DE1797473C3

DE1797473C3 - Verfahren zur Herstellung einer Hologranunkopie

Info

Publication number: DE1797473C3
Application number: DE19661797473
Authority: DE
Inventors: Kenneth A. Hockessin Del. Haines; Bernard P. Hildebrand; Emmet Norman Plymouth Leith; Robert L. Powell; Karl A. West Acton Mass. Stetson; Juris Upatnieks
Original assignee: Battelle Development Corp
Current assignee: Battelle Development Corp
Priority date: 1964-04-23
Filing date: 1966-10-22
Publication date: 1979-09-20
Also published as: DE1797475A1; DE1797476A1; DE1797477A1; DE1797478A1; DE1797474A1; DE1797473A1; DE1797473B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Hologrammkopie ausgehend von einem ersten außeraxialen Hologramm.

Außer der Rekonstruktion von Hologrammen wird bereits in dem Aufsatz auf Seiten 1377 bis 1381 der Zeitschrift »Journal of the Optical Society of America«, Vol. 53, Nr. 12, vom Dezember 1963 nicht nur die Herstellung von außeraxialen Originalhologrammen und deren Rekonstruktion beschrieben, sondern es wird auch auf Seite 1380, rechte Spalte, vierter Absatz, auf die Möglichkeit der Reproduktion von (nicht rekonstruierten) Hologrammen durch Kontaktkopieren hingewiesen.

Es hat sich nun gezeigt, daß die Reproduktion oder das Kopieren der außeraxialen Hologramme sehr schwierig ist, da diese oft räumliche Frequenzen im Bereich von 300 bis 1000 Linien/mm enthalten. Eine optische Abbildung des außeraxialen Hologramms läßt sich somit nicht durchführen, da eine gewöhnliche Linse nur auf Frequenzen im Bereich von 100 bis 300 Linien/mm anspricht.

Bei dem aus der angegebenen Veröffentlichung bekannten Kontaktkopieren enthält man nur eine an Qualität dem Original nachstehende Kopie. Interessant in diesem Zusammenhang erscheint, daß das in bisheriger Weise rekonstruierte Bild ein positives Bild ist, d. h. es hat das gleiche Vorzeichen wie der Originalgegenstand. Wenn eine Kontaktkopie des Hologramms hergestellt wird, so daß ein Negativ des ursprünglichen Hologramms entsteht, dann wird von diesem negativen Hologramm ebenfalls ein positives Bild rekonstruiert. Jedoch gehen gewisse Merkmale des außeraxialen Hologramms bei der Wiederherstellung eines solchen Hologramms im Kontaktkopierverfahren verloren.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, durch das naturgetreue Kopien eines Original- oder Ausgangshologramms erzeugt werden, die in ihrer Qualität der des Orinigalhologramms im wesentlichen gleichwertig sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das erste außeraxiale Hologramm mit einem ersten Strahlenbündel aus kohärentem Licht beleuchtet wird, daß in einem der hieraus entstehenden Strahlenbündel erster Ordnung im Abstand vom ersten Hologramm ein Detektor angeordnet wird, und daß gleichzeitig ein zweites Strahlenbündel, dessen Licht zu dem des ersten Strahlenbündels kohärent ist, am ersten Hologramm vorbei unter einem anderen Winkel auf den Detektor gerichtet wird.

Besondere Ausbildungen der Erfindung bestehen darin, daß der das virtuelle Bild tragende Beugungsstrahl erster Ordnung auf den Detektor gerichtet wird, daß die Ebene des ersten Hologramms auf die Detektoroberfläche abgebildet wird, und daß der Detektor in einen Abstand gelegt wird, der dazu ausreicht, daß das von dem Strahlenbündel erster Ordnung getragene Bild durch das außeraxiale Hologramm fokussiert wird.

Die Merkmale und Vorteile der Erfindung werden im Zusammenhang mit der nachstehenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und deren Darstellung in den Zeichnungen erläutert. In den Zeichnungen sind

F i g. 1 ein Diagramm eines Verfahrens zur Erzeugung einer Hologrammkopie ausgehend von einem ersten außeraxialen Hologramm,

F i g. 2 ein Diagramm eines anderen Verfahrens zur Erzeugung einer Hologrammkopie ausgehend von einem außeraxialen Hologramm, und

F i g. 3 ein Diagramm einer weiteren Ausbildung der Erfindung.

Bei der in Fig. 1 veranschaulichten ,Ausbildung der Erfindung wird das erste Original- oder Ausgangshologramm in ein einfallendes, von einer kohärenten Lichtquelle 21 herrührendes Lichtstrahlbündel 23' eingebracht. Ein Strahlenbündel erster Ordnung wird mittels zweier Linsen 38 und 40 auf einen Detektor 33" fokussiert, d. h. die Oberfläche des ersten außeraxialen Hologramms wird auf den Detektor 33" fokussiert. Die Linsen 38 und 40 haben einander gleiche Brennweiten und werden in einem Abstand voneinander angeordnet, der das Doppelte der Brennweite einer der Linsen beträgt. Ein Nadelloch 41 kann an dem zwischen den beiden Linsen befindlichen Brennpunkt in einer Blende angebracht werden, um die von der Linse 38 herrührende Aberrationswirkung herabzusetzen. Ferner wird ein von der kohärenten Lichtquelle 21 herrührendes Strahlenbündel mittels Spiegeln 26 und 28 auf den Detektor 33" gerichtet. Durch dieses Verfahren wird die Trägerfrequenz zunächst ausgesondert und dann in der Ebene des zweiten außeraxialen Hologramms wieder eingeführt.

Das erste außeraxiale Hologramm trägt eine Information, die in der Form des Ausdrucks

<r t

■"'

U₁₁(IC

aufgezeichnet ist.

In diesem Ausdruck sind: a der Amplitudenmodul und Φ die Phase des auftreffenden Lichtes; a, der Amplitudenmodul des Bezugsstrahlenbündels; (x,y) eine

Funktion von .ν und y;m die Winkelgeschwindigkeit in Radian pro Sekunde; und

der Ausdruck für den Träger der gewünschten Information.

Der Ausdruck hat oft eine so niedrige räumliche Frequenz, daß er durch Linsen abgebildet werden kann, wie dies in F i g. 1 uargestellt ist. Die anderen Ausdrücke der Gleichung werden durch räumliches Filtern ausgesondert. Das reproduzierte außeraxiale Hologramm 33", d. h. das zweite außeraxiale Hologramm, kann eine unterschiedliche Trägerfrequenz besitzen und gewünschtenfalls auch dadurch vergrößert werden, daß man von den Linsen 38 und 40 abweichende Linsen verwendet. Das zweite außeraxiale Hologramm entspricht dem Ausdruck

tf + ιι,ιι c'l*"'-y^] -

i-■■,*]

und besitzt daher die gleiche Information wie das erste außeraxiale Hologramm; (die hochgestellten Striche bei ν und y beziehen sich auf die Koordinaten des zweiten außeraxialen Hologramms).

Bei dem in Fig. 2 veranschaulichten Verfahren werden keine Linsen verwendet. Ein außeraxiales Originalhologramm 33' wird in das einfallende Bündel von Licht 23 einer kohärenten Lichtquelle 21 eingebracht, und ein Detektor 33" wird in eines der beiden rekonstruierten Seitenbänder eingebracht. Ein Teil des einfallenden Strahlenbündels 23 dient als Bezugsstrahlenbündel 31 und erzeugt ein zweites außeraxiales Hologramm auf dem Detektor 33". Das ausgehend von dem ersten außeraxialen Hologramm aufgezeichnete virtuelle Bild vermittelt dem Betrachter für gewöhnlich den Eindruck, daß er ein Objekt durch zwei Fensterscheiben hindurch betrachtet, von denen die eine die Größe des ersten außeraxialen Hologramms und die andere die Größe des zweiten außeraxialen Hologramms hat. Der Vorteil des in F i g. 2 dargestellten Verfahrens liegt darin, daß es sehr einfach ist und daß der Gehalt des Originals an räumlichen Frequenzen nicht durch eine Linsenöffnung beschränkt wird.

Bei dem in F i g. 3 veranschaulichten Verfahren wird das originale außeraxiale Hologramm 33' mit einem Bündel (23) aus kohärentem Licht beleuchtet und der Detektor 33" so angeordnet, daß er ein durch das Originalhologramm 33' gebeugtes Strahlenbündel erster Ordnung empfängt. Der Detektor 33" liegt in einem solchen Abstand, daß das vom Strahlenbündel erster Ordnung getragene Bild 35 durch das Hologramm 31 auf den Detektor 33" fokussiert wird. Ein zweites Strahlenbündel 31 aus kohärentem Licht wird auf den Detektor 33" gerichtet, wobei das erste und das zweite Strahlenbündel 23 bzw 30 zueinander kohärent sind.

Zum Abschluß noch einige allgemeine Feststellungen:

Der Einfachheit halber ist vorangehend und in den Patentansprüchen meistens der Ausdruck »Licht« verwendet worden, obgleich vielfach sowohl sichtbare als auch unsichtbare Strahlungen für das erfindungsgemäße Verfahren anwendbar sind. Jede Strahlung, die von einer Detektorvorrichtung aufgefangen und festgehalten werden kann, ist für das erfindungsgemäße Verfahren geeignet. Die verwendbaren photographischen Schichten, Emulsionen oder Platten sind beispielsweise empfindlich für Infrarot-, Ultraviolett-, Röntgen- und Gammastrahlen. Für das erfindungsgemäße Verfahren sind daher viele Arten von Strahlungen anwendbar. Bei Verwendung von photographischen Platten als Detektorvorrichtung ist es möglich, die Bilder mit Strahlen herzustellen, deren Wellenlängen zwischen 10-" und 10-' cm betragen, während das sichtbare Spektrum nur die Wellenlängen im Bereich zwischen 4 χ 10~⁵ cm (äußerstes Violett) und 7,2 χ 10-⁵cm (Tiefrot) umfaßt. Für d^. erfindungsgemäße Verfahren kann, da keine Linsen uc.iu^:igi werden, eine Strahlung verwendet werden, die von gewöhnli chen Linsen nicht gebrochen werden könnte; dadurch lassen sich Bilder erzeugen, deren Herstellung bisher unmöglich war, wie z. B. Vergrößerungen von Schattenbildern, die mit Röntgenstrahlen einer kohärenten Strahlenquelle erzeugt wurden.

Als Quelle für kohärentes Licht bevorzugt, das von einem Laser erzeugt wird, und als Detektc;^-vorrichtung dient vorzugsweise eine photographische Schicht oder Platte. Zur Zeit zur Verfügung stehende Laser erzeugen kein »absolut« kohärentes Licht, sondern Licht, das über eine Entfernung kohärent ist, die für uie Zwecke der nachstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren und Vorrichtungen genügend groß ist. Somit bezieht sich nachstehend der Ausdruck »kohärent« auf Licht, das ungefähr die Kohärenz von Laserlicht hat.

Ferner können für die Durchführung der Erfindung Detektorvorrichtungen verwendet werden, die iuf die gleichen Strahlungen ansprechen wie bei einem beliebigen photographischen Verfahren, so daß auch Bilder mit Strahlenarten hergestellt werden können, die außerhalb des sichtbaren Spektrums liegen.

Es ist auch hervorzuheben, daß das das Objekt beleuchtende Strahlenbündel und das Bezugsstrahlenbündel, wie sie in Zusammenhang mit den verschiedenen erfindungsgemäßen Verfahren und Vorrichtungen benutzt werden, nicht notwendig von einem einzelnen oder einzigen Laser auszugehen braucht, denn die derzeit zur Verfugung stehende Technik umfaßt auch die Möglichkeit, zwei Laser in Phase miteinander zu verketten, derart, daß jeweils das Licht eines der gesondc".e:i Laser ein Strahlenbündel erzeug; und diese beiden Strahlenbündel zueinander kohärent sind.

llicr/u 1 Blatt Zci

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung einer Hologrammkopie ausgehend von einem ersten außeraxialen Hologramm, dadurch gekennzeichnet, daß das erste außeraxiale Hologramm (33') mit einem ersten Strahlenbündel aus kohärentem Licht (23' oder 23) beleuchtet wird, daß in einem der hieraus entstehenden Strahlenbündel erster Ordnung im Abstand vom ersten Hologramm (33') ein Detektor (33") angeordnet wird, und daß gleichzeitig ein zweites Strahlenbündel (31), dessen Licht zu dem des ersten Strahlenbündels (23' oder 23) kohärent ist, am ersten Hologramm vorbei unter einem anderen Winkel auf den Detektor gerichtet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der das virtuelle Bild tragende Beugungsstrahi orster Ordnung auf den Detektor (33") gerichtet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ebene des ersten Hologramms auf die Detektorebene abgebildet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (33") in einen Abstand gelegt wird, der dazu ausreicht, daß das von dem Strahlenbündel erster Ordnung getragene Bild (35) durch das außeraxiale Hologramm (33') fokussiert wird.