DE2719888A1 - Holographischer gegenstand und verfahren zur herstellung desselben - Google Patents
Holographischer gegenstand und verfahren zur herstellung desselbenInfo
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Description
·- PATENTANWÄLTE ^.i,
τ. Won: ο»/JgJJJ BERLIN - MÖNCHEN 1^"*""2/»"28
M 5814
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 ändertfi
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
709846/1042
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
709846/1042
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 θβτ größer als ©qjt» dieser seinerseits
größer als ÖRD· 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-
709846/1042
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
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.
Flächenteilen unterschiedlicher Belichtungsintensität entspricht. Bspw. kann man das Material zu Hologrammen verarbeiten! die den in der US-PS 3.703.407 offenbarten Phasenreliefhologrammen entsprechen.
7098U/1042
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.
709846/1042
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"
709846/1042
!
entspricht, bildet sich im lichtempfindlichen Medium ein erstes
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
709 8 46/TÖ42 ——
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
709846/1042
"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.
709846/1042
BAD ORIGINAL
Claims (16)
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-
709846/10*2
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
709846/10*2
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-
709846/1041
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-
709848/1042
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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