DE2400965C3 - Vorrichtung zur holografischen Aufzeichnung von Farbbildern transparenter Objekte - Google Patents

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur holographischen Aufzeichnung von Farbbildern transparenter Objekte gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs. Eine solche Vorrichtung ist aus der deutschen Offenlegungsschrift 21 59 873 bekannt. Dort wird jede Farbkomponente des Objektlichts durch eine Streuscheibe in jeweils ein Büncel von Strahlen mit unregelmäßig verteilten Phasenverschiebungen aufgeteilt. Diese Strahlenbündel werden nach Durchsetzen des Objektes an verschiedenen Stellen des Aufzeichnungsmediums mit den zugehörigen Farbkomponenten des kohärenten Referenzlichtbündels zur Interferenz gebracht.

Die bekannte Vorrichtung hat zwar an sich den Vorteil, daß die drei Farbkomponenten gleichzeitig und ohne das Erfordernis irgend welcher bewegbarer optischer Bauteile aufgezeichnet werden. Durch die Zerstreuung des Objektlichts erhalten jedoch die auf das Aufzeichnungsmedium auftreffenden Farbkomponentenbündel verhältnismäßig große Querschnitte, so daß die einzelnen Bereiche des Aufzeichnungsmediums einen verhältnismäßig großen Platzbedarf haben, um den wesentlichen Anteil des Lichts zu erfassen. Ferner kommt es wegen der Zerstreuung der einzelnen Objektlichtfarbkomponenten außer der Interferenz mit den jeweils zugehörigen Farbkomponenten des Bezugslichts auf den einzelnen Bereichen des Aufzeichnungsmediums auch zu Überlagerungen unterschiedlicher Farben von Objekt- und Bezugslicht, so daß die an sich zur Aufzeichnung nur jeweils einer Farbe vorgesehenen Bereiche des Aufzeichnungsmediums durch die anderen Farben gestört werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs angesprochene Vorrichtung derart weiterzubilden, daß sie trotz der gleichzeitigen Abbildung mehrerer Farben und somit des Verzichts auf mechanisch bewegbare Teile die Herstellung von Hologrammen höherer Dichte und höherer Farbreinheit gestattet

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs angegeben. Danach wird jeder Farbkomponenten-Strahl ohne »Zerstreuung«, d.h. ohne Richtungsänderung, in eine Anzahl diskreter kleinerer Strahlen mit zueinander unterschiedlichen Phasenverschiebungen aufgeteilt Diese ungestreuten Farbkomponentenstrahlen des Objektlichts lassen sich daher an jeweils einer wohldefinierten und in ihrer Flächen entsprechend begrenzten Stelle des Aufzeichnungsmediums mit der jeweils zugehörigen Farbkomponente des Bezugslichts zur Interferenz bringen. Die einzelnen Bereiche des Aufzeichnungsmediums benötigen daher nur wenig Platz und enthalten nur jeweils eine einzige, von den anderen Farben weitgehend ungestörte Farbkomponente.

Aus der Zeitschrift »Applied Optics« 7 (1968) Seiten 2301 bis 2311 ist zwar die Verwendung von Beugungsgittern in der Holographie zur Aufteilung des Objektstrahls in eine Vielzahl von Strahlen an sich bekannt Diese Veröffentlichung befaßt sich aber nur mit der holographischen Aufzeichnung bei einer einzigen Wellenlänge; ferner würde das dort verwendete Beugungsgitter bei gleichzeitiger Aufzeichnung mehrere;· Farbkomponenten mindestens teilweise zu den oben abgehandelten Schwierigkeiten des größeren Platzbedarfs und der gegenseitigen Störung der einzelnen Farben führen.

Die Zeichnung dient der weiteren Erläuterung der Erfindung. Darin zeigt
F i g. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur hohographischen Aufzeichnung von Farbbildern gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

F i g. 2 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Herstellung eines Beleuchtungshologramms, wie es in der Vorrichtung nach Fig. 1 verwendet wird; und

F i g. 3 eine schematische Darstellung einer Phasenplatte, wie sie in der Vorrichtung nach F i g. 2 zur Herstellung des Beleuchtungshologramms verwendet wird.

Man ersieht aus Fig. 1, daß Strahlenbündel mit einer Mehrzahl verschiedener Wellenlängen von Laserlichtquellen 17, 18 und 19, ausgehen. Diese Strahlenbündel werden in Informationsstrahlenbündel 21 und Bezugstrahlenbündel 22 vom Strahlenteiler 20 unterteilt. Die

ίο Informationsstrahlenbündel 21 fallen auf ein Farbbeleuchtungshologramm 23.

In dem Hologramm 23 sind mehrere Hologramme unabhängig voneinander angeordnet, welche in ihrer Anzahl der Anzahl von Strahlenbündeln einer Mehrzahl von Wellenlängen entsprechen. Die entsprechenden Hologramme werden im vorhinein von Lichtquellen erzeugt, deren Wellenlängen gleich den Wellenlängen der bei der Aufzeichnung der Farbbilder zu verwendenden Strahlenbündel sind. Beim Durchsetzen des

fao Farbbeleuchtungshologramms 23 werden auseinandergefächerte Beleuchtungsstrahlenbündel 24, 25 und 26, als von den entsprechenden Hologrammen gebeugte Strahlenbündel erzeugt. Die abgebeugten Strahlenbündel 24, 25 und 26 sind Strahlenbündel mit entsprechen-

()5 den unterschiedlichen Wellenlängen. Sie sind nach Durchgang durch eine Kollimatorlinse 27 parallel gerichtet. Sobald die Strahlenbündel durch ein informationserzeugendes Objekt, welches an der Stelle 28 oder

30 angeordnet ist und durch eine Schreiblinse 29 hindurchgetreten sind, werden sie in unterschiedliche Punkte 32, 33 und 34 auf einem photographischen Material 31 gesammelt Diese Punkte entsprechen jeweils den aufgefächerten Beieuchtungsstrahlenbündein 26,25 und 24. Als informationserzeugendes Objekt wird beispielsweise ein Farbfilm verwendet Die Lage, in der das Objekt angeordnet wird, ist beispielsweise der Bereich 28 oder der Bereich 30. Die Anordnung ist jedoch auch in jeglichen anderen Bereichen möglich, in dem die Strahlenbündel aus einer Mehrzahl von Wellenlängen einander überlagert sind. Im Falle der voraus erfolgten Herstellung des Farbbeleuchungshologramms wird so vorgegangen, daß die Beleuchtungsstrahlenbündel zu einer Mehrzahl von kleinen Strahlenbündeln werden, die gerade auf dem informationserzeugenden Objekt nur zufallsverteilte Phasenverschiebungen aufweisen.

Andererseits weisen die Bezugsstrahlenbündel 22 Lichtwege auf, welche durch Spiegel 35 und 36 geändert werden. Sie kreuzen die Informationsstrahlenbündel auf dem photographischen Material Dementsprechend werden von den Strahlenbündeln der entsprechenden Wellenlängen Hologramme 32, 33 und 34 gebildet Im folgenden sollen die Charakteristiken des derart erzeugten Farbhologramms näher betrachtet werden.

Es sei der Fall angenommen, daß ein einzelnes Hologramm gebildet wird Es ist allgemein bekannt, daß bei einem Sammeln von Laserlicht auf ein photographisches Material, nachdem diese durch lediglich eine Schreiblinse und ein informationserzeugendes Objekt hindurchgegangen ist, ein Informationsstrahlenbündel örtlich auf das photographische Material konzentriert wird. Dies ist auf den Umstand zurückzuführen, daß die allgemeine Bildinformation große Mengen an niedrigfrequenten Bestandteilen aufweist Mit der vorliegenden Erfindung wird diesbezüglich eine Verbesserung erreicht, indem das Farbbeleuchtungshologramme so gebildet wird, daß die von dem Hologramm abgebeugten Strahlenbündel eine Mehrzahl von kleinen Strahlenbündel mit zufallsverteilten Phasenverschiebungen bilden.

Wenn das informationserzeugende Objekt von derart abgebeugten Strahlenbündeln beleuchtet wird, erfolgt eine Unterteilung und Abtastung der Information von den kleinen Strahlenbündeln und es werden lediglich die notwendigen Teile herausgenommen. Hierdurch werden in der Tat die Ortsfrequenzkomponenten, welche die Information aufweist, gleichmäßig gemacht Wenn jedoch lediglich dieses Gleichmäßgmachen erfolgt, entsteht noch immer eine Konzentrierung des Lichts in der Hologrammebene auf Grund des Auto-Korrelationseffekts unter den kleinen Strahlenbündeln. Die entsprechenden kleinen Strahlenbündeln weisen jedoch die zufallsverteilten Phasenverschiebungen auf. Der Auto-Korrelationseffekt wird hierdurch vermieden und man kann ein Hologramm erhalten, das eine gleichförmige Verteilung der Lichtintensität aufweist Darüberhinaus läßt sich die Größe des Hologramms bis zur Beugungsgrenze verringern, welche von dem Durchmesser der kleinen Strahl ■' ündeln bestimmt ist. Da darüberhinaus im wesentlichen die gesamte Information in dem kleinen Hologramm enthalten ist, treten auch Störungen der Information in Form von flecken- oder sprenkelartigem Rauschen nicht auf. Man erhält fa5 demgemäß ein rekonstruiertes Farbbild von hoher Qualität durch inkohärente Überlagerung der rekonstruierten Bilder von den Hochqualitäts-Hologrammen, welche für die Strahlenbündeln der entsprechenden Wellenlängen erhalten wurde. Darüberhinaus weist jedes Hologramm die hohe Dichte der Beugungsgrenze auf, so daß das Hologrammgebiet sehr klein ist, selbst wenn eine Vielzahl von solchen Hologrammen verwendet wird. Dies führt dazu, daß man ein Hochqualitäts-Farbhologramm mit hoher Dichte herstellen kann, was bisher nie möglich war.

Eine Vorrichtung zur Herstellung des Farbbeleuchtungshologrammes ist in F i g. 2 dargestellt

Strahlenbündeln von einer Mehrzahl von Wellenlängen, welche vom Laser-Lichtquellen 38, 39 und 40 ausgehen, werden Informationsstrahlenbündel 42 und Bezugsstrahlenbündel 43 mittels eines Strahlenteilers 41 unterteilt Die Informationsstrahlenbündel treten durch -tine Linse 44 hindurch, wodurch sie aufgeweitet werden. Von einem Kollimator-Objektiv 46 werden anschließend parallel gerichtete Strahlenbündel 48 erzeugt In den aufgeweiteten Strahlenbündeln ist die Kombination aus einer Platte zur Erzeugung von zufallsverteilten Phasenverschiebungen und eines Abtastgitters entweder an der Stelle 45 oder an der Stelle 47 angeordnet Nach ihrem Durchgang werden die aufgeweiteten und parallel gerichteten Strahlenbündel 48 auf ein photographisches Material 50 mittels einer Schreiblinse oder einem Schreibobjektiv 49 gesammelt. Hierbei wird bewirkt, daß die von den Laser-Lichtquellen kommenden Strahlenbündeln nacheinander anfallen. Das Einfallen der Strahlenbündel erfolgt beispielsweise in der Reihenfolge von rot grün und blau.

Die Lage der Schreiblinse 49 wird für die Strahlenbündel der entsprechenden Wellenlängen verschoben. In F i g. 2 zeigt beispielsweise die punktierte Linie die Lage der Schreiblinse für das rote Strahlenbü ' die ausgezogenen Linien deren Lage für das grün d die strichpunktierte Linie deren Lage für o. blaue Strahlenbündel.

Dementsprechend unterscheiden sich die Konvergenzpunkte für die Strahlenbündel der entsprechenden Wellenlängen auf dem photographischen Material, welche mit den Bezugszeichen 51, 52 und 53 gekennzeichnet sind.

Andererseits wird der Lichtweg für die Bezugsstrahlenbündel 43 durch einen Spiegel 54 geändert, so daß man anschließend Bezugsstrahlenbündel 56 erhält, welche entsprechend den Wellenlängen mittels eines Ablenkspiegels 55 voneinander getrennt werden. Diese Bezugsstrahlenbündel werden zur Interferenz mit den Informationsstrahlenbündeln gebracht, so daß Hologramme 51, 52 und 53 entstehen, welche das Farbbeleuchtungshologramm bilden.

In den dargestellten Beispielen war die Kombination aus der Platte für die Erzielung einer zufallsverteilten Phasenverschiebung und einem Abtastgitter entweder an der mit 45 oder an der mit 47 bezeichneten Stelle angeordnet. Es ist jedoch möglich, diese Kombination an irgendeiner Stelle im Inneren der aufgeweiteten Strahlenbündel anzuordnen. Das erzeugte Farbbeleuchtungshologramm rekonstruiert die Bilder der Platte zur Erzielung einer zufallsverteillten Phasenverschiebung und des Abtastgitters an der oben erwähnten Lage, wenn es in der Vorrichtung von F i g. 1 verwendet wird. Es ist daher möglich, das die Farbinformation erzeugende Bauelement gerade in dieser Lage anzubringen.

F i g. 3 zeigt den Zustand, in dem das Abtastgitter der Platte zur Erzielung einer zufallsverteilten Phasenverschiebung überlagert ist. Die in dieser Figur dargestellte

Platte zur Erzielung einer zufallsverteilten Phasenverschiebung kann dem einfallenden Licht eine Phasenverschiebung von 0 oder π erteilen (jeder Teil des schraffierten Bereichs in der Figur erzeugt eine Phasenverschiebung von π), wobei jedoch die Platte nicht auf eine derartige Form beschränkt ist. In einigen Fällen wird kein Abtastgitter verwendet, wobei deren Funktion ebenfalls von der Platte zur Erzielung der zufallsverteilten Phasenverschiebung übernommen wird.

Die Wirkungsweise des derart gebildeten Farbbeleuchtungshologramms soll im folgenden noch einmal näher betrachtet werden. Das Farbbeleuchtungshologramm ist aus einer Vielzahl von Hologrammen aufgebaut, welche an den entsprechenden unabhängi- '5 gen Lagen für die Strahlenbündel von einer Mehrzahl von Wellenlängen gebildet sind. Wenn die Hologramme zu Rekonstruktionszwecken beleuchtet werden, nehmen die von den entsprechenden Hologrammen rekonstruierten Strahlenbündel Strahlengänge ein, wie sie in F i g. 1 dargestellt sind. Die abgebeugten Strahlenbündel der unterschiedlichen Wellenlängen treten so wie sie von den verschiedenen Hologrammen auf dem Farbbeleuchtungshologramm 23 hervortreten, durch die Linse 27 hindurch, wobei sie anschließend als parallele Strahlenbündel in Richtung auf die Brennebene der Linse 29 fortschreiten. Wenn die Brennebene der Linse 27 und diejenige der Linse 29 zusammenfallen, treten die parallel gerichteten Strahlenbündel desweiteren durch die Linse 29 hindurch, worauf sie in verschiedene Punkte auf dem photographischen Material 31 vereinigt werden.

Das die Farbinformation erzeugende Objekt ist beispielsweise an der mit 28 bezeichneten oder an der mit 30 bezeichneten Stelle angebracht Diese Stelle kann der Lage entsprechen, an der die Platte zur Erzeugung einer zufallsverteilten Phasenverschiebung und das Abtastgitter bei der Herstellung des Farbbeleuchtungshologramms angeordnet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1
Patentanspruch:

Vorrichtung zur holographischen Aufzeichnung von Farbbildern transparenter Objekte, bei der ein kohärentes, mehrere Farbkomponenten enthaltendes Objektlichtbündel durch eine optische Einrichtung gebeugt und in eine Vielzahl von Objektstrahlen mit relativ zueinander unregelmäßig verteilten Phasenverschiebungen zerlegt wird, die dann das Objekt durchsetzen und getrennt nach ihren Farbkomponenten auf verschiedene Stellen eines Aufzeichnungsmediums fokussiert werden, an denen sie mit jeweils einem kohärenten Referenzlichtbündel interferieren, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Einrichtung (23) mehrere nebeneinander liegende und jeweils den einzelnen Farbkomponenten zugeordnete Beleuchtungsho.bgramme (Si, 52, 53) enthält, deren jedes nur von der ihm zugeordneten Farbkomponente (24, 25, 26) des Objektlichtbündels (21) durchstrahlt wird und eine solche Struktur hat, daß es am Ort des Objekts (28) ein Bild einer Phasenplatte entwirft, die ein feines Raster von Teilbereichen aufweist, in denen die Phasenverschiebung des Lichts, statistisch verteilt, jeweils unterschiedliche, aber über den Teilbereich feste Werte aus einer Reihe von unterschiedlichen Phasenverschiebungbwerten aufweist.