DE2303385B2

DE2303385B2 - Holographisches Bilderzeugungssystem

Info

Publication number: DE2303385B2
Application number: DE2303385A
Authority: DE
Inventors: Masanori Kawai; Yoshiaki Kimura
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 1972-01-24
Filing date: 1973-01-24
Publication date: 1978-03-23
Also published as: DE2303385A1; US3834785A; GB1377345A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein holographisches Bilderzeugungssystem mit einem das Bild des Objektes enthaltenden horizontalen Hologrammstreifen, mit einem hiervon in der Ebene des aus dem Hologrammstreifen rekonstruierten reellen Objektbildes aufgenommenen zweiten Hologramm, mit einer das zweite Hologramm zur Rekonstruktion des Bildes beleuchtenden, nicht kohärenten Lichtquelle und mit einer das Licht ausschließlich vertikal zerstreuenden, zwischen einem 3eobachtungssystem und dem zweiten Hologramm in unmittelbarer Nähe des letzteren angeordneten Zylinderlinsenplatte.

Die Holographie, bei der ein Objektbild über einen weiten Bereich von verschiedenen Punkten aus betrachtet werden kann, wird im allgemeinen Weitwinkel-Holographie genannt. Von den verschiedenen vorgeschlagenen Verfahren der Weitwinkel-Holographie wird gegenwärtig hauptsächlich ein Verfahren benutzt, bei dem holographisches lichtempfindliches Material über einen weiten Bereich um das Objekt herum angeordnet ist. Zum Beispiel wird ein Verfahren, bei dem ein gebogener Film in Form des Kreisbogens um das Objekt angeordnet ist, in der Zeitschrift »Optics and Spectroscopy«, Band 24,1968, Seite 333, beschrieben. Über ein Verfahren, bei dem eine Anzahl von photographischen Platten um das Objekt herum angeordnet sind, wurde z. B. in der Zeitschrift »Applied Optics«, Band 9, 1970, No. 6, S. 1479, berichtet. Bei diesen Verfahren wird das Lichtfeld, von dem das Objekt betrachtet werden kann, durch die Abmessungen des holographischen lichtempfindlichen Materials zur Aufzeichnung des Hologramms bestimmt. Daher werden notwendigerweise für diei.es Material große Abmessungen benötigt, d. h. großflächige Materialien oder eine größere Anzahl von Materialien kleinerer Abmessungen.

Aus der US-PS 3 535 ü 13 ist ein holographisches Bilderzeugungssystem bekannt, in welchem die grundliegenden Vorgänge bei der Fokussierbild-Holographie dargestellt sind. Dabei wurde für die BiIdwiedergabe eine ausgedehnte, inkohärente Bezugsstrahlquelle verwendet, wobei die relative Lage der Bezugsstrahlquelle und des Aufzeichnungsmediums für die Wiedergabe verändert wurde.

Aus der US-PS 3625 584 ist ein holographisches

2« Bilderzeugungssystem der eingangs erwähnten Art bekannt. Dabei wird die Rekonstruktion von einem ersten horizontalen Hologrammstreifen in der Ebene des reellen Objektbildes als zweites Hologramm aufgenommen, das mit einer nicht kohärenten Lichtquelle wiedergegeben werden kann. Zwischen einem Beobachtungssystem und dem zweiten Hologramm in unmittelbarer Nähe des letzteren ist eine Zylinderlinsenplatte angeordnet, welche das Licht vertikal zerstreut und damit in vertikaler Richtung einen vergrö-Berten Beobachtungswinkel für das Objekt bewirkt. Bei dieser Zylinderlinsenplatte wird jedoch auch das Beugungslicht 0. Ordnung aufgeweitet, das zur Bilderzeugung nichts beiträgt. Dieses Licht trifft zusammen mit dem Objektlicht auf das Beobachtungssytem auf, und zwar auch dann, wenn der Winkel zwischen dem Objektlicht und dem Bezugslicht bei der Aufzeichnung des Hologramms verhältnismäßig groß gewählt wird. Infolgedessen wird das Signal-Rausch-Verhältnis und damit der Bildkontrast erheblich gemindert, so daß keine Bilder von guter Qualität zu erzielen sind.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein holographisches Bilderzeugungssystem der eingangs beschriebenen Art so zu verbessern, daß eine schärfere, praktisch dreidimensionale Bildaufzeichnung des Objektes bei gleichzeitig vergrößertem Beobachtungswinkel des rekonstruierten Objektbildes und gutem Signal-Rausch-Verhältnis erreicht wild.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Im Anspruch 2 ist eine weitere Ausgestaltung der Erfindung dargestellt.

Da die menschlichen Augen in einer Horizontalen angeordnet sind, trägt die vertikale Parallaxe zur räumlichen Wahrnehmung eines dreidimensionalen Gebildes nicht wesentlich bei, so daß eine praktisch dreidimensionale Abbildung mit einer Parallaxe in nur einer Richtung möglich ist. Obwohl durch das Anbringen einer Lichtabschirmmaske, die an den Konvergenzstellen der durch die Zylinderlinsenplatte erzeugten Strahlungsbündel des Beugungslichtes 0. Ordnung angeordnet ist, der Gesamtlichtdurchgang durch die Lichtabschirmmaske verringert wird, so wird das Signal- zu Rausch-Verhältnis nicht verschlechten, sondern verbessert, da das Licht 0. Ordnung nichts zur Abbildung beiträgt, sondern als Streulicht lediglich den Kontrast der Abbildung verringert. Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der

Zeichnung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 bzw. 2 vertikale Seitenansichten der Hologrammerzeugung bekannter Art bzw. nach der Erfindung,

Fig. 3 eine Vorderansicht auf eine in. Rahmen der Erfindung verwendbare Lichtabschirmvorrichtung, und

Fi g. 4 eine vertikale Seitenansicht zur Veranschaulichung eines einfachen Verfahrens zur Herstellung einer für die Erfindung verwendbaren Lichtabschirmplatte.

Die Seitenansicht der Fig. 1 dient zur Erläuterung, daß das Signal-Rausch-Verhältnis bei der Wiedergabe von holographisch aufgenommenen Bildern durch die Verwendung einer Zylinderlinsenplatte, die zwischen einem Beobachtungssystem und dem Hologramm angeordnet ist, vermindert wird. Auf dem Hologramm 21 ist ein Bild des Hologrammstreifens aufgenommen. Für die Wiedergabe wird dieses Hologramm 21 durch das Licht 22 beleuchtet. Beugungslicht erster Ordnung 23 und nuJJter Ordnung 24 gehen gleichzeitig vom Hologramm aus, wobei das erstere zur Erzeugung eines reellen Bildes 25 des Hologrammstreifens - wie in gestrichelten Linien dargestellt - bei Abwesenheit der Zylinderlinsenplatte 26 fokussiert würde.

Das Beugungslicht nullter Ordnung 24 wird dabei räumlich vom reellen Bild 25 des Hologrammstreifens getrennt und ist — wie strichpunktiert angedeutet gradlinig gerichtet. Das Beugungslicht nullter Ordnung 24 fällt somit nicht in das an die Stelle der reellen Bildfläche angeordnete Beobachtungssystem ein.

Wenn die Zylinderlinsenplatte dagegen gemäß Fig. 1 vorhanden ist, so wird das Beugungslicht erster Ordnung, wie z. B. durch die Klammer 27 angedeutet, durch die Linse 26/ zerstreut. Demgemäß kann somit ein im Hologramm enthaltenes Objektbild durch das Beobachtungssystem von jedem Punkt des durch das zerstreute Licht 27 erfaßten Bereiches aufgenommen werden. Das Beugungslicht nullter Ordnung wird jedoch gleichfalls durch die Zylinderlinse 26/ zerstreut, wie dies durch die Klammer 28 in Fig. 1 angedeutet ist. Daher wird das Signal-Rausch-Verhältnis in dem Bereich 29, in den sowohl das Beugungslicht erster Ordnung 27 und das Beugungslicht nullter Ordnung 28 einfallen, merklich verringert. Um den Bereich 29 zu vermindern, sollte der Winkel zwischen dem Objektlicht und dem Bezugslicht während der Aufzeichnung des Hologramms so groß wie möglich gemacht werden. Wenn dies jedoch geschieht, wächst jedoch die Raumfrequenz des fotografisch aufgenommenen Beugungsbildes an, wobei die folgenden Probleme auftreten:

1. Es wird ein lichtempfindliches Material mit sehr hoher Auflösung erforderlich, was die Auswahl dieses Materials stark einschränkt.

2. Die Bilderzeugung kann durch Luftturbulenzen und mechanische Vibration beeinträchtigt werden.

Diese Nachteile werden durch die nunmehr an Hand der Fig. 2, 3 und 4 erläuterten Maßnahmen vermieden.

In der Fig. 2 ist mit 30 ein Hologramm bezeichnet, auf dem ein Bild eines Hologrammstreifens aufgenommen ist. Weiter sind in Fig. 2 dargestellt: das Beleuchtungslicht 31 für die Bildwiedergabe, das Beugungslicht erster Ordnung vom Hologramm 30, das erzeugte reelle Bild 33 des Hologrammstreifens und eine Zylinderlinsenplatte 3<!·, durch die das Licht lediglich in der Längsrichtung senkrecht zur Richtung des reellen Bildes 33 zerstreut wird. Die Zylinderlinse 34/ erzeugt z. B. den Streukegel 35/. In der Ebene, von der aus die durch die Zylinderlinsenplatte 27 zerj streuten Lichtbündel des Beugungslichtes nullter Ordnung divergieren, sind Lichtabschirmmasken 36, bis 36„ angeordnet. Die Wirkung dieser Masken wird durch das Medium 37 unterstützt.

Die Zylinderlinsenplatte 34 ist zwischen dem Bein obachtungssystem 38 (z. B. zwei Augen) und dem Hologramm 30 angeordnet. Wenn das Hologramm 30 durch das Licht 31 beleuchtet wird, geht zugleich Beugungslicht erster und nullter Ordnung vom Hologramm 30 aus. Bei fehlender Zylinderlinsenplatte 37 würde Beugungslicht erster Ordnung 32 zu einem reellen Bild 33 des Hologrammstreifens fokussiert werden. Durch die in Fig. 2 dargestellte Zylinderlinsenplatte 34 wird das Beugungslicht erster Ordnung jedoch zuerst gesammelt und dann zerstreut.

Jd Dagegen wird das Beugungslicht nullter Ordnung ebenfalls wie das Beugungslicht erster Ordnung zunächst durch die Zylinderlinsenplatte gesammelt, da jedoch die Lichtabschirmmasken 36, bis 36„ in den Konvergenzstellen des Beugungslichts nullter Ord-

2) nung angeordnet sind, wird dieses Licht abgeschirmt. Daher kann das Beugungslicht nullter Ordnung durch das System 38 nicht beobachtet werden, gleichgültig, in welchem Punkt dieses System angeordnet wird.

jo Das z. B. in die Zylinderlinse 34/ der Zylinderlinsenplatte 34 einfallende Beugungslicht erster Ordnung konvergiert im Punkte A (Fig. 2) und wird zu divergierendem Licht 35/. Das in die Zylinderlinse 34/ einfallende Beugungslicht nullter Ordnung kon-

j5 vergiert im Punkte B. Da hier eine Lichtabschirmmaske 36/ angeordnet ist, wird das Beugungslicht nullter Ordnung an dieser Stelle vollständig ausgeblendet. Eine gleiche Ausblendung erfolgt für das Beugungslicht nullter Ordnung aller anderen Zylinderlinsen, so daß nur das Beugungslicht erster Ordnung von den Zylinderlinsen in das Beobachtungssystem gelangen kann.

Die Fig. 3 zeigt eine für die Erfindung verwendbare Abschirmeinrichtung, bestehend aus einem transparenten Träger 39 und einem Satz Abschirmstreifen 4O₁ bis 4O_n, für deren Breitenabmessung die Aberration der Zylinderlinsen und die Ausdehnung der Lichtquelle für das Beleuchtungslicht zur Bildwiedergabe in Betracht zu ziehen ist. Eine solche Abschirmmaske kann z. B. in folgender Weise hergestellt werden. Man läßt gemäß Fig. 4 Beleuchtungslicht 42 zur Erzeugung des holographischen Bildes in derselben Richtung wie bei der tatsächlichen Bildherstellung in die Zylinderlinsenplatte 41 einfallen, das auf diese Weise bündelweise gesammelt wird. In den Konvergenzpunkten dieser Lichtbündel 42 wird lichtempfindliches Material 43 angeordnet und belichtet. Die belichteten Stellen des lichtempfindlichen Materials 43 werden bei Verwendung eines Negativfilms

bo schwarz und undurchlässig, so daß man eine Abschirmmaske der benötigten Form erhält. Bei Verwendung von Positivfilmen kann die Maske durch eine Umkehr-Entwicklung erhalten werden.

Wenn zur Bilderzeugung Beleuchtungslichtarten unterschiedlicher Einfallarten benutzt werden, so ist ebenfalls eine Abschirmmaske an den Konvergenzstellen des entsprechenden Beugungslichtes nullter Ordnung anzuordnen. Das Beugungslicht nullter

Ordnung kann dabei durch eine einzige Abschinnmaske ausgeblendet werden, wenn die verschiedenen Einfallrichtungen in einer gemeinsamen Ebene senkrecht zur Zeichnungsebene der Fig. 2 verlaufen, da die verschiedenen Beugungslichtbündel dieselben Konvergenzpunkte haben.

Obwohl das Beugungslicht 31 für die Erlauter der Fig. 2 als paralleles Licht dargestellt ist, kann Erfindung auch mit divergentem oder konvergenl Bcleuchtungslicht durchgeführt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Holographisches Bilderzeugungssystem mit einem das Bild des Objektes enthaltenden horizontalen Hologrammstreifen, mit einem hiervon in der Ebene des aus dem Hologrammstreifen rekonstruierten reellen Objektbildes aufgenommenen zweiten Hologramm, mit einer das zweite Hologramm zur Rekonstruktion des Bildes beleuchtenden, nicht kohärenten Lichtquelle und mit einer das Licht ausschließlich vertikal zerstreuenden, zwischen einem Beobachtungssystem und dem zweiten Hologramm in unmittelbarer Nähe des letzteren angeordneten Zylinderlinsenplatte, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lichtabschirmmaske (36, 39, 40,; ... 40„) mit ihren undurchlässigen Stellen an den Konvergenzstellen der durch die Zylinderlinsenplatte (16, 26, 34) erzeugten Bündel des Beugungslichtes nullter Ordnung angeordnet ist.

2. Verfahren zur Herstellung einer Lichtabschirmmaske für ein Bilderzeugungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein lichtempfindliches Material und die Zylinderlinsenplatte in denselben Positionen wie Lichtabschirmmaske und Zylinderlinsenplatte bei der Bilderzeugung angeordnet werden, daß dieses Material durch die Zylinderlinsenplatte hindurch mit aus derselben Richtung wie bei der Bilderzeugung auftreffendem Licht belichtet und das Material als an den belichteten Stellen undurchsichtig ausentwickelt wird.