DE4334084A1

DE4334084A1 - Verfahren und Anlage zur Herstellung eines mehrfachen holografischen Elements

Info

Publication number: DE4334084A1
Application number: DE4334084A
Authority: DE
Inventors: Robert W Brandstetter; Nils J Fonneland
Original assignee: Grumman Aerospace Corp
Current assignee: Grumman Corp
Priority date: 1992-10-06
Filing date: 1993-10-06
Publication date: 1994-05-05
Also published as: US5547786A; GB9320496D0; JP3542364B2; GB2271435A; GB2271435B; JPH06318029A

Description

Die Erfindung bezieht sich generell auf ein Verfahren und auf eine Anlage bzw. ein System zur Herstellung hologra fischer Elemente. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf ein Verfahren und eine Anlage zur Herstellung einer Kopie eines multiplen bzw. mehrfachen holografischen Elements.

Holografische optische Elemente werden dadurch hergestellt, daß ein kohärenter Laser-Referenzstrahl mit einem kohärenten Lasersignalstrahl zur Bildung eines Hologramms in einem fotografischen Aufzeichnungsmaterial aufgezeichnet wird. Beim Aufbau holografischer optischer Elemente wird insbe sondere ein Paar kollimierter Konstruktionsstrahlen, als Signalstrahl bzw. als Referenzstrahl bezeichnet, derart projiziert, daß sie sich unter einem relativen Winkel zu einander auf einem Aufzeichnungsträger überlappen, wodurch ein optisches Interferenzmuster erzeugt wird, das in dem Aufzeichnungsträger als Amplituden- und/oder Phasenvertei lung von in geringem Abstand voneinander entfernten Linien aufgezeichnet wird. Der Signalstrahl kann räumlich moduliert werden, indem er durch ein Bild eines ausgewählten Objekts hindurchgelangt. Die Signal- und Referenzstrahlen kombinie ren sich dann auf dem Aufzeichnungsträger unter Lieferung eines Beugungsmusters oder Hologramms, das für das ausge wählte Objekt einzigartig ist. Vorzugsweise stammen die Konstruktionsstrahlen von derselben Quelle kohärenter elek tromagnetischer Strahlung, die beispielsweise ein Laser sein kann. Der Aufzeichnungsträger kann, wie an sich be kannt, eine fotografische Emulsion, dichromatische Gelan tine, ein Fotopolymer und dergleichen sein, und er kann auf ein geeignetes Substrat, wie eine Glasplatte oder einen Dünnfilm aufgezogen oder darauf aufgebracht sein.

Ein Hologramm kann dadurch verwendet oder wiedergegeben werden, daß ein kollimierter Strahl, der als Wiedergabe strahl bezeichnet wird, durch das aufgezeichnete Hologramm abgegeben wird. Das Hologramm beugt den Wiedergabestrahl und erzeugt in einem vorgegebenen Abstand und unter vorge gebenen Winkel vom Hologramm ein Abbild des Bildes, das zur räumlichen Modulation des zur Herstellung des Hologramms verwendeten Signalstrahles verwendet worden ist.

Für viele Anwendungen ist es von Nutzen, mehrfache bzw. multiple Hologramme auf einem Aufzeichnungsträger zu bil den. In typischer Weise geschieht dies durch eine von zwei Prozeduren, die als Schritt- und Wiederholungs-Prozeß bzw. als paralleler oder kohärenter Prozeß bezeichnet werden. Bei dem erstgenannten Prozeß wird zu einem Zeitpunkt jeweils ein Hologramm im Aufzeichnungsträger gebildet. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß der Signalstrahl durch ein Bild hindurch und dann auf den Aufzeichnungs träger abgegeben wird, um in dem Aufzeichnungsträger ein erstes Hologramm zu bilden. Dieser Schritt wird mehrmals wiederholt, wobei jeweils der Signalstrahl auf denselben Aufzeichnungsträger gerichtet wird. Beim parallelen Prozeß zur Bildung eines mehrfachen holografischen Elements wer den die mehrfachen Hologramme alle gleichzeitig gebildet. Dies kann dadurch geschehen, daß der Signalstrahl in eine Matrix von Komponentenstrahlen aufgeteilt wird und daß ein einzelnes Bild auf den Aufzeichnungsträger zur Bildung der mehrfachen Hologramme auf den betreffenden Aufzeich nungsträger abgegeben wird.

Als generelle Regel weisen durch den Schritt- und Wieder holungsprozeß hergestellte mehrfache holografische Elemente eine hohe Genauigkeit, jedoch einen geringen Wirkungsgrad auf, während durch den Parallelprozeß hergestellte mehrfache holografische Elemente einen hohen Wirkungsgrad, jedoch eine geringe Genauigkeit aufweisen. Genauer gesagt, wird der Wirkungsgrad eines mehrfachen holografischen Elements als Verhältnis der Leistung des eingegebenen Wiedergabe- Strahls zur Leistung der kombinierten Ausgangs-Strahlen erster Ordnung des Hologramms gemessen, und die Genauigkeit eines Hologramms wird als Fähigkeit des Elements gemessen, das zur Bildung des Hologramms verwendete Bild genau wie derzugeben.

Bei einem nach dem Schritt- und Wiederholungsprozeß herge stellten mehrfachen holografischen Element teilt sich jedes Hologramm aufgrund der Tatsache, daß es gesondert herge stellt worden ist, denselben Aufzeichnungsträger wie die anderen Hologramme auf dem betreffenden Element, und es ist imstande, mit einem hohen Genauigkeitsgrad das zur Bildung des Hologramms verwendeten Bild wiederzugeben. Mit Rücksicht darauf, daß jedem Hologramm lediglich ein Teil des Dynamikbereiches des Aufzeichnungsträgers zuge wiesen ist, ist jedoch der Wirkungsgrad des Hologramms niedrig. Bei einem durch den Parallelprozeß hergestellten mehrfachen holografischen Element weist das Hologramm einen verhältnismäßig hohen Wirkungsgrad auf, da jedes Hologramm am gesamten Dynamikbereich des Aufzeichnungsträgers teil hat. Die Hologramme überlappen sich jedoch in ihrem Anteil des Dynamikbereiches des Aufzeichnungsträgers, und jedes Hologramm kann sein Nachbar-Hologramm merklich verzerren. Wenn ein vorgegebenes bzw. bestimmtes Hologramm wiedergege ben wird, können die im Hologramm durch die gemeinsame Nutzung des Dynamikbereiches sämtlicher Hologramme bei der Aufzeichnung hervorgerufenen Verzerrungen die Fähig keit des vorgegebenen Hologramms merklich reduzieren, das Bild genau wiederzugeben, das zur Bildung des vorgegebenen Hologramms verwendet wurde.

Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein mehrfaches holografisches Element mit hoher Genauigkeit und hohem Wirkungsgrad herzustellen.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, eine Qualitäts-Arbeitsweise bei einem nach einem Schritt- und Wiederholungsvorgang hergestellten holografischen opti schen Element zu erzielen und außerdem einen hohen Wirkungs grad ohne die Opfer zu erreichen, die mit dem holografischen Element vom Paralleltyp verbunden sind.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine verbesserte Aufzeichnung eines holografischen Elements nach dem Schritt- und Wiederholungsverfahren zu erreichen, indem ein Kontakt-Kopierprozeß angewandt wird, um die einen niedrigen Wirkungsgrad aufweisende Aufzeichnung des holo grafischen optischen Elements auf ein Fotopolymer oder ein anderes geeignetes Material zu übertragen und eine optimale Belichtung vorzunehmen, um eine Linse hohen Wir kungsgrades mit denselben guten optischen Qualitäten der nach dem Schritt- und Wiederholungsverfahren hergestellten holografischen optischen Elemente zu erhalten.

Eine noch weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung be steht darin, den Wirkungsgrad der Beugung eines für Holo gensilber aufnahmefähigen holografischen optischen Elements dadurch zu steigern, daß dieses in ein Phasenaufzeichnungs- Element umgewandelt wird, wobei im Zuge der Ausführung dieses Vorgangs der Betrag der Indexänderung in dem durch das Hologensilber erzeugten Streifenmuster effektiv ver stärkt wird, wodurch der Anteil des Lichtes gesteigert ist, der in der ersten Ordnung gebrochen wird, welche das holografische optische Linsenelement umfaßt.

Gelöst werden diese und weitere Aufgaben durch ein Ver fahren und ein System zur Herstellung eines mehrfachen holografischen Elements. Das Verfahren umfaßt die Schritte der Herstellung eines mehrfachen holografischen Mutter- bzw. Master-Elements mit einem Absorptions-Gittermuster über das mehrfache holografische Master-Element, des Überziehens des holografischen Master-Elements mit einer Schicht aus einem Phasen-Aufzeichnungsmaterial und der Abgabe eines Aufzeichnungsstrahles an und durch das holo grafische Master-Element und in die Schicht aus dem Pha sen-Aufzeichnungsmaterial. Das Absorptions-Gittermuster des holografischen Master-Elements moduliert die Intensität des Aufzeichnungsstrahls, und der modulierte Aufzeichnungs strahl veranlaßt die Monomere des Phasen-Aufzeichnungsma terials, ein Monomer-Muster zu bilden, das in dem Fall, daß es polymerisiert ist, ein gewünschtes Beugungs- bzw. Brechungsindexmuster über die Schicht des Phasen-Aufzeich nungsmaterials liefert. Das Verfahren umfaßt ferner die Schritte des Fixierens der Monomere der Schicht aus dem Phasen-Aufzeichnungsmaterial, so daß das Monomer-Muster dadurch eine Kopie des mehrfachen holografischen Elements bildet, und die Beseitigung der Fotopolymerschicht von dem holografischen Master-Element.

Vorzugsweise wird das holografische Master-Element durch einen Schritt- und Wiederholungsprozeß gebildet. Das be treffende holografische Element wird insbesondere dadurch gebildet, daß ein Referenzstrahl an einen optischen Auf zeichnungsträger abgegeben wird, daß ein Signalstrahl von einer Strahlquelle an den Aufzeichnungsträger und unter einem Winkel R zum Referenzstrahl abgegeben wird und daß der Aufzeichnungsträger inkremental in eine Vielzahl von Positionen bewegt bzw. verschoben wird, wodurch eine aus gewählte Anzahl von Hologrammen in dem Aufzeichnungsträger aufgezeichnet wird. Auf diese Weise interferieren der Re ferenzstrahl und der Signalstrahl an diesen verschiedenen Stellen des Aufzeichnungsträgers unter Bildung des mehr fachen holografischen Master-Elements.

Wenn dieses bevorzugte holografische Master-Element bei dem Herstellungsverfahren und Herstellungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung angewandt wird, wird vorzugs weise die Amplitude des Aufzeichnungsstrahles über das mehrfache holografische Master-Element entsprechend fol gender Gleichung variiert:

|A_c|² = |A|² cosR.

Hierin bedeuten A_c die Amplitude des Aufzeichnungsstrahls an irgendeinem ausgewählten Punkt auf dem holografischen Master-Element,
A die maximale Amplitude des Aufzeichnungsstrahles auf dem holografischen Master-Element und
R der oben erwähnte Winkel zwischen dem Signalstrahl und dem Referenzstrahl, der mit dem Signalstrahl für die Auf zeichnung der Hologramme in dem holografischen Master- Element verwendet wird.

Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung mit ihren Nutzen und Vorteilen unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungs beispiele detailliert beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Systems zur Herstellung eines holografischen Master- Elements.

Fig. 2 zeigt in einer vergrößerten Ansicht einen Teil des in Fig. 1 dargestellten Systems.

Fig. 3 veranschaulicht in einer schematischen Dar stellung das verwendete oder wiedergegebene holografische Master-Element.

Fig. 4 zeigt in einer schematischen Ansicht ein System zur Herstellung einer Kopie eines holografischen Master-Elements.

Fig. 5 zeigt in einer vergrößerten Ansicht einen Teil des in Fig. 4 dargestellten Systems.

Fig. 6 veranschaulicht in einer skizzierten Form das holografische Master-Element und die von diesem hergestellte Kopie, und außerdem ist veranschau licht, wie das Phasengitter der Kopie durch den Kopie-Strahl und das absorbierende Gitter des holografischen Master-Elements produziert wird.

Fig. 7 veranschaulicht, wie für ein dünnes holografi sches Kopie-Element die Wirkungsgrade der Aus gangs-Strahlen nullter und erster Ordnung des holografischen Kopie-Elements entsprechend dem Phasengitter der Kopie variieren.

Fig. 8a bis 8d zeigen verschiedene interessierende Parameter für den Fall, daß ein Aufzeichnungs-Strahl mit einer konstanten Amplitude über sein Profil bei dem System gemäß Fig. 4 angewandt wird, um ein holografisches Kopie-Element herzustellen.

Fig. 9a bis 9d zeigen dieselben interessierenden Parameter wie zuvor für den Fall, daß die Amplitude des Auf zeichnungs-Strahls über dessen Profil in einer besonderen Weise variiert wird.

Fig. 10 demonstriert, wie sich die Index-Modulation des holografischen Kopie-Elements vor und nach Aus härten als Funktion der Energie des Aufzeichnungs strahls ändert.

Fig. 11 veranschaulicht die Übergangs-Charakteristik für ein Kopie-Design.

Fig. 12 veranschaulicht das Leistungsspektrum eines bei dem System gemäß Fig. 4 hergestellten angepaßten Filters.

Fig. 13 zeigt in einem schematischen Diagramm eine Labor- Tastanordnung, wie sie für die Herstellung eines holografischen Kopie-Elements gemäß der vorliegen den Erfindung verwendet worden ist.

Fig. 14 zeigt ein schematisches Diagramm einer Laboranord nung, wie sie für die Bewertung des holografischen Kopie-Elements verwendet worden ist.

Fig. 15 und 16 zeigen, wie der Wirkungsgrad des holografischen Kopie-Elements als Funktion der Energie des Kopie- Strahls variiert, wenn der Kopie-Strahl Winkel von 0° bzw. 10° zur Normalen des holografischen Kopie-Elements bildet.

Fig. 17 und 18 veranschaulichen in Säulenform Daten gemäß Fig. 15 und 16.

Die vorliegende Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Kopie eines mehrfachen holografischen optischen Ele ments, das heißt einer Kopie in dem Sinne, daß diese bei ihrer Wiedergabe dasselbe Bild wie das originale optische Element bei Wiedergabe produziert. Die Erfindung ist ins besondere gut geeignet für die Herstellung eines mehrfachen bzw. multiplen holografischen optischen Elements mit hoher Genauigkeit und hohem Wirkungsgrad von einem eine hohe Genauigkeit und einen niedrigen Wirkungsgrad aufweisenden mehrfachen holografischen optischen Element. Wie für den Durchschnittsfachmann verständlich sein dürfte, kann die Erfindung in ihrem breitesten Sinne jedoch auch für andere Zwecke angewandt werden. So kann die Erfindung insbesondere dazu herangezogen werden, einfach funktionale Kopien eines mehrfachen holografischen Elements unabhängig davon zu produzieren, ob die Kopie effizienter oder genauer ist als das originale holografische Element.

Um zu verstehen, wie die vorliegende Erfindung am besten eingesetzt bzw. genutzt werden kann, um eine Kopie eines mehrfachen holografischen optischen Elementes herzustellen, kann es hilfreich sein, die Prozedur zu betrachten, durch die ein mehrfaches holografisches Original- oder Master- Element gebildet bzw. hergestellt wird. Die Fig. 1 und 2 veranschaulichen generell einen Prozeß zur Herstellung eines derartigen optischen Master-Elementes. Dabei veran schaulicht insbesondere Fig. 1 ein System 10 für die Her stellung eines mehrfachen holografischen Elements, indem ein Schritt- und Wiederholungsprozeß ausgeführt wird. In dem System 10 erzeugt ein Laser 12 einen Laserstrahl 14 und richtet diesen Strahl auf einen Strahlteiler 16, der den betreffenden Strahl in einen Referenzstrahl 20 und in einen Signalstrahl 22 aufteilt. Der Referenzstrahl 20 wird von dem Strahlteiler 16 durch eine Strahl-Konditionie rungs- bzw. Strahl-Behandlungseinrichtung 24 und durch ein veränderbares Dämpfungsfilter 26 und dann an bzw. auf den Aufzeichnungsträger 28 abgegeben. Der Signalstrahl 22 vom Strahlteiler 16 her wird von Spiegeln 30a, 30b und 30c reflektiert und gelangt dann durch eine Strahlerwei terungseinrichtung 32 und eine Bündelungs- bzw. Kollimie rungslinse 34 hindurch. Der kollimierte Strahl gelangt dann durch die holografische Linse 36. Die Linse 36 ist so angeordnet, daß ihr ausgangsseitiger aufgeweiteter Strahl 40 auf den Aufzeichnungsträger 28 derart auftrifft, daß der betreffende Strahl 40 mit dem Referenzstrahl 20 interferiert und auf dem Aufzeichnungsträger ein Streifen muster bildet. Die Brennweite F_H der holografischen Linse 36 ist durch die Distanz des Aufzeichnungsträgers 28 vom Brennpunkt 1F der Linse 36 bestimmt.

Wie in Fig. 1 und 2 gezeigt, verläuft die Achse des Re ferenzstrahls 20 rechtwinklig zur Ebene des Aufzeichnungs trägers 26, und die Achse des Signalstrahls 22 bildet einen Winkel R zu der Linie, die rechtwinklig zur Ebene des Auf zeichnungsträgers verläuft.

Um auf dem Aufzeichnungsträger 28 eine Vielzahl von Holo grammen zu bilden, wird der betreffende Aufzeichnungsträger durch eine Reihe von Positionen in einer schrittweisen Art bewegt. An bzw. in jeder Position des Aufzeichnungsträgers interferiert der Signalstrahl 22 mit dem Bezugs- bzw. Referenzstrahl 20 über einen entsprechenden Bereich des Aufzeichnungsträgers und erzeugt eine Vielzahl von Bre chungsmustern oder Hologrammen auf dem betreffenden Auf zeichnungsträger, wobei jedes Hologramm generell um einen entsprechenden Punkt im Aufzeichnungsträger zentriert ist. Bei der Bildung dieser Hologramme bildet die Achse des Signalstrahls jeweils einen Winkel R zur Normalen in bezug auf die Ebene des Aufzeichnungsträgers, und bezüglich je des Hologramms ist somit zu sagen, daß es unter einem Winkel R zu bilden ist.

Nachdem das mehrfache holografische Element 28 vervollstän digt ist, kann es wiedergegeben werden. Unter Bezugnahme auf Fig. 3 geschieht dies dadurch, daß ein gebündelter bzw. kollimierter Strahl 44 auf das Element 28 gerichtet wird. Jedes Hologramm des Elements 28 bricht den einfallen den Strahl 44, was zu einer Vielzahl von Ausgangs-Strah len 46 führt, deren jeder auf einen entsprechenden Fleck fokussiert ist. Diese Fokusflecke liegen alle in einer Ebene, die als Rückbrennebene des Elements 28 bezeichnet wird, und zwar in einer Entfernung f von dem betreffenden optischen Element. So würde beispielsweise ein holografi sches optisches Element, bei dem 16 Hologramme in einer 4×4-Matrix angeordnet sind, 16 Ausgangs-Strahlen haben. Bei einem holografischen Element, das lediglich ein Holo gramm aufweist, was als 1×1-Hologramm bezeichnet werden kann, würde man einen Ausgangs-Strahl haben.

Da das Element 28 durch einen Schritt- und Wiederholungs prozeß hergestellt worden ist, weist das betreffende Ele ment eine hohe Genauigkeit, jedoch einen geringen Wirkungs grad auf. Der Wirkungsgrad des Elements 28 kann als Ver hältnis der Leistung des Eingangs-Wiedergabestrahls zur kombinierten Leistung der Ausgangs-Strahlen erster Ordnung definiert werden. Der Wirkungsgrad eines nach einem Schritt- und Wiederholungsprozeß hergestellten holografischen opti schen Elements ist durch die Tatsache begrenzt, daß der Dynamikbereich des optischen Elements von allen Aufzeich nungen geteilt wird, die auf dem betreffenden optischen Element vorgenommen worden sind. Damit ist beispielsweise jedem Hologramm eines holografischen optischen 4×4-Elements ein Dynamikbereich von 1/16 des Gesamtdynamikbereichs des gesamten holografischen optischen Elements zugeteilt.

Das generelle Ziel der Erfindung besteht in der Tat darin, den Brechungs-Wirkungsgrad des Elements 28 zu steigern.

Dies geschieht insbesondere dadurch, daß das Brechungs muster im Element 28 von einer einen geringen Wirkungsgrad aufweisenden Amplituden- und/oder Phasenaufzeichnung in ein zweites holografisches optisches Element umgesetzt wird und daß die geringe Modulations-Indexänderung effektiv verstärkt wird, um dadurch den Anteil des Lichtes zu stei gern, der auf die Ausgangs-Strahlen erster Ordnung des zweiten holografischen optischen Elements hin gebrochen wird. Fig. 4 veranschaulicht ein System 50 zur Herstellung dieses zweiten holografischen optischen Elements von dem Element 28 her.

Bei dem System 50 erzeugt eine Quelle monochromatischer kollimierter Lichtenergie von im wesentlichen fester Wellen länge, wie ein Laser 54, einen Ausgangs-Strahl 56, der als Wiederholungs- oder Aufzeichnungsstrahl bezeichnet ist, und richtet diesen Strahl durch eine Strahl-Behand lungseinrichtung 60, die vorzugsweise Linsen 62 und 64, ein Loch 66 und ein Filter 70 aufweist. Die Linsen 62 und 64 sowie das Loch bzw. Nadelloch 66 sind dazu vorgesehen, den Strahl 56 zu bündeln und den Strahl 20 auf die gewünschte Größe zu erweitern. Das Filter 70 ist dazu vorgesehen, die Intensität oder Amplitude des Strahls 56 über ihr Pro fil, das als x-y-Richtung bezeichnet ist, wie gewünscht zu steuern oder einzustellen. Von der Strahl-Behandlungs- bzw. Strahl-Konditionierungseinrichtung 60 her wird der behandelte Strahl 56 unter einem gewünschten Winkel auf das holografische optische Master-Element 25 gerichtet, gelangt durch dieses hindurch und tritt direkt in einen Phasen-Aufzeichnungsträger 72, wie in eine Fotopolymer schicht, ein, die auf der Rückseite des holografischen optischen Master-Elements aufgebracht worden ist.

Da der Vervielfältigungs- bzw. Kopie-Strahl 56 durch das optische Element 28 hindurchtritt, wird der betreffende Strahl durch das in dem optischen Element 28 enthaltene Beugungsmuster amplituden- und phasenmoduliert, wobei diese Modulation direkt mit dem Aufzeichnungsträger 72 gekoppelt ist. Da der Vervielfältigungs- bzw. Kopie-Strahl 56 durch das holografische Master-Element 28 hindurchtritt, wird insbesondere die Amplitude des betreffenden Kopie-Strahls derart moduliert, daß der betreffende Kopie-Strahl ein vorgegebenes Amplituden- oder Intensitätsprofil in der x-y-Richtung aufweist. Von dem holografischen Master-Element 28 gelangt der amplitudenmodulierte Vervielfältigungs- bzw. Kopie-Strahl 56 direkt in und durch den Aufzeichnungs träger 72. Wenn dies geschieht, wandern die Monomere des Aufzeichnungsträgers 72 in Bereiche geringerer Lichtintensi tät, was dazu führte, daß ein Monomer-Intensitätsprofil über den Aufzeichnungsträger 72 hinweg erzeugt wird, das umgekehrt zum Intensitätsprofil-Strahl 56 ist, der durch das holografische optische Master-Element 28 erzeugt wird. Der Brechungsindex der Brechung durch den Aufzeichnungs träger 72 variiert umgekehrt zu dessen Monomer-Dichte, so daß das oben beschriebene Monomer-Profil dazu neigt, ein Brechungsindex-Profil über den Aufzeichnungsträger 72 hinweg zu erzeugen, welches das Intensitätsprofil des durch das optische Master-Element 26 erzeugten Strahls 56 wieder gibt.

Nachdem das gewünschte Monomerdichtemuster im Aufzeichnungs träger 72 erzeugt ist, wird die Übertragung bzw. Abgabe des Aufzeichnungsstrahls 56 durch den betreffenden Aufzeich nungsträger beendet oder abgestellt. Sodann werden die Monomere des Fotopolymers 72 polymerisiert, um die Monomere zu fixieren, wodurch eine permanente Aufzeichnung des Mono mer-Musters im Fotopolymer gebildet wird, und das Fotopoly mer wird von den Master-Aufzeichnungselementen 26 entfernt.

Die Aufzeichnung in dem Fotopolymer 72 ist eine reine Pha senaufzeichnung in einem nicht-absorbierenden Aufzeichnungs träger. Wenn das Fotopolymer wiedergegeben wird, tritt somit scheinbar keine Dämpfung der Amplitude des Wiedergabe strahls durch das Fotopolymer auf.

Unter Bezugnahme vorzugsweise auf Fig. 4 und 5 ist anzu merken, daß Sensoren 74 vorgesehen sind, um die Leistung in den Ausgangs-Strahlen erster und höherer Ordnung der Fotopolymerschicht 72 im Zuge der Aufzeichnung zu über wachen. Die Aufzeichnung ist abgeschlossen, wenn eine maxi male Leistung in dem Ausgangs-Strahl erster Ordnung und eine erwünschte minimale Leistung in den Ausgangs-Strahlen höherer Ordnung erhalten wird. So können beispielsweise Ausgangssignale von diesen Sensoren 74 durch eine Bedienper son überwacht werden, die den Laser 54 manuell dann deakti viert, wenn die gewünschten Ausgangs-Strahlleistungen er reicht sind. Alternativ dazu können diese Sensoren mit dem Laser 54 verbunden sein, um ihn automatisch zu deakti vieren, wenn die Ausgangs-Strahlen des Fotopolymers 72 die gewünschten Leistungspegel erreichen. Außerdem kann zuerst ein versuchsweises holografisches Kopie-Element erstellt werden, wobei eine zeitliche Entwicklung bezüg lich der Leistungspegel der Ausgangs-Strahlen der ver schiedenen Ordnungen aufgenommen wird. Dies liefert ein Histogramm, welches eine auszuwählende Belichtung ermög licht, die den gewünschten Wirkungsgrad und die gewünsch ten Verteilungen von Ausgangs-Strahlen erster und höherer Ordnung der Fotopolymerschicht liefern würde. Diese Daten würden dann dazu herangezogen, ein optimiertes holografi sches optisches Element herzustellen.

Als Aufzeichnungsträger 72 kann irgendein geeignetes Poly mer verwendet werden. Ein geeignetes Fotopolymer wird bei spielsweise von DuPont, Inc. unter der Bezeichnung HRF 600 OMNIDEX vertrieben. Das Fotopolymer kann auf ein holografi sches Master-Element 28 gegossen und dann an Ort und Stelle ausgehärtet werden, oder ein ausgehärteter Fotopolymer-Film streifen kann direkt auf die Emulsionsseite des Master-Ele ments 28 gewalzt werden. Konventionelle Verfahrensweisen können angewandt werden, um das Fotopolymer zu polymerisie ren und um das Fotopolymer von dem holografischen Master- Element 28 zu entfernen.

Aus der obigen Erläuterung wird die vorliegende Erfindung für den Durchschnittsfachmann ersichtlich sein. Die folgen de Analyse mag hilfreich sein für die Erläuterung der Nutzen und Vorteile der Erfindung und dafür, wie jene Nutzen und Vorteile optimiert werden.

Wenn ein Hologramm mit ebener Welle (ein Sinuswellen-Git ter), das aus einem Absorptions-Gitter besteht, in einem dünnen holografischen Element gebildet wird, dann ist die Periodizität a des Gitters über die Breite des holografi schen Elements, als y-Richtung bezeichnet, durch folgende Gleichung beschrieben:

Hierin bedeuten a₀ die mittlere Absorption des Gitters, a₁ den Spitzen-Absorptionspegel des Gitters und 1/S die räumliche Frequenz des Gitters längs der y-Achse.

Es ist ferner bekannt, daß der Wirkungsgrad η dieses Ab sorptionsgitters durch die folgende Gleichung gegeben ist:

η = exp (-2a₀d/cos R) sin h² (a₁d/2 cos R) (2)

Hierin bedeuten d die Dicke des optischen Elements und R der Winkel von der Normalen des zur Herstellung des optischen Elements verwendeten Referenzstrahles.

Wenn R gleich 0 ist, was bei dem System gemäß Fig. 1 und 2 der Fall ist, dann ist cosR gleich 1, und die Gleichung (2) wird zu:

η = exp (-2a₀d) sin h² (a₁d/2) (3)

Dabei ist η ein Maximum, wenn a₀ gleich a₁ ist. Wenn dies der Fall ist und wenn ein optisches Element mit einer Dicke von 20 Mikrometer vorliegt, dann beträgt der maximale Wir kungsgrad des Gitters etwa 3,67%.

Die obige Diskussion basierte auf der Annahme, daß der Winkel R festliegt. Bei komplexeren Hologrammen, wie sie bei Linsenanwendungen gebildet werden, wäre jedoch auch ein zweiter Winkel ψ einbezogen. Beide Winkel R und ψ würden von Punkt zu Punkt bei der Aufzeichnung variieren und tatsächlich eine Verminderung im Wirkungsgrad des holo grafischen optischen Elements hervorrufen. Dieser verminder te Wirkungsgrad geht auf die Tatsache zurück, daß die räumliche Frequenz 1/S des Gitters längs der y-Achse eine Funktion von beiden Größen R und ψ ist. Die räumliche Frequenz ist insbesondere durch folgende Gleichung gegeben:

Hierin bedeutet λ die Wellenlänge des Referenzstrahles.

Fig. 6 veranschaulicht in einer schematischen Ansicht ein mehrfaches holografisches Element 28 sowie eine Fotopolymer schicht 72 und enthält außerdem diesen Elementen überlagert grafische Darstellungen verschiedener interessierender Parameter. Dabei weist Fig. 6 insbesondere eine grafische Darstellung der Periodizität a des Gitters des Elements 28 auf, wie dies durch Gleichung (1) gegeben ist, und zwar überlagert einem Umriß des mehrfachen holografischen Master- Elements 28. Diese Zeichnungsfigur weist eine Darstellung des Brechungsindex n des Fotopolymers 72 auf, welche einem Umriß des betreffenden Elements überlagert ist.

Unter Bezugnahme auf Fig. 6 sei angemerkt, daß dann, wenn das optische Master-Element 28 durch den Vervielfältigungs- oder Kopie-Strahl beleuchtet wird, der durch das durch Gleichung (1) beschriebene absorbierende Gitter hindurchge langt, die Intensität des betreffenden Kopie-Strahls durch das absorbierende Gitter des optischen Master-Elements moduliert wird. Dieser modulierte Kopie-Strahl wird zum Einfall auf das Fotopolymer-Material 72 gebracht, in welchem tatsächlich das absorbierende Gitter des Elements 28 in ein allein phasen-index-moduliertes Gitter umgewandelt wird.

Im Falle einer dünnen Fotopolymerschicht 72 kann die Periodizität R des Phasengitters über die Breite der Schicht 72 durch folgende Gleichung beschrieben werden:

Φ = Φ₀ + Φ₁ sin (Ky) (5)

Hierin bedeuten Φ₀ irgendeine festliegende Phasenver schiebung,
Φ₁ die maximale Phasenverschiebung in dem Phasen-Gitter und

Dieses Phasen-Gitter kann durch eine Index-Modulation n hervorgerufen werden, die durch folgende Gleichung gegeben ist:

n = n₀ + n₂ sin (Ky) (6)

Hierin bedeuten n₀ die mittlere Index-Modulation,
n₁ die maximale Index-Modulation und

Die Phasenverschiebung Φ ist auf die Index-Modulation n bezogen durch die Beziehung gegeben:

Hierin bedeutet

und Δ ist gegeben durch irgendeinen Bruch.

Die Auflösung der Gleichung (7) nach Φ zeigt, daß folgende Beziehung gilt:

Damit kann die Gleichung (5) wie folgt umgeschrieben werden:

Die Durchlässigkeitsfunktion T_(y) des Gitters ist durch folgende Beziehung gegeben:

T_(y) = e^-j ^Φ = T_(y) = e^-j( ^Φ ^₀+ ^Φ ^₁sin(Ky)) (11)

Dies kann durch die Bessel-Funktion

T_(y) = e^-j ^Φ ^₀ e^-j ^Φ ^₁sin(Ky) = e^-j ^Φ ^₀ Σ J_n( _Φ _₁) e^jm(Ky) (12)

bewertet werden. Die Erweiterung der Gleichung (12) führt zu:

T_(y) = e^-j ^Φ ^₀ [J₀ (Φ₁) + J₁ (Φ₁) e^jKy + J₂ (Φ₁) e^2jKy + . . .] (13)

Im allgemeinen kann für n=0 oder eine positive ganze Zahl jeder Term in der Klammer in der Gleichung (13) durch folgende Gleichung ausgedrückt werden:

Hierin bedeuten n die Ordnung der Bessel-Funktion und m der Term in der Reihe.

Dies ist eine Bessel-Funktion der ersten Art, die aus Gleichung (14) erweitert werden kann. So sind beispiels weise J₀(Φ₁) und J₁(Φ₁) durch folgende Gleichungen gegeben:

Hierbei wird der Wert von aus Gleichung (9) erhalten.

Um die durch die Gleichung (12) beschriebene Übertragungs- bzw. Transmittanzfunktion zu bewerten, ist es notwendig, nach jedem Term der Reihenerweiterung oder durch numeri sche Integration aufzulösen. Für das in dem Fotopolymer 72 gebildete Phasengitter ist J₀(Φ₁) die Gleichspannung oder der Ausgangs-Strahl nullter Ordnung des Gitters, J₁(Φ₁) ist der Ausgangs-Strahl erster Ordnung des Gitters, und J₂(R₁) und die höheren Terme der Reihe sind Ausgangs-Strah len zweiter und höherer Ordnung des Gitters. Die Ausgangs- Strahlen nullter und erster Ordnung des Fotopolymers sind Strahlen von hauptsächlichem Interesse, weshalb die Terme nullter und erster Ordnung der Gleichung (12) die haupt sächlich interessierenden Terme sind. Die Werte für J₀(Φ₁) und J₁(Φ₁) sind tabellarisch zusammengestellt, so daß es lediglich erforderlich ist, Φ₁ zu berechnen und dann die für den betreffenden Wert interessierenden Bessel-Funktion nachzusehen oder den Wert unter Verwendung eines Rechen programms, wie Matlab, zu berechnen.

Wie zuvor erwähnt, wird ein geeignetes Fotopolymer 72 unter der Handelsbezeichnung HRF-600 OMNIDEX vertrieben; der Wert n für dieses Fotopolymer beträgt 0,14. Durch Sub stituieren dieses Wertes für n in Gleichung (9) und durch Einsetzen von 10 µ und 0,633 µ für d bzw. λ in die Glei chung (9) ergibt sich:

Nachdem Φ₁ bestimmt ist, können J₀(Φ₁) und J₁(Φ₁) aus den Gleichungen (15) und (16) bestimmt werden. Mit Φ₁ = 1,39 führen die Gleichungen (15) und (16) zu:

J₀(Φ₁) = 0.5728e^-j ^Φ ^₀ (17a)

J₁(Φ₁) = 0.5399e^jky * e^j ^Φ ^₀ (17b)

Da die Übertragungs-Terme für die nullte und erste Ordnung bekannt sind, kann der Wirkungsgrad des Gitters dadurch berechnet werden, daß durch das Gitter ein Lichtstrahl mit einer Leistung von einer Einheit (µ=1) hindurchge leitet wird.

Der Wert nullter Ordnung, µJ₀(Φ₁)₁ beträgt

µJ₀ (Φ₁) = 1 * (.5728e^-j ^Φ ^₀) (18)

und der Wert erster Ordnung, µJ₁(Φ₁) beträgt

µJ₁(Φ₁) = 1 * (.5399e^j(ky- ^Φ ^₀)) (19)

Die obigen Gleichungen geben die vom Gitter ausgehende Amplitude und Phase an, das durch J₀(Φ₁) und J₁(Φ₁) bestimmt ist. Der Wirkungsgrad des hergestellten holografischen Kopie-Elements steht zur Lichtleistung oder zum Quadrat der Amplitude des Ausgangs-Strahles relativ zur Leistung des Wiedergabe-Strahls in Beziehung; der Wirkungsgrad ist durch folgende Gleichung gegeben:

Wirkungsgrad = η = | J₁(Φ₁) |² = 0,29 (20)

Die Wirkungsgrade der Ausgangs-Strahlen nullter und erster Ordnung des holografischen Elements 72 - oder genauer ge sagt das Verhältnis der Intensität des Ausgangs-Strahles nullter Ordnung des Elements 72 zur Intensität des Wieder gabestrahles - wie sie von den nullten und ersten Ordnungen der Bessel-Funktion abgeleitet werden, ist in Fig. 7 darge stellt. Wie dort gezeigt, sind für Φ₂ = 1,39 die Wirkungs grade der Ausgangs-Strahlen nullter und erster Ordnung etwa gleich. Der maximale Wirkungsgrad des Ausgangs-Strahles erster Ordnung beträgt etwa 34%; dieser Wert wird dann erhalten, wenn Φ₁ etwa 1,8 beträgt. Bei diesem Wert von Φ₁ beträgt der Wirkungsgrad des Ausgangs-Strahles nullter Ordnung etwa 10%.

Es sei darauf hingewiesen, daß für ein in dem Fotopolymer 72 gebildetes dünnes Gitter Ausgangs-Strahlen höherer Ordnung zu beiden Seiten des Ausgangs-Strahles nullter Ordnung auftreten und daß die gesamte Ausgangsleistung des Fotopoly mers durch Summieren der Leistungen der Ausgangs-Strahlen sämtlicher Ordnungen berechnet werden kann. Dies ist äquiva lent der Auflösung der Gleichung (12) für den Fall, daß ein Wert von Φ₁ für sämtliche Werte von n und m herangezogen wird und daß die Amplitude des Ergebnisses quadriert wird. Darüber hinaus sollte die gesamte Ausgangsleistung gleich der gesamten Eingangsleistung sein, da keine Absorptionsver luste im Gitter des Fotopolymers 72 vorhanden sind.

In Laborversuchen sind Kontakt-Kopien der holografischen optischen Elemente erhalten worden, die diese Parameter verwendeten, und zwar mit Wirkungsgraden im Bereich von 20 bis 30%, was in Übereinstimmung mit der obigen Analyse bezüglich dieser Gitter steht.

Der Unterschied zwischen dicken und dünnen Hologrammen ist durch folgende Gleichung bestimmt:

Hierin bedeuten d die Dicke des Films, n den Index des Films und ∧ der Abstand der Streifen im Film (1/S). Wenn Q 1 ist, dann wird das Gitter insbesondere als dünn betrachtet. Falls Q » 1 ist, dann wird das Gitter als dick betrachtet.

Für die Werte λ = 0,514 µ, d = 10 µ, n = 1,5 und ∧ = 1,82·10^-3 µ gilt

Dies bringt die Gitter-Dicke irgendwo zwischen das Kriterium zwischen dick und dünn, womit beide Situationen zu berück sichtigen sind.

Der Wirkungsgrad η eines dicken Gitters ist unter Heran ziehung der Kogelnik-Lösung für gekoppelte Wellen bezüglich eines dicken Gitters durch folgende Gleichung gegeben:

Unter Heranziehung der oben angegebenen Werte für n, d, λ und R führt dies zu η = 42%. Dieser Wirkungsgrad ist höher als der Wirkungsgrad, der für den Fall bestimmt ist, daß das Gitter als dünn betrachtet wird, und er ist höher als im Labor beobachtet worden ist, was die Annahme nahe legt, daß die durch Gleichung (13) gegebenen Ergebnisse auf den vorliegenden Fall zutreffen.

Wie aus Gleichung (20) ersichtlich ist, ist der Wirkungs grad des holografischen Elements für ein dünnes holografi sches optisches Element eine Funktion von Φ₁ Der Spitzen- Phasen-Term in Gleichung (5) wird durch den Index-Modula tions-Term n₁ in Gleichung (6) gesteuert. Deshalb sind der maximale Wirkungsgrad des holografischen Elements 72 sowie die Gleichförmigkeit des Wirkungsgrades des holo grafischen Elements Funktionen dieses n₁-Termes durch Modulation des Kopie-Strahles.

Aus Gleichung (2) geht außerdem hervor, daß der Wirkungsgrad des Absorptionsgitters in dem holografischen Master-Ele ment 28 eine Funktion des Winkels R des Referenzstrahls zur Normalen des optischen Elements ist, von dem das holo grafische Element hergestellt worden ist. Der betreffende Wirkungsgrad η ändert sich dabei insbesondere umgekehrt mit bzw. zu cosR. Änderungen im Winkel R können durch Ein stellen oder Steuern der Intensität des Kopie-Strahls in der x-y-Richtung - das heißt über das Profil des Kopie- Strahles - derart kompensiert werden, daß der effektive Wirkungsgrad des hergestellten holografischen optischen Elements für sämtliche Werte von R bei einem Maximum gehal ten werden kann.

Die benötigten Kopie-Strahl-Korrekturen oder -Einstellungen können ziemlich einfach oder komplex sein, und zwar in Abhängigkeit davon, wie sich der Wert R ändert. Bei der in dem System gemäß Fig. 1 hergestellten Linse 28 ändert sich der Wert R beispielsweise in einer symmetrischen Weise ohne Ablenkungen bzw. Beugungen, und ein modifiziertes Gaußsches Filter kann bei dem System gemäß Fig. 4 verwen det werden, um die gewünschten Einstellungen bezüglich des Intensitätsprofils des Kopie-Strahls vorzunehmen. Bei komplizierteren Funktionen von R, wie asymmetrischen Funk tionen mit Ablenkungen bzw. Beugungen wäre das Strahlprofil- Filter des Systems 50 komplizierter.

Unter Bezugnahme auf Fig. 4 bis 6 sei noch spezieller ange merkt, daß der gewünschte optimale Wirkungsgrad des holo grafischen Kopie-Elementes dadurch erhalten werden kann, daß die Amplitude des Vervielfältigungs- bzw. Kopie-Strahls über die Seite des mehrfachen holografischen Master-Ele ments 28 entsprechend folgender Gleichung geändert wird:

|A_copy|² = |A|² cosR (23).

Hierin bedeuten |A_c| die Amplitude des Aufzeichnungs- Strahls an irgendeinem ausgewählten Punkt auf dem holo grafischen Master-Element, |A| die maximale Intensität des auf das holografische Master-Element auftreffenden Aufzeichnungsstrahls und R der Winkel zwischen (i) der Normalen des Aufzeichnungs trägers, von dem das holografische Element 26 hergestellt worden ist, und (ii) dem Referenzstrahl, der zur Bildung des Hologramms im Element 28 an dem ausgewählten Punkt verwendet worden ist.

Gemäß einem Beispiel kann unter Heranziehung der Gleichung (22) und der folgenden Parameter:

d = 20 µ, n₁ = 0,017, λ = 0,033 µ, R = 0

ein Gitter theoretisch einen Wirkungsgrad von 100 liefern, wie dies nachstehend veranschaulicht ist:

Wenn R größer ist als Null und nicht festliegt, dann sind die Terme in der Gleichung (22), die sich ändern können, R und n₁, und die anderen Terme liegen fest. Es sei außerdem darauf hingewiesen, daß cosR im Nenner der Gleichung (22) sich mit dem Aufzeichnungswinkel ändert. Somit kann bei spielsweise im Falle einer holografischen optischen 100-mm- Element-Linse, die auf einer 4×4-Zoll-Platte und unter einem Nominal-Winkel R₀ = 10° gebildet ist, der Aufzeich nungswinkel tatsächlich zwischen +36,6 und -26,6 von der Mitte der Platte aus zu den Kanten hin variieren. Die Kosi nus-Werte dieser Winkel sind:
cosR₀ = 0,98
cos(-26,6) = 0,89
cos(36,6) = 0,8.

Wenn der Wert n₁ so gesteuert wird, daß er exakt mit cosR variiert, dann bleibt das Argument der Gleichung (22) konstant und wird, welcher Wirkungsgrad bei der Auslegung auch ausgewählt worden ist, beibehalten. Die Fig. 8a bis 8d sowie 9a bis 9d zeigen diese Parameter aufgetragen für eine holografische optische 100-mm-Element-Linse sowie die Wirkung der Steuerung von n₁ zur Aufhebung der Ände rungen im Wirkungsgrad, die auf Veränderung von R zurück zuführen sind. Im besonderen zeigen Fig. 8a und 9a den Bereich des Aufzeichnungswinkels R, wenn das holografische Master-Element 28 hergestellt wird, sowie den Kosinus des betreffenden Winkels. Fig. 8(b) zeigt einen konstanten Wert n₁, und Fig. 9(b) zeigt die Darstellung des Wertes n₁cosR gegenüber R. Die Fig. 8(c) und 9(c) veranschauli chen die Werte n₁/cosR bzw. n₁cosR/cosR in der Darstellung gegenüber R. Die Fig. 8(d) und 9(d) veranschaulichen die Wirkungsgrade des holografischen Kopie-Elements, das dann gebildet wird bzw. ist, wenn die Intensität des Aufzeich nungsstrahls in der x-y-Richtung in Übereinstimmung mit den in Fig. 8(b) bzw. 9(b) veranschaulichten Funktionen verändert wird. Wie durch Gleichung (22) vorhergesagt, nimmt in dem Fall, daß die Intensität des Aufzeichnungs strahls in der x-y-Richtung konstant gehalten wird, der Wirkungsgrad des holografischen Elementes ab oder fällt zu den Kanten des betreffenden Elementes hin ab, wie dies in Fig. 8(d) veranschaulicht ist. Wenn die betreffende Strahlintensität indessen so eingestellt ist, daß Ände rungen im cosR kompensiert sind, so daß das Verhältnis von Strahlintensität/cosR konstant bleibt, wie dies in Fig. 9(c) veranschaulicht ist, dann ergibt sich daraus, daß auch der Wirkungsgrad des holografischen Kopie-Ele ments konstant ist, wie dies in Fig. 9(d) veranschaulicht ist.

Die cosR-Modulation von Δn ist durch Gleichung (23) be schrieben, wobei die Intensität des Kopie-Strahls als bzw. durch cosR verändert wird, weshalb sich die Index-Änderung n₁ entsprechend ändert. Dies führt zur Annahme, daß die Beziehung zwischen n₁ und der Aufzeichnungsenergie für den ausgewählten Arbeitspunkt linear ist, die etwa 40 mJ/cm² beträgt. Die Aufzeichnungsenergie ist durch folgende Glei chung gegeben:

Aufzeichnungsenergie = |A|²cosR·Δt (24).

Hierin bedeutet Δt die Belichtungszeit, und |A|² ist die Spitzen-Intensität des Aufzeichnungsstrahles.

Die Beziehung zwischen n₁ und der Aufzeichnungsenergie ist durch die in Fig. 10 dargestellten Kurven veranschaulicht, die insbesondere die Index-Modulation des Fotopolymer materials vor und nach dem thermischen Aushärten zeigen. Obwohl ein Aushärten nicht erforderlich ist, ruft das Aus härten jedoch eine nennenswerte Steigerung in der Index- Modulation n₁ hervor, wie dies durch die Kurven gemäß Fig. 10 veranschaulicht ist.

Die Übertragungskennlinie für ein holografisches optisches Kopie- oder Vervielfältigungs-Element sind in Fig. 11 ver anschaulicht. Die Übertragungskennlinien für die thermisch ungehärtete Vervielfältigung wurde von Fig. 10 genommen. Die Index-Änderung ist längs der Ordinate gemäß Fig. 11 veranschaulicht, und die durch Gleichung (24) berechnete Belichtungs-Energie ist längs der Abszisse in Fig. 11 auf getragen. Die umgekehrte Strahlprofil-Intensität ist von Gleichung (23) her genommen, die die achsenversetzte Mitte veranschaulicht, wie dies durch die Tatsache diktiert ist, daß die Signal- und Referenzstrahlen, die zur Herstellung der Master-Aufzeichnung verwendet worden sind, sich unter einem Winkel von 10° schneiden. In der Praxis wird dieses Profil dadurch erzielt, daß in die Bahn des Vervielfälti gungs-Strahles ein Absorptionsfilter eingebracht wird, dessen Übertragungskennlinie zu 1/cosR proportional ist. Ein derartiges Filter kann beispielsweise dadurch herge stellt werden, daß eine AgHal-Platte durch eine Lichtquelle belichtet wird, dessen Intensität sich entsprechend cosR ändert.

Die entwickelte Platte hätte dann eine Transmittanz bzw. Durchlässigkeit von 1/cosR. Die Index-Modulation n₁ wird dann ebenfalls durch cosR moduliert, wie dies in Fig. 11 veranschaulicht ist. Für praktische Zwecke würde eine Über gangs- bzw. Übertragungskurve für jeden neuen Stapel von Vervielfältigungsmaterial erzeugt werden, um sicherzu stellen, daß dieses Vervielfältigungsmaterial durch den Vervielfältigungs-Strahl während der gewünschten Zeit belichtet wird, um so holografische Kopie-Elemente mit maximalem Wirkungsgrad und gleichförmiger Leistung herzustellen.

Die obige Diskussion hat sich auf die Anwendung der Ver vielfältigung bzw. Kopie für die Herstellung holografischer optischer Elemente konzentriert. Optische Filter, wie ange paßte Hochpaßfilter, können jedoch ebenfalls von diesem Prozeß Nutzen ziehen, und es wird angenommen, daß der Wir kungsgrad eines angepaßten Filters um zumindest 20 db ange hoben werden kann. Nimmt man beispielsweise ein viereckiges bzw. quadratisches Objekt f(x,y) heran, für das ein Filter herzustellen ist, so wird die Fourier-Transformation vorge nommen, und ein Hochpaßfrequenzverhalten wird so gewählt, daß bei der ersten Keule begonnen wird (ein höherer Durch laß kann dadurch definiert werden, daß zu den zweiten oder dritten oder höheren Keulen hin übergegangen wird). Das Leistungsspektrum Ps ist gegeben durch:

Ps = |F(f(x,y)|² (25).

Längs einer Achse, wie der x-Achse, kann das Leistungs spektrum Ps(x) analytisch geschrieben werden zu:

Ps(x) = |sincx|² (26).

Die Gleichung (26) ist in Fig. 12 wiedergegeben, die ver anschaulicht, daß die erste Seitenkeule um 13 db, die zweite Seitenkeule um 18 db etc. abgesenkt sind. Für das Hochpaß filter, das für eine Diskriminierung benötigt wird, ist zumindest ein 13-db-Abfall vorhanden, falls die erste Keule verwendet wird, und die Absenkung wird größer, wenn das Frequenzdurchlaßband höher wird. Darüber hinaus kann aus Gleichung (3) bestimmt werden, daß in dem Fall, daß das Filter unter Verwendung von AgHal aufgezeichnet ist, der maximale Wirkungsgrad aufgrund der Absorption 3,67% beträgt, was sich zu einem zusätzlichen 14-db-Abfall umrechnet. Der Verlust aufgrund der Hochpaß-Keulen-Selektion kann indessen nicht beseitigt werden; die Absorptionsverluste können jedoch durch Anwendung der oben beschriebenen Vervielfältigungs-Verfahren reduziert werden. Falls die Filter-Kopie bzw. -Vervielfältigung so gut arbeitet wie jenes Filter, das bei der holografischen opitischen Element-Fabrikation verwendet worden ist, wird angenommen, daß zumindest eine 10-db-Erhöhung im Filter-Wirkungsgrad und eine entsprechende Reduktion in den Laser-Leistungs anforderungen erreicht werden können.

Es wurden Experimente durchgeführt, um den Wirkungsgrad von mehrfachen holografischen Linsenanordnungen zu stei gern, die derzeit unter Verwendung von AgHal-Material auf Glasplatten hergestellt werden. Die derzeitigen mehrfachen holografischen Linsenanordnungen weisen einen Wirkungsgrad in der Größenordnung von 2 bis 3% auf, und durch den hier angegebenen Vervielfältigungsprozeß wurden dieselben mehr fachen holografischen Linsenanordnungen aus AgHal mit ver stärker Index-Modulation auf ein Omnidex-Fotopolymer über tragen, und der Wirkungsgrad der 3×3- und 4×4-Anordnungen bzw. Felder war ohne nennenswerten Qualitätsverlust auf 20 bis 30% gesteigert.

Die mehrfachen holografischen Linsenanordnungen aus AgHal wurden bei 647 nm (unter Verwendung eines Krypton-Lasers) oder bei 633 nm (unter Verwendung eines HeNe-Lasers) bei einem Signalstrahl-Referenzstrahl-Winkel von 10° herge stellt. Die Anordnungen wurden durch das weiter oben be schriebene Schritt- und Wiederholungs-Belichtungsverfahren erzeugt, was bedeutet, daß das lichtempfindliche Material an der ersten Stelle belichtet wird, daß die Platte dann um einen vorgeschriebenen Wert verschoben wird, erneut belichtet wird, weiterbewegt wird, wieder belichtet wird, etc., und zwar je Lage in der betreffenden Anordnung.

Ein schematisches Diagramm der Labortestanordnung 80 ist in Fig. 13 veranschaulicht. Das Omnidex-Fotopolymer 82 ist für den blau-grünen Bereich lichtempfindlich, weshalb ein Argonionen-Laser 84, der blaues Licht (488 nm) emitiert, als Lichtquelle verwendet wurde. Der Roh-Laserstrahl 86 wird räumlich gefiltert, gedehnt und gebündelt. Ein Einzel achsenträger mit der Fähigkeit, sich um die vertikale Achse zu drehen, wurde verwendet, um die Glas-/holografische AgHal-Master-Anordnung 90 zu tragen.

Wie oben angedeutet, ist das bei diesen Experimenten ver wendete Fotopolymer lediglich im blau-grünen Bereich licht empfindlich, weshalb eine rote Lampe für die Beleuchtung benutzt wurde. Das Fotopolymer war auf einem Mylar-Schicht- Substrat mit einem dünnen Membranschutz-Überzugsmaterial aufgebracht. Bei der Vorbereitung des Polymers für die Belichtung wurde dieser Überzugsschicht abgelöst, und das Fotopolymer-/Mylar-Substrat wurde auf das Glas-/AgHal- Master-Teil derart aufgebracht, daß das Fotopolymer der AgHal-Emulsion der Master-Platte zugewandt war und mit dieser in innigen Kontakt gelangte. Die Fotopolymerschicht wurde mit Hilfe einer Walze aufgebracht, wobei von einem Ende aus begonnen und über die Fotopolymerschicht gewalzt wurde, damit diese mit der Master-Platte derart in Kontakt gelangte, daß der Einschluß von Luftblasen vermieden war, die sonst Hohlräume zwischen den Emulsionen hervorrufen könnten. Das Glasplatten-AgHal-Master-Polymerschichtgebilde wurde auf bzw. in Träger so aufgebracht, daß das Glas der Laserstrahlquelle zugewandt war. Das Platten-Schichtgebilde wurde dann durch die Laserlichtquelle belichtet. Nach der Belichtung wurde das Fotopolymer fixiert oder ausgehärtet, indem es von einer UV-Lichtquelle her beleuchtet wurde. In typischer Weise wurde eine 6- bis 8minütige Fixierzeit mit einem kleinen Schwarzlicht (800 µW/cm²) angewandt. Das fixierte Fotopolymer mit dem Mylar-Substrat wurde dann von der Glasplatte abgelöst und hinsichtlich Wirkungsgrad und optischer Qualität bewertet.

Fig. 14 zeigt in einem Diagramm die Laboranordnung 100, die für die Wiedergabe und Bewertung des verstärkten opti schen Vervielfältigungs-Elementes 82 verwendet worden ist, wobei eine Laserquelle 102 mit einer Wellenlänge von 633 nm verwendet wurde, die nahe der Wellenlänge ist, bei der das holografische Master-Element 909 hergestellt worden ist. Es sei darauf hingewiesen, daß die Wellenlänge des Vervielfältigungs-Strahles nicht dieselbe ist und nicht dieselbe zu sein braucht wie die Wellenlänge des Wieder gabe-Strahles, da der Vervielfältigungs-Strahl lediglich zur Bildung des Vervielfältigungs-Elements 82 verwendet wird. Für diese Bewertung wurde das Fotopolymer in einen (nicht dargestelltes) Flüssigkeits-Rahmen mit einer Stufe für eine Dreheinstellung um die x- und y-Achsen (Steigung und Gierung) untergebracht. Eine CCD-Fernsehkamera 104, die an einem Werkbank-Mikroskop befestigt war, wurde für die Betrachtung des fokussierten Beugungsmusters herange zogen, um die optische Qualität des holografischen opti schen Elementes zu bewerten, während ein (nicht dargestell ter) J-16-Strahlungsmesser zur Messung der Durchgangs leistung zum Zwecke der Bestimmung des Beugungs-Wirkungs grades verwendet wurde. Eine kreisförmige 10-mm-Apertur (nicht dargestellt) wurde vor dem verwendeten Laserstrahl untergebracht, um die jeweilige vielfache holografische Linsenanordnungs-Vervielfältigung zu bewerten. Die Stufe für das holografische optische Element 82 wurde abgeglichen, während das resultierende Beugungsmuster betrachtet wurde, um die beste Linsenleistung zu erzielen. Sodann wurde die Leistung des Beugungsstrahles erster Ordnung gemessen.

Die anfänglichen Vervielfältigungs-Belichtungen wurden über einen Bereich von etwa 94 cm² unter Verwendung eines Laserstrahls mit einem Durchmesser von 30 mm und bei rechtwinkliger Ausrichtung zur Platte (Fotopolymer-Träger) mit einer relativ hohen Leistungsdichte (10 mW/cm²) vorge nommen. Es zeigte sich, daß der Wiedergabe-Winkel, bei dem die maximale Beugungs-Nutzeffekt erzielt wurde, von jenem differierte, bei dem das beste Beugungsmuster auf trat.

Beim anschließenden Testen wurden verschiedene Belichtungen bei unterschiedlichen Energien vorgenommen, wobei der Einfallwinkel des Kopie-Strahls auf denselben Winkel wie bei der Master-Platte festgelegt war. Auf die Wiedergabe hin wurde festgestellt, daß der Winkel für die beste optische Leistung dicht mit dem für die beste Beugungs- Leistungsfähigkeit zusammenfiel. Die Kopien wurden zunächst trocken wiedergegeben (das heißt ohne einen Flüssigkeits rahmen). Während die Beugungs-Leistungsfähigkeit etwa um eine Größenordnung höher lag als bei der originalen Master- Platte war die optische Qualität nicht so gut. Es wurde für möglich erachtet, daß die Vervielfältigung mit dem Omnidex-Fotopolymer lediglich eine Oberflächenerscheinung sein könnte und daher verschwinden würde, wenn das Foto polymer in eine passende Flüssigkeit eingetaucht wird. Als das Omnidex-Fotopolymer jedoch in einem Index-Anpaß flüssigkeits-Rahmen wiedergegeben wurde, zeigte sich, daß die optische Qualität des Fotopolymers derart ver bessert war, daß sie nahezu nicht unterscheidbar war von jener der mehrfachen holografischen Master-Linsenanordnung, und der Wirkungsgrad bzw. die Leistungsfähigkeit blieb hoch. Damit war nachgewiesen, daß die fragliche Aufzeichnung im Träger untergebracht war und nicht ein einfaches Ober flächenrelief bildete. Der Wiedergabewinkel für die beste Leistung und die beste Beugungs-Leistungsfähigkeit zeigte jedoch von Platte zu Platte einige nicht konsistente Schwankungen. Das Mylar-Substrat für das Fotopolymer zeigt einige Doppelbrechung und konnte Schwankungen in der Dicke aufweisen, die die Wiedergabebedingungen und die Widergabe qualität beeinflussen können.

Bezugnehmend auf Fig. 13 sei angemerkt, daß der Durchmesser des kollimierten Laserstrahls, der bei dem Vervielfälti gungsprozeß verwendet worden ist, auf 100 mm gesteigert wurde, um die volle Apertur der mehrfachen holografischen Master-Linsenanordnungen zu kopieren. Die mit dem größeren Laserdurchmesser maximal erzielbare Intensität betrug etwa 2,5 mW/cm². Es zeigte sich, daß dann, wenn der Kopie-Strahl senkrecht zur Master-Platte verlief, die Fotopolymer-Kopien einen breiteren Bereich bezüglich des Wiedergabewinkels aufwiesen, so daß es leichter war, einen guten Kompromiß zu finden und sowohl eine gute optische Leistung als auch einen guten Beugungs-Wirkungsgrad zu erzielen. Wenn der Winkel des Kopie-Strahls so eingestellt wurde, daß er mit dem ursprünglichen Herstellwinkel der Master-Platte koin zidierte, dann zeigte der Wiedergabewinkel einen engen Akzeptanzbereich für einen guten Beugungs-Wirkungsgrad, während der Winkel für eine gute optische Leistung nicht konsistent war. Deshalb wurden sämtliche Kopien großen Durchmessers senkrecht zu dem Vervielfältigungs-Strahl hergestellt.

Kopien wurden von einer 3×3-Master-Platte bei einem Wir kungsgrad von 2,7% und von einer 4×4-Master-Platte bei einem Wirkungsgrad von 1,2% hergestellt. Es wurden Belich tungen während 10 Minuten bzw. während 20 Minuten mit etwa 2,5 mW/cm², sowie während 20 Minuten bzw. während 40 Minuten mit etwa 1,2 mW/cm² mit einer UV-Fixierzeit von drei bis sechs Minuten mit der Platte durchgeführt, die an der Lam penfläche der beim Aushärtungsprozeß verwendeten Lampe anstieß, wodurch 1/3 der Platte jeweils sechs Minuten er faßt war. Dadurch wurde eine Gesamt-Aushärtung sicherge stellt. Der Spitzen-Wirkungsgrad reichte von 22% bis 31% bezüglich des mehrfachen holografischen optischen 3×3-Ele ments und erreichte Werte von 22,7% bis 24,3% bei dem mehrfachen holografischen optischen 4×4-Element. Diese Ergebnisse sind durch die Kurven und Säulendarstellungen gemäß Fig. 13 bis 16 zusammengefaßt dargestellt.

Die Fig. 13 und 14 zeigen insbesondere den Wirkungsgrad des holografischen Vervielfältigungselements als Funktion der Aufzeichnungsenergie für Aufzeichnungsstrahl-Winkel von 0° bzw. 10°. Unter diesen Bedingungen wurde ein Abgleich bzw. eine Ausrichtung im Hinblick auf einen maximalen Wirkungsgrad vorgenommen, und zwar ohne einen Versuch, das luftige Muster der Linse zu optimieren. Aus diesen Daten ist ersichtlich, daß der höchste Wirkungsgrad dann erzielt wird, wenn der Vervielfältigungs- bzw. Kopie-Strahl senkrecht zur Aufzeichnungsebene verläuft. Während diese Bedingung eines senkrechten Strahls am besten zu sein scheint, können Vorteile im Hinblick auf achsenversetzte Vervielfältigungen, wie ein Abfall der höheren Ordnungen, sowie im Hinblick auf die Steuerung des Abfalls des Wir kungsgrades vorhanden sein.

Die Fig. 17 und 18 veranschaulichen die Daten in einer Säulendarstellung für den großen Bereich (100 mm Durch messer) für mehrfache holografische 3×3- bzw. 4×4-Linsen anordnungen unter Bedingungen eines senkrechten Strahls. Fig. 15 zeigt dabei einen hohen maximalen Wirkungsgrad von 38% in einem schwachen luftigen Muster, und zwar im Vergleich zu einem maximalen Wirkungsgrad von 27,5% für den Fall, daß das holografische optische Element bezüglich des guten luftigen Musters bei f/40 justiert ist. Die Säu lendaten veranschaulichen, daß der Wirkungsgrad von 28% bezüglich des guten luftigen Musters bei der Aufzeichnung sich dem maximalen Wirkungsgrad von 32% bei der Belichtung mit 1990 mj/cm² annähert. Wenn der Wirkungsgrad des Poly mers unter Heranziehung der Gleichung (22) bestimmt wird, dann zeigt sich, daß es möglich ist, eine Anzahl von mehr fachen Belichtungen zu erzielen, die zu ähnlichen Wirkungs graden führen würden. Bei weniger Datenpunkten zeigt Fig. 16, daß bei dem holografischen optischen 4×4-Element der Wirkungsgrad im niederen bis mittleren 20%-Bereich für beide Fälle zu verbleiben scheint. Es gibt keinen Zwei fel dafür, daß die erhöhten Wirkungsgrade des holografischen optischen Elementes konkret und wiederholbar sind.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines mehrfachen holografischen Elements, dadurch gekennzeichnet,
daß ein mehrfaches holografisches Master-Element mit einem Absorptions-Gittermuster gebildet wird, das einen bestimm ten Brechungsmusterindex über das betreffende mehrfache holografische Master-Element liefert,
daß das mehrfache holografische Master-Element mit einer Fotopolymer-Schicht überzogen wird,
daß ein Aufzeichnungsstrahl an und durch das mehrfache holografische Master-Element und in die Fotopolymer-Schicht abgegeben wird,
wobei das Absorptions-Gittermuster des mehrfachen hologra fischen Master-Elements die Amplitude des Aufzeichnungs strahles moduliert und der modulierte Aufzeichnungsstrahl die Monomere der Fotopolymer-Schicht zu einem Monomer-Muster bildet, welches den bestimmten Brechungsmuster-Index über die Fotopolymer-Schicht liefert,
daß die Monomere der Fotopolymer-Schicht in dem Monomer- Muster unter Bildung einer Kopie des mehrfachen holografi schen Elements fixiert werden
und daß die Fotopolymer-Schicht von dem mehrfachen hologra fischen Master-Element entfernt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Schritt der Bildung des mehr fachen holografischen Master-Elements folgende Schritte umfaßt:

i) Abgeben eines Referenzstrahles an einen optischen Aufzeichnungsträger,
ii) Abgeben eines Signalstrahls von einer Strahlquelle zum Aufzeichnungsträger und unter einem Winkel zu dem Referenzstrahl und
iii) Verschieben der betreffenden Strahlquelle relativ zu dem Aufzeichnungsträger in eine Vielzahl von Positionen, derart, daß der Signalstrahl auf eine Vielzahl von Stellen auf dem Aufzeichnungsträger gerichtet wird,
wobei der Referenzstrahl und der Signalstrahl an der Viel zahl von Stellen unter Bildung des mehrfachen holografi schen Master-Elements von dem optischen Aufzeichnungsträger interferieren
und wobei der Winkel R sich als bestimmte Funktion der Lage des Aufzeichnungsträgers, auf den der Signalstrahl gerichtet ist, ändert und jedem Punkt auf dem mehrfachen holografischen Master-Element ein R-Wert entsprechend der genannten bestimmten Funktion zugeordnet ist,
und daß der Schritt der Abgabe des Aufzeichnungsstrahles an und durch das holografische Master-Element die Verände rung des Amplitudenprofils des Aufzeichnungsstrahls über das mehrfache holografische Master-Element entsprechend der Gleichung |A_c|² = |A|² cosRumfaßt, wobei |A_c| die Amplitude des Aufzeichnungsstrahls an irgend einem vorgegebenen Punkt auf dem mehrfachen holografischen Master-Element,
|A| die maximale Amplitude des Aufzeichnungsstrahls auf dem holografischen Master-Element und R der R-Wert bedeuten, der dem genannten bestimmten Punkt auf dem holografischen Master-Element in Übereinstimmung mit der genannten vorge gebenen Funktion zugeordnet ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Abgabe des Aufzeichnungsstrahls die Veränderung der Amplitude des betreffenden Aufzeich nungsstrahls über das mehrfache holografische Master-Element zur Bildung eines holografischen Kopie-Elements mit einem konstanten Wirkungsgrad über die betreffende Kopie umfaßt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß der Schritt zur Bildung eines holo grafischen Kopie-Elements

i) die Abgabe eines Referenzstrahls an einen optischen Aufzeichnungsträger,
ii) die Abgabe eines Signalstrahls von einer Strahlquelle her an den Aufzeichnungsträger und unter einem Winkel R zu dem Referenzstrahl und
iii) die Verschiebung der Strahlquelle relativ zu dem Auf zeichnungsträger in eine Vielzahl von Positionen umfaßt, derart, daß der Signalstrahl auf eine Vielzahl von Stellen auf dem Aufzeichnungsträger gerichtet ist,
wobei der Referenzstrahl und der Signalstrahl an der Viel zahl der betreffenden Stellen unter Bildung des mehrfach holografischen Master-Elements von dem optischen Aufzeich nungsträger interferieren,
und wobei der Winkel R sich entsprechend einer bestimmten Funktion in Abhängigkeit von der Stelle auf dem Aufzeich nungsträger, auf die der Signalstrahl gerichtet ist, ändert und jedem Punkt auf dem mehrfachen holografischen Master- Element ein R-Wert entsprechend der genannten bestimmten Funktion zugeordnet ist,
und daß der Veränderungsschritt die Veränderung der Amplitu de des Aufzeichnungsstrahles zur Konstanthaltung des Ver hältnisses Δn/cosR über die Breite des holografischen Master-Elements umfaßt,
wobei n der Brechungsindex des holografischen Kopie-Ele ments an irgendeinem vorgegebenen Punkt und der Wert bedeuten, der dem betreffenden Punkt auf dem holografi schen Master-Element zugeordnet ist, welcher zu dem genann ten vorgegebenen Punkt auf dem holografischen Kopie-Element in der Bewegungsrichtung des Aufzeichnungsstrahles ausge richtet ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Überzieh-Schritt das Gießen eines Fotopolymerfilms auf das mehrfache holografische Element und das Aushärten des Fotopolymer-Films auf dem mehrfachen holografischen Element umfaßt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Überzieh-Schritt das Aufwalzen einer ausgehärteten Fotopolymerschicht auf das mehrfache holografische Element umfaßt.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Schritt zur Abgabe des Aufzeich nungsstrahls dadurch ausgeführt wird, daß der Aufzeichnungs strahl durch das Fotopolymer hindurch abgegeben wird, wobei der Aufzeichnungsstrahl einen Ausgangs-Strahl bildet, daß die Intensität des Ausgangs-Strahles überwacht wird, und daß die Abgabe des Aufzeichnungsstrahles in dem Fall beendet wird, daß die Intensität des Ausgangs-Strahles einen vorgegebenen Pegel erreicht.

8. Anlage zur Herstellung eines mehrfachen holografischen Elements, dadurch gekennzeichnet,
daß ein mehrfaches holografisches Master-Element mit einem Absorptions-Gittermuster vorgesehen ist, welches einen bestimmten Brechungsmuster-Index über das mehrfach holo grafische Master-Element liefert,
daß eine Schicht aus einem Fotopolymer auf das mehrfache holografische Master-Element aufgebracht ist
und daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die einen Auf zeichnungsstrahl an und durch das mehrfache holografische Master-Element und in die Fotopolymer-Schicht abgibt, wobei das Absorptions-Gittermuster des mehrfachen hologra fischen Master-Elements die Amplitude des Aufzeichnungs strahles moduliert und der modulierte Aufzeichnungsstrahl die Monomere der Fotopolymer-Schicht zu einem Monomer-Muster formt, welches den genannten bestimmten Brechungsmuster- Index über die Fotopolymer-Schicht liefert.

9. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekenn zeichnet, daß das holografische Master-Element durch ein Verfahren hergestellt ist, bei dem ein Referenz strahl zu einem optischen Aufzeichnungsträger hin abgegeben wird, bei dem ein Signalstrahl von einer Strahlquelle her an den Aufzeichnungsträger und unter einem Winkel R zu dem Referenzstrahl abgegeben wird und bei dem die Strahl quelle relativ zu dem Aufzeichnungsträger in eine Vielzahl von Positionen verschoben wird, derart, daß der Signalstrahl auf eine Vielzahl von Stellen auf dem Aufzeichnungsträger gerichtet ist,
wobei der Referenzstrahl und der Signalstrahl an der be treffenden Vielzahl von Stellen interferieren und das mehr fache holografische Master-Element von dem optischen Auf zeichnungsträger bilden,
und wobei der Winkel R sich entsprechend einer bestimmten Funktion in Abhängigkeit von der Lage bzw. Stelle auf dem Aufzeichnungsträger, auf den der Signalstrahl gerichtet ist, ändert und jedem Punkt des mehrfachen holografischen Master-Elements ein R-Wert entsprechend der genannten bestimmten Funktion zugeordnet ist,
und daß die Einrichtung zur Veränderung der Amplitude des Aufzeichnungsstrahls eine Einrichtung umfaßt, welche die betreffende Amplitude in Übereinstimmung mit der Gleichung |A_c|² = |A|² cosRändert, wobei A_c die Amplitude des Aufzeichnungsstrahls an irgend einem vorgegebenen Punkt auf dem mehrfachen holografischen Master-Element, |A| die maximale Amplitude des Aufzeichnungsstrahles auf dem holografischen Master-Element und R der R-Wert bedeuten, der dem betreffenden bestimmten Punkt auf dem holografischen Master-Element in Überein stimmung mit der genannten bestimmten Funktion zugeordnet ist.

10. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekenn zeichnet, daß das holografische Master-Element nach einem Verfahren hergestellt ist, bei dem ein Referenz strahl an einen optischen Aufzeichnungsträger abgegeben wird, bei dem ferner ein Signalstrahl von einer Strahlquelle an den betreffenden Aufzeichnungsträger und unter einem Winkel zu dem Referenzstrahl abgegeben wird und bei dem die Strahlquelle relativ zu dem Aufzeichnungsträger in eine Vielzahl von Positionen bewegt wird, derart, daß der Signalstrahl auf eine Vielzahl von Stellen auf dem Auf zeichnungsträger gerichtet ist,
wobei der Referenzstrahl und der Signalstrahl an der Viel zahl von Stellen unter Bildung des mehrfachen holografischen Master-Elements von dem optischen Aufzeichnungsträger inter ferieren,
wobei der Winkel R sich entsprechend einer vorgegebenen Funktion in Abhängigkeit von der Stelle auf dem Aufzeich nungsträger, auf den der Signalstrahl gerichtet ist, ändert, und wobei jedem Punkt auf dem mehrfachen holografischen Master-Element ein R-Wert entsprechend der genannten vor gegebenen Funktion zugeordnet ist,
und daß die Einrichtung zur Änderung der Amplitude des Aufzeichnungsstrahls eine Einrichtung umfaßt, welche die Amplitude derart ändert, daß das Verhältnis Δn/cosR über die Breite des holografischen Master-Elements konstant gehalten bleibt, wobei n der Brechungsindex des hologra fischen Kopie-Elements an irgendeinem gegebenen Punkt auf diesem Element und
R der R-Wert bedeuten, der dem Punkt auf dem holografischen Master-Element zugeordnet ist, welcher zu dem genannten bestimmten Punkt auf dem holografischen Kopie-Element in der Bewegungsrichtung des Aufzeichnungsstrahles ausgerichtet ist.