DE1547202A1

DE1547202A1 - Wellenfront-Rekonstruktion

Info

Publication number: DE1547202A1
Application number: DE19671547202
Authority: DE
Inventors: Hartman Nile F
Original assignee: Battelle Development Corp
Current assignee: Battelle Development Corp
Priority date: 1966-03-30
Filing date: 1967-03-29
Publication date: 1969-12-18
Also published as: BE696314A; DK119291B; NO123405B; FR1522591A; NL6704406A; US3532406A; GB1177278A; SE326574B; CH489830A

Description

K.L.SCHIFF ; 9 IiUaOHiK M

TXKXTOH »»7··· T».1»UHM-Ain«(ll WATtOATOX

29. März 1967 KLS/GÖ

The Battelle Development Corporation Columbus, Ohio 43201; USA

Mein Zeichen DA-K227 (Case H-5-W»Ger.)

We11enfront-Rekons t rukt ion

Die'Erf inching bezieht sich aijif die Rekonstruktion einos Bildes aus einem Muster von Interferenzstreifen, das aus v/eulgstens zwei Strahlen kohärenten Lichtes erzeugt ist, von usneii .der eine Strahl dadurch modifiziert ist, daß er durch eine^i Gegenstand hindurchtritt oder von demselben reflektiert xv^Tird_r Insbesondere betrifft die Erfindung die Bildung eines lusters von Interferenzstreifen und die Rekonstruktion eines dreidimensionalen Bildes aus demselben unter Verwendung von inkohärenten Licht.

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Die Herstellung eines spezialisierten Musters von Interferenzstreifen, das ein dreidimensionales Bild rekonstruiert, geschieht gewöhnlich durch einen ersten Strahl kohärenten Lichtes, der für jeden Punkt eines Gegenstandes ein Fresnel Zonenplattenmuster trägt, und der mit einem Strahl . kohärenten Lichtes interferiert. Das Interferenzmuster wird aufgezeichnet und ein dreidimensionales Bild kann dadurch rekonstruiert werden, daß kohärentes Licht auf das Interferenzmuster gerichtet wird, wobei das Licht durch Beugung oder Diffraktion die Wellenfronten des Lichtes zu einer Form rekonstruiert, die für alle praktischen Zwecke identisch sind mit denen, die von dem zur Änderung des ersten Strahles benutzten Gegenstand ausgingen. Der erste Strahl kann als der Gegenstandtragendestrahl genannt werden, während der zweite Strahl im allgemeinen als der Referenz- oder Bezugsstrahl bezeichnet wird,. Dies Verfahren ist mehr im Einzelnen in den

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älteren schwebenden deutschen Patentanmeldungen B 81 564 IXa/42h

£ und B 89 520 IXa/42h beschrieben.

Ein Nachteil des oben beschriebenen Verfahrens besteht darin, daß eine Quelle kohärenten Lichtes oder wenigstens eine Quelle einigermassen monochromatischen Lichtes für die Rekonstruktion der dreidimensionalen Bilder benötigt wird. Ein gefiltertes Licht von einer Bogen-typ Lampe, das durch ein Nadelloch hindurchtritt, ist eine verhältnismäßig schwache Quelle kohärenten Lichtes, s.odaß die beste Quelle kohärenten Lichtes e^n Laser ist. Dies begrenzt in gewissen Ausmaß den

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Rekonstruktionsschritt zu einer Laboratoriumsfunktion, da die Umgebung auf ein kohärentes Licht(ein verdunkelter Raum) beschränkt werden muß und da die Kosten eines geeigneten Lasers recht hoch sind, als daß sie dem Durchschnittsmenschen gestatten würden, sich die Bilder so allgemein wie Heint-Kinofilme oder wie Fotografien anzusehen.

Ein Ziel oder Merkmal der Erfindung ist daher die Verwendung von kohärentem Licht als Lichtquelle für die Rekonstruktion von Bildern aus dem Interferenzmuster, das gewöhnliqh als ein Hologramm bezeichnet wird, auszuschalten«

Das frühere Verfahren der Herstellung eines Hologramms oder insbesondere eines Acttoogramms, wie es injder zweiten der bereits genannten Anmeldungen bezeichnet wird, bestand darin, den Gegenstand mit kohärenter Strahlung zu erleuchten und eine fotografische Platte zum Empfang des von dem Gegenstand ausgehende* Lichtes anzuordnen. Ein Referenz- oder Bezugsstrahl kohärenten Lichtes wurde so gerichtet, daß er mit dem vom Gegenstand ausgehenden Licht interferierte und daß die Emulsionsseite der fotografischen Platte das Interferenzmuster aufzeichnete. Die beiden Strahlen, der Gegenstandtragendestrahl und der Referenzstrahl, trafen auf die selbe Seite der,fotografischen Platte auf.

Kurz beschrieben, die Erfindung umfaßt ein Verfahren zur Herstellung eines Hologramms und zur Rekonstruktion ψ>η drei- -

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dimensionalen Bildern aus demselben, wobei ein Muster von Iiiterferenzstreifen auf einer fotografischen Platte gebildet " wird, wobei der Gegenstandtragendestrahl und der Referenzstrahl auf entgegengesetzte Seiten einer fotografischen Platte auf7 treffen, und wobei das Bild durch Beleuchtung des Hologramms mit einem inkohärenten Licht rekonstruiert und das reflektierte Bild betrachtet wird.

Die Quelle von Strahlungsenergie kann das Licht einer Glühlampe oder einer änderen polyghromatischen inkohärenten Quelle sein. Dieses Rückseitenstrahl-Holbgramm wirkt als selektiver reflektierender Filter unter Rekonstruktion des Bildes in einem schmalen Band von Wellenlängen, die als eine einzige Farbe erscheinen. Das besondere spektrale Band, das bei der Rekonstruktion sichtbar ist, hängt beachtlich von 4er Geometrie der Konstruktion ab. Die RekoEStruktionsfarbe neigt dazu, zu einer kürzerenWellenlänge überzugehen, und zwar infolge des Schrinkens der Emulsion, wodurch die Abstände der Interferenzstreifenmuster verändert werden. Es ist jedoch Möglich, das Ausmaß der spektralen Verschiebung oder Verlagerung durch Einstellung der chemischen Behandlungsveränderlichen während der Entwicklung zu kontrollieren. Auch ist es möglich, da man, wie aus den genannten schwebenden Anmeldungen offensichtlich ist, Mehrfachbilder und Bilder unter Verwendung von Strahlung ' mehr als einer Wellenlänge in dem,. Holdgram speichern kann, > von Rückseitenstrahlen-Hologrammen Mehrfarbenbilder zu, rekonstruieren unter Betrachtung durch Reflection in

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weißem Licht, wobei jede Farbe selektiv von dem Hologramm reflektiert und im;Bild -kombiniert wird, um ein Farbbild zu ergeben. . ■ .

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß ein Rück- ^r seitenstrahl-Hologramm erzeugt wird, das so bequem betracht-. bar ist, wie beinahe alle anderen Typen von aufgezeichneten Bildern mit dem zusätzlichen Merkmal, daß es wahrlich dreidimensional ist· Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß eine Kunst, die bisher im wesentlichen auf das Laboratorium beschränkt war, für allgemeinen Gebrauch verfügbar wird.

Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen. '

In der Zeichnung ist:

Fig.1 ein die Herstellung eines Rückseitenstrahl-Hologrammes veranschaulichendes Diagramm;

Fig.2a ein vergrößerter Querschnitt einer fotografischen Platte, die ein Beispiel der Anordnung der Streifen in der Emulsion eines Vorderseiten-Hologrammes veranschaulicht; ^

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Fig.2b ein vergrößerter Querschnitt einer fotografischen

Platte, die ein Beispiel der Anordnung der Streifen in der Emulsion eines Rückseiten-Hologramms veranschaulicht; und

Fig.3 ein Diagramm, das die Rekonstruktion eines Bildes aus einem Rückseitenstrahl-Hologramm veranschaulicht.

Fig.1 zeigt, daß der Strahl 11 von einer Quelle kohärenten Lichtes 13 durch geeignete Mittel, wie einen Strahlenteiler 15, in einen Bezugsstrahl 17 und einen auffallenden ("incident") Strahl 19 geteilt wird. Der auffallende Strahl 19 beleuchtet einen Gegenstand 21. Der reflektierte Lichtstrahl oder der Gegenstandtragendestrahl 23 geht vom Gegenstand 21 zu einer fotografischen Platte 25. Der Bezugsstrahl 17 wird auf die fotografische Platte 25 durch geeignete Mittel, wie einen Spiegel 27,gerichtet, trifft aber auf,die Seite der Platte auf, die entgegengesetzt der durch den Gegenstandtragendenstrahl 23 erleuchteten Seite ist. Ein Interferenzmuster wird erzeugt und durch die fotografische Platte aufgezeichnet. Vorzugsweise sind die Pfadlängen des direkten Strahls 19 und des Gegenstandtragendenstrahls 23 ungefähr gleich der Gesamtlänge des Pfades des Referenzstrahles 17, obgleich dies bei absolut kohärentem Licht unnötig ist. Gewöhnlich sind sogenannte kohärente Quellen von Licht nur über eine gewisse Strecke kohärent.

Die Anordnung, um die zwei Strahlen (den .Gegenstandtragendenstrahl und den Referenzstrahl) in gegenüberliegende Sdten der

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Aufzeichnungseinrichtung einzubringen, kann selbstverständlich ,.beträchtlich abgewandelt werden. Es können sogar zwei getrennte "Quellen kohärenten-Lichtes benutzt werden, solange sie phasengekoppelt (locked in phase") sind} und selbstverständlich können die zur Richtung der verschiedenen Strahlen.verwendeten optischen Einrichtungen nach Bequemlichkeit ausgewählt werden.

Die Fig.2a und 2b dienen zum Vergleich von in der Emulsion von zwei fotografischen Platten erzeugten Streifenmustern. Fig.2a ist ein Beispiel eines Vorderseitenstrahl^Hologrammes und Fig.2b ein Beispiel eines Ruckseitenstrahl-Hologrammes. Diese Hologramme Wurden nach ihrer Herstellung geschnitten,_%um den Unterschied in den Streifenmustern der zwei Verfahren zu ermitteln. Es ist bekannt, daß das Interferenzmuster durch die Maxima und Minima . der Weilenformen der beiden Lichtstrahlen, wenn sie sich schneiden, . erzeugt wird. In Fig.2aist die Emulsion 31 auf einer durchsichtigen Basis 33 (wie Glas) angebracht. Nach Belichtung mit der Vorderseitenstrahl Technik wurde die entwickelte Platte geschnitten und unter dem Mikroskop untersucht. Die dunklen Silberkörner oder Streifen 35 in der Emulsion zeigen die Punkte der Interferenzmaxima zwischen dem Gegenstandtragendenstrahl und dem Referenzstrahl an, d.h. der Wellenbäuche der stehenden Wellen. Diese Streifen 35-35 sind ungefähr 30-40° zur Horizontalen geneigt und hängen weitgehend von dem Winkel zwischen den beiden Strahlen und von dem Winkel ab, unter dem sie auf die Ebene der fotografischen Platte auftreffen. Der Winkel ist im wesentlichen

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parallel zu einer Linie, die den Winkel zxiischen dem Gegenstandtragendenstrahl und dem Referenzstrahl zweiteilt. Der für die Vorderseitenstrahl-Technik zulässige maximale Winkel ist begrenzt durch den Brechungsindex der Emulsion 31 und infolgedessen durch den kritischen Winkel für totale interne Reflexion, der für Silbersalzemulsionen ungefähr 40° beträgt. In Fig.2b, für die eine fotografische Platte zur Aufzeichnung eines Rückseitenstrahl-Hologramms verwendet wurde, sind die Streifen 35'-35' senkrecht oder nahezu senkrecht und auch im wesentlichen parallel zu einer Linie, die den,zusehen dem Gegenstandtragendenstrahl 23 und dem Referenzstrahl 17 gebildeten Winkel zweiteilt. Diese beiden Hologramme der Figuren 2a und 2b können beide spezialisierte Beugungsraster ("diffraction gratings") genannt werden, aber es ist offensichtlich, daß ihre Beugungscharakteristika sehr unterschiedlich sein werden. So kann das Rückseitenstrahl-Hologramm in reflektiertem inkolärentem Licht rekonstruiert werden, eine Eigenschaft,, die von dem Voderseitenstrahl-Hologramm nicht geteilt wird.

Fig.3 zeigt die Rekonstruktion eines Bildes von einem Rückseitenstrahl-Hologramm 25'. Das Hologramm 25' wird durch Reflektion inkohärenten Lichtes 41 (Tageslicht oder ein Glühlampenlicht) reflektiert und der Betrachter 43, obgleich er ein reflektiertes Bild betrachtet, sieht trotzdem das dreidimensionale Bild 45 des Gegenstandes 21 durch das "Hologrammfenster", d.h. als wäre

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es hinter dem Hologramm 25'. Wenn die Emulsion liährend der Behandlung der Platte nicht schrumpfte, so hat das Bild die

des
Farbe/zur Herstellung des Hologrammes benutzten Lichtes.

Tatsächlich wird die Farbe (die das Hologramm "auswählt") infolge des Schrumpfens der Emulsion in Richtung auf blau, · auf gelb oder sogar auf grün zu verschoben, ist aber immer noch distinguiert ein selektives Phänomen. Das Hologramm ZS* rekonstruiert die Wellenfrontformen im wesentlichen identisch mit denen, die von dem Gegenstand 21 ausgingen und filtert das übrige Licht aus.

Es gibt mögliche Wege, um die Farbverschiebung zu beseitigen. Z.B. kann man ein anderes fotoempfindliches Material oder Verfahren verwenden, bei dem Schrumpfung nicht stattfindet, oder die Schrumpfung kann durch Konstruktion des Hologrammes unter Verwendung einer entsprechend längeren Wellenlänge der Strahlung kompensiert werden. Es mag auch möglich sein, ein zweitesHologramm von dem originalen Hologramm zu reproduzieren unter genauer Kontrolle des Streifenabstandes zwecks Korrektur der Wellenlänge. Bs ist offenbar, daß die Mehrzahl-Wellenlängenaufzeichnungen in dem Hologramm auch mittels einer der obigen Techniken korrigiert werden können, sodaß sich Farbbilder rekonstruieren lassen.

Dreidimensionale Farbenbilder werden rekonstruiert durch Mischung von \ienigstens zwei Wellenlängen (z.B. blau und rot)

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zusammen mit einer kohärenten Lichtquelle 13. Beide (oder gewünschtenfalls drei) Farben werden verwendet in dem einfallenden ("incident") Strahl 19, um den Gegenstand zu beleuchten, und beide Farben werden in dem Referenzstrahl 17 verwendet. Wenn das Hologramm 25' mit inkohärentem Licht (wie in Fig.3 gezeigt) rekonstruiert wird, dann erscheint das Bild 45 in Farbe, als ob das Hologramm 25 mit weissem den Gegenstand α beleuchtetem Licht erzeugt wäre, weil das Rückseitenstrahl-Hologramm 25' jetzt alle die Wellenlängen des Lichtes reflektiert.

Es muß natürlich verstanden werden, daß, während die dargestellten und beschriebenen Formen der Erfindung bevorzugte Ausführungsbeispiele derselben darstellen, es nicht beabsichtigt ist, alle möglichen equivalenten Formen oder Verästelungen der Erfindung zu illustrieren. Es ist auch zu verstehen, daß die verwendeten Worte beschreibende und nicht einscliriinlccnue '.'/orte sind und daß verschiedene Abwandlungen ersetzt v/erden können, W ohne von dem Grundgedanken oder den Scliutzurefang der hier beschriebenen Erfindung abzuweichen.

BAD ORIGINAL

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Anspräche

Claims

An sprüche

1. Verfahren zur Herstellung von dreidimensionalen Bildern, ge k e η η ζ e i c h η e t durch:

(a) Beleuchtung eines Gegenstandes mit einem ersten Strahl von kohärentem Licht;

(b) Anordnung einer fotografischen Platte, um das von dem beleuchteten Gegenstand ausgehende Licht zu empfangen;

^c) gleichzeitiges Richten eines ZY/eiten Strahles von Licht, das kohärent in Bezug auf das Licht des ersten Strahles ist, auf die fotografische Platte, auf der Seite, die.gegenüber derjenigen liegt, die das von dem beleuchteten Gegenstand ausgehende Licht empfängt;

(d)Entwicklung der fotografischen Platte; und (e)Rekonstruktion eines Bildes des Gegenstandes durch Λ Beleuchtung der entwickelten fotografischen Platte in Reflexion mit inkohärentem Licht.

2.Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet du rc h die Verwendung Von weißem Licht als inkohärentem Licht zur Rekonstruktion des Bildes, wobei das Bild eine bestimmte Farbe hat und die Farbe bestimmt wird durch die

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selektive Filtrations Charakteristika der entwickelten foto-"grafischen Platte. .

3. Verfahren nach Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet, daß die Farbe des Bildes ausgewählt wird durch Kontrolle der Winkel des von dem Gegenstand ausgehenden Lichtes und des. Referenzstrahles in Bezug auf die fotografische Platte.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3 , dadurch gekennzeichnet , daß die Farbe des Bildes ausgewählt wird durch Kontrolle des Winkels des auf die entwickelte fotografische Platte auftreffenden weisen Lichtes, das zur Rekonstruktion des Bildes dient.

5. Verfahren nach Anspruch 2,3 oder 4 ,dadurch gekennzeichnet , daß die Farbe des Bildes ausgewählt wird durch Kontrolle der Schrumpfung der Emulsion der fotografischen Platte während der Entwicklungsbehandlung.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, zur Erzeugung von vollfarbigen dreidimensionalen Bildern , gekennzeichn e t d u r c h:

(a) Erleuchtung eines Gegenstandes mit einem ersten Strahl von wenigstens zwei Farben enthaltendem kohärenten Licht;

. BAD ORlGiNAL

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-.13 -

(b) Anordnung einer fotografischen Platte zum Empfang des von dem beleuchteten Gegenstand ausgehenden Lichtes; und

(c) Gleichzeitiges Richten eines zweiten Strahles von Licht, das wenigstens die zwei Farben enthält und kohärent in Bezug auf das kohärente Licht des ersten Strahles ist, auf die fotografische Platte, auf der Seite derselben, die gegenüber der Seite liegt, die das von dem erleuchteten Gegenstand ausgehende Licht erhält. ^v

7. Hologramm , d a d u r c h g e k e η η ζ ei c h η e t , daß die Streifen (35¹) in der Emulsion (31). einer das Hologramm bildenden fotografischen Platte (25') annähernd parallel zur Ebene der Platte verlaufen«

8. Einrichtung zur Erzeugung eines Hologramms, g e k e η η ζ ei c η net durch eine Quelle (13) kohärenten Lichtes, eine fotografische Platte (25), einen auf einer Seite der fotografischen Platte und in Richtung auf die Lichtquelle (13) zu angeordneten, zu holograpliierenden Gegenstand (21), der einen von der Lichtquelle (13) ausgehenden Lichtstrahl unter einem spitzen Winkel auf die Platte (25) reflektiert, und eine Einrichtung (27) zum Richten eines zweiten Strahles (17)

kohärenten Lichtes unter einem spitzen Winkel auf die entgegengesetzte Seite der fotografischen Platte (25).

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