DE3506368A1 - Verfahren und vorrichtung zur hologrammerzeugung - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur hologrammerzeugung

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DE3506368A1
DE3506368A1 DE19853506368 DE3506368A DE3506368A1 DE 3506368 A1 DE3506368 A1 DE 3506368A1 DE 19853506368 DE19853506368 DE 19853506368 DE 3506368 A DE3506368 A DE 3506368A DE 3506368 A1 DE3506368 A1 DE 3506368A1
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Horst Dipl.-Phys. Dr. 8000 München Brunner
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Klaus Dipl.-Phys. Dr. 8000 München Gnädig
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    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03HHOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/04Processes or apparatus for producing holograms
    • G03H1/08Synthesising holograms, i.e. holograms synthesized from objects or objects from holograms

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Holo Graphy (AREA)

Description

  • Beschreibung
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines eine aus einfachen geometrischen Gebilden zusammengesetzte räumliche Szene rekonstruierenden Haupthologramms durch Mehrfachbelichtung des H aupthologrammträgers mit den Gebilden entsprechenden Hologrammen.
  • Bei einem bekannten Verfahren dieser Art stellt man das ein dreidimensionales Linien-Gebilde wiedergebende (d.h. rekonstruierende) Haupthologramm dadurch her, daß man einen Laser-Fokuspunkt im Raum wandern läßt und diesen durch entsprechende Mehrfachbelichtung des Haupthologrammträgers wiederholt aufnimmt. Ein Hauptnachteil dieses bekannten Verfahrens liegt in der Beschränkung auf einfache Abbildungsstrukturen. da nur eine beschränkte Anzahl von Punkten aufgenommen werden kann, dies deshalb, weil bei zunehmender Anzahl der Mehrfachbelichtungen die Abbildungsqualität stark absinkt (Verschlechterung des Signal -/Rauschabstandes).
  • Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, das bekannte Verfahren dahingehend zu verbessern, daß es bei einfacher Handhabung die Speicherung auch komplizierter räumlicher Szenen erlaubt.
  • Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß man Elementarhologramme fotografisch oder synthetisch herstellt, welche bei ihrer Rekonstruktion die Gebilde wiedergeben. und daß man die Elementarhologramme entsprechend dem Aufbau der Szene auf den Haupthologrammträger überträgt. Im Gegensatz zum bekannten Verfahren ist es nicht mehr erforderlich, das geometrische Gebilde (hier: Punkt) an die jeweils gewünschte Raumposition zu bewegen, da diese Rauminformation entweder von vorneherein im Elementarhologramm enthalten ist oder bei der Projektion auf den Haupthologrammträger durch entsprechende Festlegung der geometrischen Übertragungsverhältnisse berücksichtigt werden kann, so daß bei der Rekonstruktion des Haupthologramms das Gebilde die gewünschte Raumposition einnimmt. Da die Gebilde bereits mehr oder weniger ausgedehnte Teile der Szene bilden können, reduziert sich die Anzahl der erforderlichen Mehrfachbelichtungen. Als Beispiel für die Gebilde seien Bindungsstriche, Atomsymbole oder dergleichen bei der räumlichen Anzeige von Molekülstrukturen genannt.
  • Im Falle eines Fluglotsen-Displays kommt zur symbolischen Darstellung einer Flugzeugposition eine Kugel, ein Würfel oder dergl. in Frage, ggf. ergänzt durch eine Flugzeug-Nummer. Die Elementarhologramme können sowohl konventionell (durch entsprechende optische Aufnahme) erzeugt worden sein oder mit Hilfe eines Computers berechnet und auf einen optischen Träger übertragen worden sein.
  • Da die Elementarhologramme, vor allem die synthetisch hergestellten Elementarhologramme, relativ schnell und einfach herstellbar sind und eine räumliche Rasterung der Raumpositionen des Gebildes häufig ausreichend ist, wird vorgeschlagen, daß man Elementarhologramme einsetzt, welche bei der Rekonstruktion die jeweilige Raumposition des Gebildes wiedergeben. In einer entsprechenden Hologlammbibliothek kann man die den vorkommenden Raumpositionen entsprechenden Elementarhologramme bereithalten.
  • Alternativ oder zusätzlich hierzu kann vorgesehen sein, daß man bei der Übertragung der Elementarhologramme auf den Haupthologrammträger die geometrischen Übertragungsverhältnisse entsprechend der gewünschten Raumposition des Gebildes einstellt. Dies geschieht vorzugsweise durch entsprechende Einstellung der Einfallsrichtung und/oder der Divergenz des vom Elementarhologramm ausgehenden Übertragungsstrahls und/oder des Referenzstrahls. Kombiniert man beide Verfahren, so kann man ein relativ grobes Raumpositionsraster wählen und die ggf. kontinuierliche Feineinstellung der Raumpositionen durch Änderung der geometrischen Übertragungsverhältnisse berücksichtigen.
  • Besonders bevorzugt ist der Einsatz von Fourierhologrammen als Elementarhologramme, vor allem deshalb, weil die Dynamikanforderungen an die fotoempfindliche Schicht des Haupthologrammträgers relativ gering sind und lokale Störungen (Schmutz oder dergl.) der Hologrammträgerstruktur sich allenfalls geringfügig auswirken.
  • Fourierhologramme können lediglich Gebilde ohne Tiefendimension rekonstruieren. Um dennoch plastische Abbildungen zu ermöglichen,wird vorgeschlagen, daß man zur holographischen Speicherung von Objekten mit Tiefendimension als Elementarhologramme Schichten-Fourierhologramme einsetzt, die bei ihrer Rekonstruktion jeweils eine Tiefenschicht des Objekts wiedergeben, und daß man die einem Objekt zugeordneten Schichten-Fourierhologramme auf den Haupthologrammträger überträgt.
  • Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens, wobei eine Projektionsanordnung vorgesehen ist mit einem eine Vielzahl von Elementarhologrammen bereithaltenden Speicher und einer Steuerung zur wahlweisen Projektion eines der Elementarhologramme auf einen lichtempfindlichen Haupthologrammträger, wobei eine den Haupthologrammträger beleuchtende Referenzstrahlenquelle vorgesehen ist.
  • Hierbei kann vorgesehen sein, daß der Speicher für ein an unterschiedlichen Raumpositionen auftretendes Gebilde unterschiedliche Elementarhologramme bereithält, welche den unterschiedlichen Raumpositionen des Gebildes entsprechen. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, daß die Referenzstrahlenquelle eine von der Steuerung entsprechend der jeweils gewünschten Raumposition des Gebildes einstellbare Einstrahlrichtung und/oder Divergenz aufweist.
  • Der Haupthologrammträger kann als Display ausgebildet sein, welcher in Rekonstruktion des Haupthologramms die räumliche Szene zeigt. Ein derartiges Display kann vielseitig eingesetzt werden, beispielsweise zur Flugraumüberwachung oder zur plastischen Darstellung von Versuchsergebnissen, Statistiken oder dergleichen. Um Zeitverluste bei der Umwandlung des latenten Bildes in eine beugungsfähige Hologrammstruktur zu vermeiden, wird vorgeschlagen, daß der Haupthologrammträger mit einer fotoempfindlichen, kurzfristig in die Hologramm-Beugungsstruktur umwandelbaren Schicht, vorzugsweise foto-thermoplastischen Schicht, versehen ist. Es erscheint ein relativ rascher Bildwechsel möglich, ggf. sogar die Darstellung von bewegten Szenen.
  • Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Haupthologramms mit vergrößertem Aspektwinkel aus einem Ausgangs-Fourierhologramm, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß man das Ausgangs-Fourierhologramm mehrfach nebeneinander bzw. übereinanderliegend auf den Haupthologrammträger überträgt mit Überlagerung durch einen Referenzstrahl konstanter Einstrahlrichtung und Divergenz. Die Gemeinsamkeit mit dem eingangs beschriebenen Verfahren liegt darin, daß auch hier die Beugungsinformation von Hologrammen (Ausgangs-Fourierhologramm bzw. Elementarhologramm) auf ein Haupthologramm übertragen wird. Das Ausgangs-Fourierhologramm kann ohne weiteres von einem Elementarhologramm entsprechend dem eingangs genannten Verfahren bestehen. Der Umriß eines Hologramms liegt den Aspektwinkel fest. unter welchem die Rekonstruktion des Hologramms zu sehen ist. Betrachtet man beispielsweise die Hologrammrekonstruktion durch den Haupthologrammträger hindurch. so begrenzt der Haupthologrammträgerumriß nach Art eines Fensterrahmens das Bild. Erfindungsgemäß wird nun ein entsprechend vergrößertes Haupthologramm hergestellt mit dementsprechend vergrößertem Aspektwinkel. Die Vervielfältigung des Ausgangs-Fourierhologramms auf den Haupthologrammträger bereitet aufgrund der speziellen Eigenschaften des Fourierhologramms keine größeren Schwierigkeiten. Diejenigen Randbereiche des Haupthologramms, welche bei der Rekonstruktion des Haupthologramms eine starke Strahlenbeugung hervorrufen und daher eine hohe Liniendichte aufweisen, ergeben sich problemlos aufgrund der Interferenz des Referenzstrahls mit dem vom Ausgangs-Fourierhologramm ausgehenden Übertragungsstrahl. Eine prinzipiell mögliche synthetische Erzeugung des vergrößerten Haupthologramms scheitert in erster Linie an der zu großen Rechenzeit für die große Hologrammfläche, die aufgrund der vorliegenden Dichte im angesprochenen Randbereich zusätzlich erhöht ist. Auch bereitet die Umsetzungen des Rechenergebnisses in eine optische Beugungsstruktur Probleme.
  • In einer ersten Ausführungsform ist vorgesehen, daß das Ausgangs-Fourierhologramm mit Hilfe eines optischen Multiplexers entsprechend vervielfacht auf den Haupthologrammträger übertragen wird. Derartige optische Multiplexer sind erhältlich (siehe z.B. Springer Series in Optical Sciences, Bd. 20, Interferometry by Holography, S. 133). Das Haupthologramm kann in einem einzigen Aufnahmevorgang aufgenommen werden.
  • In einer alternativen Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, daß man den Haupthologrammträger mehrfach mit dem Ausgangs-Fourierhologramm belichtet und zwischen den Belichtungen das Ausgangs-Fourierhologramm gegenüber dem Hologrammträger derart verlagert, daß die von der Rekonstruktion des Ausgangs-Fourierhologramms ausgehenden Strahlen den Haupthologrammträger an entsprechend verschobenen Stellen treffen. Das Fourierhologramm hat die Eigenschaft, daß die Rekonstruktion ihren Platz (in der Brennebene der Abbildungslinse) beibehält, wenn der Fourierhologrammträger (d.h. die Hologramm-Beugungsstruktur) in einer zur optischen Achse senkrechten Ebene bewegt wird. Die Richtung der vom Ausgangs-Fourierhologramm ausgehenden und durch die Rekonstruktion laufenden Strahlen ändert sich naturgemäß mit dem Orte des verschobenen Ausgangs-Fourierhologramms. Dementsprechend fallen diese Strahlen auch an verschobenen Stellen auf den Haupthologrammträger. Auf diese Weise läßt sich rasterartig und flächendeckend der Haupthologrammträger mit vom Ausgangs-Fourierhologramm ausgehenden interferenzfähigen Strahlen belegen, welche wiederum mit dem konstanten Strahlungsfeld des Referenzstrahls interferieren und das gewünschte ortsabhängige unterschiedliche Interferenz-Beugungsmuster im Haupthologrammträger erzeugen.
  • Um hierbei eine übermäßige Belichtung des Haupthologrammträgers mit dem Referenzstrahl zu vermeiden, wird vorgeschlagen, daß man den Referenzstrahl auf den jeweils von der Rekonstruktion beleuchtenden Flächenbereich des Haupthologrammträgers beschränkt. Dies kann durch eine entsprechende Blende erreicht werden, welche gegenläufig zum Ausgangs-Fourierhologrammhalter bewegt wird.
  • Um eine Störung des Haupthologramms durch die vom Ausgangs-Fourierhologramm ungebeugt durchgelassene nullte Ordnung des Ubertragungsstrahls zu verhindern, wird vorgeschlagen, diese auszublenden. Hierzu muß lediglich im Fokus der Rekonstruktionsoptik ein entsprechender Ausblendkörper vorgesehen werden.
  • Ferner wird vorgeschlagen, daß man zur holographischen Speicherung von Objekten mit Tiefendimension als Ausgangs-Fourierhologramme Schichtenhologramme einsetzt, die bei der Rekonstruktion jeweils eine Tiefenschicht des Objekts wiedergeben, und daß man die einem Objekt zugeordneten Schichten-Fourierhologramme auf den Haupthologrammträger überträgt. Der Haupthologrammträger ist also gemäß dem eingangs genannten Verfahren wiederum mehrfach mit den einzelnen Schichten-Fourierhologrammen zu belichten.
  • Die Erfindung betrifft schließlich eine Vorrichtung zur Durchführung des oben angegebenen Verfahrens.
  • wobei eine optische Anordnung zur Rekonstruktion des Ausgangs-Fourierhologramms vorgesehen ist. ein optischer Multiplexer im Bereich der Rekonstruktion, welche das von der Rekonstruktion ausgehende Strahlungsfeld mehrfach über- bzw. nebeneinander auf den Haupthologrammträger verteilt wirft und eine den Haupthologrammträger beleuchtende Referenzstrahlenquelle.
  • Eine alternative Ausführungsform ist durch einen in wenigstens einer Dimension des Elementarhologramms beweglichen Elementarhologrammhalter, eine optische Anordnung zur Rekonstruktion des Elementarhologramms und eine den Haupthologrammträger beleuchtende Referenzstrahlenquelle gekennzeichnet. Hierbei kann eine gegenläufig zum Elementarhologrammhalter bewegliche Blende zwischen Rekonstruktion und Haupthologrammträger vorgesehen sein, welche diejenigen Bereiche des Haupthologrammträgers abdeckt.
  • welche nicht von den von der Rekonstruktion ausgehenden Strahlen getroffen werden.
  • Die Erfindung wird im folgenden an bevorzugten Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung erläutert.
  • Es zeigt Fig. 1 eine vereinfachte isometrischc Gesamtanichi der Vorrichtung zur Aufnahme eines Hauptl1ologramms mit Hilfe von Elementarhologrammcn: Fig. 2 eine vereinfachte Seitenansicht einer crfindungsgemäßen Anordnung zur Herstellung eines Haupthologramms mit vergrößertem Aspektwinkel: und Fig. 3 eine weitere Ausführungsform einer Anordnung zur Herstellung eines Haupthologramms mit verg'.ößertem Aspektwinkel in teils geschnittener, teils perspeklivcr Darstellung.
  • Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung 10 dient der Herstellung eines Haupthologramms (Interferenzmuster) 12 auf einem Haupthologrammträger 14 mit fotoempfindlicher Schicht 16, welches nach der Umsetzung in eine Beugungsstruktur, ggf. nach Entwicklung und Fixierung der fotoempfindlichen Schicht 16 als Display zur Darstellung von Raumstrukturen dient. In Fig. 1 ist ein Auge mit 18 bezeichnet, welches die nicht dargestellte räumliche Szene betrachtet bei Beleuchtung des entwickelten Haupthologramms mit einem Referenzstrahl 20 einer Referenzstrahlungsquelle 22.
  • Die vom Auge zu betrachtende Szene ist aus einfachen räumlichen Gebilden zusammengesetzt, welche beispielsweise Atomsymbolen und Bindungsstrichen bei der räumlichen Darstellung von Molekülstrukturen entsprechen. Die räumlichen Gebilde können auch von Kugeln, Würfeln, Pfeilen oder anderen Symbolen gebildet sein. Im Falle der Verwendung des Haupthologramms 14 als Display in der Flugraumüberwachung bestehen die einzelnen Gebilde beispielsweise aus Flugzeugsymbolen.
  • Um eine beliebige aus diesen einfachen geometrischen Gebilden zusammengesetzte räumliche Szene rekonstruieren zu können, wird die Schicht 16 des Haupthologrammträgers mehrfach mit einem Interferenzmuster belichtet, welches bei Überlagerung des Referenzstrahls 20 mit einem Übertragungsstrahl 24 entsteht.
  • Der Übertragungsstrahl 24 kommt daher zustande, daß ein ausgewähltes Elementarhologramm 26' aus einer Vielzahl von Elementarhologrammen 26 durchleuchtet wird und zwar von einem entsprechend aufgeweiteten Strahl 28 eines Lasers 30. In der schematischen Darstellung gemäß Fig. 1 erkennt man einen ersten auf den Laser 30 folgenden Strahlteiler 32, welcher einen mit R bezeichneten, zur Referenzstrahlungsquelle 22 führenden Strahl von einem mit 0 bezeichneten Strahl abzweigt. Der Strahl 0 trifft auf einen Umlenkspiegel 34, welcher mit einer Motoreinheit 36 verbunden ist zur Verstellung des Spiegels um zwei Achsen. Die Motoreinheit 36 ist mit einer Steuerung 38 verbunden, welche die Schwenkbewegung des Spiegels steuert und somit die wahlweise Beleuchtung des gerade interessierenden Elementarhologramms 26' erlaubt. Es können nun für sämtliche zu erwartenden Raumpositionen eines Gebildes Elementarhologramme 26 bereitgehalten werden.
  • Wechselt die Raumposition eines Gebildes von Szene zu Szene oder enthält eine Szene das gleiche Gebilde an mehreren Raumpositionen, so muß lediglich das entsprechende Elementarhologramm angewählt und auf die Schicht 16 projiziert werden. Um in der Rekonstruktion des Haupthologramms unterschiedliche Raumpositionen bei identischem Elementarhologramm zu erhalten, kann man die Referenzstrahlenquelle 22 derart ausbilden. daß diese sowohl eine Veränderung der Einstrahlrichtung als auch der Divergenz erlaubt. Dies ist in Fig. 1 dadurch symbolisiert, daß die als Punktquelle A aufgefaßte Referenzstrahlenquelle eine Verlagerung der Punktquelle an den Ort A' erlaubt. Dementsprechend verlagert sich bei der Rekonstruktion des Haupthologramms die Raumposition des Gebildes.
  • Es ist eine rasche Umsetzung der belichteten Schicht 26 in eine ein entsprechendes optisches Beugungsmuster enthaltende Schicht möglich, wenn die Schicht 16 aus einem Fotothermoplasten besteht. Die Beugungs- struktur wird dann von einer entsprechenden Reliefstruktur gebildet.
  • Die in Fig.2 dargestellte Anordnung 50 dient der Herstellung eines Haupthologramms 52 mit vergrößertem Aspektwinkel. Zugrunde liegt ein Ausgangs-Fourierhologramm 54, dessen Rekonstruktion 56 in üblicher Weise mit Hilfe einer von einem Parallelstrahl 58 beleuchteten Linse 60 hergestellt wird. Die Rekonstruktion 56 liegt in der Brennebene der Linse 60 (Brennweite f). Am Orte der Rekonstruktion 56 befindet sich ein optischer Multiplexer 62 (vergleiche z.B. Springer Series in Optical Sciences, Bd. 20, Interferometry by Holography, S. 133), welcher das von der Rekonstruktion 56 ausgehende Strahlungsfeld schachbrettartig vervielfacht. In Fig. 2 rechts ist eine abgeschnittene Ansicht des Haupthologrammträgers 66 (Blickrichtung B in Fig. 2 linke Hälfte) gezeigt. Man erkennt, daß der Haupthologrammträger flächendeckend von einer Vielzahl von Feldern 68 überzogen ist, auf welche jeweils das Strahlungsfeld der Rekonstruktion 56 vom Multiplexer 62 projiziert ist. Dieses Strahlungsfeld interferiert mit einem von einer Bezugsstrahlenquelle 70 ausgehenden, den Haupthologrammträger 66 vollständig beleuchtenden Referenzstrahl 72.
  • Nach der Umwandlung der belichteten Schicht 64 des Haupthologrammträgers 66 in eine beugungsfähige Schicht kann das Haupthologramm rekonstruiert werden, z.B. durch Beleuchtung durch den Referenzstrahl 72. Befindet sich der Beobachter beispielsweise auf der gegenüberliegenden Seite der Referenzstrahlenquelle 70 (Auge 74), so legt der Umriß 76 des Haupthologrammträgers 66 den maximalen Umriß des hinter dem Haupthologrammträger (in Fig.2 links) erkennbaren rekonstruierten Bildes fest.
  • In Fig. 3 ist eine zweite mit 150 bezeichnete Ausführungsform der Anordnung zur Herstellung eines vergrößerten Haupthologramms schematisch dargestellt.
  • Hierbei sind Bauelemente, die ihrer Funktion nach solchen in Fig. 2 entsprechen, mit denselben Bezugsziffern, jeweils vermehrt um die Zahl 100, versehen.Nunmehr wird anstelle einer gleichzeitigen Belichtung sämtlicher Felder 68 eine sukzessive Belichtung der einzelnen Felder 168 durchgeführt. Das Elementarhologramm 154 ist hierzu in ein Fenster 180 eines sonst undurchsichtigen Elementarhologrammhalters 182 eingesetzt. Der Elementarhologrammhalter 182 ist in einer Ebene senkrecht zur optischen Achse 184 beweglich (in x-Richtung und y-Richtung). Das Elementarhologramm 154 wird wiederum mit einer von einem Parallelstrahl 158 durchleuchteten Linse 160 (Brennweite f) am Orte 156 rekonstruiert; das von der Rekonstruktion am Orte 156 ausgehende Licht fällt auf das Feld 186 der lichtempfindlichen Schicht 164 des Haupthologrammträgers 166. Um Streuverluste möglichst gering zu halten, ist eine Feldlinse 186 im Bereich des Ortes 156 vorgesehen, welche das Elementarhologramm 154 geometrisch/optisch auf der Schicht 164 abbildet. Der Abbildungsbereich wird von einer beweglichen Blende 188 abgedeckt, die lediglich eine das jeweilige Feld 168 zur Belichtung freigebende Öffnung 190 aufweist. Um zu verhindern, daß die Aufnahme des Haupthologramms durch den vom Elementarhologramm 154 ungebeugt hindurchgelassenen Strahl 192 nullter Ordnung beeinträchtigt wird, ist in der Anordnung 150 gemäß Fig. 3 eine topfartige Strahlenfalle 194 im Brennpunkt der Feldlinse 160 angeordnet sowie dementsprechend eine Strahlenfalle 94 in der Anordnung 50 gemäß Fig. 2.
  • Nach Belichtung des Felds 168 durch Interferenz des konstanten Bezugsstrahls 172 mit den von der Rekonstruktion am Orte 156 ausgehenden Strahlen wird das nächste Feld belichtet, beispielsweise das in Fig. 3 nach oben anschließende Feld 168'. Hierzu wird dementsprechend die Blende 188 nach oben verschoben (in Richtung X). Gleichzeitig wird der Fourierhologrammhalter 182 nach unten (Richtung x) verschoben, bis das Ausgangs-Fourierhologramm 154 die Stellung 154' unmittelbar anschließend an die bisherige Stellung annimmt.
  • Ihre Rekonstruktion am Orte 156 bleibt dort unverändert (inhärente Eigenschaft eines Fourierhologramms).
  • Da jedoch die Strahlrichtung des Übertragungsstrahls 196 sich entsprechend der Verlagerung des Ausgangs-Fourierhologramms 154 geändert hat, treffen die von der ortsmäßig unveränderten Rekonstruktion ausgehenden Strahlen nunmehr das Feld 168'.
  • Durch weitere Mehrfachbelichtung des Haupthologrammträgers nach entsprechender Verschiebung des Fourierhologrammhalters 182 in den Richtungen x und y mit entsprechender gegenläufiger Verschiebung der Blende 188 in den Richtungen X und Verhält man eine flächendeckende Belichtung des Haupthologrammträgers 166. Nach der Umwandlung des latenten Bilds in eine Beugungsstruktur kann der Haupthologrammträger 166 zur Hologrammrekonstruktion eingesetzt werden mit dementsprechend großem Blickwinkel.
  • Bei sämtlichen Anordnungen gemäß Fig. 1 bis 3 lassen sich Fourierhologramme als Elementarhologramme bzw. Ausgangshologramme einsetzen. Da die Rekonstruktion von Fourierhologrammen notwendigerweise ebene Gebilde sind, ist es zur Rekonstruktion von plastischen Gebilden erforderlich, diese in Tiefenschichten zu zerlegen und jeweils ein Elementarhologramm bzw.
  • Ausgangs-Fourierhologramm für jede dieser Schichten als Fourierhologramm zu erzeugen. Durch entsprechende Mehrfachbelichtung des jeweiligen Haupthologrammträgers 14,66,166 mit den einzelnen Schichthologrammen läßt sich auch ein plastisches Gebilde holografisch speichern und rekonstruieren.
  • Die vorstehend beschriebenen Anordnungen erlauben die Vervielfältigung von Fourierhologrammen unter Vergrößerung des Aspektwinkels. Das Umkopieren der Fourierhologramme kann ggf. in einem Schritt vollzogen werden. Die spätere Betrachtung des Haupthologramms ist mit oder ohne Beobachtungsoptik möglich in virtueller oder reeller Rekonstruktion. Bei Schichtaufbau ist eine echte dreidimensionelle Darstellung mit großem Aspektwinkel möglich, wobei die Schicht-Fourierhologramme mit relativ geringem Rechenaufwand erzeugt werden können. Es ist eine beliebige direkte Umsetzung von dreidimensioneller Information eines Computers in visueller Darstellung möglich. Bei Verwendung eines Umsetzers von inkohärentem zu kohärentem Licht (wie z.B. Hughes Liquid Crystal Light Valve) kann auch inkohärentes Licht, z.B. einer Kathodenstrahlröhre, eingesetzt werden. Es ist dann lediglich das einzelne Fourierhologramm über den Bildschirm auszugeben. Dies ermöglicht einen sog. "on-line"-Betrieb.
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Claims (19)

  1. Patentansprüche 1. Verfahren zur Erzeugung eines eine aus einfachen geometrischen Gebilden zusammengesetzte räumliche Szene rekonstruierenden Haupthologramms durch Mehrfachbelichtung des Haupthologrammträgers mit den Gebilden entsprechenden Hologrammen, dadurch gekennzeichnet, daß man Elementarhologramme fotografisch oder synthetisch herstellt, welche bei der Rekonstruktion die Gebilde wiedergeben, und daß man die Elementarhologramme entsprechend dem Aufbau der Szene auf den Haupthologrammträger überträgt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß man Elementarhologramme einsetzt, die bei der Rekonstruktion die jeweilige Raumposition des Gebildes wiedergeben.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man bei der Übertragung der Elementarhologramme auf den Haupthologrammträger die geometrischen Übertragungsverhältnisse entsprechend der jeweils gewünschten Raumposition des Gebildes im rekonstruierten Haupthologramm einstellt, vorzugsweise durch entsprechende Einstellung der Einfallsrichtung und/oder der Divergenz des Übertragungs- und/oder Referenzstrahls.
  4. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man als Elementarhologramm ein Fourierhologramm einsetzt.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man zur holographischen Speicherung von Objekten mit Tiefendimension Schichten-Fourierhologramme als Elementarhologramme einsetzt, die bei der Rekonstruktion jeweils eine Tiefenschicht des Objekts wiedergeben, und daß man die einem Objekt zugeordneten Schichten-Fourierhologramme auf den Haupthologrammträger überträgt.
  6. 6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Projektionsanordnung (30, 32, 34, 36, 38) vorgesehen ist mit einem eine Vielzahl von Elementarhologrammen (26) bereithaltenden Speicher und mit einer Steuerung (38) zur wahlweisen Projektion eines der Elementarhologramme (26') auf einen lichtempfindlichen Haupthologrammträger (14), und daß eine den Haupthologrammträger (14) beleuchtende Referenzstrahlenquelle (22) vorgesehen ist.
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher für ein an unterschiedlichen Raumpositionen auftretendes Gebilde unterschiedliche Elementarhologramme (26) bereithält, welche den unterschiedlichen Raumpositionen des Gebildes entsprechend rekonstruieren.
  8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzstrahlenquelle (22) eine von der Steuerung (38) entsprechend der jeweils gewünschten Raumposition des Gebildes einstellbare Einstrahlrichtung und/oder Divergenz aufweist.
  9. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Haupthologrammträger (14) als Display ausgebildet ist, welcher in Rekonstruktion des Haupthologramms die räumliche Szene zeigt.
  10. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Haupthologrammträgerx (14) mit einer fotoempfindlichen, kurzfristig in die Hologramm-Beugungsstruktur umwandelbaren Schicht (16), vorzugsweise fotothermoplastischen Schicht, versehen ist.
  11. 11. Verfahren zur Herstellung eines Haupthologramms mit vergrößertem Aspektwinkel aus einem Ausgangs-Fourierhologramm, ggf. aus einem Elementarhologramm nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man das Ausgangs-Fourierhologramm (54'; 154) mehrfach nebeneinander- bzw. übereinanderliegend auf den Haupthologrammträger (66; 166) überträgt mit Überlagerung durch einen Referenzstrahl (72: 172) konstanter Einstrahlrichtung und Divergenz.
  12. 12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß man das Ausgangs-Fourierhologramm (54) mit Hilfe eines optischen Multiplexers (62) entsprechend vervielfacht auf den Haupthologrammträger (66) überträgt.
  13. 13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß man den Haupthologrammträger (166) mehrfach mit dem Ausgangs-Fourierhologramm (154) belichtet und zwischen den Belichtungen das Ausgangs-Fourierhologramm (154) relativ zum Haupthologrammträger (166) derart verlagert, daß die von der Rekonstruktion (Ort 156) des Ausgangs-Fourierhologramms (154) ausgehenden Strahlen den Haupthologrammträger (166) an entsprechend verschobenen Stellen (Feld 168: 168') treffen.
  14. 14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß man den Referenzsirahl(l72) auf den jeweils von der Rekonstruktion (Ort 156) beleuchteten Flächenbereich (168; 168') des Haupthologrammträgers (166) beschränkt.
  15. 15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14.
    dadurch gekennzeichnet, daß man die nullte Ordnung (192) des das Ausgangs-Fourierhologramm rekonstruierenden Übertragungsstrahls ausblendet.
  16. 16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15.
    dadurch gekennzeichnet, daß man zur holographischen Speicherung von Objekten mit Tiefendimension als Ausgangs-Fourierhologramme Schichtenhologramme einsetzt, die bei der Rekonstruktion jeweils eine Tiefenschicht des Objekts wiedergeben, und daß man die einem Objekt zugeordneten Schichten-Fourierhologramme auf den Haupthologrammträger überträgt.
  17. 17. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 11 bis 16, gekennzeichnet durch eine optische Anordnung (58, 60) zur Rekonstruktion des Ausgangs-Fourierhologramms (54), einen optischen Multiplexer (62) im Bereich der Rekonstruktion (Ort 56), welcher das von der Rekonstruktion ausgehende Strahlungsfeld mehrfach über- bzw. nebeneinander auf den Haupthologrammträger 866) verteilt wirft, und eine den Haupthologrammträger (66) beleuchtende Referenzstrahlenquelle (70).
  18. 18. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 11 bis 16, gekennzeichnet durch einen in wenigstens einer Dimension (x: y) des Ausgangs-Fourierhologramms (154) relativ zum Haupthologrammträger (166) beweglichen Fourierhologrammhalter (182). eine optische Anordnung zur Rekonstruktion des Ausgangs-Fourierhologramms (154) und eine den Haupthologrammträger (166) beleuchtende Referenzstrahlenquelle.
  19. 19. Vorrichtung nach Anspruch 18 gekennzeichnet durch eine gegenläufig zum Fourierhologrammhalter (182) bewegliche Blende (188) zwischen Rekonstruktion und Haupthologrammträger (166). welche diejenigen Bereiche des Haupthologrammträgers (166) abdeckt, welche nicht von den von der Rekonstruktion ausgehenden Strahlen getroffen werden.
DE19853506368 1985-02-22 1985-02-22 Verfahren und vorrichtung zur hologrammerzeugung Granted DE3506368A1 (de)

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