DE1572860C3 - Anordnung zur Aufnahme von Hologrammen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Aufnahme von Hologrammen mit räumlich getrenntem Objekt- und Referenzstrahlengang, wobei im Objektstrahlengang eine fokussierende Linse angeordnet ist, die in der Nähe der photographischen Platte ein reelles. Bild des Objektes erzeugt.

In der konventionellen Photographic wird von dem abzubildenden Objekt ein Bild erzeugt, indem die von jedem Punkt des beleuchteten Objektes ausgehende divergente sphärische Welle durch Linsen oder Spiegel konvergent gemacht, im Konvergenzpunkt ein Detektor, üblicherweise eine lichtempfindliche photographische Schicht angeordnet und auf letztere die Intensität der Strahlung aufgezeichnet wird. Die in der sphärischen Welle enthaltene Phaseninformation geht bei diesem Verfahren verloren. In den letzten Jahren ist nun mit der Holographie ein photographisches Abbildungsverfahren bekannt geworden, das es gestattet, außer der Intensitätsinformation auch die Phaseninformation aufzuzeichnen. Dies kann in der Weise erfolgen, daß eine den Objektinhalt tragende elektromagnetische Welle, die sogenannten Objektwelle, mit einer zweiten Welle, der sogenannten Referenzwelle, die der gleichen Lichtquelle wie die Objektwelle entstammt, zur Interferenz gebracht und das Interferenzbild auf einer photographischen lichtempfindlichen Schicht aufgezeichnet wird.

Die Schicht zeigt nach der Entwicklung einen Schnitt durch das interferierende Wellenfeld, der sich als Muster mehr oder weniger regelmäßig angeordneter Interferenzstreifen darstellt. Aus diesem Hologramm kann sodann das ursprüngliche Wellenfeld rekonstruiert werden. Im Idealfall ist das rekonstruierte Wellenfeld von dem ursprünglich vom Objekt stammenden Wellenfeld nicht zu unterscheiden. Bei der Rekonstruktion entsteht das Objeict nicht nur in echter Dreidimensionalität, sondern es zeigt auch Parallaxe im Gegensatz zu Stereopaaren der konventionellen Stereophotographie, bei denen mit der Aufnahme die Betrachtungsperspektive eindeutig festgelegt ist.

Für die Herstellung der Hologramme wird in den meisten Fällen monochromatisches Licht größerer Kohärenzlänge, beispielsweise von einem Helium-Neon-Laser, verwendet, das in eine das abzubildende Objekt beleuchtende Objektwelle und eine direkt auf die Hologrammschicht gerichtete Referenzwelle aufgespalten wird. Bei einer bekannten Anordnung bildet die Referenzwelle mit der vom Objekt kohärent gestreuten oder gebeugten Weile einen Winkel, wobei sich zwischen Objekt und Hologrammebene kein abbildendes optisches Element befindet. Die Rekonstruktion solcher Hologramme muß im allgemeinen mit kohärentem, monochromatischem Licht erfolgen, da die zweidimensionale, auf der photographischen Schicht als Hologramm entstandene Interferenzstruktur bei der Rekonstruktion das Licht wellenlängenabhängig beugt. Es ist weiterhin ein Verfahren bekannt geworden, bei dem die auch in der Tiefe einer sehr hoch auflösenden phctographischen Schicht (Auflösungsvermögen besser als '/2 Wellenlänge) entstehenden Interferenzen aufgezeichnet werden, so daß in der photographischen Schicht eine dreidimensionale Interferenzstruktur ähnlich einem dreidimensinalen Beugungsgitter entsteht. Derartige Hologramme kann man wohl mit weißen Licht rekonstruieren, jedoch muß die Lichtquelle hierbei so angeordnet werden, daß sie, vom Hologramm aus betrachtet, unter einem möglichst kleinen Winkel erscheint. Die Rekonstruktion erfolgt bei der Betrachtung unter dem Bragg'schen Beugungswinkel, wobei das rekonstruierte Bild in einer Spektralfarbe erscheint, die durch das räumliche Beugungsgitter nach Maßgabe seiner Gitterkonstanten aus dem angebotenen weißen Licht ausgewählt wird. Das Verfahren hat den Nachteil, daß es sich nur mit sehr hoch auflösenden und daher sehr wenig empfindlichen photographischen Schichten realisieren läßt, was sehr lange Belichtungszeiten erforderlich macht. Außerdem ist die Vervielfältigung solcher Hologramme nur auf dem Wege über die Rekonstruktion und nicht über die direkte Kopie möglich.

Nach einem Vorschlag von L. Rosen in »Proc. IEEE« 55, S. 79-81,(1967) v/ird in einem konventionellen off-axis-Strahlengang zur Aufnahme von Hologrammen das Objekt durch ein reelles Bild des Objektes ersetzt. Das reelle Bild wird in üblicher Weise durch Abbildung mit einer Linse erzeugt (siehe F i g. 1 und 2). Ein derartiges Hologramm ist als ein spezieller Typ eines Fresnel Hologramms anzusehen. Es unterscheidet sich gegenüber den üblichen Fresnel-Hologrammen dadurch, daß bei der Aufnahme des Hologramms anstelle des Objektes das reelle Bild dieses Objektes benutzt wird. Bei Fresnel-Hologrammen ist jedoch eine Weißlichtrekonstruktion überhaupt nicht oder allenfalls nur für einen sehr kleinen Teil des Objektes möglich. Unter »Weißlichtrekonstruktion» wird dabei verstanden, daß das Hologramm mit weißem Licht rekonstruiert wird und auch das rekonstruierte Bild in weißen Licht erscheint.

In dem Artikel »Applied Physics Letters« 10, S. 35 — 36, (1967) wird ein spezieller off-axis-Strahlengang beschrieben, der die Herstellung von Hologrammen mit niedriger Raumfrequenz (weniger als 200 1/mm) erlaubt. Solche Hologramme lassen sich mit weißem Licht rekonstruieren. Der Nachteil dieser Aufnahmetechnik besteht darin, daß man nur im Falle sehr kleiner Objekte Hologramme erhält, die mit weißem Licht rekonstruierbar sind. Bei größeren Objekten würde die angegebene Grenze der Raumfr~quenz von 200 1/nim überschritten, so daß Dispersionserscheinungen die Weißlichtrekonstruktion verbieten.

In einer früheren Arbeit des Verfassers (G. W. Stroke), »Apll. Phys. Lett.« S. 201 -203 (1965) wird eine Methode zur Herstellung von Fourier-Transformationshologrammen ohne Verwendung von Linsen

beschrieben. Das Problem der Weißlichtholographie wird hierbei nicht angeschnitten.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Strahlengang anzugeben, mit dem sich Hologramme von relativ großen Objekten herstellen lassen, die mit weißen Licht rekonstruiert werden können. Dabei soll auch das rekonstruierte Bild weiß erscheinen.

Diese Aufgabe wird mit Hilfe der eingangs beschriebenen Anordnung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Referenzstrahlengang ebenfalls Mittel zur Fokussierung auf die Gegend des Objektbilds aufweist und das fokussierte Referenzstrahlenbündel über einen Spiegel und mit Hilfe eines zwischen der abbildenden Linse im Objektstrahlengang und der photographischen Platte eingeschalteten Strahlteilers etwa in Richtung der optischen Achse des Objektstrahls mit dem Objektstrahl zusammengeführt ist.

Die mit dieser Anordnung erhältlichen Hologramme haben den Vorteil, daß sie mit weißen Licht rekonstruiert werden können, ohne daß die Interferenzstruktur auch in der Schichttiefe registriert werden muß. Man kann daher für die Herstellung der Hologramme ein geringes auflösendes und empfindlicheres photographisches Material verwenden als bei der Herstellung von Hologrammen nach bekannten Methoden. Das rekonstruierte Bild erscheint dreidimensional, wie auch in den anderen bekannt gewordenen holographischen Verfahren. Es erscheint in der Farbe des zur Rekonstruktion verwendeten Lichtes, so daß der gesamte sichtbare Spektralbereich der zur Rekonstruktion verwendeten Lichtquelle ausgenutzt wird. Die Richtung des zur Rekonstruktion verwendeten Lichtes, der Hologrammebene und die Betrachtungsrichtung gehorchen dem Reflexionsgesetzt. Außerdem ist es wesentlich einfacher, die vorliegenden Hologramme mit konventionellen Verfahren zu vervielfältigen, da der Winkel, unter dem die bei der Rekonstruktion verwendete weiße Lichtquelle vom Hologramm aus erscheint, nicht klein zu sein braucht.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand eines schematisch dargestellten Strahlenganges näher erläutert.

In der Abbildung bedeuten Laser, z. B. Helium-Neon-Laser, Bu B₂ = Strahlenteiler, M_u M₂ = Spiegel, m = Mikroskopobjektive, C — einen Kollimator, L = eine Fokussierungslinse (Brennweite 18 cm/Durchmesser 5 cm) (seitliche Verkleinerung V2, axiale Verkleinerung ¹A), die ein reelles Bild des dreidimensionalen Objektes O(15 cm tief, 10 cm hoch, 15 cm weit) in der Höhe der Hologrammschicht H (10 χ 12,5 cm) (beispielsweise unmittelbar vor dieser Schicht) erzeugt, R = Referenz- oder Quellpunkt. In dieser Anordnung wird eine kohärente Referenzwelle so eingestellt, daß sie in Linie mit der optischen Achse der Fokussierungslinse L liegt, die benutzt wird, um ein reelles Bild des dreidimensionalen Objektes O unmittelbar vor (oder in der Nähe) der Hologrammschicht zu bilden, wobei die optische Achse etwa senkrecht zur Hologrammebene verläuft. Mit dieser Anordnung wird ein sogenanntes Fourier-Hologramm erzeugt, d. h. ein Hologramm, bei dem die Wellenfronten der vom Objekt herrührenden Strahlung und die Wellenfront des Referenzstrahles etwa gleiche Krümmung haben. Durch Verschiebung des Kollimators C in Richtung der optischen Achse des Referenzstrahlenbündels läßt sich eine Anpassung der Wellenfrontenkrümmungsradien von Referenzstrahlen- und Objektstrahlenbündel erzielen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Anordnung zur Aufnahme von Hologrammen mit räumlich getrenntem Objekt- und Referenzstrahlengang, wobei im Objektstrahlengang eine fokussierende Linse angeordnet ist, die in der Nähe der photographischen Platte ein reelles Bild des Objektes erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß der Referenzstrahlengang ebenfalls Mittel (m, C) zur Fokussierung auf die Gegend des Objektbilds aufweist und das fokussierte Referenzstrahlenbündel (R) über einen Spiegel (M₂) und mit Hilfe eines zwischen der abbildenden Linse (L) und der photographischen Platte (H) eingeschalteten Strahlteilers (Bj) etwa in Richtung der optischen Achse des Objektstrahls mit dem Objektstrahl zusammengeführt ist.