DE2151292A1

DE2151292A1 - Anordnung zur Aufzeichnung und Wiedergabe von Mikro-Hologrammen

Info

Publication number: DE2151292A1
Application number: DE19712151292
Authority: DE
Inventors: Brooks Robert Ellison
Original assignee: TRW Inc
Current assignee: Northrop Grumman Space and Mission Systems Corp
Priority date: 1970-10-16
Filing date: 1971-10-14
Publication date: 1972-04-27
Also published as: FR2111659B1; US3644012A; FR2111659A1; GB1357438A

Description

"ATENTANWÄLie . „

DR.-ING. H. PINCKS MÖNCHEN

DIPL-IN 3. H. BOHR MÜLLERSTR.

DIPL.-.NG.s.st_a6G6b 2151292 η OKT. 1971

Mappe 8871
Oase GER-5258

Beschreibung

zum Patentgesuch
der Firma TRW Inc., Redondo Beach, California / V.St.A.

betreffend

Anordnung zur Aufzeichnung und Wiedergabe von

Mikro-Hologrammen

■***■
Priorität^ 16. Oktober 1970 - V.St.A.

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Aufzeichnung von Mi- ^oholc^rammen und Wiedergabe derselben mit hoher Vergrößerung ohne Notwendigkeit der Verwendung von Linsen zur Betrachtung des wiedergegebenen Bildes.

Bei bekannten holographischen Aufzeichnungssyatemen der erwähnten Art ist die Vergrößerung des auf dem Hologramm aufgezeichneten Bildes möglich. Die meisten dieser Systeme erfo?.'dern jedoch die Verwendung von Linsen zur Vergrößerung das wieüsrgegebenen Bildes. Ein solches System ergibt sich beispielsweise aus der USA-Patentschrift 3 427 090, wobei das realle Bild auf einer Ebene zwischen der Fokussierungslir-i«$ und üqw. Hologr&;äE fokussiert wird.

Die USA-Patentschrift 3 506 327 zeigt in einem Ausfuhriiu-^bi:.-spiel gemäß Fig. 10, 11 eins Anordnung zur Wiedergabe fies Hologramms mit Vergrößerung* Ein divergierender BesiigSir^hl yird

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verwendet, wobei der Ort von dessen offenliegender Quelle zwischen der Aufzeichnung und der Wiedergabe geändert wird.

Die britische Patentschrift 1 139 955 zeigt gemäß Pig. 4 eine Anordnung zur Aufzeichnung von Mikrohologrammen. In diesem Pail sitzt eine Linse in dem Beleuchtungsstrahl vor dem Objekt oder einem Transparenzbild.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Anordnung zur Aufzeichnung und Wiedergabe von Mikrohologrammen in der Weise, daß ein vergrößertes Bild des Objekts betrachtet werden kann, ohne eine Linse zur Betrachtung des Bildes zu verwenden.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt in der Aufzeichnung eines virtuellen Bildes in der Weise, daß jede gewünschte Vergrößerung während der Aufzeichnung erzielt werden kann.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt in der Aufzeichnung eines Hologrammes eines Objekts mittels einer Linse, so daß tatsächlich das Hologramm das Objekt an einer unterschiedlichen Stelle und mit unterschiedlichen Abmessungen sieht, was sich durch die Verbindung von Linse und Objekt ergibt.

Die erfindungsgemäße Anordnung bezweckt die Aufzeichnung von Mikrohologrammen und umfaßt eine nonochromatische kohärente Lichtquelle, beispielsweise einen Laser, Dieses monochromatisch© Licht wird in einen Aufzeichnungs-Bezugsstrahl und einen Beleuchtungsstrahl aufgespalten. Ein auf Licht ansprechendes Aufzeichnungsmedium ist in einer bestimmten Ebene zur Aufzeichnung des Hologramms angeordnet. Der Aufzeichnungs-Bezugsstrahl wird gegen diese Ebene gerichtet. Der Beleuchtungsstrahl wird auch gegen die Aufzeichnungsebene gerichtet. Abschließend wird eine Linse in dem Weg des kollimierten Beleuchtungsstrahls angeordnet. Diese Linse weist eine vordere Brennebene auf, welche allgemein annähernd mit der bestimmten Ebene zusammenfällt, wo ü;s Aufzeichnungsmedium sich befindet. Die Linse weist auch eine rückwärtige Brennebene auf, so daß ein Gegenstand zwischen der Linse und deren rückwärtiger Brennebene angebracht werden

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kann, um auf dem Medium ein Hologramm des vergrößerten virtuellen Bildes des Objekts aufzuzeichnen. Der Abstand zwischen dem 0b~ jekt sowie der rückwärtigen Brennebene der Linse bestimmt die erzielbare Vergrößerung.

Die Erfindung schafft also eine Anordnung, mit welcher ein Mikrohologramm eines vergrößerten virtuellen Bildes des Objekts aufzuzeichnen ist. Dies wird durch eine zwischen das Objekt sowie das Hologramm eingesetzte Linse erreicht. Das Objekt befindet sich in einer Ebene, welche einen Abstand von der rückwärtigen Brennebene der Linse aufweist, der die gewünschte Vergrößerung festlegt. Das Hologramm selbst ist annähernd in der vorderen Brennebene der Linse angeordnet und wird durch den konjugierten Bezugsstrahl des einen reproduziert, welches zu dessen Aufzeichnung verwendet wurde. Dies erzeugt ein vergrößertes reelles Bild, welches auf einen Schirm projiziert werden kann. Mittels einer Linse kann das Bild in einer gewünschten Richtung abgestrahlt werden. Jedoch ist keine Linse zur Betrachtung des vergrößert wiedergegebenen Objekts erforderlich.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Aufzeichnung von Mikrohologrammen in Strah-1engangdars teilung,

Fig. 2 eine Linse mit einem Objekt nebst dessen Bild zur Ableitung einiger geometrischer Beziehungen sowie der mit der Anordnung gemäß Fig. 1 erzielbaren Vergrößerung,

Fig. 3 die Anordnung zur Wiedergabe des vergrößerten Bildes aus dem Hologramm, das durch die Anordnung gemäß Fig. 1 aufg^Doichnet wurde, in Strahlengangdarstellung.

Gemäß Fig. 1 umfaßt eine erfindungsgemäße Anordnung eine Lichtquelle 10 für monochromatisches kohärentes Licht, welche beispielsweise aus einem zweckmäßigen Laser zur Abgabe eines Licht-

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Strahls 11 bestehen kann, der in üblicher Weise kollimiert wird. Der Lichtstrahl 11 kann durch einen Strahlenteiler 12 in einen Aufzeiohnungsbezugsstrahl 14 und einen Beleuchtungestrahl 15 geteilt werden. Der Bezugsstrahl 14 kann über einen Reflektor 16 sowie über ein Prisma 17 auf eine Ebene 20 verlaufen, in welcher ein auf Licht ansprechendes Aufzeichnungsmedium vorgesehen sein kann, beispielsweise in Form einer photographischen Platte oder eines Filmes oder eines photochromen Mediums zur Aufzeichnung eines Hologramms.

Mittels einer geeigneten Linse 21 kann der Beleuchtungsstrahl 15 vergrößert werden. Beispielsweise kann die Linse 21 eine Konvexlinse sein, wobei der Lichtstrahl an dem Brennpunkt verlaufen kann, was in der gezeigten Weise eine Vergrößerung bedingt. Der Beleuchtungsstrahl kann alsdann durch eine zweite Linse 22 kollimiert werden, wobei die beiden Linsen 21, 22 ein Teleskopsystem bilden. Der Beleuchtungsstrahl braucht lediglich vergrößert und danach kollimiert werden, falls die Abmessungen einen Objekts 24 größer als der Durchmesser dee ursprünglichen Lichtstrahls 15 sind.

"iüine Linse 26 sitzt zwischen dem Objekt 24 sowie dem Aufzeichnungsmedium 20. Die Linse 26 weist eine Brennweite _f auf. Das Hologramm 20 befindet sich allgemein angenähert, jedoch nicht genau, in der vorderen Brennebene der Linse 26. Das Hologramm 20 ist also etwas weniger von der Linse 26 entfernt als die Brennweite. Auch weist das Objekt 24 einen gewissen Abstand von der rückwärtigen Brennebene 27 auf. Dieser Abstand beträgt f/M, wobei M die ßov.ünoohte Vergrößerung ist.

Diese Vergrößerung ist nunmehr in Verbindung mit Pig. 2 erläutert. Eine Linse 30 weist eine vordere Brennebene 31 und eine hintere Brennel)one *>2 auf, von denen jede gegenüber der Linse einen Abstand f hat_s wobei f die Brennweite ist. Ein Objekt 33 befindet sich hinier der rückwärtigen Brennebene 32, wobei ein entsprechende:· Bild 34 in einer Ebene vor der vorderen Brennebene 31 entworfen wird. Daher stellt u den Abstand awlschen dem Objekt 33 sowie der Linse 30 dar, währnnd ν den Abstand

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zwischen der Linse 30 sowie dem Bild 34 veranschaulicht.

Es sei angenommen, daß die Dicke der Linse 30 zu vernachlässigen ist, dann ergibt sich aus der bekannten Linsengleichung folgende Beziehung;

1/u + 1/v - 1/f (1)

Aus dieser Gleichung ergibt sich, daß bei Annäherung von u an f der Wert ν gegen unendlich geht. Dies bedeutet, daß bei Anordnung des Objekts an der rückwärtigen Brennebene das Bild im Unendlichen liegt. Wenn andererseits u kleiner als f_ ist, was bedeutet, daß das Objekt zwischen der rückwärtigen Brennebene 32 sowie der Linse 30 angeordnet ist, so ändert ν das Vorzeichen. Dies bedeutet, daß das Bild 34 ein virtuelles Bild wird und links von der Linse oder an der gleichen Seite wie das Objekt 33 erscheint. Unter Voraussetzung der Bedingungen von Pig. 1, wo sich das Objekt 24 zwischen der rückwärtigen Brennebene 27 sowie der Linse 26 befindet, kann die Größe u folgendermaßen ausgedrückt werden;

u = f - f/M (2)

Der Abstand f/M wurde in Fig. 1 angegeben. Unter dieser Annahme erhält man die Vergrößerung M gemäß folgender Gleichung:

v/u = -M (3)

Daher bestimmt einfach das Verhältnis von v, nämlich der Abstand des Bildes von der Linse geteilt durch den Abstand des Objekts von der Linse, die Vergrößerung.

Durch Änderung des Abstandes f/M kann die Vergrößerung bestimmt werden.

Vorzugsweinn iöt dan Objekt 24 ein transparentes Bild. Dies kann beiopielav/oicje aus einem 16mm-Filmbild bestehen» Daher int en möglich, mehrere Mikrohologramme auf dem Auf?.aichnung»meclLura

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aufzuzeichnen, indem aufeinanderfolgend mehrore transparente Bilder von einem Laufbild projiziert werden. In dieoeni Fall versteht es sich, daß allgemein das Aufzeichnungsmedium 20 für jede Aufzeichnung oder .jedes Hologramm entfernt werden muß.

Die Vereinigung der Linse 26 mit dem Objekt 24 erzeugt folgemäßig ein virtuelles Bild des Objekts 24; dieses virtuelle Bild wird vergrößert. Was aufgezeichnet wird, int demgemäß nicht das reelle Objekt 24 sondern das vergrößerte virtuelle Bild des Objekts, das durch die Linse 26 erzeugt wird. Als Ergebnis sieht das Hologramm das Objekt an einer verschiedenen Stelle und mit unterschiedlichen Abmessungen gegenüber dem reellen Objekt.

Anstelle der Verwendung eines kollimierten Bezugsstrahls gemäß Pig. 1 ist e3 auch möglich, einen divergierenden oder aogar konvergierenden Bezugostrahl zu verwemden, d.h. eine Bezugswelle mit kugeliger Wellenfront.

Das Aufzeichnungsmedium 20 braucht allgemein nicht genau an der vorderen Brennebene der Linse 26 angeordnet Wenn sich das Medium 20 jedoch zwischen der Linse 26 und der vorderen Brennebene der Linse befindet, so ergibt sich eine wirksame Lichtübertragung, welche die niedrigen Raumfrequenzen des Objekts enthält. Dies sind die Frequenzen innerhalb des Frequenzausschnittes, der durch die Öffnung des Hologramms geschaffen wird. Auch in diesem Fall ist der Ort des rekonstruierten Bildes beim Abspielen im wesentlichen unempfindlich hinsichtlich seit Lieher Stellun^sänderungen des Hologramms.

Wenn das Aufzeichnungsmedium 20 sich genau an der vorderen Brennebene einer Linse befindet, so kann das Licht zu stark konzentriert werden. Daher sollte eine scharfe Fokussierung des unzerstreuten Bildes des Objekts vermieden werden. Piea kann erreicht werden.; indem das Aufzeichnungsmedium i-¹·¹. in eine !!teilung ^winohon der hi use 26 nowie doror. vorderer Brennebene gebracht wifd.

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Pas aufgezeichnete und entwickelte oder verarbeitete Hologramm kann durch die Anordnung gemäß Fig. 3 wiedergegeben werden. Dort wird dan Hologramm 20 durch einen Wiedergabe-Bezugsatrahl 36 beleuchtet, welcher den konjugierten Strahl des Aufzeichnungsbezugsrstrahlon 14 von Pig. 1 darstellt. Als Ergebnis wird ein reelles Bild deo aufgezeichneten vergrößerten virtuellen Bildes erhalten. Was wiedergegeben wird, ist daher das vergrößerte reelle Bild den Objekts ohne Verwendung einer Linse. Dieses vergrößerte Bild kann auf einen Projektionsschirm 37 projiziert und in verschiedenen Kichtungen betrachtet werden, wie dies durch die Stellungen eines Auges 38, 39 oder 40 veranschaulicht ist. Sine Linr-e 41, welche als Fresnellinse ausgebildet sein kann, stellt ii: Zuordnung zu dem Projektionsschirm 37, um das Iiicht jn einen hesti:n*\1 en Petrachtungsfläohenbereich zu konzentrieren oder aus^urichton. Jedoch versteht es sich, daß eine solche Linse nicht benötigt wird. Der Schirm 37 kann durchscheinend oder weiß sein, in Abhängigkeit davon, ob das Objekt durch den Schirm zu betrachten oder von dem Schirm, dargestellt durch das Auge 14 _f cu reflektieren ist.

Unter der Annahme, da!? beispielsweise das Originalobjekt 24 ein Ibmm-Pilmbild mit einer ausnützbaren Breite von 10,5 nrai ir.t, so kann das auf dem Schirm 37 abgespielte oder reproduzierte reelle Bild bis zn SW m groß sein. Pie erziel bare Vergrößerung beträgt demgemäß V.-.·?.

Anstelle der Wimlorgabe des Hologramms in der erläuterten V/eise ist es auch η.'\·τ! j -h« das Hologramm mit dem gleichen Bezugsstrahl abzuspielen, welchen* cur Aufzeichnung des Hologramms verwendet wurde. i«r./remäß ist in Fig. 3 der Abspiel-Bezugsstrah.l an oilier ütellc ' ' veranschaulicht und kann ein vergrößertes proji viertes IiId an einor .'teile 4; erzeugen. In diesem Fall iüt «s auch in -lieh, das Objekt wie I ei einer Stelle 45 von Fig. 1 zu versehir" · . Mit anderen Worten kann das Objekt vor cer Linse 22 in \·'.ι Al- land von der ^T '.nnr 26 angeordnet werd<m, welcher gröi:oi '-1:; die Bronnweite _f -nt. In diesem Fall wird das vergrö!*.» r-ί r-^olle Bild 43 gemäß Fig. 3 projiziert.

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BAD ORIGINAL

Das Mikronölogramm zeichnet tatsächlich ein vergrößertes virtuelles Bild des reellen Objekts durch Verwendung einer Linse auf, die zwischen dem Objekt und dem Hologramm angeordnet ist. Das Objekt wird von der rückwärtigen Brennebene der Linse um einen Abstand verschoben, welcher die Vergrößerung festlegt. Dies ermöglicht eine Betrachtung des Mikrohologramms in einem weit vergrößerten Maßstab, ohne daß irgend etwas erforderlich ist, außer dem konjugierten Bezugsstrahl, mittels dessen das Hologramm ursprünglich aufgenommen wurde, und ein Schirm, Wenn die Aufzeichnung sorgfältig durchgeführt wird, ist das Bild frei von Aberration.

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Claims

Anordnung zur Aufzeichnung von Mikron öl ogrammen mit einer Quelle monochromatischen kohärenten Lichtes, gekennzeichnet durch Bauelemente (Strahlteiler 16) zur Aufteilung des monochromatischen Lichtes in einen Aufzeichnungsbezugsstrahl und einen Beleuchtungsstrahl, ein lichtempfindliches Aufzeichnungsmedium (20) in einer bestimmten Ebene, Elemente zur Ausrichtung des Aufzeichnungsbezugsstrahles (14) gegen diese Ebene, Elemente zur Ausrichtung des Beleuchtungsstrahls (15) gegen die Ebene und eine Linse (26) in dem Weg des BeleuohtungsStrahls mit einer vorderen Brennebene und einer rückwärtigen Brennebene, wobei ein Objekt (24) zwischen die Linse und die rückwärtige Brennebene einsetzbar ist, um auf dem Medium ein Hologramm eines vergrößerten virtuellen Bildes des Objekts aufzuzeichnen.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Objekt ein transparentes Bild ist.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das transparente Bild auf einem 16HUn-FiIm enthalten ist.
4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der Ebene des Objekts (20) und der rückwärtigen Brennebene dem Wert f/M entspricht, wobei f die Brennweite der Linse (26) und M die gewünschte Vergrößerung
5. Anordnung nach Anspruch 1> dadurch gekennzeichnet, daß die bestimmte Ebene annähernd mit der vorderen Brennebene zur wirk samen Übertragung des Lichtes zusammenfällt, welches die niedrigen Raumfrequenzen des Objekts (20) enthält.
6. Anordnung zum Abspielen eines mit der Anordnung gemäß Anspruch 1 aufgezeichneten Hologramms, gekennzeichnet durch Elemente zur Erzeugung eines Abspiel-Bezugsstrahles sowie zu des-

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sen Projektion auf das Hologramm und Elemente zur Betrachtung des vergrößerten reellen Bildes, das aus dem Hologramm rekonstruiert wurde, zur Betrachtung des vergrößerten reellen Bildes
ohne eine linse.
7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abspiel-Bezugsstrahl zu dem Aufzeichnungsbezugsstrahl (15)
konjugiert ist.
8. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Element zur Betrachtung aus einem Schirm (37) besteht.
9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ψ Linse in Zuordnung zu dem Schirm steht, um das Licht des Schirmes in eine gewünschte Betrachtungsrichtung auszurichten.

Pur Firma TRW Inc.:

Dll-lNÖ.H.flNCKe, DIPL.-ING.H.BOHR WPUING. I. STASGHI

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