DE1931299B2 - Verfahren zum herstellen eines hologramms - Google Patents

Description

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein« holographische Aufzeichnung von mit inkohärenten Licht beleuchteten Objekten mit herkömmlichei photographischen Mitteln der Optik bzw. des Film« mit verbesserter Bildschärfe zu ermöglichen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einem Verfahren der eingangs genannten Art vorgeschlagen, daß die einzelnen Aufzeichnungen des inkohärent beleuchteten Objektes mit einem bei photographischen Kameras üblichen einstellbaren Linsensystem aus einer Vielzahl von Blickwinkeln nacheinander erzeugt und dann auf getrennte Abschnitte des Hologrammträgers übertragen werden.

Die insgesamt gewonnene Aufzeichnung wird also mit kohärentem Licht beleuchtet und in Form eines Hologramms auf eine photographische Platte geworfen, das in eine Vielzahl von Elementen unterteil, ivt, deren Anzahl gleich der Anzahl der nebeneinanderliegenden photographischen Aufzeichnungen ist. Wird dieses Hologramm dann mit kohärentem Licht beleuchtet, so erhält man ein Stereo-Bild des aufgenommenen Objektes.

Durch die Erfindung ist es möglich, mit Hilfe der Holographie Bilder mit Stereoeffekt zu erzeugen, die eine sehr gute Bildschärfe haben und bei denen die Veränderung der Parallaxe oder Perspektive bei Änderungen des Blickwinkels praktisch ebenso wie in der Natur ist. Auch ist es durch die Erfindung möglich, farbige Bilder mit Stereoeffekt und ausreichender Farbtreue bei Verwendung von üblichen Rollfilmen als Zwischenwiedergabematerial herzustellen. Man braucht für die Herstellung der Bilder mit Stereoeffekt nur eine verhältnismäßig kleine Anzahl von einzelnen Aufzeichnungen aus verschiedenen Blickpunkten auf eine holographische Platte aufzubringen, um die gewünschten Bilder mit Stereoeffekt zu erhalten. Auch ist es durch die Erfindung möglich, übertrieben große oder verkleinerte Reliefeffekte beim Stereo-Bild zu erzielen, was man dadurch erreicht, daß man den Abstand von auf eine holographische Platte aufgenommenen Bildern gegenüber dem Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Aufnahmestellungen der Kamera ändert. Schließlich ist es durch die Erfindung auch möglich, eine Stereowiedergabe eines imaginären mathematisch ableitbaren Objektes mit guter Qualität zu erzielen.

Weiterhin wird zur Lösung der gestellten Aufgabe ein Verfahren vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß mit einer Vielzahl von photographischen Linsen, die dicht nebeneinander in einer Ebene angeordnet sind und alle dieselbe Brennweite besitzen, die einzelnen Aufzeichnungen des inkohärent beleuchteten Objektivs während des gleichen Zeitintervalles erzeugt werden, daß verschiedene Teile einer Aufzeichnung jedoch zeitlich nacheinander erzeugt werden, wobei in der Brennebene der Linsen eine Blende mit einer Vielzahl von öffnungen parallel zur Ebene, in der die Linsen angeordnet sind, bewegt wird, wobei eine Vielzahl von Bälgen zwischen dem Linsenträger und der Blende angeordnet ist, die eine optische Isolation zwischen

nebeneinanderlip.PP.nHrn T .iHitnfiiHpn vnn Hpn f"in7f»l_

nen Linsen zu den ihnen zugeordneten reellen Bildern des Objekts und den entsprechenden im Vergleich dazu kleineren öffnungen bilden und eine Relativbewegung zwischen dem Linsenträger und der Blende ermöglichen, daß das lichtempfindliche Material über eine Vielzahl von Führungselementen in einer mäanderartigen Bewegungsbahn hinter den Blendenöffnungen vorbeigeführt wird, wobei ein Antrieb das lichtempfindliche photographische Material entlang seiner Bahn während einer Bewegung der Blende vorbewegt, wodurch dieses Material einzelne voneinander getrennte Aufzeichnungen aufnimmt, deren Breite größer als der Abstand zwischen benachbarten Linsen ist, und daß die Aufzeichnungen dann auf getrennte Abschnitte des Hologrammträgers übertragen werden.

Der Erfindungsgegenstand wird in der Zeichnung an Hand eines Ausführungsbeispiels erläutert, und zwar zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung des ersten Schrittes des Verfahrens gemäß der Erfindung zum Aufnehmen einzelner Photographien nacheinander von verschiedenen Blickpunkten,

F i g. 2 eine schematische Darstellung des zweiten Verfahrensschrittes, bei dem ein Hologramm gebildet wird,

F i g. 3 eine schematische Darstellung des Hologramms mit seinen einzelnen Elementen,

F i g. 4 eine schematische Darstellung eines Verfahrens, bei dem das Bild rekonstruiert wird,

F i g. 5 und 6 Darstellungen zum Erläutern der Parallaxe, die durch Verschieben des Blickpunktes hervorgerufen wird,

F i g. 7 eine andere Anordnung der Elemente des Hologramms,

F i g. 8 eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform zum Durchführen des zweiten Verfahrensschrittes gemäß der Erfindung,

F i g. 9 eine schematische Darstellung der optischen Relation zwischen der Schlitzlänge und der Begrenzung des effektiven Bildfeldwinkels auf Grund von Abschattung bzw. Abdeckung,

F i g. 10 ein weiteres Hologramm mit wiederum anders angeordneten Hologrammelementen,

Fig. 10a eine Seitenansicht der Anordnung aus Fig. 10,

Fig. 11 eine schematische Darstellung der photographischen Kamera, die zum Durchführen eines weiteren Verfahrens gemäß der Erfindung verwendet werden kann,

Fig. 12 eine schematische Ansicht einer allgemeinen Darstellung der Räume für das Objekt und das Bild, wobei schematisch die Berechnung eines Computers gezeigt ist und

F i g. 13 eine ähnliche Ansicht wie in F i g. 12, wobei jedoch eine unterschiedliche räumliche Relation zwischen den Objekten und den Projektionszentren vorgesehen ist.

An Hand der Fig. 1 bis 4 wird zunächst das grundlegende Verfahren zum Herstellen von Stereo- Bildern beschrieben. In F i g. 1 erkennt man eine photographische Kamera 1, in der sich ein über zwei Rollen oder Spulen laufender photographischer Film 2 befindet, der durch ein Linsensystem 3 der Kamera nach einem Bild belichtet werden kann, dessen Perspektivenzentrum sich in der Eingangsöffnung P, des Linsensystems befindet. Diese Eingangsöffnung stellt das Projektionszentrum dar.

Die Kamera 1 wird seitlich in Pfeilrichtung schrittweise jeweils um eine Strecke d verschoben, und es werden in den aufeinanderfolgenden Kamerastellungen photographische Bilder eines nicht dargestellten, mit inkohärentem Licht beleuchteten Objektes aufgenommen. Die Hauptpunkte bzw. Zentren des Linsensystems 3 der Kamera 1 sind in den aufeinanderfolgenden Stellungen mit P₂, P₃, P₄ bis P_n bezeichnet. Ein ähnlicher Vorgang wird wiederholt,

ίο indem man die Kamera 1 M-mal in vertikaler Richtung, d. h. senkrecht zur Zeichnungsebene, schrittweise bewegt, wobei die in dieser Richtung ausgeführten Schrittbewegungen jeweils ebenfalls gleich der Strecke d sind. Bei jeder Schrittbewegung der Kamera 1 wird der Film 2 um eine einem Bildrahmen bzw. einer Aufnahmegröße entsprechenden Schritt vorbewegt. Somit erhält man N ■ M Rahmen von photographischen Bildern des Objektes, die entwickelt und dann durch die Anordnung gemäß F i g. 2

ao in ein einziges Hologramm übertragen werden.

Gemäß F i g. 2 ist ein Linsensystem 3' mit derselben Brennweite wie das Linsensystem 3 in derselben Entfernung wie der Film 2 vom Linsensystem 3 gemäß Fig. 1 von einem entwickelten Film 2' angeordnet, und der Film 2' wird durch einen Strahl monochromatischen kohärenten Lichts 4 durch einen Kondensator 5 und einen Diffusor 6 bzw. einer Streuplatte beleuchtet. Die Intensität des Lichtstrahlers 4 wird durch das Bild auf dem enwickelten Film 2' moduliert und trifft auf die lichtempfindliche Schicht 7 einer photographischen Platte 8 hohen Auflösungsvermögens durch das Linsensystem 3' und eine Blende 9. Die photographische Platte 8 ist in geeignetem Abstand vom Linsensystem 3' angeordnet, wobei dieser Abstand durch Überlegungen bezüglich der Linsenabschattung und auch durch weiter unten beschriebene Überlegungen bestimmt ist.

Gleichzeitig fällt ein von derselben Lichtquelle ausgehender paralleler Strahl aus kohärentem Licht 4' auf einen Spiegel 10 und wird von demselben auf die lichtempfindliche Schicht 7 der photographischen Platte 8 reflektiert, auf die er unter einem Winkel Θ auftrifft. Der Lichtstrahl 4' dient als Vergleichsstrahl. Wie bekannt, muß die Differenz der Weglänge der beiden Lichtstrahlen 4 und 4' innerhalb einer bestimmten Grenze liegen, die als »Kohärenzlänge« bezeichnet wird. Die Referenz beider Strahlen erzeugt ein Hologrammelement oder eine Beugungsfigur innerhalb einer Fläche, die durch die Öffnung der Blende 9 umrissen ist. Ein derartiges Hologrammelement wird für den Rahmen jedes der einzelnen aufgenommenen photographischen Bilder des Films 2' hergestellt, indem man sowohl den Film 2' als auch die photographische Platte 8 nacheinander schrittweise derart verschiebt, daß die entstehenden Holo grammelemente nebeneinander, wie in F i g. 3 dargestellt, angeordnet sind.

In F i g. 3 ist das Hologrammelement P₁₁ ein Hologrammelement, das durch Projektion eines photo-

graphischen Bildes, welches in der seitlichen Lage der Kamera entsprechend P₁ aus F i g. 1 und ohne vertikale Verschiebung aufgenommen worden ist Das Quadrat P₁₂ ist das Hologrammelement des photographischen Bildes, das in der Stellung P_t ohne verti-

kale Verschiebung der Kamera aufgenommen wurde usw. Das quadratische Hologrammelement P₂₁ entspricht der seitlichen Stellung P, und einer Verschiebung der Kamera in senkrechter Richtung zur Zeich-

nungsebene, während das Quadrat />.„ die seitliche Stellung P₁ mit zweifacher senkrechter Verschiebung anzeigt usw. Ein vollständiges Hologramm umfaßt N · M derartiger quadratischer Hologrammelemente.

Das fertige Hologramm wird entwickelt, und ein Bild wird von dem Hologramm in der in F i g. 4 dargestellten Weise rekonstruiert, indem man das Hologramm mit einem Strahl aus kohärentem Licht mit derselben Wellenlänge beleuchtet, wie sie beim Verfahrensschritt gemäß F i g. 2 verwendet wurde. Dieser Strahl trifft dabei auf die entgegengesetzte Seite der lichtempfindlichen Emulsionsschicht 7 der holographischen Platte mit einem Winkel β auf. Dabei wird ein reelles Bild des Linsensystems 3' in der Stellung 3" gebildet, d. h. wenn sich ein Auge in der Stellung 11 gemäß Fig. 4 befindet, so sieht dieses Auge ein virtuelles Bild, als ob das Objekt von der Eingangsöffnung P₁ in Fig. 1 betrachtet wird. Wenn die Blendenöffnung eine Größe d' aufweist, die gleich der Strecke d als Abstand zwischen nebeneinanderliegenden Beobachtungspunkten gemäß F i g. 1 ist, und wenn beide Augen sich in den Stellungen 11 und 12 gemäß Fi g. 4 befinden, sieht man zweiäugig bzw. dreidimensional ein aus den Hologrammelementen P₁₁ bis P_NM gemäß Fig. 3 zusammengesetztes Bild. Der Anblick verändert sich, wenn man die Augen bewegt, wobei diese Veränderung praktisch ebenso ist, wie wenn man mit unbewaffnetem Auge das Originalobjekt unmittelbar betrachtet, weil das wiedergegebene Bild durch unterschiedliche Hologrammelemente gebildet ist und einzelne Hologrammelemente von photographischen Bildern aus unterschiedlichen Blickpunkten oder Blickwinkeln abgeleitet sind.

Die Bedeutung der Wahl eines geeigneten Wertes für die Strecket ist leicht zu erkennen, wenn man voraussetzt, daß die einzelne Beobachtung zwischen einer kleinen Entfernung bis einer unendlich großen Entfernung liegen kann, denn bei einer großen Entfernung, beispielsweise über 5 mm, ergibt sich eine bedeutende Ungleichförmigkeit des wiedergegebenen Bildes des Objektes gegenüber einer Beobachtung aus kleinen Entfernungen, wenn sich das Auge bewegt. Auf der anderen Seite verringert unter Berücksichtigung der Tatsache, daß die einzelnen Hologrammelemente als unabhängige Bildöffnungen dienen, ein übermäßig geringer Wert für die Strecke d die Bildqualität unter Einfluß der Beugung. Gewöhnlich kann das unbewaffnete Auge Bilder nicht ohne Verschwimmen bzw. nur unscharf sehen, wenn die Strecke d kleiner als 1 mm ist. Es versteht sich jedoch, daß die obere und untere Grenze für die Strecke d von der Art abhängt, in der die Hologramme hergestellt oder für Beobachtung wiedergegeben werden. Dies ergibt sich aus der folgenden Überlegung:

Es sei unterstellt, daß durch Verändern des Abstandes zwischen dem belichteten Film 2' und dem Linsensystem 3' das von dem Hologramm wiedergegebene virtuelle Bild eines bestimmten Objektes an einem Punkt S liegt, der sich in einem Abstand L₀ von der holographischen bzw. photographischen Platte 8 befindet (Fig. S). Wenn der Abstand zwischen der Linse und dem Film so eingestellt ist, daß die virtu- «llen Bilder desselben Objektpunktes, die von verschiedenen Hologramaielementen wiedergegeben sind, am PunktS zusammenfallen, erkennt man, daß das Bud dieses speziellen Objektpunktes keine Diskontinuität oder Ungleichmäßigkeit bei Verändern der Stellung der Augen des Beobachters zeigt. Das rekonstruierte oder wiedergegebene Bild eines im Abstand von dem zuerst genannten speziellen Objektpunkt befindlichen Objektpunktes erscheint an einem anderen Punkt Q, wobei eine Ungleichförmigkeit oder Diskontinuität des Bildes bei diesem Bild festgestellt werden kann, wenn das Auge des Betrachters bewegt wird. Wenn der Punkt Q jedoch in einem Abstand L₁ vom Hologramm liegt und die folgende Ungleichung erfüllt ist

1
500

so wurde gefunden, daß keine merkliche Ungleichförmigkeit oder Diskontinuität vorhanden ist.

Wenn L₀ = 10 cm und d = 1 mm, ist es möglich, Bilder von Objekten bei einer Entfernung von etwa 8

ao bis etwa 12,5 cm mit praktisch perfekter realistischer Genauigkeit wiederzugeben. In diesem Falle muß das Auge des Betrachters in einer Entfernung von wenigstens etwa 10 cm vom Hologramm entfernt sein, und dabei wird die Strecke d auf der holographischen Platte zu

L₂

L₁

in der Pupille des Betrachters vergrößert, wobei L„ der Abstand zwischen dem Hologramm und dem Auge ist. Wenn dieser Wert 1 mm nicht überschreitet, ergibt sich kein Einfluß der Beugung auf das Bild. Im vorliegenden Beispiel ist deshalb d = 0,5 mm ein befriedigender Wert. Das Einsetzen dieses Wertes in die obengenannte Ungleichung zeigt, daß eine vollständige Rekonstruktion oder Wiedergabe des Bildes in diesem Falle innerhalb eines Bereiches von etwa 7 bis 16 cm gegeben ist.

In F i g. 2 wurde ein einziger monochromatischer Laserstrahl verwendet, um die photographischen Bilder in ein Hologramm zu übertragen. Es können jedoch auch mehr als ein Laserstrahl mit unterschiedlichen Wellenlängen zum Übertragen zusammen mit Vergleichsstrahlen entsprechender Wellenlänge verwendet werden, wobei die Vergleichsstrahlen auf die holographische Platte mit unterschiedlichen Winkeln einfallen. Der entwickelte Film 2' sollte dann ein Farbfilm sein. Durch Beleuchtung des so erzeugten

Hologramms mit Laserstrahlen, die den Vergleichsstrahlen entsprechen und die unter entsprechenden Orientierungswinkeln projiziert werden, erhält man ein farbiges Stereobild.

Es sei auch darauf hingewiesen, daß der gemäß

F i g. 2 verwendete Vergleichsstrahl — falls erwünscht — aus der entgegengesetzten Richtung auf die holographische Platte geleitet werden kann, um ein Lippmann-Hologramm zu erhalten. Wenn ein mehrstrahliges kohärentes Licht verwendet wird, um ein mehr-

farbiges System zu schaffen, ist die Wiedergabe eines Farbbildes mit weißem Licht möglich, wie von G W Stroke in »Physics Letters«, Band 20, Nr. 4, S. 368 (1966), beschrieben. Das Verfahren gemäß tier Erfindung kann auch auf solche Systeme angewendet wer-

den, um den Stereoeffekt zu verbessern.

Während die Anordnung der Hologramiüölemente in der in Fig.3 dargestellten Weise eine perfekte Wiedergabe für Stereobetrachtung gewährleistet, in-

9 10

dem die Veränderung der Parallaxe genau der Be- zum Überwinden dieser Begrenzung der Größe des wegung des Auges des Betrachters sowohl in verti- Hologramms beim Herstellen eines virtuellen Bildes kaier als auch in horizontaler Richtung folgt, kann bei der Einstellung »unendlich« besteht darin, Kopien eine einfachere in Fig. 1 dargestellte Anordnung eines Hologramms wie in Fig. 7 gezeigt, jedoch mit ebenfalls verwendet werden, indem man eine Reihe 5 begrenzter Länge herzustellen und dieselben vertikal von Photographien in einer vertikalen Ebene neben- hintereinander anzuordnen, um somit ein in Fig. 10 einander in Richtung des Pfeiles in Fig. 1 aufnimmt dargestelltes zusammengesetztes Hologramm zu bil- und die eine quadratische öffnung besitzende Blende den. In dieser Figur ist jedes Hologrammelement P₁. 9 durch eine Blende mit langgestreckter öffnung er- (/c =1,2 bis N) mit einer einfachen, doppelten oder setzt, deren Längsausdehnung sich senkrecht zur io dreifachen Grundlage eine Kopie des Originalelemen-Zeichnungsebene erstreckt. Hierdurch wird die für tes P₁₁. In diesem Fall werden Kopien unterschieddie Bewegung der Kamera erforderliche Einrichtung licher vertikaler Ebenen vorzugsweise in einem sich vereinfacht, und es werden Zeit und Arbeitsaufwand ändernden Neigungswinkel gegenüber der senkrechgespart, wobei man trotzdem für bestimmte prak- ten Linie angeordnet, wie Fig. 10a zeigt, um den tische Anwendungsfälle eine befriedigende Bildwie- 15 Unterschied des Einfallwinkels des die Bildwiederdergabe erhält, wenn sich beide Augen in derselben gäbe bewirkenden Vergleichsstrahles auf die untervertikalen Ebene befinden. schiedlichen Kopien zu kompensieren. Andererseits Gemäß Fig. 1 und 2 besitzen die Linsensysteme 3 erzielt man denselben Effekt durch Verändern des und 3' dieselbe Brennweite, und die Größe d' bzw. der Einfallwinkels des Vergleichstrahles, wenn HoIo-Abstand zwischen benachbarten Hologrammelemen- 20 grammelemente verschiedener vertikaler Ebenen herten ist gleich der Strecke d zwischen benachbarten gestellt werden. Diese Hologrammelemente werden Aufnahmepunkten. Wenn das Linsensystem 3' jedoch alle in vertikaler Ebene angeordnet,
eine geringere Brennweite als das Linsensystem 3 auf- Eine weitere photographische Kamera zum Aufweist, wird das wiedergegebene Bild in der Perspek- nehmen einer Reihe von Photographien von untertive gedrückt bzw. verkürzt, ebenso wie wenn man 25 schiedlichen Blickpunkten ist schematisch in F i g. 11 Objekte durch ein zweilinsiges Teleskop mit verhält- dargestellt. Eine Anzahl von Linsen 20 mit jeweils nismäßig kurzem Fuß oder verhältnismäßig kurzer derselben Brennweite ist dicht nebeneinander auf Basis betrachtet. Wenn andererseits die Brennweite einer Linie angeordnet, wobei benachbarte Linsen 20 beider Linsensysteme gleich ist, jedoch 2'<rf, erzeugt jeweils durch einen Objektivtubus 21 optisch gegenman eine Reliefwirkung, die nützlich für die Mes- 30 einander isoliert sind, die alle zusammen eine Haltcsung oder Schätzung räumlicher Abstände oder Re- rung für die Linsen bilden. An jeden Objektivtubus lationen ist. Es kann jede Kombination dieser Para- 21 ist ein Balg 22 angeschlossen, der sich jeweils bis meter verwendet werden, um eine dreidimensionale zu einer Lichtblende 23 erstreckt, welche in der Struktur zu bilden, die normalerweise nicht festzu- Brennebene der Linsen 20 liegt und Öffnungen 24 bestellen ist. 35 sitzt. Die Bälge 22 umschließen somit voneinander F i g. 8 zeigt eine Abänderung der Anordnung ge- getrennte Lichtwege von jeder Linse 20 zu dem dermäß F i g. 2 zum Herstellen eines Hologramms. Ein selben zugeordneten reellen Bild des Objekts und der paralleler Strahl aus kohärentem Licht 4 fällt durch im Vergleich dazu kleineren öffnung 24.
eine Kondensorlinse 5 und wird dann in seiner Inten- Dicht hinter den einzelnen Öffnungen 24 der Lichtsität durch den belichteten Film 2' moduliert, bevor 40 blende 23 ist ein Satz Filmführungsrollen 25 angeer mittels einer Projektionslinse 12' auf eine Streu- ordnet, während sich ein anderer ähnlicher Satz Filmplatte 14 geworfen wird. Vor der Streuplatte 14 ist führungsrollen 26 im Abstand von dem erstgenannten eine Fresnel-Linse 13 angeordnet, damit der Strahl Satz befindet. Von einer Zufuhrspule 27 wird ein mit hohem Wirkungsgrad in die öffnung der Blende 9 photographischer Film 29 abgezogen und läuft über geworfen wird, die direkt vor einer photographischen 45 hintereinander angeordnete Führungsrollen 26 und Platte 8 mit hohem Auflösungsvermögen angeord- 25 mäanderförmig zu einer Aufnahmespule 28, auf net ist. Wie auch beim Ausführungsbeispiel gemäß die er aufgewickelt wird. Die Windung des Filmes Fig. 2 wird ein Vergleichsstrahl 4' von einem Spie- 29 erfolgt im Uhrzeigersinn um die Führungsrollen gel 10 auf die Platte 8 unter einem Winkel H gewor- 26 beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 11. Sofen. Auch werden der Film und die Platte in ahn- 50 mit verläuft der von der Zufuhrspule 27 abgezogene licher Weise wie in Verbindung mit Fig. 3 bis 7 Film 29 entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn um die schrittweise vorbewegt, um ein Hologramm zu bilden. erste oder am weitesten links liegenden Führungs-Wenn eine Blende mit schlitzartiger Öffnung zum rolle 26, von dort nach oben zur am weitesten links Herstellen eines Hologramms in der in F i g. 7 dar- liegenden Führungsrolle 25, die er im Uhrzeigersinn gestellten Form bei einer Anordnung ähnlich der aus 55 umschlingt, woraufhin er nach unten zur zweiten Fig. 2 verwendet wird, ist die Größe des HoIo- Filmführungsrolle 26 läuft und dieselbe entgegengramms begrenzt, weU eine größere Schli^zläPfje not- gesetzt zum Uhrzeigersinn umschlingt usw. Wenn die wendig dazu führt, daß der effektive Bildfeldwinkel Spulen 27 und 28 gegeneinander ausgetauscht werdurch den Abschattungseffekt des Linsensystems 3' den, kann der Film 29 auch in entgegengesetzter begrenzt wird. F i g. 9 zeigt einen Horizontalschnitt 60 Richtung laufen. In jedem Fall wandert der Film des Schemas aus F i g. 2 und läßt erkennen, daß La- dicht an den einzelnen öffnungen 24 vorbei, obwohl serstrahlen, nachdem sie durch den entwickelten Film in der Zeichnung der Abstand zwischen der Licht-2' hindurchgetreten sind, oberhalb eines Punktes B blende 23 und dem Film 29 übertrieben groß dardurch die Kante und die Fassung der Linse abge- gestellt ist.

deckt werden, so daß die verwendete Begrenzung 65 Die Filmführungsrollen 25 und 26 können auch

oder Blende eine öffnung von der Größe α, für einen durch Zahnräder od. dgl. ersetzt werden, um einen

BÜdfeldwJnkel W₁ and eine öffnung a₂ für einen Bild- Schlupf zwischen dem Film und den Rollen zu ver-

feldwinkel w_s aufweisen, maß. Ein geeigneter Weg meiden. Die Bälge 22 sind aus optisch isolierendem

Material hergestellt und so angeordnet, daß sie eine Relativbewegung zwischen den Linsen 20 und der Lichtblende 23 ermöglichen, ohne daß hierdurch die optische Isolation zwischen den benachbarten Lichtpfaden beeinträchtigt würde.

Im Betrieb wird eine Relativbewegung mit gleichförmiger Geschwindigkeit zwischen der Gruppe von Linsen 20 und der Lichtblende 23 hervorgerufen, wobei der Film 29 während dieser Zeit mit geeigneter Geschwindigkeit angetrieben wird. Vorzugsweise wird diese Relativbewegung dadurch erzielt, daß man die Linsengruppe festhält und die Lichtblende 23 in der Brennebene zusammen mit den Filmführungsrollen 25 und 26 bewegt. In der Zeichnung ist die Lichtblende 23 in ihrer äußersten linken Stellung dargestellt und wird nach rechts bewegt, nachdem ein vor dem Film angeordneter nicht dargestellter Verschluß geöffnet worden ist. Bei der Bewegung der Lichtblende 23 werden durch die entsprechenden Öffnungen 24 auf Grund der Bewegung des Filmes frische Filmabschnitte belichtet, so daß die einzelnen auf dem Film 29 befindlichen Bilder eine größere Breite als der Abstand zwischen benachbarten Linsen 20 aufweisen.

Die Linsen 20 müssen zur Vermeidung von Aberrationsfeldern oder Bildfehlern hochgradig korrigiert sein. Es ist leicht möglich, solche aberrationskorrigierten Linsen mit einem Durchmesser von mehreren Millimetern und einer Brennweite von einigen Zehntel Millimetern herzustellen. Der Film kann ein üblicher 35 mm photographischer Film sein, und man kann entweder einen Schwarz-Weiß- oder einen Farbfilm verwenden.

Obwohl die Anordnung der Linsen 20 dicht nebeneinander einer sogenannten »Fliegenaugenlinse« bezüglich der geringen Abstände zwischen den einzelnen Linsenelementen ähnlich ist. vermeidet die vorliegende photographische Kamera die Nachteile unkorrigierter Aberrationsfehler und kleiner Feldgrößen einzelner Photographien. die bei bekannten »Fliegenaugenlinsen« auftreten. Außerdem ist das Aufnehmen von Bildern innerhalb sehr kurzer Zeit beendet. Als Beispiel sei genannt, daß die Größe der Bewegung der Lichtblende 23 und der Filmführungsrollen 25 und 26 der durch eine der öffnungen 24 belichteten maximalen Filmlänge entspricht die in der Größenordnung von einzigen Zehntel Millimetern liegt. Auch kann die sich bewegende Einrichtung mit verhältnismäßig hoher Geschwindigkeit angetrieben werden, so daß das Belichten oder Aufnehmen von photographischen Bildern innerhalb einer Zeit von einigen Millisekunden bis zu einigen Zehntelmillisekunden beendet ist. Aus diesem Grund kann die photographische Kamera gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden, um ein Hologramm eines sich schnell bewegenden Objektes aufzunehmen. Es ist zu erkennen, daß der belichtete Film eine Reihe voneinander getrennter oder einzelner Bildsegmente aufweist, die auf eine holographische Platte mittels des oben in Verbindung mit F i g. 1 bis 4 beschriebenen Verfahrens unter Anwendung einer geeigneten Registriertechnik übertragen werden kann. Wenn das oben beschriebene Verfahren für unterschiedliche vertikale Ebenen wiederholt wird, kann der so belichtete Film verwendet werden, um ein Hologramm in der in F i g. 3 dargestellten Form zu erzeugen.

Als weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung kann das Grundprinzip derselben zum Herstellen eines Hologramms durch Zusammenfügen einer Vielzahl von Hologrammelementen vorteilhaft angewendet werden, um ein Stereobild eines imaginären Objektes zu erzeugen, das nur mathematisch konstruiert ist.

Es wurden verschiedene Vorschläge zum Herstellen von Hologrammen imaginärer Objekte gemacht. So ist beispielsweise in »Applied Optics«, Band 6, Nr. 10, S. 1739 (1967), ein Verfahren beschrieben,

jo gemäß dem ein Hologramm mathematisch mit einer Kombination aus einem Computer und einem Kurvenschreiber hergestellt wird. In »IBM Technical Disclosure Bulletin«, Band 8, Nr. 10, S. 1403 (1966), ist die Herstellung eines Hologramms aus einem Bild von Konturlinien beschrieben. In »IBM Technical Disclosure Bulletin«. Band 10, Nr. 5, S. 598 bis 600 (1967), ist die Anwendung einer Kombination einer Fliegenaugenlinse mit einem Computer zum Herstellen eines Hologrammes beschrieben. Diese Verfahren erfordern jedoch die unerwünschte Anwendung eines Computers mit extrem hoher Kapazität, und es ist schwierig, eine praktische Größe des Hologramms zu erzielen, während die Qualität der Reproduktion des Stereobildes gering ist.

Alle diese Schwierigkeiten und Nachteile können durch Anwendung der Grundlagen der vorliegenden Erfindung vermieden werden. Gemäß Fig. 12 wird angenommen, daß eine Vielzahl von Objektpunkten O₁, O₂... Oj mit bekannten Koordinaten durch ein in einer Ebene 30 liegendes Projektionszentrum P₂ projiziert werden, um ihre Abbilder O₁', O.,'... Oj' auf eine Streuplatte 32 zu werfen, die in einem Abstand / von der Ebene 30 liegt. Zum Bestimmen der Koordinaten dieser Abbilder wird ein Computer benutzt, und die Ausgangswerte werden von einem Schreibgerät auf Aufzeichnungsmaterial, welches ein photographisches Material sein kann, aufgezeichnet. Dann wird die Berechnung der Koordinaten dieser Abbilder unter der Annahme wiederholt, daß das Projektionszentrum vom Punkt F₁ zum Punkt P, verschoben worden ist, wobei der Punkt P_v in horizontaler Richtung, beispielsweise in Richtung der jc-Achse, um eine Strecke d vom Punkt P, entfernt ist. Die so errechneten Koordinaten werden ebenfalls aufgezeichnet, und zwar auf ein anderes Aufzeichnungsund Wiedergabematerial. Auf diese Weise werden ^/-Aufzeichnungen erzeugt, wobei vorausgesetzt wird, daß das Projektionszentrum sich schrittweise zwischen jeder Aufzeichnung um die Strecke d bewegt.

bis der Punkt P_n erreicht ist. Dann wird das Projektionszentrum in eine Stellung auf der Ebene 30 bewegt, die um die Strecke d senkrecht unter dem Punkt P₁ liegt, d. h., das Projektionszentrum wird um die Strecke d vom Punkt P₁ in Richtung der y-Achse

verschoben, woraufhin der Vorgang in ähnlicher Weise wie oben beschrieben wiederholt wird. Wenn man die senkrechte Ebene des Projektionszentrums M-mal in Richtung der y-Achse jeweils um die Strecke d verschiebt und in jeder dieser Ebenen das

Projektionszentrum schrittweise /V-mal horizontal wie beschrieben weiterbewegt, können der Computer und das Aufzeichnungs- oder Schreibgerät eine Reihe aufgezeichneter Bilder liefern, welche Projektionen des Objektes von N ■ M Projektionszentren

sind. Diese Bilder werden in ein Hologramm Hurch die Anordnung gemäß F i g. 2 übertragen, indem man den belichteten Film 2' aus dieser Zeichnung durch diese Bilder ersetzt Das Linsensystem 3' sollte hier-

bei eine Brennweite Laben, die gleich dem Abstand zwischen der Ebene 30 und der Streuplatte 32 ist Das so entstandene Hologramm besitzt die Form des Hologramms gemäß Fig. 3 und kann in der Anordnung gemäß Fig.4 verwendet werden, um ein Stereobild der ObjekteO₁, O₂...Oj wiederzugeben. Es versteht sich, daß, nachdem die Bilder durch die Kombination des Computers und des Aufzeichnungsbzw. Schreibgerätes einmal hergestellt worden sind, die anschließenden Verfahrensschritte genau dieselben wie bei dem Grundverfahren, das in Verbindung mit Fig. 1 bis 4 beschrieben worden ist, sind. Des-

halb können zahlreiche Betrachtungen, die oben in Verbindung mit dem Grundverfahren gemäß Fig. 1 bis 10 erwähnt wurden, auch auf die Wiedergabe eines Bildes eines imaginären Objektes angewendet werden.

Die Projektionszentren brauchen nicht in einer Ebene wie der Ebene 30 zu liegen. Vielmehr kann die Ebene 30 auch durch eine Kurvenfläche ersetzt werden. Diese Fläche kann beispielsweise vollständig ίο zylinderförmig sein, wodurch es möglich ist, ein dreidimensionales imaginäres Objekt über einen Winkel von 360°, d. h. also vollständig, darzustellen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen eines HoIogramms, wobei ein zu photographierendes Objekt mit inkohärentem Licht beleuchtet mehrfach aufgezeichnet wird und diese Aufzeichnungen dann mit kohärentem Licht in Form eines Hologramms auf ein photographisches Aufzeichnungsmaterial übertragen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Aufzeichnungen des inkohärent beleuchteten Objektes mit einem bei photographischen Kameras üblichen einstellbaren Linsensystem aus einer Vielzahl von Blickwinkeln nacheinamder erzeugt und dann auf getrennte Abschnitte des HoIogrammträgers übertragen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Übertragung auf den so Hologrammträger das reelle Bild der Aufzeichnungen auf eine Streuplatte geworfen wird, wobei die photographische Platte in Richtung des kohärenten Lichtes gesehen hinter der Streuplatte angeordnet ist.

3. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (d) zwischen aufeinanderfolgenden Beobachtungs- oder Blickpunkten bzw. Aufnahmepunkten konstant ist und der folgenden Ungleichung genügt

1
L_ti

1_
500

35

wobei L₀ der Abstand vom Hologramm zu einem bestimmten stationären Punkt in oder auf dem reproduzierten dreidimensionalen Bild und L₁ der Abstand vom Hologramm zu einem entferntesten oder nächsten Punkt in oder auf dem Objektbild ist, von dem eine Diskontinuität der Veränderung seiner Lage beim Verändern der Position des Auges des Betrachters ausgeschaltet werden soll.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die unterschiedlichen Blickpunkte oder Aufnahmepunkte in einer horizontalen Ebene liegen und daß das Hologramm eine relativ geringe Anzahl von schlitzförmigen Hologrammelementen aufweist, die in senkrechter Richtung langgestreckt sind.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die unterschiedlichen Beobachtungs- und Aufnahmepunkte in horizontaler Richtung voneinander entfernt sind, so daß das gebildete HoIogramm eine Vielzahl von horizontal nebeneinander angeordneten Hologrammelementen aufweist, und daß ferner Kopien der Hologrammelemente gebildet werden, wobei jede der Kopien vertikal zu dem Hologrammelement angeordnet ist, von dem sie hergestellt wurde, wodurch ein zusammengesetztes Hologramm entsteht, das mit kohärentem Licht beleuchtet wird, um das Bild des Objektes zu rekonstruieren bzw. wiederzu geben.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche : bis 5 zum Herstellen eines Hologramms eine imaginären mathematisch ableitbaren Objektes dadurch gekennzeichnet, daß durch einen Com puter die Bildlage des imaginären Objektes, da von einem Projektionszentrum auf eine Streu platte oder eine sonstige Fläche übertragen wird berechnet wird, woraufhin das Bild auf einen Aufzeichnungs- und Wiedergabematerial aufge zeichnet wird und man die vorhergehende Pro jektion und Aufzeichnung für jede einer Vielzah von Projektionszentren, die alle in einer gemein samen Ebene liegen, mit aufeinanderfolgendei Bildern, die auf unterschiedliches oder getrennte! Aufzeichnungsmaterial und Wiedergabemateria aufgezeichnet werden, wiederholt, wodurch mai eine Vielzahl von Bildern entsprechend der Vielzahl der Projeküonszentreii aufzeichnet, woraufhin diese Aufzeichnungen mit kohärentem Lichi beleuchtet werden, um ein Hologramm auf einei photographischen Platte zu erzeugen, das in eim Vielzahl von Elementen unterteilt ist, deren Anzah gleich der Anzahl der Bilder ist, so daß jede: Bild ein eigenes Hologrammelement bildet unc sämtliche Bilder nebeneinander aufgezeichne werden, woraufhin das fertige Hologramm mi kohärentem Licht beleuchtet wird, um das Bile des imaginären Objektes mit Stereoeffekt wiederzugeben.

7. Verfahren zum Herstellen eines Hologramms, wobei ein zu photographierendes Objek mit inkohärentem Licht beleuchtet mehrfach auf gezeichnet wird und diese Aufzeichnungen danr mit kohärentem Licht in Form eines Hologramm: auf ein photographisches Aufzeichnungsmateria übertragen werden, dadurch gekennzeichnet, da£ mit einer Vielzahl von photographischen Linser (20), die dicht nebeneinander in einer Ebene angeordnet sind und alle dieselbe Brennweite be sitzen, die einzelnen Aufzeichnungen des inkohärent beleuchteten Objektivs während des gleicher Zeitintervalls erzeugt werden, daß verschiedem Teile einer Aufzeichnung jedoch zeitlich nach einander erzeugt werden, wobei in der Brenn ebene der Linsen eine Blende (23) mit einer Viel zahl von öffnungen (24) parallel zur Ebene, ir der die Linsen angeordnet sind, bewegt wird, wobei eine Vielzahl von Bälgen (22) zwischen den Linsenträger und der Blende angeordnet ist, du eine optische isolation zwischen nebeneinander liegenden Lichtpfaden von den einzelnen Linser (20) zu den ihnen zugeordneten reellen Bilderr des Objekts und den entsprechenden im Vergleicl dazu kleineren öffnungen (24) bilden und eim Relativbewegung zwischen dem Linsenträger unc der Blende ermöglichen, daß das lichtempfind liehe Material (29) über eine Vielzahl von Füh rungselementen (25, 26) in einer mäanderartigei Bewegungsbahn hinter den Blendenöffnungen (24 vorbeigeführt wird, wobei ein Antrieb das licht empfindliche photographische Material entlanj seiner Bahn während einer Bewegung der Blendi vorbewegt, wodurch dieses Material einzelne von einander getrennte Aufzeichnungen aufnimmt deren Breite größer als der Abstand zwischen be nachbarten Linsen (20) ist, und daß die Aufzeich

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nungen dann auf getrennte Abschnitte des HoIo grammtragers übertragen werdea.

Die Erfindung betrijrt ein Verfahren zum HersteUea eines Hologramms, wobei ein zu XtoSaphierendes Objekt mit inkohärentem Licht bSSet mehrfach aufgezeichnet wird und diese AufzeNennungen dann mit kohärentem Licht in Form ^1Camn gramms auf ein photographisches material übertragen werden.

Zum Betrachten von Bildern mit Stereoeffekt be- „ notigt man zwei Augen bzw. zw_ei Linsen. Stereoskop- und Polansationsbrillen sind Beispiele hierfür be. denen jeweils zwei voneinander getrennte Linsen in den beiden Augen emes Menschen entsprechende^ ^,.lungen angeordnet sind, um Bilder entsprechend *o den von den menschlichen Augen wahrgenommenen Bildern aufzunehmen. Derartige Brillen sind als Spielzeug und einfaches Demonstrationsmaterial geebnet, genügen jedoch nicht für die Wiedergabe eines echten Bildes, das auch eine korrekte Perspek- a, .ve, em weites Bildfeld und eine dynamische oder kontinuierliche^Veränderung der Parallaxe bei sich änderndem Bildwinkel besitzen muß

Die bekannte Holographie ermöglicht theoretisch S,'^erpnPffTⁿ| .Wiedergabe kompletter Bilder mit Stereoeffekt, denn durch die Holographie werden alle von einem beleuchteten dreidimensionalen Körper zu gewinnenden Informationen vollständig aufgezeichnet und wiedergegeben, d. h., es werden sowohl die Amplitude als auch die Phase der von diesem Körper ausgehenden Lichtwellen von einer photographischen Schicht in Form eines Hologramms aufgezeichnet woraufhin man die photographische Schicht entwickelt Hierbei entsteht jedoch der Nachteil, daß zum Beleuchten des dreidimensionalen Körpers koharentes Licht verwendet werden muß, so daß man von mit natürlichem, d. h. inkohärentem Licht beleuchteten Objekten nicht direkt Hologramme aufnehmen kann.

Das Verfahren zum holographischen Aufnehmen und Wiedergeben dreidimensionaler Bilder von mit inkohärentem Licht beleuchteten Objekten wurde erstmals von R. V. Pole in der Zeitschrift »Applied Physics Letters«, Band K), S. 20 (1967), beschrieben. Nach R. V. Pole wird eine sogenannte »Fliegen- *o augenhnse« verwendet, die aus einer großen Anzahl kleiner Linsen zusammengesetzt ist. Ein photographisches Bild wird mit Hilfe der Fliegenaugenlinse holographisch auf einer Hologrammplatte aufgenommen, die ebenso wie beim Aufnehmen normaler photographischer Bilder angeordnet ist. Diese Anordnung gewährleistet mit guter Annäherung eine Wiedergabe der gesamten Strahlung im Objektraum, falls die einzelnen Linsen der Fliegcnaugenlinse genügend klein sind und ein hohes" Bildwiedergabevermögen besitzen. Weil jedoch einzelne kleine Bildelemente entsprechend den einzelnen Teillinsen gebildet werden müssen, ist die Schärfe der einzelnen Bildelemente und dementsprechend des wiedergegebenen vollständigen Bildes mit Stereoeffekt unbefriedigend, wenn die verwendete Fliegenaugenlinse verhältnismäßig einfach aufgebaut ist und die photographische Schicht nur eine übliche Qualität besitzt.

Außerdem ist mit einer derartigen Anordnung ein Farbwiedergabe, die häufig bei der Stereo-Photo graphie erwünscht ist, nicht befriedigend zu erzielen weil für Farbphotographie verwendbares photogra phisches Material nur ein schlechtes Auflösungs vermögen besitzt