DE1772011C - Vorrichtung zur gleichzeitigen Her stellung und Wiedergabe eines Hologrammes - Google Patents

Description

1 772 Oi i

1 2

Die lirfindung betrifft eine Vorrichtung zur gleich- ist als die tier zur Herstellung des Hologramms zeitigen Herstellung und Wiedergabe eines vergäng- benutzten Schwingungen, eine unmittelbare Verliehen Hologrammes mittels eines Objekt- und größeruni! erhalten. Drittens kann man eine Licht-Bezugsbündels. verstärkung erreichen, indem man entweder ein Be-

Unter einem Hologramm versteht man bekanntlich 5 zugsbündei und/oder ein Wiedergabebündel verhältein Interfercnzmusicr, das auf einem Aufzeichnung- nismiißig hoher Energie und zur Beleuchtung des träger, z. U. einem photographischen Film aufge- Objektes selbst ein Bündel relativ geringer Energie zeichnet wurde und durch Interferenz zwischen verwendet, wobei dann das rekonstruierte Bild heller einem Bezugsbündel elektromagnetischer Schwingun- erscheint als das nur mit einem Bündel . elativ kleiner gen, z. B. Licht, das direkt von einer Quelle räumlich m Energie bleuchtete Objekt. Dies ist besondets kohärenter monochromatischer Schwingungen erhal- wünschenswert, wenn das wiederzugebende Objekt ten wurde, und einem Objektbündel, das von einem empfindlich ist und z. B. aus einem Zelluloidfilni, Objekt stammt, das gleichzeitig durch Schwingungen Papierblatt oder dtm Gesicht eines Mensehen besteht, aus derselben Quelle beleuchtet wurde, entstanden ist. Bei solchen Objekten können nämlich Schaden auf-Um ein solches Interferenzmusier zu erhalten, muß 15 treten, wenn man sie mil hochintensiver Strahlung das Bezugsbündel in den verschiedenen Punkten des beleuchtet, z. B. einem Lichtimpuls, der mittels eines Aufzeichnungsträgers unter Winkeln einfallen, die Lasers erzeugt wurde. Die Lichtverstärkung ist jeweils von den Winkeln verschieden sind, unter außerdem möglich,ohne die dreidimensionalen Eigendenen das O;>ektbündel eintritt. schäften des Objektes zu beeinträchtigen. Bei Ver-

Nach der Aufzeichnung des Hologramms auf dem 20 wendung von Schwingungen verschiedener Wellen-Auf/eirhnunptriiger, z. B. dem photographischen länge hei der Herstellung bzw. Wiedergabe des ν erFilm, muß dieser im allgemeinen entwickelt und oder gänglichen Hologramms sind Vergrößerungen bzv>. fixiert werden, bevor das aufgezeichnete Hologramm Verkleinerungen möglich. Weiterhin können Szenen, wiedergegeben werden kann. Zur Rekonstruktion der die mit Infrarotstrahlung oder sogar Mikrowellen beholograp'iiisch aufgezeichnete: Information wird das 25 strahlt wurden, z. B. Radarechos mit sichtbarem Hologramm dann gewöhnlich mit räumlich kohären- Licht wiedergegeben und visuell betrachtet werden ten monochromatischen Schwingungen, z. B. Licht, Fünftens, da das vergängliche Hologramm während beleuchtet. Die auffallende Strahlung wird di"xh das der Belichtung dauernd neu gebildet wird, sind die Hologramm 'cstreut, wobei zwei Inferenzbündel Anforderungen an die Zeitdauer, während das erster Ordnung entstehen, die jeweils ein Abbild der 30 Objekt- und Bezugsbündel kohärent zueinander sein vom Original ausgehenden S.hwingungen darstellen. müssen, weniger streng, so daß vergängliche HoIo-Das ein·.- Bündel liefert bei Rückprojektion in Rich- gramme auch mit Licht schlechterer Kohärenz tung au' die Strahlungsquelle ein virtuelles Bild des qualitativ hochwertig rekonstruiert werden können. Originals, während das andere Bündel ohne Hilfe Der vorliegenden Erfindung liegt dementsprechend einer Linse ein reelles Bild des Originals ergibt. 35 die Aufgabe zugrunde, bei Hologrammen gleichzeitig

Die bei der Wiedergabe eines Hologramms ver- mit der Erzeugung eine Wiedergabe zu erreichen,

wendete Strahlung kann die gleiche Wellenlänge und zwar bei laufender Veränderung de; H«lo-

haben wie die zur Erzeugung des Hologrammes ver- gramms.

wendete Strahlung, und in diesem Falle haben dann Gemäß der vorliegenden Erfindung wird d.ese das virtuelle und das reelle Bild die gleiche Größe 40 Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Hologrammträger wie das Original. Man kann andererseits bei der vorgesehen ist, der für elektromagnetische Wellen in Wiedergabe auch Schwingungen anderer Wellenlänge, einem die Strahlung* des Objekt- und Bezugsbündels als sie zur Herstellung der holographischen Auf- enthaltenden Wellenlängebereich eine Durchlaßzeichnung benutzt wurde, verwenden, wobei dann die charakteristik hat, die eine nichtlineare Funktion mit Bilder in einem anderen Maßstab wiedergegeben 45 kurzer Abklinkdauer der Intensität der auftreffenden werden. Wenn man bei der Wiedergabe mit größeren elektromagnetischen Schwingungen ist.
Wellenlängen als bei der Herstellung der holo- Die Erfindung wird im folgenden an Hand der graphischen Aufzeichnung arbeitet, ist das wiederge- Zeichnung näher erläutert. Fs zeigt
gebene Bild größer als das Original, während umge- F i g. 1 eine schematische Darstellung eines ersten kehrt bei Verwendung von Strahlung kleinerer 50 Ausführungsbeispieles der Erfindung, bei dem bei der Wellenlänge bei der Wiedergabe eine Verkleinerung Herstellung und Rekonstruktion eines vergänglichen des rekonstruierten Bildes eintritt. Hologrammes eines Objektes Schwingungen gleicher

Bisher hat man also Hologramme zuerst aufge- Wellenlänge verwendet werden,

zeichnet und dann zu einem anderen, späteren Zeit- Fig. 2 eine schematische Darstellung eines zweiten

punkt wiedergegeben. Die vorliegende Erfindung be- 55 Ausführungsbeispicles der Erfindung, bei dem bei der

faßt sich dagegen mit der Herstellung von vergäng- Herstellung und Rekonstruktion eines vergänglichen

liehen, also nur relativ kurze Zeit beständigen Holo- Hologrammes eines Objektes Strahlungsbündcl ver

grammen, die gleichzeitig aufgezeichnet und schiedener Wellenlänge verwendet werden, und

wiedergegeben werden können. F i g. 3 eine schematische Darstellung eines dritten

Die Herstellung vergänglicher Hologramme, die 60 Ausführungsbcispieles der Erfindung, bei dem ein

gleichzeitig erzeugt und rekonstruiert werden können, Bezugsbündel aus Strahlung einer ersten Wellenlänge

hat viele Vorteile. Erstens kann das Hologramm zur und ein Objekt- sowie WiedergabebUndet einer oder

gleichen Zeit wie es hergestellt wird auch betrachtet mehrerer anderer Wellenlängen verwendet werden,

werden, und man kann dabei dann das Originalobjekt Die in Fig. 1 dargestellte Einrichtung enthält eine

bewegen oder auf andere Weise nach Wunsch ent- 65 Lichtquelle 100, z. B. einen Laser, der räumlich

sprechend der bei der Betrachtung gewonnenen In- kohärentes Licht bestimmter Frequenz liefert. Das

formation manipulieren. Zweitens kann bei Verwcn* vom Laser 100 emittierte LichtbUndel 102 wird durch

dung von Schwingungen, deren Wellenlänge größer einen teildurchlässigen Spiegel 107 in zwei Teilbündel

1 772 Ol I

|04. ΙΙ)(> aufgeteilt, lias erste i'eilbündel 104 wird Intensität ändert sich also in der Pnwis von funkt durch Linsen 110, 112 in ein Bezugsbündel 108 grü- zu Punkt, wobei sich ein Intel (erenzmuster ergibt, |lild Querschnitts umgewandelt. Aus dem zweiten das die im Objektbiindel 124 einhaltene Inlormatinn Tcilluindel 106 wird nach Reflexion 114 durch einen über das Ohjekl 122 einhält. Da das Medium I2& ρκιμΓκΙιΜ vollständig reflektierenden Spiegel 114 5 nichtlincar ist, manifestiert sieh das Inierierenzimisiei dmL-Ii Linsen 118, 120 ein Bündel 116 größeren im Medium 126, so daß das durchgelas.->ene Licht (jiKTscIinius erzeugt. gestreut wird und zwei gestreute Bündel 128, 130

Mit dem Bündel 116 wird ein Objekt 122 unter auftreten.

l.i/cugung eines Objektbündels S24 belichtet. Das Wie dargestellt, konvergiert das gestreute Bündel

Objekt 122 kann das auffallende Licht streuen, io 128 in einem reellen Bild 132, das jeweils auyenn-fiektieren und/oder durchlassen, blicklich in einer zur Lage des Objektes 122 konju-

Im Weg des Bezugsbündels 108 ist ein Medium 126 gierten Lage erscheint. Das gestreute Bündel 130 angeordnet, dessen Durchlässigkeit eine nichtlineare divergiert dagegen, und seine Strahlen gehen von Funktion der Intensität der einfallenden Strahlung einem virtuellen Bild aus, dessen Lage mit der des ist. Mindestens ein Teil des Objeklbündels 124 fällt 15 ursprünglichen Objektes 122 zusammenfällt und das ebenfalls auf das Medium 126. Wie aus Fig. 1 er- gleichzeitig mit der Erzeugung des Hologrammes in sichtlich ist, treffen das Bezugsbündel 108 und das dem nichtlinearen Medium 126 durch das Bezugs-Ohjjktbiindel 124 an den jeweiligen Punkten des bündel 108 und das Informaiionsbündel 124 auftritt. Mediums 126 unter verschiedenen Winkeln in Bezug Das Medium 126 mit nichtlinearer Durchlässigkeit miteinander ein. ao liefert also in der Praxi ein vergängliches HoIn-

Das Medium 126 besteht aus i.inem Material, gramm.

dessen Durchlässigkeit für Strahlung der Wellenlänge Das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel

do vom Laser 100 emittierten Lichtes von der Inten- enthält einen ersten Laser 200, der Strahlung einer bii.ii des durchgelassenen Lichtes abhängt. Unter ersten Frequenz/, Hefen, und einen zweiten Laser »Durchlässigkeit« soll hier das Verhältnis zwischen 35 202, der Strahlung einer zweiten Frequenz j, liefert der Gesamtintensität des auf die verschiedenen Die Frequenzen /, und f., sind verschieden. Punkte der Oberfläche des Mediums 126 fallenden Der Laser 200 liefert" zusammen mit einem leil-

Lichtes und der Intensität des vom Medium 126 tat- durchlässigen Spiegel 202, Linsen 204, 206, ein.ni sächlich durchgelassenen Lichtes verstanden werden. vollständig reflektierenden Spiegel 208, Linsen 210. Die Durchlässigkeit des Mediums 126 ist al« j eine 30 212 und einem Objekt 214 ein Bezugsbündd 216 I unktiun der Absorption, des Brechungsindex und sowie ein Objektbündel 218, die auf die Oberfläche der Reflexion, die von der Intensität der auffallenden eines Mediums 220 mit nichtlinearer Durchlässigkeit Strahlung abhängen. auftreffen, welches dem Medium 126 in Fig. I ent-

Die Begriffe »Realzeit« oder »in jedem Augenblick« spricht, so daß wie bei dem in Fig. 1 dargestellten bedeuten bezüglich der Durchlässigkeit des Materials, 35 Ausführungsbeispiel ein Interferenzmuster entsteht, aus dem das Medium 126 besteht, daß dieses Material Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbei-

eiiie Würze Ansprech- und Abklingdauer bezüglich spiel hat das Medium 220 eine nic!nlineare Durchder durch die einfallende Strahlung verursachten lässigkeit für Strahlung der Frequenz/,, während Änderungen der Durchlässigkeit hat. Ansprech- um! seine Durchlässigkeit für Strahlung der Frequenz /₂ Abklingdauer sollen also insbesondere kurz im Ver- 40 eine wenigstens annähernd lineare Funktion der gleich zu denen von Aufzeichnungsmaterialien sein, Intensität ist. Das Interferenzmuster, welches durch wie sie üblicherweise zur Herstellung vcn HoIo- das Bezugsbündel 226 und das Cbjektbündel 218 der grammen verwendet werden, z. B. photographischen Frequenz/, erzeugt wird, wird dementsprechend Emulsionen, strahlungsempfindlichen Farbstoffen durch die Intensität des Wiedergabebündels 222, das oder thermoplastischen Werkstoffen. Die rasche Ver- 45 durch den Laser 202 und Linsen 224, 226 erzeugt gänglichkeit der nichtlinearen Effekte der hier ver- wird, nicht ernstlich beeinträchtigt, wendeten Mateiialien ist es, die die Erzeugung ver- Das Wiedergabebündel 222 wird jedoch durch das

gänglicher Hologramme ermöglicht. Interferenzmuster beeinflußt, das in jedem Augen

Lin Beispiel eines Mediums mit nichtlincarer blick durch das Bezugsbündel 216 und das Objekt-Durchlässigkeit und kurzer Zeitkonstantc ist ein 5° bündel 218 in dem nichtlinearen Medium 220 erzeugt Glimmcrblatt, das mit Cryptocyanin gefüllt ist, wird. Es entstehen dementsprechend zwei gestreute welches zwischen die Glimmerflocken des Blattes Bündel erster Ordnung auf der vom Laser 212 creingeführt wurde. Andere geeignete Medien sind zeugten Strahlung der Frequenz L₁. Das eine gestreute Selenschichten. Materialien mit ausgeprägten elektro- Bündel 228 konvergiert, wie dargestellt, in einem optischen Effekte·:, wie Nitrjbenzol, Kristalle wie 55 reellen Bild 230 während das andere Bündel 232 von KDP, ADP (Adenosindiphosphorsäure), LiNbO.,, einem v.rtuellen Bild 234 aus divergiert. und Materialien, bei denen in starken Strahlungs- Wenn wie bei F i g. 2 die Frequenz /₂ größer als

feldern große Verschiebungen der Bandlücke auf- die Frequenz /, ist, tritt eine Aufwärtskonversion ein, treten, wie GaAs und SbSJ. Für den vorliegenden während wenn /, kleiner als /, ist, eine Abwärts-Zweck können außerdem Materialien verwendet 60 konversion eintritt. Es findet also eint Frequenzwerden, deren Brechungsindex oder Absorption sich umsetzung zwischen der Erzeugung und der Wiederbei örtlicher Erhitzung durch die einfallende Strah- gäbe des Hologrammes statt, wenn /₂ kleiner als /, ist lung reversibel und mit kurzer Zeitkonstante ändern. und außerdem bekanntlich die Größe des reellen

Die Intensität des auf (tie verschiedenen Punkte Bildes 230 und des virtuellen Bildes 234 größer als des Mediums 126 auffallenden Lichtes hängt von den 65 die des Objektes 214 ist. Wenn man die Intensität jeweiligen Amplituden und den relativen Phasenlagen des Wiedergabcbündels 232 im Vergleich zur Intender an den einzelnen Punkten vom Bezugsbiindel 108 sität des Bündels 218, mit dem das Objekt 214 beurid Objektbünrtel 124 auffallenden Strahlung ab. Die leuchtet wird, verhältnismäßig groß macht, erscheinen

1 772 Ol 1

ti
b
Y
c
ν
Π
ti
C
e:

\v
h.
w
d;
\v
W
al
ze
Bi

ke
W
de

ze i
pu
fat
lid

gle
hat
gle
»ve.
bcv
spr
ion
dur

sowohl das reelle Bild 230 als auch das virtuelle Bild 234 heller als das direkt betrachtete Objekt 214. Die in F i g. 2 dargestellte, mit einem vergänglichen Hologramm arbeitende Einrichtung kann al<;o zur Lichtverstärkung vet wendet werden.

Das in F i g. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält einen Laser 300, der Licht mit der Frequenz/ liefert, und eine Lichtquelle 302, die ein Lichtbündel 304 liefert. Das von der Lichtquelle 302 erzeugte Lichtbündel 304 kann aus monochromatischem Licht bestehen, das eine andere Frequenz in einem die Frequenz / enthaltenden Frequenzband hat oder das eine Anzahl anderer Frequenzen in diesem Frequenzband enthält. Das Licht des Bündels 304 kann mit der vom Laser 300 erzeugten Strahlung synchronisiert sein oder in anderer Weise mit dieser in Beziehung stehen, oder das Licht kann auch unsynchron sein und in keiner Beziehung zu der vom Laser 300 erzeugten Strahlung stehen.

Aus der vom Laser 300 erzeugten Strahlung wird ao durch Linsen 306, 308 ein Lichtbündel 310 erzeugt, das bei der in F i g. 3 dargestellten Einrichtung sowohl als Bezugsbündel als auch als Wiedergabebündel dient. Wie dargestellt, fällt das Bündel 310 unmittelbar nijf pjn Medi'iTi 312 mit nichtlinearer Durch- as lässigkeit. Auf das Medium 312 fallt ferner ein Objektbündel 314, das durch die Beleuchtung des Objektes mittels des Lichtbündels 304 erzeugt wird. ΌνΛ Medium 312 entspricht dem Medium 126 (Fig. 1) und hat nichtlineare Durchlässigkeitseigensclialten für Strahlung in dem Frequenzband, das die Frequenz / und die Frequenz oder Frequenzen im Bündel 304 hält.

Obgleich die Bünde\310 und 314 bei F i g. 3 im wesentlichen nichtkohärent sein können, entsteht auf Grund der Tatsache, daß das Bündel 310 gleichzeitig als Bezugsbündel und Wiedergabebündel verwendet wird, ein vergängliches holographisches Interferenzmuster, das in jedem Augenblick durch die Interferenz de. Objektbündels 314 und des Bündels 310 *o erzeugt und genau wiedergegeben wird, auch wenn sich das Interferenzmuster ununterbrochen ändert und neu gebildet wird. Das divergierende gestreute Bündel 318 und das konvergierende gestreute Bündel 320 werden also in jedem Augenblick ein virtuelles +5 Bild bzw ein reelles Bild des Objektes 316 erzeugen.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur gleichzeitigen Herstellung und Wiedergabe eines vergänglichen Hologramms mittels eines Objekt- und Bc/ugsbündels gekennzeichnet durch einen Hologrammträger (126, 220, 312), der für elektromagnetische Wellen in einem die Strahlung des Objekt- und Bczugsbündcls enthaltenden Wellenlängenbereich eine Durchiaßcharaktcristik hat. die eine nichtlineare Funktion mit kurzer Abklingdaucr der Intensität der auftreffenden elektromagnetischen Schwingungen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch dnc Anordnung (202. 224, 226) zum Erzeugen eines dritten Bündels (222) aus elektromagnetischen Schwingungen, das gleichzeitig mit dem Objekt- und Bezugsbündcl (216. 218) auf das im Hologrammträger (220) erzeugte Intcrfcren/muster fällt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß das Objefci- und Bezugsbündcl (2K), 218) aus Strahlung der gleichen Wellenlänge bestehen und daß das dritte Bündel (222) aus Strahlung besteht, deren Wellenlänge außerhalb des erwähnten WeHenlängenbereiches liegt.

4. Vorrichtung nach Anspruch ?, dadurch gekennzeichnet, daß die Intensität de< dritten Bündels (222) groß im Vergleich zur Intensität dts Objektbündels (218) ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2. 3 oder 4. gekennzeichnet durch zwei Strahlungsquellen (200. 202), insbesondere Laser, von denen die eine sowohl das Objektbünde'l (218) als auch das Bezugsbündel (216) liefert und die zweite das dritte Bündel (222) liefert.

6. Vorrichtung nach Ar.spmch 2, 3, 4 oder 5. dadurch gekennzeichnet, daß die Intensität des Bezugsbündcls (108, 216) groß im Vergleich zur Intensität des Objektbündels (116. 218) ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei Strahlungsquellen (300, 302), von denen die eine (300) das monochromatische Bezugsbündel (310) und die zweite (302) ein sowohl als Objektbündel als auch als Wiedergabebündel dienendes Strahlungsbündel (314) liefert.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7. dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Strahlungsquelle (302) elektromagnetische Schwingungen mit einei Anzahl verschiedener Wellenlängen, die in derr erwähnten Bereich liegen, emittiert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

2164