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Die Erfindung betrifft eine Glasscheibe, insbesondere eine
Windschutzscheibe mit einem Hologramm, dessen Abmessungen
kleiner sind als die der Glasscheibe. Sie betrifft unter
anderem verschiedene Verfahren zum Herstellen von
Hologrammen, die für solche Glasscheiben bestimmt sind.
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Aus der europäischen Patentanmeldung EP 0 216 692 ist eine
Windschutzscheibe mit einem integrierten holographischen
Element bekannt. Das holographische Element kann zum Beispiel
ein Refelexionshologramm sein, durch das optische
Informationen, die an anderer Stelle erzeugt werden, in das
Sichtfeld des Fahrers gelenkt werden. Die optischen
Informationen können aber auch in dem holographischen Element
selbst gespeichert sein und durch Beleuchtung des Hologramms
mit einer auf das Hologramm abgestimmten Wellenlänge für den
Fahrer sichtbar gemacht werden. Die holographischen Elemente
umfassen eine Trägerfolie und eine das Hologramm enthaltende
Schicht. Im Fall der europäischen Patentanmeldung hat die
betreffende Fläche, verglichen mit der Fläche der
Windschutzscheibe verhältnismäßig kleine Abmessungen und ist
in dem Bereich der Windschutzscheibe angeordnet, der im
Sichtfeld des Fahrers liegt.
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Es ist ferner bekannt, in eine Windschutzscheibe ein
holographisches Element mit Hohlspiegelcharakter zu
integrieren (DE 35 23 032), oder in oder auf der
Rückwandscheibe eines Kraftfahrzeugs ein holographisches
Element mit dem Bild und der Funktion einer Bremsleuchte
anzuordnen (EP 0 377 293).
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In allen Fällen, in denen das holographische Element
flächenmäßig kleiner ist als die Glasscheibe, endet die
holographische Schicht wenigstens teilweise entlang einer
geraden oder gekrümmten Linie innerhalb der Fläche der
Glasscheibe.
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In der europäischen Patentanmeldung EP 0 415 230 wird ein
Verfahren zum Abschwächen der Begrenzungslinie zwischen der
Hologrammzone und dem Rest der Glasscheibe vorgeschlagen.
Nach diesem Verfahren wird die Trägerschicht für das
Hologramm mit einer Maske versehen, die ein Raster darstellt
aus einer großen Anzahl lichtempfindlicher punktförmiger
Zonen und lichtunempfindlicher punktförmiger Zonen zwischen
den letzteren. In einem zweiten Schritt wird die Schicht
belichtet, um das Hologramm nur in den lichtempfindlichen
Zonen zu entwickeln. Bei diesem Verfahren wird entweder die
Anzahl oder die Dichte der lichtunempindlichen Zonen
variiert, so daß die gesamte lichtunempfindliche Fläche bei
Annäherung an die Grenze zur hologrammfreien Sichtzone sich
vergrößert, und zwar entweder durch die Vergrößerung der
einzelnen Flächenbereiche oder durch Erhöhung ihrer Anzahl.
Bei diesem Verfahren ist der Übergang an der Grenze der Zone
diskontinuierlich.
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Wenn ein Hologramm in eine Glasscheibe von größerer
Oberfläche integriert wird, sind unabhängig von der Funktion,
die das Hologramm erfüllt, die Transmissions- und
Reflexionseigenschaften der Oberflächen im Bereich des
Hologramms leicht verschieden von den Eigenschaften der
Nachbarbereiche der Glasscheibe, in welche es integriert ist.
Insbesondere dann, wenn die Hologramme an monochromatisches
Licht angepaßt sind, besitzen sie Reflexionsfarben, die vom
Einfallswinkel abhängen. Diese Farben sind komplementär zu
den Transmissionsfarben des Hologramms. Die unterschiedlichen
Farbeindrücke, sowohl in Reflexion wie auch in Transmission,
zwischen dem Hologrammbereich und der benachbarten Zone
können störend wirken.
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In dem Dokument US 4.818.045 sind mehrere Strukturen und
mehrere Verfahren beschrieben, um ein Hologramm am Umfang so
zu belichten, daß seine Grenzen weniger sichtbar werden. Das
wird bei diesem Dokument in allen Fällen mit Hilfe der
Lichtstreuung am Rand des Hologramms erreicht. Dabei wird die
Kohärenz des Lichtes reduziert, indem entlang des
Hologrammrandes lichtstreuende Elemente angeordnet werden,
jedoch ist die Lichtmenge, die auf die gesamte
fotoempfindliche Fläche auftrifft, die gleiche.
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In der Patentanmeldung EP 0 316 207 ist eine Technik zum
Modifizieren der Refexionseigenschaften eines holographischen
Spiegels in Längs- und Querrichtung mit Hilfe eines
lichtelektrischen Modulationssystems beschrieben, bei dem auf
der gesamten Fläche des Hologramms von einem Punkt zum
anderen die Lichtintensität variiert wird. Dabei wird ein
Verfahren zum Herstellen einer Abschwächung erwähnt, bei dem
die variable Transmission eines in den Strahlengang des
Lasers eingeschalteten Filters benutzt wird.
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In dem Dokument GB 2226421 wird ein mit einer
Windschutzscheibe verbundenes Hologramm beschrieben, bei dem
die Randzone umlaufend kreisförmige Zonen mit Hologrammen
umfaßt, die durch hologrammfreie Zonen voneinander getrennt
sind. Um diesen Übergangsbereich zu realisieren, wird ein
Filter mit eintsprechenden transparenten und
lichtundurchlässigen Zonen verwendet, durch das hindurch die
Laserbelichtung der lichtempfindlichen Schicht erfolgt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Glasscheibe
mit einem integrierten Hologramm dahingehend
weiterzuentwickeln, daß der Übergang zwischen dem Hologramm
und dem Rest der Glasscheibe so wenig wie möglich ins Auge
fällt und sich auf einfache Weise herstellen läßt.
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Gemäß der Erfindung ist im Übergangsbereich zwischen dem
holographischen Element und dem Rest der Glasscheibe eine
Zone vorgesehen, in der die holographiche Schicht durchgehend
vorhanden ist und in der die Reflexion infolge einer
entsprechenden Modifikation des Hologramms kontinuierlich
abnimmt.
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Die Erfindung baut auf der Erkenntnis auf, daß die mit dem
Hologramm belegte Fläche der Glasscheibe deswegen besonders
auffällig ist, weil der Übergang der Reflexionseigenschaften
an den Grenzen des Hologramms abrupt entlang einer scharfen
Linie erfolgt und so einen Kontrastsprung darstellt. Ein
solcher Kontrastsprung wirkt auf das menschliche Auge wie
eine Kante, auf die das Auge fixiert wird. Erfindungsgemäß
wird die scharfe Trennlinie ersetzt durch einen mehr oder
weniger breiten Übergangsbereich. Durch diesen
Übergangsbereich mit Reflexions- und
Transmissionseigenschaften, die zwischen den Reflexions- und
Transmissionseigenschaften des mit dem Hologramm versehenen
Teiles der Glasscheibe und der übrigen Glasscheibe liegen,
wird der optische Eindruck des Hologramms insgesamt
wesentlich verbessert.
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Gemäß der Erfindung ist es möglich, ein Hologramm mit einer
Rasterstruktur in der Übergangszone zu versehen und die
Transmissions- und Reflexionseigenschaften der punktförmigen
Zonen dieses Hologramms zu modifizieren.
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Für die Durchführung wird durch die Erfindung vorgeschlagen,
daß das Reflexionshologramm in einer feuchteempindlichen
Dichromat-Gelatine-Schicht erzeugt wird, und daß die
Eigenschaften des Hologramms in der Übergangszone lokal nach
einem Raster durch gezielte Anwendung von Feuchtigkeit
modifiziert werden.
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Die bevorzugte Technik für die gezielte Anwendung von
Feuchtigkeit besteht in der Anwendung der Siebdrucktechnik,
indem auf das Drucksieb an bestimmten Stellen eine
wasserhaltige Paste aufgebracht wird.
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Eine erfindungsgemäße Windschutzscheibe sowie das Verfahren
zur Herstellung des Hologramms werden nachfolgend anhand der
Zeichnungen näher beschrieben.
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Von den Zeichnungen zeigt
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Fig. 1 eine erfindungsgemäße Windschutzscheibe in einer
Gesamtansicht;
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Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 1 mit
einer Lösung, wie sie dem Stand der Technik
entspricht;
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Fig. 3 eine Vorrichtung für die Herstellung eines
Hologramms, und
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Fig. 4 eine andere Vorrichtung für die Herstellung
eines anderen Hologrammtyps.
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Die in Fig. 1 dargestellte Windschutzscheibe besteht aus
Verbundglas, und das holographische Element 2 ist in Form
einer allseitig von den Sichtzonen der Glasscheibe umgebenen
Insel ausgebildet. Der Hologrammträger ist zwischen den
beiden Einzelglasscheiben der Verbundglasscheibe angeordnet.
Es handelt sich hier um ein Ausführungsbeispiel, aber es sind
auch andere Formen möglich, insbesondere mit
halbinselförmigen holographischen Elementen, die bis zum Rand
der Glasscheibe reichen.
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Fig. 1 stellt den Fall dar, in dem das Hologramm die Rolle
eines teilreflektierenden farbselektiven Spiegels spielt. Es
ist für ein 'Head-up-Display' bestimmt, wird auch als
'Combiner' bezeichnet und erlaubt die Darstellung von
Informationen im Hauptsichtfeld des Fahrers. Verglichen mit
den Abmessungen der Windschutzscheibe hat das holographische
Element 2 verhältnismäßig kleine Abmessungen.
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In dem Bereich 3, der die Funktion eines teildurchlässigen
Spiegels wahrnimmt, besteht das holographische Element aus
einer zusammenhängenden Schicht. Dieser Bereich 3 ist von
einer Übergangszone 4 umgeben, in der die optischen
Eigenschaften sich zunehmend ändern.
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Fig. 2 zeigt ein bekanntes Ausführungsbeispiel für eine
solche Übergangszone, bei dem die Übergangszone 4 aus einem
Punktraster und/oder aus einem Lochraster besteht. Die
punktförmigen Unterbrechungen 5,6 der holographischen Schicht
vergrößern sich von innen nach außen. Während die
Flächenbedeckung der holographichen Schicht auf der Höhe der
innersten Löcher 5 größenordnungsmäßig 90 bis 95 % beträgt,
beträgt sie am Ende des Übergangsbereichs, das heißt auf der
Höhe der Punkte 6, nur noch etwa 5 bis 10 %.
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Das holographische Element 2 besteht üblicherweise aus einem
transparenten Trägerfilm, beispielsweise einem Polyesterfilm,
der eine holographische Funktionsschicht trägt. Der
Trägerfilm als solcher hat im wesentlichen dieselben
Transmissions- und Refelexionseigenschaften wie der Rest der
Verbundglasscheibe und tritt als solcher nicht störend in
Erscheinung. Die Begrenzung 12 der transparenten Trägerfolie
13 des holographischen Elements ist daher in der
Windschutzscheibe praktisch nicht wahrzunehmen.
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Bei der Herstellung eines holographischen Elements, wie es in
Fig. 2 dargestellt ist, nämlich mit rasterartig aufgelöstem
Rand, kommt es also lediglich darauf an, die holographische
Schicht als solche in der entsprechenden Zone aufzulösen,
wohingegen außerhalb dieser Zone, das heißt auf der
Innenseite, die Schicht nicht verändert wird. Zwar ist es bei
Punktrastern möglich, den holographischen Film durch
Ausstanzen mit den Löchern zu versehen, doch ist die
Handhabung eines solchen durchlöcherten Films sehr kritisch.
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Im folgenden werden verschiedene Ausführungsbeispiele für
Verfahren zur Herstellung holographischer Elemente mit einer
progressiven Übergangszone sowohl für den bereits bekannten
Typ als auch für neue Typen beschrieben.
Beispiel 1
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Es wird nach einem bekannten Verfahren ein holographisches
Element mit einem Reflexionshologramm durch Belichten einer
etwa 10 µm dicken, mit Ammoniumdichromat sensibilisierten
Gelatineschicht mit interferierender Laserstrahlung
hergestellt. Als Trägerfilm für die Gelatineschicht dient ein
etwa 100 µm dicker hochtransparenter Polyesterfilm.
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Entsprechend dem gewünschten Raster wird das Hologramm in der
Gelatineschicht lokal ausgelöscht. Da Hologramme auf
Gelatinebasis feuchteempfindlich sind, lassen sich solche
Hologramme durch Feuchtigkeit auslöschen, und es bleibt an
diesen Stellen lediglich die transparente Gelatineschicht
zurück.
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Das gezielte Aufbringen von Feuchtigkeit erfolgt
zweckmäßigerweise mit Hilfe des Siebdruckverfahrens. Dabei
wird eine für den Druck geeignete wasserhaltige Paste durch
eine das Raster-Design aufweisende Siebdruckschablone auf die
das Hologramm enthaltende Dichromat-Gelatineschicht
aufgedruckt. Unmittelbar nach Eindiffundieren der
Feuchtigkeit in die Gelatineschicht, das heißt bereits nach
wenigen Sekunden, ist das Hologramm in den von der Druckpaste
bedeckten Bereichen zerstört. Um ein weiteres Eindiffundieren
der Feuchtigkeit in die Gelatineschicht zu vermeiden, wird
das holographische Element unmittelbar darauf auf eine
Temperatur von etwa 60 ºC erwärmt und etwa 2 Stunden lang bei
dieser Temperatur gehalten. Das holographische Element kann
dann in bekannter Weise in die Windschutzscheibe integriert
werden.
Beispiel 2
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Bei diesem Beispiel wird ein Reflexionshologramm mit einem
rasterartigen Übergangsbereich am Rand unmittelbar bei der
Herstellung des Hologramms erzeugt.
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Zu diesem Zweck wird eines der in der EP 0 316 207
beschriebenen Verfahren für die Herstellung des Hologramms
angewendet. Der grundsätzliche Aufbau einer Anordnung für die
Durchführung dieses Verfahrens ist in Fig. 3 dargestellt. Die
auf dem Trägerfilm 16 angeordnete lichtempfindliche Schicht
17 wird durch den Trägerfilm 16 hindurch von einem über den
Trägerfilm geführten Laserstrahlenbündel 21 streifenweise
belichtet, während der Trägerfilm 16 in Richtung des Pfeiles
F quer zur Lichtspur weiterbewegt wird. Die streifenweise
Belichtung wird wie folgt durchgeführt: Das von dem Laser 20
erzeugte Laserstrahlenbündel 21 trifft nach Durchlaufen einer
Fokussieroptik 22 auf die Spiegelflächen eines rotierenden
Spiegelpolygongs 23. Mit Hilfe der Fokussieroptik 22 wird die
Größe des Lichtflecks 24 und damit die Breite B der Lichtspur
in der lichtempfindlichen Schicht 17 festgelegt. Die
Drehachse des Spiegelpolygons 23 ist so angeordnet, daß die
das Laserstrahlenbündel 21 jeweils refektierende
Spiegelfläche 25 stets in der Brennebene des Hohlspiegels 26
liegt. Durch Rotation des Spiegelpolygons 23 wird das
Laserstrahlenbündel 21 periodisch auf den Hohlspiegel 26 und
von diesem auf den die lichtempfindliche Schicht 17 tragenden
Trägerfilm 16 reflektiert. Auf diese Weise wird das
Laserstrahlenbündel 21 mit einer bestimmten Frequenz, die mit
der Bewegungsgeschwindigkeit des Trägerfilms 16 in Richtung
des Pfeiles F abgestimmt ist, über die Breite der
lichtempindlichen Schicht 17 abgelenkt.
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In den Strahlengang des Laserstrahlenbündels 21 ist ein
elektrooptischer Modulator 28 zwischengeschaltet. Dieser
elektrooptische Modulator 28 ist rechnergesteuert und
unterbricht jeweils in den Übergangsbereichen am Rand des
holographischen Elements den Laserstrahl nach einem
vorgegebenen Programm, das dem gewünschten Raster-Design
entspricht. Auf diese Weise erhält man ein Muster, das
demjenigen entspricht, das für die Programmierung des
Rechners verwendet wurde. Das für die Programmierung des
Rechners verwendete Raster ist ein 'positives' Raster, das
heißt die Zonen, durch die das Licht hindurchtritt, sind die
Zonen, die das Hologramm umfassen.
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Das so hergestellte Hologramm wird in der bekannten Weise
innerhalb der Windschutzscheibe angeordnet.
Beispiel 3
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Es wird wiederum ein Reflexionshologramm mit einer
Übergangszone am Rand unmittelbar bei der Herstellung des
Hologramms mit Hilfe der in Fig. 3 dargestellten Anordnung
erzeugt.
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Der in den Strahlengang des Laserstrahlenbündels 21
zwischengeschaltete elektrooptische Modulator 28 ist wiederum
rechnergesteuert. Er dient auch dazu, die Belichtung der
Übergangszone zu modulieren. Es wird jedoch nicht mehr ein
Punktraster erzeugt, teils mit und teils ohne Hologramm,
vielmehr in an sich bekannter Weise die Intensität des
Laserstrahls in der Übergangszone kontinuierlich verändert,
und zwar von einer maximalen Intensität unmittelbar neben dem
Zentralbereich bis zu einer minimalen Intensität am Außenrand
der Übergangszone. Auf diese Weise wird eine Übergangszone
erzeugt, die eine durchgehende holographische Schicht mit
sich kontinuierlich ändernden Refelexionseigenschaften
aufweist.
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Das so hergestellte Hologramm wird in bekannter Weise
innerhalb der Windschutzscheibe angeordnet.
Beispiel 4
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Es wird wie beim Beispiel 3 zur Herstellung der Übergangszone
das Scanverfahren angewendet, jedoch wird diesmal bei
konstanter Intensität die Scangeschwindigkeit variiert. Im
Zentralbereich des Hologramms ist die Scangeschwindigkeit
konstant und gering, und in der Übergangszone nimmt sie von
innen nach außen zu. Es wird wiederum eine
Belichtungseinrichtung verwendet, wie sie in Fig. 3
dargestellt ist, jedoch ohne den elektrooptischen Modulator
28. Stattdessen wird der das Spiegelpolyon 23 drehende Motor
in seiner Drehgeschwindigkeit derart rechnergesteuert, daß
sich in jedem Punkt auf dem Trägerfilm 16 die gewünschte
Scangeschwindigkeit ergibt.
Beispiel 5
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Es wird ein holographisches Element mit einem
Reflexionshologramm und einer Übergangszone unmittelbar bei
der Herstellung des Hologramms erzeugt. Die Übergangszone
soll sowohl eine Rasterung als auch sich ändernde optische
Eigenschaften in den holographischen Teilflächen der
Rasterung aufweisen. Zur Herstellung eines derartigen
holographischen Elements dient wiederum die in Fig. 3
dargestellte Anordnung, bei der im Strahlengang des
Laserstrahlenbündels 21 ein rechnergesteuerter
elektrooptischer Modulator 28 zwischengeschaltet ist. Das
Steuerprogramm für den Modulator 28 ist in diesem Fall so
gestaltet, daß einerseits das Laserstrahlenbündel zur
Herstellung des Punktrasters unterbrochen wird, und
andererseits gleichzeitig die Lichtintensität in der
Übergangszone verändert wird. Das Hologramm weist im
Übergangsbereich auf diese Weise einen zum Rand hin
abnehmenden Refelexionsgrad und/oder eine sich zum Rand hin
ändernde Farbe in der Reflexion und in der Transmission.
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Das so hergestellte Hologramm wird in bekannter Weise in eine
Verbundglasscheibe integriert.
Beispiel 6
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Es wird wiederum ein Reflexionshologramm hergestellt, das im
Übergangsbereich einen variablen Reflexionskoeffizienten ohne
Veränderung der Wellenlänge besitzt.
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Eine Dichromat-Gelatineschicht wird zunächst wie im Beispiel
3 oder 4 beschrieben hergestellt, indem die sich an den
Zentralbereich anschließende Übergangszone mit zum Rand hin
abnehmender Laserenergie belichtet wird. Anschließend erfolgt
ein zweiter Belichtungsvorgang der Dichromatschicht mit
inkohärentem UV-Licht. Diese UV-Belichtung geschieht durch
eine Filtermaske hindurch, die den Zentralbereich des
Hologramms vollständig abdeckt und im Übergangsbereich einen
abgestuften oder sich kontinuierlich ändernden Graufilter
darstellt, dessen Transmission anschließend an den
Zentralbereich gering ist und zum Rand hin zunimmt. Durch
diesen Graufilter wird eine der Belichtungsenergie des
Laserlichts gegenläufige Belichtungsenergie des UV-Lichts
bewirkt derart, daß die Summe der beiden Belichtungsenergien
an jeder Stelle des Hologramms gleich ist.
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Die beiden Belichtungsschritte, das heißt die Belichtung mit
Laserlicht und Belichtung mit UV-Licht, können auch in
umgekehrter Reihenfolge erfolgen. Wichtig ist nur, daß die
Dichromat-Schicht auf der gesamten Fläche des Hologramms mit
einer gleichmäßigen Gesamtenergie der beiden Lichtquellen
belichtet wird.
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Durch die zusätzliche Belichtung mit inkohärentem UV-Licht
erfolgt eine Vernetzung der Gelatinemoleküle, so daß die
Gelatineschicht auch im Übergangsbereich in gleicher Weise
gleichmäßig gehärtet wird wie im Zentralbereich durch die
Laserstrahlung allein. Dadurch wird vermieden, daß weniger
stark gehärtete Gelatinebereiche entstehen, die stärker
aufquellen als stark gehärtete Gelatinebereiche. Ein
unterschiedliches Quellvermögen des Hologramms führt nämlich
zu einer Farbverschiebung. Diese Farbverschiebung wird durch
die kompensierende zweite Belichtung mit UV-Licht vermieden,
so daß ein derart hergestelltes Hologramm trotz
unterschiedlichem Transmissions- und Reflexionsgrad in der
Übergangszone einen gleichbleibenden Farbeindruck aufweist.