DE2241334A1 - Vorrichtung zum rekonstruieren eines in holographischer form festgelegten bildes eines gegenstandes - Google Patents

Description

Vorrichtung '.um Rekonstruieren eines in holographischer Form festgelegten Bildes eines Gegenstandes.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Rekonstruieren eines in holographischer Form festgelegten Bildes eines Gegenstandes, die eine Strahlungsquelle, die ein rekonstruierendes Strahlungsbündel aussenden kann, und zwei Hologramme enthält,, deren entsprechende Punkte einen Phasenunterschied von 90° aufweisen.

Wenn ein Gegenstand mit einem kohärenten Strahlungsbündel

beleuchtet und der von dem Gegenstand abgelenkte Teil dieses Strahlungsbündels zusammen mit dem nicht von dem Gegenstand beeinflussten Teil dos Strahlungsbündels (Hintergrundbeleuchtung) auf eine photographische Platte aufgezeichnet wird, wird ein Hologramm gebildet, das ganz anders als der ursprüngliche Gegenstand aussieht. Durch Beleuchtung des Hologramms mit einem kohärenten Strahlungsbündel kann das Hologramm rekonstruiert werden, d.h.,

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dass ein Bild des ursprünglichen Gegenstandes erhalten werden kann. Bei dieser sogenannten "in-line"- oder "Geradeaus"-Holographie wird aber nur die Hälfte der von dem Hologramm herrührenden Strahlung zu der Erzeugung des erwünschten Bildes beitragen. Der übrige Teil der Strahlung erzeugt ein zweites, sogenanntes konjugiertes Bild, das für einen Beobachter fluchtrecht zu dem erwünschten Bild liegt, so dass es das letztere Bild stört. Das konjugierte Bild könnte von dem erwünschten Bild dadurch getrennt werden, dass bei der Aufnahme des Hologramms als Hintergrund- oder Referer:zstrahlung ein Bündel verwendet wird, das unter einem Winkel zu dem von dem Gegenstand herrührenden Bündel auf die jchotographische Platte einfällt. Dabei wird jadoch bei der Rekonstruktior das unerwünschte Bild nicht unterdrückt. Das 3rwünschte Bild enthält noch immer nur die Hälfte der Information über den Gegenstand.

Aus3erdem ist es nicht stets möglich» dafür zu sorpsn, d das Referenzüündel mit dem von dem Gegenstand herrührenden Bündel einen Winkel einschliesst, so dass zwangsweise "in-line"- Holographie verwendet wird.

Aus dem Artikel: "Interference Microscope with Total V.'avefront Reconstruction" von D. Gabor und V/.P. Goss, in "Journal of the Optical Society of America", jj6_ (1966), S. 849 - 858 ist es bekannt, dass bei "in-line"-Holographie die ursprüngliche von dem Gegenstand zerstreute Welle (Gegenstandswelle) völlig, d.h. in Amplitude und Phase, rekonstruiert werden kann, indem awei Hologramme verwendet werden. Dadurch kann ein vollständiges optisches Bild des Gegenstandes erhalten werden. Bei dem bekannten holographischen Vorgang wird die von dem Gegenstand herrührende Information in zwei nebeneinander liegenden Amplitudenhologrammen gespeichert, deren entsprechende Punkte einen Phasenunterschied von 90° aufweisen. Bei

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der Rekonstruktion müssen diese Hologramme von gesonderten Strahlungsbündeln mit einem gegenseitigen Phasenunterschied von 90° beleuchtet werden. Bei dem bekannten Rekonstruktionsvorgang ist zu diesem Zweck eine verwickelte optische Anordnung erforderlich. Ausserdem enthält die aus den Hologrammen austretende Strahlung ausser der erwünschten Gegenstandswelle auch noch eine sogenannte primäre Welle, d.h» eine nicht von den Hologrammen beeinflusste Welle, die nicht zu der Bilderzeugung beiträgt.

Die Erfindung bezweckt, eine Vorrichtung der in der Ein-

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leitung genannten Art zu schaffen, die eine einfache Bauart aufweist. Die Vorrichtung nach der Erfindung ist .dadurch gekennzeichnet, dass einus der Hologramme a.\s Phasenhologramm und das andere Hologramm als Amplitudenhologramm ausgebildet ist. -

Die Hologramme können hintereinander in dem Wege des Strah-.lungsbundeIs -angeordnet sein. Dadurch kann mit einer sehr einfachen optischen Anordnung das konjugierte Bild unterdrückt werden.

-, ■ Die Hologramme können aber auch in den gesonderten Wegen der von einem Teilspiegel aus dem Strahlungsbündel, gebildeten Teilbündel angeordnet werden, wobei in dem Wege eines der Teilbündel ein einstellbarer Phasenschieber angebracht wird. Auf diese Weise kann sowohl das konjugierte Bild eliminiprt^als auch die primäre Welle unterdrückt werden.

Die primäre Welle kann auch in einer Vorrichtung nach der Erfindung unterdrückt werden, in der die beiden Hologramme, hintereinander in dem Wege eines der von einem Teilspiegel aus dem Strahlungsbündel gebildeten '^'eilbündel angeordnet sind, während in dem Wege dea anderen Teilbündels ein einstellbarer Phasenverschieber angebracht ist. Die letztere Vorrichtung weist den Vorteil auf, dass sie auch zur Aufnahme der Hologramme verwendet werden kann,-

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Die Erfindung wird nachstehend für einige Ausführungsbeispiele an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ausführungsform einer Vorrichtung zum Rekonstruieren von Hologrammen nach der Erfindung, und

Figuren 2 und 3 zwei Ausführungsformen einer solchen Vorrichtung, bei denen die primäre Welle unterdrückt wird.

In diesen Figuren sind entsprechende Teile mit denselben Bezugsziffern bezeichnet.

In der Vorrichtung nach Fig. 1 sendet die Strahlungsquelle A ein kohärentes Bündel L aus, Das Bündel L kann gleich dem Referen:.bündel

sein, das be.·* der Aufnahme des Hologramirs verwendet wird. In dem Wege des Strahlungsbündeis L sind zwei Hologramme H. und H_? angeordnet.

Das Hologramm H_? ist als Amplitudenhologramm ausgebildet,

d.h., dass d? e Information über den abzubildenden Gegenstand in Form, einer Konfiguration mehr oder weniger strahlungsdurchlässiger Gebiete in dem Hologramm angebracht ist. Das Hologramm IL weist die Form eines Phasenhologramms auf, vas bedeutet, dass es z.B. aus Gebieten mit verschiedenen Brechungszahlen entsprechend der abzubildenden Information besteht. Das Hologramm H₁ kann auch als ein Reliefmuster ausgebildet werden. Ein derartiges Phasenhologramra kann durch das Ausbleichen eines entsprechenden Amplitudenhologramins erhalten werden.

Dia durch die beiden Hologramme hindurchtretende Strahlung" besteht aus einer genauen Rekonstruktion der Gegenstandswelle, wie sie bei der Aufnahme der Hologramme von dem Gegenstand emittiert wird, und aus einer primären Y/elle.

Die Hologramme H. und H_? können gemäss dem Prinzip der sogenannten Einseitenbandholographie aufgezeichnet werden. Nach diesem P

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wird beim Aufzeichnen des Hologramms in der Ebene, in der das räumliche Frequenzspektrum des Gegenstandes erhalten, wird (der sogenannten Fourier- . Ebene), eine -räumliche Filterung durchgeführt, in dem. die Hälfte der Fourier-Ebene abgedeckt wird. Für eine detaillierte Beschreibung der Einseitenbandholographie sei auf den Artikel: "Single-sideband Holography" von 0. Bryngdahl und A. Lohmann in "Journal of. the Optical Socie±y,/of America", Heft 38, Nr. £, Mai I968, S. 620-624 verwiesen. Bei der reihenmässigen Aufzeichnung der Hologramme H. und H„ werden komplementäre Halbebenen der Fourier-Ebene abgedeckt.

Dieses .holographisches Verfahren ist von besonderer Bedeutung für elektronenoptische Aufnahmen. Tabei kann in einem Elektronenmikroskop ein Teil des Beugungsbildes abgedeckt und von dem verbleibenden Teil ein Hologramm, z.B. das Hologramm H₁, aufgezeichnet werden. Zum Aufzeichnen des Hologramms H„ wird der komplementäre Teil des Beugungsbildes abgedeckt. Die erhaltenen Hologramme können auf die obenbeschriebene Weise rekonstruiert werden. · .

In dem Wege des aus den Hologrammen austretenden Strahlungsbündels kann noch eine Linse C zur Korrektur der· sphärischen Aberration des Elektronenmikroskops angebracht werden, so dass in der Bildebene B eine richtige lichtoptische Rekonstruktion der ursprünglichen, aus dem Gegenstand? •austretenden elektronenoptischen Welle erscheint. In der Fourier-Ebene der Linse C können noch Massnahmen zum Erhalten eines Phasenkontrasts _t eines Amplitudenkontrastsroder eines Interferenzkontrasts getroffen werden.

Fig. 2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsforra einer Vorrichtung nach der Erfindung zum Rekonstruieren eines holographischen Bildes, bei der auch die primäre Welle unterdrückt wird. Die Unterdrückung der primären Welle ist von Bedeutung bei der Rekonstruktion von Hologrammen

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dreidimensionaler - oder dicker - Gegenstände. Beim Aufzeichnen dreidimensionaler Gegenstände wird der Gegenstand über einen Lichtstreuer beleuchtet, wodurch die Information über jeden Punkt des Gegenstandes über die ganze Hologrammebene verteilt wird.

In der Vorrichtung nach Fig. 2 wird das von der Quelle A ■ herrührende Strahlungsbündel L von einem Teilspiegel S. in zwei Teilbündel aufgespaltet. Diese Teilbündel werden von den völlig reflektierenden

Spiegeln S„ und S, und dem Teilspiegel S. wieder zu einem Bündel vereinigt. Die Hologramme H₁ und H sind in den gesonderten Wegen der Teilbündel angeordnet. In dem Wege eines der Teilbündel ist noch eine Phasenplatte K angebracht, die in der mit dem Pfeil ρ angedeuteten Richtung gedreht werden kann. Aus dem Hologramm H. bzw. H„ tritt neben der erwünschten Gegenstandswelle Ll bzw» L!! auch noch die primäre Welle L' bzw. L" aus. Die Platte K wird in eine derartige Lage gedreht, dass das aus der Platte austretende Strahlungsbündel zu dem auf die Platte einfallenden Strahlungsbündel gegenphasig ist. Die beiden durch die Hologramme hindurchtretenden primären Wellen L' und L" werden in Gegenphase gehalten, so dass hinter dem Teilspiegel S. nur die erwünschte Gegenstandswelle L„ übrigbleibt. Statt der PhasenplatteKJcann auch ein anderes Phasenverschiebungsglied, wie z.B. eine Druckzelle, verwendet werden.

Die primäre Welle kann auch in einer Vorrichtung nach Fig. ] unterdrückt werden. In dieser Vorrichtung werden die Hologramme H und H beide von demselben Teilbündel beleuchtet. Die primäre Welle L , die neben der Gegenstandswelle L_n aus den Hologrammen austritt, wird zu dem andfjren Teilbündel addiert, das von der Phasenplatte K in Gegenphase gehalten wird. Hinter dem Teilspiegel S. verbleibt nur die erwünschte Gegenstar.dswelle.

Die Vorrichtung nach Fig. 3 kann auch zum Aufzeichnen der

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Hologramme H₁ und H„ verwendet werden. Dabei werden an den Stellen von H. und Hp ein Lichtstreuer und der Gegenstand angebracht. Rechts von S. ist eine photοgraphische Platte angebracht. Die Spiegel S., S_?, S, und S. haben dann zum Zweck, einen Teil des von der Quelle A ausgesandten Strahlungsbündels abzutrennen und als Referenzbündel dem von dem Gegenstand herrührenden Strahlungsbündel zuzusetzen, wobei die Phase des Referenzbündels mittels der Phasenplatte einstellbar ist. Durch Einstellung der Phasen.platte K können die Hologramme H₁ und H_ mit Referenzbündeln aufgenommen werden, die in der Phase um 90° voneinander verschieden sind.. In diesem Zusammenhang sei auf den erwähnten Artikel von Gabor und Goss verwiesen.

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Claims (1)

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   PATENTANSPRÜCHE :

   1. Vorrichtung zum Rekonstruieren eines in holographischer Form festgelegten Bildes eines Gegenstandes, die eine Strahlungsquelle, die ein rekonstruierendes Strahlungsbündel aussenden kann, und zwei HoIogrararae enthält, deren entsprechende Punkte "einen Phasenunterschied von 90° aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass eines der Hologramme als Phasenhologramm und das andere Hologramm als Amplitudenhologramm auegebiliet ist.

   2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hologramme hintereinander an dem Wege des Strahlungsbündeis angeordnet sind.

   J, Voirrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass

   die Hologramne in den gesonderten Wegen der von einem Teilspiegel aus dem Strahlungsbü-idel gebildeten Teilbündel angeordnet sind, und dass in dem Wege eines dsr Teilbündel ein einstellbares Phasenverschiebungsglied angebracht ist.

   4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass

   die beiden Hologramme hintereinander in dem Wege eines der von einem Teilspiegel aus doir Strahlungsbündel gebildeten Teilbündel angeordnet sind, während in dem Wege det; anderen Teilbündels ein einstellbares Phasenverschiebungsglied angeordnet ist.

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