DE1572767B2 - Vorrichtung zum rekonstruieren eines ausser-achse-hologramms mit einer polychromatischen strahlungsquelle - Google Patents

Description

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eher Stärke wie die Winkeldispersiön der räumlichen gitter 15 angebracht. Als solches können eine bis vier

Trägerfrequenzstruktur des Hologramms, richtungs- aufeinandergeschichtete billige Kunststoffgitterkopien

mäßig dieser jedoch entgegengesetzt ist. - ; . - mit 13 400 Furchen/Inch benutzt werden. Die Gitter-

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die konstante ist etwa gleich dem mittleren Streifenab-Verwischung beim Betrachten des Hologramms mit 5 stand im Hologramm (dem Kehrwert der Frequenz weißem Licht die Folge der vom Hologramm herbei- der räumlichen »Trägerwelle«) zur Erzielung der geführten starken Dispersion ist, und daß es möglich gleichen Winkeldispersion, jedoch mit entgegengeist, all diese dispergierten Bilder wieder zu fokussie- setztem Vorzeichen. Um eine Winkeldispersion gleiren oder wieder zu vereinigen mittels eines Disperr eher Größe beizubehalten, ist die Ebene des Gitters sionselementes, das im optischen Weg angebracht ist io angenähert parallel zur Hologrammebene orientiert, und das Licht um nahezu den gleichen Betrag wie wobei die Gitterfurchen senkrecht zur Ebene des das Hologramm selbst, jedoch in entgegengesetzter Aufzeichnungswinkels im Hologramm verlaufen.
Richtung dispergieren kann. Bei einer bevorzugten Wie die Figur zeigt, liefert das Gitter 15 selbst ver-Ausführungsform der Vorrichtung findet als das die schiedene durchgelassene Bündel, die den unterDispersion ausgleichende optische Element ein Beu- 15 schiedlichen Beugungsordnungen entsprechen. Die gungsgitter Verwendung. Dieses Gitter hat eine Git- durch diese Gitter 15 gelieferte gebeugte Welle der terkonstante, die von der gleichen Größenordnung ersten Ordnung mit einem demjenigen der Welle der ist wie der mittlere Streifenabstand im Hologramm. ersten Ordnung des Hologramms entgegengesetzten Es ist jedoch mit entgegengesetzter Ordnungszahl Vorzeichen (virtuelles Bild) ist die kompensierte und entgegengesetztem Winkel angeordnet, so daß es 20 (doppelt gebeugte) Welle zum Betrachten des virtunahezu die gleiche, jedoch in bezug auf das HoIo- eilen Bildes. Selbstverständlich kann eine ähnliche gramm umgekehrte Winkeldispersion ergibt, wodurch Kompensation für das vom Hologramm herrührende sich eine Korrektur der ersten Ordnung der Disper- reelle Bild erzielt werden. Für manche Hologramme, sion ergibt. Ein billiges, ausreichend gutes, in der die ein nicht allzu großes Gesichtsfeld enthalten, ist erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendbares Beu- 25 das kompensierte Bild fast völlig schwarzweiß, obgungsgitter ergibt sich dadurch, daß mehrere dün- gleich längs der vier Ränder eine geringe Färbung nere verhältnismäßig billige Transmissionsgitter dicht auftreten kann, was zeigt, daß eine vertikale Körrekaufeinander derart angeordnet werden, daß ihre Fur- tür im allgemeinen nicht erforderlich ist und daß die chen parallel verlaufen. Es wurde gefunden, daß in- horizontale Korrektur der ersten Ordnung ausreicht, nerhalb bestimmter Grenzen eine Erhöhung der Zahl 30 Durch Einstellung des Winkels und der Stelle des der aufeinandergeschichteten Transmissionsgitter die Gitters 15 läßt sich das Farbgleichgewicht nach beiIntensität der Strahlung in den gewünschten Beu- den Seiten verschieben,
gungsordnungen erhöht. Wenn das Hologramm ein großes Gesichtsfeld be-

Der Erfindungsgegenstand wird anhand der Zeich- ansprucht, ist es möglich, daß die Dispersionskorrek-

nungen im folgenden näher erläutert. Es zeigt 35 tür der ersten Ordnung über den ganzen sichtbaren

F i g. 1 schematisch eine Ausführungsform der vor- Bereich mittels eines einfachen Gegendispersionsele-

liegenden Vorrichtung, ments nicht ausreicht. In diesem Falle ist jedoch

Fi g. 2 eine Variante der Vorrichtung nach Fig. 1, eine erhebliche Verbesserung dadurch erzielbar, daß

Fig. 3 eine Ausführungsform des verwendeten die Spektralbandbreite, über die eine Korrektur erBeugungsgitters. 40 forderlich ist, verringert wird. Dies ist einfach da-

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform einer Vorrich- durch erzielbar, daß im optischen Weg, z. B. vor tung zum Betrachten von Hologrammen mit weißem dem Hologramm, gegebenenfalls jedoch hinter ihm, Licht. Ein Hologramm 10 ist schematisch als Seiten- ein breitbandiges Filter angeordnet wird. Es hat sich ansicht des Diapositivs dargestellt, wobei die Ebene herausgestellt, daß mit gutem Erfolg ein Filter mit des Diapositivs vertikal und senkrecht zur Zeichen- 45 einem . Durchlaßband von 250 A benutzt werden ebene verläuft. Das Hologramm wird durch eine kon- kann, das, wenn es allein, ohne das Gitter 15, bezentrierte Quelle 11 von weißem Licht, z. B. eine nutzt wäre, Bilder mit sehr schlechtem Auflösungspunktförmige Zirkonbogenlampe von 100 Watt, be- vermögen liefern würde. Selbstverständlich hat das leuchtet. Es können auch andere konzentrierte Quel- kombinierte Korrektursystem eine gewisse Herabsetlen von weißem Licht, wie Glühlampen und Blitz- 50 zung der Helligkeit des Bildes zur Folge, und es erlichtlampen, benutzt werden. Beim zu beschreiben- gibt sich ein farbiges Bild statt eines Schwarzweißden Beispiel war das Hologramm auf einer Kodak- bildes.

649 F-Platte mit Hilfe des Lichtes eines Lasers mit Beim beschriebenen Ausführungsbeispiel fand ein einer Wellenlänge von 6328 A mit einem Aufzeich- Transmissionsgitter Verwendung. Selbstverständlich nungswinkel von 29° zwischen Objekt- und Bezugs- 55 können entsprechend Reflexionsgitter benutzt werstrahl in einer horizontalen Ebene aufgezeichnet den. Vorzugsweise wird das Reflexionsgitter so anworden. In der vom Hologramm ausgehenden Licht- geordnet, daß es das stark dispergierte gebeugte Bünwelle werden die virtuellen und reellen Bilder der del der +1. Ordnung vom Hologramm auffängt, positiven und der negativen Ordnung erzeugt, die in während das Bündel der —1. Ordnung des Gitters, Fig. 1 beide für eine einzige Wellenlänge angegeben 60 das die entgegengesetzte Winkeldispersion aufweist, sind. Die Bildinformation ist selbstverständlich nur betrachtet wird, wobei der Wert dieser Dispersion in den abgebeugten Bündeln der ersten Ordnung vor- so gewählt wird, daß sich die gewünschte Korrektur handen, während im Primärbündel der nullten Ord- ergibt. Dies kann mit Hilfe eines Reflexionsgitters nung keine brauchbare Information enthalten ist; nachgewiesen werden, das mit 600 Strichen/mm verdiese gebeugten Bündel sind jedoch stark disper- 65 sehen ist, die besonders ausgebildet sind, wodurch giert. sich bei einer Wellenlänge von 5500 Ä ein Maximum

Im Weg des Bündels des virtuellen Bildes der der ersten Ordnung ergibt, um ein übliches, mittels

+ !.Ordnung ist ein flaches Transmissionsbeugungs- einer Quelle weißen Lichtes hergestelltes Doppel-

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bündelhologramm zu betrachten. Es dürfte einleuch- im Handel preiswert in Form großer Kunststoffolien ten, daß eine derartige einfache Kompensation mög- erhältlich sind. Diese haben keine besonders gestallich ist, weil der größere Teil der durch ein Doppel- tete Furchen, so daß ihr Wirkungsgrad gering ist. Es bündelhologramm herbeigeführten Dispersion in einer hat sich jetzt herausgestellt, daß dadurch, daß meheinzigen Ebene erfolgt, nämlich der durch die Signal- 5 rere derartige dünne Transmissionsgitter mit gerin- und Bezugsbündel bestimmten Ebene. Auch ist es gern Wirkungsgrad, die alle die gleiche Furchendichte verständlich, daß das Dispersionselement dadurch als aufweisen, aufeinandergeschichtet werden, und zwar ein Dispersionselement benutzt werden kann, daß es derart, daß ihre Furchen parallel sind, eine erhebzwischen der Quelle und dem Hologramm angeord- liehe Erhöhung der Intensität des Lichtes sämtlicher net wird, so daß das Hologramm mit einem Linien- io Ordnungen außer der nullten erhalten wird,
spektrum der Quelle beleuchtet wird, dessen Disper- F i g. 3 zeigt eine Ausführungsform dieser Vorsion nahezu gleich und entgegengesetzt der durch das richtung, die der Einfachheit halber aus vier aufein-Hologramm herbeigeführten Dispersion ist. Es ist andergeschichteten Gittern 20, 21, 22 und 23 beweiter klar, daß jedes Dispersionselement, das im- steht. Das auffallende Bündel ist mit 24 bezeichnet, stände ist, eine umgekehrte Dispersion mit nahezu 15 Wie ersichtlich, wird ein Teil des Bündels in den verdem gleichen Wert wie die Dispersion des HoIo- schiedenen Ordnungen gebeugt, wobei nur die ersten gramms zu liefern, es ermöglicht, die gewünschten Ordnungen dargestellt sind, aber infolge des geringen Ergebnisse zu erzielen. Wirkungsgrades verfolgt der größere Teil des Bün-

F i g. 2 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform, dels seinen geraden ungebeugten Weg, nachdem das bei der zwei Prismen 16 und 17 als das korrigierende 20 Bündel durch die erste Schicht 20 hindurchgegangen optische Element benutzt werden, wobei die Prismen ist. Das gleiche ist der Fall bei jeder nachfolgenden in der Ebene des Aufzeichnungswinkels des Doppel- Schicht. Eine Erste-Ordnung-Analyse der Vorrichbündelhologramms und mit ihrem Scheitelwinkel tung nach F i g. 3 zeigt, daß das Verhältnis zwischen senkrecht zu dieser Ebene angeordnet sind. Weil die der Gesamtintensität bei einem Bündel der ersten Prismen eine geringere Dispersion aufweisen als die 25 Ordnung infolge der Wirkung einer Anzahl η der-Beugungsgitter, ist im allgemeinen mehr als ein Pris- artiger Schichten und der Intensität im gleichen Bünma erforderlich. Bei der dargestellten Ausführungs- del infolge eines einzigen Gitters gegeben wird durch: form verläuft der optische Weg, z.B. mittels Spiegel n(\ — r—If₁)"-¹, wobei r der Verlust je Schicht ist 18 und 19, derart, daß das Bündel auf seinem Weg und f₁ der Teil der auffallenden Energie, der von jezurückläuft, so daß es zweimal durch jedes Prisma 30 dem Gitter zu einer Welle der ersten Ordnung gehindurchgeht, wodurch die Prismenzahl auf ein Mini- beugt wird. Hieraus ist klar, daß, wenn die Größe mum beschränkt wird. Gute Ergebnisse wurden er- (1— r—2.Z₁) größer als 0,5 ist, was für die billigen halten durch Verwendung dreier 45°-Prismen mit Transmissionsgitterkopien meistens zutrifft, eine Erniedriger Brechzahl, die in der Art der beiden Pris- höhung der Schichtzahl eine Erhöhung der Intensität men 16 und 17 nach F i g. 2 in Reihe angeordnet 35 nach Beugung im Vergleich zu einer einzigen Schicht sind. Vorzugsweise sind die Prismen so angeordnet, in sämtlichen Beugungsordnungen zur Folge hat. daß der Ablenkwinkel möglichst klein ist, weil das Mittels dieser Analyse kann auch nachgewiesen wervom Hologramm ausgehende Bündel 1. Ordnung des den, daß die Lichtstärke in jeder Beugungsordnung virtuellen Bildes nicht parallel gemacht worden ist. (/) in Abhängigkeit von der benutzten Schichtzahl Die Zahl der Spiegel, durch die man das Bündel auf 40 einen Höchstwert erreicht, wenn η log (1—r—2Z₁) dem gleichen Weg zurücklaufen läßt, muß gerade = — 1 ist, wonach eine Zunahme der Schichtzahl sein, um eine Farbumkehrung zu vermeiden. eine Abnahme der Lichtstärke zur Folge hat. Wenn

Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 findet ein z. B. der Faktor (l—r—2Z₁) gleich 0,9 ist, was einem

Transmissionsbeugungsgitter Verwendung. Licht- Gitter mit verhältnismäßig geringem Wirkungsgrad

starke Bilder ergeben sich durch Verwendung von 45 (bei dem Z₁ höchstens 5% beträgt) entspricht, so er-

Transmissionsgittern mit hohem Wirkungsgrad, d. h., höht ein Stapel aus neun derartigen Schichten die

daß das auffallende Licht im wesentlichen in einer Lichtstärke in dieser ersten Ordnung um einen Fak-

vorher gewählten Beugungsordnung gebeugt wird. tor von etwa 3,5. Ein Vorteil eines Gitters dieser

Dies wird üblicherweise mittels eines sogenannten Art im Vergleich zu einem »geblazeten« Gitter ist

»geblazeten« Gitters (eines Gitters mit einer be- 50 der, daß bei letzterem die Form der Furchen für

stimmten Furchenform) erreicht, aber diese Gitter eine bestimmte Wellenlänge berechnet ist, während

sind schwer herstellbar und somit teuer, insbesondere der Stapel aus nicht »geblazeten« Gittern für alle

für den sichtbaren Bereich. Es hat sich herausgestellt, Wellenlängen nahezu den gleichen Effekt hat. Dies

daß es möglich ist, ein Transmissionsgitter mit ange- ist besonders wichtig für die vorstehend beschriebene

messenem Wirkungsgrad billig dadurch herzustellen, 55 Vorrichtung zum Betrachten von Hologrammen mit

daß dünne billige Gitterkopien benutzt werden, die weißem Licht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1 2 . eines Bildes und der Wiedergabe dieses Bildes in Patentansprüche: drei Dimensionen. Für eine Beschreibung der Prinzipien der üblichen Holographie sei auf das Buch

1. Vorrichtung zum Rekonstruieren eines »An introduction to coherent optics and holography« Außer-Achse-Hologramms mit einer polychro- 5. von G. W. Stroke, Academic Press, 1966, verwiematischen Strahlungsquelle, die das Hologramm sen. Das Bild wird bekanntlich im allgemeinen mit mit einem polychromatischen Rekonstruktion- Hilfe zweier monochromatischer kohärenter Lichtstrahlungsbündel beleuchtet, wobei das HoIo- bündel, z.B." Laserbündel, auf einem Diapositiv regramm in Wechselwirkung mit dem polychroma- gistriert. Üblicherweise wird das Bild mit Hilfe eines tischen Bündel mindestens ein abgebogenes di- io entsprechenden Lasers wiederhergestellt,
spergiertes Bündel liefert, das Information über Seit kurzem ist man bemüht, solche Bilder mit weidas im Hologramm aufgezeichnete Bild enthält, ßem Licht wiederherzustellen, so daß solche HoIodadurch gekennzeichnet, daß im Wege gramme wiederhergestellt werden können, ohne daß des Rekonstruktionsbündels oder im Wege des eine teuere Quelle von monochromatischem kohäabgebogenen dispergierten Bündels dispergie- 15 rentem Licht erforderlich ist. In der einschlägigen rende Mittel vorgesehen sind, deren Winkel- Literatur wurden bereits mehrere Verfahren zu diedispersion von gleicher Stärke wie die Winkel- sem Zweck beschrieben, siehe z. B. »Proceedings of dispersion der räumlichen Trägerfrequenzstruktur the IEEE — Proceedings Letters«, April 1966, des Hologramms, richtungsmäßig dieser jedoch Seiten 690—691; »Physics Letters«, 20, 1. März entgegengesetzt sind. 20 1966, Seiten 368—370; »Applied Physics Letters«,

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- 2, 1. September 1966, Seiten 215—217. Das Problem, kennzeichnet, daß die dispergierenden Mittel aus um das es sich bei der Wiederherstellung mit weißem einem Planbeugungsgitter mit einer Gitterkon- Licht handelt und für das in diesen Artikeln eine stanten bestehen, die etwa gleich dem mittleren Teillösung gegeben wird, besteht darin, daß das Ho-Streifenabstand im Hologramm ist, welches Git- 25 logramm im Grunde eine komplizierte Form eines ter etwa parallel zur Ebene des Hologramms Interferenzmusters ist, das während der Wiederherorientiert ist, während die Furchen des Gitters stellung der ursprünglichen Wellenfront als Beunahezu senkrecht zur Ebene des Aufzeichnungs- gungselement benutzt wird. Infolgedessen ist .es nawinkels im Hologramm verlaufen. turgemäß stark dispergierend. Mit anderen Worten,

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge- 30 jede Wellenlänge der Strahlung, mit der das HoIokennzeichnet, daß die dispergierenden Mittel aus gramm beleuchtet wird, steht mit dem Hologrammeinem Reflexions- oder Transmissionsgitter be- muster in Wechselwirkung und erzeugt dadurch ein stehen, dessen Furchen so geformt sind, daß die Bild, aber all diese Bilder, die durch die verschiede-Intensität einer bestimmten Ordnung stark er- nen Wellenlängen erzeugt werden, befinden sich an höht wird. 35 verschiedenen Stellen im Raum. Infolgedessen sieht

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge- das Gesamtbild verwischt und farbig aus. Die erkennzeichnet, daß das Gitter aus einem Stapel wähnten Veröffentlichungen, die von der der bekanndünner Gitter besteht, die so aufeinander ge- ten Technik ausgehen, lösen das Problem dadurch, schichtet sind, daß die Furchen sämtlicher Gitter daß sie in Wirklichkeit mit Hilfe eines im beleuchparallel sind. 40 tenden Bündel angeordneten Filters die Strahlung

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch ge- monochromatisch machen. Beim in der IEEE-Prokennzeichnet, daß jedes einzelne, eine Schicht des ceedings beschriebenen Verfahren wurde ein soge-Stapels bildende Gitter eine dünne Gitterkopie nanntes Wratten-Filter im weißen Lichtbündel angeaus Kunststoff ist. ordnet, wodurch der größere Teil der Bündelinten-

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- 45 sität beseitigt wird mit Ausnahme derjenigen, die im kennzeichnet, daß im optischen Weg des Bündels Durchlaßband des Filters liegt. Wie vom Verfasser ein breitbandiges Farbfilter angebracht ist. angedeutet wurde, ist die Bildhelligkeit höher, aber

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- das Auflösungsvermögen geringer, je breiter das kennzeichnet, daß die dispergierenden Mittel aus Durchlaßband des Filters ist. Wurde das Durchlaßmehreren Prismen bestehen. 50 band enger gemacht, so verbesserte sich die Bildgüte, aber die Helligkeit sank erheblich ab, so daß das Hologramm nur in einem verdunkelten Raum betrachtet werden konnte. Die in den »Applied Physics

Letters« und »Physics Letters« beschriebenen Ver-

55 fahren arbeiten mit einem eingebauten Interferenzfilter im Hologramm selbst und haben so mit der vorstehend beschriebenen Technik gemeinsam, daß der größere Teil des beleuchteten Bündels unter-

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung drückt wird, so daß das Bild eine geringe Helligkeit zum Rekonstruieren eines Außer-Achse-Hologramms 60 hat.

mit einer polychromatischen Strahlungsquelle, die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung an-

das Hologramm mit einem polychromatischen Re- zugeben, die die Rekonstruktion eines Außer-Achsekonstruktionsstrahlungsbündel beleuchtet, wobei das Hologramms mit polychromatischem Licht mit geHologramm in Wechselwirkung mit dem polychro- ringeren Lichtverlusten als bisher ermöglicht,
matischen Bündel mindestens ein abgebogenes disper- 65 Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß im Wege giertes Bündel liefert, das Information über das im des Rekonstruktionsbündels oder im Wege des abHologramm aufgezeichnete Bild enthält. gebogenen dispergierten Bündels dispergierende Mit-Holographie ist die Technik der Aufzeichnung tel vorgesehen sind, deren Winkeldispersion von glei-