DE2303385B2 - Holographisches Bilderzeugungssystem - Google Patents
Holographisches BilderzeugungssystemInfo
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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 4On, 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 (2)
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.
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