DE1472067C - Anordnung zur Erzeugung eines HoIo grammes - Google Patents
Anordnung zur Erzeugung eines HoIo grammesInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erzeugung eines Hologramms, bei der das Bezugsstrahlenbündel
als Kugelwelle von einer punktförmigen Lichtquelle erzeugt wird.
In dem Artikel von E. L e i t h und J. Upatnieks in der Zeitschrift »Journal of the Optical Society of
America«, 1964, Bd. 54, S. 1296, F i g. Ic), wird eine
derartige holographische Aufzeichnungsanordnung beschrieben, bei der ein lichtdurchlässiges Objekt von
dem parallelgemachten Licht eines kohärenten monochromatischen Lichtstrahlenbündels bestrahlt wird.
Von dem gleichen Lichtstrahlenbündel wird unter Anwendung einer Linse und eines Prismas ein Bezugsstrahlenbündel
erzeugt, das, von seinem Brennpunkt als Quellpunkt einer Kugelwelle ausgehend, den Aufzeichnungsfilm
ebenfalls bestrahlt, so daß auf dem Aufzeichnungsfilm die Aufzeichnung der Intensität
des Interferenzstrahlungsfeldes erfolgt. Dabei liegt der die punktförmige Quelle des Bezugsstrahlenbündels
bildende Brennpunkt des im Bezugsstrahlenbündel verwendeten Strahlenganges seitlich versetzt in etwa
in der Mitte zwischen Objekt und Aufzeichnungsfilm.
Eine derartige Aufzeichnungsanordnung ist, wie nachstehend zur Erörterung gelangen wird, nicht
optimal den Aufzeichnungseigenschaften (Übertragungsfunktion) eines Aufzeichnungsfilmes angepaßt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine bessere Anpassung an die Übertragungseigenschaften
des Aufzeichnungsfilmes zu gewährleisten und daher eine bessere Auflösung der Einzelheiten eines Objektes
in einem erzeugten Bild zu erzielen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die punktförmige Lichtquelle mit Hilfe
optischer Elemente aus einem Strahlenbündel so abgeleitet ist, daß sie in der Nähe des Objektes liegt und
daß ihr seitlicher Abstand zum Objekt sehr klein ist gegen die Entfernung vom Objekt zur Hologrammebene und daß das von ihr erzeugte Bezugsstrahlenbündel
das Objekt selbst nicht durchsetzt.
Die Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren erläutert. Von
den Figuren zeigt
F i g. 1 eine schematische Darstellung eines bekannten holographischen Systems,
F i g. 2 die Wiedergabe eines Interferenzfeldes der von einem punktförmigen Objekt ausgestrahlten
Kugelwellen mit dem ebenen Wellenfeld, wobei als Aufzeichnungsmittel ein der Wellenebene des letzteren
paralleler Film vorausgesetzt ist, .
F i g. 3 das bei einer Anordnung gemäß F i g. 2 erhaltene Interferenzbild,
F i g. 4 die Übertragungsfunktion der Aufzeichnung eines periodischen Objektes auf einem Film in Abhängigkeit
der Raumfrequenz,
F i g. 5 eine zur Erläuterung von F i g. 4 dienende Darstellung eines Teiles eines Objektes sinusförmiger
Helligkeitsverteilung,
F i g. 6 die Wiedergabe eines Interferenzfeldes der von einem punktförmigen Objekt ausgestrahlten
Kugel wellen mit dem ebenen Wellenfeld, wobei als Aufzeichnungsmittel, gemäß der vorgenannten Veröffentlichung
von Leith/Upatnieks, ein Aufzeichniingsfilm
verwendet ist, dessen Ebene unter einem Winkel zu der Wellenebene des ebenen Bezugsstrahlenbündels
angeordnet ist,
F i g.' 7 eine zur Erläuterung der Erfindung dienende Darstellung, bei der die das Bezugsstrahlenbündel
erzeugende Lichtquelle sich an einer Stelle des scheibenförmigen Objektes befindet, so daß die von dem Objekt
ausgehende Kugelwelle und die des Bezugsstrahlenbündels zusammenfallen,
F i g. 8 die schematische Darstellung einer Ausführungsform gemäß der Erfindung, bei der eine den
Bezugsstrahl bildende Kugelwelle von einer punktförmigen Lichtquelle in der Objektebene, jedoch im
Abstand von dem scheibenförmigen Objekt ausgesendet wird.
ίο In F i g. 1 wird das kohärente Licht einer Lichtquelle
in ein Objektstrahlenbündel 12 und ein Bezugsstrahlenbündel 14 durch Anwendung üblicher, nicht
dargestellter Mittel aufgespalten. Das Bezugsstrahlenbündel wird um das scheibenförmige Objekt 16 herum-
t5 geleitet, und sowohl das Objektstrahlenbündel als
auch das Bezugsstrahlenbündel treffen schließlich auf den Hologrammfilm 18, der ein fotografischer Film
sehr hoher Auflösung ist und in üblicher fotografischer Weise entwickelt wird. Zur Erzeugung der beiden
Strahlenbündel können auch zwei getrennte Lichtquellen verwendet werden, sofern sie gegenseitig
. kohärent „sind. Das Objektstrahlenbündel 12 hat zunächst eine ebene Wellenfront 20. Nach Beugung an
dem scheibenförmigen Objekt 16 ergeben sich aus den ebenen Wellenfronten Kugelwellenfronien 22. Das
Bezugsstrahlenbündel 14 hat ebene Wellenfronten 24, die mit den sphärischen Wellenfronten 22 unter
einem Winkel interferieren, wobei der Winkel angenähert gleich dem Winkel 0· zwischen der Fortpflanzungsrichtung
des Objektstrahlenbündels und des Bezugsstrahlenbündels ist.
Bei einer solchen Anordnung ergeben sich gemäß F i g. 2 auf dem Aufzeichnungsfilm 18 Intensitätsmaxima,
wenn der Phasenunterschied zwischen" der an der betreffenden Stelle auftreffenden Kugelwelle und
dem ebenen Wellenfeld in der Ebene des Aufzeichnungsfilmes das Mehrfache einer vollen Wellenlänge
beträgt. An den Zwischenstellen ergeben sich Intensitätsminima. F i g. 2 entspricht im Prinzip dem in der
Optik bekannten Vorgang der Fresnel-Zonenkonstruktion. Da die Intensität der den Aufzeichnungsfilm 18
treffenden Kugelwellen mit dem Quadrat der Entfernung von dem punktförmigen Objekt 16 abnimmt,
ergibt sich die in F i g. 2 veranschaulichte Intensitäts-Verteilung der zur Aufzeichnung gelangenden Interferenzringe.
Wie F i g. 2 ferner zeigt, ist der Abstand von einem
Intensitätsmaximum! zu dem nächstfolgenden Intensitätsmaximum, das reziproke der Raumfrequenz, bei
der optischen Achse am größten und nimmt nach den Rändern des Films hin ab.
F i g. 3 zeigt die Wiedergabe eines derartigen Interferenzbildes, wobei die innere sich ergebende Stelle
höchster Intensität mit 26 und die aufeinanderfolgenden Interferenzringe mit 30, 32 und 34 bezeichnet sind.
In F i g. 5 ist die als sinusförmig angenommene Helligkeitsverteilung eines Bildes dargestellt, deren
Maximum mit α in bezug auf ein Grundniveau bezeichnet ist. Die auf das gleiche Niveau bezogene minimale
6o' Amplitude ist mit b bezeichnet. Der Kontrast des,
Bildes ist bestimmt durch das Verhältnis ——-r-.
a + b
Das Bild gemäß F i g. 5 kann auch zur Charakterisierung des Objektes, welches das Bild darstellt, verwendet
werden, und der Kontrast des Objektes kann in gleicher Weise durch das Verhältnis
charakterisiert werden. Das Verhältnis des Bildkon-
charakterisiert werden. Das Verhältnis des Bildkon-
trastes zu dem Objektkontrast ist im allgemeinen kleiner als 100 %. Dieses prozentuale Verhältnis wird
im allgemeinen als Übertragungsfunktion T des Filmes bezeichnet, die in F i g. 4 in Abhängigkeit der Raumfrequenz
/ aufgezeichnet ist.
Unter der Raumfrequenz / ist hierbei das Reziproke
des sich auf dem Film ergebenden Abstandes zweier aufeinanderfolgender aufgezeichneter Intensitätsmaxima
zu verstehen. Die Übertragungsfunktion hat für die Raumfrequenz 0 und extrem niedrige Raumfrequenzen
den Wert 100% und nimmt bei zunehmenden Raumfrequenzen ab. Bei extrem hohen Raumfrequenzen
verschwimmt das wiedergegebene Bild, und die Ubertragungsfrequenz ist 0.
Parallel zu den Prinzipien der Fourier-Analyse werden
auch hier negative Raumfrequenzen zugrunde gelegt, und unter diesen Umständen ist die in F i g. 4 dargestellte
Übertragungsfunktion symmetrisch.
Verwendet man eine Anordnung nach L e i t h/ Upatnieks, bei der die Wellenebene des ebenen
Wellenfeldes einen Winkel zu der Aufzeichnungsebene bildet, so ergeben sich die in F i g. 6 wiedergegebenen
Verhältnisse. Es sind in F i g. 6 die in F i g. 2 veranschaulichten Geraden eingezeichnet, die den geometrischen
Ort von einem ganzzahligen Mehrfachen der Wellenlänge entsprechenden Wegunterschiede darstellen.
Der Schnittpunkt dieser Geraden mit der in F i g. 6 geneigt dargestellten Aufzeichnungsebene 18
ergibt wiederum die Intensitätsmaxima, wobei sich wiederum das höchste Intensitätsmaximum an der
Stelle des geringsten Abstandes von dem punktförmigen Objekt 16 ergibt. Es ist hier aber zu beachten,
daß in F i g. 6 die Stelle des stärksten Intensitätsmaximums nicht mehr an der Stelle liegt, bei der der
Abstand zu den benachbarten Intensitätsmaxima maximal ist.
Dementsprechend wird der Aufzeichnungsfilm, der mit um so höherer Übertragungsfunktion arbeitet, je
geringer die Raumfrequenz, d. h. je größer der Abstand von Maximum zu Maximum ist, bei diesem
Aufzeichnungssystem nicht optimal ausgenutzt.
Daraus ergibt es sich, daß die Grenzfrequenz der Übertragungsfunktion 44, bei der die Übertragungsfunktion
des Filmes verschwindet, in F i g. 6 bereits an Stellen des Übertragungsfilmes 18 liegen, die der
Stelle 70 stärkster Intensität verhältnismäßig nahe liegen (Filmbereich oberhalb der Linie 16, 17 in
F i g. 6). Andererseits erstreckt sich der Aufnahmefilm in F i g. 6 mit seinem anderen Rand in Gebiete,
in denen infolge des verhältnismäßig weiten Abstandes von dem punktförmigen Objekt 16 die Intensität der
sich ausbildenden Maxima gering ist, obwohl noch der Abstand von Maximum zu Maximum verhältnismäßig
hoch ist.
Würde man nun den durch Fokusierung des parallelen Strahlenganges erzeugten punktförmigen Quellpunkt
des Bezugsstrahlenbündels, im Unterschied zu der von Leith/Upatnieks gezeigten Anordnung,
wie in F i g.7 dargestellt ist, unmittelbar in das punktförmige Objekt 56 hineinverlegen, so wurden
die von der Stelle 54 des Objektes 56 ausgehenden
5 Objektstrahlen und die von der gleichen Stelle 54 erzeugten Bezugsstrahlen ein System konfokaler
Kugelwellen bilden und keine Aufzeichnung eines Interferenzsystems auf dem Wiedergabefilm 18 hervorrufen.
Außerhalb des Punktes 54 liegende Stellen
ίο des Objektes 56 dagegen bilden mit dem von Punkt 54
ausgehenden Kugelwellensystem des Bezugsstrahlenbündels kein konfokales Kugelwellensystem und
liefern daher auf dem Wiedergabefilm ein Interferenzstreifensystem.
Dies ist in F i g. 8 veranschaulicht, wo die Punktquelle des Bezugsstrahlenbündels zwar nahe dem
Objekt 56, jedoch seitlich außerhalb desselben liegend dargestellt ist. Ein solcher Punkt erzeugt ein System
von Interferenzstreifen annähernd konstanter Raumfrequenz, wobei die Raumfrequenz um so niedriger
ist, je näher Objektpunkt und Bezugsstrahlenpunkt zueinander liegen.
Auf dieser Erkenntnis baut die Erfindung auf, die vorsieht, daß die punktförmige Lichtquelle 54 mit—
Hilfe optischer Elemente aus einem Strahlenbündel so abgeleitet wird, daß ihr seitlicher Abstand zum
Objekt56 sehr klein gegen die Entfernung vom.
Objekt zur Hologrammebene ist, wobei das Bezugs-' strahlenbündel, was im Interesse einfacher optischer
Verhältnisse wünschenswert ist, das Objekt 56 selbst nicht durchsetzt. . .. ■
Es wird auf Grund der dargelegten Verhältnisse jeder Objektpunkt auf den Aufnahmefilm mit für den
Punkt gleicher Übertragungsfunktion des Filmes aufgezeichnet, wobei die Übertragungsfunktion selbst
um so besser ist, je näher der aufgezeichnete Punkt dem gewählten Bezugsstrahlenquellpunkt 54 liegt.
Claims (2)
1. Anordnung zur Erzeugung eines Hologramms, bei der das Bezugsstrahlenbündel als Kugelwelle
von einer punktförmigen Lichtquelle erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die
punktförmige Lichtquelle (54) mit Hilfe optischer Elemente aus einem Strahlenbündel so abgeleitet
ist, daß sie in der Nähe des Objektes liegt und daß ihr seitlicher Abstand vom Objskt (56) sehr klein ist
gegen die Entfernung vom Objekt (56) zur HoIogrammebene (70) und daß das von ihr erzeugte
Bezugsstrahlenbündel (52) das Objekt (56) selbst nicht durchsetzt.
2. Anordnung zur Erzeugung eines Hologramms nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
punktförmige Lichtquells (54) mit Hilfe optischer Elemente so abgebildet ist, daß sie mit dem
Objekt in einer Ebene liegt.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
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