专利名称：制作透射全息图的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种制作透射全息图的方法和装置，更具体地说，是使用一种可转动的圆筒，它适于让在圆筒内部的反射器接收光化辐射束，反射器反射一部分光束透过原片而到达记录媒体上，以便在记录媒体上形成透射全息图。
全息照相是存贮光信息的一种形式。在一些参考书中有对其基本原理的描述，例如E.N雷兹(E.N.Leith)和J.乌帕尼克斯(J.Upatnieks)在《科学的美国人》212-6(ScientificAmerican”，212，No.6)的第24～35页(1965年7月)上发表的“激光照相术”一文。关于全息照相术的一个有意义的讨论载于由C.C.格斯特(C.C.Guest)所著的《全息照相》(“Holo-graphy”)中(《物理科学与技术大全》卷6，第507～519页R.A.Meyers编辑，学术出版社，奥兰多，佛罗里达，1987(“EncyclopediaofPhysicalScienceandTechn-ology”，Vol.6，pages507-519，R.A.Meyers，Ed.，AcademicPress，Orlando，Florida，1987.))。
简单地说，全息照相即用大体上是单色光的光束(如激光)照射要被拍摄或成象的物体，同时把一种光敏记录媒体(例如，一种照相底片)放在一适当的位置，以接受从物体上反射的光束。该反射的光束叫作物象光束。同时，相干光的一部分绕过被摄物体被引向记录媒体，这束光线称为参考光束。照射到记录媒体上的参考光束与物象光束相互干涉所产生的干涉图，被记录在记录媒体上。通过适当地照射并从适当的角度观察经过冲洗处理的记录媒体，从照射光源发出的光束经全息图衍射而重现最初由被摄物到达记录媒体的波阵面。因此，全息图类似于一个窗口，通过它可观察到物体完全的三维的实象或虚象。
让参照光束与物象光束从相对的两方投向记录媒体所形成的全息图叫反射全息图。在记录媒体里物象光束与参照光束相互作用，使材料形成具有可变折射率的条纹，这些条纹大体上是平行于记录媒体的表面的平面。当把全息图放映回去时，这些条纹的作用如同半反射镜面，把入射光反射回给观察者。因此，全息图是经反射而不是透射看到的。
让参照光束和物象光束从同一方进入记录媒体而形成的全息图叫透射全息图。在记录媒体中物象光束与参照光束相互作用，使材料形成具有可变折射率的条纹，它们大致与记录媒体的表面垂直。当用透射光放映这种全息图进行观看时，这些条纹折射光线而产生可见的虚象。这种透射全息图可以用众所周知的方法，例如雷兹和乌帕尼克斯的美国专利3506327，3838903和3894787所叙述的方法制作。
本发明就是关于一种制作透射全息图的方法和装置的。
本发明所涉及的一种制作透射全息图的装置包括一个第一圆筒，它包括带有一纵向轴、一个开口端和一个第一窗口的柱状筒壁;
安置在圆筒内的一个装置，用来反射穿过开口端射入圆筒内的光化辐射束穿过窗口;
一个原片，安放在窗口附近;和一种全息图记录媒体，它与原片的相对位置保持不变的关系，以便使反射装置反射的光线穿过原片，然后再到记录媒体上。
本发明还涉及一种制作全息图的方法，它包括的步骤为将原片固定在一个圆筒组件的柱形壁的窗口附近;
使记录媒体的一部分围绕着圆柱壁的一部分设置;
输送记录媒体的同时，柱状筒壁绕纵向轴转动，当窗口转动时，原片与记录媒体保持无滑动接触;和将一束光化辐射束的参照光导向至少是部分在圆筒中的反射器，让至少一部分光反射穿过窗口和原片，以使记录媒体曝光。
从下面结合附图对本发明的详细描述，可以更充分地理解本发明，这些附图亦为本发明申请的一部分，这些图是
图1是依照本发明制作透射全息图的装置的第一实施例的透视图;
图2是依照本发明制作透射全息图的装置的第二实施例的侧视图;
图3是本发明的圆筒组件的断面放大图;
图4表示的是从图3剖面线4-4处依箭头的方向看，一个用于输送记录媒体的胶片进出于图3中圆筒组件的装置;
图5是图3的圆筒组件沿剖面线5-5剖开，从箭头的方向看的断面图;
图6是图3的圆筒组件沿剖面线6-6剖开，从箭头的方向看的断面图。
在以下的详细说明中，对所有的附图，相同的数字标号代表相同的元件。
图1示出了依照本发明制作透射全息图的装置100的第一实施例。该装置包括一个圆筒组件102和连结在圆筒组件102一端用来转动圆筒组件102的装置104。在一种优选的实施例中，还没有转动地支承着圆筒组件102的另一端的装置106。
更具体地说，圆筒组件102包含一个具有柱状筒壁108的圆筒和一个反射光线的反射镜或反射装置112。柱状筒壁108具有一个纵向轴线114，一个外表面116和一个内表面118。柱状筒壁108还有一个窗口110，它可以仅仅是一个穿过筒壁108的开口，不过最好带有由透明材料例如玻璃制成的圆柱形外表面120，它基本上把柱状筒壁108的外表面116补平了。柱状筒壁108的一端122是开口的，可让光化辐射束沿柱状筒壁108的纵轴114射入。柱状筒壁108的另一端124可任选地用一个端壁128封闭。反射镜112安装在柱状筒壁108内部的内表面118上和/或端壁128上。反射器的安装位置要使大体上沿着其纵向轴线114射进柱状筒壁108的开口端122的光化辐射束能通过反射镜112以预定的角度反射穿过窗口110。
用于驱动圆筒组件102的装置104可以是任意的，例如可用一经过轴126与圆筒组件102连接的调速电机驱动圆筒组件。轴126可以连结到端壁128和/或柱状筒壁108上，只要能使电机104可带动圆筒组件102绕纵轴114转动即可。
用于可转动地支承圆筒组件102的开口端122的装置106也可以是任意的，如图1所示的三支承轮组件106，三支承轮绕柱状筒壁108的外表面116等距分布。支承轮组件106中的每一个均可由包括一个与柱状筒壁108的外表面116接触的支承轮130，三个支承轮130的配置可使圆筒组件102大体上无摩擦地旋转。支承轮130可转动地安装在一个或几个相对不动的支架132上，以限制住圆筒组件102的径向移动。
制作透射全息图的装置100可按下面所述步骤操作第一，把一个原片(图1中没有示出)安置或固定在窗口110的附近。原片可放在窗口110的任何一边，即在圆筒组件102的里面或在其外面。原片可以是能弯曲的胶片，用胶带等固定到窗口110任一边的柱状筒壁108上。原片必须由至少是半透明的材料制造，最好原片包含有一个透射全息图。
第二，把一段全息图记录媒体(没有在图1中示出)部分地围绕柱状筒壁108放置，记录媒体的放置要使其相对于原片有固定的位置关系，以便使反射装置反射来的光穿过原片，然后再到达记录媒体上。全息图记录媒体可以由多种材料制成，其中最主要的是卤化银乳剂，硬化的重铬酸凝胶，铁电晶体，光聚合物，光致变色材料和光二向色材料。这些材料的特性可参看《空间全息照相术和空间光栅》(L.索里马(L.Solymar)和D.J.库克(D.J.Cook)著，第10章，学术出版社，纽约，1981)第254～304页。记录媒体最好是卤化银乳液，或是由能光硬化的合成物制成的胶片，该媒体受到光辐射时会形成交联的高分子聚合物，从而改变合成物的折射率和流变特性。优选的能光硬化的合成物是光致聚合物的合成物，如美国专利3658526号中所公开的那种，更适合的材料是共悬未决的美国申请07/144355和07/144840号(都在1988年1月14日提出申请)和07/288916(1938年12月23日申请)中所描述的，所有上述材料都在此引证作为参考。能光硬化的胶片的两面都可以有保护膜，例如聚乙烯正酞酸酯(例如，注册商标为Mylar的)。
第三，驱动装置104在输送记录媒体部分的同时使圆筒组件102绕其纵轴114转动，使得当圆筒组件102转动时记录媒体与原片保持无滑动的关系，并且随圆筒组件102每转一周记录媒体遮住原片或窗口110一次。记录媒体最好保持与原片无滑动的关系，并且以至少在圆筒组件102转过90°圆周时遮住原片或窗口为好，在圆筒组件102转过180°圆周时遮住则更好。
第四，让光化辐射束从柱状筒壁108的开口端122进入，大体上沿着其纵轴114射向反射镜112，以便随着圆筒组件102每转一周至少使一部分射线反射穿过窗口110、原片和记录媒体，而使记录媒体曝光一次。让光束一直保持照射，而记录媒体与原片保持无滑动关系且遮住原片或窗口110，直到在记录媒体中得到一张全息图为止。发射光束的光源(没有在图1中表示出来)最好是发射基本上是单色光化辐射束的光源，例如一种激光器。激光器发射的光束最好是圆形截面的，且基本上是准直的，相干的，单色的和极化的。激光的选择由使记录媒体敏化的波长决定。
参看图2，图示为依照本发明方法制作透射全息图装置的第二实施例200的侧视图，其中，相应于图1中的那些零件的标号增加了100。在该实施例中，装置200相似地也含有一个圆筒组件202和连结到圆筒组件202一端的用来驱动圆筒组件202的装置204。
参看图2-6，圆筒组件202包括一个柱状筒壁208，一个前端板209，一个后端板211，一个反射器212和用于安装反射器的装置213。柱状筒壁208有多个窗口210位于绕柱状筒壁208的圆周的一条圆环线上，窗口210可以只是穿过柱状筒壁208的开口，但最好还是带有由透明材料例如玻璃制成的外圆柱表面，这些外圆柱表面实际上把筒壁208的外表面216补平了。在一个优选实施例里，这些窗口210以第一215、第二217和第三219径向壁围成，并从柱状筒壁208的纵向长度的约一半处延伸到柱状壁208的前端222。
前端板209可以是圆盘形的，它中心加工有圆形开孔221用来让光化辐射束进入圆筒组件202。前端板209的后面223上有与孔221同心的、但不等距设置的圆环形槽225。后端板211的前面227也有相应的一组圆环形槽229。柱状筒壁208的前端222与窗口210的前端231一起安装在前端板209的一个环槽225里。柱状筒壁208的后端233安装在后端板211上一个相应的环槽229里。柱状筒壁208通过其与槽225和229之间的紧配合或其他常用的方法固定到端板209和211上。在前、后端板209和211上加工有多个环槽225以便使备择的柱状筒壁，如208、208′和208″可以按照其相应的直径使用不同直径的环槽。环槽225和229带有用于固定至少一个备择圆筒的装置，该备择圆筒的柱状筒壁的圆周与第一个圆筒的圆周不同。备择的柱状筒壁可以带有与第一个柱状筒壁208不同数目的窗口210，其窗口210的形状或尺寸、或位置也可以与每个其他的柱状筒壁208不同。
在本优选实施例里，反射器212是圆锥形、轴对称的，其绝大部分位于柱状筒壁208内，其顶点235穿出前端板209上的孔221，使穿过孔221到达反射器212的光束237的一部分可以被锥形的反射器212反射并穿过每个窗口210。反射器212可以用调整反射器212相对圆筒或后端板211的方向的装置239安装到后端板211上。例如，反射器212可以在相对其顶点235的对面243设有一用于安装的部分241。用于安装的部分241上有一带有一个球形凹陷247的表面245。支柱249安装在后端板211上，也可用几根(比如三根)螺栓253固定到轴226的法兰251上。支柱249上的表面255带有一相似的球形凹陷257。一个球体259安放在球形凹陷247和257中。围绕球体259的几根螺栓261把支柱249与用于安装的部分241相连结，使得反射器212相对于后端板212的方向可以用这些螺栓调节。
如同第一实施例一样，可以用任何一种装置204驱动圆筒组件202。图2表示出了使用调速电机263(通过由电机263驱动的第一轴265连结到一个齿轮减速机构267上)的情形。齿轮减速机构267通过第二轴226联接到圆筒组件202上并降低了第二轴226相对于第一轴265的转速。
制作透射全息图的装置200可以按下面所述的步骤操作。
第一，参看图4，把原片269固定在靠近至少一个窗口210处。原片的放置可在窗口的任何一侧边上，且在圆筒组件的里面或者在其外面。该原片可以是象对装置100所描述的那样。这里再重复一下，原片的形状可以是能弯曲的胶片式的，用例如胶带之类固定在窗口210两边柱状筒壁208上。原片269必须由至少是半透明的材料制造，最好让原片269包含有一个透射全息图。
第二，把全息图记录媒体273的一段271绕着部分柱状筒壁208放置。这里所用的记录媒体273可以是如同在装置100的操作中所作描述的那种胶片。全息图记录媒体273可以由第一卷轴277送出，第一卷轴277用来贮存卷绕在其上的记录媒体273中未曝光的那部分。第二卷轴279可以用来接受卷绕其上的记录媒体273已经曝光的部分。圆筒组件202设计成可以向两个方向转动。图4中卷轴277和279的位置只是示意性的。
第三，驱动装置204在输送记录媒体271一部分的同时使圆筒组件202绕其纵轴转动，因而当圆筒组件202转动时，记录媒体273相对原片269之间没有滑动，并且随圆筒组件202每转一周而遮住原片269或窗口210一次。换句话说，驱动装置204使未曝光的记录媒体273从第一卷轴277绕着部分柱状筒壁208输送，记录媒体273可以在这里由窗口210处曝光，然后再把记录媒体273输送到第二卷轴279上。
第四，将一光化辐射光束穿过前端板209的孔221，大体上沿着筒壁208的纵轴射向反射器212，以便随着圆筒组件202每转一周，至少反射出一部分光线237穿过窗口210、原片269和记录媒体273，而使记录媒体273曝光一次。发射光束237的光源275最好是发出基本上为单色光化辐射光束237的，例如一种激光器275。最好让激光器275发射圆形截面的光束237，该光束基本上是准直的、相干的，单色的和极化的。激光的选择取决于记录媒体所敏化的波长。
对本领域技术熟悉的人员，通过上面对本发明的讲解中，还可以容易地作出许多的改进。应该认为这些改进包括在本发明的范围之内，如在所附的权利要求书中所指明那样。
权利要求
1.一种用于产生透射全息图的装置，其特征为，它包括一个第一圆筒，它包括有一个带纵向轴的柱状筒壁，一个开口端，一个第二端和一个第一窗口；安置在圆筒内的用来反射从开口端射入圆筒内的光化射束穿过窗口的装置；一个安置在窗口附近的原片；和一种全息图记录媒体，它与原片的相对位置保持不变的关系，以便使反射装置反射的光束穿过原片，然后再到达记录媒体上。
2.如权利要求1所述的装置，其特征为，它还进一步包括用来将基本上是准直的、相干的、单色的、极化的光化辐射束引入圆筒的开口而到达反射装置上的装置。
3.如权利要求1中所述的装置，其特征为原片上包括有透射全息图。
4.如权利要求1中所述的装置，其特征为记录媒体包括一种卤化银乳液或由可感光硬化的组分制作的胶片。
5.如权利要求1中所述的装置，其特征为柱状筒壁有多个位于围绕柱状筒壁的一条圆环线上的窗口;并且反射装置包含有一个带顶点的圆锥形反射器，该反射器是轴对称的，其顶点穿过开口端，使部分光束能穿过每个窗口。
6.如权利要求5中所述的装置，其特征为，它还进一步包括多个原片，原片中的每一个靠近一个窗口;并且，记录媒体与原片的相对位置保持不变的关系，以便使反射装置反射的光线穿过原片，再到达记录媒体上。
7.如权利要求6中所述的装置，其特征为至少原片中的一个安放在圆筒内部靠近窗口之一处。
8.如权利要求6中所述的装置，其特征为至少原片中的一个安放在圆筒外部靠近窗口之一处。
9.如权利要求1中所述的装置，其特征为，它还进一步包括驱动圆筒绕柱状筒壁的纵向轴转动的装置;一个用于贮存卷绕其上的记录媒体中未曝光部分的第一卷轴;和一个用于接受卷绕其上的记录媒体中已曝光部分的第二卷轴;而驱动装置把未曝光的记录媒体从第一卷轴输出，并绕过部分柱状筒壁，使记录媒体在此经窗口曝光，然后把记录媒体输送到第二卷轴。
10.如权利要求1中所述的装置，其特征在于，它还包括用于调整反射装置相对于圆筒的方向的装置。
11.如权利要求1中所述的装置，其特征在于，它还包括用于固定至少一种备择圆筒的装置，该备择圆筒的柱状筒壁的圆周不同于第一圆筒的。
12.一种制作透射全息图的方法，其特征为包括以下步骤把一个原片固定在圆筒的柱状筒壁的一个窗口附近;把全息图记录媒体的一部分围绕着部分柱状筒壁设置;在输送记录媒体的同时，驱动柱状筒壁绕纵向轴转动，从而使窗口转动时原片与记录媒体无滑动接触;并且把光化辐射束引向至少有一部分在圆筒内的反射器，至少反射该光束的一部分穿过窗口和原片使记录媒体曝光。
全文摘要
本发明涉及一种制作透射全息图的方法和装置，更具体地说，使用一种可转动的圆筒，它适于接收照到在圆筒内部的反射器上的光化辐射束，反射器反射一部分光束透过原片而到达记录媒体，从而在记录媒体上产生透射全息图。
文档编号G03H1/20GK1046616SQ9010227
公开日1990年10月31日 申请日期1990年4月20日 优先权日1989年4月20日
发明者艾伯特·富兰克林·哈林顿, 罗伯特·理查德·克雷布斯 申请人:纳幕尔杜邦公司