DE1956443A1 - Multicolor holography - Google Patents
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Description
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PATENTANWÄLTEPATENT LAWYERS
PR. O. DlTTMANN K, L. SCHIFF DR.A.v.FÜNER DlPL·. ING. P, StRBHLPR. O. DlTTMANN K, L. SCHIFF DR.A.v.FUNER DlPL ·. ING. P, StRBHL
PATBNTANWaLTK 8 MÜNCHEN SB POSTFACH 8B 01BQ Q MÜNCHEN 90PATBNTANWaLTK 8 MÜNCHEN SB POSTFACH 8B 01BQ Q MUNICH 90
MARtAHiLP]PIjATZ 2 & 3MARtAHiLP] PIjATZ 2 & 3
fiolotron Corporation telefon: <ο8ϊϊ) 4S4O4o & 443244fiolotron Corporation phone: <ο8ϊϊ) 4S4O4o & 443244
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Unsere ükte DA-K511(H-39)Our ict DA-K511 (H-39)
10, November 1969 ELS/hö.November 10, 1969 ELS / Hö.
Mehrfarben-HolographieMulticolor holography
(Priorität: USA Anmeldung Nr. 774 712 vom 12. November 1968)(Priority: USA Application No. 774 712 dated November 12, 1968)
Abstrakt:Abstract:
Verbesserte Technik und .Einrichtungen zur Konstruktion eines Ηοίος/Γαίητηβ, das zur Rekonstruktion eines mehrfarbigen Bildes mittels weissen Lichtes geeignet ist. i£in Bild der aufzuzeichnenden Gegenstandsszene wird fokussiert auf oder nahe einer Hologrammdetekfcierebene von einer Seite derselben, während eine mit der die Gegenstandsszene beleuchtend an Strahlung kohärente Bezugsstrahlung auf die entgegengesetzte Seite der Hologrammdetektierebene gerichtet wird.Improved technology and facilities for construction of a Ηοίος / Γαίητηβ, which is used to reconstruct a multicolored image by means of white light is suitable. i £ in picture of the to be recorded The object scene is focused on or near a hologram detection plane from one side thereof, while a reference radiation coherent with the radiation illuminating the scene of the object is directed to the opposite side of the hologram detection plane.
Die Erfindung bezieht sich aLlgemein auf Holographie und insbesondere auf Verbesserungen in Techniken der Farbhologra-The invention relates generally to holography and in particular to improvements in color holographic
009825/1253009825/1253
BADBATH
DÄ-K511DÄ-K511
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phie, wobei inkohärentes weisses Licht verwendet werden kann, um ein volles Farbbild verbesserter Qualität zu rekonstruieren»phy, whereby incoherent white light can be used to reconstruct a full color image of improved quality »
Eine allgemeine Behandlung der fundamentalen holographischen Techniken findet sich in einem Aufsatz "Advances in Holography1" von K.S. Pennington, in der Zeitschrift "Scientific American" vom Februar 1968 auf den Seiten 40 bis 48. Grundlegende Ausser-Achse-Holographie Techniken,sowohl monochromatische als auch mehrfarbige, sind in der schwebenden Anmeldung' P 14 72 071.9 (unsere Akte DA-K216(H-I))und in Ausscheidungen derselben offenbart und beansprucht. Kurz gesagt, beinhaltet Äusser-Ächse-Holographie das Richten von zwei Bündeln kohärenter Strahlung unter einem endlichen Winkel zwischen ihnen zusanr-" men auf eine Strahlungsdetektierflache zwecks Interferenz mit- " "" einander. Ein Strahlungsbündel wird durch eine Gegenstandsszene modifiziert, ehe sie auf die Detektierflache auftrifft. Die populärste Form der Äusser-Achse Holographie verwendet sichtbares Licht als Strahlung und einen fotografischen Film als Delektierfläche. Der fotografische Film zeichnet somit sowohl Phasen-' als auch Amplitudenformation betreffend der Gegenstandsszene auf t was später zum Rekonstruieren eines voll dreidimensionalen Bildes der aufgezeichneten Gegenstandsszene verwendet werden kann. Nach seiner Entwicklung wird der Film mit einer Punktquelle eines Lichtes beleuchtet, das im wesentlichen monochromatisch sein muss, um chromatische Streuung, die ein rekonstruiertes Bild mit schlechter Auflösung verursachen würde, zu vermeiden. Solche chromatische Streuung bewirkt, beispielsweise, dass ein kleiner Punkt des Gegenstandes als ein grösserer verschwommener Punkt im Bild erscheint. Dies verhindert die Verwendung von gewöhnlichen weissen Licht-Qjuellen zur Rekonstruktion von Bildern solcher Hologramme.A general discussion of the fundamental holographic techniques is found in an article "Advances in Holography 1 " by KS Pennington, in the February 1968 journal, pages 40-48. Basic off-axis holographic techniques, both monochromatic and also multicolored, are disclosed and claimed in the pending application 'P 14 72 071.9 (our file DA-K216 (HI)) and in separations thereof. In short, out-of-axis holography involves directing two bundles of coherent radiation at a finite angle between them onto a radiation detection surface to interfere with one another. A radiation beam is modified by an object scene before it hits the detection surface. The most popular form of outer-axis holography uses visible light as radiation and photographic film as the detection surface. The photographic film thus records both phase and amplitude information relating to the subject scene, which can later be used to reconstruct a fully three-dimensional image of the recorded subject scene. Once developed, the film is illuminated with a point source of light which must be essentially monochromatic in order to avoid chromatic scattering which would cause a reconstructed image of poor resolution. Such chromatic scattering has the effect, for example, that a small point on the object appears as a larger, blurred point in the image. This prevents the use of ordinary white light sources for reconstructing images of such holograms.
Bei einer grundlegenden Farbholographie-Teohnik werden zwei oder mehr Paare von kohärenten Bestrahlungsbündeln zurIn a basic color holography technique, two or more pairs of coherent beams of radiation are used
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Interferenz auf einer fotografischen Platte gebracht, wobei jedes Paar eine bestimmte Wellenlänge innerhalb einer der primären Farben aufweist. Ein Bündel jedes Paares wird durch die Gegenstandsszene modifiziert und das unmodifizierte Bezugsbündel trifft direkt auf den fotografischen Film auf. Jedes Paar von kohärenten Bündeln erzeugt ein bestimmtes Beugungsmuster, das die Quellenfront von der Gegenstandsszene aufzeichnet, als wenn sie durch die einzelne Lichtwellenlänge des besonderen kohärenten Bündelpaares beleuchtet würde. Bei der Rekonstruktion eines Farbbildes wird jedes der Beugungsmuster mit einem getrennten monochromatischen Bündel derselben Wellenlänge, die zu seiner Konstruktion verwendet wurde, beleuchtet. Hierbei wird im allgemeinen dieselbe kohärente Quelle verwendet, die für das Bezugsbündel während der Konstruktion verwendet-wurde. Fernerhin müssen bei der Konstruktion solch eines Hologrammes die verschiedenen Bezugsbündel· voneinander durch verschiedene WinkelStellungen getrennt sein, um Geisterbilder zu vermeiden, die bei der Betrachtung das gewünschte vielfarbige Bild stören würden. Um die Mehrzahl von monochromatischen Bildern zur Erzeugung eines vollen mehrfarbigen Bildes der Gegenstandsszene übereinander zu lagern, müssen die rekonstruierenden Lichtquellen in der gleichen Weise ausgerichtet sein, in der die Bezugsbündel in Bezug auf das Hologramm ausgerichtet waren. Dieses grundlegende Farbholographieverfahren ist in der vorgenannten Anmeldung P 14 72 071.9 bzw. einer Ausscheidung derselben offenbart.Interference placed on a photographic plate, each pair having a particular wavelength within one of the primary ones Has colors. One bundle of each pair is modified by the subject scene and the unmodified reference bundle meets the photographic film directly. Each pair of coherent bundles creates a particular diffraction pattern, that records the source front of the subject scene as if it were through the single wavelength of light of the particular coherent bundle pair would be illuminated. When reconstructing a color image, each of the diffraction patterns is marked with a separate monochromatic beams of the same wavelength that used for its construction. This generally uses the same coherent source as that used for the Reference bundle was used during construction. Furthermore, in the construction of such a hologram, the various Reference bundle · from each other through different angular positions separated to avoid ghosting which would interfere with the desired multicolored image when viewed. Around the plurality of monochromatic images to produce a To superimpose a full multicolored image of the subject scene, the reconstructing light sources must be in the same Be aligned in the manner in which the reference beams were aligned with respect to the hologram. This basic color holographic process is disclosed in the aforementioned application P 14 72 071.9 or a separation thereof.
Viele alternative Techniken für Farbholographie sind vorgeschlagen worden, die unter gewissen Umständen dort vorgezogen werden, wo es unbequem ist, ein vielfarbiges Bild mit mehreren monochromatischen Lichtquellen zu rekonstruieren und diese Quellen genau in Bezug auf das Hologramm und aufeinander, wie die bei der Konstruktion des Hologramms verwendeten Bezugsbündelquelien ausrichten zu müssen. Eine solcher Techniken wird alsMany alternative techniques for color holography have been suggested, which in certain circumstances are preferred where it is inconvenient to reconstruct a multicolored image with multiple monochromatic light sources and these Sources precisely related to the hologram and to each other, such as the reference bundle sources used in the construction of the hologram having to align. One such technique is called
009825/1253 BAD ORlOINM,009825/1253 BAD ORlOINM,
1956^a 1956 ^ a
Kückbeleuchtungs-Holographieverfahren bezeichnet; bei diesem treffen die vom Gegenstand modifizierte kohärente Strahlung und die Bezugsstrahlung von verschiedenen Seiten auf den fotografischen Film auf, um Interferenzstreifen innerhalb des Volumens der fotografischen Emulsion zu erzeugen. Diese Technik hat unter gewissen Umständen Vorteile, da die Bezugsstrahlung ein einzelnes Bündel sein kann, das Einzel-Wellenlängen kohärente Lichtbündel enthält, die mittels gewöhnlicher optischer Elemente gleichachsig ausgerichtet und auf den Film gerichtet werden. Fernerhin kann die rekonstruierende Strahlung eine gewöhnliche weisse Lichtguelle sein, da ein so konstruiertes Volumenhologramm eine Filterwirkung in der Weise aufweist, dass jedes Desondere, in der Filmemulsion erzeugte Beugungsmuster, nur einen engen Bereich von Wellenlängen um das bei der Konstruktion des besonderen Beugungsmusters verwendete kohärente Einzel-Wellenlängen Bündel herum annimmt; hierdurch wird chromatische Streuung für gewisse holographische Anwendungen in annehmbare Grenzen eingeschränkt. Rück-Beleuchtung Holographie Techniken sind ausführlicher in der Literatur erörtert, wie beispielsweise in einem Aufsatz von Upatnieks und anderen in "Applied Physics Letters" Vol.8, Nr. 11, Seite 286 (1966). Kück-Beleuchtung Techniken sind auch in der schwebenden Patentanmeldung P 15 47 202.3 - unsere Akte DA-K227(H-5)- offenbart und beansprucht.Backlight holographic method; at this one the coherent radiation modified by the object and the reference radiation hit the photographic one from different angles Film on to eliminate interference fringes within the volume of the photographic emulsion. This technique has advantages under certain circumstances, since the reference radiation can be a single beam that is coherent for single wavelengths Contains light bundles that are coaxially aligned by means of ordinary optical elements and directed onto the film will. Furthermore, the reconstructing radiation can be an ordinary white light source, as a volume hologram constructed in this way has a filter effect in such a way that every special diffraction pattern generated in the film emulsion, only a narrow range of wavelengths around the single coherent wavelength used in the construction of the particular diffraction pattern Accepting bundles around; this makes chromatic scattering acceptable for certain holographic applications Limits restricted. Back-lighting holography techniques are discussed more fully in the literature such as in an article by Upatnieks and others in "Applied Physics Letters" Vol.8, No. 11, page 286 (1966). Kück lighting techniques are also in the pending patent application P 15 47 202.3 - our files DA-K227 (H-5) - disclosed and claimed.
Ein anderes Verfahren zur Verringerung chromatischer Streuung bei der Rekonstruktion von Bildern von einem Hologramm besteht in der holographischen Technik des fokussierten Bildes. Es wurde erkannt, dass, wenn die Gegenstandsszene bei der Konstruktion des Hologramms sehr nahe am fotografischen Film angeordnet wird, das rekonstruierte Bild sich selbst in der Nähe des Hologramms befindet und dadurch die verwaschende Wirkung der chromatischen Streuung bei Verwendung einer polychromatischen 'rekonstruierenden Lichtquelle verhindert. Da es oft physikalischAnother method of reducing chromatic scattering when reconstructing images from a hologram consists in the holographic technique of the focused image. It was recognized that when the subject scene in the construction of the hologram is placed very close to the photographic film, the reconstructed image is itself close to the Holograms are located and thereby the blurring effect of the chromatic scattering when using a polychromatic 'Prevents reconstructing light source. As it is often physically
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schwierig ist, eine Gegenstandsszene während der Konstruktion eines Hologramms sehr nahe an den fotografischen Film heranzulegen, wird die Gegenstandsszene im allgemeinen durch die Verwendung eines geeigneten optischen Systems in oder nahe der Hologrammebene abgebildet. Das holographische Verfahren des fokussierten Bildes ist von Kock und anderen in "Proceedings of the IEEE" vom Januar 1967 für monochromatische Bildrekonstruktion beschrieben.it is difficult to bring a subject scene very close to the photographic film during the construction of a hologram, the subject scene is generally created through the use of a suitable optical system in or near the Hologram plane mapped. The focused image holographic process is described by Kock et al in "Proceedings of the IEEE "from January 1967 for monochromatic image reconstruction described.
Ziele der Erfindung sind die Verbesserung der Techniken der Äusser-Achse fokussierten Abbildung Holographie sowie der Äusser-Achse Rückbündel Farbholographie Techniken zur Erzeugung eines Hologramms, das Rekonstruktion eines mehrfarbigen Bildes verbesserter Auflösung mit einer polychromatischen Lichtquelle gestattet.The invention aims to improve the techniques of outer-axis focused imaging as well as holography the outer-axis back bundle color holography Techniques for generating a hologram, the reconstruction of a multicolored one Image of improved resolution with a polychromatic light source allowed.
Die vorgenannten und andere Ziele der Erfindung werden durch Vereinigung der vorerwähnten einfarbigen fokussierten Abbildungstechnik und der Rückbündel Vielfarbenbild Technik erreicht, um ein Hologramm zu erzeugen, das Rekonstruktion eines Mehrfarbenbildes der aufgezeichneten Gegenstandsszene mit gewöhnlichem weissem Licht gestattet und das einen höheren Grad von Schärfe aufweist, als sie entweder mit der Rückbündel oder der fokussierten Abbildungstachnik allein erreicht werden kann. Ein Bild einer Gegenstandsszene, die auf oder in der Nähe einer Seite eines Hologrammdetektors fokussiert ist, wird holographisch durch Beleuchtung der entgegengesetzten Seite des Detektors mit Bezugsstrahlung aufgezeichnet. Beide Strahlungen, die Bezugsstrahlung und die die Gegenstandsszene beleuchtende Strahlung, enthalten eine Mehrzahl von bestimmten kohärenten Bündeln oder Strahlen verschiedener Wellenlängen.The foregoing and other objects of the invention will be achieved achieved by combining the aforementioned monochrome focused imaging technique and the back bundle multicolor image technique, to produce a hologram, the reconstruction of a multicolor image of the recorded subject scene with ordinary white light and that a higher degree of Sharpness than can be achieved with either the back bundle or the focused imaging technique alone. A Image of a subject scene focused on or near one side of a hologram detector is made holographic by Illumination of the opposite side of the detector recorded with reference radiation. Both radiations, the reference radiation and the radiation illuminating the subject scene contain a plurality of distinct coherent bundles or rays different wavelengths.
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Ein besseres Verständnis der Erfindung und deren Anwendungen auf bevorzugte Ausführungsformen ergibt sich aus der folgenden Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.A better understanding of the invention and its applications to preferred embodiments emerges from the following description and the accompanying drawings.
In den Zeichnungen veranschaulichen:In the drawings illustrate:
Fig. 1 - eine bekannte Technik der Konstruktion eines einfarbigen fokussierten Bildhologramms;Figure 1 illustrates a known technique of constructing a monochrome focused image hologram;
. Fig. 2 Rekonstruktion mit polychromatischem Licht eines gemäss der Technik der Fig. 1 hergestellten"Hologramms;. Fig. 2 Reconstruction with polychromatic light of a "holograms produced according to the technique of FIG. 1;
Fig. 3 eine bekannte Technik der Konstruktion eines mehrfarbigen Rückbündel Hologramms;Figure 3 illustrates a prior art technique of constructing a multicolor backbeam hologram;
F-j. 4 eine Technik zur Rekonstruktion eines mehrfarbigenF-j. 4 shows a technique for reconstructing a multicolored one
ldes mit weissem Licht von einem gemäss der Technik der Fig. erzeugten Hologramm;ldes with white light from one according to the technique of Fig. generated hologram;
Fig. 5 eine Ausführungsform der Erfindung, die die Techniken des fokussierten Bildes und des Rückbündels vereinigt, zur Erzeugung eines Hologramms, von dem ein mehrfarbiges Bild mit verbesserter Auflösung rekonstruiert werden kann-;Figure 5 shows an embodiment of the invention incorporating the techniques of the focused image and the return bundle are combined to produce a hologram, of which a multicolored image is provided can be reconstructed with improved resolution-;
Fig. 6 eine Technik der Rekonstruktion mit weissem Licht des verbesserten, gemäss der Technik der Fig. 5 erzeugten Hologramms; 6 shows a technique of reconstruction with white light of the improved hologram produced according to the technique of FIG. 5;
Fig. 7 und 8 schematisch die verbesserten Beugungseigenschaften eines gemäss der Erfindung konstruierten Hologramms; und7 and 8 schematically the improved diffraction properties of a hologram constructed according to the invention; and
Fig. 9 und 10 eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei der' ein gemäss den Techniken der Erfindung aufgezeichnetes Mei-' sterhologramm zur Erzeugung eines dreidimensionalen reellen Färb· bilfes verwendet wird.Q Q 9 and 10 show another embodiment of the invention in which a master hologram recorded according to the techniques of the invention is used to generate a three-dimensional real color image. Q Q
■■. '■ <ί·"Κ■■. '■ <ί · "Κ
1956U31956U3
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Eine Technik der Konstruktion eines fokussierten Bildhologramms mittels elektromagnetischer, innerhalb des sichtbaren Bereichs der Wellenlängen liegender, Strahlung ist in Fig. 1 veranschaulicht. Ein Blatt' fotografischen Films 11 wird mit einem Bild 13 einer Gegenstandsszene 15 beleuchtet. Die Gegenstandsszene 15 wird mit einem kohärenten Gegenstandslichtbündel 17 beleuchtet, wobei dies Bündel von der Gegenstandsszene 15 modifiziert und reflektiert wird, zwecks Erzeugung eines gegenstand-modifizierten Bündels 19. Das vom Gegenstand modifizierte Bündel 19 wird zwecks Erzeugung des Gegenstandsbildes 13 durch eine Linse 21 kontrolliert= Ein Bezugslichtbündel 23, das mit dem Gegenstandsbündel 17 kohärent ist, beleuchtet den fotografischen Film 11 gleichfalls, und lie Interferenz zwischen dem Bezugsbündel 23 und dem vom Gegenstand modifizierten Bündel 19 wird auf dem fotografischen Film 11 aufgezeichnet, um dadurch sowohl Phasen- als auch Ämplitudeninformation der Gegenstandsszene 15 aufzuzeichnen. A technique of constructing a focused image hologram using electromagnetic, within the visible Radiation lying in the range of wavelengths is illustrated in FIG. 1. A sheet of 'photographic film 11 is made illuminated with an image 13 of an object scene 15. The subject scene 15 is provided with a coherent subject light beam 17 illuminated, this being bundle of the subject scene 15 is modified and reflected to produce an object-modified Bundle 19. The bundle 19 modified by the object is carried out for the purpose of generating the object image 13 a lens 21 controlled = a reference light beam 23, which is coherent with the object beam 17, illuminates the photographic Film 11 likewise, and caused interference between the reference beam 23 and the beam 19 modified by the object recorded on the photographic film 11, thereby both phase as well as amplitude information of the subject scene 15.
Entwicklung des fotografischen Films 11 in üblicher iiei.se ergibt ein Hologramm 11*, von dem ein voll dreidimensionales Bild der Gegenstandsszene 15 rekonstruiert werden kann. Eine polychromatische rekonstruierende Punktquelle 25 liefert ein dem Bezugsbündel 23 ähnliches rekonstruierendes Bündel 27. Das rekonstruierende Bündel 27 beleuchtet das Hologramm 11* unter Erzeugung eines Bildes 29. Die Schärfe an irgend einem gegebenen Punkt des Bildes 29 hängt von dem Wellenlängenbereich des rekonstruierenden Bündels 27 und von dem Abstand solchen Punktes von der Emulsionsoberfläche des fotografischen Films 11* ab. Punkte des Bildes 29, die in der Ebene der Emulsion.des fotografischen Filmes 11* liegen, sind scharf, selbst wenn das rekonstruierende Ilichtbündel 27 einen äusserst weiten Wellenlängenbereich umfasst.Developing the photographic film 11 in the usual way results in a hologram 11 * from which a fully three-dimensional image of the subject scene 15 can be reconstructed. A polychromatic reconstructing point source 25 supplies a reconstructing beam 27 similar to the reference beam 23. The reconstructing beam 27 illuminates the hologram 11 * to produce an image 29. The sharpness at any given point of the image 29 depends on the wavelength range of the reconstructing beam 27 and on the distance of such point from the emulsion surface of the photographic film 11 *. Points of the image 29 which lie in the plane of the emulsion of the photographic film 11 * are sharp, even if the reconstructing light bundle 27 comprises an extremely wide range of wavelengths.
009825/12 53 BAO ORIGlNAl,009825/12 53 BAO ORIGlNAl,
19564 A319564 A3
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In dem Masse jedoch, in dem ein gegebener interessierender Punkt des Bildes 29 weiter von der Emulsion des fotografischen Films 11' sich entfernt, muss derWellenlängenbereich des rekonstruierenden Bündels 27 stark eingeschränkt werden, wenn der rekonstruierte Punkt scharf sein soll.However, to the extent that a given point of interest of the image 29 further differs from the emulsion of the photographic Film 11 'moves away, the wavelength range must of the reconstructing bundle 27 can be greatly restricted if the reconstructed point is to be sharp.
Die Konstruktion eines mit weissem Licht von hinten beleuchteten Farbbildhologramms soll unter Bezugnahme auf Fig. 3 kurz beschrieben werden. Ein Blatt fotografischen Films 31 wird von einer Seite desselben durch ein Bezugslichtbündel 33 beleuchtet, das wenigstens zwei Wellenlängen kohärenter Beleuchtung enthält, wie beispielsweise eine Wellenlänge im roten und eine Wellenlänge im grünen. Eine Gegenstandsszene 35 wird mit einem Gegenstandsbündei 37 beleuchtet, das dieselbe Mehrzahl von kohärenten Strahlungswellenlängen wie das Bezugsbündel 23 enthält und das im allgemeinen durch dieselbe wie die das Bezugsbündel 33 erzeugende Laserlichtguelle oder -quellen erzeugt wird. Die Gegenstandsszene 35 reflektiert und zerstreut das Gegenstandsbündel 37, um ein vom Gegenstand modifiziertes Bündel 39 zu erzeugen, das auf den fotografischen Film 31 auf eine Seite auftrifft, die entgegengesetz, der vom Bezugsbündel 33 beaufschlagten Seite liegt. Ein getrenntes Beugungsmuster wird innerhalb des Volumens der fotografischen Emulsion des fotografischen Films 31 durch Interferenz zwischen jeder der Mehrzahl von verwendeten Wellenlängen erzeugt. Jedes getrennte Beugungsmuster beugt bei Rekonstruktion nur einen engen Bereich von Wellenlängen um die Einzel-Wellenlänge herum, die zur Erzeugung des Beugungsmusters verwendet wurde, unter Annahme keines Schrumpfens der Emulsion.The construction of a color image hologram backlit with white light shall be described with reference to FIG Fig. 3 will be briefly described. A sheet of photographic film 31 is illuminated from one side thereof by a reference light beam 33 that contains at least two wavelengths of coherent illumination, such as a wavelength in red and a wavelength in the green. An object scene 35 is illuminated with an object bundle 37 having the same plurality of coherent radiation wavelengths as the reference beam 23 and that in general through the same as the that Reference beam 33 generating laser light source or sources is generated. The object scene 35 reflects and diffuses the bundle of objects 37 to produce an object-modified bundle 39 which is imposed on the photographic film 31 a side meets the opposite law to that of the reference bundle 33 acted upon side lies. A separate diffraction pattern is within the volume of the photographic emulsion of the photographic film 31 by interference between each of the Generated multiple wavelengths used. Each separate diffraction pattern diffracts only a narrow area when reconstructed of wavelengths around the single wavelength used to generate the diffraction pattern, assuming none Shrinkage of the emulsion.
Somit kann, wie in Fig. 4 dargestellt, ein polychromatisches rekonstruierendes Lichtbündel 41 mit einem weiten Bereich von vorhandenen Wellenlängen verwendet werden, umThus, as shown in FIG. 4, a polychromatic reconstructive light beam 41 can expand with a wide Range of existing wavelengths used to
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erfolgreich ein Farbbild 43 der Gegenstandsszene 35 von einem Hologramm 31* zu rekonstruieren. Das rekonstruierende Beleuchtungsbündel 41 sollte ähnlich oder gleich dem bei der Konstruktion des Hologramms verwendeten Bezugsbündels 33 sein und wird vorzugsweise von einer im wesentlichen punktförmigen Weisslichtquelle 45 erhalten. Punkte des Bildes 43 werden so scharf sein, wie die Fähigkeit jedes innerhalb des Volumens der Emulsion des Hologramms 31 erzeugten Beugungsmusters, ein schmales Band von Farben (Wellenlängen) des rekonstruierenden Bündels 41 durchzulassen. Ein getrenntes Bild wird von jedem der unterschiedlichen Beugungsmuster erzeugt, die übereinander gelagert das mehrfarbige dreidimensionale Bild 43 ergeben.to successfully reconstruct a color image 43 of the subject scene 35 from a hologram 31 *. The reconstructing light beam 41 should and will be similar or identical to the reference beam 33 used in the construction of the hologram preferably obtained from a substantially point-shaped white light source 45. Points of image 43 will be so sharp like the ability of any diffraction pattern produced within the volume of the emulsion of the hologram 31 to be a narrow band of To transmit colors (wavelengths) of the reconstructing beam 41. A separate image is made of each of the different Diffraction patterns are generated which, when superimposed, produce the multicolored three-dimensional image 43.
Man könnte denken, dass, da die beiden Techniken des fokussierten Bildes und der Rückbündel Holographie je chromatische Streuung in verschiedenen Weisen verringern, wenn eine polychromatische rekonstruierende Strahlungsquelle verwendet wird, kein weiterer Vorteil in einem Verfahren liegen würde, das im Grunde diese beiden Techniken vereinigt. Es wurde jedoch entdeckt, dass ein Farbbild mit weiter verbesserter Schärfe von einem Hologramm, das durch die Kombination dieser beiden Techniken erzeugt ist, rekonstruiert werden kann.One might think that since the two techniques of the focused image and the backbeam holography are each chromatic Reduce scatter in several ways when using a polychromatic reconstructive radiation source there would be no further advantage in a process that basically combines these two techniques. However, it was discovered that a color image with further improved sharpness from a hologram created by the combination of these two techniques is generated, can be reconstructed.
Eine spezielle Anordnung für die Konstruktion eines verbesserten Hologramms gemäss der vorliegenden Erfindung ergibt sich aus Fig. 5, in der ein Blatt eines fotografischen Films 47 auf einer Seite durch ein fokussiertes Bild 49 einer Gegenstandsszene 51 beleuchtet wird. Der fotografische Film 47 wird auf seiner entgegengesetzten Seite durch ein, eine Mehrzahl von individuellen kohärenten Wellenlängen enthaltendes, Bezugsbündel 53 beleuchtet. Ein Gegenstandsbündel 55 enthält dieselben individuellen kohärenten Wellenlängen wie das Bezugsbündel 55, und beide Bündel werden,allgemein gesagt, von derselben Quelle oderA specific arrangement for the construction of an improved hologram according to the present invention results 5, in which a sheet of photographic film 47 is on one side through a focused image 49 of a subject scene 51 is illuminated. The photographic film 47 is on its opposite side by one, a plurality of individual coherent wavelengths containing reference beam 53 illuminated. An article bundle 55 contains the same individual ones coherent wavelengths as the reference beam 55, and both beams are, generally speaking, from the same source or
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denselben Quellen erzeugt. Der Gegenstand 51 beeinflusst das Gegenstandsbündel 55 zur Erzeugung eines vom Gegenstand modifizierten Gegenstandsbündels 57, das auf oder in der Nähe des fotografischen Films durch irgend ein optisches System, wie beispielsweise eine Linse 59, abgebildet wird.the same sources. The article 51 influences the article bundle 55 to produce a modified one from the article Bundle of objects 57 deposited on or near the photographic film by some optical system such as for example a lens 59, is imaged.
Beim Rekonstruieren eines Farbbildes mit verbesserter Schärfe von einem gemäss der verbesserten Technik der Fig. konstruierten Hologramm 47* wird das Hologramm, wie in Fig. 6 gezeigt, mit einem polychromatischen rekonstruierenden Lichtbündel 61 beleuchtet, das ähnlich oder gleich dem Bezugsbündel 53 ist. Irgend eine einer Varietät von Punkt- oder anscheinenden Punktguellen 63 weissen Lichtes können verwendet werden. Das Ergebnis ist ein Farbbild 65 der Gegenstandsszene 51, die von dem Beobachter in einem reflektierenden Lichtbündel 67 gesehen wird, das einen Schärfegrad aufweist, der gegenüber dem der durch das fokussierte Bildverfahren oder das rückbeleuchtende Verfahren ?_i^in erzeugten Bilder 29 bzw. 43 verbessert ist.When reconstructing a color image with improved The hologram, as in FIG. 6, becomes sharpness of a hologram 47 * constructed according to the improved technique of FIG shown with a polychromatic reconstructive light beam 61 illuminated, which is similar or identical to the reference beam 53. Any of a variety of dot or apparent Point sources of 63 white light can be used. The result is a color image 65 of the subject scene 51, which is seen by the observer in a reflecting light beam 67, which has a degree of sharpness that is opposite to that of the focused image method or the backlighting method ? _i ^ in generated images 29 and 43 is improved.
Aus den Fig. 7 und 8 ergibt sich eine Erklärung für die verbesserte Schärfe der mit polychromatischem Licht von durch die erfindungsgemässen Techniken rekonstruierten Bilder. Fig. veranschaulicht in vergrössertem Maßstab ein Bruchstück des Hologramms 31 *, das gemäss der Rückbeleuchtung-Technik, wie sie in Fig. 3 veranschaulicht ist, konstruiert wurde. Wenn ein Einzelpunkt der Gegenstandsszene betrachtet wird, so beleuchtet ein Teil eines rekonstruierenden polychromatischen Lichtbündels 69 das Hologramm 31*, um ein Bild des zu untersuchenden Punktes zu rekonstruieren. Da ein durch Rückbeleuchtung-Verfahren konstruiertes Farbhologramm ein individuelles Beugungsmuster für jede während der Konstruktion des Hologramms 31* verwendete Wellenlänge enthält, so sei zuerst die Wirkung eines einzelnen Beugungsmusters bei der Rekonstruktion eines Bildes des fraglichen Punkr- FIGS. 7 and 8 provide an explanation for the improved sharpness of the images reconstructed with polychromatic light by the techniques according to the invention. FIG. 1 illustrates, on an enlarged scale, a fragment of the hologram 31 * which was constructed according to the backlighting technique as illustrated in FIG. 3. When a single point of the subject scene is viewed, part of a reconstructing polychromatic light bundle 69 illuminates the hologram 31 * in order to reconstruct an image of the point to be examined. Since a color hologram constructed by backlighting methods contains an individual diffraction pattern for each wavelength used during the construction of the hologram 31 *, let us first consider the effect of a single diffraction pattern in the reconstruction of an image of the point in question.
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tes betrachtet. Solch ein einzelnes Beugungsmuster beugt ein Wellenlängenband (Farbausbreitung) des auftreffenden polychromatischen Lichtbündels 69, um die zur Konstruktion des Hologramms verwendete Wellenlänge von ungefähr 50 bis 100 Ängström Bandbreite herum, in Abhängigkeit von der Dicke der fotografischen Emulsion und der verwendeten Konstruktionsgeometrie. Da ein das Hologramm bildendes Beugungsmuster einen Lichtstrahl in einem von seiner Wellenlänge abhängigen Ausmass brechen wird, so wird ein von einem Einzelbeugungsmuster durchgelassenes Wellen- Ä bad über einen Winkelbereich gebeugt, was zu einem verschwommenen Bild des untersuchten Punktes der Gegenstandsszene führt= Der Lichtstrahl 71 mit der kürzesten Wellenlänge innerhalb des/durchgelassenen Bereichs wird unter dem grössten Winkel gebeugt, um ein virtuelles Bild 37 des untersuchten Punktes zu bilden, und der Lichtstrahl 75 mit längerer Wellenlänge würde unter einem arösseren Winkel gebeugiy/werden, um ein Bild 77 desselben Punktes zu erzeugen. Zwischen diesen zwei Bildern werden sich die anderen Bilder 79,81 und 83 des Punktes befinden, die durch Lichtstrahlen mit Wellenlängen zwischen den Wellenlängen der Lichtstrahlen 71 und 75 rekonstruiert werden. Es wäre vorzuziehen, w=>nn man das gebeugte Licht auf einer Einzelwellenlänge begrenzen würde, was aber nicht erreicht werden kann, solange das Ho- ( logramm mit weissem Licht beleuchtet wirdo Das Resultat ist ein verschwommenes Bild des Punktes, das sich dem Beobachter in einer durch die Vereinigung der von den individuellen Lichtstrahlen rekonstruierten Bilder erzeugten Grosse darbietet. Jedes andere im Hologramm 31' aufgezeichnete Beugungsmuster beugt andere Wellenlängenbänder unter Erzeugung einer Mehrzahl von Bildern des betrachteten Punktes, was zu einem zusammengesetzten verschwommenen vielfarbigen Bild des Punktes führt.tes considered. Such a single diffraction pattern diffracts a band of wavelengths (color spread) of the incident polychromatic light bundle 69 around the wavelength used to construct the hologram of approximately 50 to 100 angstroms bandwidth, depending on the thickness of the photographic emulsion and the construction geometry used. Since the hologram forming diffraction pattern is a beam stop in a manner dependent on its wavelength extent, a transmitted light from a single diffraction pattern wave Ä is bad bent over a range of angles, resulting in a blurred image of the examined dot subject scene = The light beam 71 with The shortest wavelength within the transmitted range would be diffracted at the largest angle to form a virtual image 37 of the examined point, and the longer wavelength light beam 75 would be diffracted at a wider angle to produce an image 77 of the same point . Between these two images there will be the other images 79, 81 and 83 of the point, which are reconstructed by light rays with wavelengths between the wavelengths of the light rays 71 and 75. It would be preferable, w => nn would limit the diffracted light on a single wavelength, but what can not be achieved as long as the Ho (logramm is illuminated with white light o The result is a blurred image of the point, which is the observer each other diffraction pattern recorded in the hologram 31 'diffracts other wavelength bands to produce a plurality of images of the point under consideration, resulting in a composite blurred multicolored image of the point.
Rekonstruktion eines Bildes desselben Punktes der Gegenstandsszene ist in Fig. 8 veranschaulicht, in der ein ver-Reconstruction of an image of the same point in the subject scene is illustrated in Fig. 8, in which a different
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grösserter Abschnitt des gemäss den Techniken dieser Erfindung konstruierten Hologramms 47* mit derselben polychromatischen Beleuchtung 69, wie in Fig. 7, beleuchtet wird. Jedes Beugungsmuster innerhalb der Filmemulsion beugt ein Band von Wellenlängen des polychromatischen Lichtbündels 69, um die zur Konstruktion des besonderen Beugungsmusters verwendete Wellenlänge herum, wie mit dem gewöhnlichen rückbeleuchteten Hologramm der Fig. 7. Da jedoch das Bild nunmehr während der Konstruktion des Hologramms in dem fotografischen Film fokussiert ist, wird dasselbe Band von gebeugten Wellenlängen ein schärferes Bild eines gegebenen Punktes des Gegenstandes rekonstruieren, weil das Bild an einer Stelle näher dem Hologramm rekonstruiert wird, als in dem gewöhnlichen rückbeleuchteten Hologramm der Fig. 7. Bei der in Fig. 8 veranschaulichten Anordnung sieht der Beobachter ein Gesamtbild des Gegenstandspunktes, das eine Summe der durch jede gebeugte Wellenlänge rekonstruierten Bilder, wie der Bilder 85 und 87, darstellt, wobei dies Gesamtbild kleiner ist und somit dem tatsächlichen Gegenstandspunkt mehr ähnelt. Alle Beugungsmuster innerhalb der Filmemulsion rekonstruieren ein schärferes Buddies Punktes in seinem besonderen Wellenbereich unter Erzeugung eines Farbbildes des Punktes mit verbesserter Schärfe.enlarged portion of the according to the techniques of this invention constructed holograms 47 * is illuminated with the same polychromatic illumination 69 as in FIG. 7. Each diffraction pattern within the film emulsion diffracts a band of wavelengths of the polychromatic light beam 69 to the wavelength used to construct the particular diffraction pattern around as with the ordinary backlit hologram of Fig. 7. However, since the image is now being constructed during the construction of the When the hologram is focused in the photographic film, the same band of diffracted wavelengths becomes a sharper image of one reconstruct the given point of the object because the image is reconstructed at a point closer to the hologram than in the usual backlit hologram of FIG. 7. In the arrangement illustrated in FIG. 8, the observer sees an overall image of the object point which is a sum of the images reconstructed by each diffracted wavelength, such as images 85 and 87, this overall image being smaller and thus more similar to the actual point of interest. All diffraction patterns within the film emulsion reconstruct a sharper one Buddies point in its particular waveband under generation a color image of the point with improved sharpness.
Die verbesserte erfindungsgemässe Technik basiert auf dem anerkannten Prinzip, dass ein Beugungsmuster in einem Hologramm Lichtstrahlen unter einem Winkel beugt, der von der Wellenlänge abhängt und dass dies chromatische Streuung erzeugt, wenn ein Bereich von Wellenlängen zerstreut wird. Die rückbeleuchtende holographische Technik wird verwendet, um das Band · der von einer rekonstruierenden weissen Lichtquelle gebeugten Wellenlängen und dadurch chromatischer Streuung einzuschränken. Die holographische Technik des fokussierten Bildes wird damit kombiniert, um chromatische Streuung weiter zu verringern durch Verringerung der Strecke, die das Band von gebeugten WellenlängenThe improved technology according to the invention is based on the recognized principle that a diffraction pattern in a Hologram bends light rays at an angle that depends on the wavelength and that this creates chromatic scattering, when a range of wavelengths is dispersed. The backlit holographic technique is used to make the tape diffracted by a reconstructing white light source Restrict wavelengths and thereby chromatic scattering. The holographic technique of the focused image is thus combined to further reduce chromatic scattering by reducing the distance covered by the band of diffracted wavelengths
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von dem Hologramm zurücklegen muss, bis es als Bild fokussiert wird. Es wurde entdeckt, dass beide Techniken zur Verringerung chromatischer Streuung kumulativ wirken und somit die Bildschärfe verbessern.must travel from the hologram until it is focused as an image. It was discovered that both techniques can help reduce chromatic scattering act cumulatively and thus improve the sharpness of the image.
Verwendung von verschiedenen optischen Systemen und Lichtquellen bieten sich den Fachleuten auf dem Gebiet der Holographie zur Konstruktion eines erfindungsgemässen Hologramms gemäss der Technik, wie sie in Fig. 5 veranschaulicht ist, an. Ein Krypton-Laser kann mit einem geeigneten optischen System zur Erzeugung sowohl des ßezugsbündels 53 als auch des Gegenstandsbündels 55 verwendet werden. Kin Krypton-Laser ergibt eine Leistung, die die verwendbaren Linien von 6471 Ä (rot) 5208 K (grün), und 4662 Ä (blau) enthält. Die roten und grünen Linien werden vorzugsweise verwendet für ein erfindungsgemässes zweifarbiges Hologramm, wie es unter Bezugnahme auf Fig. 5 beschrieben ist. Bei der Rekonstruktion wird jede gute Punktlichtquelle verwendet zur Rekonstruktion eines Bildes gemäss der Anordnung der Fig. 6. Eine kleine Glühlampe liefert beispielsweise angemessenes polychroraatisches Licht zum Betrachten des aufgezeichneten Bildes. Die Flexibilität, die für die Rekonstruktion von vollen Farbbildern gegeben ist, stellt einen Vorzug der Erfindung dar.The use of various optical systems and light sources is offered to those skilled in the field of holography for the construction of a hologram according to the invention in accordance with the technology, as is illustrated in FIG. A krypton laser can be used to generate both the drawing bundle 53 and the article bundle 55 with a suitable optical system. Kin Krypton laser gives a power that contains the usable lines of 6471 Å (red) 5208 K (green), and 4662 Å (blue). The red and green lines are preferably used for a two-color hologram according to the invention, as is described with reference to FIG. In the reconstruction, any good point light source is used to reconstruct an image in accordance with the arrangement of FIG. 6. A small incandescent lamp, for example, supplies appropriate polychromatic light for viewing the recorded image. The flexibility that is given for the reconstruction of full color images is an advantage of the invention.
Beim Prozessieren des gemäss den erfindungsgemässen Techniken belichteten Films muss die fotografische Emulsion im aligemeinen geschwollen werden, um für die im Entwicklungsprozess auftretende Schrumpfung zu kompensieren. Dies ist ein Problem bei allen rückbeleuchteten Hologrammen, wo die Dicke der Emulsion zum Teil die Wellenlängenbereiche bestimmt, die durchgelassen werden. Die gewöhnlichen Schwellungstechniken, die den Fachleuten auf aem holographischen Gebiet bekannt sind, können, wie mit jedem anderen Rückbündel-Hologramm verwendet werden.When processing the film exposed according to the inventive techniques, the photographic emulsion must im are generally swollen to compensate for the shrinkage that occurs in the development process. This is a problem with all backlit holograms, where the thickness of the emulsion partly determines the wavelength ranges that are allowed through will. The usual swelling techniques used by the professionals are known in the holographic field, such as can be used with any other backbeam hologram.
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Das Äusführungsbeispiel der Konstruktion eines Hologramms mittels der erfindungsgemässen,'unter Bezugnahme auf Fig. 5 beschriebenen, Techniken zeigt die Verwendung einer Linse 59, um ein Bild der Gegenstandsszene in oder nahe der fotografischen Ebene zu plazieren. Es ist zu beachten, dass jedes optische Standardsystem mit vielen Variationen zur Bewirkung dieses Abbildens verwendet werden kann. Holographische Techniken können auch verwendet werden, um eine Gegenstandsszene in einem fotografischen Film abzubilden, wie dies für eine solcher Techniken in Fig. 9 veranschaulicht ist. Ein Meister-Farbhologramm 89 wird gemäss der grundlegenden, im vorangehenden und in der bereits erwähnten Anmeldung P 14 72 071.9 bzw. deren Ausscheidungen beschriebenen Technik konstruiert, was zu einem scharfen rekonstruierten Bild führt. Ein vielfarbiges reelles Bild 59 wird von dem Hologramm 89 durch kohärente Bündel 91 und 92 mit bestimmten Wellenlängen (Farben) rekonstruiert, wobei diese Wellenlängen in ein bildtragendes Bündel 93 jebeugt werden. Diese rekonstruierenden Bündel werden in Bezug auf das Hologramm genau so ausgerichtet, wie die entsprechenden Bezugsbündel von gleicher Wellenlänge ausgerichtet waren. Wenn mehr als zwei unterschiedliche Wellenlängen zur Konstruktion des Hologramms 89 verwendet werden, so müssen entsprechende zusätzliche rekonstruierende Bündel vorhanden sein.The exemplary embodiment of the construction of a Holograms by means of the inventive 'with reference Techniques described on Fig. 5 shows the use of a lens 59 to capture an image of the subject scene in or near the to place the photographic plane. It should be noted that any standard optical system has many variations for effecting this mapping can be used. Holographic Techniques can also be used to depict a scene of objects in photographic film, as is done for such Techniques illustrated in FIG. 9. A master color hologram 89 is made according to the basic one in the foregoing and in the already mentioned application P 14 72 071.9 and its excretions described technology constructed what to a sharp reconstructed image. A multicolored real image 59 is formed from the hologram 89 by means of coherent beams 91 and 92 are reconstructed with specific wavelengths (colors), these wavelengths being converted into an image-bearing beam 93 be bowed. These reconstructing bundles are aligned with respect to the hologram in exactly the same way as the corresponding ones Reference beams of the same wavelength were aligned. If more than two different wavelengths for construction of the hologram 89 are used, corresponding additional reconstructing bundles must be present.
Das bildtragende gebeugte Bündel 93 trifft auf eine Seite des fotografischen Films 97 auf, während ein^ezugsbündel 99 gegen die entgegengesetzte Seite des Films 97 gerichtet wird, um ein Hologramm 97* gemäss der Erfindung zu konstruieren. Das Bezugsbündel 99 muss eine Anzahl von unterschiedlichen Wellenlängen enthalten, die kohärent mit den rekonstruierenden Bündeln 91 und 92 sind.The image-bearing diffracted bundle 93 impinges on one side of the photographic film 97 while a draw bundle 99 is directed against the opposite side of the film 97, to construct a hologram 97 * according to the invention. The reference beam 99 must have a number of different wavelengths which are coherent with the reconstructing bundles 91 and 92.
Wenn das Hologramm 97* der Fig. 10 mit einem polychromatisahen rekonstruierenden Bündel 101 beleuchtet wird, soIf the hologram 97 * of FIG. 10 with a polychromatic reconstructing bundle 101 is illuminated, so
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wird ein Bild 103 in Farbe mit einer Schärfe rekonstruiert, die verbessert ist im Vergleich zu einem mit weissem Licht beleuchteten nur fokussierten Bildhologramm oder einem nur rückbeleuchteten Hologramm. Das rekonstruierende Bündel 101 wird durch irgend eine begueme, im wesentlichen punktförmige weisse Lichtquelle 105 erzeugt und sollte ungefähr zu der des Bezugsbündels 99 entgegengesetzte Krümmung haben.an image 103 is reconstructed in color with a sharpness which is improved compared to one with white light illuminated only focused image hologram or an only backlit hologram. The reconstructing bundle 101 is generated by any convenient, essentially punctiform white light source 105 and should approximate that of the Reference bundle 99 have opposite curvature.
Andere Holographietechniken guter Farbgualität können verwendet werden, um ein Meister-Hologramm 89 zu konstruieren. Beispielsweise kann ein rückbeleuchtetes, gemäss Fig. 3 konstruiertes Hologramm verwendet werden, wenn es mit einem einzelnen Lichtbündel rekonstruiert wird, dessen Krümmung und Wellenlängeninhalt ähnlich oder gleich dem des bei der Konstruktion des Hologramms verwendeten Bezugsbündels 33 ist.Other good color quality holographic techniques can be used to construct a master hologram 89. For example, a backlit hologram constructed in accordance with FIG. 3 can be used if it is provided with a single light beam is reconstructed, the curvature and wavelength content of which is similar or equal to that of the construction of the hologram used reference beam 33.
Es ist zu würdigen, dass die Erfindung mit einer Anzahl von speziellen Ausbildungen oder Anordnungen der optischen Elemente und mit anderen Variationen praktiziert werden kann. Die Prinzipien der Erfindung, wie sie hierin gelehrt werden, können selbst für Holographie verwendet werden, die andere Typen von Strahlung benutzt, wie elektromagnetische Wellenenergie ausseThalb des sichtbaren Bereiches, oder mit Druckwellenenergie. Fernerhin stehen eine Anzahl von verschiedenen Typen von holographischen Detektoren zur Verfügung, wobei das fotoempfindliche Material eines fotografischen Filmes wie er im vorangehenden erläutert und in der Zeichnung angenommen ist, nur eine von diesen Typen darstellt.It will be appreciated that the invention can be practiced with a number of specific designs or arrangements of the optical elements and with other variations can. The principles of the invention as taught herein can be used even for holography, the other types of radiation are used, such as electromagnetic wave energy outside the visible range, or with pressure wave energy. Furthermore, a number of different types of holographic detectors are available, the photosensitive material of a photographic film like him is explained in the foregoing and assumed in the drawing, represents only one of these types.
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