DE1797474A1

DE1797474A1 - Holographic enlargement or microscopy

Info

Publication number: DE1797474A1
Application number: DE19661797474
Authority: DE
Inventors: Haines Kenneth A; Stetson Karl A; Ann Arbor; Del Hockessin; Powell Robert L; Leith Emmet Norman; Hildebrand Bernard P; Juris Upatnieks
Original assignee: Battelle Development Corp
Current assignee: Battelle Development Corp
Priority date: 1964-04-23
Filing date: 1966-10-22
Publication date: 1971-09-09
Also published as: DE1797475A1; DE1797473B2; DE1797473A1; DE1797473C3; DE1797478A1; DE1797477A1; DE1797476A1

Description

Holographis;ches Vergrößern bzw. Mikroskopieren Zusatz zur Patentanmeldung P 1772214.4 Die ERfindung betrifft eine weitere Ausbildung bzw. Abvzandlung der im Patent (Patentanmeldung P 1772214.4) angegebenen Vorrichtungen und Verfahren zum Vergrößern bzw. Mikroskopieren. Holographic enlargement or microscopy addendum to the patent application P 1772214.4 The invention relates to a further training or modification of the in the patent (patent application P 1772214.4) specified devices and methods for enlarging or microscopy.

Wie schon in dem Hauptpatent angegeben, wird erfindungsgemäß ein Mikroskop geschaffen, das ohne Linsen arbeiten kann, wobei durch kohärente magnetische Strahlung ein Interferenzmuster zwischen einem sogenannten Gegenstandsstrahl und einem Bezugsstrahl erzeugt und das so erzeugte Muster mittels geeigneter Strahlung und einer Detektorvorrichtung in ein sichtbares Bild verwandelt wird. As already indicated in the main patent, a Microscope created that can work without lenses, being through coherent magnetic Radiation is an interference pattern between a so-called object beam and generated a reference beam and the pattern generated in this way by means of suitable radiation and a detector device is converted into a visible image.

Als kohärente Strahlung wird Licht bevorzugt und zwar von einem Laser erzeugtes Licht, wobei als Detektorvorrichtung vorzugsweise eine photographische Schicht dient. Zur Zeit zur Verfügung stehende laser erzeugen kein "absolut" kohärentes Leicht, sondern Licht, das über eine Entfernung kohärent ist, die für die Zwecke der nachstehend beschriebenen erfindungsgemämen Verfahren und Vorrichtungen genügend groß ist. Somit bezieht sich nachstehend der Ausdruck "kohärent" auf Licht, das ungefähr die Ko härenz von laser licht hat. The preferred coherent radiation is light from one Laser generated light, the detector device preferably being a photographic one Layer serves. The lasers currently available do not produce an "absolutely" coherent one Light but light that is coherent over a distance appropriate for the purpose of the methods and devices according to the invention described below are sufficient is great. Thus, hereinafter the term "coherent" refers to light that has approximately the coherence of laser light.

Die bei der Herstellung des außeraxialen Hologramms benötigte Strahlung muß nicht unbedingt Licht sein. Jede Strahlung, die von einer Detektorvorrichtung aufgefangen und festgehalten werden kann, ist für diese Zwecke geeignet. Die dafür verwendbaren photographischen Platten sind beispielsweise empfindlich für Infrarot-, Ultraviolett-, Röntgen- und Gammastrahlen. Für das erfindungsgemäße Verfahren sind daher viele Arten von Strahlungen anwendbar. Bei Verwendung von photographischen Platten als Detektorvorrichtung ist es möglich, die Bilder mit Strahlen herzustellen, deren Wellenlängen zwischen 10-11 und 10-1 cm betragen, während das sichtbare Spektrum nur die Wellenlängen im Bereich zwischen 4 x 10-5 cm (äußerstes Violett) und 7,2 x 10-5 cm (Tiefrot) umfaßt. Für das erfindungsgemäße Verfahren kann, da keine Linsen benötigt werden, eine Strahlung verwendet werden, die von gewöhnziehen Linsen nicht gebrochen werden könnte; dadurch lassen sich Bilder erzeugen, deren Herstellung isher unmöglich war, wie z.B. The radiation required to produce the off-axis hologram doesn't necessarily have to be light. Any radiation emitted by a detector device can be caught and retained is suitable for these purposes. The for it usable photographic plates are, for example, sensitive to infrared, Ultraviolet, X-ray and Gamma rays. For the method according to the invention are hence many types of radiation can be used. When using photographic Plates as a detector device, it is possible to produce the images with rays, whose wavelengths are between 10-11 and 10-1 cm, while the visible spectrum only the wavelengths in the range between 4 x 10-5 cm (extreme violet) and 7.2 x 10-5 cm (deep red). For the method according to the invention, there are no lenses Radiation is required that cannot be used by habitual lenses could be broken; thereby images can be created, their production washer impossible, e.g.

Vergrößerungen von Schattenbildern, die mit Röntgenstrahlen einer kohärenten Strahlenquelle erzeugt wurden Ferner können für die Durchführung der Erfindung Detektorvorrichtungen verwendet werden, die auf die gleichen Strahlungen ansprechen wei bei einem beliebigen photographischen Verfahren. so daB auch Bilder mit Strahlenarten hergestellt werden können, die außerhalb des sichtbaren Spektrums liegen.Enlargements of silhouettes made with X-rays one coherent radiation source were generated It can also be used to carry out of the invention detector devices are used which point to the same radiations respond to any photographic process. so that there are also pictures Can be produced with types of rays that are outside the visible spectrum lie.

Es ist auch hervorzuhben, daß das das Objekt beleuchtende Strahlenbündel und das Bezugsstrahlenbündel, wie sie in Zusammenhang mit den verschiedenen erfindungsgemäßen Verfahren und Vorrichtungen benutzt werden, nicht notwendig von einem einzelnen oder einzigen Laser auszugehen braucht; denn die derzeit zur Verfügun- stehende Technik umfaßt auch die Möglichkeit, zwei Laser in Phase miteinander zu verketten, derart, daß jeweils das Licht eines der gesonderten Laser ein Strahlenbündel erzeugt und diese beiden Strahlenbündel zueinander kohärent sind. It should also be emphasized that the beam illuminating the object and the reference beam as used in connection with the various inventive Methods and devices used, not necessarily by an individual or single laser needs to go out; because the one currently available Technology also includes the ability to chain two lasers in phase, in such a way that the light from one of the separate lasers generates a beam of rays and these two beams are coherent with each other.

Der Einfachheit halber wird nachstehend an den meisten Stellen die kohärente Strahlung vereinfacht als "Licht" bezeichnet, da dieser Ausdruck Im allgemeinen leichter verständlich ist als Ausdrücke für andere Formen von Strahlung; es ist Jedoch zu beachten, daß in den meisten Fällen sowohl sichtbare als auch unsichtbare Strahlung bei den nachstehend beschriebenen und erfindungsgemäßen Verfahren und Vorrichtungen anwendbar sind. For the sake of simplicity, the coherent radiation is simply referred to as "light", as this term is in general is easier to understand than expressions for other forms of radiation; it is However, it should be noted that in most cases both visible and invisible Radiation in the methods described below and according to the invention and Devices are applicable.

Als weiterer Vorteil ist bemerkenswert, daß gemäß der Erfindung eine Vergrößerung hierbei nicht von einem optischen System abhängig ist Selbst 3ilder, die von Strahlenarten erzeugt wurden, die von @las nicht; gebrochen werde können, lassen sich durch das erfindungsgemäße Verfahren und mittels. der erfindungsgemäßen Vorrichtung vergrößern, da dabei keine Linsen benötigt werden. As a further advantage it is noteworthy that according to the invention a Magnification is not dependent on an optical system. those generated by types of rays that @las did not; being broken can, let themselves through the inventive method and means. enlarge the device according to the invention, since no lenses are required.

Die Erfindung besteht nun insbesondere darin, daß in Weiterbildung des im Hauptpatent angegebenen Verfahrens zur Vergroßerung der auf einem außeraxialen Hologramm aufgezeichneten Bilder eines Objekts das außeraxiale Hologramm mit einer verhältnismäßig kurzwelligen Strahlung erzeugt und die Rekonstruktion mit diesem Hologramm mit einer Strahlung größerer Wellenlänge vorgenommen wird. The invention now consists in particular that in a further development of the method specified in the main patent for the enlargement of the on an off-axis Hologram recorded images of an object, the off-axis hologram with a generated relatively short-wave radiation and the reconstruction with this Hologram is made with a radiation of greater wavelength.

Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und deren Darstellung in der beiliegenden Zeichnung. Further objects, features and advantages of the invention will emerge from the following description of exemplary embodiments and their representation in the enclosed drawing.

In der Zeichnung ist Fig. 1. ein Diagramm eines außeraxialen Hologramms eines Mikroskopes; und Fig. 2 ein Diagramm einer anderen Ausführungsform eines außeraxialen Hologramms eines Mikroskopes. In the drawing, Fig. 1 is a diagram of an off-axis hologram a microscope; and FIG. 2 is a diagram of another embodiment of an off-axis Holograms of a microscope.

Fig. 1 zeigt ein vollständiges Mikroskop, in welchem das außeraxiale Hologramm erzeugt und unmittelbar oder kurz nach der Erzeugung rekonstruiert wird, je nachdem, welche Zusammensetzung der Detektor hat. Jede von zwei Linsen 64 und 66 leitet ein von einer kohärenten Strahlenquelle herkommendes einfallendes Strahlenbündel zu je einem gesonderten Brennpunkt bei 53 bzw. 53'. Fig. 1 shows a complete microscope in which the off-axis Hologram is generated and reconstructed immediately or shortly after generation, depending on the composition of the detector. Each of two lenses 64 and 66 directs an incident beam coming from a coherent radiation source each with a separate focal point at 53 and 53 '.

Eine Kombination einer Lochblende und einer weiteren Blende, z,B, Verschlußblende 68, wird am Brennpunkt 55 angebracht und ergibt ein divergentes Bezugsstrahlenbündel 65, wobei der Brennpunkt 53 in einem Abstand Z2 vom Detektor 63 angeordnet ist. Eine Kombination einer Lochblende und einer weiteren Blende oder Verschlußblende ist ferner im Brennpunkt 53' angebracht und verursacht, daß das Beleuchtungslicht das Objekt 55 beleuchtet, das in einem Abstand z0 von dem Ort der punktförmigen Lichtquelle 53' angeordnet ist. Das Objekt 55 ist in einem Abstand Z1 vom Detektor 63 angeordnet. Das divergierende, das Objekt tragende Strahlenbündel 61 und das divergierende Bezugsstrahlenbündel 65 gelangen zur Interferenz und bilden das außeraxiale Hologramm 63' auf dem Detektor 63.A combination of a pinhole diaphragm and another diaphragm, e.g. Shutter 68, attaches to focal point 55 and makes a divergent one Reference beam 65, the focal point 53 at a distance Z2 from the detector 63 is arranged. A combination of a pinhole and another orifice Shutter is also attached at focal point 53 'and causes the Illumination light illuminates the object 55 which is at a distance z0 from the location the point light source 53 'is arranged. The object 55 is at a distance Z1 arranged by the detector 63. The diverging beam that carries the object 61 and the diverging reference beam 65 arrive at interference and form the off-axis hologram 63 'on the detector 63.

Es ist leicht einzusehen, daß die Vorrichtung nach Fig. 1 am zweckmäßigsten ausgebildet ist, wenn der Detektor 63 (z.B'. ein photoempfindlicher Film) nicht entfernt und nicht chemisch entwickelt zu werden braucht. Es stehen bekanntlich verschiedene Arten von sich selbst entwickelnden Filmen zur Verfügung, und diese sind im vorliegenden Fall verwendbar, wobei man diese in zwei Gruppen einteilen kann: Einerseits diejenigen, die sich in den ursprünglichen, unbelichteten Zustand zurückverwandeln, wenn das belichtende Licht abgeschaltet oder entfernt wird, oder die sich kurz nach dieser Abschaltung bzw. Entfernung zurückverwandeln, und andererseits diejenigen, die sich nicht zurückverwandeln. It is easy to see that the device of Fig. 1 is most convenient is formed when the detector 63 (e.g., a photosensitive film) is not removed and does not need to be chemically developed. It is well known Different types of self-developing films are available, and these can be used in the present case, these being divided into two groups can: On the one hand, those who are in the original, unexposed state convert back when the illuminating light is switched off or removed, or which transform back shortly after this shutdown or removal, and on the other hand those who do not transform back.

Bei jeder beliebigen Film- oder Detektorlänge wird die Verschlußblende 70 geschlossen, sobald das außeraxiale Hologramm aufgezeichnet worden ist, wobei das Bezugsstrahlenbündel 65 zu seinem divergierenden Rekonstruktionsstrahlenbündel wird (dessen zunktförmige Lichtquelle sich in einem Abstand zavon dem außeraxialen Hologramm 63' befindet) und das vergrößerte reelle und das vergrößerte virtuelle Bild erzeugt werden, die in einem Abstand Zb von dem Hologramm 63'erscheinen. Die Rekonstruktion tritt dann in der Weise ein wie beispielsweise in der älteren Anmeldung P 1472071. 9 bzw. den aus ihr ausgeschiedenen Anmeldungen dargelegt ist, mit der Ausnahme, daß das das reelle Bild tragende Strahlenbündel 69 und das das virtuelle Bild tragende Strahlenbündel 71 divergent sind. At any length of film or detector, the shutter will 70 closed as soon as the off-axis hologram has been recorded, with the Reference beam 65 becomes its diverging reconstruction beam (whose point-shaped light source is at a distance from the off-axis hologram 63 ') and generates the enlarged real and the enlarged virtual image which appear at a distance Zb from the hologram 63 '. The reconstruction then occurs in the same way as, for example, in the earlier application P 1472071. 9 or the registrations withdrawn from it, with the exception that the beam 69 carrying the real image and that carrying the virtual image Beams 71 are divergent.

Ferner wird (gewünschtenfalls) eine Vergrößerung der Bilder dadurch herbeigeführt, daß man zur Erzeugung des außeraxialen Hologramms eine kurzwellige Strahlung benutzt und zu seiner Rekonstruktion eine längerwellige Strahlung verwendet. Zum Beispiel kann man das außeraxiale Hologramm mittels Röntgenstrahlen erzeugen und das Bild mittels sichtbaren lichtes betrachten, oder man kann das außeraxiale Hologramm mittels Blaulichtes erzeugen und mit Rotlicht betrachten. Es läßt sich leicht zeigen, daß das Vergrößerungsverfahren der nachstehenden Gleichung entspricht. wobei 1 eine bei der Herstellung des Hologramms verwendete Strahlungswellenlänge und) 2 eine bei der Rekongtruktion benutzte Wellenlänge ist. Der Faktor p ist dem Hologramm bei jeder beliebigen gewählten Vergrößerung, z.B. bei photographischer Vergrößerung oder bei elektronischer Wiederabtastung (electronic rescanner) zugeordnet.Furthermore (if desired) an enlargement of the images is brought about by using short-wave radiation to generate the off-axis hologram and using longer-wave radiation for its reconstruction. For example, the off-axis hologram can be generated using X-rays and the image can be viewed using visible light, or the off-axis hologram can be generated using blue light and viewed using red light. It can be easily shown that the magnification method is as shown in the following equation. where 1 is a radiation wavelength used in the production of the hologram and) 2 is a wavelength used in the reconstruction. The factor p is assigned to the hologram at any chosen magnification, for example in the case of photographic magnification or in the case of electronic rescanning (electronic rescanner).

Man kann eine Vorrichtung nach Pig. 1 auch so ausbilden und einrichten, daß das außeraxiale Hologramm erzeugt und in eine zweite Stellung verschoben wird, in der es rekonstruiert wird, wie in Fig. 2 gezeigt ist. Hierbei wird eine Lichtouelle 54 für kohärentes Licht geringer Wellenlänge auf einen Brennpunkt 53 mittels einer Linse 64 und auf einen Brennpunkt 53' mittels einer Linse 66 fokussiert. Die Fokussierung im Brennpunkt 53 liefert das divergierende Bezugsstrahlenbündel 65, und die Fokussierung im Brennpunkt 53' liefert ein das Objekt 55 beleuchtendes Strahlenbündel, wobei das das Objekt tragende Strahlenbühdel 61 erzeugt wird. Das außeraxiale Hologramm wird mittels eines bandförmigen Detektors 63 (strip detector) aufgezeichnet, der von einer Zufuhrspule 73 abgewickelt und auf eine Vorratsspule 75 aufgewickelt wird, und der dabei durch eine Behandlungskammer bzw. Entwicklungskammer 77 geführt wird (außer wenn der Detektor 63 ein sich selbst entwickelnder Detektor bzw. Film ist). A Pig. 1 also train and set up that the off-axis hologram is generated and shifted to a second position, in which it is reconstructed as shown in FIG. Here is an owl of light 54 for coherent light of short wavelength to a focal point 53 by means of a Lens 64 and focused on a focal point 53 'by means of a lens 66. The focus At the focal point 53, the diverging reference beam 65, and provides the focusing at the focal point 53 'delivers a beam illuminating the object 55, wherein the radiation beam 61 carrying the object is generated. The off-axis hologram is recorded by means of a band-shaped detector 63 (strip detector), the is unwound from a supply reel 73 and wound onto a supply reel 75, and which is thereby guided through a treatment chamber or development chamber 77 (except when detector 63 is a self-developing detector or film).

Das außeraziale Hologramm 63' wird dann mittels eines divergierenden einfallenden Strahlenbündels 59, das von einer punktförmigen Lichtquelle 53" herkommt, mittels einer Linse 64' und mittels des Lichtes erzeugt, das von einer Lichtquelle 54? für kohärentes langwelliges Licht herkommt. Die dabei bewirkte Vergrößerung ist ein Ergebnis sowohl des divergierenden Lichtstrahlenbündels als auch der Änderung der Wellenlänge. Man kann das Mikroskop tat-. sächlich als ein Mikroskop für eine dreidimensionale Aufzeichnung (manipulating) mit sehr geringer Zeitverzögerung verwenden, wenn man den Film ziemlich rasch und ähnlich einem ikinofilm absatzweise laufen läßt und wenn die verwendeten Laser gepulste Laser (pulsed lasers, Impulslaser) sind.The extra-facial hologram 63 'is then by means of a diverging incident beam 59, which comes from a point light source 53 ", generated by means of a lens 64 'and by means of the light emitted by a light source 54? for coherent long-wave light. The resulting enlargement is a result of both the diverging light beam and even the change in wavelength. One can do- the microscope. neuter than a microscope for a three-dimensional recording (manipulating) with a very short time delay Use if you want to watch the film quite quickly and in sections similar to an ikinofilm runs and if the laser used is pulsed lasers are.

Claims

Claims 1. A method for enlarging the on an off-axis Hologram recorded images of an object according to patent (B. patent application P 1772214.4), characterized in that the off-axis hologram (63 ') with a relatively short-wave radiation is generated and the reconstruction with this Hologram (63 ') is made with radiation of greater wavelength.

2. microscope for the implementation of the method according to claim 1 or with a device according to patent (patent application P 1772214.4), characterized in that that a) a radiation source (54) is provided for coherent radiation, whose Radiation into a first diverging beam and a second diverging one Beam bundle (65) is divided, b) a device for arranging and holding an object (55) within the first diverging beam (59) and c) a detector (63) are provided in such an arrangement that this detects the object (55) picks up outgoing radiation (61), d) that furthermore a deflection device (64,68) is provided so that they the second diverging beam (65) to Detector (63) deflects and this detector diverges from the second Beam bundle (65) together with from the object (55) Radiation (61) recorded interference figure patterns, and that e) optical Means (53 ') for masking out the first diverging beam are provided in this way are that on the interference figure pattern only radiation from the second diverging bundle of rays (65) and two diffracted bundles of rays (69 and 71) first order are generated bearing enlarged images of the object (55) and as a result of the divergence of these two beams (69 and 71) are enlarged (Fig. 1).

3. microscope for performing the method according to claim 1 or with a device according to patent (patent application P 1772214.4), characterized in that that a) a radiation source (54) is provided for coherent radiation, whose Radiation into a first diverging beam and a second diverging one Beam bundle (65) is divided, b) a device for arranging and holding an object (55) within the first diverging beam (5g) and c) a detector (63) are provided in such an arrangement that this detects the object (55) picks up outgoing radiation (61), d) that furthermore a deflection device (64, 68) is provided in such a way that the second diverging beam (65) to the detector (63) deflects and this detector that of the second diverging bundle of rays (65) together with that emanating from the object (55) Radiation (61) generated interference figure pattern records that e) continues a Device (77) which the interference figure pattern imaged by the detector (63) holds, and that f) a second radiation source (54 ') is provided, the coherent Radiation generated in the form of a diverging beam (59) and on the guides interference figure patterns recorded on the detector (63 ') in such a way that two first-order diffracted beams (69 and 71) are generated, the magnified Images of the object contain their magnification based on the divergence of the beam (59, 61 and 65) is based (Fig. 2).

4. Microscope according to claim 3, characterized in that a second Radiation source (54 ') is provided, which generates a longer-wave radiation than the first radiation source (54), such that an additional magnification of the Images due to the wavelength is obtained.

L e r s e i t e