EP1110126A1 - Method and device for generating holograms - Google Patents

Method and device for generating holograms

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EP1110126A1
EP1110126A1 EP99952433A EP99952433A EP1110126A1 EP 1110126 A1 EP1110126 A1 EP 1110126A1 EP 99952433 A EP99952433 A EP 99952433A EP 99952433 A EP99952433 A EP 99952433A EP 1110126 A1 EP1110126 A1 EP 1110126A1
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EP
European Patent Office
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light
sensitive layer
parabolic
parabolic mirror
holograms
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP99952433A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Ralf Böttcher
Peter Dittrich
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Original Assignee
Individual
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G03H2223/00—Optical components
    • G03H2223/24—Reflector; Mirror

Definitions

  • the invention relates to a method for producing holograms, in which two bundles of light beams, at least the first of which are shaped and modulated, interfere in a light-sensitive layer.
  • the invention relates to a device for performing the method.
  • Holograms are interference patterns that result from the superimposition of a first light beam influenced by an object with an unaffected reference light beam. So that the interference pattern can record information from all object points, all light beams coming from these object points must interfere with the reference light beam at the same time. If one takes into account that a light beam is not a coherent structure, but consists of a large number of wave trains, this condition is exacerbated in that wave trains of all light beams coming from the object must overlap at the interference point, even if the optical path lengths between the individual object points and the interference point of different lengths are. If a wave train coming from an object point only arrives at the interference point if it has already left the wave trains of the other object points, the object point does not enter the hologram.
  • the relationship between the wave trains is referred to as coherence, the degree of the relationship as coherence length.
  • the two-dimensional representations can either be obtained photographically, for example by taking stereoscopic images, or derived from a computer-generated object by using the calculates different angles and outputs them as a matrix. Combinations of both variants are also possible.
  • the holograms composed of the sub-holograms can have a vertical parallax. If this is not the case, the objects can be viewed from the sides, but not from above and below.
  • Known devices for producing holograms include a laser, a beam splitter for splitting the laser light into an object beam and a reference beam, a lens system for shaping the object beam, a screen for displaying an image of the Object with which the object beam can be modulated, and a lens system for shaping the reference beam interfering with the object beam.
  • the lens systems have restricted opening angles, have spherical and chromatic aberrations and influence the length ratio of the light beams of the object beam to one another. If the opening angle of the lens system is restricted, the hologram can also only be viewed from the restricted viewing angle. If the lens system has spherical aberrations, distorted holograms are created.
  • the length ratio of the light rays of the object beam to each other for example, by covering the outer light rays a longer way than the inner light rays, a correspondingly large coherence length must be selected so that in the interest of holographic imaging of all object points, all light rays or their connected wave trains can interfere at the same time.
  • a large coherence length can only be achieved with a high-quality laser.
  • the invention has for its object to provide a generic method and a generic device for producing holograms that deliver better holograms with less effort.
  • this object is achieved by the features of claim 1.
  • the length-preserving molding takes place through At least one pair of parabolic mirrors, the first parabolic mirror expanding the bundle of light rays and the second parabolic mirror focusing the bundle of light rays on the light-sensitive layer, larger opening angles are possible and spherical and chromatic aberrations are eliminated, which, for the reasons mentioned above, leads to an additional improvement in the hologram quality and to a further reduction in price of the procedure.
  • These advantages are particularly effective when the bundle of light beams for producing composite holograms is successively focused on different areas of the light-sensitive layer.
  • the above-mentioned object is achieved by the features of claim 7.
  • the first optics instead of a lens at least one first parabolic mirror with which the first bundle of light beams can be focused on the light-sensitive layer, larger opening angles are possible and both the spherical and the chromatic aberrations are eliminated.
  • the first optical system comprises a second parabolic mirror with which the first bundle of light beams can be generated from a light source located at its focal point, all light beams of this bundle of light beams cover the same optical path length from the light source to the light-sensitive layer, so that the coherence length in can essentially be limited to the thickness of the photosensitive layer.
  • a preferred light source is the output of an optical fiber in which light from a laser, in particular a pulsed diode laser, is guided. If there is a beam deflection element between the two parabolic mirrors, the beam deflection preferably being 90 degrees, the light source can be in a different plane than the light-sensitive layer. Between the light source and the adjacent first or second parabolic mirror, between these or between the first parabolic mirror and the light-sensitive layer, a light modulator is arranged, which is preferably designed as a flat screen with controllable light transmission, for example as a liquid crystal display. In some cases, however, it is sufficient to make the light modulators interchangeable in the form of slides.
  • a light scattering element can be arranged between the first parabolic mirror and the light modulator or between it and the light-sensitive layer in order to ensure the exposure of a sufficiently large area of the light-sensitive layer.
  • the parabolic mirrors are off-axis parabolic mirrors with identical parabolic sections.
  • a second optical system is provided, which can comprise a lens system instead of a parabolic mirror system. If a second optical system is assigned to each side of the light-sensitive layer, the device can easily be set up for the production of both transmission and reflection holograms. If a switchover device is also provided with which the second bundle of light beams can be directed onto one of the two sides of the light-sensitive layer, this is simplified.
  • the device and the light-sensitive layer are displaceable relative to one another, it is in particular possible to expose different areas of the light-sensitive layer successively, each representing sub-holograms. Finally, it is provided to assign an identical device to each of the colors red, green and blue and to move them together relative to the light-sensitive layer.
  • the invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment.
  • the associated schematic drawing shows a device according to the invention.
  • a parabolic mirror 4 At the focal point 2 of a parabolic mirror 4 is the output 6 of a light guide 8, in which coherent light of a laser, not shown, in particular a pulse laser diode.
  • Focal beams 10 run between the parabolic mirror 4 and its focal point 2.
  • a plane mirror 14 is arranged in the beam path of its guide beams 12 and is at the same time in the beam path of the guide beams 16 of a parabolic mirror 18.
  • the guide beams 12 and 16 are perpendicular to one another. Their inclination to the plane mirror 14 is 45 degrees in each case.
  • Focal rays 32 run between the parabolic mirror 18 and its focal point 20.
  • a liquid crystal display 34 and a diffuser 36 on the layer side are arranged in the beam path parallel to the guide rays 16 on the parabolic mirror side.
  • the beam path outlined above is passed through the object beam light bundle L with the sections L1 to L4 when the laser light is switched on. Since this must interfere with a reference beam R for the production of holograms, there are collimator lenses 38 and 40 on both sides of the light-sensitive layer, the optical axes 42 and 44 of which pass through the focal point 20 of the parabolic mirror 18 and whose focal points 46 and 48 are in outputs 50 and 52 of light guides 54 and 56.
  • the mode of action is as follows:
  • the output 6 of the light guide 8 acts as a point light source, which emits a light cone L1 of rotationally symmetrical intensity distribution, which follows the focal beams 10 and is reflected by the parabolic mirror 4 as a parallel light beam L2 with an inhomogeneous cross-section intensity distribution, which follows the guide beams 12.
  • the expanded light bundle L2 is now directed by the 90 degree deflecting plane mirror 14 as light bundle L3 along the guide beams 16 onto the parabolic mirror 18, which focuses it as light bundle L4 along the fuel beams 32 onto the light-sensitive layer 22 and thereby removes the inhomogeneous intensity distribution.
  • the required length of the coherent wave trains depends almost only on the thickness of the photosensitive Layer, which is why very cheap lasers can be used. Since only plane and parabolic mirrors are used to form the light bundle L1 to L4, spherical aberrations do not occur, which is particularly important in systems with a short aperture with a large aperture angle, nor are chromatic aberrations to be expected, which means that the focal point for each color is in the same place arises.
  • this area is also hit by the parallel reference light bundle R, a Interference pattern that, as a sub-hologram, represents all light in the spatial directions specified by the light bundle L4, which emanates from the object points relevant for this sub-hologram and passes through the sub-hologram in real or virtual form, or also a memory block of a block-organized holographic memory.
  • the collimator lens 38 directs the reference light bundle R onto the side of the light-sensitive layer 22 irradiated by the object light bundle L4, a transmission sub-hologram is produced.
  • the reference light bundle R originates from the collimator lens 40 arranged on the opposite side of the light-sensitive layer 22, a reflection sub-hologram is produced.
  • the reference light bundle R is switched into two beam paths and switched on depending on the desired hologra mart.
  • a composite hologram arises from the large number of sub-holograms, which still has to be developed and fixed.
  • the photosensitive layer 22 could be moved step by step in a first direction x and the rest of the device step by step in a second direction y perpendicular thereto.
  • To produce colored Holograms would be assigned a device to the colors red, green and blue, and each area would be exposed to each color one after the other. All of the devices could be combined in one print head that is movable with respect to the photosensitive layer 22.
  • the compact arrangement of two parabolic mirrors and a plane mirror enables an optimal focal point, a large opening angle, a variable angle between the coupled-in and emerging light and the same optical path lengths from the light source to the focal point.

Abstract

The present invention relates to a method and a device for generating holograms, wherein two light beams (L, R) interfere in a photosensitive layer (22), the first beam (L) being shaped and modulated. This method involves maintaining the length ratio between the light rays during the shaping process. In order to shape at least the first light beam (L), the device includes a first optical instrument that preferably comprises a pair of parabolic mirrors (4).

Description

Beschreibungdescription
Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von HologrammenMethod and device for producing holograms
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Hologrammen, bei denen zwei Lichtstrahlenbundel, deren wenigstens erstes geformt und moduliert wird, in einer lichtempfindlichen Schicht interferieren. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for producing holograms, in which two bundles of light beams, at least the first of which are shaped and modulated, interfere in a light-sensitive layer. In addition, the invention relates to a device for performing the method.
Hologramme sind Interferenzmuster, die durch Überlagerung eines von einem Objekt beeinflußten ersten Lichtstrahlenbündels mit einem unbeeinflußten Referenzlichtstrahlenbündel entstehen. Damit das Interferenzmuster Informationen aller Objektpunkte aufnehmen kann, müssen alle von diesen Objektpunkten kommenden Lichtstrahlen gleichzeitig mit dem Referenzlichtstrahlenbündel interferieren. Berücksichtigt man, daß ein Lichtstrahl kein zusammenhängendes Gebilde ist, sondern aus einer Vielzahl von Wellenzügen besteht, verschärft sich diese Bedingung insofern, als sich im Interferenzpunkt gleichzeitig Wellenzüge aller vom Objekt kommenden Lichtstrahlen überlappen müssen, und zwar auch dann, wenn die optischen Weglängen zwischen den einzelnen Objektpunkten und dem Interferenzpunkt unterschiedlich lang sind. Trifft ein von einem Objektpunkt kommender Wellenzug erst dann im Interferenzpunkt ein, wenn dieser von den Wellenzügen der anderen Objektpunkte bereits verlassen wurde, geht der Objektpunkt nicht in das Hologramm ein. Der Zusammenhang der Wellenzüge wird als Kohärenz, der Grad des Zusammenhangs als Kohärenzlänge bezeichnet.Holograms are interference patterns that result from the superimposition of a first light beam influenced by an object with an unaffected reference light beam. So that the interference pattern can record information from all object points, all light beams coming from these object points must interfere with the reference light beam at the same time. If one takes into account that a light beam is not a coherent structure, but consists of a large number of wave trains, this condition is exacerbated in that wave trains of all light beams coming from the object must overlap at the interference point, even if the optical path lengths between the individual object points and the interference point of different lengths are. If a wave train coming from an object point only arrives at the interference point if it has already left the wave trains of the other object points, the object point does not enter the hologram. The relationship between the wave trains is referred to as coherence, the degree of the relationship as coherence length.
In der klassischen Holographie wird das Objektstrahlenbündel durch das Objekt selbst beeinflußt. Daraus resultiert eine Reihe von Nachteilen: Die verwendeten Vorrichtungen sind groß und optisch instabil, die Laser unterliegen hohen /Anforderungen in bezug auf Energie und Kohärenzlänge, die optische Aufbereitung des Objektes erfordert viel Erfahrung.In classic holography, the object beam is influenced by the object itself. This results in a number of disadvantages: The devices used are large and optically unstable, the lasers are subject to high / requirements in terms of energy and coherence length, the optical preparation of the object requires a lot of experience.
Es ist deshalb vorgeschlagen worden, zweidimensionale Darstellungen, die unterschiedliche Blickwinkel auf das Objekt bzw. einen Objektpunkt repräsentieren, zu erzeugen und durch Modulation des Objektstrahles nacheinander auf unterschiedliche Bereiche der lichtempfindlichen Schicht als Unterhologramme holografisch abzubilden. Auf diese Weise müssen immer nur kleine Flächen belichtet werden, wozu nur relativ wenig Laserenergie notwendig ist. Die zweidimensionalen Darstellungen lassen sich entweder fotographisch gewinnen, indem man beispielsweise stereoskopische Aufnahmen anfertigt, oder aus einem computergenerierten Objekt ableiten, indem man die unterschiedlichen Blickwinkel errechnet und jeweils als Matrix ausgibt. Darüber hinaus sind Kombinationen beider Varianten möglich. Die aus den Unterhologrammen zusammengesetzten Hologramme können eine vertikale Parallaxe aufweisen. Ist dies nicht der Fall, sind die Objekte von den Seiten her, nicht aber von oben und unten betrachtbar. Bekannte Vorrichtungen zur Herstellung von Hologrammen (EP 0 814 387 A2, WO 96/02873) umfassen einen Laser, einen Strahlteiler für das Aufteilen des Laserlichts in einen Objektstrahl und einen Referenzstrahl, ein Linsensystem zum Formen des ObjektStrahles, einen Schirm zum Anzeigen eines Bildes des Objektes, mit dem der Objektstrahl modulierbar ist, und ein Linsensystem zum Formen des mit dem Objektstrahl interferierenden Referenzstrahles. Die Linsensysteme besitzen eingeschränkte Öffnungswinkel, weisen sphärische und chromatische Abberationen auf und beeinflussen das Längenverhältnis der Lichtstrahlen des Objektstrahlenbündels zueinander. Ist der Öffnungswinkel des Linsensystems eingeschränkt, kann auch das Hologramm nur aus dem eingeschränkten Blickwinkel betrachtet werden. Weist das Linsensystem sphärische Abberationen auf, entstehen verzerrte Hologramme. Liegen chromatische Abberationen vor, kann bei hohen Qualitätsanforderungen je Farbe ein separates Linsensystem erforderlich werden. Ändert sich schließlich von der Lichtquelle bis zur lichtempfindlichen Schicht das Längenverhältnis der Lichtstrahlen des Objektstrahlenbündels zueinander, indem beispielsweise die äußeren Lichtstrahlen einen längeren Weg als die inneren Lichtstrahlen zurücklegen, muß eine entsprechend große Kohärenzlänge gewählt werden, damit im Interesse der holographischen Abbildung aller Objektpunkte alle Lichtstrahlen bzw. deren zusammenhängende Wellenzüge gleichzeitig interferieren können. Eine große Kohärenzlänge aber ist nur mit einem hochwertigen Laser realisierbar.It has therefore been proposed to generate two-dimensional representations, which represent different angles of view of the object or an object point, and to image them in holographic fashion as sub-holograms in succession by modulating the object beam onto different areas of the light-sensitive layer. In this way, only small areas have to be exposed, which requires relatively little laser energy. The two-dimensional representations can either be obtained photographically, for example by taking stereoscopic images, or derived from a computer-generated object by using the calculates different angles and outputs them as a matrix. Combinations of both variants are also possible. The holograms composed of the sub-holograms can have a vertical parallax. If this is not the case, the objects can be viewed from the sides, but not from above and below. Known devices for producing holograms (EP 0 814 387 A2, WO 96/02873) include a laser, a beam splitter for splitting the laser light into an object beam and a reference beam, a lens system for shaping the object beam, a screen for displaying an image of the Object with which the object beam can be modulated, and a lens system for shaping the reference beam interfering with the object beam. The lens systems have restricted opening angles, have spherical and chromatic aberrations and influence the length ratio of the light beams of the object beam to one another. If the opening angle of the lens system is restricted, the hologram can also only be viewed from the restricted viewing angle. If the lens system has spherical aberrations, distorted holograms are created. If there are chromatic aberrations, a separate lens system may be required for each color if high quality is required. Finally changes from the Light source to the light-sensitive layer, the length ratio of the light rays of the object beam to each other, for example, by covering the outer light rays a longer way than the inner light rays, a correspondingly large coherence length must be selected so that in the interest of holographic imaging of all object points, all light rays or their connected wave trains can interfere at the same time. A large coherence length can only be achieved with a high-quality laser.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren und eine gattungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung von Hologrammen zu schaffen, die bei geringerem Aufwand bessere Hologramme liefern. Verfahrensseitig wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Indem das Formen des ersten Lichtstrahlenbündels bei Aufrechterhaltung des Längenverhältnisses der Lichtstrahlen zueinander erfolgt, geht die Modulation des ersten Lichtstrahlenbündels auch bei sehr kurzen Kohärenzlängen, die in der Größenordnung der Dicke der lichtempfindlichen Schicht liegen können und mit billigen Lasern realisierbar sind, vollständig in die Hologramme ein, vorausgesetzt, daß die optische Weglänge des Referenzstrahles gleich der des Objektstrahles ist. Erfolgt das längenverhältniserhaltende Formen durch wenigstens ein Paar Parabolspiegel, wobei der erste Parabolspiegel das Lichtstrahlenbundel aufweitet und der zweite Parabolspiegel das Lichtstrahlenbundel auf die lichtempfindliche Schicht fokussiert, werden größere Öffnungswinkel möglich und entfallen sphärische und chromatische Abberationen, was aus obengenannten Gründen zu einer zusätzlichen Verbesserung der Hologrammqualität und zu einer weiteren Verbilligung des Verfahrens führt. Diese Vorteile werden insbesondere wirksam, wenn das Lichtstrahlenbundel zur Erzeugung zusammengesetzter Hologramme nacheinander auf unterschiedliche Bereiche der lichtempfindlichen Schicht fokussiert wird.The invention has for its object to provide a generic method and a generic device for producing holograms that deliver better holograms with less effort. In terms of the method, this object is achieved by the features of claim 1. By shaping the first bundle of light beams while maintaining the length ratio of the light beams to one another, the modulation of the first bundle of light beams is completely incorporated into the holograms even with very short coherence lengths, which can be of the order of the thickness of the light-sensitive layer and which can be implemented with cheap lasers , provided that the optical path length of the reference beam is equal to that of the object beam. The length-preserving molding takes place through At least one pair of parabolic mirrors, the first parabolic mirror expanding the bundle of light rays and the second parabolic mirror focusing the bundle of light rays on the light-sensitive layer, larger opening angles are possible and spherical and chromatic aberrations are eliminated, which, for the reasons mentioned above, leads to an additional improvement in the hologram quality and to a further reduction in price of the procedure. These advantages are particularly effective when the bundle of light beams for producing composite holograms is successively focused on different areas of the light-sensitive layer.
Vorrichtungsseitig wird die obengenannte Aufgabe durch die Merkmale des Anspruches 7 gelöst. Indem die erste Optik statt einer Linse wenigstens einen ersten Parabolspiegel umfaßt, mit dem das erste Lichtstrahlenbundel auf die lichtempfindliche Schicht fokussierbar ist, werden größere Öffnungswinkel möglich und entfallen sowohl die sphärischen als auch die chromatischen Abberationen. Umfaßt die erste Optik einen zweiten Parabolspiegel, mit dem das erste Lichtstrahlenbundel aus einer in seinem Brennpunkt befindlichen Lichtquelle erzeugbar ist, legen alle Lichtstrahlen dieses Lichtstrahlenbündels von der Lichtquelle bis zur lichtempfindlichen Schicht die gleiche optische Weglänge zurück, so daß die Kohärenzlänge im wesentlichen auf die Dicke der lichtempfindlichen Schicht begrenzt werden kann. Eine bevorzugte Lichtquelle ist der Ausgang einer Lichtleitfaser, in dem Licht eines Lasers, insbesondere eines gepulsten Diodenlasers, geführt ist. Befindet sich zwischen beiden Parabolspiegeln ein Strahlumlenkungselement, wobei die Strahlumlenkung vorzugsweise 90 Grad beträgt, kann die Lichtquelle in einer anderen Ebene liegen als die lichtempfindliche Schicht. Zwischen der Lichtquelle und dem benachbarten ersten oder zweiten Parabolspiegel, zwischen diesen oder zwischen dem ersten Parabolspiegel und der lichtempfindlichen Schicht ist ein Lichtmodulator angeordnet, der vorzugsweise als ebener Schirm mit steuerbarer Lichtdurchlässigkeit ausgebildet ist, beispielsweise als Flüssigkristallanzeige. In einigen Fällen ist es jedoch ausreichend, die Lichtmodulatoren in Form von Dias auswechselbar zu gestalten.On the device side, the above-mentioned object is achieved by the features of claim 7. By having the first optics instead of a lens at least one first parabolic mirror with which the first bundle of light beams can be focused on the light-sensitive layer, larger opening angles are possible and both the spherical and the chromatic aberrations are eliminated. If the first optical system comprises a second parabolic mirror with which the first bundle of light beams can be generated from a light source located at its focal point, all light beams of this bundle of light beams cover the same optical path length from the light source to the light-sensitive layer, so that the coherence length in can essentially be limited to the thickness of the photosensitive layer. A preferred light source is the output of an optical fiber in which light from a laser, in particular a pulsed diode laser, is guided. If there is a beam deflection element between the two parabolic mirrors, the beam deflection preferably being 90 degrees, the light source can be in a different plane than the light-sensitive layer. Between the light source and the adjacent first or second parabolic mirror, between these or between the first parabolic mirror and the light-sensitive layer, a light modulator is arranged, which is preferably designed as a flat screen with controllable light transmission, for example as a liquid crystal display. In some cases, however, it is sufficient to make the light modulators interchangeable in the form of slides.
Zwischen dem ersten Parabolspiegel und dem Lichtmodulator oder zwischen diesem und der lichtempfindlichen Schicht kann ein Lichtstreuelement angeordnet sein, um die Belichtung eines ausreichend großen Bereichs der lichtempfindlichen Schicht sicherzustellen.A light scattering element can be arranged between the first parabolic mirror and the light modulator or between it and the light-sensitive layer in order to ensure the exposure of a sufficiently large area of the light-sensitive layer.
Die Parabolspiegel sind Off-Axis-Parabolspiegel mit identischen Parabelabschnitten. Zur Formung des zweiten Lichtstrahlenbündels ist eine zweite Optik vorgesehen, die statt eines Parabolspiegelsystems ein Linsensystem umfassen kann. Ist jeder Seite der lichtempfindlichen Schicht eine zweite Optik zugeordnet, läßt sich die Vorrichtung leicht für die Herstellung sowohl von Transmissions- als auch von Reflexionshologrammen einrichten. Ist darüber hinaus eine Umschalteinrichtung vorgesehen, mit der das zweite Lichtstrahlenbundel auf eine der beiden Seiten der lichtempfindlichen Schicht lenkbar ist, vereinfacht sich dies .The parabolic mirrors are off-axis parabolic mirrors with identical parabolic sections. To form the second light beam, a second optical system is provided, which can comprise a lens system instead of a parabolic mirror system. If a second optical system is assigned to each side of the light-sensitive layer, the device can easily be set up for the production of both transmission and reflection holograms. If a switchover device is also provided with which the second bundle of light beams can be directed onto one of the two sides of the light-sensitive layer, this is simplified.
Sind die Vorrichtung und die lichtempfindliche Schicht relativ zueinander verschiebbar, ist es insbesondere möglich, nacheinander unterschiedliche Bereiche der lichtempfindlichen Schicht zu belichten, die jeweils Unterhologramme repräsentieren. Schließlich ist es vorgesehen, jeder der Farben Rot, Grün und Blau eine identische Vorrichtung zuzuordnen und diese gemeinsam relativ zur lichtempfindlichen Schicht zu bewegen. Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die zugehörige schematische Zeichnung zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung.If the device and the light-sensitive layer are displaceable relative to one another, it is in particular possible to expose different areas of the light-sensitive layer successively, each representing sub-holograms. Finally, it is provided to assign an identical device to each of the colors red, green and blue and to move them together relative to the light-sensitive layer. The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment. The associated schematic drawing shows a device according to the invention.
Im Brennpunkt 2 eines Parabolspiegels 4 befindet sich der Ausgang 6 eines Lichtleiters 8, in dem kohärentes Licht eines nichtdargestellten Lasers, insbesondere einer Pulslaserdiode, geführt ist. Zwischen dem Parabolspiegels 4 und seinem Brennpunkt 2 verlaufen Brennstrahlen 10. Im Strahlengang seiner Leitstrahlen 12 ist ein Planspiegel 14 angeordnet, der sich gleichzeitig im Strahlengang der Leitstrahlen 16 eines Parabolspiegels 18 befindet. Die Leitstrahlen 12 und 16 stehen senkrecht aufeinander. Ihre Neigung zum Planspiegel 14 beträgt jeweils 45 Grad. Im Brennpunkt 20 des Parabolspiegels 18, der den gleichen Parabelabschnitt wie der Parabolspiegel 4 aufweist, befindet sich eine lichtempfindliche Schicht 22, die beidseitig durch Blenden 24 und 26 geschützt ist. Zwischen dem Parabolspiegel 18 und seinem Brennpunkt 20 verlaufen Brennstrahlen 32. In deren Strahlengang ist parallel zu den Leitstrahlen 16 parabolspiegelseitig eine Flüssigkristallanzeige 34 und schichtseitig ein Diffusor 36 angeordnet. Der vorstehend skizzierte Strahlengang wird bei eingeschaltetem Laserlicht durch das Objektstrahlenlichtbündel L mit den Abschnitten Ll bis L4 durchlaufen. Da dieser zur Herstellung von Hologrammen mit einem Referenzstrahlenbündel R interferieren muß, befinden sich beidseitig der lichtempfindlichen Schicht Kollimatorlinsen 38 und 40, deren optische Achsen 42 und 44 durch den Brennpunkt 20 des Parabolspiegels 18 verlaufen und deren Brennpunkte 46 und 48 in Ausgängen 50 und 52 von Lichtleitern 54 und 56 liegen.At the focal point 2 of a parabolic mirror 4 is the output 6 of a light guide 8, in which coherent light of a laser, not shown, in particular a pulse laser diode. Focal beams 10 run between the parabolic mirror 4 and its focal point 2. A plane mirror 14 is arranged in the beam path of its guide beams 12 and is at the same time in the beam path of the guide beams 16 of a parabolic mirror 18. The guide beams 12 and 16 are perpendicular to one another. Their inclination to the plane mirror 14 is 45 degrees in each case. At the focal point 20 of the parabolic mirror 18, which has the same parabolic section as the parabolic mirror 4, there is a light-sensitive layer 22, which is protected on both sides by screens 24 and 26. Focal rays 32 run between the parabolic mirror 18 and its focal point 20. A liquid crystal display 34 and a diffuser 36 on the layer side are arranged in the beam path parallel to the guide rays 16 on the parabolic mirror side. The beam path outlined above is passed through the object beam light bundle L with the sections L1 to L4 when the laser light is switched on. Since this must interfere with a reference beam R for the production of holograms, there are collimator lenses 38 and 40 on both sides of the light-sensitive layer, the optical axes 42 and 44 of which pass through the focal point 20 of the parabolic mirror 18 and whose focal points 46 and 48 are in outputs 50 and 52 of light guides 54 and 56.
Die Wirkungsweise ist folgende:The mode of action is as follows:
Der Ausgang 6 des Lichtleiters 8 wirkt als punktförmige Lichtquelle, die einen Lichtkegel Ll rotationssymmetrischer Intensitätsverteilung aussendet, der den Brennstrahlen 10 folgt und vom Parabolspiegel 4 als paralleles Lichtbündel L2 mit im Querschnitt inhomogener Intensitätsverteilung reflektiert wird, das den Leitstrahlen 12 folgt. Das aufgeweitete Lichtbündel L2 wird nun durch den 90 Grad umlenkenden Planspiegel 14 als Lichtbündel L3 entlang der Leitstrahlen 16 auf den Parabolspiegel 18 gelenkt, der es als Lichtbündel L4 entlang der Brennstrahlen 32 auf die lichtempfindliche Schicht 22 fokussiert und dabei die inhomogene Intensitätsverteilung wieder aufhebt.The output 6 of the light guide 8 acts as a point light source, which emits a light cone L1 of rotationally symmetrical intensity distribution, which follows the focal beams 10 and is reflected by the parabolic mirror 4 as a parallel light beam L2 with an inhomogeneous cross-section intensity distribution, which follows the guide beams 12. The expanded light bundle L2 is now directed by the 90 degree deflecting plane mirror 14 as light bundle L3 along the guide beams 16 onto the parabolic mirror 18, which focuses it as light bundle L4 along the fuel beams 32 onto the light-sensitive layer 22 and thereby removes the inhomogeneous intensity distribution.
Verfolgt man den Strahlenverlauf des Lichtbündels Ll bis L4 vom Ausgang 6 des Lichtleiters 8 bis zum Brennpunkt 20 in der lichtempfindlichen Schicht 22, kann man leicht erkennen, daß alle Strahlen des Lichtbündels Ll bis L4 die gleichen Weglängen zurücklegen und gleichzeitig im Brennpunkt 20 eintreffen. Die erforderliche Länge der zusammenhängenden Wellenzüge, die Kohärenzlänge, hängt damit fast nur noch von der Dicke der lichtempfindlichen Schicht ab, weshalb sehr billige Laser einsetzbar sind. Da zur Formung des Lichtbündels Ll bis L4 nur Plan- und Parabolspiegel verwendet werden, treten weder sphärische Abberationen auf, was insbesondere bei kurzbrennweitigen Systemen mit großem Öffnungswinkel wichtig ist, noch ist mit chromatischen Abberationen zu rechnen, wodurch der Brennpunkt für jede Farbe an derselben Stelle entsteht.If one follows the beam path of the light bundle L1 to L4 from the output 6 of the light guide 8 to the focal point 20 in the light-sensitive layer 22, it can easily be seen that all the beams of the light bundle L1 to L4 cover the same path lengths and arrive at the focal point 20 at the same time. The required length of the coherent wave trains, the coherence length, depends almost only on the thickness of the photosensitive Layer, which is why very cheap lasers can be used. Since only plane and parabolic mirrors are used to form the light bundle L1 to L4, spherical aberrations do not occur, which is particularly important in systems with a short aperture with a large aperture angle, nor are chromatic aberrations to be expected, which means that the focal point for each color is in the same place arises.
All dies sind gute Voraussetzungen für eine Modulation des aufgeweiteten Lichtbündels Ll bis L4 mit Objekteigenschaften. Sie erfolgt beim Durchgang des Lichtbündels L4 durch die Flüssigkristallanzeige 34 als Intensitätsmodulation und führt je nach den geometrischen Abmessungen des Lichtkegels L4, die von den Parametern der verwendeten Parabolspiegel 18 und 4 abhängen, zur Belichtung eines vorbestimmten Bereichs der lichtempfindlichen Schicht 22 aus verschiedenen Richtungen mit entsprechend der Modulation vorgegebener Intensität. Reicht die Beugung an den einzelnen Pixeln der Flüssigkristallanzeige 34 nicht aus, um den vorbestimmten Bereich der lichtempfindlichen Schicht 22 vollständig auszuleuchten, tritt das Lichtbündel L4 nach der Modulation noch durch den Diffusor 36 hindurch, der das gebeugte Licht auf den gesamten vorbestimmten Bereich verteilt.All of these are good prerequisites for modulating the expanded light bundle L1 to L4 with object properties. It takes place when the light bundle L4 passes through the liquid crystal display 34 as intensity modulation and, depending on the geometric dimensions of the light cone L4, which depend on the parameters of the parabolic mirrors 18 and 4 used, leads to the exposure of a predetermined area of the light-sensitive layer 22 from different directions accordingly the modulation of predetermined intensity. If the diffraction at the individual pixels of the liquid crystal display 34 is not sufficient to fully illuminate the predetermined area of the light-sensitive layer 22, the light beam L4 after the modulation still passes through the diffuser 36, which distributes the diffracted light over the entire predetermined area.
Wird dieser Bereich auch durch das parallele Referenzlichtbündel R getroffen, entsteht ein Interferenzmuster, das als Unterhologramm alles Licht in den durch das Lichbündel L4 vorgegebenen Raumrichtungen, welches von den für dieses Unterhologramm relevanten Objektpunkten ausgeht und reell oder virtuell durch das Unterhologramm hindurchtritt, oder auch einen Speicherblock eines blockorganisierten holografischen Speichers repräsentiert. Lenkt die Kollimatorlinse 38 das Referenzlichtbündel R auf die vom Objektlichtbündel L4 bestrahlte Seite der lichtempfindlichen Schicht 22, entsteht ein Transmissionsunterhologramm. Geht das Referenzlichtbündel R von der auf der gegenüberliegenden Seite der lichtempfindlichen Schicht 22 angeordneten Kollimatorlinse 40 aus, entsteht ein Reflexionsunterhologramm. Das Referenzlichtbündel R wird dazu umschaltbar in zwei Strahlwege geteilt und je nach gewünschter Hologra mart zugeschaltet.If this area is also hit by the parallel reference light bundle R, a Interference pattern that, as a sub-hologram, represents all light in the spatial directions specified by the light bundle L4, which emanates from the object points relevant for this sub-hologram and passes through the sub-hologram in real or virtual form, or also a memory block of a block-organized holographic memory. If the collimator lens 38 directs the reference light bundle R onto the side of the light-sensitive layer 22 irradiated by the object light bundle L4, a transmission sub-hologram is produced. If the reference light bundle R originates from the collimator lens 40 arranged on the opposite side of the light-sensitive layer 22, a reflection sub-hologram is produced. For this purpose, the reference light bundle R is switched into two beam paths and switched on depending on the desired hologra mart.
Belichtet man auf die vorstehend beschriebene Weise nacheinander unterschiedliche Bereiche der lichtempfindlichen Schicht 22, entsteht aus der Vielzahl der Unterhologramme ein zusammengesetztes Hologramm, das noch zu entwickeln und zu fixieren ist. Für das aufeinanderfolgende Belichten könnte die lichtempfindliche Schicht 22 schrittweise in einer ersten Richtung x und die übrige Vorrichtung schrittweise in einer dazu senkrechten zweiten Richtung y bewegbar sein. Zur Herstellung farbiger Hologramme würde man den Farben Rot, Grün und Blau je eine Vorrichtung zuordnen und nacheinander jeden Bereich mit jeder Farbe belichten. Dabei könnten alle Vorrichtungen in einem bezüglich der lichtempfindlichen Schicht 22 bewegbaren Druckkopf vereinigt sein.If different areas of the light-sensitive layer 22 are exposed one after the other in the manner described above, a composite hologram arises from the large number of sub-holograms, which still has to be developed and fixed. For the successive exposure, the photosensitive layer 22 could be moved step by step in a first direction x and the rest of the device step by step in a second direction y perpendicular thereto. To produce colored Holograms would be assigned a device to the colors red, green and blue, and each area would be exposed to each color one after the other. All of the devices could be combined in one print head that is movable with respect to the photosensitive layer 22.
Weitere Ausbildungen der Erfindung ergeben sich beispielsweise durch Fokussierung des Lichtbündels L4 in einer Brennlinie, durch Anordnung des Lichtmodulators im Strahlengang der Lichtbündel Ll, L2 oder L3, durch Anordnung des Lichtstreuelements im Strahlengang des Lichtbündels L3 oder durch andere Ablenkwinkel.Further developments of the invention result, for example, by focusing the light bundle L4 in a focal line, by arranging the light modulator in the beam path of the light bundles L1, L2 or L3, by arranging the light scattering element in the beam path of the light bundle L3 or by other deflection angles.
Insgesamt ermöglicht die kompakte Anordnung von zwei Parabolspiegeln und einem Planspiegel einen optimalen Brennpunkt, einen großen Öffnungswinkel, einen variablen Winkel zwischen eingekoppeltem und austretendem Licht sowie gleiche optische Weglängen von der Lichtquelle bis zum Brennpunkt . Overall, the compact arrangement of two parabolic mirrors and a plane mirror enables an optimal focal point, a large opening angle, a variable angle between the coupled-in and emerging light and the same optical path lengths from the light source to the focal point.

Claims

Patentansprüche claims
I.Verfahren zur Herstellung von Hologrammen, bei dem zwei Lichtstrahlenbundel (L, R) , deren erstes (L) geformt und moduliert wird, in einer lichtempfindlichen Schicht (22) interferieren, dadurch gekennzeichnet, daß das Formen des ersten Lichstrahlenbündels (L) bei Aufrechterhaltung exakt der gleichen Länge der einzelnen Lichtstrahlen des Lichtstrahlenbündels (L) erfolgt.I. Process for the production of holograms, in which two bundles of light beams (L, R), the first (L) of which are shaped and modulated, interfere in a light-sensitive layer (22), characterized in that the shaping of the first bundle of light beams (L) contributes to Maintaining exactly the same length of the individual light beams of the light beam (L) is done.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Formen durch wenigstens ein Paar Parabolspiegel (4, 18) erfolgt.2. The method according to claim 1, characterized in that the shaping is carried out by at least one pair of parabolic mirrors (4, 18).
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Lichtstrahlenbundel (L) mit einem ersten Parabolspiegel (4) aufgeweitet und mit einem zweiten Parabolspiegel (18) auf die lichtempfindliche Schicht (22) fokussiert wird.3. The method according to claim 2, characterized in that the first bundle of light beams (L) with a first parabolic mirror (4) is expanded and with a second parabolic mirror (18) is focused on the light-sensitive layer (22).
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Lichtstrahlenbundel (L) in einem Brennpunkt (20; oder in einer Brennlinie fokussiert wird. 4. The method according to claim 3, characterized in that the first light beam (L) is focused in a focal point (20; or in a focal line.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Lichtstrahlenbundel (L) nacheinander auf unterschiedliche Bereiche der lichtempfindlichen Schicht (22) fokussiert wird.5. The method according to claim 3 or 4, characterized in that the first light beam (L) is successively focused on different areas of the light-sensitive layer (22).
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die belichteten und entwickelten Bereiche Unterhologramme repräsentieren.6. The method according to claim 5, characterized in that the exposed and developed areas represent sub-holograms.
7. Vorrichtung zur Herstellung von Hologrammen, mit zwei in einer lichtempfindlichen Schicht (22) interferierenden Lichtstrahlenbündeln (L, R) und wenigstens einer ersten Optik zur Formung wenigstens des ersten Lichtstrahlenbündels (L) , insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche von 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Optik wenigstens einen ersten Parabolspiegel (18) umfaßt.7. Device for producing holograms, with two light beams (L, R) interfering in a light-sensitive layer (22) and at least one first optic for shaping at least the first light beam (L), in particular for carrying out the method according to one of the claims of 1 to 6, characterized in that the first optic comprises at least a first parabolic mirror (18).
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Lichtstrahlenbundel (L) mit dem ersten Parabolspiegel (18) auf die lichtempfindliche Schicht (22) fokussierbar ist. 8. The device according to claim 7, characterized in that the first light beam (L) with the first parabolic mirror (18) on the light-sensitive layer (22) can be focused.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Lichtstrahlenbundel (L) in einem Brennpunkt (20) oder in einer Brennlinie fokussierbar ist.9. The device according to claim 8, characterized in that the first light beam (L) in a focal point (20) or in a focal line can be focused.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche von 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Optik einen zweiten Parabolspiegel (4) umfaßt, mit dem das erste Lichtstrahlenbundel (L) aus einer in seinem Brennpunkt (2) befindlichen Lichtquelle erzeugbar ist.10. Device according to one of claims 7 to 10, characterized in that the first optics comprises a second parabolic mirror (4) with which the first bundle of light beams (L) can be generated from a light source located in its focal point (2).
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle der Ausgang (6) einer Laserlicht führenden Lichtleitfaser (8) ist.11. The device according to claim 10, characterized in that the light source is the output (6) of a laser light guiding optical fiber (8).
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß in der Lichtleitfaser (8) Licht eines Pulslasers geführt ist.12. The apparatus according to claim 11, characterized in that light of a pulse laser is guided in the optical fiber (8).
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche von 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen beiden Parabolspiegeln13. The device according to one of claims 10 to 12, characterized in that between the two parabolic mirrors
(4, 18) ein Strahlumlenkungselement (14) angeordnet ist.(4, 18) a beam deflection element (14) is arranged.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlumlenkung 90 Grad beträgt. 14. The apparatus according to claim 13, characterized in that the beam deflection is 90 degrees.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche von 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Lichtquelle (6) und dem benachbarten ersten (18) oder zweiten (4) Parabolspiegel, zwischen diesen oder zwischen dem ersten Parabolspiegel (18) und der lichtempfindlichen Schicht (22) ein Lichtmodulator (34) angeordnet ist.15. The device according to one of claims 10 to 14, characterized in that between the light source (6) and the adjacent first (18) or second (4) parabolic mirror, between these or between the first parabolic mirror (18) and the light-sensitive layer (22) a light modulator (34) is arranged.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtmodulator (34) ein ebener Schirm mit Bereichen unterschiedlicher Lichtdurchlässigkeit ist.16. The apparatus according to claim 15, characterized in that the light modulator (34) is a flat screen with areas of different light transmission.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtmodulator wechselbar ist.17. The apparatus according to claim 16, characterized in that the light modulator is exchangeable.
18. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtdurchlässigkeit steuerbar ist.18. The apparatus according to claim 16 or 17, characterized in that the light transmission is controllable.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtmodulator eine Flüssigkristallanzeige ist.19. The apparatus according to claim 18, characterized in that the light modulator is a liquid crystal display.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche von Anspruch 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ersten Parabolspiegel (18) und dem Lichtmodulator (34) oder zwischen diesem und der lichtempfindlichen Schicht (22) ein Lichtstreuelement (36) angeordnet ist. 20. Device according to one of claims 15 to 19, characterized in that a light scattering element (36) is arranged between the first parabolic mirror (18) and the light modulator (34) or between this and the light-sensitive layer (22).
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche von 7 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Parabolspiegel (18, 4) Off- Axis-Parabolspiegel sind.21. Device according to one of claims 7 to 20, characterized in that the parabolic mirrors (18, 4) are off-axis parabolic mirrors.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche von 7 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Parabolspiegel (18, 4) identische Parabelabschnitte aufweisen.22. Device according to one of claims 7 to 21, characterized in that the parabolic mirrors (18, 4) have identical parabolic sections.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche von 7 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine zweite Optik vorgesehen ist, mit der das zweite Lichtstrahlenbundel (R) formbar ist.23. Device according to one of claims 7 to 22, characterized in that at least one second optic is provided with which the second light beam (R) can be formed.
24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Optik wenigstens eine Linse (38, 40) umfaßt.24. The device according to claim 23, characterized in that the second optics comprises at least one lens (38, 40).
25. Vorrichtung nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Seite der lichtempfindlichen Schicht (22) eine zweite Optik zugeordnet ist.25. The device according to claim 23 or 24, characterized in that each side of the light-sensitive layer (22) is assigned a second lens.
26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche von 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß eine Umschalteinrichtung vorgesehen ist, mit der das zweite Lichtstrahlenbundel (R) wahlweise auf die vom ersten Lichtrahlenbündel (L) bestrahlte Seite der lichtempfindlichen Schicht (22) oder auf deren gegenüberliegende Seite lenkbar ist.26. The device according to one of claims 23 to 25, characterized in that a switching device is provided with which the second light beam (R) selectively on the from the first light beam (L) irradiated side of the light-sensitive layer (22) or steerable on the opposite side thereof.
27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche von 7 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß nacheinander unterschiedliche27. The device according to one of claims 7 to 26, characterized in that successively different
Bereiche der lichtempfindlichen Schicht (22) belichtbar sind.Areas of the light-sensitive layer (22) are exposed.
28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die belichteten und entwickelten Bereiche Unterhologramme repräsentieren.28. The apparatus according to claim 27, characterized in that the exposed and developed areas represent sub-holograms.
29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche von 7 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die formenden, umlenkenden und modulierenden Vorrichtungselemente (4, 14, 18, 34, 36, 38, 40) einerseits und die lichtempfindliche Schicht (22) andererseits relativ zueinander bewegbar sind.29. The device according to one of claims 7 to 28, characterized in that at least the shaping, deflecting and modulating device elements (4, 14, 18, 34, 36, 38, 40) on the one hand and the light-sensitive layer (22) on the other hand relative to each other are movable.
30. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die formenden, umlenkenden und modulierenden Vorrichtungselemente (4, 14, 18, 34, 36, 38, 40) in einer ersten Richtung (y) und die lichtempfindliche Schicht (22) in einer zur ersten Richtung (y) senkrechten zweiten Richtung (x) bewegbar ist. 30. The device according to claim 29, characterized in that the shaping, deflecting and modulating device elements (4, 14, 18, 34, 36, 38, 40) in a first direction (y) and the light-sensitive layer (22) in a first direction (y) perpendicular second direction (x) is movable.
31. Vorrichtung nach einem der Ansprüche von 7 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß die formenden, umlenkenden und modulierenden Vorrichtungselemente (4, 14, 18, 34, 36, 38, 40) je Farbe Rot, Grün und Blau vorgesehen sind. 31. Device according to one of claims 7 to 30, characterized in that the shaping, deflecting and modulating device elements (4, 14, 18, 34, 36, 38, 40) are provided for each color red, green and blue.
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