DE1472067B2 - Anordnung zur erzeugung eines hologrammes - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erzeu- förmigen Objektes befindet, so daß die von dem Objekt gung eines Hologramms, bei der das Bezugsstrahlen- ausgehende Kugelwelle und die des Bezugsstrahlenbündel als Kugelwelle von einer punktförmigen Licht- bündeis zusammenfallen,

quelle erzeugt wird. F i g. 8 die schematische Darstellung einer Ausin dem Artikel von E. L e i t h und J. Upatnieks 5 führungsform gemäß der Erfindung, bei der eine den in der Zeitschrift »Journal of the Optical Society of Bezugsstrahl bildende Kugelwelle von einer punkt-America«, 1964, Bd. 54, S. 1296, Fig. Ic), wird eine förmigen Lichtquelle in der Objektebene, jedoch im derartige holographische Aufzeichnungsanordnung be- Abstand von dem scheibenförmigen Objekt ausgeschrieben, bei der ein lichtdurchlässiges Objekt von sendet wird.

dem parallelgemachten Licht eines kohärenten mono- io In F i g. 1 wird das kohärente Licht einer Lichtchromatischen Lichtstrahlenbündels bestrahlt wird. quelle in ein Objektstrahlenbündel 12 und ein Bezugs-Von dem gleichen Lichtstrahlenbündel wird unter strahlenbündel 14 durch Anwendung üblicher, nicht Anwendung einer Linse und eines Prismas ein Bezugs- dargestellter Mittel aufgespalten. Das Bezugsstrahlen-Strahlenbündel erzeugt, das, von seinem Brennpunkt bündel wird um das scheibenförmige Objekt 16 herumals Quellpunkt einer Kugelwelle ausgehend, den Auf- 15 geleitet, und sowohl das Objektstrahlenbündel als zeichnungsfilm ebenfalls bestrahlt, so daß auf dem auch das Bezugsstrahlenbündel treffen schließlich auf Aufzeichnungsfilm die Aufzeichnung der Intensität den Hologrammfilm 18, der ein fotografischer Film des Interferenzstrahlungsfeldes erfolgt. Dabei liegt der sehr hoher Auflösung ist und in üblicher fotografischer die punktförmige Quelle des Bezugsstrahlenbündels Weise entwickelt wird. Zur Erzeugung der beiden bildende Brennpunkt des im Bezugsstrahlenbündel 20 Strahlenbündel können auch zwei getrennte Lichtverwendeten Strahlenganges seitlich versetzt in etwa quellen verwendet werden, sofern sie gegenseitig in der Mitte zwischen Objekt und Aufzeichnungsfilm. kohärent sind. Das Objektstrahlenbündel 12 hat zu-

Eine derartige Aufzeichnungsanordnung ist, wie nächst eine ebene Wellenfront 20. Nach Beugung an

nachstehend zur Erörterung gelangen, wird, nicht dem scheibenförmigen Objekt 16 ergeben sich aus den

optimal den Aufzeichnungseigenschaften (Übertra- 25 ebenen Wellenfronten Kugelwellenfronten 22. Das

gungsfunktion) eines Aufzeichnungsfilmes angepaßt. Bezugsstrahlenbündel 14 hat ebene Wellenfronten 24,

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine die mit den sphärischen Wellenfronten 22 unter bessere Anpassung an die Übertragungseigenschafteri einem ■ Winkel interferieren, wobei der Winkel des Aufzeichnungsfilmes zu gewährleisten und daher angenähert gleich dem Winkelt zwischen der Forteine bessere Auflösung der Einzelheiten eines Objektes 30 pflanzungsrichtung des Objektstrahlenbündels und des in einem erzeugten Bild zu erzielen. Bezugsstrahlenbündels ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch Bei einer solchen Anordnung ergeben sich gemäß gelöst, daß die punktförmige Lichtquelle mit Hilfe F i g. 2 auf dem Aufzeichnungsfilm 18 Intensitätsoptischer Elemente aus einem Strahlenbündel so äbge- maxima, wenn der Phasenünterschied zwischen der an leitet ist, daß sie in der Nähe des Objektes liegt und 35 der betreffenden Stelle auftreffenden Kugelwelle und daß ihr seitlicher Abstand zum Objekt sehr klein ist dem ebenen Wellenfeld in der Ebene des Aufzeichgegen die Entfernung vom Objekt zur Hologramm- nungsfilmes das Mehrfache einer vollen Wellenlänge ebene und daß das von ihr erzeugte Bezugsstrahlen- beträgt. An den Zwischenstellen ergeben sich Intensibündel das Objekt selbst nicht durchsetzt. tätsminima. F i g. 2 entspricht im Prinzip dem in der

Die Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung 4° Optik bekannten Vorgang der Fresnel-Zonenkonstruk-

im Zusammenhang mit den Figuren erläutert. Von tion. Da die Intensität der den Aufzeichnungsfilm 18

den Figuren zeigt . . '<"■"- . treffenden Kugelwellen mit dem Quadrat der Ent-

F i g. 1 eine schematische Darstellung eines be- fernung von dem punktförmigen Objekt 16 abnimmt,

kannten holographischen Systems, ergibt sich die in F i g. 2 veranschaulichte Intensitäts-

F i g. 2 die Wiedergabe eines Interferenzfeldes der. 45 verteilung der zur Aufzeichnung gelangenden Inter-

von einem punktförmigen Objekt ausgestrahlten ferenzringe.

Kugelwellen mit dem ebenen Wellenfeld, wobei als Wie F i g. 2 ferner zeigt, ist der Abstand von einem

Aufzeichnungsmittel ein der Wellenebene des letzteren Intensitätsmaximum zu dem nächstfolgenden Inten-

paralleler Film vorausgesetzt ist, sitätsmaximum, das reziproke der Raumfrequenz, bei

F i g. 3 das bei einer Anordnung gemäß 'F ig.'2 50 der optischen Achse am größten und nimmt nach den

erhaltene Interferenzbild, - Rändern des Films hin ab.

F i g. 4 die Übertragungsfunktion der Aufzeichnung F i g. 3 zeigt die Wiedergabe eines derartigen Inter-

eines periodischen Objektes auf einem Film in Ab- ferenzbildes, wobei die innere sich-ergebende- Stelle

hängigkeit der Raumfrequenz, . höchster Intensität mit 26 und die aufeinanderfolgen-

F i g. 5 eine zur Erläuterung von Fig. 4 dienende 55 den Interferenzringe mit 30, 32 und 34 bezeichnet sind.

Darstellung eines Teiles eines Objektes sinusförmiger In F i g. 5 ist die als sinusförmig angenommene

Helligkeitsverteilung, Helligkeitsverteilung eines Bildes dargestellt, deren

F i g. 6 die Wiedergabe eines Interferenzfeldes der Maximum mit ü in bezug auf ein Grundniveau bezeich-

von einem punktförmigen Objekt ausgestrahlten net ist. Die auf das gleiche Niveau bezogene minimale

Kugelwellen mit dem ebenen Wellenfeld, wobei als 60 Amplitude ist mit b bezeichnet. Der Kontrast des

Aufzeichnungsmittel, gemäß der vorgenannten Ver- „.., ·,,,.· . , , , ,_r , ..,, · a — b

öffentlichung von L ei th/Upatnieks, ein Auf- ^{Blldes lst bestimmt durch das} Verhältnis —^ .

zeichnungsfilm verwendet ist, dessen Ebene unter Das Bild gemäß F i g. 5 kann auch zur Charakteri-

einem Winkel zu der Wellenebene des ebenen Bezugs- sierung' des Objektes, welches das Bild darstellt, ver-

strahlenbündels angeordnet ist, 65 wendet werden, und der Kontrast des Objektes

F i g. 7 eine zur Erläuterung der Erfindung dienende , . ... „. . , . , . _Λτ , .._Ίί . a — b

Darstellung, bei der die das Bezugsstrahlenbündel ^{kann m} S^{leicher Weise durch das Ve}*altms -^

erzeugende Lichtquelle sich an einer Stelle des scheiben- charakterisiert werden. Das Verhältnis des Bildkon-

trastes zu dem Objektkontrast ist im allgemeinen kleiner als 100 %. Dieses prozentuale Verhältnis wird im allgemeinen als Übertragungsfunktion T des Filmes bezeichnet, die in F i g. 4 in Abhängigkeit der Raumfrequenz / aufgezeichnet ist.

Unter der Raumfrequenz / ist hierbei das Reziproke des sich auf dem Film ergebenden Abstandes zweier aufeinanderfolgender aufgezeichneter Intensitätsmaxima zu verstehen. Die Übertragungsfunktion hat für die Raumfrequenz 0 und extrem niedrige Raumfrequenzen den Wert 100 % und nimmt bei zunehmenden Raumfrequenzen ab. Bei extrem hohen Raumfrequenzen verschwimmt das wiedergegebene Bild, und die Übertragungsfrequenz ist 0.

Parallel zu den Prinzipien der Fourier-Analyse werden auch hier negative Raumfrequenzen zugrunde gelegt, und unter diesen Umständen ist die in F i g. 4 dargestellte Übertragungsfunktion symmetrisch.

Verwendet man eine Anordnung nach L e i t h/ Upatnieks, bei der die Wellenebene des ebenen Wellenfeldes einen Winkel zu der Aufzeichnungsebene bildet, so ergeben sich die in F i g. 6 wiedergegebenen Verhältnisse. Es sind in F i g. 6 die in F i g. 2 veranschaulichten Geraden eingezeichnet, die den geometrischen Ort von einem ganzzahligen Mehrfachen der Wellenlänge entsprechenden Wegunterschiede darstellen. Der Schnittpunkt dieser Geraden mit der in F i g. 6 geneigt dargestellten Aufzeichnungsebene 18 ergibt wiederum die Intensitätsmaxima, wobei sich wiederum das höchste Intensitätsmaximum an der Stelle des geringsten Abstandes von dem punktförmigen Objekt 16 ergibt. Es ist hier aber zu beachten, daß in F i g. 6 die Stelle des stärksten Intensitätsmaximums nicht mehr an der Stelle liegt, bei der der Abstand zu den benachbarten Intensitätsmaxima maximal ist.

Dementsprechend wird der Aufzeichnungsfilm, der mit um so höherer Übertragungsfunktion arbeitet, je geringer die Raumfrequenz, d. h. je größer der Abstand von Maximum zu Maximum ist, bei diesem Aufzeichnungssystem nicht optimal ausgenutzt.

Daraus ergibt es sich, daß die Grenzfrequenz der Übertragungsfunktion 44, bei der die Übertragungsfunktion des Filmes verschwindet, in F i g. 6 bereits an Stellen des Übertragungsfilmes 18 liegen, die der Stelle 70 stärkster Intensität verhältnismäßig nahe liegen (Filmbereich oberhalb der Linie 16, 17 in F i g. 6). Andererseits erstreckt sich der Aufnahmefilm in F i g. 6 mit seinem anderen Rand in Gebiete, in denen infolge des verhältnismäßig weiten Abstandes von dem punktförmigen Objekt 16 die Intensität der sich ausbildenden Maxima gering ist, obwohl noch der Abstand von Maximum zu Maximum verhältnismäßig hoch ist.

Würde man nun den durch Fokusierung des parallelen Strahlenganges erzeugten punktförmigen Quellpunkt des Bezugsstrahlenbündels, im Unterschied zu der von Leith/Upatnieks gezeigten Anordnung, wie in F i g. 7 dargestellt ist, unmittelbar in das punktförmige Objekt 56 hineinverlegen, so würden die von der Stelle 54 des Objektes 56 ausgehenden 5 Objektstrahlen und die von der gleichen Stelle 54 erzeugten Bezugsstrahlen ein System konfokaler Kugelwellen bilden und keine Aufzeichnung eines Interferenzsystems auf dem Wiedergabefilm 18 hervorrufen. Außerhalb des Punktes 54 liegende Stellen

ίο des Objektes 56 dagegen bilden mit dem von Punkt 54 ausgehenden Kugelwellensystem des Bezugsstrahlenbündels kein konfokales Kugelwellensystem und liefern daher auf dem Wiedergabefilm ein Interferenzstreifensystem.

Dies ist in F i g. 8 veranschaulicht, wo die Punktquelle des Bezugsstrahlenbündels zwar nahe dem Objekt 56, jedoch seitlich außerhalb desselben liegend dargestellt ist. Ein solcher Punkt erzeugt ein System von Interferenzstreifen annähernd konstanter Raumfrequenz, wobei die Raumfrequenz um so niedriger ist, je näher Objektpunkt und Bezugsstrahlenpunkt zueinander liegen.

Auf dieser Erkenntnis baut die Erfindung auf, die vorsieht, daß die punktf örmige Lichtquelle 54 mit Hilfe optischer Elemente aus einem Strahlenbündel so abgeleitet wird, daß ihr seitlicher Abstand zum Objekt 56 sehr klein gegen die Entfernung vom Objekt zur Hologrammebene ist, wobei das Bezugsstrahlenbündel, was im Interesse einfacher optischer Verhältnisse wünschenswert ist, das Objekt 56 selbst nicht durchsetzt.

Es wird auf Grund der dargelegten Verhältnisse jeder Objektpunkt auf den Aufnahmefilm mit für den Punkt gleicher Übertragungsfunktion des Filmes

aufgezeichnet, wobei die Übertragungsfunktion selbst um so besser ist, je näher der aufgezeichnete Punkt dem gewählten Bezugsstrahlenquellpunkt 54 liegt.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Erzeugung eines Hologramms, bei der das Bezugsstrahlenbündel als Kugelwelle von einer punktförmigen Lichtquelle erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die punktförmige Lichtquelle (54) mit Hilfe optischer Elemente aus einem Strahlenbündel so abgeleitet ist, daß sie in der Nähe das Objektes liegt und daß ihr seitlicher Abstand vom Objskt (56) sehr klein ist gegen die Entfernung vom Objekt (56) zur Hologrammebene (70) und daß das von ihr erzeugte Bezugsstrahlenbündel (52) das Objekt (56) selbst nicht durchsetzt.

2. Anordnung zur Erzeugung eines Hologramms nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die punktförmige Lichtquelle (54) mit Hilfe optischer Elemente so abgebildet ist, daß sie mit dem Objskt in einer Ebene liegt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen