Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Hologrammen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Hologramms eines tatsächlichen oder gedachten Gegenstandes bezüglich einer tatsächlichen oder gedach ten Hologrammebene aus anderen Informationssignalen als vom Gegenstand reflektierten Lichtwellen.
Zunächst soll zur Erleichterung des Verständnisses der Erfindung ein bekanntes System zur Erzeugung optischer Hologramme erläutert werden.
Ein optisches Hologramm ist eine photographische Aufzeichnung, (z. B. in Form eines photographischen Transparentbildes) des Wellenfrontbildes desjenigen sichtbaren Lichtes, welches von dem beleuchteten Gegenstand reflektiert wird. Im Gegensatz zu den Diapositiven, die auf herkömmliche photographische Weise erzeugt werden und die eine Speicherung des Bildes darstellen, welches durch Fokussierung des reflektierten Lichtes mittels einer Linse erzeugt wird, ist ein Hologramm eine Aufzeichnung all derjenigen reflektierten Lichtwellen, die sich in einer einzigen Ebene, d. h. in einer Wellenfront befinden. Da beim Herstellen von Hologrammen keine Mittel zum Fokussieren der Lichtbündel verwendet werden, erscheint zunächst keine erkennbare Abbildung im Hologramm.
Dem unbewaffneten Auge stellt sich ein Hologramm als eine Darstellung ungeordneter Wirbel, Linien, Punkte und dgl. dar, die keinerlei Ähnlichkeit mit dem Gegenstand haben, von dem das Licht reflektiert wurde.
Bei einem bekannten Verfahren zum Herstellen optischer Hologramme wird der darzustellende Gegenstand von einer Quelle kohärenten Lichtes, z. B. von einem Laser beleuchtet. Ein Wellenbild des vom Gegenstand reflektierten Lichtes weist also als kennzeichnende Eigenschaften sowohl Amplituden- als auch Phasenveränderungen auf. Da aber photographische Platten nur Intensitätsvariationen aufzeichnen können, muss dafür gesorgt werden, dass die Phasenvariationen in Amplitudenvariationen umgesetzt werden, die dann aufgezeichnet werden können. Dies wird dadurch erreicht, dass ein Bezugsstrahl aus kohärentem sichtbaren Licht aus derselben Quelle, welche zur Beleuchtung des Gegenstandes dient, abgeleitet und in solcher Weise verwendet wird, dass die beiden Strahlen miteinander in Interferenz treten, so dass also Intensitätsverstärkungen und Abschwächungen auftreten.
Der Bezugsstrahl wird dabei auf den photographischen Film gerichtet, der sich in der Hologrammebene befindet. Das reflektierte Licht und das Licht des Bezugsstrahls treten miteinander in Interferenz und bilden ein Interferenzmuster auf dem Film. Dieses Interferenzmuster stellt Intensitätsvariationen der welche den Phasen- und Amplitudenvariationen in der reflektierten Lichtwelle entsprechen. Aus einem weiter unten zu erläuternden Grunde wird der Bezugsstrahl unter einem Winkel zur Richtung des vom Gegenstand reflektierten Lichtes auf den Film gerichtet.
Wenn ein transparentes Hologramm nach Entwicklung des belichteten Films mit kohärentem sichtbarem Licht beleuchtet wird, gehen eine Anzahl von Brechungsmustern oder Wellenfronten von diesem Bild aus und eine dieser Wellenfronten konvergiert zur Bildung eines reellen Bildes des Gegenstandes, wobei gleichzeitig ein zweites virtuelles Bild des Gegenstandes entsteht. Das virtuelle Bild kann unmittelbar mit dem Auge wahrgenommen werden. Ein solches rekonstruiertes Bild ist nicht mit einem zweidimensionalen Bild vergleichbar, welches man auf einem herkömmlichen Photodiapositiv findet. Im Gegensatz zu dieser bekannten Technologie kann das mit dem Auge wahrnehmbare virtuelle Bild nicht von dem ursprünglichen dreidimensionalen Gegenstand unterschieden werden.
Insbesondere kann man bei dem rekonstruierten virtuellen Bild durch Parallaxe zwischen näher und weiter gelegenen Teilen des Gegenstandes unterscheiden.
Bei Relativbewegung zwischen dem Hologramm und dem Beobachter können Teile des Gegenstandes gesehen werden, die von anderen Teilen vorher abgedeckt waren. Weiterhin muss der Beobachter seine Augen auf die nahen Teile des virtuellen Bildes des Gegenstandes adaptieren, nachdem er zuvor seinen Blick auf weiter weg gelegene Teile des im virtuellen Bild dargestellten Gegenstandes gerichtet hatte.
Die Erzeugung optischer Hologramme durch Beleuchtung der Gegenstände mt kohärentem sichtbaren Licht in der obenbeschriebenen Weise ist bekannt. Für ein solches Vorgehen zur Erzeugung optischer Hologramme ist es offensichtlich erforderlich, dass ein darzustellender Gegen stand vorhanden ist und unmittelbar im Bereich des Beleuchtungsstrahles angeordnet ist.
Zweck der vorliegenden Erfindung ist, ohne Beleuchtung eines Gegenstandes ein Hologramm des Gegenstandes aus Daten einer Vielzahl von Punkten des Gegenstandes in einer tatsächlichen oder angenommenen Hologrammebene schaffen zu können, wobei solche Daten bestimmte Eigenschaften des Gegenstandes darstellen.
Erfindungsgemäss ist das Verfahren gekennzeichnet durch.
a) Erzeugen einer Vielzahl von phasenkohärenten Gegenstandssignalen, durch deren Amplitude und Phase je ein Punkt des Gegenstandes bezüglich der Hologrammebene simuliert wird; b) Erzeugen eines Bezugssignals, wobei das Bezugssignal phasenkohärent mit den Gegenstandssignalen und vor derselben Frequenz ist; c) Summieren mindestens Teils der Gegenstandssignale mit dem Bezugssignal nach Betrag und Phase und d) Aufzeichnen eines jeden so erhaltenen Signals auf einem Träger derart, dass mit den Signalaufzeichnungen die Modulation von sichtbarem Licht möglich ist, wobei jeder Pundt auf dem Träger jeweils einem Punkt in der Hologrammebene entspricht.
Die Vorrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens ist erfindungsgemäss gekennzeichnet, durch eine Mehrzahl von Signalquellen, deren jede einem bestimmten Punkt auf dem Gegenstand zugeordnet ist, eine Vorrichtung zum Einstellen der Amplitude und Phase der aus den Signalquellen kommenden Signale, eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Bezugssignales, Mittel zum Addieren der Quellensignale untereinander und mit dem Bezugssignal nach Betrag und Phase zur Bestimmung des einem jeden Punkt in der Hologrammebene zugehörigen Summensignals und Mittel zum Aufzeichnen dieses Signals für jeden Punkt der Hologrammebene.
Im folgenden werden einige Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung näher beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 schematisch eine Anzahl von Punkten auf einem aufzuzeichnenden Gegenstand und eine angenommene Hologrammebene;
Fig. 2 schematisch im Blockdiagramm eine Ausführung der erfindungsgemässen Vorrichtung zur Erzeugung eines künstlichen Hologramms;
Fig. 3 schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel mit einer Vielzahl von Signalleitern zur Erzeugung von Gegenstandssignalen, welche sich überlagern und abgetastet werden; und
Fig. 4 schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei welchem eine ebene Anordnung von Signalleitern verwendet wird.
In der folgenden Beschreibung wird gesagt, dass zu den Punkten auf dem aufzuzeichnenden oder zu speichernden Gegenstand jeweils eine Amplitude gehört.
Dieser Ausdruck Amplitude bezeichnet eine Grösse, die Betrag und Phase hat und in jedem solchem Gegenstandspunkt vorliegt und nach Betrag und Phase zu den Amplituden in anderen Gegenstandspunkten addiert werden kann. Der Ausdruck Intensität bezeichnet die Helligkeit oder Durchlässigkeit der Punkte in der angenommenen Hologrammebene und auf dem tatsächlich dann mit Hilfe des vorliegenden Verfahrens hergestellten Hologramms.
Ein typisches Vorgehen ist in Fig. 1 dargestellt, in welcher zunächst ein dreidimensionaler Gegenstand 10 dargestellt ist. Der Gegenstand wird durch m Punkte 01, 02... ohm dargestellt. Bei dem gewählten Beispiel bestimmen die Gegenstandspunkte den äusseren Umriss eines Flugzeuges. Wenn der Gegestand mit irgendwelcher Energie bestrahlt wird, dann kann man alle Gegenstandspunkte als punktförmige Signalquellen betrachten, so dass zu jedem Gegenstandspunkt Oi, 02 bis Om eine bestimrrS Amplitude, z. B eine bestimmte Helligkeit gehört.
Es wird eine entsprechend grosse Anzahl von Gegenstandspunkten O bis 0m verwendet, um eine geeignete Darstelluiig des dreidimensionalen Gegenstandes 10 zu erhalten.
Die punktförmigen Quellen können die Lage und Amplitude in den Punkten auf einem tatsächlichen Gegenstand darstellen oder angenommene Stellungen bzw.
Lagen und angenommene Informationen für Punkte auf einem imaginären, d. h. nur in der Vorstellung existierenden Gegenstand. In jedem dieser beiden Fälle enthalten die Gegenstandspunkte Informationen über die Lage und die Amplitude, so dass diese Punktequellen in einfacher Weise von einem Analogsignal oder von numerischen oder digitalen Signalen dargestellt bzw. wiedergegeben werden
Zur Beleuchtung des Gegenstandes zum Zwecke der Erzielung von Daten hinsichtlich Amplitude und Position für die Gegenstandspunkte O bis 0m können Radarstrahlen, Sonarstrahlen, Röntgenstrahlen oder jede andere Energieart verwendet werden, wenn man nur die erforderlichen Daten kennt. So können z. B. die erforderlichen Daten aus Laser- oder Lichtechos, künstlichen geophysikalischen Echos oder seismischen Wellen erhalten werden.
Weiter ist es nicht unbedingt notwendig, den Gegenstand zu beleuchten, da man auch selbstleuchtende Quellen, z. B.
radioaktive Spurenelemente dazu verwenden kann, um Informationen über die Punkte auf dem zu erfassenden Gegenstand zu erhalten. Weiterhin ist es auch möglich, die erforderlichen Daten über den Gegenstand anzunehmen.
Aus den Daten betreffend die Amplitude und die Stellung für die Gegenstandspunkte O bis Om wird die Intensität in jedem der Vielzahl n der Punkte in einer angenommenen Hologrammebene 12 bestimmt. Die Punkte in der angenommenen Hologrammebene werden mit den Symbolen H1 bis Hn bezeichnet. Die Bestimmung der Intensität in den Punkten H, bis Hn kann in verschiedenen Weisen vorgenommen werden, was weiter unten noch erläutert wird. Es gilt aber im ganzen, dass die Intensität in jedem Punkt H, z. B. im Punkt H,, das Ergebnis der Summierung der Signale nach Betrag und Phase in allen Punkten O bis Om auf dem Gegenstand ist.
Die Addition des Bezugssignales zu den Signalen von den Gegenstandspunkten bewirkt, dass das resultierende Signal, welches die Intensität für den Punkt H, definiert, ein Interferenzsignal ist, welches nicht nur eine Amplitudeninformation hinsichtlich der Gegenstandspunkte, sondern auch eine Phaseninformation darstellt.
Fig. 2 erläutert eine Möglichkeit der Addition der Signale nach Betrag und Phase für die Gegenstandspunkte mit einem Bezugssignal zur Bestimmung der Intensitäten der Punkte H1 bis Hn und zum anschliessenden Umsetzen der resultierenden Intensitätsinformationen hinsichtlich der Punkte H1 bis Hn in ein optisches Hologramm.
Es sind m Spannungsquellen V1, V2. Vm für die Gegenstandssignale vorgesehen, wobei jeweils eine Spannungsquelle einem der Punkte Oi bis 0m des Gegenstandes zugeordnet ist. Zweckmässig haben die von den Spannungsquellen erzeugten Signale Sinusform. Mit nicht gezeigten Mitteln wird die Anfangsamplitude und -Phase der aus jeder Quelle kommenden Spannung so eingestellt, dass sie der Amplitude und Phase für den zugehörigen Gegenstandspunkt entspricht. Damit entspricht also Amplitude und Phase der Spannung der Quelle V1 der dem Gegenstandspunkt Oi zugehörigen Amplitude und Phase.
Das Ausgangssignal jeder Signalquelle V1 bis Vm wird an eine Signalverarbeitungsalage einschliesslich einer Dämpfungseinrichtung und einem Phasenschieber eingegeben.
Das Ausgangssignal der Quelle V2 wird also einem Dämpfer A2 und einem Phasenschieber F2 eingegeben.
Die Einstellung der Dämpfer A1 bis Am und der Phasenschieber F1 bis Frn hängt vom angenommenen Abstand zwischen dem Gegenstand 10 und der imaginären oder angenommenen Hologrammebene 12. Dieser Abstand kann willkürlich gewählt werden, nach einmal getroffener Wahl muss er aber für alle Rechnungen, die zur Bestimmung der Intensitäten für die Punkte H1 bis Hn führen, gleich bleiben. Nachdem die Entfernung zwischen dem Gegenstandspunkt 0, und dem Hologrammpunkt H1 durch eine Annahme festgelegt wurde, wird der Dämpfer A1 so eingestellt, dass das Signal der Quelle V1 um einen Betrag gedämpft wird, der der tatsächlichen Dämpfung äquivalent ist, die dann auftreten würde, wenn ein Signal über die angenommene Entfernung zwischen den Punkten O und H1 laufen würde.
Bekanntlich wird die Amplitude jedes Signales um den Wert lid gedämpft, worin d der Abstand zwischen der Signalquelle und dem Auftreffpunkt des Signals ist. Jeder der anderer Dämpfer A2 bis Am wird ebenfalls nach Massgabe der Entfernung zwischen den entsprechenden Gegenstandspunkten 02 bis 0m und dem
Punkt H1 in der imaginären Hologrammebene 12 eingestellt, in welchen die Intensität zu bestimmen ist.
Der Betrag der Phasenverschiebung, welche in jedes Signal der Quellen V1 bis Vm durch die Phasenschieber F bis Fm eingeführt wird, hängt nicht nur von der angenommenen Entfernung zwischen dem Gegenstand 10 und der Hologrammebene 12 ab, sondern auch von einer angenommenen Wellenlänge der von den Gegenstandspunkten O bis Om ausgehenden Signale. Es kann eine beliebige Wellenlänge gewählt werden, solange sie nur kleiner ist als die Entfernung zwischen zwei benachbarten Gegenstandspunkten Oi bis 0m um eine gute Definition im optischen Hologramm sicherzustellen. Weiter muss diese einzige, einmal gewählte Wellenlänge in allen denjenigen Rechnungen verwendet werden, die zur Bestimmung den Punkten H, bis Hn zugehörigen Intensitäten.
Nach einmaliger Wahl der Entfernung zwischen dem Gegenstandspunkt Oi und dem Hologrammpunkt H1 und nach vorgenommener Wahl der Wellenlänge, die vom Gegenstandspunkt 0 ausgeht, wird der Phasenschieber F derart eingestellt, dass die Phase des Signals der Quelle V1 äquivalent der Phase eines tatsächlichen Signals der gewählten Wellenlänge zu dem Zeitpunkt ist, in welchem das Signal den Punkt H1 auf der imaginären Hologrammebene trifft.
Die Phasenlage eines solchen echten elektromagnetischen Signales kann dadurch bestimmt werden, dass man die Entfernung zwischen den Punkten O und H1 durch die Wellenlänge teilt, wobei der Bruchteil des Quotienten diejenige Stelle im Zyklus des Signales anzeigt, an welcher es den Punkt H1 erreicht, wodurch also die Phasenlage des Signals zum Zeitpunkt des Auftreffens angezeigt wird.
Jeder der anderen Phasenschieber F2 bis Fm wird ebenfalls in Abhängigkeit der Entfernung zwischen den entspre chenden Gegenstandspunkten 02 bis 0m und dem Punkt H eingestellt.
Die Einstellung der Dämpfer und Phasenschieber kann nach Durchführung entsprechender Rechnungen von Hand durchgeführt werden. Man kann auch einen Rechner derart einrichten, dass er diese Rechnungen durchführt und dann auch die Dämpfer und Phasenschieber dem entsprechend einstellt.
Die Ausgänge aller Phasenschieber F1 bis Fm werden an eine Schaltung 19 angelegt, welche die Ausgangsgrössen vektoriell summiert. An diese Schaltung 19 wird ferner ein Bezugssignal einer Bezugssignalquelle 18 gelegt, welches zuvor durch einen Phasenschieber 17 läuft. Um ein Interferenzmuster zu simulieren, welches analog einem solchen Interferenzmuster ist, bei dessen Erzeugung der Bezugsstrahl des optischen Hologrammsystems unter einem Winkel zu den vom Gegenstand reflektierten Lichtwellen einfällt, wird eine Phasenverschiebung mittels des Phasenschiebers 17 in das Bezugssignal gebracht. Hier ist folgendes zu erläutern: Wenn ein Bezugsstrahl mit sinusförmiger Wellenform tatsächlich mit einem Winkel zur imaginären Hologrammebene 12 auf diese Ebene gerichtet würde, dann ändert sich die Phase des Bezugsstrahls, während er auf die verschiedenen Linien der gedachten Hologrammebene fällt.
Wenn z. B. der positive Ausschlag der Bezugswelle die Oberseite der gedachten Hologrammebene trifft, wird offensichtlich irgendeine negative Halbwelle der Welle irgendeinen Punkt unterhalb der obersten Seite der Hologrammebene treffen. Also wird dem Phasenschieber 17 eine beliebige Einstellung gegeben, wenn die Punkte H 1...,welche entlang der obersten waagrechten Linie von Punkten in der Ebene 12 bestimmt werden. Wenn die Punkte in der darunterliegenden horizontalen Linie der Ebene 12 bestimmt werden, wird der Phasenschieber 17 in der Weise verstellt, dass er das Bezugssignal der Quelle 18 um den Betrag verschiebt, welcher der Phasenverschiebung in einem Bezugsstrahl entsprechen würde, den ein Betrachter als in der Betrachtungsebene sich abwärts bewegend sehen würde.
Die Art und Weise, in welcher die Intensität im Punkt H1 bestimmt wird, wurde bereits beschrieben. Nach der Bestimmung des Punktes H1 kann die beschriebene Vorrichtung dazu verwendet werden, die Intensität im Punkt H2 zu bestimmen, indem einfach die Phasenschieber F1 bis Fm und die Dämpfer A1 bis Am neu eingestellt werden.
Auf diese Weise können alle Punkte H1 bis Hn nacheinander mittels eines Satzes von Spannungsquellen V1 bis Vm, die Signalverarbeitungskreise, die Summierschaltung und die Bezugsquelle bestimmt werden. Wahlweise kann man auch n solche Sätze von Schaltmitteln vorsehen, wobei also ein Satz dazu verwendet wird, die Bestimmung der Intensität in einem Punkt in der angenommenen Hologrammebene vorzunehmen. In einer solchen Anordnung würden alle diese Punkte gleichzeitig bestimmt. In Fig. 2 ist ein solcher zweiter Satz im ganzen mit dem Bezugszeichen 15 angedeutet und der n-te Satz ist mit dem Bezugszeichen 16 angedeutet.
Zum Umsetzen des Ausgangssignales der Summierschaltung 19, welches die Grösse der Intensität im Punkt auf dem zu bestimmenden imaginären Hologramm darstellt, in die sichtbare Form wird das Signal als Modulation an den Z-Achsen-Eingang eines Oszillographen 20 gelegt. Der Oszillograph wird dabei in solcher Weise getriggert bzw. gesteuert, dass das sichtbare Signal auf dem Oszillographenschirm 21 an einer Stelle erscheint, die der Stelle des Punktes auf der angenommenen Hologrammebene entspricht. Damit entspricht der sichtbare Punkt S dem Punkt H1 und der Punkt Sn entspricht dem Punkt Hn der angenommenen Hologrammebene. Der Oszillographenschirm kann dann von einer Kamera 20 photographiert werden, woraus sich ein transparentes Hologrammergibt. Das Hologramm ist dann eine Aufzeichnung bzw.
Wiedergabe des tatsächlichen oder gedachten Gegenstandes 10, der seinerseits durch die Vielzahl der Gegenstandspunkte 0 bis Orn dargestellt wird.
Im obenbeschriebenen Beispiel werden von entsprechenden Leitern fortgeleitete elektrische Signale verwendet. Selbstverständlich kann man in einer ähnlichen An ordnung auch elektromagnetische Wellen anstelle der elektrischen Signale und entsprechende Wellenleiter anstelle der elektrischen Leiter verwenden. Eine andere Möglichkeit ist die Verwendung von Lichtwellen, die durch optische Faserbündel geleitet werden; man kann auch akustische Wellen in flüssigkeit- oder gasgefüllten Rohren oder in festen Leitern verwenden. In jedem Fall werden geeignete Dämpfer und Phasenschieber verwendet, die etwa den des obenbeschriebenen Beispiels hinsichtlich der Funktion entsprechen.
In Fig. 3 ist eine weitere Anordnung zum nach Betrag und Phase der Signale von Gegenstandspunkten Oi bis 0m mit einem Bezugssignal dargestellt. Bei dieser Anordnung ist eine räumlich kubische Anordnung 30 von Signalquellen vorgesehen. Diese Signalquellen können aktive Signalquellen, z. B. Audio-Oszillatoren oder Mikrowellen-Sender sein, oder auch passive, durch Reflexion wirkende Quellen, z. B. Mikrowellen-Dipol-Antennen. Hier soll angenommen werden, dass die Signalquellen Mikrowellen-Sender sind, von denen jeder ein Signal mit der gleichen Frequenz wie alle andern Sender erzeugt und ausserdem in Phasenkohärenz mit den Signalen der anderen Sender steht.
Da die Anordnung der Sender eine dreidimensionale ist, können offensichtlich m Sender gewählt werden, welche dieselben Lagen haben, wie die Punkte O bis 0, auf dem Gegenstand. Diese ausgewählten Sender P1 bis Pm sind in Fig. 3 ausgefüllt dargestellt (auf der dem Beschauer zugewandten Ecke des Kubus 30). Mit Abstand von der Anordnung 30 ist eine Empfangseinrichtung, z. B ein Mikrowellen-Empfänger 31 auf einer Abtasteinrichtung 32 angeordnet, wobei diese Abtasteinrichtung dazu dient, den Empfänger 31 über eine Empfangsebene 33 zu fahren, welche ihrerseits die angenommene Hologrammebene darstellt Ausserhalb der Anordnung der ein Bezugssignal erzeugt, dessen Frequenz gleich ist der Frequenz der Signale von den Sendern in der Anordnung und dessen Strahlung kohärent mit der Strahlung der Sender ist.
Die Anordnung 30, die Bezugsquelle 34 und der Empfänger 31 sind in einem solchen Medium oder Träger angeordnet, dass die von den Sendern ausgehenden Wellen in diesem Medium auch fortgeleitet werden. Das Medium kann z. B. Luft oder Wasser sein.
Im Betrieb werden die Sender P1 bis Prn eingeschaltet und es wird durch nicht gezeigte Mittel die Amplitude des von jedem Sender kommenden Signals so eingestellt, dass sie der Amplitude des Gegenstandspunktes 0i bis 0m entspricht, welchen der jeweilige Sender darstellt.
Der Empfänger 31 wird zunächst in eine Ausgangsstellung, z. B. auf den Punkt H1 in der Abtast- oder Hologrammebene gebracht. Das vom Empfänger 31 empfangene Signal ist offensichtlich die Summe aller Signale nach Betrag und Phase die von den Sendern P1 bis Pm kommen, und des Bezugssignales von der Quelle 34. Weiterhin werden die Signale den Sender P1 bis Pm notwendigerweise gedämpft, wenn sie auf die Abtastebene 33 zulaufen, und die Phase der Signale ändert sich auf diesem Weg, wobei der Betrag der Dämpfung der Signale und deren Phase bei Eintreffen am Empfänger 31 von der Entfernung zwischen jedem Sender und der Stelle H1 des Empfängers abhängen.
Das vom Empfänger 31 empfangene Signal kann mathmatisch wie folgt ausgedrückt werden: Es wird angenommen, dass Pm eine bestimmte Quelle ist; Hn ist ein einzelner Punkt in der Abtastebene: Rn ist das am Punkt Hn auftreffende Bezugssignal und rmn ist die
Entfernung zwischen Pm und Hn; dann ist die Intensität ih
Punkt Hn durch folgende Summierung darstellbar:
EMI4.1
<tb> <SEP> si
<tb> Intensität <SEP> von <SEP> Hn <SEP> = <SEP> t <SEP> Pm <SEP> (Vm <SEP> n) <SEP> + <SEP> Rn
<tb> <SEP> m=l
<tb> Die Anordnung nach Fig. 3 übt automatisch die Funktion der Dämpfer Al bis Am der Fig. 2 sowie die Funktion der Phasenschieber F1 bis Frn der Fig. 2 aus.
Offensichtlich muss auch kein dem Phasenschieber 17 nach Fig. 2 entsprechender Phasenschieber der Bezugsquelle 34 zugeordnet werden.
Der Empfänger 31 wird von Punkt zu Punkt in der Abtastebene weitergefahren, bis er ein Signal in jedem der Punkte H1 bis Hn empfangen hat. Die Art und Weise, in welcher die vom Empfänger 31 empfangenen Signale in sichtbare Form überführt und dann zur Erzeugung eines Hologramms aufgezeichnet werden, kann der unter Bezugnahme auf Fig. 2 erläuterten Weise entsprechen oder es kann in anderer bekannter Weise vorgegangen werden.
Bei dem unter Hinweis auf Fig. 3 erläuterten Ausführungsbeispiel wurden die Signalquellen P1 bis Pm als aktive Quellen beschrieben. Es können aber vorzugsweise auch passive Reflektoren, z. B. Dipol-Antennen als Signalquellen verwendet werden. In einem solchen Falle wird eine Quelle kohärenter Energie, z. B. ein Mikrowellen-Sender 35 zur Beleuchtung der Anordnung 30 verwendet.
Wie oben erwähnt wurde, entsprechen einige Quellen der Anordnung 30 Punkten O bis m auf dem Gegenstand und jede dieser Antennen hat ein derart eingestelltes Reflexionsvermögen, dass die Grösse und Phase des von dem Einzelreflektor reflektierten Signales den entsprechenden Daten desjenigen Punktes auf dem Gegenstand entspricht, für den der entsprechende Reflektor steht. Das Reflexionsvermögen der Dipol-Antennen kann z. B. dadurch eingestellt werden, dass man die Impedanz im Zentrum des Dipols verändert. Diejenigen Antennen in der Anordnung, welche nicht irgendeinem Punkt. des Gegenstandes entsprechen, lässt man keine Energie reflektieren.
Die Bezugsquelle 34 kann durch einen Reflektor ersetzt werden, oder es kann eine aktive Bezugssignalquelle verwendet werden, solange deren Frequenz nur dieselbe ist, wie die Frequenz der Beleuchtungsquelle 35, und sie mit dieser kohärent strahlt.
Die Anordnung von Signalquellen muss nicht notwendigerweise dreidimensional sein, wie in Fig. 3 dargestellt ist. Wahlweise kann auch eine zweidimensionale Anordnung von Signalquellen verwendet werden. Eine solche Anordnung ist in Fig. 4 gezeigt. In Fig. 4 ist eine Anzahl von Tomogrammen 50 dargestellt. Selbstverständlich können auch Ebenen-Daten verwendet werden, welche aus dreidimensionalen Daten eines Gegenstandes gewonnen wurden. Unter Tomogrammen versteht man Röntgen-Photographien in verschiedenen Ebenen eines Objekts, z. B.
eines Organs des menschlichen Körpers. Damit enthält jedes der Tomogramme 50a, 50b usw. Informationen über
Punkte des Gegenstandes, die in der jeweiligen Ebene lie gen. Wenn jedes Tomogramm einzeln von hinten beleuch tet wird, z. B. mit einer Lichtquelle 52, erhält man Ampli tuden-Informationen über jede gewünschte Anzahl von
Gegenstandspunkten in der Ebene, welche dem beleuchte ten Tomogramm entspricht.
Er soll angenommen werden, dass zunächst das Tomo gramm 50a von der Lichtquelle 52 beleuchtet wird. Eine entsprechend grosse Anzahl von in einer Fläche oder in einem Rahmen 54 angeordneten Photozellen kann dazu verwendet werden, die Helligkeit einer diskreten Anzahl von Punkten des Tomogrammes zu bestimmen. Diese Hel ligkeitsinformation wird dazu verwendet, die Signalquellen 58 in der Ebenen-Anordnung 56 einzustellen, d. h. praktisch zu modulieren, so dass jede Signalquelle, die einem Punkt auf dem Tomogramm entspricht, ein Signal erzeugt, dessen Grösse der Helligkeit desjenigen Punktes im Tomogramm entspricht, welcher von der jeweiligen Signalquelle dargestellt wird.
Die kohärenten Signale der Signalquellen 58 werden zusammen mit einem kohärenten Bezugssignal einer Quelle 60 auf einen nicht gezeigten Empfänger geleitet, der die Abtast- oder Aufzeichnungsebene 62 abtastet, wie oben unter Bezugnahme auf den Empfänger 31 erläutert wurde. Alle vom Empfänger beim Abtasten über die Punkte H1 bis Hn in der Abtastebene aufgenommenen Signale werden dann in solcher Weise aufgezeichnet bzw. gespeichert, dass Phasen- und Amplitudeninformationen erhalten bleiben; hierzu kann man ein Magnetband als Speicher verwenden.
Dann wird das nächste Tomogramm 50b beleuchtet und die Photozellen-Anordnung 54 wird entsprechend erregt. Zuvor wurde jedoch die Anordnung 56 bezüglich der Ebene 62 um eine Strecke verschoben, welche dem Abstand zwischen den Tomogrammen 50a und 50b entspricht. Dann werden wieder die Signalquellen 58 so eingestellt bzw. moduliert, dass die Amplitude des Signals jeder Quelle der Helligkeit in demjenigen Punkt auf dem Tomogramm entspricht, der von einem bestimmten Wellenleiter dargestellt wird. Die vom Empfänger in der Abtastebene 62 aufgefangenen Signale werden aufgezeichnet.
Nach Beleuchtung aller Tomogramme und Aufzeichnung bzw. Speicherung der entsprechenden Signale in der Abtastebene müssen die Aufzeichnungen, die jedem Punkt in der Abtastebene entsprechen, nach Betrag und Phase addiert werden. Diese Summierung kann elektrisch erfolgen, um ein zusammengesetztes Signal für jeden Punkt zu erhalten. Aus diesen zusammengesetzten Signalen wird dann ein photographisches Diapositiv, d. h. eine transparente Darstellung hergestellt, die dann ein Hologramm des Gegenstandes ist, der auf den Tomogrammen 50 aufgezeichnet ist.
Es ist noch darauf hinzuweisen, dass bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 3 und 4 das Bezugssignal nicht notwendigerweise von einer Quelle 34 bzw. 60 geliefert werden muss, welche das Bezugssignal auf die Abtastebene richtet. Das Bezugs signal kann auch ein elektrisches Signal sein, welches an einem Punkte zwischen dem Empfänger 31 und dem Oszillographen eingeführt wird. In einem solchen Falle wird ein Phasenschieber vorgesehen, um die Phase des Bezugssignals zu verschieben, wodurch ein Interferenzmuster simuliert wird, wie dies oben unter Bezug auf den Phasenschieber 17 in Fig. 2 beschrieben ist.
Beim vorliegenden Verfahren und den beschriebenen Vorrichtungen wird ein künstliches Hologramm aus Daten erzeugt, die nicht unmittelbar aus reflektierter Energie vom aufzuzeichnenden Gegenstand stammen. Mit Hilfe der Erfindung ist es möglich, überhaupt keinen Gegenstand zu verwenden, sondern vielmehr statt dessen eine Anzahl angenommener oder gerechneter Signale, welche den Gegenstand darstellen. Es werden zur Herstellung eines solchen künstlichen Hologramms nur Daten benötigt, welche die Intensität und die relative Lage in einer ausreichenden Anzahl von Punkten auf dem Gegenstand darstellen.