge- , bildet, die jeweils eine andere Raumfrequenz haben. In einer Aus·-

führungsform kann die Anordnung aus dem Durchsichtbild 12 und ι dem Medium 14 relativ zu den einfallenden Strahlen 18, 20 festliegen derart, daß die sich aus den drei Belichtungen ergebenden Gitter parallel liegen. Alternativ kann man die Anordnung zwischen den Belichtungsgängen um die Achse 22 drehen, so daß die Gitter nicht parallel zueinander liegen; dergl. kann man drei Sätze von Strahlen gleichzeitig auftreffen lassen, wobei jeder Satz eine andere Achse aufweist. Die Raumfrequenz der Intermodurationsfrequenzen, die sich aus der Interferenz zwischen den Grundgittern ergibt, erhöht sich auf diese Weise, so daß sie aus der Bildapertur einer Rekonstruktionsvorrichtung wie der in Fig. 7 gezeigten fallen.

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Das belichtete lichtempfindliche Medium 14 kann danach auf geeignete Weise - bspw. in üblicher photographischer Technik - be lichtet werden. Vorzugsweise können solche Medien dann zur Bildung eines Haupthologramms benutzt werden, von dem man Duplikate aus einem thermoplastischen Medium herstellt.

In der ausführlicheren schematischen Darstellung der Fig. 2 weist eine Vorrichtung zur Ausbildung eines Hologramms nach der vorliegenden Erfindung einen Laser 24 als Quelle kohörenter Strahlung bspw. einer Wellenlänge von 6328 £ auf. Dieses Licht reflektiert der Spiegel 26 auf einen Strahlteiler 28 aus einem Halbsilber-Spieifel, der zwei miteinander kohärente Strahlen erzeugt. Die beiden Strahlen 29 und 30 werden von den Spiegeln 31, 32 reflektiert und laufen durch den Strahl aufweitende Raumfilter 34, 36 wie bspw. herkömmliche Linsenloch-Raumfilter ("lens pinhole spatial filters"). Die Filter 34, 36 gewährleisten, daß die Effekte von Staubteilchen und anderen defekten sowie Verunreinigungen im optischen System eliminiert werden. Jeder durch sein jeweiliges Filter 34, 36 tretende Strahl divergiert dabei zu einer sphärischen Wellenfront. Die Strahlen 29, 30 werden auf die Anordnung 38 gerichtet, die einen Platten halter mit dem Durchsichtbild 40, eine Flüssigkeit 41 zur Anpassung des Brechungsindex und das lichtempfindliche Medium aufweist. Wie zu Fig. 1 erläutert, wird das la wesentlichen lineare Interferenzstreifenftld, das sich aus dem Schnitt der beiden Strahlen ergibt, von der Information im Durchsichtbild 40 moduliert. Dieses modulierte Interferenastreifenfeld be-

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lichtet das lichtempfindliche Auszeichnungsmedium 42; das dann zu einem die modulierte Information enthaltenden Beugungsgitter entwickelt werden kann.

In einer bevorzugten Ausführungsform, in der eine Vielzahl überlagerter Lineargitter erwünscht ist, wird der Laser 24 so eingestellt, daß er Strahlung unterschiedlicher Wellenlängen liefert derart, daß sich nacheinander getrennt mit jeder dieser Wellenlängen belichten läßt. Folglich kann es sich bei dem Lasei 24 um abstimmbaren Laser oder auch um ein System mit drei Laserquellen mit geeigneten Verschlüssen und Spiegeln handeln. Derartige Konfigurationen sind der Fachwelt bekannt und bedürfen keiner Erläuterung.

Wie in der Fig. 5 gezeigt, ist in einer alternativen Ausführungsform die Anordnung 58 * der Anordnung 58 der Fig. 2 ähnlich sie unterscheidet sich von letzteren darin, daß das eingesetzte lichtempfindliche Medium 42' in der Anordnung 58' transparent gewählt sein kann. In dieser Ausführungsform werden zwei kohärente Lichtstrahlen 45, 44 von gegenüberliegenden Seiten der Anordnung 58' her auf diese gerichtet und interferieren zu einem Stehwelleninterferenzstreifenfeld, wie oben erläutert. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann der auf das Durchsichtbild 40 fallende Strahl 45 rechtwinklig zu dessen Oberfläche gerichtet sein, während der andere Strahl 44 unter einem spitzen Winkel zu einer rechtwinklig aus der Ebene des Mediums herausstehenden Linie einfällt. Dadurch entsteht ein

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Interferenzstreifenfeld, das fast parallel zur Ebene des lichtempfindlichen Mediums liegt. Wo es sich bei diesem Medium um ein j photopolymerisierbares Material handelt, erhält man durch nach- J

folgendes Ätzen ein Blaze-Gitter ("blazed grating") mit außerge-¹ wohnlich hohem Beugungswirkungsgrad erster Ordnung. !

In einer weiteren Ausführungsform, wie in Fig. 4 gezeigt, ist die Notwendigkeit zweier getrennter Strahlen, wie sie in den Ausführungsformen der Fig. 1-3 enthalten sind, dÄrch die Verwendung eines Beugungsgitters 45 beseitigt, das in Berührung mit dem Durchsichtbild 40 angeordnet ist. In dieser Ausführungs·

form bewirkt das Gitter 45 bei dem es sich vorzugsweise um ein

dickvolumiges Hologrammgitter handelt, eine Aufspaltung eines einzigen einfallenden Strahl 46 in die Strahlen 47 und 48 nullter bzw. erster Ordnung, die kohärent miteinander sind und, wie

_s oben diskutiert, zu einem im wesentlichen linearen Stehwellen-

interferenzstreifenfeld interferieren. Eine solche Ausführungsform eliminiert die Notwendigkeit einer Vibrationsisolierung und erlaubt, billige Hologramme mit einer mit geringen Unkosten zu erstellenden Vorrichtung herzustellen.

In der Fig. 1 sind die Strahlen kohärenter Strahlung, die auf die Anordnung fallen, als nichtdivergent, d.h. im wesentlichen parallel dargestellt, während die Strahlen in Fig. 2 divergieren. Die Gitter nach der vorliegenden Erfindung sind als im wesentlichen linear vorausgesetzt, so daß angenommen wird, daß die Strahlungsquellen ausreichend weit von der Anordnung aus

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dem Durchsichtbild und dem lichtempfindlichen Material entfernt oder auf geeignete Weise derart behandelt sind, daß die erreichten Gitter im wesentlichen linear sind. Unter solchen Bedingungen erzeugen beide Strahlen sphärische Wellenfronten mit großem Radius, die auf einer ebenen Fläche interferieren und ein Interferenzmuster erzeugen, das aus einer Reihe von gradlinigen Streifen besteht, die rechtwinklig zur Zeichenebene liegen und über die Fläche eine im wesentlichen konstante Raumfrequenz aufweisen. Wie hier benutzt wird, soll der Ausdruck "lineares Gitter" solche Gitter einschließen, die in der Mitte streng linear und zu den Kanton hin nur quaslinear sind, wobei das Ausmaß der Nichtlinearität von der Entfernung der einfallenden Strahlung abhängt.

Die Fig. 5 A bis 5 C zeigt eine alternative Ausfährungsform zur Erzeugung einer Vielzahl von überlagerten Lineargittern, wobei jedes der Gitter eine vorgewählte Raumfrequenz aufweist, die sich von der der anderen Gitter unterscheidet. In dieser A.usführungsform wird ein Farbdurchsichtbild wie das Durchsichtbild 12 der Fig. 1 bzw. 30 der Fig. 2 - Ί durch einen Satz schwarzweißer Farbauszug-Durchsichtbilder ersetzt. Wie in der Fig. 5 A gezeigt, wird im Durchsichtbild 4-9 ein schwarzweißer Farbauszug mit Rotinformation benutzt. Das Durchsichtbild 49 wird mit einer Flüssigkeit 50 zur Anpassung des Brechungsindex und einem ortho-« chromen Auszeichnungsmedium auf einem geeigneten Substrat zusammengesetzt und diese Anordnung dann mit zwei Laserlichtstrahlen mit vorbestimmter '.-/ellenlange unter einem vorgewählten V/in-

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kel 52 Qtjjj belichtet, der danach der Rot information zugeordnet ist. Ein erstes lineares Beugungsgitter wird im Aufzeichnungsmedium 51 erzeugt, das mit der Rotinformation aus dem Durchsicht bild 49 moduliert ist. Sodann wird eine zweite Belichtung vorgenommen, wie die Fig. 5 B zeigt. In dieser Figur liefert das Schwarzweiß-Auszugsbild 5^ die Grüninformation. Das Durchsicht- \

i bild 54 wird mit dem gleichen orthochromen Auszeichnungsmedium | 51 wie in Fig. 5 A ausgerichtet. Desgl. ist hier erwünscht, einel Flüssigkeit 50 zur Anpassung des Brechungsindex vorzusehen. Die-¹

se Anordnung wird dann mit Laserlicht der gleichen Wellenlänge wie in der Fig. 5 A belichtet. Im Gegensatz zur Fig. 5 A ist nun der Winkel 56, unter dem die Strahlen auf die Anordnung einfal- · len, zu einem neuen Winkel Θ™ gewählt, der danach der Grünin- I formation zugeordnet ist. Die Fig. 5 C zeigt eine dritte Belichtung in der der schwarzweiße Auszug 58 nun die Blauinformation enthält. Dieser Auszug wird mit einer Flüssigkeit 50 zur Anpassung des Brechungsindex und dem gleichen orthochremen Aufzeichnungsmedium 51 zusammengesetzt, wie sie in den Fig. 5 A und 5 B verwendet werden. Zwei Laserstrahlen der gleichen Wellenlänge wie in den Fig. 5 A und 5 B werden auf die Anordnung unter einem weiteren vorgewählten Winkel 62 (θ-πτ) gerichtet, der danach der Blauinformation zugeordnet ist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Winkel θ_βτ größer als ©qjt» dieser seinerseits größer als Ö_RD· Wählt man den kleinsten Winkel (©dtj) sorgfältig so, daß während des Wiederaufbaus des Bildes der Beugungsstrahl erster Ordnung verstärkt und Strahlen höherer Ordnung unterdrückt werden, läßt sich unter bestimmten Bedin-

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gungen, d. h..richtiger Wahl der Nutentiefe und des Brechungsindex, der Wirkungsgrad erster Ordnung auf einen höheren Wert
bringen als den theoretischen maximalen Wirkungsgrad eines
dünnphasigen Gitters. Wie oben erläutert, ist die Raumfrequenz
der resultierenden Lineargitter eine Funktion sowohl der Wellenlänge der einfallenden Strahlung aus auch des Winkels dieser

Strahlung gegenüber dem Verbund aus Durchsichtbild und lichtempfindlichem Material. Da in den Fig. 5 A, 5 B und 5 C der ' Winkel der Strahlung relativ zur Verbundanordnung sich bei jeder: Belichtung ändert, ändert sich auch entsprechend die Raumfrequenz der resultierenden Gitter. '■■

i Während in der vorliegenden Erfindung jedes einer Vielzahl Ί lichtempfindlicher Medien verwenden läßt, setzt man mit besonde-j rem Vorzug ein lichtempfindliches Material ein, an dem sich i eine Änderung der optischen Dicke erreichen läßt, die in direkter Beziehung zur Stärke des Lichts im stationären Interferenzmuster während der Belichtung ist. Folglich kann man ein Photoresist-Material hoher Auflösung einsetzen, wie es von der Fa-

Shipley Co., Newton, Massachusetts, V..St. A., unter der Be- |

i zeichnung 135oJ hergestellt wird. Ein solches Material kann man I

dann zu einem Oberflächenreliefmuster entwickeln, das den
Flächenteilen unterschiedlicher Belichtungsintensität entspricht. Bspw. kann man das Material zu Hologrammen verarbeiten! die den in der US-PS 3.703.407 offenbarten Phasenreliefhologrammen entsprechen.

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Die Fig. 6 zeigt ein Verfahren, nach dem ein solches Oberflächen reliefhologramm zu einem Vorlagenhologramm 64 metallisiert wird Nach herkömmlichen thermoplastischen Aufzeichnungsverfahren kann man ein solches Vorlagenmaterial zu einem herkömmlichen thermoplastischen Kopiermaterial 66 duplizieren, indem man dieses unter geeigneten Wärme- und Druckbedingungen gegen die Vorlage 64 drückt.

Die Fig. 7 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform zur Rekonstruk· tion der Hologramme nach der vorliegenden Erfindung, d. h. solcher, die durch direkte Belichtung der zwei koinzidenten Strah-

len kohärenter Strahlung erzeugt werden als auch solcher, wie sie bei Duplikationsverfahren entstehen und bspw. in der US-PS 3.834.786 offenbart sind. In einer solchen Ausführungsfomi wird ein auf diese Weise hergestelltes Hologramm 70 in ein optisches System eingesetzt derart, daß auf einer Achse 70 durch einen Kondensator 74 laufendes weißes Licht unter einem vorgewählten Winkel auf das Hologramm 70 fällt. Wie in der Holographie bekannt, entsteht dabei ein Beugungsmuster in einer zweiten optischen Achse 76, die rechtwinklig zum Hologramm 70 liegt. Das Beugungsbild wird mit einer zweiten KondensatArlinse 78 durch eine Blende 80 auf einen Bildschirm 82 fokussiert derart, daß sich eine Rekonstruktion des Vorlagenbildes des Durchsichtbildes ergibt. Alternative Rekonstruktionsverfahren, die für die Verwendung mit dem Hologrammen nach der vorliegenden Erfindung gleichermaßen geeignet sind, sind der Fachwelt vertraut.

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Eine perspektivische Querschnittdarstellung eines typischen Hologramms nach der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 8 gezeigt. In dieser Figur weist das Hologramm ein Substrat 84 sowi^ eine Schicht 86 aus lichtempfindlichem Photoresist-Lack auf. Die Schicht 86 wird, wie oben beschrieben, derart entwickelt, daß sie auf ihrer Oberfläche eine Vielzahl linearer Beugungsgitter 88, bzw..90 aufweist, die einander überlagert sind und unterschiedliche Raumfrequenzen aufweisen. Weiterhin ist den Gittern graphische Information wie bspw. die Buchstaben A, B und C 92, 94 bzw. 96 überlagert, wie sie in den Fig. 1 bis 5 gezeigten Durchsichtbilder enthalten sein können.

Die Fig. 9 zeigt eine typische Querschnittsansicht dieses in Fig. 8 gezeigten entwickelten Photoresist-Hologramms auf der Linie 9-9.

In einer alternativen, in Fig. 10 gezeigten Ausführungsform können die Hologramme ein Substrat 96 und eine Schicht aus Photoresist-Material 98 aufweisen, in denen die von den alphanumerischen Zeichen umfaßten Bereiche Beugungsmuster enthalten. In einer solchen Ausführungsform entspricht bspw. ein Teil der graphischen Information auf dem ursprünglichen Durchsichtbild - bspw. der Buchstabe "A" - einer ersten Farbe, während ein zweiter Teil des Durchsichtbildes - bspw. der Buchstabe "B", in einer anderen Farbe vorliegt. Beim Belichten mit zwei kohärenten Strahlen eines ersten Wellenlänge, wie in der Diskussior der Fig. 1 und 2 erläutert, die der Farbe des Buchstabens"A"

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!
entspricht, bildet sich im lichtempfindlichen Medium ein erstes

lineares Beugungsgitter 100 entsprechend dem Buchstaben "A". Bei einer zweiten Belichtung mit zwei weiteren Strahlen einer anderen Wellenlänge, die selektiv von der Farbe des Buchstabens "B" absorbiert wird, bildet sich ein zweites Beugungsgitter 102, in dem die Raumfrequenz sich von der, die das dem Buchstaben "A" zugeordnete Gitter erzeugt, unterscheidet.

Für die oben beschriebenen Hologramme hat sich eine Vielzahl von Anwendungen herausgestellt. In einer solchen Anwendung wird das Hologramm wünschenswerter Weise in der stark verkleinerten Wiedergabe gedruckter Texte ("micropublishing") eingesetzt, bei der \ eine farbige Mikrofilmkarte ("microfiche") mit bspW. 98 Einzel-' bildern nach dem einfachen 3-Belichtungsverfahren der Erfindung

; belichtet und zu einem Haupthologramm kopiert werden kann, von dem man dann eine Vielzahl Duplikate nach herkömmlichen Verfahren herstellt. Die resultierende holographische farbige Mikrofilmkarte ist nützlich für Kartenleser der in der ÜTB-PS 3.834-,786 beschriebenen Art. Bei der Ausbildung einer solchen farbigen holographischen Mikrofilmkarte findet jede der Belichtungen mit Licht einer anderen Wellenlänge statt. Das farbige Durchsichtbild und das lichtempfindliche Medium bleiben während des gesamten Belichtungsvorgangs einander fest zugeordnet. Polglich sind die der Grundfarbinformation entsprechenden additiv entsprechenden Gitter automatisch miteinander ausgerichtet· Das Ergebnis ist eine farbige holographische Mikrofilmmater alt einer Vielzahl von Einzelbildern, in der das rekonstruierte

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Farbspektrum jedes Einzelbildes bezüglich der optischen Achse dieses Einzelbildes bei Betrachtung mit einer Leseeinrichtung der in der US-PS 3· 834.786 beschriebenen Art räumlich invariant ist.

In einer weiteren Ausführungsform liefern die Hologramme nach der vorliegenden Erfindung wünschenswerte dekorative Gegenstände. Bei solchen Gegenständen, wie die Fig. 11 zeigt, kann der Gegenstand 106 ein geprägtes Kunst stoffblatt 108 aufweisen, das auf einer Seite mit einem regelmäßigen geometrischen Muster entsprechend bspw. einer simulierten Abziehlibelle versehen ist, das sich über die Oberfläche des Blttes 108 wiederholt. Ein typisches solches Muster kann eine spiralig verlaufende Nut simulieren. Einem solchen Muster ist mindestens ein lineares Gitter 112 und/oder 114 überlagert. Zur klareren Darstellung ist der Linienabstand der Gitter 112 und 114 wesentlich breiter gegenüber dem Vindungsabstand der Spirale dargestellt als normalerweise der Fall wäre. Wenn man ein solches Blatt unter gewöhnlichem weißem Licht betrachtet, zeigt sich auf dem resultierenden Artikel das Muster der simulierten Abziehlibelle, aber infolge der durch die Beugungsgitter modufizierten Lichtinterferenzmuster modufiziert, so daß der Gegenstand eine ästhtetisch äußerst angenehmes opalisierendes Aussehen erhält.

Bei der Herstellung solcher Gegenstände läßt sich ein Original eines regelmäßigen Musters wie einer simulierten Abziehlibelle graphisch herstellen und die Vorlage dann photographisch mit

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"bliehen Ksmoranchri ttochaltverfahren verkleinern und vicderho-]rn, uil r;n Durehsichtbild herzustellen, das man dann auf die gleiche '.'/"iire verarbeitet, wie es im Zusamxenhang mit den Fig. 1 - 3 be?:.:liri ?ben vurde, um die geprägten Dekorartikel herzur-Lrllcn.

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BAD ORIGINAL

Claims

27Ί9888 Pat entansprüche

1. Hologramm aus Blattmaterial mit einem dauerhaften, optisch erfaßbarem Muster, das mindestens ein Lineargitter aufweist, das eine vorgewählte Raumfrequenz hat und sich aus dem Interferenzstreifenfeld ergibt, das im Schnitt zweier kohärenter Lichtstrahlen vorbestimmter Wellenlänge entsteht, die durch ein optisches Durchsichtbild treten, das im wesentlichen in Berührung mit einem lichtempfindlichen Medium steht, das man dann weiterverarbeitet, um das Blattmaterial mit dem dauerhaften Muster zu versehen, daß das holographische Bild enthält, dadurch gekennzeichnet _t daß man das Gitter ausbildelt, indem man zwei kohärente Lichtstrahlen, die auf nicht kollinearen Bahnen durch Raumfilter laufen, sich miteinander schneiden läßt und sie dann mit gleichen Einfallswinkeln bezüglich der Ebene des Durchsichtbildes im Einfallspunkt auf das optische Durchsichtbild fallen läßt, so daß die ausgebildeten Gitter frei von künstlichen Effekten ("artifacts") sind, wie sie von Linseraberration oder Staub verursacht werden.

2. Hologramm nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch das Vorliegen einer Vielzahl überlagerter Gitter mit jeweils einer vorgewählten Raumfrequenz, die sich von der der anderen Gitter unter+ scheidet, wobei alle der Gitter auf entsprechende Weise durch zwei sich schneidende kohärente Lichtstrahlen gebildet wird, ■

die mit gleichen Einfallswinkeln auf das Durchsichtbild auftref-

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ORIGINAL INSPECTED

3. Hologramm nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitter zueinander parallel sind.

4. Hologramm nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitter zueinander nicht parallel sind.

5. Hologramm nach einem der Ansprüche 2 bis 4, gekennzeichnet durch drei Sätze von im wesentlichen linearen Gittern, die jeweils so gewählt sind, daß ihre Raumfrequenzen für einen jeweils anderen Teil des sichtbaren Spektrums repräsentativ sind

6. Hologramm nach einem der Ansprüche 1 bis 5_> dadurch gekennzeichnet, daß das Blattmaterial Oberflächenmodulationen entsprechend der Vielzahl von Gittern enthält.

7. Hologramm nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn· zeichnet, daß das Blattmaterial das lichtempfindliche, ursprünglich mit den sich schneidenden kohärenten Lichtstrahlen belichtete Medium ist und weiter behandelt wurde, um das resultierende holographische Bild dauerhaft zu machen.

8. Hologramm nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, daß das Blattmaterial ein Duplikat des in dem lichtempfindlichen Medium ausgebildeten holographischen Bildes eingeprägt enthält J Ö 9 U fi_/ 1 0 41

9. Verfahren zur Bildung eines Hologramms mit mindestens einem linearen Gitter mit einer vorgewählten Raumfrequenz, indem man (a) ein Durchsichtbild mit einem optisch unterscheidbaren Muster vorsieht, (b) ein lichtempfindliches Medium im wesentlichen in Berührung mit dem Durchsichtbild anordnet, (c) einen ersten Strahl kohärenter Strahlung mit vorbestimmter Wellenlänge so richtet, daß er auf das Durchsichtbild im Auftreffpunkt auftrifft, und (c) einen zweiten Strahl der gleichen vorbestimmten Wellenlänge, der mit dem ersten Strahl kohärent ist, so zum Durchsichtbild richtet, daß er unter einen anderen Winkel zur Ebene des Durchsichtbildes im Auftreffpunkt auftrifft, um im Schnittbereich ein Interferenzstreifenfeld und damit im lichtempfindlichen Medium das ein holographisches Abbild des im Durchsichtbild enthaltenen Musters enthaltende Gitter auszubilden, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Strahl jeweils auf nicht kollinearen Bahnen durch getrennte Raumfilter und von dort unter gleichen Einfallswinkeln bezug- I lieh der Ebene des Durchsichtbildes im Einfallspunkt unmittel-

j bar auf das Durchsichtbild geschickt werden, so daß das sich

ausbildene Gitter frei von künstlichen Fehlern, wie sie bei Linsenaberrationen oder Staub entstehen.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet _t daß man als Durchsichtbild ein Schwarzweiß-Bild als optisch unterscheidbares Muster vorsieht.

11. Verfahren nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß man

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zusätzlich eine Folge von Schwarzweißbildern vorsieht, die jeweils einer vorgegebenen Farbkomponente eines vielfarbigen Bildes entsprechen, wobei man jedes dieser Bilder mit einem vorgehenden Bild genau ausrichtet und mit Strahlen kohörenter Strahlung der gleichen Wellenlänge, aber unter verschiedenen Winkeln bestrahlt.

12..Verfahren nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß man weiterhin zusätzliche Paare von miteinander kohärenten Strahlen der gleichen Wellenlänge wie der erste und der zweite Strahl auf vorgewählten nichtkollinearen Bahnen durch separate Raumfilter und von dort unmittelbar mit gleichen Einfallswinkeln auf das Durchsichtbild wirft, wobei die vorgewählten Bahnen und die zugehörigen Einfallswinkel für jedes Strahlpaar anders gewählt sind derart, daß kohärente Strahlen einer gegebenen WeIIe^ länge einander im Bereich des Schnitts zu zusätzlichen fnterferenzstreifenfeldern schneiden und dadurch im lichtempfindlichen Medium ein Hologramm ausbilden, das ein Abbild aller der übereinandergelagerten und vom Muster des Durchsichtbildee amplitudenmodulierten Interferenzetreifenmuster ist, wobei die Muster eine Vielzahl von überlagerten Gittern darstellen, die jeweils eine sich von der der anderen Gitter unterschiedliche Raumfrequenz haben.

13. Verfahren nach Anspruch 9» gekennzeichnet durch den weiteren Schritt, daß man zusätzliche Paare miteinander kohörenter Strahlen mit vorgewählten Wellenlängen, die eich von der Wellenj-

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länge des ersten und zweiten Strahls unterscheiden und innerhalb des spektralen Empfindlichkeitsbereichs der lichtempfindlichen Schicht liegen, auf nicht kollinearen Bahnen durch getrennte Raumfilter und dann unter gleichen Einfallswinkeln bezüglich der Ebene des Durchsichtbildes im Einfallspunkt unmittelbar auf das Durchsichtbild richtet, wobei die kohärenten Strahlen gegebener Wellenlänge einander zu zusätzlichen Interferenzstreifenfelder im Schnittbereich schneiden, so daß ein Hologramm, das ein Bild aller der Interferenzstreifenmuster einander überlagert und mit dem optisch unterscheidbaren Muster amplitudenmoduliert sich bildet, wobei die Muster eine Vielzahl von Lineargitter darstellen, von denen jedes eine von der der anderen Gitter unterschiedliche Raumfrequenz hat.

14. Verfahren nach Anspruch 13, zur Ausbildung eines Hologramms¹ mit einer Vielzahl von Lineargittern, von denen jedes eine von , der der anderen Gitter unterschiedliche Raumfrequenz hat, da- j

durch gekennzeichnet, daß man zusätzlich ein Durchsichtbild mit] einem vielfarbigen, optisch wahrnehmbaren Muster versieht, im wesentlichen in Berührung mit dem Durchsichtbild eine panchroma-f tische lichtempfindliche Schicht anordnet, zwei zueinander kohärente Strahlen einer ersten vorbestimmten Wellenlänge auf nicht kollinearen Bahnen durch getrennte Raumfilter und von unmittelbar auf das Durchsichtbild richtet, so daß die Strahlen der ersten vorbestimmten Wellenlänge mit gleichen Einfallswinkel bezüglich einer im Einfallspunkt rechtwinklig aus dem Durch-fsichtbild herausstehenden Linie auf das Durchsichtbild auftref-

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fen und sich im Bereich des Strahlschnitts ein Interferenzstreifenfeld ausbildet, das in der lichtempfindlichen Schicht in Abbild des Interferenzstreifenfeldes, aber amplitudenmoduliert durch diejenigen Teile des optisch unterscheidbaren Musters, die einer Farbe des mehrfarbigen optischen Musters entjsprechen, ergibt, daß man zwei miteinander kohärente Strahlen einer zweiten vorbestimmten Wellenlänge auf nicht kollienaren Bahnen durch separate Raumfilter und von dort unmittelbar auf das Durchsichtbild richtet derart, daß die Strahlen der zweiten vorbestimmten Wellenlänge auf das Durchsichtbild mit gleichen Einfallswinkeln auftreffen, um auf der lichtempfindlichen Schicht ein Bild des Interferenzstreifenfeldes zu erzeugen, das dem Schnitt der Strahlen der vorgewählten Wellenlänge, aber amplitudenmoduliert durch diejenigen Teile des optisch unterscheidbaren Musters, die einer zweiten Farbe des mehrfarbigen optischen Musters entsprechen, zugeordnet ist, und das man zwei miteinander kohärente Strahlen einer dritten vorbestimmten Wellenlänge auf nicht kollienaren Bahnen durch separate Raumfilter und von dort unmittelbar auf das Durchsichtbild schickt, so daß die Strahlen der dritten vorbestimmten Wellenlänge auf das Durchsichtbild mit gleichen Einfallswinkeln auftreffen und auf der lichtempfindlichen Schicht ein Abbild des Interferenzstreifenfeldes erzeugen, das dem Schnitt der Strahlen der dritten vorbestimmten Wellenlänge zugeordnet und von denjenigen Teilen des optisch unterscheidbaren Musters amplitudenmoduliert ist, die einer dritten Farbe im mehrfarbigen optischen Muster entsprechen.

15· Verfahren nach Anspruch 14, ladurch gekennzeichnet. daß man sämtliche Strahlen kohärenter Strahlung in Bahnen richtet derart, daß sie unter dem gleichen Winkel auf das Durchsichtbild treffen, wobei diese Bahnen in der gleichen Ebene liegen.

16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet« daß man die Anordnung aus Durchsichtbild und lichtempfindlicher Schicht, die einander berühren, hinsichtlich der einfallenden Strahlen dreht, um das Bild des den Strahlen der zweiten vorbestimmten Wellenlänge zugeordneten Streifenfeldes in einer anderen Ausrichtung herzustellen als das, das aus dem Interferenzstreifenfeld entsteht, das den Strahlen der ersten vorbestimmten Wellenlänge zugeordnet ist, und daß man weiterhin die Anordnung aus Durchsichtbild und lichtempfindlicher Schicht, die einander berühren, bezüglich der einfallenden Strahlen weiter dreht, um das Bild des den Strahlen mit der dritten vorbestimmten Wellenlänge zugeordneten Streifenfeldes in einer Richtung anzuordnen, die sich von den mit den Strahlen der ersten und zweiten vorbestimmten Wellenlänge erzeugten unterscheidet.

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