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Vorrichtung zur Erzeugung eines mehrfarbigen Strahls sowie Verfahren
zum Erzeugen eines solchen Strahls.
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung eines mehrfarbigen
kohärenten Strahls sowie ein Verfahren zum Erzeugen eines solchen Strahls.
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Ein gerichteter, insbesondere paralleler Strahl mit kohärenten Komponenten
findet insbesondere bei der Aufzeichnung und/oder Rekonstruktion von Hologrammen
Verwendung. Ein Hologramm ist eine vollständige Aufzeichnung der Strahlung, die
durch ein Objekt übermittelt
oder an einem Objekt reflektiert wird.
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Nach einem Anwendungsfall der Holographie werden die visuellen Eigenschaften
eines Objektes zur späteren Betrachtung aufgezeichnet. Während bei herkömmlichen
Fotographien eine Abbildung aufgezeichnet wird, stellt ein Hologramm eine Aufzeichnung
von Interferenzmustern zwischen als Bezugsstrahl dienenden Lichtwellen und Lichtwellen
von der gleichen Quelle dar, die an dem Objekt reflektiert werden. Das Hologramm
hat nicht die geringste Ähnlichkeit mit dem Objekt, wenn es unter Verwendung einer
üblichen Lichtquelle betrachtet wird. Es ist statt dessen ein Muster von unregelmässigen
Linien, Tropfen,Rlecksen und Wirbeln. Dieses Muster enthält jedoch alle Informationen
über das Objekt, und zwar noch mehr Informationen als die herkömmliche Fotographie,
bei der eine Abbildung des Objektes aufgezeichnet ist.
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Zur Herstellung eines Hologramms wird eine spektral kohärente Lichtquelle,
wie z.B. ein Laser , benötigt.
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Eine solche Lichtquelle strahlt einen Strahl aus, bei dem alle Komponenten
im wesentlichen in Phase sind und sehr schmale spektrale Komponenten haben, die
um eine vorher bestimmte Wellenlänge zentriert sind. Der Strahl ist auch räumlich
kohärent, d.h., er scheint von einer Punkt-oder Spalt quelle abgeleitet zu sein.
Ein Anteil des Strahls wird auf ein Objekt gerichtet, das diesen auf ein Aufzeichnungsmedium
, wie z.B. einen fotographischen Film, reflektiert. Ein Iveiterer Anteil des Strahls,
der als Bezugs strahl bezeichnet wird, wird so geführt daß er direkt auf das Aufzeichnungsmedium
auftritt.
Der Objektstrahl und der Bezugsstrahl intern ferieren an oder in dem Aufzeichnungsmedium,
wobei das entstehende Inteferenzstreifen-Muster aufgezeichnet wird.
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Bei der Aufzeichnung eines Farbhologramms muß das Objekt mit einem
mehrfarbigen Strahl bestrahlt werden, der wenigstens zwei, nach einer bevorzugten
Ausführungsform drei, Farbkomponenten hat. Das Objekt reflektiert diese Farben gemäß
seiner Farbzusammensetzung. Ein Anteil des mehrfarbigen Strahls trifft auch direkt
auf das Aufzeichnungsmedium auf, so daß z.B. die grüne Komponente des Bezugsstrahls
mit der grünen Komponente des Objektstrahls, die blaue Komponente des Bezugsstrahls
mit der blauen Komponente des Objektsstrahls, und so weiter, interferiert.
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Bisher bestand eine Schwierigkeit bei der Herstellung von Farbhologrammen
darin, daß es keine Vorrichtung zur Erzeugung eines solchen mehrfarbigen Strahls
gab, die sich ohne großen Aufwand und damit wirtschaftlich herstellen läßt. Die
Kosten für eine solche Vorrichtung zur Strahlerzeugung hängnvon der Anzahl und der
Komplexität der Teile in den Strahlerzeugungseinrichtungen, insbesondere den optischen
Bestandteilen, sowie von den akzeptablen Toleranzen dieser Teile ab.-Ein System,
das zur Erzeugung eines mehrfarbigen Strahls vorgeschlagen wurde, verwendet drei
Laser, von denen jeder einenStrahl mit einer bestimmten Wellenlänge erzeugen kann
Der erste dieser Strahlen wird auf einen Reflektor gerichtet; der zweite der Strahlen
wird auf einen Strahlspalter gerichtet, der den reflektierten ersten Strahl empfängt
und ihn mit dem zeiten Strahl kombiniert; ein dritter Laser richtet
einen
Strahl auf einen zweiten Strahlspalter- , der auch die kombinierten ersten und zweiten
Strahlen von dem ersten Strahlspalter empfängt und sie mit dem dritten Strahl kombiniert,
um einen gerichteten, insbesondere parallelen Strahl zu liefern, der drei kohärente-Eomponenten
enthält. Bei dieser Systemart wird jeder Laserstrahl zunächst durch ein Bandpass-Filter
geführt, das alle" Fremdkomponenten des zugeordneten Lasers zurückweist, so daß
nur die gewünschte Wellenlänge durchgelassen wird. Dieser Lösungsweg ist jedoch
sehr aufwendig und teuer, da sechs sorgfältig hergestellte optische Elemente ( ein
Reflektor , zwei Strahlspalter , und drei in einem schmalen Bereich arbeitende Bandpass-Filter
) erforderlich sind.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte
Vorrichtung bzw. ein verbessertes Verfahren zur Erzeugung eines mehrfarbigen Strahls
mit einer Mehrzahl von kohärenten Komponenten zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Vorrichtung der angegebenen
Gattung gelöst durch eine Mehrzahl von Einrichtungen zur Strahlerzeugung, die jeweils
im wesentlichen kohärente Strahlen mit unterscheidlichen Wellenlängen erzeugen,
und durch Einrichtungen zur Zusammenfassung der Strahlen, die die kohärenten Strahlen
mit den unterschiedlichen Wellenlängen zu einem im wesentlichen parallelen Strahl
mit einer Vielzahl von im wesentlichen kohärenten Komponenten kombinieren.
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Weiterhin wird diese Aufgabe erfindungsgemäß bei einem Verfahren der
angegebenen Gattung dadurch gelöst, daß eine Mehrzahl von im wesentlichen kohärenten
Strahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen erzeugt wirdj daß die Strahlen auf Einrichtungen
zur Zusammenfassung der Strahlen prQjiziert werden, wobei die Strahlen zu einem
im wesentlichen parallelen Strahl mit einer entsprechenden Mehrzahl von im wesentlichen
kohärenten Komponenten kombiniert werden.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile liegen insbesondere darin,
daß eine Vorrichtung zur Erzeugung eines mehrfarbigen Strahls geschaffen wird, die
eine minimale Anzahl von Teilen mit relativ einfachem Aufbau hat, so daß sich diese
Vorrichtung zur Strahlerzeugung wirtschaftlicher und damit billiger herstellen läßt.
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Nach dieser Vorrichtung bzw. dem Verfahren zur Erzeugung eines mehrfarbigen
Strahls wird eine Mehr zahl von im wesentlichen kohärenten Strahlen mit unterschiedlichen
Wellenlängen erzeugt. Die Strahlen werden zu einem einzigen, im wesentlichen parallelen
Strahl mit einer Mehrzahl von im wesentlichen kohärenten Komponenten kombiniert
oder integriert.
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Dabei weist diese Vorrichtung insbesondere einen teiliges, lichtbrechendes
Element mit einer das Licht empfangenden Vorderfläche und eine Mehrzahl von Einrichtungen
zur Strahlerzeugung auf, um jeweils im wesentlichen kohärente Strahlen mit unterschiedlichen
Wellenlängen zu erzeugen, wobei die Strahlerzeugungseinrichtungen
jeweils
so angeordnet sind, daß die. zugehörigen Strahlen auf die Vorderfläche des Brechungselementes
in Winkeln auftreffen, die so ausgewählt sind, -daß die Strahlen zu einem im wesentlichen
parallelen Strahl mit einer entsprechenden Mehrzahl von im wesentlichen kohärenten
Komponenten gebrochen werden.
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Die Erfindung schafft also eine Vorrichtung zur Erzeugung eines mehrfarbigen
Strahls, bei dem ein das Licht brechendes Element , wie z.B. ein Prisma oder ein
Beugungsgitter, eine Mehrzahl von kohärenten Strahlen jeweils in vorher bestimmten
Einfallswinkeln empfängt, die zu einem im wesentlichen parallelen Strahl mit einer
entsprechenden Mehrzahl von kohärenten Komponenten gebrochen oder gebeugt werden.
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Die Erfindung besteht aus bestimmten, neuen Merkmalen und einer Kombination
von Teilen und Schritten, die im folgenden ausführlich beschrieben und in den beiliegenden
Zeichnungen dargestellt sind; diese Merkmale sind insbesondere in den am Schluß
zusammengestellten Ansprüchen aufgeführt, wobei selbstverständlich verschiedene
Anderungen in den Einzelheiten der Vorrichtung bzw. des Verfahrens vorgenommen werden
können, ohne daß dadurch der Erfindungsgedanke verlassen wird oder die mit der Erfindung
verbundenen Vorteile aufgegeben werden.
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Um das Verständnis der Erfindung zu erleichtern, wird im folgenden
anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden,
schematischen Zeichnungen die-Erfinduns, ihr Aufbau und ihre Betriebsweise näher
erläutert.
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Es zeigen: Figur 1 eine Darstellung eines Systems zur Aufzeichnung
eines Hologramms eines Objektes, bei dem eine Vorrichtung zur Strahlerzeugung verwendet
wird, die die Merkmale der vorliegenden Erfindung enthält; Figur 2 eine Darstellung
eines Systems zur Betrachtung einer Abbildung, die durch das System nach Fig. 1
aufgezeichnet worden ist; Figur 3 eine Darstellung einer ersten Ausführungsform
der Vorrichtung zur Strahlerzeugung; Figur 4 Einzelheiten des in der Vorrichtung
zur Strahlerzeugung nach Fig. 3 verwendeten Prismas sowie der Beziehungen der auf
das Prisma auftreffenden und aus ihm austretenden Strahlen; und Figur 5 Einzelheiten
einer zweiten Ausführungsform der Vorrichtung zur Strahlerzeugung.
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In den Zeichnungen , und insbesondere in Fig. 1 ist ein System zur
Aufzeichnung oder zur Herstellpng eines Hologramms gezeigt. Das System enthält eine
Vorrichtung 10 zur Erzeugung eines mehrfarbigen Strahls1 die bestimmte Merkmale
der vorliegenden Erfindung aufweist, wie im folgenden im einzelnen beschrieben werden
soll. Die Vorrichtung 10 erzeugt einen gerichteten, insbesondere parallelen Strahl
11 mit einer Vielzahl von kohärenten Komponenten. Mit anderen Worten ist jede Komponente
spektral-kohärent, d.h., das Spektrum einer jeden Komponente ist sehr schmal und
um eine vorher bestimmte Wellenlänge zentriert. Z.B.
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kann der Strahl 11 eine blaue Komponente mit einer Wellenlänge von
4,500 AO , eine grüne Komponente mit einer Wellenlänge von 5,400 A0 , und eine rote
Komponente mit einer Wellenlänge von 6,loo A0 haben.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform werden die relativen Anteile
bzw. Intensitäten der drei Komponenten so ausgewählt, daß sich ein im wesentlichen
weißes Licht ergibt. Über diese Bedingung hinaus , daß jede der Komponenten spektral
kohärent ist, ist der Strahl 11 auch räumlich kohärent, d.h., jede Komponente wird
von einer Punktquelle abgeleitet, um sicherzustellen, daß alle Wellen einer jeden
Komponente in Phase sind.
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Der Strahl 11 wird durch einen Strahlspalter 12 geführt, der den Strahl
in einen Bezugsstrahl 13 und einen Objektstrahl 14 aufteilt. Der Bezugsstrahl 13
wird durch entsprechend angeordnete Spiegel 15 und 16 zu einer Zerstreuungslinse
17 umgelenkt, die den Bezugsstrahll3 spreizt bzw. verbreitert, so daß er die gewünschte
Querschnittsfläche hat, um auf einen ausgewählten
Bereich eines
Aufzeichnungsmediums, wie z.B. eine Seite einer fotographischen Platte 18, aufzutreffen.
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Der Objektstrahl 14 wird auf eine Zerstreuungslinse 19 gerichtet,
die das Licht spreizt oder verbreitert, so daß es auf alle Bereiche eines Objektes
20, ein schließlich eines Bereiches 22 auf dem Objekt, trifft.
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Die Zerstreuungslinsen 17 und 19 sind nur als schematische Darstellungen
irgendeines Elementes gedacht, das in der Lage ist, die Strahlen i3 bzw. 14 zu streuen
bzw. zu verbreitern. Z.B. könnte als Lichtdivergierendes Element ein Mikroskop-Objektiv
mit einem Bezugsgitir am nahen Brennpunkt verwendet werden.
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Der Objektstrahl wird an dem Objekt 20 als reflektierter Objektstrahl
21 reflektiert, um auf die entgegengesetzte Seite auf der fotographischen Platte
18 aufzutreffen. Der reflektierte Objekt strahl 21 und der Bezugsstrahl 13 interferieren
in der fotographischen Platte 18, die die sich ergebenden Interferenzstreifen-Muster
aufzeichnet. Der reflektierte Objektstrahl 21 und der Bezugs strahl 13 scheinen
also jeweils von den Brennpunkten von zwei Hyperbeln zu kommen; dabei treffen sich
der reflektierte Objekt strahl 21 und der Bezugsstrahl 13 auf der fotographischen
Platte 18, so daß eine Aufzeichnung entsteht, die oft als ein Spiegel, oder eine
Lippmann-Bragg-Denisyuk-Version , eines Fourier-Hologramms ( Fourier Transform hologran
)bei dem die Fouriertransformierte verwendet wird' bezeichnet wird.
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Das Reflexionsvermögen und die Durchlässigkeit bzw.
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Transmission des Strahlspalters 12 kann eingestellt werden, so daß
sich die gewünschten Helligkeitsverhältnisse zwischen dem reflektierten Objektstrahl
21 und dem Bezugsstrahl 13 auf der fotographischen Platte 18 ergeben. Dadurch soll
das optimale Verhältnis erreicht werden Die fotographische Platte i8 wird auf herkömmliche
Weise entwickelt, so daß sich ein Hologramm ergibt, das eine große Vielzahl von
unregelmässigen Linien, Wirbeln und ähnlichen Formen zeigt, die die Interferenzstreifen-Muster
darstellen; dadurch werden die Informationen über das Objekt 20 aufgezeichnet. Die
gemeinsame Quelle für den Bezugsstrahl 13 und den reflektierten Objektstrahl 21
stellt-sichers daß sie in einer bestimmten Phasenbeziehung zueinander stehen und
deshalb in der Lage sind,. zu interferieren, um Informationen über das Objekt aufzuzeichnen.
Das Hologramm kann dann gebleicht bzw. entfärbt werden, so daß es noch transparenter
wird.
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Die Interferenzmuster enthalten auch Informationen über die Farbe
des Objekts, da die blaue Komponente des Bezugsstrahls 13 mit der blauen Komponente
des reflektierten Objektstrahls 21, die grüne Komponente des Bezugs strahls 13 mit
der grünen Komponente des reflektierten Objekt strahls 2i und die rote Komponente
des Bezugsstrahls 13 mit der roten Komponente des reflektierten Bezugsstrahls 21
interferieren. Es
soll z.B. angenommen werden, daß das Objekt 20
einen Bereich 22 hat, der grün ist. Dieser Bereich reflektiert die grüne Komponente
in dem Objektstrahl 14, so daß sich eine grüne Komponente 21' im reflektierten Objektstrahl
ergibt. Die grüne Komponente 13' im Bezugsstrahl 13 interferiert in der fotographischen
Platte 18 mit der grünen Komponente 21' in dem reflektierten Objektstrahl, wodurch
Informationen über den Bereich22, einschl. seiner grünen Farbe, aufgezeichnet werden.
Deshalb stellt also ein Farbhologramm im wesentlichen eine Superposition eines blauen,grünen
und eines roten Hologramms dar, die einander überlagern. Um die Wirkungsweise einer
drei Farben verwendenden Einrichtung zur Erzeugung eines Vollfarben-Hologramms zu
verbessern, kann ein flaches Prisma zu dem System hinzugefügt werden, so daß die
drei Bezugs strahlen mit den unterschiedlichen Wellenlängen in Winkeln, die sich
jeweils etwas voneinander unterscheiden, auf die holographische Platte 18 und 18
a auftreffen.
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In Fig. 2 werden Einzelheiten zur Betrachtung. oder zur Rekonstruktion
des Hologramms erläutert, das eit dem Bezugszeichen 18 a bezeichnet ist. Die Anordnung
kann grundsatzlich die gleichewie die in Fig. 1 gezeigte sein, wobei er oben erwähnte
vielfarbige Strahl 11 verwendet wird; sie unterscheidet sich nur dadurch, daß kein
Element zur Aufspaltung des Strahls in einen Bezugsstrahl und einen Objekt -strahl
notwendig.ist. Stattdessen wird der gerichtete, parallele Strahl 11 von der Vorrichtung
zur Strahlerzeugung längs des Weges geführt1dem auch der Bezugsstrahl
13
in Fig. 1 folgte. Das heißt also, der Strahl 11 wird an den Spiegeln i5 und 16 reflektiert
und dann durch die Zerstreuungslinse 17 verbreitert C so daß er auf das Hologramm
18 a auftrifft.
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Das Hologramm 18 a wird deshalb durch im wesentlichen das gleiche
Licht bestrahlt, das dazu verwendet wurde, während des Aufzeichnungsvorgangs den
Bezugsstrahl 13 zu liefern. Das Interferenzmuster in dem Hologramm 18 a beugt das
Licht, so daß ein Betrachter 23 ein rekonstruiertes Bild 20 a mit der gleichen relativen
Position wahrnehmen wird, wie sie das Objekt 20 hatte.
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Aufgrund der Beugung des vielfarbigen Strahls 11 durch das Interferenzmuster
hat die Abbildung 2o a die gleichen Farben wie das Objekt 20. Zum Beispiel wird
der Bereich 22 a grün erscheinen, so daß er dem grünen Bereich des Bereichs 22 in
dem Objekt 20 entspricht , da die grüne Komponente 13 a in geeigneter Weise durch
den zugeordneten Bereich des Interferenzmusters in dem Hologramm 18 a gebeugt wird.
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Das in Fig. 1 dargestellte Aufzeichnungssystem und das in Fig. 2 dargestellte
Rekonstruktionssystem bilden nur Beispiele für den Typ von holographischem System,
bei dem die neue Vorrichtung 10 zur Strahlerzeugung verwendet werden kann. Als Alternative
hierzu kann das System so angeordnet werden, wie es dem Fachmann auf diesem Gebiet
benannt ist, daß der Objektstrahl und der Bezugs strahl auf die gleiche Seite der
fotographischen Platte auftreffen. Nach einer weiteren Alternative ist die fotographische
Platte in der Form eines Zylinders angeordiet, wobei sich das
Objekt
in dem Zylinder befindet. Die Vorrichtung 10 zur Strahlerzeugung richtet den parallelen
Strahl 11 auf eine Linse, die den Strahl streut, so daß er auf das Innere der zylindrischen,
fotographischen Platte und auch auf das Objekt trifft. Das von dem Objekt reflektierte
Licht interferiert mit dem die Platte direkt'treffenden Licht, so daß sich die Interferenzmuster
- Charakteristik des Hologramms ergibt.
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Anhand von Fig. 3 sollen nun Einzelheiten der Vorrichtung 10 zur Strahlerzeugung
erläutert werden. Dabei ist ein lichtbrechendes Element in der Form eines Prismas
30 mit einer planaren , das Licht empfangenden Vorderfläche 31, einer planaren,
das Licht abgebenden Rückfläche 32 und einem dazwischen liegenden spitzen Winkel
33 vorgesehen. In der dargestellten Form hat das Prisma 30 einen gleichförmigen
Querschnitt und Flächen, die rechtwinklig sind. Die Vorrichtung 10 zur Strahlerzeugung
enthält auch drei Laser 40, 50 und 60, die jeweils spektral und räumlich kohärentes
Licht erzeugen können. Zum Beispiel kann der Laser 40 einen roten Farbton mit einer
Wellenlänge von 6,lot AO, der Laser 50 einen grünen Farbton mit einer Wellenlänge
von 5,400 AO und der Laser 60 einen blauen Farbton mit einer Wellenlänge von 4,500
A0 erzeugen. Die von den Lasern 40, 50 und 60 abgegebenen Farbtöne sind im wesentlichen
reine Töne von sehr schmalen spektralen Komponenten, die um drei vorher bestimmte
Wellenlängen zentriert sind. Selbstverständlich werden die Werte für die Wellenlängen
nur als Beispiele angegeben, sodaß auch Licht mit anderen Wellenlängen eingesetzt
werden kann. Es ist dadurch festgelegt werden, daß nahezu alle sichtbaren Farben
in einem
Objekt zu einem Betrachter reflektiert werden , wenn Licht
mit diesen drei Wellenlängen auftrifft. Das Licht von dem Laser 40 wird durch ein
einfaches Fernrohr gerichtet, das den Strahldurchmesser vergrößert. Das Fernrohr
41 enthält eine Linse 42 , die den Strahl fokusiert, sowie eine Linse 43, die das
Licht bei dem größeren Durchmesser wieder parallel macht und es als einen Strahl
44 auf die Vorderfläche 31 des Prismas 30 richtet. Der Laser 50 ist mit einem Teleskop
51 mit Linsen 52 und 53 versehen, so daß sich ein vergrößerer, paralleler Strahl-54
ergibt. Das Licht von dem Laser 60 wird durch das Teleskop 6i mit Linsen 62 und
63 vergrößert, so daß sich ein kohärenter Strahl 64 ergibt, der ebenfalls auf die
Vorderfläche 31 des Prismas 30 projiziert wird.
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Bekanntlich wird weißes, von dem Prisma empfangenes Licht an der Vorderfläche
gebrochen und an der Rückfläche nochmals gebrochen, wobei das Ausmaß der Brechung
von der Wellenlänge des Lichtes abhängt.
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Je größer die Wellenlänge ist, umso weniger wird das Licht an -jeder
der Flächen abgelenkt oder gebrochen. Das heißt jedoch, daß nach der vorliegenden
Erfindung die Strahlen 44, 54 und 64 an der Vorderfläche 31 und der Rückfläche 32
im unterschiedlichen Maße gebrochen werden, wobei der rote Strahl 44 am wenigsten
und der blaue Strahl 6k am stärksten gebrochen wird. Die Stärke der Brechung hängt
auch von der Zusammensetzung des Prismas und von dem Wert des Spitzenwinkels 33
ab
Der Laser 40 ist so angeordnet, daß der rote Strahl 44 auf die
Vorderfläche 31 in einem Winkel 45 trifft, so daß er gemäß der Darstellung in Fig.3
horizontal austritt. Der Laser 50'ist so angeordnet, daß der grüne Strahl 54 auf
die Vorderfläche 31 in einem Winkel 55 auftrifft, so daß er ebenfalls horizontal
austreten wird. Der Laser 60 ist so angeordnet, daß der blaue Strahl 64 auf die
Vorderfläche 31 in einem Winkel 65 auftrifft, so daß auch er horizontal austritt.
Damit hat also der austretende Strahl 11 eine erste kohärente Komponente mit einer
Wellenlänge, die gleich der des Strahls von dem Laser 40 ist, eine zweite kohärente
Komponente mit einer Wellenlänge, die gleich der des Strahls von dem Laser 50 ist,
und eine dritte kohärente Komponente mit einer Wellenlänge, die gleich der des Strahls
von dem Laser 60 ist. Alle diese Strahlen werden parallel zueinander ausgerichtet.
Als Alternative hierzu könnten die Strahlen 44 , 54 und 64 so angeordnet werden,
daß sie auf die Fläche 31 mit Winkeln auftreffen, die etwas anders als die Winkel
45, 55 und 65 sind; dies könnte dazu verwendet werden, um auf die flachen Prismen
nach den Fig. 1 und 2 zu verzichten, wobei leicht unterschiedliche Objektstrahlen
und Bezugsstrahlen für jede der drei verschiedenen Farben vorgesehen sind Die Darstellung
in Fig. 3 ist nur sehr schematisch , wobei auch die Einfallswinkel der Strahlen
44, 54 und 64 mit der Vorderfläche 31 stark übertrieben gezeigt sind. Es wird hierbei
auf Fig. 4 Bezug genommen, die im vergrößerten Maßstab das Prisma 30
und
die verschiedenen Strahlen zeigt, die auf das Prisma auftreffen und aus ihm austreten.
Wie sich Fig. 4 entnehmen läßt, ist die Ungleichheit zwischen den Winkeln der verschiedenen
Strahlen in der Praxis sehr viel geringer, als es in Fig. 3 dargestellt wird.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Prisma 30 aus dichtem
Flintgl.as ( dense flint prism ) verwendet, das einen gleichförmigen Querschnitt
hat.
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Der Laser 40 liefert Licht bei 6,100 AO , der Laser 50 Licht bei 5,400
AO, und der Laser 60 Licht bei 4,500 A°.
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Der Einfaliswinkel 45 des roten Strahls 44 beträgt ungefähr 35, 50,
der Einfallswinkel 55 des grünen Strahls 54 ungefähr 340 und der Einfallswinkel
des blauen Strahls 64 ungefähr 310. Die Brechungsindizes für die roten , grünen
und blauen Strahlen sind jeweils 1.646, 1.655 und 1.670. Der Austrittswinkel zwischen
dem Strahl 11 und der Rückfläche 32 beträgt ungefähr 34o.
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Der Strahl 11 kann. als " weiß " oder " pseudoweiß II bezeichnet werden,
wobei dies: von der relativen Intensität der drei Komponenten abhängt. In Anbetracht
seiner Zusammensetzung kann der Strahl praktisch alle Farben sichtbar machen, die
in einem Objekt auftreten können.
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Ein sehr wesentlicher Vorteil der Vorrichtung zur Strahlerzeugung
, wie sie~in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist, liegt darin, daß sie von Natur aus
eine Filterwirkung hat. Licht mit irgendwelchen äusseren, fremden Wellenlängen wird
von dem Prisma 30 nicht so gebrochen, daß es gemäß der Darstellung in Fig. 3 horizontal
ist. Es soll z.B. angenommen werden, daß
der Laser 40 zwar eine
primäre Komponente bei 6,100 A0 liefert, jedoch zusätzlich noch eine Fremdkomponente
bei 6,115 A° erzeugt. In Anbetracht der Tatsache, daß das Prisma 30 Licht in einem
Ausmaß bricht, das von der Wellenlänge abhängt, wird das Licht mit der Wellenlänge
6,in5 A0 leicht nach oben und nicht horizontal gebrochen. Wenn der Laser 60 in ähnlicher
Weise, wie es oben beispielsweise ausgeführt wurde, eine Eomponente bei 4,480 AO
erzeugen würde, so wurde das Prisma 30 diese Komponente mehr brechen als seine primäre
Komponente bei 4,500 AO, sodaß dementsprechend diese Komponente leicht nach unten
gebrochen würde. Werden also die Laser in den zugehörigen Winkeln angeordnet, so
enthält der Strahl 11 Komponenten mit Wellenlängen, die gleich den primären Wellenlängen
des Lichtes sind, das von den drei Lasern 40, 50 und 60 erzeugt wird.
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Alle anderen Wellenlängen des Lichtes werden automatisch aus dem Strahlengang
des Strahls il abgelenkt und ausgeschieden. Das heißt also, daß ein einziges optisches
Element, nämlich das Prisma 30, nicht nur den erwünschten mehrfarbigen Strahl mit
einer Vielzahl von kohärenten Komponenten erzeugt, sondern auch den Strahl filtert,
um Fremdkomponenten auszuschliessen.
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Die physikalische, insbesonder räumliche Umgebung der Vorrichtung
zur Strahlerzeugung 10 kann es erforderlich machen, daß nicht nur eix einziges Prisma
30 verwendet wird, damit die seitlichen Abstände der Laser 40, 50 und 60 innerhalb
eines relativ kurzen Abstandes von dem Prisma 30 aufgenommen werden können. Dabei
ergibt sich folgende Beziehung: je weiter die Laser von dem Prisma entfernt sind,
umso größer wird der Abstand zwischen
den Strahlen 44, 54 und 64
an den Lasern sein.
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Wenn aufgrund der geringen Winkeldifferenz zwischen den Strahlen und
der Nähe der Laser zu dem Prisma 30 nicht genügend Raum zur Verfügung steht, um
die Laser so anzuordnen, wie es in Fig. 3 dargestellt ist, so können ein oder mehrere
zusätzliche Prismen verwendet werden, wobei jedes Prisma die Austrittsstrahlen immer
näher zueinander bringt, bis schließlich das letzte Prisma den parallelen Strahl
11 liefert.
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Ein weiterer Vorteil der Vorrichtung 10 zur Strahlerzeugung liegt
darin, daß nur zwei Oberflächen, nämlich die Vorderfläche 31 und die Rückfläche
32 des Prismas 30, in Bezug aufeinander genau hergestellt werden müssen.
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In Fig. 5 sind Einzelheiten des Aufbaus einer zweiten Ausführungsform
einer Vorrichtung zur Strahlerzeugung dargestellt, die im folgenden erläutert wird;
diese Vorrichtung zur Strahlerzeugung trägt das Bezugszeichen 100. Diese Vorrichtung
enthält ein Beugungsgitter 130 mit einer flachen, ebenen Vorderfläche 131 und einer
strukturierten Rückfläche 132. Das Beugungsgitter 130 ist ein transparentes, optisches
Element mit Nuten oder Rillen in seiner Rückseite 132 oder einer Vielzahl von Schlitzen
oder Strichen im Hauptteil des Elementes.
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Die Vorrichtung 100 zur Strahlerzeugung enthält weiterhin drei Laser
140, 150 und i60, von denen jeder spektral und räumlich kohärentes Licht erzeugen
kaim. Wie bei der ersten Ausführungsform sind den
Lasern jeweils
Teleskope 141, 151 bzw. 161 zugeordnet, die jeweils kohärente Strahlen i44, 154
und 164 liefern.
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Diese Strahlen werden auf die Vorderfläche 131 des Beugungsgitters
130 projiziert.
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Bei herkömmlichen Geräten wird weißes Licht an einem Beugungsgitter
auf eine Weise gebeugt ( allgemein gesagt, wird es auch gebrochen ), die ähnlich
der Lichtbrechung an einem Prisma ist; der Unterschied liegt nur darin, daß Licht
einer bestimmten Wellenlänge in verschiedenen, unterschiedlichen Winkeln in Bezug
auf die Rückfläche 132 austritt. Nach der vorliegenden Erfindung sind die Laser
140, 150 und 160 so angeordnet, daß ihre jeweiligen Strahlen 144, 154 und 164 auf
die ebene Vorderfläche 131 in einem ausgewählten Satz von Winkeln 145, 155 bzw.
165 auftreffen. Damit hat der Ausgangsstrahl 111 eine erste kohärente,Eomponente
mit einer Wellenlänge, die gleich der des Strahl von dem Laser 140 ist, eine zweite
kohärente Komponente mit einer Wellenlänge, die gleich der des Strahl von dem Laser
150 ist , und eine dritte kohärente Komponente mit einer Wellenlänge, die gleich
der des Strahls von dem Laser 160 ist.
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Die gleichen grundsätzlichen Vorteile, die sich bei der in den Figuren
3 und 4 dargestellten ersten Ausführungsform ergaben, treten im wesentlichen auch
bei der zweiten Ausführungsform nach Fig. 5 auf.
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Das heißt also, daß das Beugungsgitter 130 eine Filterwirkung liefert,
so daß Fremdkomponenten nach oben oder nach unten , jedoch nicht gemäß der Darstellung
in Fig. 5 horizontal gerichtet werden,wobei die jeweilige Richtung der Ablenkung
von den Umständen
abhängt. Selbstverständlich werden jedoch verschiedene
zusätzliche, " pseudoweiße tt Strahlen durch das Beugungsgitter 130 erzeugt werden,
wobei jedoch diese Strahlen unter anderen Winkelniaustreten, sodaß sie den primären
Strahl 111 nicht beeinträchtigen, insbesondere nicht mit ihm interferieren. Diese
zusätzlichen Strahlen verringern den Wirkungsgrad etwas. Um diesen Wirkungsgradverlust
zu vermeiden, könnte statt dessen ein dickes Phasen-Transmissionsgitter oder ein
Reflexionsgitter verwendet werden, das im blaze-Bereich ( reflective blazed grating
) arbeitet.
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Die Erfindung, ihr Aufbau und ihre Wirkungsweise sowie ihre Vorteile
ergeben sich aus der vorliegenden Beschreibung; obwohl bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung zu Erläuterungszwecken gezeigt und beschrieben wurden, können selbstverständlich
die Einzelheiten des Aufbaus und die einzelnen Schritte in weiten Bereichen innerhalb
des Erfindungsgedankens variiert werden1 wie er durch die nun folgenden Ansprüche
umrissen wird.