DE1797574B2 - Verfahren zur herstellung eines volumenhologramms - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Volumenhologramms, das als optisches Element Bildinformation aus wenigstens einer Tiefenschicht des Raums optisch abbildet, wobei zur Hologrammaufnahme in der Aufzeichnungsschicht das kohärente Licht zweier Punktlichtquellen zur Interferenz gebracht wird. Solche Volumenhologramme sind durch die Literaturstelle »journal Optical Society of America« 57 (1967), S. 562 bekannt.

Zur Übertragung und Darstellung räumlicher Bildinformationen kann von der Überlegung ausgegangen werden, daß sich der dem Betrachter eines räumlichen Objekts anbietende Gesamteindruck nicht nur, wie beim zweidimensionalen flächenhaften Kino oder Fernsehen, in einer einzigen Bildebene betrachten läßt, sondern daß auch eine Information über die räumliche Tiefe vorliegt, die sich sozusagen durch Quantisieren in bestimmte Tiefenbereiche als zusätzliche Information verwerten läßt. Zu diesem Zweck ist es erforderlich, den Objektraum tiefenmäßig entsprechend in einzelne Schichten endlicher räumlicher Tiefe aufzuteilen, diese einzelnen Schichten hinsichtlich ihres Informationsgehaltes zur Übertragung einzeln zu erfassen und empfangsseitig in der richtigen räumlichen Zuordnung wiederum darzustellen.

Der technische Aufwand für Übertragung und Darstellung räumlicher Bildinformationen auf diesem Wege läßt sich erheblich reduzieren, wenn für die Erfassung der einzelnen Schichten endlicher räumlicher Tiefe holografische Mittel angewendet werden, d.h. Volumenhologramme, denen eine solche Schicht endlicher räumlicher Tiefe zugehörig ist

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weg zur Herstellung eines Hologramms aufzuzeigen, das die Eigenschaft hat, die gesamte Bildinformation aus einer

ίο räumlichen Tiefenschicht selektiv in einen vorgebbaren Teilbereich einer bestimmten Fläche abzubilden und umgekehrt

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß in jeweils zwischen den Belichtungen

erfolgenden Schritten die erste Punktlichtquelle über einen gesamten vorgegebenen Teilbereich einer Fläche und die zweite Punktlichtquelle gleichzeitig über die gesamte flächenhafte Ausdehnung der dieser Flache zuzuordnenden Tiefenschicht des Raums bewegt wird,

*> so daß das auf diese Weise erzeugte Volumenhologramm die Eigenschaft erhält Bildinformation aus der räumlichen Tiefenschicht selektiv in den bei der Aufnahme vorgegebenen Teilbereich der Fläche abzubilden und umgekehrt

In Weiterbildung des Verfahrens nach der Erfindung läßt sich zur gleichzeitigen Erfassung Jes in der Tiefe in einzelne Schichten unterteilten Objektraumes auch ein Summen-Volumenhologramm dadurch herstellen, daß die Summe der Volumenhologramme, die sämtliche Tiefenschichten des vorgegebenen Bildraumes und damit auch sämtliche Teilbereiche der Fläche erfassen, in ein und derselben holografischen Schicht (Summenvolumenhologramm) gespeichert werden.

Für die Aufnahme eines solchen Volumen bzw. Summen-Volumenhologramms ist es zweckmäßig, daß die Bewegung der einzelnen Lichtquellen jeweils nach Art der Fernsehbildabtastung punkt- und zeilenweise erfolgt.

An Hand der Figuren der Zeichnung soll im folgenden die Erfindung näher erläutert werden und hierbei zum besseren Verständnis zunächst auf einige Grundlagen der Holografie eingegangen werden.

Wird, wie in F i g. 1 schematich dargestellt, mit monochromatischem Licht das von einer punktförmigen Lichtquelle, beispielsweise einem Laser 3 ausgeht £in Objekt 1 angestrahlt so können auf einer Bildwand 2 die am Objekt reflektierten Wellenanteile — gestrichelt gezeichnet — aufgenommen werden. Überlagert man diesen reflektierten Wellenanteilen beispielsweise mit-

5« tels eines teildurchlässigen Spiegels 4 einen unmittelbar von der Lichtquelle abgeleiteten Wellenanteil strichpunktiert gezeichnet —,so sind auf der Bildwand 2 Interferenzbilder nachweisbar, die auf der kohärenten Überlagerung dieser beiden Wellenanteile beruhen.

Nimmt man als Bildwand eine fotografische Schicht von im Idealfall gegenüber der Wellenlänge des Laserlichts vernachlässigbar geringer Dicke, so kann dieses Interferenzbild als Flächenhologramm nach Entwicklung und Fixierung der fotografischen Schicht unmittelbar sichtbar gemacht werden. Wird ein solches Flächenhologramm zur Wiedergabe vorgesehen, so wird eine monochromatische Lichtquelle gleicher Wellenlänge wie bei der Aufnahme benötigt. Mit dem von dieser Lichtquelle abgegebenen Licht wird das Hologramm durchstrahlt, und zwar in der gleichen Richtung wie von dem bei der Aufnahme verwendeten — in der F i g. 1 strichpunktiert gezeichneten — Bezugslicht. An dem Interferenzbild erfährt das

λ rrhtretende licht eine derartige Beugung, daß für den jTdurchtretende Ucht Betrachtenden ein Raumbild-• druck entsteht, der dem des Objektraums gleicht mmt Dadurch, daß der Betrachter weitgehend stamlich ungebunden ist, wird sogar der Eindruck s halten als könne der Betrachter wenigstens teilweise Üreh Veränderung seines Betrachtungsortes etwas in Aon Raum hinter dem betrachteten Objekt sehen Wird die Dicke d der holografischen Schicht «entlieh größer gewählt als die Wellenlänge λ des zur Aufnahme verwendeten Lichts, dann entsteht ein «,Benanntes Volumenhologramm. Dieses Volumenhowramm hat die Eigenschaft, daß bei wie in Fig.2 needeuteter Beleuchtung der holografischen Schicht inerseits vom Punkt Paus und andererseits nach Punkt ^konvergierend bei Verwendung monochromatischen kohärenten Lichts ein ganz bestimmtes über das Volumen der Schicht verteiltes Interfei^nzbild entsteht. nie Punkte P und P'können auf der gleichen oder auf verschiedenen Seiten der holografischen Schicht liegen. » Konvergiert das Licht der einen Strahlung in P', so «•hält man bei der Wiedergabe einen reellen Bildpunkt. Geht das entsprechende Licht von P'aus (Umkehrung Her gezeichneten Lichtausbreitungsrichtung), so erhält men bei der Wiedergabe einen virtuellen Bildpunkt. der allerdings in bekannter Weise, z.B. mittels e.ner sämmeiiinse _{in e}inen reellen Bildpunkt transformiert werden kann. Wird ein nach Fig. 2 aufgenommenes Volumenhologramm beispielsweise nur vom Punkt P Is ^monochromatischem Licht gleicher Wellenlän- 3»

wie bei der Aufnahme beleuchtet - Erfüllung der

bekannten Braggschen Reflexionsbedingung -,so

erscheint im Punkt P'ein leuchtender Punkt, wenn eine

Bildwand mit diesem Punkt P' zur Deckung gebracht

wird Bei jeder von einem anderen Punkt ausgehenden

Beleuchtung tritt kein derartiger leuchtender Punkt auf.

Für ein derartiges Volumenhologramm ist es nun im

Hinblick auf die Erfindung von Bedeutung, daß bei

einem zweiten Aufnahmevorgang, wie in Fig.3

angedeutet, nicht nur ein Punkt Pin solch eindeutiger

Weise einem Punkt P' zugeordnet werden kann,

sondern daß in demselben Volumenhologramm eine

lanze Folge Pl bis Pn von Einzelpunkten, die

SispielsweL in einer ebenen Fläche liegen einer

entsprechenden Folge von Lichtpumcten Pl bis Pn

eSutig zugeordnet werden kann. Wesentlich is

hierbei weiterhin, daß P1 bis Pn ebenso wie P1'bis Pn'

an sich auf beliebigen Flächen Fund F'hegen können,

beispielsweise auf Kugelflächen oder sonstigen außer-

hSriner Ebene gelegenen Flächen. Weiterhin ,st auch

wesentlich, daß dieses Volumenhologramm wie eine Art

Transformationsglied wirkt, d. h. beispielsweise können

Pl bis Pn auf einer Kugelfläche liegen, wahrend Pl bis

Pri in einer anders geformten Fläche, wie e.ner Ebene gramm erzeugt werden, bei dem, wie aus der F g.5 erkennbar, einzelnen, hier beispielsweise parallel zueinander verlaufenden räumlichen Tiefenschichten tK jeweils in einer F'-Ebene ein zwe.dutiens.onaler Flächenbereich Fk zugeordnet wird, in der Weise, daB jedem Punkt Pk/in Fi in dem Flächenbild der F-Ebene ein ganz bestimmter Punkt ΡΊά zugeordnet ist Die Flächenbilder in der F'-Ebene können "™^*^Γ aneinander anschließen oder auch nut «»as Zwschenraum. Die räumliche Trennung der Flachenbilde :rk in der F'-Ebene ist sinnvoll, um diese Flächenbilder bei der Wiedergabe besser aufschlüsseln zu können.

B «fauch möglich, die Flächenbilder Fk au e.nanderzuschreiben und jedes der Flächenbilder in der F'-Ebene mit einer für das einzelne Flächenbild charakteristischen Kennung zu versehen. In diesem1 hall sind die Flächenbilder auf Grund dieser Kennung fur eine Wiedergabe wieder aufschlüsselbar. Eine: sokhe Kennung könnte beispielsweise dadurch erreicht werden daß bei der Aufnahme der räumlichen iiefenschich. Fk das von der monochromatisehen kohärenten Lichtquelle abgegebene Licht mU einer ganz bestimmten, relativ hoch gelegenen Frequenz getastet wird, und die Tastfrequenz fur jede raunü'che Schient Fk anders gewählt wird. Dann kann be de Wiedergabe über das Kriterium der Tastfrequenz jedes Flächenbild aus dem Gesamtbild gesondert herausgehoben werden, beispielsweise durch einen m.,der Tastfrequenz synchron betätigten elektronischen Schal ter für jedes Flächenbild.

Als monochromatische ^härente Lichtquellen empfehlen sich nach dem derzeitigen Stand der Techmk zumindest für die Herstellung der Summen-Volumenho logramme Laser. Be, ihrer Anwendung; .1« Einrichtung zur Aufnahme, Übertragung und Darstel fung von "fumhchen Bildern als optische Transformatoren auf der Sende- und der Empfangsseite dieser Einrieb ung können dann übliche Lichtquellen, denen g g benen^gfa.ls entsprechende Farbfilter »geo«^ find, verwendet werden. Da auf der Sende- und der Empfangsseite identische Volumen- bzw. un^J lumenhologramme erforderlich sind »st «zweckmäßig, diese identischen Hologramme dadurch zu P™"™ daß zunächst ein Volumen- oder Summen-Volumenho fogramm hergestellt wird, und daß dieses Ho^ramm nach einem Hologrammkopierverfahren vervielfältigt wW. _DTe Verwendung von nicht exakt monochromauschem Licht hat lediglich zur Fo ge, daß, wenn nur das Summen-Volumenhologramm mit exakt mon«J™m tischem Licht aufgenommen ist, der einzelne ™dP^u"k in einen relativ kleinen räumlichen Büdbere.ch autge

läßt sich dadurch nochs«,gern, daß die

egen.

In F i g. 4 ist beispielsweise der Extremfall gezeigt, bei dem zwei Bildpunkte PJt 1 und Pk 2 auf einem Lot zur Hologrammfläche liegen, während PkV und PkI' auf

einer zum Hologramm geneigt verlaufenden Fläche

angeordnet sind. Das VolumenhologrEimm hat also die 60 Hologramm Eigenschaft, daß eine ungestörte Superposition von an also aufnah sich beliebig vielen einzelnen Volumenhologrammen möglich ist, ohne daß die eindeutige Zuordnung jeweils zwischen P und P' verlorengeht. Dieser Sachverhalt wird bei der Erfindung zur Herstellung des gewünschten Volumenhologramms ausgenutzt. Nach dem gleichen Prinzip kann durch Superposition von einzelnen Volumenhologrammen ein Summen-Volumenholo-

läßt sich gemäß der Erfindung auch mittels in der Farbe zueinander komplementärer monochromatischer Lichtquellen (z. B. rotes, grünes, blaues Licht) herstellen. Die Herstellung eines Farben-Summen-Volumenhologramms ist deshalb möglich, weil das Hologramm farbselektiv ist und somit eine Superposition auch hinsichtlich der Farbe erlaubt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines Volumenhologramms, das als optisches Element Bildinformation aus wenigstens einer Tiefenschicht des Raums optisch abbildet, wobei zur Hologrammaufnahme in der Aufzeichnungsschicht das kohärente Licht zweier Punktlichtquellen zur Interferenz gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß in jeweils zwischen den Belichtungen erfolgenden Schritten die erste Punktlichtquelle über einen gesamten vorgegebenen Teilbereich einer Fläche und die zweite Punktlichtquelle gleichzeitig über die gesamte flächenhafte Ausdehnung dei dieser Fläche zuzuordnenden Tiefenschicht des Raums bewegt wird, so daß das auf diese Weise erzeugte Volumenhologramm die Eigenschaft erhält, Bildinformation aus der räumlichen Tiefenschicht selektiv in den bei der Aufnahme vorgegebenen Teilbereich der Fläche abzubilden und umgekehrt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der Volumenhologramme, die sämtliche Tiefenschichten des vorgegebenen Bildraumes und damit auch sämtliche Teilbereiche der Fläche erfassen, in ein und derselben holografischen Schicht (Summenvolumenhologramm) gespeichert werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Belegung der einzelnen Lichtquellen jeweils nach Art der Fernsehbildabtastung punkt- und zeilenweise erfolgt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß von dem erzeugten Volumen- bzw. Summenvolumenhologramm nach einem Hologrammkopierverfahren weitere Hologramme hergestellt werden.