DE1572600B2

DE1572600B2 - Verfahren zum kopieren eines ausser- achse-hologramms

Info

Publication number: DE1572600B2
Application number: DE1967B0095620
Authority: DE
Inventors: Douglas Bruce Ann Arbor Mich Brumm (VStA)
Original assignee: Battelle Development Corp, Columbus, Ohio(VStA)
Priority date: 1966-11-30
Filing date: 1967-11-29
Publication date: 1977-07-21
Also published as: DE1572600C3; DK122547B; BE707315A; GB1207193A; US3758186A; DE1572600A1; SE319625B; NL6716222A; CH482226A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zum Kopieren eines Außer-Achse-Hologramms gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und von Anspruch 2 und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Bisher erfolgte das Kopieren von Hologrammen im

Kontaktverfahren (vgl. »Applied Optics« 5, 1966, Seiten665/666), bei dem eine photographische Emulsionsschicht hoher Auflösung sehr dicht, d. h. innerhalb weniger Mikronen an die Emulsionsschicht des ursprünglichen Hologramms gebracht und dann durch eine Lichtquelle belichtet wird. Das Kontaktdruck-Verfahren erfordert, daß die zwei Emulsionsschichten während der Belichtung dicht zusammen sind, um einen Verlust an Auflösung infolge von Brechung des einfallenden Lichtes durch das ursprüngliche Hologramm zu verhindern. Falls während der Be-Iichtung der enge Kontakt nicht gegeben ist, wird Brechung im Bereich zwischen den zwei Emulsionsschichten das von der Emulsionsschicht der Vervielfältigung aufgezeichnete Streifenmuster sehr ernstlich verschlechtern. Dies liefert ein Hologramm, von dem eine gute Rekonstruktion nicht erhalten werden kann. Die Schwierigkeit, einen ausreichend engen Kontakt zwischen den zwei Emulsionen zu erreichen, ist der Hauptnachteil des Kontaktdruck-Verfahrens der Hologramm-Vervielfältigung. Hologramme wurden mit solchen Verfahren vervielfältigt, jedoch werden besondere Einrichtungen benötigt, wie z. B. ein Vakuumrahmen oder ein Druckrahmen, in dem der Film eng an die Emulsionsschicht des Hologramms gepreßt werden kann. Solche Verfahren erfordern außerdem die Biegsamkeit von Film im Gegensatz zur Verwendung von Platten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zum Kopieren von Außer-Achse-Hologrammen und eine Vorrichtung zu seiner Durchführung zu schaffen, das mit geringerem technischen Aufwand durchgeführt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 bzw. Anspruch 2 gekennzeichnete Erfindung bzw. durch die Vorrichtung nach Anspruch 5 gelöst.

Es wird also die Kopie durch Erzeugung eines neuen Streifensystems hergestellt, anstatt die Streifen des ursprünglichen Hologramms zu duplizieren. Dieses neue Streifenmuster ist nicht das gleiche wie das ursprüngliche Streifenmuster, jedoch rekonstruiert es, wie gewünscht, ein Bild des ursprünglichen Gegenstandes. Hierbei wird ein Aufzeichnungsmedium in Richtung des beleuchtenden Lichtes hinter das Hologramm derart plaziert, daß es sowohl die ungebrochen durch das Hologramm hindurchgehende Wellenfront als auch die Wellenfront des rekonstruierten Bildes oder dessen Konjugierte auffängt. Diese Wellenfronten interferieren dann unter Erzeugung eines neuen

3 4

Streifensatzes. Dieses neue Streifensystem rekonstru- mußten das Ursprungshologramm und das Aufzeich-

iert bei geeigneter Beleuchtung ein Bild des Ursprung- nungsmedium genügend weit voneinander entfernt

liehen Gegenstandes und seiner Konjugierten. sein. Dies schloß die Interferenz der ungebrochenen

Zum besseren Verständnis wird angenommen, daß Wellenfront und einer gebrochenen konjugierten

das ursprüngliche Hologramm unendlich dünn sei und 5 Wellenfront aus. Dieser große Trennungsabstand

daß die Hologramm-Kopie während der Herstellung zwischen dem ursprünglichen Hologramm und dem

tatsächlich in Berührung mit dem ursprünglichen Ho- Aufzeichnungsmedium war außerdem erforderlich,

logramm steht. Die durch das ursprüngliche HoIo- um die Einführung des Bezugsstrahles zu ermögli-

gramm hindurchtretende Wellenfront besitzt bei Be- chen.

leuchtung mit einer monochromatischen ebenen io Die Erfindung erfordert weder einen getrennten Wellenfront drei interessierende Komponenten: die Bezugsstrahl noch den großen Trennungsabstand, ungebrochene oder nullter Ordnung Wellenfront und Ferner bedarf es nicht des engen Kontaktes zwischen die zwei erster Ordnung Wellenfronten, die komplex den zwei Emulsionsschichten des ursprünglichen Ho-Konjugierte voneinander sind. Diese drei Wellen- logramms und der Kopie, wie es bei früheren Konfrontenkomponenten interferieren paarweise unter *5 taktabzugsverfahren erforderlich ist.
Erzeugung der drei Komponenten des gesamten auf Bei der Ausbildung gemäß der Erfindung werden der Hologramm-Kopie gebildeten Streifensystems. das ursprüngliche Hologramm und das Aufzeich-Nur zwei dieser Anteile sind von Interesse, und zwar nungsmedium durch einen vorher festgelegten, genüdiejenigen, die durch Interferenz der ungebrochenen gend großen Abstand voneinander getrennt, so daß Wellenfront und jeder der gebrochenen Wellenfron- a° die ungebrochene oder nullter Ordnung Wellenfront, ten gebildet werden. Nach photographischer Ent- die durch das ursprüngliche Hologramm übertragen wicklung rekonstruiert, bei Beleuchtung durch eine wird, als Bezugsstrahl dienen kann, und die Einfühmonochromatische ebene Wellenfront jedes dieser rung eines getrennten Strahles vermieden wird,
komponenten Muster Wellenfronten, die der Wellen- Vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgefront des ursprünglichen Gegenstandes und der Kon- »5 genstandes ergeben sich aus den Unteransprüchen, jugierten entsprechen. Somit gibt es zwei rekonstru- Im folgenden werden an Hand der Zeichnung Ausierte virtuelle Bilder und zwei konjugierte Bilder. führungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.
Unter den vorausgesetzten Bedingungen, d. h., die In den Zeichnungen sind:

zwei Emulsionsschichten stehen während der Beiich- Fig. 1 eine diagrammatische Ansicht eines Systems

tung der Kopie in Berührung, fallen die zwei virtuellen 3° zum Kopieren von Vorwärtsstrahl-Hologrammen,

Bilder und auch ihre Konjugierten zusammen. Wer- Fig. 2 eine diagrammatische Darstellung eines Sy-

den nun die Emulsionsschichten während der Beiich- stems zum Kopieren von Rückstrahl-Hologrammen,

tung der Kopie durch einen Abstand d getrennt, so Fig. 3 eine diagrammatische Ansicht eines Systems

werden die virtuellen Bilder und ihre Konjugierten zur Herstellung einer Verbund-Vorwärtsstrahl- und

in der Rekonstruktion um 2 d voneinander getrennt. 35 Rückstrahl-Hologramm-Kopie von einem Vorwärts-

Diese Bildverdoppelung wird normalerweise in der strahl-Original, und

Praxis jedoch nicht auftreten, da die Emulsionsschich- F i g. 4 eine diagrammatische Ansicht eines Systems

ten des Hologramms nicht unendlich dünn sein kön- zur Herstellung einer Verbund-Vorwärtsstrahl- und

nen. Die meisten Hologramme werden wegen des Rückstrahl-Hologramm-Kopie von einem Rück-

Bragg-Effektes für die gleiche Orientierung des HoIo- 40 strahl-Original.

gramms nicht sowohl das virtuelle Bild als auch dessen In Fig. 1 sind das Hologramm H₁ und das Auf-Konjugierte zusammen rekonstruieren; d.h., das ur- zeichnungsmedium H₂ in einem vorbestimmten Absprüngliche Hologramm kann so orientiert werden, stand und parallel zueinander angebracht, wobei die daß das eine oder andere Bild, jedoch nicht beide Aufzeichnungsflächen R₁ und R₂ auf den linken Seigleichzeitig, optimiert werden. Daher werden nur zwei 45 ten des Hologramms H₁ und des Mediums H₂ ange-Wellenfront-Komponenten in der Ebene der HoIo- bracht sind. Der vorbestimmte Abstand zwischen den gramm-Kopie interferieren, die ungebrochene WeI- Aufzeichnungsflächen R₁ und R₂ sollte wenigstens lenfront und eine der Wellenfronten erster Ordnung. einige Wellenlängen betragen

Auf diese Weise enthält die Hologramm-Kopie nur In der Praxis können das Hologramm H₁ und das

einen Streifensatz und rekonstruiert ein virtuelles Bild 50 Medium H₂ in Kontakt zueinander gebracht werden,

und ein konjugiertes Bild. so daß die Aufnahmeflächen R₁ und R₂ durch die

Das vorliegende Verfahren beinhaltet tatsächlich Dicke des Emulsionsträgers des Hologramms H₁

die Herstellung eines neuen Hologramms durch die voneinander getrennt sind. So können mit einer Pho-

ungebrochene als Bezugsstrahl dienende Wellenfront, toplatte mit der Aufzeichnungsfläche R₂ gegen den

und durch das rekonstruierte Bild des ursprünglichen 55 Träger des Hologramms H₁ die Aufzeichnungsflä-

Gegenstandes oder seines konjugierten Bildes, das an chen R₁ und R₂ durch einen Abstand von etwa 3,175

die Stelle des tatsächlichen Gegenstandes tritt. oder 6,350 mm getrennt sein.

Es sei in diesem Zusammenhang darauf hingewie- In Fig. 1 (und den übrigen Figuren) ist der Abstand

sen, daß schon früher die Anfertigung eines HoIo- zwischen dem Hologramm Zi₁ und dem Medium H₂

gramms von einem Hologramm vorgeschlagen wor- 60 größer dargestellt, um die Strahlen-Diagramme zu

den war, die aber die Einführung eines getrennten zeigen.

Bezugsstrahles erforderte. Das erfindungsgemäße Zur Herstellung einer Kopie des Hologramms H₁

Verfahren benötigt keinen gesonderten Bezugsstrahl, wird das Medium H₂ wie in Fig. 1 gezeigt angebracht,

und es sind keine Spiegel oder Strahlenteiler erforder- so daß die Beleuchtung unter einem Winkel erfolgt

lieh. 65 und ein helles, klares Bild von dem Hologramm H₁

Bei einem anderen vorbekannten Verfahren wurde erzeugt wird. In der Praxis tritt gewöhnlich keine BiId-

das von einem Hologramm erzeugte reale Bild als Ge- Verdoppelung auf, da die Emulsionen der HoIo-

genstand für ein zweites Hologramm benutzt. Hierbei gramme nicht unendlich dünn sind. Die meisten HoIo-

gramme werden wegen des Bragg-Effektes für die gleiche Hologramm-Orientierung nicht das virtuelle Bild und sein konjugiertes zusammen rekonstruieren; d. h. das ursprüngliche Hologramm kann so ausgerichtet werden, daß das eine oder andere Bild optimal S ist, jedoch nicht beide gleichzeitig.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, wird der Beleuchtungsstrahl / beim Auftreffen auf die Fläche A₁ des HoIogrammes H₁ in einen Bildstrahl Z₁ und den ungebrochenen oder nullter Ordnung Strahl Z₀ aufgeteilt. Der Strahl I₁ erzeugt ein rekonstruiertes Bild des ursprünglichen Gegenstandes und dient somit als gegenstandserzeugender Strahl bei der Herstellung des zweiten Hologramms H₂. Der Beleuchtungsstrahl / dient außerdem als Bezugsstrahl /₀, um mit der Bild- ¹S wellenfront I₁ zur Erzeugung eines Interferenzmusters zu interferieren, das als zweites Hologramm H₂ aufgezeichnet wird. Hologramm-Kopien guter Qualität wurden mit der in Fig. 1 gezeigten Anordnung und Anwendung des Lichtes eines Helium-Neon-Lasers ^a° (6328 Angström) hergestellt.

Gemäß Fig. 2 wird ein ursprüngliches Hologramm H₃ der Rückstrahl-Type auf einem Medium H₄ kopiert. Die Aufzeichnungsflächen Zf₃ und R₄ sind auf den rechten Seiten der Elemente Zf₃ bzw. H₄ parallel »5 in einem vorbestimmten Abstand zueinander angebracht. Der Abstand wird in der Praxis vorzugsweise durch die Dicke des Trägers des Hologramms H₃ bestimmt. Das ursprüngliche Hologramm H₃ wird durch einen Strahl / kohärenten Lichtes beleuchtet, der durch das Medium H₄ hindurchgeht. Das von dem Hologramm H₃ erzeugte rekonstruierte Bild wird durch vom Hologramm Zi₃ zu der Aufzeichnungsfläche A₄ des Mediums H₄ reflektiertes Licht I₁ gebildet. Der Beleuchtungsstrahl / wird als Bezugsstrahl benutzt, um mit der Bildwellenfront I₁ ein Interferenzmuster zu bilden. Die Bildwellenfront I₁ und der Bezugsstrahl / treffen die Aufzeichnungsfläche R₄ von gegenüberliegenden Seiten. Daher ist das auf dem Medium H₄ aufgezeichnete Interferenzmuster eine Rückstrahl-Type und wird als RückstrahlTKopie des Hologramms bezeichnet.

Durch das in Fig. 3 veranschaulichte Verfahren wird von dem Hologramm H₅ als Kopie ein Verbund-Vorwärtsstrahl- und Rückstrahl-Hologramm H₆ erzeugt. Wie in Fig. 1 ist das Hologramm H₅ in einer zum Medium H₆ parallelen und im Abstand verlaufenden Ebene angeordnet.

Die Aufzeichnungsflächen R₅ und R₆ liegen beide auf den linken Seiten der Elemente Zi₅ bzw. H₆. Eine reflektierende Fläche, wie ein Spiegel M, wird rechts vom Medium angebracht. Die Vorwärtsstrahl-Hologramm-Kopie auf dem Medium H₆ wird in gleicher Weise hergestellt, wie dies bereits in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben wurde. Der Beleuchtungsstrahl / trifft die Aufzeichnungsfläche R₅ und erzeugt einen Bildstrahl I₁, der das rekonstruierte Bild des ursprünglichen Gegenstandes trägt. Der Bildstrahl I₁ trifft die Aufzeichnungsfläche R₆ des Mediums H₆ und interferiert mit dem Beleuchtungsstrahl, der durch das Hologramm H₅ hindurchgeht, um als Bezugsstrahl I₀ zu dienen und ein Interferenzmuster auf der Aufzeichnungsfläche R₆ zu erzeugen. Dieses Interferenzmuster wird auf der Aufnahmefläche R₆ als ein Vorwärtsstrahl-Hologramm aufgenommen. Ferner sieht man in Fig. 3, daß der Beleuchtungsstrahl / auch durch das Hologramm Zi₅ und das Medium H₆ hindurchgeht, wo er die reflektierende Fläche des Spiegels M trifft und durch das Medium H₆ hindurch auf die Aufzeichnungsfläche R₆ reflektiert wird. Dieser reflektierte Strahl Z₂ erzeugt in Verbindung mit dem Bildstrahl Z₁ ein zweites Interferenzmuster der Rückstrahl-Type, das vom Medium Zi₆ aufgenommen wird. Auf diese Weise ergibt sich eine Verbund-Vorwärts- und Rückstrahl-Hologramm-Kopie ZZ₆ des ursprünglichen Hologramms ZZ₅.

In Fig. 4 sind das ursprüngliche Hologramm H₁ und das Medium H_s in gleicher Weise wie in Fig. 2 angeordnet, und ein Spiegel M ist auf einer Seite des ursprünglichen Hologramms H₁ angebracht. Wie in Fig. 2 wird die Rückstrahl-Hologramm-Kopie hergestellt durch Zusammenwirken des Beleuchtungsstrahles Z und des Bildstrahles Z₁, der von der Aufzeichnungsfläche R₁ des ursprünglichen Hologramms H₁ reflektiert wird, um auf der Aufzeichnungsfläche R₈ des Mediums Zi₈ ein Interferenzmuster zu erzeugen. Dieses Interferenzmuster wird auf dem Medium H_s aufgezeichnet und erzeugt eine Rückstrahl-Type. Der Beleuchtungsstrahl verläuft sowohl durch das Medium Zi₈ als auch durch das Hologramm H₁, wo er die reflektierende Fläche des Spiegels M trifft und durch das Hologramm H₁ zurück auf die Aufzeichnungsfläche R₈ des Mediums H_s reflektiert wird. Dieser re- , flektierte Strahl Z₂ wirkt als ein Bezugsstrahl, der mit dem Bildschirm Z interferiert, um ein Interferenzmuster der Vorwärts-Type zu erzeugen, das auf der Fläche Z?₈ des Mediums H₈ aufgezeichnet wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Kopieren eines Außer-Achse-Hologramms, bei dem hinter dem Hologramm ein lichtempfindliches Aufzeichnungsmedium· angeordnet und das Hologramm mit Licht durchstrahlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufzeichnungsmedium im Abstand von wenigstens einigen Lichtwellenlängen und höchstens einigen Millimetern in Richtung des Lichtstrahlsgesehen hinter das Hologramm gesetzt und das Hologramm mit monochromatischem, räumlich kohärentem Licht durchstrahlt wird, wobei Bezugs- und Objektstrahl für die Aufnahme der Hologrammkopie gebildet wird (Fig. 1 und 3).

2. Verfahren zum Kopieren eines Außer-Achse-Hologramms, bei dem ein lichtempfindliches Aufzeichnungsmedium und ein Hologramm hintereinander angeordnet sind und von Licht bestrahlt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Hologramm im Abstand von wenigstens einigen Lichtwellenlängen und höchstens einigen Millimetern in Richtung des Lichtstrahls gesehen, hinter das Aufzeichnungsmedium gesetzt und monochromatisches, räumlich kohärentes Licht durch das Aufzeichnungsmedium hindurch gerichtet und vom Hologramm auf das Aufzeichnungsmedium zurückreflektiert wird, wobei Bezugs- und Objektstrahl für die Aufnahme der Hologrammkopie gebildet wird (Fig. 2 und 4).

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Lichts das Aufzeichnungsmedium durchstrahlt und durch einen Reflektor auf das Aufzeichnungsmedium zurückreflektiert wird unter Erzeugung einer Verbund-Vorwärtsstrahl- und Rückstrahl-Kopie (Fig. 3).

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Lichtes das Hologramm durchstrahlt und durch einen Reflektor ein zweites Mal hindurch auf das Aufzeichnungsmedium zurückreflektiert wird unter Erzeugung einer Verbund-Rückstrahl- und Vorwärtsstrahl-Kopie (Fig. 4).

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Hologramm (H₁, H₃, H₅ oder H₁) parallel zu dem Aufzeichnungsmedium (H₂, H₄, H₆bzw. H₈) angeordnet ist, und daß eine einen im Winkel zu den Aufzeichnungsmedien (R₁, R₂) verlaufenden Beleuchtungsstrahl (T) erzeugende Lichtquelle auf einer Seite von Hologramm und Aufzeichnungsmedium angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Hologramm (H₁) in Richtung des Beleuchtungsstrahls gesehen vor dem Aufzeichnungsmedium (H₂) angeordnet ist, daß das Hologramm und das Aufzeichnungsmedium als Schichten auf jeweils einer Trägerplatte sitzen, und daß die beiden Schichtseiten (A₁, R₂) der Lichtquelle zugewendet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Hologramm (H₃) in Richtung des Beleuchtungsstrahls (I) gesehen hinter dem Aufzeichnungsmedium (Zf₄) angeordnet ist, daß das Hologramm und das Aufzeichnungsmedium als Schichten auf jeweils einer Trägerplatte sitzen, und daß die beiden Schichtseiten (R₃, R₄) von der Lichtquelle abgewendet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß von der Lichtquelle aus gesehen hinter Aufzeichnungsmedium (H₆) und Hologramm (H₇) eine Spiegelfläche (M) parallel zu und im Abstand von dem betreffenden Aufzeichnungsmedium (R₆ bzw. R₁) angeordnet ist.