DE1572822C

DE1572822C - Apparatus for producing a holographic recording of a transparency

Info

Publication number: DE1572822C
Authority: DE
Inventors: Reuben Saul Hightstown; Vilkomerson David Herman Raphael Princeton; N.J. Mezrich (V.St.A.)
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Publication date: 1972-09-28

Description

Der Winkel zwischen dem Bezugsbündel und dem Technik bei, und beide Merkmale machen die Ein-Aufzeichnungsträger 22 kann willkürlich festgelegt richtung weniger empfindlich gegen Erschütterungen werden und z. B. 45° betragen. Die Oberfläche 34 des als die bekannten Einrichtungen. Bekanntlich führen Prismas verläuft parallel zum Aufzeichnungsträger 22, auch relativ kleine Erschütterungen zu Störungen in so daß die aus der Oberfläche 34 austretenden und auf 5 dem aufgezeichneten Bild, sie verschlechtern also das den Aufzeichnungsträger 22 fallenden Lichtstrahlen auf dem Aufzeichnungsträger 22 aufgezeichnete Holosowohl mit der Oberfläche 34 als auch dem Auf zeich- gramm.The angle between the reference beam and the technique at, and both features make the one-record carrier 22 can be arbitrarily set direction less sensitive to shocks be and z. B. 45 °. The surface 34 of the known as the facilities. As is well known, lead Prism runs parallel to the recording medium 22, even relatively small vibrations to disturbances in so that the emerging from the surface 34 and on 5 the recorded image, so they worsen that light rays falling on the recording medium 22 are recorded on the recording medium 22 as well with the surface 34 as well as the recording gram.

nungsträger 22 im wesentlichen rechte Winkel bilden. Die relativ nahen Abstände der verschiedenen EIe-Durch die parallele Anordnung der lichtstreuenden mente der Einrichtung voneinander tragen ebenfalls Oberfläche 34 und des Aufzeichnungsträgers 22 ist eine io dazu bei, die Einrichtung unempfindlich gegen Eroptimale Ausleuchtung des Aufzeichnungsträgers durch schütterungen zu machen. Bei einer praktischen Ausdas das Transparentbild 28 durchsetzende gestreute führungsform wurden die Bauelemente einschließlich Licht gewährleistet. der Streuvorrichtung, der Maske und des Filmes auf Wenn das Prisma aus einem hochbrechenden Glas, einer 7,5 cm dicken, 183 cm langen und 91 cm breiten z. B. aus einem Glas mit dem Brechungsindex 1,8 her- 15 Aluminiumplatte montiert. Die Aluminiümplatte ruhte gestellt wird und die Prismenwinkel b und g gleich 57° in einem Sandbett, welches durch etwa 7,5 cm dicke bzw. 33° sind, tritt die Hauptkomponente des Lichts Gummiblöcke in einem zweiten Sandbett gelagert war. senkrecht aus der Oberfläche 34 aus, und der Aufzeich- Das zweite Sandbett ruhte auf Gummiblöcken auf nungsträger wird daher gleichmäßig und mit optima- einem dritten Sandbett, welches seinerseits über lern Wirkungsgrad durch das vom Prisma gebrochene ao Gummiblöcke auf dem Fußboden gelagert war. Durch Licht belichtet. diese Anordnung wird die Aluminiumplatte gegen Bei der dargestellten Vorrichtung geht eine gewisse Erschütterungen des Bodens isoliert, trotzdem werden Lichtmenge durch Reflexion an der der Lichtquelle zu- immer noch Schwingungen vom Boden her und durch gewandten Seite 36 des Prismas 32 verloren. Diese die Luft auf die optischen Bauteile übertragen. Diese Refiexionsverluste können dadurch verringert werden, 25 Erschütterungen können zu Störungen führen, da sie daß man linear polarisiertes Licht verwendet, dessen ein Verbiegen der Grundplatte oder Relativbewegun-Polarisationsebene parallel zur Ebene der Oberfläche 36 gen zwischen der Streuvorrichtung und dem Film beverläuft. Bei der in F i g. 2 gezeigten Anordnung fällt wirken, auch wenn die Grundplatte relativ starr ist. das Licht unter einem Winkel von 12° auf die Prismen- Durch das Verbiegen der Grundplatte kann sich die fläche 36. In diesem Falle werden etwa 10 % des ein- 30 Streuvorrichtung bezüglich des Aufzeichnungsträgers fallenden linear polarisierten Lichtes von der Ober- verdrehen und/oder verschieben. Es kann gezeigt fläche 36 reflektiert, während etwa 90% des einfallen- werden, daß die durch solche Relativbewegungen verden Lichtes in das Prisma eintreten. Wenn die Polarisa- ursachten Abweichungen des Lichtstrahls beim Auftionsebene senkrecht auf der Einfallsebene stände, zeichnungsträger proportional dem Quadrat des Abwürden etwa 50 °/₀ des Lichtes reflektiert. 35 Standes L zwischen der Streuvorrichtung und dem Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel war ange- Aufzeichnungsträger sind. Es ist also sehr wichtig, daß nommen worden, daß der Winkel zwischen dem dieser Abstand verhältnismäßig klein ist, was bei der Bezugsbündel und dem Aufzeichnungsträger 45° be- vorliegenden Einrichtung erreicht werden kann; es trägt. Für diesen Winkel sind die optimalen Prismen- sind nämlich Abstände L in der Größenordnung von winkel/=57° und g = 33°, wie bereits erwähnt 4° 30 mm und kleiner erreichbar.Forming support 22 substantially at right angles. Due to the parallel arrangement of the light-scattering elements of the device from each other, the relatively close distances between the different elements also contribute to the surface 34 and of the recording medium 22 making the device insensitive to optimal illumination of the recording medium from vibrations. In a practical implementation of the scattered guide shape penetrating the transparent image 28, the components including light were guaranteed. the diffuser, the mask and the film on. B. from a glass with the refractive index 1.8 her- 15 aluminum plate mounted. The aluminum plate is put at rest and the prism angles b and g equal 57 ° in a sand bed, which is by about 7.5 cm thick and 33 °, respectively, occurs the main component of the light rubber blocks was stored in a second sand bed. The second sand bed rested on rubber blocks on voltage carriers is therefore even and optimally a third sand bed, which in turn was supported on the floor by the rubber blocks broken by the prism. Illuminated by light. This arrangement isolates the aluminum plate from vibrations from the floor and through the facing side 36 of the prism 32, due to the reflection at the light source. These transfer the air to the optical components. These reflection losses can be reduced, vibrations can lead to disturbances, since they are used by using linearly polarized light whose bending of the base plate or relative movement plane of polarization runs parallel to the plane of the surface 36 between the diffuser and the film. In the case of the in FIG. The arrangement shown in FIG. 2 acts even if the base plate is relatively rigid. the light at an angle of 12 ° onto the prism. By bending the base plate, the surface 36 can be shift. It can be shown that surface 36 is reflected, while about 90% of the incident occurs, that the light caused by such relative movements enters the prism. If the polarization caused deviations of the light beam at the plane of incidence were perpendicular to the plane of incidence, then about 50 ° / _{0 of} the light would be reflected in proportion to the square of the drop. 35 Standes L between the spreading device and the recording medium in the illustrated embodiment was present. It is therefore very important that it has been assumed that the angle between this distance is relatively small, which can be achieved with the device at hand with the reference beam and the recording medium 45 °; it carries. The optimal prisms for this angle are namely distances L in the order of magnitude of angle / = 57 ° and g = 33 °, as already mentioned 4 °, 30 mm and smaller.

wurde. In der Praxis sind 30°/60790°-Prismen wesent- Ein weiteres wichtiges Merkmal der vorliegendenwould. In practice, 30 ° / 60790 ° prisms are essential. Another important feature of the present

lieh billiger als das oben erwähnte Spezialprisma, und Einrichtung besteht darin, daß die maximale Weg-borrowed cheaper than the above-mentioned special prism, and device consists in that the maximum path

man wird daher vorzugsweise ein solches billigeres längendifferenz zwischen dem Bezugsbündel und demone will therefore prefer such a cheaper length difference between the reference beam and the

Prisma verwenden. Dies ist ohne übermäßige Erhö- Objektbündel relativ klein ist. Der längste Weg, denUse prism. This is relatively small without excessive elevation- object bundles. The longest way

hung der Verluste möglich, wenn man bei sonst gleich- 45 ein Lichtstrahl im Objektbündel durchläuft, ist inThe increase in losses is possible if a light beam passes through the object bundle at otherwise the same, is in

bleibenden Parametern für das 30°/60°/90°-Prisma den F i g. 1 durch die gestrichelte Linie d dargestellt. Dieremaining parameters for the 30 ° / 60 ° / 90 ° prism the F i g. 1 represented by the dashed line d . the

Winkel oc = etwa 13 bis 15° wählt. Man kann auch ge- Differenz A zwischen der Länge dieses Weges und derSelect angle oc = about 13 to 15 °. One can also use the difference A between the length of this path and the

ringfügig von dem 45° betragenden Anstellwinkel des Weglänge des Bezugsbündels ist offensichtlich d — b. slightly of the 45 ° angle of incidence of the path length of the reference beam is obviously d - b.

Aufzeichnungsträgers abweichen und die Lage des DaRecording medium and the location of the Da

Prismas geringfügig so ändern, daß die Oberfläche 34 5° b — dcos Θ = Δ — d(l — cos β) ,
genau parallel zum Aufzeichnungsträger 22 verläuftChange the prism slightly so that the surface 34 5 ° b - dcos Θ = Δ - d (l - cos β),
runs exactly parallel to the recording medium 22

und die Hauptkomponente des vom Prisma ausgehen- wobei Θ der Winkel zwischen der Linie d und der den Lichtes genau senkrecht auf der Oberfläche 34 Richtung des Bezugsbündels 18 ist. Wenn die Linearsteht, abmessung χ des holographisch darzustellenden Ob-Eine weitere Möglichkeit besteht darin, statt des 55 jektes in der Größenordnung von 35 mm liegt, wie es dargestellten brechenden Prismas ein mit Innenre- bei einem Kleinbildfilm der Fall ist, und Θ etwa 60° flexion arbeitendes Prisma zu verwenden. Auch hier beträgt, ist Δ ungefähr 13 mm. Eine ähnliche Rechnung werden die Prismenwinkel so gewählt, daß das ge- läßt sich auch für F i g. 2 anstellen,
streute Licht aus dem Prisma bevorzugt unter einem Es läßt sich zeigen, daß es für die Herstellung relativ Winkel von 90° zur aufgerauhten Prismenfläche aus- 60 störungsfreier Hologramme erforderlich ist, daß die tritt, und der Aufzeichnungsträger 22 wird parallel zu Weglängendifferenz Δ kleiner als die Kohärenzlänge dieser aufgerauhten Oberfläche angeordnet. des vom Laser emittierten Lichtes ist. Das Bezugs-Zwei wichtige Merkmale der beschriebenen Einrich- bündel und das Objektbündel erreichen den Aufzeichtungen sind das Fehlen des Strahlteilers und Spiegels nungsträger über verschiedene Wege, und je kleiner die sowie die relativ kleinen Abstände, die für die im Weg 65 Spektralreinheit der Lichtquelle (oder je größer die des Laserstrahles angeordneten Elemente eingehalten Bandbreite der erzeugten Strahlung) ist, um so schlechwerden können. Das erste Merkmal trägt zu einer Ver- ter ist die Kohärenz der Komponenten der verschiedebilligung der Einrichtung gegenüber dem Stand der nen Frequenz des Lichtes beim Aufzeichnungsträger,and the main component of the emanating from the prism - where Θ is the angle between the line d and that of the light exactly perpendicular to the surface 34 in the direction of the reference beam 18. If the linear is, dimension χ of the holographic ob- Another possibility is, instead of the 55 project, is in the order of 35 mm, as is the case with a refractive prism with an interior film in a 35mm film, and Θ about 60 ° flexion working prism. Here, too, Δ is approximately 13 mm. Using a similar calculation, the prism angles are chosen in such a way that this can also be done for F i g. 2 hire
It can be shown that for the production of a relative angle of 90 ° to the roughened prism surface of interference-free holograms it is necessary that the occurs, and the recording medium 22 becomes smaller than that parallel to the path length difference Δ Coherence length of this roughened surface arranged. of the light emitted by the laser. The reference two important features of the described device bundle and the object bundle reach the recordings are the absence of the beam splitter and mirror, and the smaller the distance, as well as the relatively small distances required for the spectral purity of the light source in path 65 (or the greater the bandwidth of the generated radiation that is arranged in the laser beam, the worse it can become. The first feature contributes to a verier is the coherence of the components of the different approval of the device compared to the level of the frequency of the light at the record carrier,

um so kleiner ist also die Kohärenzlänge. Ein Laser, wie ein Argon-Laser, der den Vorteil einer erheblichen Ausgangsleistung hat, weist eine relativ geringe Spektralreinheit auf, seine Kohärenzlänge ist nur etwa 60 mm. Bei der vorliegenden Einrichtung ist es jedoch möglich, mit einer solchen Lichtquelle zu arbeiten, da man den Weglängenunterschied Δ ohne Schwierigkeiten wesentlich kleiner als 60 mm machen kann, wie oben ausgeführt worden ist. : j.-,■-.];■ -.:;.:the smaller is the coherence length. A laser, such as an argon laser, which has the advantage of a considerable output power, has a relatively low spectral purity, its coherence length is only about 60 mm. With the present device, however, it is possible to work with such a light source, since the path length difference Δ can be made significantly smaller than 60 mm without difficulty, as has been explained above. : j .-, ■ -.]; ■ -.:;.:

In der Praxis macht es die Erfindung sogar möglich, noch weniger kohärentes Licht zu verwenden. Die Bedingungen für die Herstellung eines Hologramms mit solchem Licht können aus den folgenden Gleichungen abgeleitet werden, die aus der Theorie der räumlichen und zeitlichen Kohärenz abgeleitet wurden. Die erste GleichungIn practice, the invention even makes it possible to use even less coherent light. the Conditions for making a hologram with such light can be obtained from the following equations derived from the theory of spatial and temporal coherence. the first equation

, , 0,32 R λ ,, 0.32 R λ

χ + h = — χ + h = -

gibt den Zusammenhang zwischen der Größe des holographisch abzubildenden Objektes, der Größe des Hologramms und der Größe der feinen Blendenöffnung an, wobei χ die Größe des Objektes, h die Größe des Hologramms, R der Abstand der Blendenöffnung vom Objekt, d die Größe der Blendenöffnung und λ die Wellenlänge des verwendeten Lichtes sind..
Die zweite Gleichung :indicates the relationship between the size of the holographic object, the size of the hologram and the size of the fine aperture, where χ is the size of the object, h is the size of the hologram, R is the distance between the aperture and the object, d is the size of the aperture and λ are the wavelength of the light used ..
The second equation:

Δλ = Δλ =

2,2,

gibt den Zusammenhang zwischen der erforderlichen Spektralreinheit der Lichtquelle und der Größe desgives the relationship between the required spectral purity of the light source and the size of the

ίο Objektes an, wobei χ und λ die oben erwähnte Bedeutung haben und Δ λ die Abweichung der Wellenlänge von ihrem Nennwert bedeutet.ίο object, where χ and λ have the meaning mentioned above and Δ λ means the deviation of the wavelength from its nominal value.

Rechnungen unter Verwendung der obigen Gleichungen zeigen, daß die Wellenlängenabweichung Δ λ bei einer Blendenöffnung mit einem Durchmesser von 2 μΐη und einem 35 mm großen Objekt, das auf eine Fläche von 5 mm² holographisch abzubilden ist, kleiner als 0,2 AE sein muß. Man kann daher an Stelle von Lasern auch Cadmium-, Quecksilber- und andere bekannte spektrale Lichtquellen mit einer Bandbreite von weniger als 0,2 AE verwenden, wie sie beispielsweise in dem Buch von Strong, »Consepts of Classical Optics«, Verlag Freeman & Co., San Francisco, V. St. Α., 1958, S. 238, beschrieben sind.Calculations using the above equations show that the wavelength deviation Δ λ for a diaphragm opening with a diameter of 2 μm and a 35 mm object that is to be ^{holographically mapped onto an area of 5 mm 2} must be less than 0.2 AU. Instead of lasers, it is therefore also possible to use cadmium, mercury and other known spectral light sources with a bandwidth of less than 0.2 AU, as they are, for example, in the book by Strong, "Consepts of Classical Optics", published by Freeman & Co ., San Francisco, V. St. Α., 1958, p. 238.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

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sensitive to shocks and temperature claims: to be infused. On the other hand, if one were to use a prism with ■

use a relatively large vertex angle, like this

. 1. Apparatus for producing a holographic would result, as has been determined, an unequal

c recording of a transparent image with 5 moderate illumination of the recording medium and an arrangement for generating one of the coherent light losses.

The present invention is accordingly

larger cross-section, of which a part is based on the task, with devices for the Her prism and another part past the prism on a holographic recording of a λ a recording medium for the hologram io transparent image a uniform illumination of the fall, and with a device to hold the recording medium and at the same time to ensure a crowded transparent image by way of one of the partial bundles, th structure, so that there is also no problem characterized by the fact that the extreme requirements placed on the coherence of the light source supplied by the recording medium (22) closest to it The surface (34) of the prism (32) must be parallel to the illuminated surface (34) and the sensitivity to vibrations and the surface of the recording medium (22) is small.
running. According to the invention this object is achieved in a

2. Device according to claim 1, characterized in that the device of the type mentioned at the outset is characterized in that that angle, refractive index and resolves that which is closest to the record carrier Arrangement of the prism (32) are chosen so that ao adjacent surface of the prism is parallel to the illuminated The main component of the surface of the recording medium penetrated by the prism runs.

the light perpendicular from the recording It is now already in the Applied Physics r »

carrier (22) adjacent and on its surface Letters, 7, No. 9 (1965), pp. 248 and 249, an interfero- v " parallel prism surface (34) exits. meter, in which one half of a

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized as a parallel beam of larger cross-section characterized in that the surface of the hologram and in the other half a right-angled drawing carrier (22) parallel Prism prism are arranged on its hypotenuse surface (34) is roughened. . surface the radiation at an angle of 45 °

4. Apparatus according to claim 3, characterized and one of the cathetus surface from which the jet characterizes, that the transparency (28) emerges again between 30, parallel to the plane of the hoop the roughened prism surface (34) and the gram runs. However, this is not the case Recording medium (22) is arranged. to a device for producing a holographic.

see recording of a transparency, and the publication mentioned can also not be a reference

35 to the problems underlying the invention

can be removed.

The subject of the invention is based on the drawing

The present invention relates to a device explained in more detail whose F i g. 1 and 2 show two parts (not drawn to the same scale for making a holographic recording) of an embodiment of a transparency with an arrangement for the exemplary embodiment of the invention.
Generating a Coherent Light Consisting of The in Fig. 1 and 2 includes device shown

Parallel beam of larger cross-section, from a laser 10 and a lens 12 for focusing the one part through a prism and another part of the light emerging from the laser onto a fine off- ₍ prism past onto a recording medium for the opening in a diaphragm 14. The holograms fall from the aperture, and with a device for divergent light rays are collected by a holder of the transpirent image by way of one of the partial lens 16 to form a bundle of parallel rays.; I - The from components 12, 14 and 16 existing arrangement

Such a device is referred to in the following as an "expander" from the Journal of the nung Optical Society of America, 53, No. 12, p. 1377 (1963).

until 1381, known. 3 lei the prior art device 50 has a part 18 of the parallel beam bundle serves as Bedas prism "inen relatively small apex zugsbündel and falls through a small opening in the angle, and it is ini parallel beam next to the mask 20 onto a recording medium 22 formed Transpareritbildsbj arranged that the plane of a piece of unexposed photographic film transparent image can exist perpendicular to the parallel rays. The opening in the mask 20 does not run in a bundle and is drawn to scale with the plane of symmetry of 55, its actual size of the prism coincides. The recording medium can be 5 to 10 mm * or more. A second, seen in the direction of the double-beam bundle of rays, behind part 24 of the parallel bundle of rays, falls on a prism of the transparent image and is arranged parallel to it, which is designed as a light-scattering device (diffuser). _{ϊ ;;} / Γ -ν, -> ν «" ··· ■ · ν. For this purpose, a surface 34 of the prism is provided.

More detailed research has shown that 60 roughened e.g. B. by processing with sand or P " this known device can be improved. Sandpaper and the like. On the recording ^; If one uses a prism with a small carrier 22 facing side of the prism is immediately ^ vertex angle, then the distance which is arranged through the plane of the transparent image 28 to be imaged, which goes next to the roughened surface 34, a holographic transparency and the prism - has set, the recording of the hologram *** ence of light supplied from the light source provided on the recording medium 22 required object ¹ H Moreover, the arrangement would also very bunch C-..