DE1547126A1 - Aufnahmevorrichtung fuer Hologramme - Google Patents

Description

Patentanwalt

MUNCHEN-SOLLN

Franz-Hals-Straße 21

Telefon 796213

AO 2010 München, 2. Januar 1967

Dr. H./sch

American Optical Company

Southbridge, Massachusetts V. St. A.

Aufnahmevorrichtung für Hologramme

Priorität; USAj 10. Jan. 1966; Serial Ho. 519 609

Die Erfindung betrifft eine Aufnahmevorrichtung für Hologramme und inabesondere eine mit Speicherwirkung arbeitende derartige Vorrichtung. . . ...

Übliche photographische Aufnahmevorrichtungen zur Aufnahme eines Gegenstandsfeldes erfordern die Beleuchtung und Abstrahlung des Feldes, ein optisches abbildendes System und eine Detektorvorrichtung, beispielsweise einen Film. Das Objekt kann dreidimensional sein, es wird jedoch nur ein zweidimensionales Bild erzeugt und aufgezeichnet. Die Intensität für einen jeden Objektpunkt wird in Form eines Bildpunktes gespeichert. Es bestehen verschiedene Unter-

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schiede zwischen der Betrachtung des ursprünglichen Objektraumes und der.: Abbildungsfeld. Das dreidimensionale Objektfeld gestattet es dem Betrachter, die PerspektivenverhLi.ltnisse zu ändern und parallaxe Effekte zu erkennen, was bei der zveidiinensionalen photograpbischen Aufzeichnung nicht möglich ist. Die Verteilung der Energie, die von einem gegebenen Bildpunkt abgestrahlt wi7"d, ist bestimme durch die ITatur der Objektoberfläche. Diese Verteilungen können von der daa Objekt betrachtenden Person als Oberflächenstruktur (Gewebestruktur) empfunden werden, eine derartige Erkenntnis vermittelt jedoch nicht die Aufzeichnung räunlich modulierter Amplituden (Photographic).

Nimmt man de:· Einfachheit halber an, daß es sich um eine kohärente Beleuchtung des Objektes handelt, so ist es offensichtlich, daß jeder Objektpunkt Lichtwellen in jj'orm sich ausbreitender Kugelwellen abstrahlt. In einer Bezugsebene bilden diese 7/ellenfronten ein zusammengesetztes elektromagnetisches ?eld, wobei jede 31ementarwelle bestimmte Eigenschaften in bezug auf Phase und Amplitude hat, die für das Objekt charakteristisch sind, 'denn man imstande wäre, dieses sich ständig ausbildende elektromagnetische Feld.anzuhalten und in einer bestimmten Bezugsebene die Phaseninfprmation und die Amplitudeninformation speichern könnte, -nämlich, die Informationen, die in eindeutiger '/eise charakteristisch sind für die Ursache des Feldes, nämlich

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das Objekt, so wäre die gesamte Information erhalten. Die Strahlungsphase einer elementaren Wellenfront und ihre schräge Riehtun/ in bezug auf die Bezugsebene ist allein bestimmt durch die relative räumliche Anordnung der strahlenden Objektpunkte; die Amplitude der Lichtquelle ist bestimmt durch das lief lexionsvermögen eines Objektpunktes und den Abstand der Elementarwelle von dem Objektpunkt»

Sowohl ein photographischer Film als auch die Netzhaut des Au^jes sprechen auf Intensitäten an, eine Phasenfeststellung ist jedoch nicht mcvlieh, und daher geht dieser Informations kanal, der von dem Gegenstandsfeld ausgeht, verloren. Die Interferometrie indessen bietet eine Technik^ bei der im Wege der räumlichen Intensitätsmodulation Phasendifferenzen auf gezeichnet "werden, und zwar in Form von Beugungsbildern, die In einfacher Weise auf der Netzhaut oder auf einem Film erscheinen. Ein derartiges Interferogramm enthält sowohl Phaseninformation als auch Amplitudeninformation in einer eindeutig charakteristischen Weise für das Objektfeld und stellt im wesentlichen ein Hologramm dar.

Die Theorie der Hologramme wurde von Dennis G-abor in der Zeitschrift "Proceedings of the Royal Society", A197, 1949» Seite 454 und später durch Leith und Upatnieks In der Zeitschrift "Journal of the Optical Society of America", Band 52, 1962, Seite 1123 besehrieben. Der physikalische liechaniis-

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mug, auf dem die Ausbildung von Hologrammen beruht, besteht im wesentliehen in der 'Überlagerung von kohärenten und .parallel gemachten Objektstrahlen und Bezugsstrahlen in einem Bildraum unter einem bestimmten Yfinkel, woraus sich abwechselnd einander unterstützende und einander entgegenwirkende Interferenzen in Fonr. von hellen und dunklen Interferenzstreifen ergeben. Die von dem Objekt herrührenden Strahlen werden von dem Objekt reflektiert oder durch das Objekt hindurchgelassen, während die Bezugsstrahlen das Objekt umgehen und dann eine Interferenz mit dem Objektstrahlenbündel bewirken. Da das Strahlungssignal eines jeden Objektpunktes jeden Punkt des Hologramms, nämlich des Films, der in dem Interferenzraum der Objektstrahlen und der Bezugsstrahlen sich befindet, erreicht, enthält jeder derartige Punkt in seinem zusammengesetzten Interferenzmuster im wesentlichen dieselbe Information. Wenn daher ein Hologramm teilweise gestört wird, so kann irgendein kleiner Teil des Hologramms dazu verwendet werden, das gesamte Bild zu rekonstruieren, wenn man das Bild vöh^: der geometrischen Stellung aus beibrachtet, in der dais kleine Bildstüclf vor del? Vernichtung des Hologramms sich befand.

Diese¹ Beobachtung der .gseöiitέΆ Inf ormäti οηθ speie her üiig in jeüefii Punkt des Sge^chei*meäiunis" bildet die in be¥onäe:cs

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zweckmäßiger Weise ausnutzbare Grundlage der Ausbildung eines Speicherapparates. Die Rekonstruktion des Bildes erfolgt durch Beleuchtung des Hologramms mittels einer kohärenten Lichtquelle und Beobachtung des vielfachen zusammengesetzten Bildes unter Anwendung von Mitteln, die in der Anmeldung A 50 945 vom 1. Dezember 1965 beschrieben sind. Man kann sich zur Rekonstruktion des Bildes auch der den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildenden Mittel bedienen, welche die Aufzeichnung einer Vielzahl Objekte auf einem einzelnen Hologramm zum Gegenstand hat j jedes Hologramm wird winkelmäßig in bezug auf das andere durch Drehung des Hologrammfilmes nach erfolgter Aufzeichnung versetzt, und die Rekonstruktion des Bildes erfolgt unter ähnlicher Rotation einer Blendenvorrichtung unter Anwendung eines photographischen Films oder anderer Betrachtungsmittel. Da die Hologrammaufzeichnungsteehnik auf dem Hologrammfilm Bilder unter verschiedenen Winkeln erzeugt, koinzidiert nur ein Bild zu einer Zeit mit der winkelmäßigen Drehung der Blendenöffnung im Verlaufe der Bildrekonstruktion.

Weitere charakteristische Merkmale und Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren. Es zeigens

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Figur 1 eine schematise?¹ e Barstellung einer holographischen Aufzeichnungsvorrichtung;

Figur 2 eine schematische Darstellung der ilekon-

struktionsvorrichtung für ein gemäß. Fig. 1 hergestelltes Hologramm.

Der in Fig. 1 dargestellte holographische Apparat besteht aus einer Laser-Lichtquelle 12, einer Vorrichtung 14 zum Aufteilen des Strahlenganges und ferner aus einer Mattscheibe 16, durch die die Laseranordnung 12 Licht strahlt und die das Licht über die gesamte Objektfläche 18 gleichmäßig verteilt. Die Strahlung durchsetzt das durchsichtige Objekt 18 und fällt auf die Hologrammplatte 20. Die Teilvorrichtung 14 richtet die optische Strahlung auf einen Spiegel 22 und entlang der Achse A auf die Hologrammplatte 20. Die Hologrammplatte ist mittels einer Hastenscheibe 23 und deren Welle 24 drehbar. Die Rasten A', B^f, C und D¹ der Rastenscheibe 23 entsprechen den. Strahlachsen A, B, G und D des 3ezugsstrahlenbündel3. Die Achsen A, B, C und D dienen nur dem Zweck, die relativen Stellungen des Bezugsstrahlenbündels und des Films oder des Hologramms bei der schrittweisen Drehung des Hologramms anzuzeigen. Eine derartige Drehung eines Hologramms erzeugt eine Vielzahl Objektbilder, von denen jedes winkelmäßig in bezug auf das andere versetzt erscheint. Es könnte die Hologramm-, platte 20 auch kreisförmig sein, sie muß nicht quadratisch oder rechteckig sein.

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Die Rekonstruktion der Objekte des Hologramms 20, das gemäß der Fig. 1 entsprechenden Anordnung erzeugt wurde, kann in einer solchen Weise erfolgen, daß die Bilder wahlweise lesbar sind, wobei die zur Rekonstruktion dienende Anordnung in Pig. 2 veranschaulicht ist. Eine Quelle kohärenten Lichtes 12', die nicht notwendigerweise die gleiche Lichtquelle wie die Lichtquelle 12 der Fig. 1 sein mu3, sendet Lieht durch das Hologramm 20 und erzeugt ein reelles Bild 31, welches in die Blendenebene 30 gerichtet wird. Die Blendenvorrichtung besteht aus einer Öffnung 32, die eine Linse 33 enthält, und liegt in einer Ebene, in der der Querschnitt des Strahlungsbündels am geringsten ist. Die Linse 33 entwirft ein EiId in die Ebene der Detektorplatte 36. Eine Rastscheibe 34 dreht das Hologramm 20 in Schritten A", B", C" und D" entsprechend den Rasten A', B', C und])¹" der Scheibe in Fig. 1. Die Scheibe 34 entspricht im wesentlichen der Scheibe 23 der Fig. 1. Eine Ilehrzahl Filme- 36/ wird verwendet, um bei der Drehung der Rastehschei^be'die Auf Zeichnung eines jeden Bildes auf2U2e i ohne h.

Es ist darauf - zu^ä ver-weisenV daß· auch- das menschliche Auge' oder" ein⁴ anl^es^oijfis^ii&s^ Hilfsmittel ixi> der 3e±eWtor*- efcene ansteiie des^ pMtPbographisOhen Films 36 verwendet werden kaiüa^uüä'dä# das Hologramm 20"verwendet worden kann»

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um eine große Anzahl Bilder, abhängig von der Größe der rekonstruierten Bildfeinheiten, in der Blendenebene aufzuzeichnen.

Es wäre an sich auch möglich, die'Bezugslichtquelle um die Achse desselben optischen Strahlenganges zu drehen.

Patentansprüche

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Claims (6)

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1. Holographische Anordnung, bei der eine Lichtquelle kohärenten Lichtes ein Lichtstrahlenbündel durch das Objekt und auf einen Hologrammfilm richtet und ein Bezugsstrahlenbündel ebenfalls auf den Hologrammfilm gerichtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß Kittel (23, 24) vorgesehen sind, um winkelmäßig in bezug aufeinander den Hologrammfilm (20) und das Bezugsstrahlenbündel für die Zwecke der Aufzeichnung unterscheidbarer Bilder einer Kehrzahl Objekte auf dem Hologrammfilm (20) zu versetzen.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hologrammfilm (20) drehbar angeordnet ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bezugsstrahlenbündel um die Achse des das Objekt durchsetzendenStrahlenbündel drehbar ist.

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, für die Zwecke der Hologrammwiedergabe, dadurch gekennzeichnet, daß die

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Quelle kohärenten Lichtes (12') und der aufgezeichnete Holo.^raiKmfilm (20) In bezug aufeinander '.tfinkelinäJig um die gleichen V.'inkelbeträge drehbar sind, die bei der relativen winkelmäßigen Verstellung dea Leau-ssatrahleiibündels und des Hologramrnfilms der Aufzeichnungsanordnung zur Anwendung gelangten.

5. Anordnung nach Anspruch 4, .dadurch g a kennzeichnet , daß eine Drehvorrichtung (34) zum Drehen des aufgezeichneten Hologramtif Hins (20) vorgesehen ist.

6. Anordnung nach An-jpruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, daß zur relativen Drehung des Hologrammfilms (20, 20*) in bezug auf das Sezugsstrahlenbündel (22) oder in bezug auf die in der V/iedergabevorrichtung vorgesehene Quelle kohärenten Lichtes (12') eine schrittweise irehbare iiasienscheibe (23, 34) vorgesehen ist.

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