DE1572600C3 - Verfahren zum Kopieren eines Außer-Achse-Hologramms - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zum Ko-

¹S pieren 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,

ao Seiten 665/666), 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 Kontaktes druck-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

Streifensatzes. Dieses neue Streifensystem rekonstruiert bei geeigneter Beleuchtung ein Bild des ursprünglichen Gegenstandes und seiner Konjugierten.

Zum besseren Verständnis wird angenommen, daß das ursprüngliche Hologramm unendlich dünn sei und daß die Hologramm-Kopie während der Herstellung tatsächlich in Berührung mit dem ursprünglichen Hologramm steht. Die durch das ursprüngliche Hologramm hindurchtretende Wellenfront besitzt bei Beleuchtung mit einer monochromatischen ebenen *° Wellenfront drei interessierende Komponenten: die ungebrochene oder nullter Ordnung Wellenfront und die zwei erster Ordnung Wellenfronten, die komplex Konjugierte voneinander sind. Diese drei Wellenfrontenkomponenten interferieren paarweise unter Erzeugung der drei Komponenten des gesamten auf der Hologramm-Kopie gebildeten Streifensystems. Nur zwei dieser Anteile sind von Interesse, und zwar diejenigen, die durch Interferenz der ungebrochenen Wellenfront und jeder der gebrochenen Wellenfronten gebildet werden. Nach photographischer Entwicklung rekonstruiert, bei Beleuchtung durch eine monochromatische ebene Wellenfront jedes dieser komponenten Muster Wellenfronten, die der Wellenfront des ursprünglichen Gegenstandes und der Kon- as jugierten entsprechen. Somit gibt es zwei rekonstruierte virtuelle Bilder und zwei konjugierte Bilder. Unter den vorausgesetzten Bedingungen, d. h., die zwei Emulsionsschichten stehen während der Belichtung der Kopie in Berührung, fallen die zwei virtuellen Bilder und auch ihre Konjugierten zusammen. Werden nun die Emulsionsschichten während der Belichtung der Kopie durch einen Abstand d getrennt, so werden die virtuellen Bilder und ihre Konjugierten in der Rekonstruktion um 2d voneinander getrennt. Diese Bildverdoppelung wird normalerweise in der Praxis jedoch nicht auftreten, da die Emulsionsschichten des Hologramms nicht unendlich dünn sein können. Die meisten Hologramme werden wegen des Bragg-Effektes für die gleiche Orientierung des HoIogramms nicht sowohl das virtuelle Bild als auch dessen Konjugierte zusammen rekonstruieren; d.h., das ursprüngliche Hologramm kann so orientiert werden, daß das eine oder andere Bild, jedoch nicht beide gleichzeitig, optimiert werden. Daher werden nur zwei Wellenfront-Komponenten in der Ebene der Hologramm-Kopie interferieren, die ungebrochene Wellenfront und eine der Wellenfronten erster Ordnung. Auf diese Weise enthält die Hologramm-Kopie nur einen Streifensatz und rekonstruiert ein virtuelles Bild und ein konjugiertes Bild.

Das vorliegende Verfahren beinhaltet tatsächlich die Herstellung eines neuen Hologramms durch die ungebrochene als Bezugsstrahl dienende Wellenfront, und durch das rekonstruierte Bild des ursprünglichen Gegenstandes oder seines konjugierten Bildes, das an die Stelle des tatsächlichen Gegenstandes tritt.

Es sei in diesem Zusammenhang darauf hingewiesen, daß schon früher die Anfertigung eines Hologramms von einem Hologramm vorgeschlagen worden war, die aber die Einführung eines getrennten Bezugsstrahles erforderte. Das erfindungsgemäße Verfahren benötigt keinen gesonderten Bezugsstrahl, und es sind keine Spiegel oder Strahlenteiler erforderlich.

Bei einem anderen vorbekannten Verfahren wurde das von einem Hologramm erzeugte reale Bild als Gegenstand für ein zweites Hologramm benutzt. Hierbei mußten das Ursprungshologramm und das Aufzeichnungsmedium genügend weit voneinander entfernt sein. Dies schloß die Interferenz der ungebrochenen Wellenfront und einer gebrochenen konjugierten Wellenfront aus. Dieser große Trennungsabstand zwischen dem ursprünglichen Hologramm und dem Aufzeichnungsmedium war außerdem erforderlich, um die Einführung des Bezugsstrahles zu ermöglichen.

Die Erfindung erfordert weder einen getrennten Bezugsstrahl noch den großen Trennungsabstand. Ferner bedarf es nicht des engen Kontaktes zwischen den zwei Emulsionsschichten des ursprünglichen Hologramms und der Kopie, wie es bei früheren Kontaktabzugsverfahren erforderlich ist.

Bei der Ausbildung gemäß der Erfindung werden das ursprüngliche Hologramm und das Aufzeichnungsmedium durch einen vorher festgelegten, genügend großen Abstand voneinander getrennt, so daß die ungebrochene oder nullter Ordnung Wellenfront, die durch das ursprüngliche Hologramm übertragen wird, als Bezugsstrahl dienen kann, und die Einführung eines getrennten Strahles vermieden wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Im folgenden werden an Hand der Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.

In den Zeichnungen sind:

Fig. 1 eine diagrammatische Ansicht eines Systems zum Kopieren von Vorwärtsstrahl-Hologrammen,

Fig. 2 eine diagrammatische Darstellung eines Systems zum Kopieren von Rückstrahl-Hologrammen,

Fig. 3 eine diagrammatische Ansicht eines Systems zur Herstellung einer Verbund-Vorwärtsstrahl- und Rückstrahl-Hologramm-Kopie von einem Vorwärtsstrahl-Original, und

Fig. 4 eine diagrammatische Ansicht eines Systems zur Herstellung einer Verbund-Vorwärtsstrahl- und Rückstrahl-Hologramm-Kopie von einem Rückstrahl-Original.

In Fig. 1 sind das Hologramm H₁ und das Aufzeichnungsmedium H₂ in einem vorbestimmten Abstand und parallel zueinander angebracht, wobei die Aufzeichnungsflächen R₁ und A₂ auf den linken Seiten des Hologramms H₁ und des Mediums H₂ angebracht sind. Der vorbestimmte Abstand zwischen den Aufzeichnungsflächen A₁ und R₂ sollte wenigstens einige Wellenlängen betragen

In der Praxis können das Hologramm Zi₁ und das Medium H₂ in Kontakt zueinander gebracht werden, so daß die Aufnahmeflächen R₁ und R₂ durch die Dicke des Emulsionsträgers des Hologramms H₁ voneinander getrennt sind. So können mit einer Photoplatte mit der Aufzeichnungsfläche R₂ gegen den Träger des Hologramms H₁ die Aufzeichnungsflächen R₁ und R₂ durch einen Abstand von etwa 3,175 oder 6,350 mm getrennt sein.

In Fig. 1 (und den übrigen Figuren) ist der Abstand zwischen dem Hologramm H₁ und dem Medium H₂ größer dargestellt, um die Strahlen-Diagramme zu zeigen.

Zur Herstellung einer Kopie des Hologramms H₁ wird das Medium H₂vne in Fig. 1 gezeigt angebracht, so daß die Beleuchtung unter einem Winkel erfolgt und ein helles, klares Bild von dem Hologramm H₁ erzeugt wird. In der Praxis tritt gewöhnlich keine Bildverdoppelung auf, da die Emulsionen der Hologramme 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 ist, jedoch nicht beide gleichzeitig.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, wird der Beleuchtungs-•trahl / beim Auftreffen auf die Fläche A₁ des HoIogrammes H₁ in einen Bildstrahl Z₁ und den ungebrochenen oder nuUter Ordnung Strahl /₀ aufgeteilt. Der Strahl Z₁ 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 Bildwellenfront 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 (6328 Angström) hergestellt.

Gemäß Fig. 2 wird ein ursprüngliches Hologramm H₃ der Rückstrahl-Type auf einem Medium Zf₄ kopiert. Die Aufzeichnungsflächen R₃ und R₄ sind auf den rechten Seiten der Elemente H₃ bzw. H₄ parallel 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 H₃ zu der Aufzeichnungsfläche R₄ 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 A₄ von gegenüberliegenden Seiten. Daher ist das auf dem Medium H₄ aufgezeichnete Interferenzmuster eine Rückstrahl-Type und wird als Rückstrahl-rKopie 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 H₅ 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 A₅ und erzeugt einen Bildstrahl Z₁, 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 Zi₅ hindurchgeht, um als Bezugsstrahl I₀ zu dienen und ein Interferenzmuster auf der Aufzeichnungsfläche A₆ 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 Spie-

ao gels M trifft und durch das Medium H₆ hindurch auf die Aufzeichnungsfläche R₆ reflektiert wird. Dieser reflektierte Strahl Z₂ erzeugt in Verbindung mit dem Bildstrahl Zj ein zweites Interferenzmuster der Rückstrahl-Type, das vom Medium H₆ aufgenommen wird.

»5 Auf diese Weise ergibt sich eine Verbund-Vorwärts- und Rückstrahl-Hologramm-Kopie H₆ des ursprünglichen Hologramms H₅.

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 ZZ₇ 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 H₈ ein Interferenzmuster zu erzeugen. Dieses Interferenzmuster wird auf dem Medium ZZ₈ aufgezeichnet und erzeugt eine Rückstrahl-Type. Der Beleuchtungsstrahl verläuft sowohl durch das Medium H₈ 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 reflektierte Strahl Z₂ wirkt als ein Bezugsstrahl, der mit dem Bildschirm Z interferiert, um ein Interferenzmuster der Vorwärts-Type zu erzeugen, das auf der Fläche R₈ des Mediums H₈ aufgezeichnet wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

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 A).

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, H₆ bzw. H₈) angeordnet ist, und daß eine einen im Winkel zu den Aufzeichnungsmedien (R_t, A₂) verlaufenden Beleuchtungsstrahl (I) 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, A₂) der Lichtquelle zugewendet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Hologramm (H₃) in Richtung des Beleuchtungsstrahls (I) gesehen hinter dem Aufzeichnungsmedium (H₄) angeordnet ist, daß das Hologramm und das Aufzeichnungsmedium als Schichten auf jeweils einer Trägerplatte sitzen, und daß die beiden Schichtseiten (A₃, 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 (H₁) eine Spiegelfläche (M) parallel zu und im. Abstand von\dem betreffenden Aufzeichnungsmedium (A₆ bzw. A₇) angeordnet ist.