DE1912175A1 - Verfahren zur Herstellung von Hologrammen - Google Patents

Description

IBM Deutschland Internationale Büro-Maschinen Gesellschaft mbH

Böblingen, 28. Februar 1969 pr-hn-oc

Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, N. Y. 10

Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung

Aktenzeichen der Anmelderin: Docket YO 9-68-021

Verfahren zur Herstellung von Hologrammen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Hologrammen, wobei von Vielfachhologrammen oder von integralen photo graphischen Aufzeichnungen ausgegangen wird. Unter einem Vielfach- oder Multiplex-Hologramm wird ein Hologramm verstanden, das durch Verflechtung mehrerer Hologramme auf einer lichtempfindlichen Schicht unter Verwendung einer im Referenz- und/oder Objekt-Strahlengang angeordneten Maske hergestellt wird. Unter integralen photo graphischen Aufzeichnungen werden Aufzeichnungen verstanden, die mit Hilfe einer sogenannten "Fliegenaugenlinse", das ist ein aus einer Vielzahl nebeneinander angeordneter Einzellinsen bestehendes Linsensystem, hergestellt werden.

Bei der Betrachtung der Abbildung einer integralen photographischen Aufzeichnung oder eines Hologramms einer integralen Aufzeichnung entsteht ein Gitter-Effekt, der darauf zurückzuführen ist, daß die Fliegenaugenlinse Diskontinuitäten aufweist, und daß die Bereiche zwischen den ein-

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zelnen -Linsen keine Aufzeichnung von Informationen bewirken. Bei der Betrachtung der Abbildung eines Vielfachhologramnstritt ein ähnlicher Gittereffekt auf, der darauf zurückzuführen ist, daß bei der Herstellung des Vielfachholograms eine Maske oder Masken verwendet werden. Diese bei der Betrachtung sichtbar werdende Gitterstruktur ist sehr störend und schließt in vielen Fällen die Verwendung derartiger Hologramme aus.

In der Literatur stelle "An Introduction to Coherent Optics and Holography" von George W. Stroke, copyright 1966, Academic Press Inc., wird die

W Bildung von Hologrammen auf photographischen Platten beschrieben, die

in einer fourier-transformierten Ebene angeordnet sind. In dieser Literaturstelle wird die Aufzeichnung in der Fourier-Ebene erzeugt, damit bessere Aufzeichnungen mit Emulsionen mit geringem Auflösungsvermögen hergestellt werden können. Die Literatur stelle enthält keinen Hinweis darauf, daß die Platte zwecks Vermeidung des Gittereffektes in der Fourier-Ebene verschoben werden soll. In der Literatur stelle "Multicolor Imaging from Holograms Formed on Two Dimensional Media" von R. J. Collier und K. S. Pennington, Journal of Applied Optics, Vol. 6, Nr. 6, Juni 1967, Seiten 1091 bis 1095 wird die Herstellung von Vielfachhologrammenbeschrieben. Integrale photographische Aufzeichnungen werden in der Literatur stelle "Optical Properties of a Lippmann Lenticulated Sheet" von Herbert E. Ives, Journal- of the Optical Society of America, Vol. 21, März 1931, Seiten 171 bis 176 beschrieben. Aus keiner dieser Literaturstellen sind Angaben zur Vermeidung des oben genannten Gittereffektes zu entnehmen.

Die oben genannten Nachteile werden gemäß der Erfindung durch ein Verfahren zur Herstellung von Hologrammen vermieden, das dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Aufzeichnung von getasteten Wellenfronten, die auch ' Informationen der Tastinformation enthält, abgebildet wird, daß eine in

bezug auf die Mittelebene der besagten Abbildung in der Fourierebene an-, geordnete lichtempfindliche Schicht durch diese Abbildung mehrere Male

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belichtet und zwischen den einzelnen Belichtungen in der Fourierebene verschoben wird.

Eine besonders vorteilhafte Ausbildungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß die abzubildende Aufzeichnung der getasteten Wellenfronten ein Vielfachholograrrrr^der eine integrale Aufzeichnung ist.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß bei jeder durch die Abbildung bewirkten Belichtung gleichzeitig eine Belichtung durch einen Referenzstrahl erfolgt. Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, daß die den Referenzstrahl erzeugende Lichtquelle in der Mittelebene der Abbildung liegt.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung des Erfindungs ge dankens ist schließlich dadurch gekennzeichnet, daß in der Mitte zwischen der Abbil- ' dung und der lichtempfindlichen Schicht eine Linse angeordnet ist und daß die Entfernung zwischen Abbildung und lichtempfindlicher Schicht gleich der doppelten Brennweite ist.

Wie im vorhergehenden dargelegt, können Sekundärhologramme mit Hilfe von Vielfach- bzw. Multiplex-Hologrammen oder integralen Aufzeichnungen hergestellt werden. Die genannten Aufzeichnungsarten können auch als Aufzeichnungen getasteter Wellenfronten definiert werden. Bei der Herstellung von Sekundärhologrammen, bei der Abbildungen einer'der beiden oben genannten Anordnungen verwendet werden, wird durch die Tastinformation ein Gittereffekt erzeugt, der gleichzeitig mit der gewünschten Abbildung aufgezeichnet wird. Durch das erfindungsgemäße Verfahren, in dem eine in bezug auf die aufzunehmende Abbildung in der Fourierebene liegende lichtempfindliche Schicht mehrfach belichtet und zwischen den einzelnen

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Belichtungen in der Fourierebene verschoben wird, wird die besagte Gitterstruktur verwischt, da bei der beschriebenen Relativlage der am Verfahren beteiligten Elemente die lichtempfindliche Schicht nur in bezug auf die gewünschte Abbildung, nicht aber in bezug auf die unerwünschte Gitterstruktur in der Fourierebene angeordnet ist. Da eine Abbildung bekanntlich nur innerhalb und nicht auch außerhalb der Fourierebene verschie·» bungsinvariant ist, bewirkt die erfindungsgemäße Verschiebung der lichtempfindlichen Schicht zwar eine Verwischung und somit Unschädlichmachung der die Gitterstruktur bewirkenden Information, in diesem Falle der Tastinformation, während die gewünschte Abbildung scharf abgebildet wird.

Die Erfindung wird anschließend anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: die schematische Darstellung einer Anordnung zur Erzeugung eines Sekundärhologramms mit einer in der Fourierebene liegenden lichtempfindlichen Schicht,

Fig. 2: die schematische Darstellung einer Anordnung zur Erzeugung eines Sekundärhologramms, wobei die Fourierebene durch eine Linse definiert wird.

In der in Fig. 1 dargestellten Anordnung wird die Fourier-Transformations-Beziehung zwischen der Ebene des Sekundärhologramms und der Mittelebene der Abbildung durch eine in dieser Ebene angeordnete punktförmige, als Laser ausgebildete Lichtquelle bestimmt. Das Element 10 ist entweder eine integrale Photographie oder ein Multiplex-Hologramm. Bekanntlich entsteht, wenn ein Element 10 der obengenannten Art durch einen beispielsweise durch einen Laser 10 erzeugten Auslesestrahl beleuchtet wird, eine _t reelle und eine virtuelle Abbildung des Objektes der Photographie oder

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des -Vielfach- bzw. Multiplex-Holograms. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird von der virtuellen Abbildung Gebrauch gemacht. Es ist aber auch möglich, im Rahmen des erfindungs gemäßen Verfahrens die reelle Abbildung zu verwenden. Die virtuelle Abbildung 14 erscheint im Raum unter einem Abstand,der gleich dem Abstand des Objektes vom Element 10 bei der Herstellung der Aufzeichnung ist. Die virtuelle Abbildung 14 ist dreidimensional und hat eine Mittelebene 16.

Die in der Mittelebene 16 angeordnete Lichtquelle kann aus einem Laser und einer das Laserlicht im Punkt 18 zur Konvergenz bringenden Linse bestehen. Die punktförmige Lichtquelle 18 kann auch aus dem Laser 12 bestehen, dessen Licht über einen an sich bekannten Strahlenteiler abgelenkt wird. Die von der dreidimensionalen virtuellen Abbildung 14 ausgehenden Wellenfronten werden auf die photographische Platte 20 gerichtet, die gleichzeitig von der punktförmigen Lichtquelle 18 beleuchtet wird. Das auf diese Weise entstehendeSiterferenzmuster wird dabei als Hologramm auf* gezeichnet. Durch die oben angegebene Literatur stelle von G.W. Stroke, Kapitel VI, §3. 1 ist es bekannt, daß, wenn eine punktförmige Laserlichtquelle 18 in der Mittelebene der Abbildung 14 angeordnet ist, eine Fourier-Transformations -Beziehung zwischen dieser Mittelebene und der Ebene der photo graphisch en Platte 20 besteht.

Die von der virtuellen Abbildung ausgehenden Wellenfronten und die Beleuchtung durch die punktförmige Laserlichtquelle erzeugen ein Interferenzmuster, das auf der photo graphisch en Platte 20 aufgezeichnet wird. Die Aufzeichnung besteht aus einer Vielzahl von gesonderten, einander überlagerten Einzelaufzeichnungen, zwischen denen die photographische Platte innerhalb der Fourierebene jeweils um verschiedene Entfernungen verschoben wird. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, diese Aufzeichnungsschritte durchzuführen. Eine besonders einfache Anordnung wird in Fig. 1 dargestellt, in der ein Verschluß 22 vor der photo graphisch en

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Platte 20 angeordnet ist. Mit Hilfe dieses Verschlusses kann eine Vielzahl von Einzelbelichtungen der Platte 20 durchgeführt werden, die im Rahmen 28 gehaltert ist. Der Rahmen 28 kann mittels der Stangen 26 und 28 so bewegt werden, daß di-e photographische Platte 20 in die gewünschten Koordinaten innerhalb der Fourierebene gebracht werden kann. Es ist selbstverständlich möglich, die Verschiebung der photographischen Platte 20 automatisch mittels einer Steueranordnung oder in einfacher Weise von Hand durchzuführen.

Es hat sich gezeigt, daß die Qualität des erzeugten Sekundärhologramms von der Anzahl der einander überlagerten Belichtungen abhängig ist. Es hat sich ferner als zweckmäßig erwiesen, die Entfernungen, um die die Platte nach den einzelnen Belichtungen verschoben wird, willkürlich, d.h. nach einem Zufalls Schluss el zu bestimmen. Auf diese Weise wird vermieden, daß Komponenten der Interferenzmuster sich in der richtigen Phase addieren und somit die sich ergebenden Bilder verschlechtern. Bei einer photographischen Platte von 10 χ 12 cm, die in einer etwa 65 cm von der virtuellen Abbildung entfernt liegenden Ebene angeordnet ist, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die Platte mehrere Male um Entfernungen zu verschieben, die zwischen 0,4 und 4 mm liegen.

Nachdem die erforderliche Anzahl von Belichtungen durchgeführt wurde, wird die Platte 20 in an sich bekannter Weise entwickelt und fixiert, wo- bei ein Hologramm entsteht, bei dessen Betrachtung keine Gittereffekte auftreten.

In der in Fig. 2 dargestellten Anordnung wird die Fourier-Transformations-Ebene mit Hilfe einer Linse 30 definiert. Im übrigen gelten die gleichen Gesetzmäßigkeiten wie bei der in Fig. 1 dargestellten Anordnung. Auch bei der in Fig. 2 dargestellten Anordnung ist das Element 10 -entweder eine integrale Photographie oder ein Vielfachhologramm., das bei Beleuchtung durch den Laser 12 eine virtuelle Abbildung 14 des ursprüng-

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lichen Objektes erzeugt. Die Wellenfronten der Abbildung 14 werden durch eine Linse 30 gesammelt, die im Abstand einer Brennweite von der Mittelebene der virtuellen Abbildung 14 angeordnet ist. Die photographische Platte 20 ist in einer Ebene angeordnet, die an der gegenüberliegenden Seite der Linse ebenfalls im Abstand einer Brennweite liegt.

Aus der Darstellung nach Fig. 2 ist ersichtlich, daß zwischen der Mittelebene 16 der Abbildung 14 und der Ebene der photographischen Platte 20 eine Fourier-Transformations-Bedingung besteht. Die von der Abbildung ausgehenden Wellenfronten gelangen durch die Linse 30 zur photographischen Platte 20, auf die gleichzeitig ein kohärenter Referenz strahl 32 fällt. Der kohärente Referenz strahl muß in Phase mit dem vom Laser 12 erzeugten Strahl sein und kann von diesem beispielsweise durch Strahlenteiler abgeleitet werden. Die von der Abbildung 14 kommenden Wellenfronten bilden mit dem Referenzstrahl 32 ein Interferehzmuster, das auf der photographischen Platte mittels des Verschlusses 22 in einer Reihe von Einzelbelichtungen aufgezeichnet wird. Wie schon inn Zusammenhang mit der Beschreibung der Fig. 1 erläutert, wird die photographische Platte zwischen den einzelnen Belichtungen innerhalb der Fourier ebene verschoben. Da die Mittelebene der Abbildung 14 und die Ebene der photographischen Platte 20 in einer Fourier-Transformations-Beziehung stehen, wird ein überlagertes Hologramm der Abbildung 14 aufgezeichnet, dessen Einzelaufzeichnungen durch die einzelnen Verschiebungen nicht verschoben werden. Andererseits wird das Bild des Gitters des Elements 10 lineare Interferenz streifen erzeugen, die nicht fokussiert sind, so daß die Abbildung verwischt wird und auf dem hergestellten Hologramm nicht sichtbar ist. Das erfindungsgemäße Verfahren besteht im wesentlichen darin, daß die Aufzeichnungsebene des Se» kundärhologramms in bezug auf die Mittelebene der Abbildung in der Fourierebene liegt, so daß die Überlagerung der in den einzelnen Belichtungen hergestellten Hologramme die Mittelebene der Abbildung in gleichen Stellungen wiedergeben. Die einzelnen Komponenten des Hologramms werden

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mit einer linearen Phasenverschiebung zwischen diesen Komponenten rekonstruiert. Die Größe dieser Phasenverschiebung hängt von dem Abstand ab, um den die photographische Platte verschoben wurde. Diese lineare Phasenverschiebung erzeugt lineare Interferenzstreifen, die auf der Mittelebene fokussiert sind. Wird die photographische Platte um einen genügend großen Abstand verschoben, so werden diese Streifen vom Auge eines Beobachters nicht mehr aufgelöst werden. Demgegenüber werden nicht in der Mittelebene liegende Punkte in den rekonstruierten Bildern P verschoben, was zu einem Verlust an Auflösung führt. Je weiter diese

Punkte von der Mittelebene entfernt sind_a desto größer wird der Verlust derAuflösung sein. Da die Abbildung der Fliegenaugenlinse einer integralen Photographie oder der Maske eines Multiplex-Hologramms weit von der Mittelebene entfernt ist_s werden die das Sekundär-Hologramm erzeugenden Einzelbelichtungen mehrere Abbildungen dieser Gitterstruktur erzeugen, die wegen des Fehlens einer Fourier-Transformations-Beziehung zwischen der Ebene dieser Gitterstruktur und der Ebene des Sekundärhologramms gegeneinander versetzt sind. Die Abbildung dieser Gitterstruktur ist daher vollkommen verwischt und bei der Wiedergabe durch das Sekundärhologramm nicht sichtbar.

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Claims (8)

1. PATENTANSPRÜCHE

   Verfahren zur Herstellung von Hologrammen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Aufzeichnung von getasteten Wellenfronten, die auch Informationen der Tastfunktion enthält, abgebildet wird, daß eine in bezug auf die Mittelebene der besagten Abbildung, nicht aber in bezug auf die Abbildung der Tastinformation in der Fourierebene angeordnete lichtempfindliche Schicht durch diese Abbildung mehrere Male belichtet und zwischen den einzelnen Belichtungen in der Fourierebene verschoben wird.
2. 2. Verfahren zur Herstellung von Hologrammen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die abzubildende Aufzeichung der getasteten Wellenfronten ein Vielfach- bzw. Multiplex-Hologramm ist.
3. 3. Verfahren zur Herstellung von Hologrammen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die abzubildende Aufzeichnung der getasteten Wellenfronten eine integrale Photographie ist.
4. 4. Verfahren zur Herstellung von Hologrammen nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die die einzelnen Belichtungen bewirkende Abbildung ein virtuelles Bild ist.
5. 5. Verfahren zur Herstellung von Hologrammen nach den Ansprüchen

   1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,7aie die Aufzeichnung bewirkende Abbildung ein reelles Bild ist.

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6. 6. Verfahren zur Herstellung von Hologrammen nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei jeder durch die Abbildung bewirkten Belichtung gleichzeitig ein« Belichtung mit einem Referenz strahl durchgeführt wird,
7. 7. Verfahren zur Herstellung von Hologrammen nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenz-Lichtquelle in der Mittelebene der aufzuzeichnenden Abbildung liegt.
8. 8. Verfahren zur Herstellung von Hologrammen nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet daß in der Mitte zwischen der. aufzuzeichnenden Abbildung und der lichtempfindlichen Schicht eine Linse angeordnet ist, und daß die Entfernung zwischen der Abbildung und der lichtempfindlichen Schicht gleich der zweifachen Brennweite ist. ,

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