專利名稱:全息圖的攝制與再現(xiàn)方法
本發(fā)明涉及的是一種攝相和再現(xiàn)相的方法。這種方法是把一張照片基片上的全息圖重疊在原照片上然后進行攝制，例如采用Lippmann-Bragg照相制版法，通過同一光源發(fā)出物光束和參考光束，其中物光束含有對應(yīng)于此照片的振幅信息，使相應(yīng)的成象在對應(yīng)于全息圖象平面的基片上同時形成。使用這種方法，其成象光學系統(tǒng)的孔徑光闌中含有全息圖示出的物象。
在德國專利2840556上所介紹的這類方法中，將全息圖重疊在一個正常的象片上。此全息圖可以包含任何所需要的信息，并可以通過運用一個參考光束的光學方法來再現(xiàn)或通過機器來讀出或測定。如果打算把這種照片用在身份卡上或用在委托書上，這種方法就可保證有高度的可靠性以防止偽品，因為實際上，除非偽造者也有了用來取得全息圖的設(shè)備，否則是不可能把全息圖重疊在照片上的。但是，含在全息圖中的信息還是可以被潛在的偽造者所窺視，以至偽造者在得到必要的技能和設(shè)備時就可以進行偽造。因此，要把全息圖照相信息進行編碼，使?jié)撛诘膫卧煺邿o法讀出或探測，或者把若干全息圖重疊在一起變得如此復雜，使偽造者無法仿造，這樣就會使偽造品很難產(chǎn)生。
由于這種原因，本發(fā)明的目的就是要將一張照片中含有的全息圖信息失真或重疊得使偽造品和復制品根本無法制造。
為了完成上述目的，本發(fā)明采用了在孔徑光闌和全息圖平面之間插入一個可產(chǎn)生予定的相位干擾(phase disturbances)的光學相位調(diào)制器的方法。根據(jù)本發(fā)明的方法，所述的予定相位干擾可以作為全息圖的第二組信息，它會使處于孔徑光闌內(nèi)的全息圖信息失真，以至采用通常的參考光束的手段來再現(xiàn)全息圖時，在孔徑光闌內(nèi)的全息圖信息就很難看到。如果采用一種特殊的測量法的話(下面將論述)，則由相位干撓引起的全息圖第二組信息就可以分別讀出。在任何情況下，兩組全息圖信息的疊加都會使全息圖信息的編碼變得相當復雜，使偽制變得簡直是不可能。
但是必須記住，如果把產(chǎn)生予定相位干撓作為全息圖第二組信息的光學相位調(diào)制器放在孔徑光闌的旁邊，就會使相片的質(zhì)量受到嚴重影響。因為，把光學相位調(diào)制器放在孔徑光闌內(nèi)，會在出射孔處嚴重影響象的形成，因此，能產(chǎn)生予定相位干撓的光學相位調(diào)制器應(yīng)該放在全息圖平面旁邊或者把一個光學相位調(diào)制器放在成象光學系統(tǒng)的前面，此光學相位調(diào)制器構(gòu)成用來照相的成象光學系統(tǒng)的一部分并產(chǎn)生補充的相位干撓。
為了保證成象光學系統(tǒng)照相的作用不會受到用來產(chǎn)生全息圖的光學相位調(diào)制器的嚴重影響，可以把產(chǎn)生補充相位干撓的光學相位調(diào)制器(可看成是系統(tǒng)中的透鏡)安裝在孔徑光闌的兩邊。
因為兩組全息圖信息重疊存貯在根據(jù)本發(fā)明的方法所產(chǎn)生的全息圖中，那么本發(fā)明的另一個目的就是可以使用一種方法分別讀出或測定兩組信息，而兩組信息又不會互相干擾。根據(jù)本發(fā)明的進一步特征是，如果把一個光學相位調(diào)制器和產(chǎn)生全息圖的光學相位調(diào)制器耦合在一起構(gòu)成一個成象光學系統(tǒng)，并把這系統(tǒng)放在為重現(xiàn)而使用的已調(diào)制的物光束光路中，則處于孔徑光闌內(nèi)的第一組相位信息就可以單獨地讀出和測定而與由光學相位調(diào)制器引起的相位干撓無關(guān)。通過這種方法可以形成含有第一組全息圖信息的一幅圖象逼真或聚焦清晰的象。
根據(jù)本發(fā)明提供的另一特征，第一組全息圖信息可以不受干擾地讀出或測定，這是因為光學相位調(diào)制器中包含一個由玻璃制成的元件，此元件有一凸部能產(chǎn)生折射光并和一個產(chǎn)生折射光的輔助體組成一個元件，如透鏡元件，從而構(gòu)成光學系統(tǒng)的組成部分。在這種情況下，存貯在相位調(diào)制器中的第二組全息圖信息可以在重現(xiàn)光中全部消除。
另外，根據(jù)本發(fā)明所使用的光學相位調(diào)制器可以由不同的菲涅爾(Fresnel)帶板所組成或者由一些相位全息圖組成。在這種情況下，全息圖信息被存于干涉光柵中，并也會影響與亮度有關(guān)的振幅，從而，相位全息圖的干涉花紋含有全部需要重現(xiàn)的全息圖。圖中亮度的分布將決定于存貯在干涉花紋中的相移，以至相干振幅也會在相位全息圖的重現(xiàn)中再現(xiàn)。
除相位全息圖外，還有振幅全息圖，其中亮度的差異也由相移來表達。但是一個振幅全息圖不會存貯在一個折射光柵中，而是存貯在一個平面的振幅光柵中，其中相移是由振幅干撓邊緣(amplltude-disturbing edges)的衍射光而產(chǎn)生的。相位全息圖靠干涉光柵中的光程差來產(chǎn)生，而振幅全息圖則要靠它的振幅干撓邊緣的衍射光來產(chǎn)生。
全息圖信息可存貯于一個相位全息圖的干涉格柵中或者存貯于一個振幅全息圖的振幅格柵中。
根據(jù)本發(fā)明的進一步特征，攝制全息圖的光學相位調(diào)制器不僅用來使全息圖第一組信息失真，而且也含有全息圖第二組信息。
在本發(fā)明的范圍內(nèi)，全息圖第二組信息可以單獨求出和測定，而不受處于孔徑光闌內(nèi)的全息圖第一組信息的影響。根據(jù)本發(fā)明的進一步特征，為了重現(xiàn)全息圖，使用一個光學相位調(diào)制器來輔助處在孔徑光闌內(nèi)的信息用以消除全息圖第一組信息，而只有生成全息圖時存在于相位調(diào)制器中的信息可以被再現(xiàn)或被測定。這種輔助光學相位調(diào)制器也可以由一個相位全息圖或一個產(chǎn)生折射效應(yīng)的物體，比如一個玻璃體或塑料制品組成。
從前面的解釋可以明顯看出，被稱為“光學調(diào)制器”的元件不一定只起到一種調(diào)相的作用。
一個被稱為只有調(diào)相作用的元件，如果它只影響相位，也就是說，假如它只產(chǎn)生相移，那就至少暫時消除了相干的地域條件。這種光學相位調(diào)制器可以由能產(chǎn)生一個光折射的玻璃元件或塑料制品所構(gòu)成，以使通過這些元件的傳遞產(chǎn)生光程差。但是，振幅調(diào)制器也能影響相位，比如，由于在干撓(disturbing transition)轉(zhuǎn)換處引起的光的衍射，這種現(xiàn)象在多孔光柵中是可以產(chǎn)生的。如果一個元件不影響相位而只影響振幅的話，我們稱它只具有調(diào)幅作用，所以在傳遞激光束時，它將衰弱振幅使成象變暗，而這時，沒有可產(chǎn)生衍射光的相干轉(zhuǎn)換。因此，有的元件只具有一種調(diào)幅器的作用而不會引起衍射光;而有的元件只具有調(diào)相的作用，但卻是完全透明的;還有些元件同時具有調(diào)幅和調(diào)相的作用。
根據(jù)本發(fā)明的進一步特征，第三組信息可以存貯在重疊的全息圖中，這是由于全息圖的兩組信息如此匹配，在重現(xiàn)時，他們共同組成一幅圖象或具有予定信息內(nèi)容的條紋。
根據(jù)本發(fā)明的這種方法也可以這樣進行，即光學相位調(diào)制器或光學振幅調(diào)制器可插入?yún)⒖脊馐?，并且最好使它們靠近全息圖平面。
根據(jù)本發(fā)明的進一步特征，對制造不會被偽造的證明書是特別需要的。這時，至少可以用全息圖形式提供一組全息圖信息。這種全息圖是由計算機控制攝制并且可以通過一個傳感器和計算機讀出。這些全息圖信息組合是用大家都知道的方法在計算機的控制下產(chǎn)生的。這種方法是根據(jù)一個程序生產(chǎn)出予定的相干圖，并在全息圖中對此相干圖的典型數(shù)據(jù)進行編碼，使得藉助于用計算機模擬的參考光束可讀出此相干圖。
由計算機控制產(chǎn)生的全息圖也可以適用于用光學測定。
根據(jù)本發(fā)明的進一步特征，在全息圖信息組合中，至少有一組可以被照在感光底片膜上的一個全息圖進行修改或消除。本發(fā)明的方案對下述述情況非常重要，即當一個證明書或同類文件發(fā)出以后又出現(xiàn)了變化，而這種變化又需要留在文件上時。
根據(jù)本發(fā)明的進一步特征，一個對應(yīng)于在全息圖中已編碼信息的信息可被存貯于另一個全息圖中，使得在檢驗原本時可以方便地進行比較。這種存儲另一信息的裝置可以是一個普通的磁帶，也可以由能進行光學測值的位模式板所構(gòu)成。
根據(jù)本發(fā)明的操作，可以產(chǎn)生三維全息圖。這時，存貯的全息圖可以在幾個平面中測定出來，以使所述的平面位置成為原本的附加依據(jù)。
本發(fā)明方案的說明在下面將對照參考圖進行更詳細的解釋。
圖1是一個產(chǎn)生含有失真全息圖信息的全息圖的裝置示意圖。
圖2是重現(xiàn)用圖1裝置做出的全息圖的一個示意圖。
圖3是產(chǎn)生一個含有編碼ZD信息(4)的傳輸全息圖的生產(chǎn)裝置示意圖。
圖4是產(chǎn)生一個含有編碼全息圖信息的全息圖的生產(chǎn)裝置示意圖。
圖5是重現(xiàn)由圖4裝置產(chǎn)生的全息圖的示意圖。
圖6是產(chǎn)生一個用以引起失真的全息圖和相應(yīng)的輔助設(shè)置的生產(chǎn)裝置示意圖。
圖7是重現(xiàn)根據(jù)圖6所產(chǎn)生的全息圖的示意圖。
在圖1所示的裝置中，激光器2所發(fā)射的一束激光束被緊連著的擴散光學系統(tǒng)擴散成一束發(fā)散光束。發(fā)散激光束1入射在散射器3上，后者起到物鏡作用。再過來，一個透明物體4被安置在光學系統(tǒng)的進口平面上并用來在物光束中產(chǎn)生振幅干撓。物光束穿過成象的光學系統(tǒng)5和孔徑光闌7，它可含有振幅干撓圖型形式的全息圖信息。在孔徑光闌7和全息圖平面6之間插入一個光學相位調(diào)制器18。顯而易見，這個光學相位調(diào)制器也可產(chǎn)生振幅干撓，經(jīng)過所述光學相位調(diào)制器18的物光束引起失真并作為失真光束入射在全息圖平面6上。
由激光束1以已知方法衍生參考光束17(圖中未示出)。參考光束17如圖所示入射在全息圖平面6上。由于物光束和參考光束之間的相干，因此在全息圖平面6上的感光材料上所形成的全息圖包含了振幅信息4和包含在孔徑光闌7中的全息圖信息。由于光學相位調(diào)制器18，全息圖被記錄成失真的形狀。
圖1中另外示出的一種方法是物光束中的振幅信息4被參考光束中的振幅信息9所代替。在這種方案中，所記錄的振幅信息不會失真，并且只有全息圖信息7被記錄下來，后者由于光學相位調(diào)制器18的作用，被記錄成編碼形式。
在第一種方案中沒有振幅信息9。在第二種方案中，物光束不包含振幅信息。振幅信息4和9可以共同使用。
圖1所實現(xiàn)的全息圖的重現(xiàn)和解碼可用圖2來解釋。
如果沒有解碼光學系統(tǒng)8或含有全息圖的感光底片10，則眼睛11就會看到光學相位調(diào)制器18和包含在孔徑控制裝置7中并被光學相位調(diào)制器所失真的信息形成的虛象。
如果要得出可辨認的象，則必須由光學相位調(diào)制器18和一個光學元件組成成象光學系統(tǒng)中的透鏡元件才行。這個光學元件可包含一個透鏡子元件8，后者是光學相位調(diào)制器18的輔助元件，但是更簡單的方法是用能起透鏡子元件8那種作用的光學元件10來得到相同的結(jié)果。這種光學元件10含有一個相應(yīng)的輔助全息圖。
圖3所示的方案中，產(chǎn)生的全息圖是一個透射全息圖。
在反射全息圖和透射全息圖之間必須加以區(qū)別。反射全息圖能夠用白光重現(xiàn)，比如Lippmann-Bragg全息圖，因為在重現(xiàn)時無用的波長在各個全息圖平面中被過濾掉了。這種所謂的白光全息圖本身滿足相干條件，以至其全息圖可以在其對應(yīng)波長處使用不相干光就能重現(xiàn)。為此，這種反射全息圖在實踐中得到最普遍的運用。
在透射全息圖中，每一個波長適用于特殊的衍射條件，以至產(chǎn)生出大量的成象。這些成象部分不能使用，并且很難得到一個滿足相干條件的全息圖。這一問題只有在所謂“彩虹”全息圖中得到解決。
根據(jù)圖3所產(chǎn)生的透射全息圖，在這個全息圖中，用已知方法從物光束中衍生出來的參考光束和物光束本身都加在全息圖平面6的同一側(cè)。
光學相位調(diào)制器18被插在包含全息圖信息的孔徑光闌7的前面，以使在全息圖平面6中產(chǎn)生的全息圖包含光學振幅調(diào)制器4的一個象，此象已經(jīng)由于光學相位調(diào)制器18而引起失真。但是，全息圖信息7可以從全息圖平面6所產(chǎn)生的全息圖中以正常可見形式重現(xiàn)。
透鏡機構(gòu)可以由普通的凸凹玻璃元件組成或由Fresnel帶板組成。Fresnel帶板可包含幾個全息圖，它們合在一起產(chǎn)生相同的結(jié)果。在這些光學元件中，干涉格柵被用來產(chǎn)生與透鏡元件相同的結(jié)果而不是被用來重現(xiàn)一個全息圖。
圖4所示裝置示意圖中，光學振幅調(diào)制器4的一個正常的實象在全息圖平面6上形成，但是由于光學元件12、13而使全息圖信息7失真。光學元件13、14是全息圖，它們共同構(gòu)成成象光學系統(tǒng)的一個透鏡，使光學振幅調(diào)制器4的成象記錄得正確無誤，但是，全息圖信息7的記錄則由于光學元件13而失真。
根據(jù)圖4中所記錄的全息圖，可通過一個象圖2所示的裝置而重現(xiàn)。
圖5是一個合成全息圖的重現(xiàn)圖例說明。這個合成全息圖用下述方法產(chǎn)生。把光學相位調(diào)制器18插入在全息圖平面6前面一點的地方，位于出射窗口處。在這里，相位干撓對光學振幅調(diào)制器4′的記錄只發(fā)生很小的影響。因此，由光學振幅調(diào)制器4′所產(chǎn)生的振幅干撓的相應(yīng)照相信息就出現(xiàn)在全息圖上，并用眼睛看到一個逼真的象。全息圖信息7′的記錄由于光學相位調(diào)制器18的作用而失真，以至要把與光學相位調(diào)制器12(光學相位調(diào)制器18的輔助設(shè)備)起相同作用的全息圖10插入被用來重現(xiàn)全息圖的參考光束中，解碼全息圖10的產(chǎn)生如圖6所示。
為了記錄，要把圖2中所示的光學相位調(diào)制器8(含有全息圖信息)插入從無限遠來的物光束中。這個光學相位調(diào)制器8輔助光學相位調(diào)制器18形成一個成象光學系統(tǒng)。因此，這個光學相位調(diào)制器8是一個輔助的光學相位調(diào)制器，它與圖1中的光學元件18共同構(gòu)成一個成象透鏡元件。
根據(jù)圖6所示，全息圖被做成一個透射全息圖。另外，圖中的全息圖10也可被做為一個反射全息圖，在這種情況下，參考光束將會從全息圖平面的另一面射入。
為了重現(xiàn)，根據(jù)圖6方法所產(chǎn)生的全息圖10具有如圖7所示的光學效果。
圖例中圖文說明圖1全息圖記錄振幅信息(4)和相位信息(7)的編碼。
可以在4或9部位提供一個清澈的振幅信息。
圖2全息圖的重現(xiàn)Referenz＝參考光束Virtuelles Bild＝虛象圖3傳輸全息圖的記錄Referenz＝參考光束圖4編碼光學相位調(diào)制器的記錄Referenz＝參考光束圖5重現(xiàn)振幅信息(4′)沒有編碼相位信息(7′)已編碼Refereuz＝參考光束圖6調(diào)制(或編碼)的全息圖S的拍攝和其付片G。
圖7使用付片和不使用付片所重現(xiàn)的全息圖S。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明是一種產(chǎn)生和重現(xiàn)照相的方法。本方法是將照片基片中的一個全息圖重疊在這張照片上，例如，使用Lippmann-Bragg。照相制版法，通過同一光源的物光束和參考光束進行攝影。這里，物光束含有對應(yīng)于此照片的振幅信息，并使相應(yīng)的成象在對應(yīng)于全息圖平面的感光底片上同時形成。使用這種方法，成象光學系統(tǒng)的孔徑光闌含有由全息圖代表的物象。其特征是，在孔徑光闌和全息圖平面之間插入一個光學相位調(diào)制器，用以產(chǎn)生予定的相位干撓。
2.根據(jù)權(quán)利要求
第一條的方法，其特征是，為了重現(xiàn)，用一個光學相位調(diào)制器和另外的光學相位調(diào)制器構(gòu)成一個成象光學系統(tǒng)，插入被調(diào)制的物光束中，用來重現(xiàn)全息圖。
3.根據(jù)權(quán)利要求
第一條的方法，其特征是，所述的光學相位調(diào)制器由，例如，玻璃制造的元件組成，它有一個凸面，并能通過折射光。這個元件和一個產(chǎn)生折射光的輔助設(shè)備配合構(gòu)成成象光學系統(tǒng)的一個元件，例如，透鏡元件。
4.根據(jù)權(quán)利要求
第一條的方法，其特征是，本發(fā)明的光學相位調(diào)制器由一個Fresnel帶板或由許多不同的Fresnel帶板元件所構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求
第一條的方法，其特征是，本發(fā)明中為記錄所使用的光學相位調(diào)制器會含有第二組全息圖信息。
6.根據(jù)權(quán)利要求
第一條對全息攝影程序的改進，其特征是，全息圖所表示的物景是由在孔徑光闌中的一個光學相位調(diào)制器所組成，而且要用另一個輔助的光學相位調(diào)制器與在孔徑光闌中的光學相位調(diào)制器一起重現(xiàn)這個全息圖。當重現(xiàn)這個全息圖時，可使全息圖的第一組信息被消除，而插入在孔徑光闌和全息圖平面之間的光學相位調(diào)制器中所存貯的信息就會重現(xiàn)或者被測出。
7.根據(jù)權(quán)利要求
第一條，其特征是，全息圖兩組信息如此匹配，當重現(xiàn)時，他們合成一個含有予定信息的成象。
8.根據(jù)權(quán)利要求
第一條方法的改進，其特征是，把光學相位調(diào)制器或把一個含有相應(yīng)于照片的振幅信息的光學振幅調(diào)制器插入到毗連全息圖平面的參考光束中。
9.根據(jù)權(quán)利要求
第一條，其特征是，至少有一組全息圖信息可由一個全息圖示出。這個全息圖是由計算機控制產(chǎn)生的，并且可以通過一個傳感器和一個計算機求出。
10.根據(jù)權(quán)利要求
第九條所述方法的改進，其特征是，用計算機控制產(chǎn)生的全息圖也適合于用光學方法測定。
11.根據(jù)權(quán)利要求
第一條的方法，其特征是，至少有一組全息圖信息可以用已存于感光底片中的全息圖來改變或清除。
12.根據(jù)權(quán)利要求
第一條的方法，其特征是，為了與原本相比較，可以把對應(yīng)于一組全息圖信息的信息存貯在另一個信息載體里。
13.根據(jù)權(quán)利要求
第十二條的方法，其特征是，這個信息載體是一個磁帶或其他相同的東西。
14.根據(jù)權(quán)利要求
第一條的方法，其特征是，在感光底片上記錄的全息圖信息編碼是三維的，并可在多個平面中測定。
15.含有一個基片的編碼信息載體，其基片上有一組含有攝影信息的照片和至少有一張重疊在此照片上可表達第一組信息的全息圖，載體的特征是，至少要有一個表示第二組信息的全息圖，這個全息圖含有全息照相所記錄的相位調(diào)制信息，并疊加在前面所述的第一組全息圖信息上。
16.根據(jù)權(quán)利要求
第十五條，產(chǎn)生一個編碼信息載體的裝置是由一個能清晰地表明予定的全息圖平面的光敏感光底片所構(gòu)成。這個裝置含有一個照相記錄系統(tǒng)可用來在所述的感光基片上攝下上述的照片，還有一個全息圖記錄系統(tǒng)可用來在所述的感光底片上攝下一個全息圖，并且還具有一個示出上述第一組全息圖信息的光調(diào)制器和一些把參考光束導向所述感光底片和引導物光束通過所述光調(diào)制器到所述感光底片上的裝置。其特征是，為了在入射光的光束中產(chǎn)生一組相位干撓，要在所述的參考光束的光路中插入一個光學相位調(diào)制器或者在位于所述光調(diào)制器(該光調(diào)制器含有全息圖第一組信息)和全息圖平面之間的所述物光束的光路中插入一個光學相位調(diào)制器。
17.根據(jù)權(quán)利要求
第十五條，為了解碼和重現(xiàn)在編碼信息載體中的全息圖信息，采用設(shè)備包括引導參考光束到所述信息載體去產(chǎn)生一束調(diào)制的物光束，此物光束含有至少一個所述全息圖信息。其特征是，在所述被調(diào)制的物光束的光路上插入一個光學解碼器并且從上述被調(diào)制的物光束中有選擇地消除全息圖的第一組或第二組信息，然后，再傳輸含有全息圖信息中沒被消除的第一組或第二組信息的解了碼的，已調(diào)制的物光束。
專利摘要
本發(fā)明所述照片的拍攝和重現(xiàn)方法，是把照片的照片基片上的一張全息圖重疊在這張照片上進行拍攝，比如，利用Lippmann——Bragg照相制版法，通過發(fā)自同一光源的一個物光束和一個參考光束，其中物光束含有對應(yīng)于此照片的振幅信息，并使相應(yīng)的成像在對應(yīng)于全息圖平面的感光底片上同時形成。成像光學系統(tǒng)的孔徑光闌含有全息圖中的物像。為了拍攝一個預定的相位干撓組合，要在孔徑光闌和全息圖平面之間插入一個光學相位調(diào)制器。
文檔編號G03H1/04GK85106369SQ85106369
公開日1987年3月18日 申請日期1985年8月24日
發(fā)明者岡瑟·道斯曼 申請人:卡爾·魯本伯格導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan