DE1497614A1

DE1497614A1 - Fotografische Speicher-Aufzeichnung von Informationen und Verfahren zur Herstellung solcher Aufzeichnungen

Info

Publication number: DE1497614A1
Application number: DE19661497614
Authority: DE
Inventors: Mueller Peter F
Original assignee: Technical Operations Inc
Current assignee: Technical Operations Inc
Priority date: 1965-12-01
Filing date: 1966-12-01
Publication date: 1969-07-10
Also published as: US3425770A; GB1167727A

Description

Patentanwalt Dipl. phys. Gerhard Liedl 1497614

Mönchen 22, Steinsdorfsfr. 21-22 Ed» ZweibfOdcenstr., Tel. 1984*2

C 3040

TECHNICAL OPERATIONS, INCORPORATED Burlington , Massachusetts / U.S.A.

Fotografische Speicher-Aufzeichnung von Informationen und Verfahren zur

Herstellung solcher Aufzeichnungen

Die Erfindung betrifft eine fotografische Speicher-Aufzeichnung von Informationen, bestehend aus einem zweidimensionalen fotografischen Aufzeichnungsmaterial, auf dem eine Mehrzahl von Bildern überlagert ist, und ein Verfahren zur Herstellung solcher Aufzeichnungen.

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Insbesondere betrifft die Erfindung die Speicherung verschiedener Bilder durch Überlagerung auf einer einzigen Fläche eines fotografischen Materials mit der Möglichkeit mit selektiver Auswertung.

Es ist bekannt, daß die meisten Arten von Materialien für die fotografische Speicherung, wie beispielsweise Mikrofilm, in der Lage sind, eine erheblich größere Informationsdichte auf einer gegebenen Oberfläche zu speichern, als die sonst gebräuchlichen Materialien. Da heutzutage Informationen in sehr großem Umfang auf Film gespeichert werden, sind die Kosten für Filme und deren Bearbeitung beträchtlich geworden und der Lagerraum sogar für Mikrofilm ist nicht unbedeutend. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein praktisches System zur Erhöhung der Speicherdichte auf fotografischen Materialien zu schaffen.

Dies wird dadurch erreicht, daß mit jedem aufgezeichneten Bild eine über das Bild sich erstreckende periodische Modulation verbunden ist, wobei die Modulation eine Raumperiodizität hat, die mindestens das Doppelte der höchsten, im zugehörigen Bild vorhandenen Raumperiodizität ist und so charakteristisch ist, daß durch eine Fouriertransformation und Raumfiltertechniken einzelne getrennte Bilder rekonstruiert werden können.

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Ein für die Zwecke der vorliegenden Erfindung geeignetes Material muß mindestens für eine bestimmte Zeitspanne lichtempfindlich sein, so daß ein Bild von unterschiedlicher Lichtintensität von dem Material aufgenommen und dort in irgendeiner Weise für eine lan gere Zeitspanne zurückgehalten wird. Fotografische und elektrofotografische Filme und Platten sind Beispiele hierfür.

Seit vielen Jahren sind umfassende Kenntnisse über Beugungsgitter vorhanden, die aus abwechselnd undurchsichtigen und durchsichtigen Strichen bestehen, sowie über die mit ihnen erzielten Beugungsbilder, in denen durch Lichtinterferenz aufeinanderfolgende helle und dunkle Gebiete erzeugt werden, die von der Periode des Gitters abhängen. Die hellen Gebiete werden Beugungsordnungen des Gitters genannt.

Mit der Geburt des Lasers hat ein steigendes Interesse auf dem Gebiet des kohärenten Lichtes große Fortschritte in der Kenntnis der Lichtbeugung mit sich gebracht. Es wurde gefunden, wie sie zustande kommt und welche Vorteile mit ihr erzielt werden können.

Wenn ein Beugungsgitter in der vorderen Brennebene einer Linse angeordnet ist und mit kollimiertem Licht von einer Punktquelle beleuchtet wird, erscheint das Beugungsbild in der hinteren Brennebene der Linse (Fourier-

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Transformationsebene genannt) als eine Reihe von Punkten, die sich iu einer Linie senkrecht zu den Strichen des Gitters um die optische Achse erstrecken. Wenn das Gitter in einer quer zur optischen Achse liegenden Ebene gedreht wird, dreht sich die Punktlinie mit dem Gitter und hält ihre rechtwinkelige Beziehung aufrecht. Daraus ergibt sich, daß Licht, welches durch ein Beugungsgitter fällt, in der Transformationsebene Lagen einnimmt, die für verschiedene Winkelstellungen des Gitters verschieden sind.

Wenn ein Objekt, wie beispielsweise ein fotografisches Transparent, in die Stellung des vorbeschriebenen Gitters gebracht wird, erscheint in der Transformationsebene ein Beugungsbild des Objektes, von dem jeder Teil Informationen des vollständigen Objektes trägt. Wenn nun das Gitter und das Objekt in der vorderen Brennebene einerLinse überlagert werden, erscheint ein Beugungsbild des Gitters zusammen mit dem Spektrum des Objektes in der Transformations ebene. So wird in jeder Beugungsordnung des Gitters ein Objektspektrum erhalten. Eine zweite Linse kann um ihre eigene Brennweite entfernt jenseits der beschriebenen Transformationsebene angeordnet sein und das Beugungsbild in das Bild des überlagerten Objektes und Gitters zurücktransformieren. Wenn dieses Bild auf einen Schirm in der hinteren Brennebene der zweiten Linse geworfen wird, hat eine in der Tranformationsebene angeordnete, undurchsichtige Abdeck-

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blende, die durchsichtige Öffnungen für das Durchtreten der Beugungso, nungen hat und groß genug ist, um das Objektspektrum, das in jeder Orel· nung zentriert ist, hindurchzulassen, keinen Einfluß auf das dargestellte Bild, Es ist weiterhin zu verstehen, daß nur ein Bild des Objektes, ohne die Darstellung des Gitters entsteht, wenn diese Abdeckblende lediglich eine der Beugungsordnungen (d.h. ein Objektspektrum) durchläßt. Dies kommt daher, daß die Abstände der Beugungsordnungen von der Gitterperiodizität abhängen. Wenn nur eine Ordnung hindurchgelassen wird, geht diese Perioden-Information verloren.

Die in der Tranformations ebene angeordnete Abdeckblende wird technisch "Raumfilter" genannt. Ein Raumfilter kann definiert werden als ein Objekt, das in der Fourier-Transformationsebene eines optischen Systems angeordnet ist, um die Amplitude und/oder Phase ausgewählter räumlicher Periodizitäten zu modifizieren. Bei der vorliegenden Erfindung bedeutet dieses "Modifizieren" ein Blockieren durch Absorption oder Reflexion aller außer den ausgewählten Beugungsordnungen längs ausgewählter Radien in der Transformationsebene.

Unter der Annahme, daß das vorbeschriebene Gitter vertikale Striche hatte, und daß ein zweites Bild multipliziert mit einem zweiten Gitter in der vorderen Brennebene einer ersten Linse angeordnet war, wobei

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die Gitterlinien um 45° gegen die Vertikale gedreht waren, kann das zweite Bildspektrum nicht durch die Abdeckblende in der Transformations ebene gehen, die so angeordnet ist, daß sie nur die Beugungsordnungen über der nullten Ordnung des vertikalen Gitters hindurchläßt, Wenn die Maske um 45° in die richtige Richtung gedreht ist, kann ein Bild des zweiten Objektes hindurchgehen.

Ih einem gewissen Umfang sind diese Dinge bekannt, Ein entsprechender Aufsatz mit dem Titel "Theta Modulation in Optics" von Armitage und Lohmann ist in der Zeitschrift Applied Optics, April 1965, Seiten 399 bis 403, erschienen. Armitage und Lohmanri beschreiben in ihrem Aufsatz verschiedene komplexe Wege der Aufspaltung eines Bildes in getrennte Teile in Abhängigkeit vom Winkel zwischen einem Beugungsbild und jedem der getrennten Teile.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wurde gefunden, daß eine Vielzahl von Bildern, von denen jedes periodisch moduliert worden ist, auf einem Fotospeichermaterial in einer Weise gespeichert werden kann, die es möglich macht, sie durch einfache und praktische optische Mittel wieder voneinander zu trennen. Im allgemeinen kann dies durchgeführt werden durch aufeinanderfolgendes Belichten einer Mehrzahl von Objekten , jedes dui ch ein Amplitudenbeugungsgitter auf dieselbe Fläche eines Fotospeicher -

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mediums, wobei das Gitter bei der Aufnahme jeden Objektes eine besot dere Winkelorientierung hat. Die Trennung der Bilder voneinander wurde durchgeführt mit Hilfe von Raumfiltern in einer Transformationsebene eines teilweise kohärenten optischen Systems, wobei die Beugungsspektren aller Bilder jeweils zusammengebracht wurden mit der Beugungsordnung des zugehörigen Gitters.

Für Objekte von nur zwei Dichtestufen wird die Erfindung in der Weise ausgeführt, daß ein Fotospeicher material in konventioneller Weise von einem ersten Objekt mit einem überlagerten Beugungsgitter belichtet wird. Danach wird derselbe Bereich des Fotospeichermaterials von einem zweiten Objekt mit einem überlagerten Beugungsgitter belichtet, dessen Striche um einen Winkel gegen die Belichtungsachse (und) in einer Ebene quer zur Belichtungsachse gedreht, belichtet werden. Weitere Belichtungen von zusätzlichen Objekten werden mit einem überlagerten Gitter gemacht, dessen Striche für jede weitere Belichtung um einen anderen Winkel in einer Ebene quer zur Belichtungsachse gedreht ist, Die Trennung der Bilder zur Aufzeichnung oder Darstellung wird durchgeführt in einem ,

System mit teilweise kohärentem Licht, das in der bereits beschriebenen \ Weise angeordnet ist mit einer Abdeckblende in der Transformationsebene, die mindestens eine im Winkel zur optischen Achse des Systems angeord- j nete Öffnung aufweist, durch die eine Beugungsordnung des Gitters zusam- i

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men mit dem jeweiligen öbjektspektrum hindurchtreten kann, das abgebildet werden soll. Dieselbe Art der Auswertung wird in jeder Anordnung der Erfindung verwendet, nur wird die Art der Durchführung der Belichtung und der Behandlung nach der Belichtung in Übereinstimmung mit den Eigenschaften der Objekte verändert.

Wenn es notwendig ist, mehr als zwei Dichteniveaus aufzuzeichnen, verarbeitet eine zweite allgemeine Einrichtung nach der Erfindung die aufgezeichneten Bilder, so daß die Amplitudenübertragung in das gespeicherte Bild bei der Aufzeichnung linear proportional zur Eingangs intensität ist.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung können der folgenden Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele entnommen werden. In dieser zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Kamerasystems für das Herstellen von fotografischen Aufnahmen nach der vorliegenden Er- | findung;

Fig. 2 ein Beugungsgitter für die Anwendung in der vorliegenden Erfindung:

^! Fig. 3 eine Folge von drei Aufnahmen, die mit der Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung gemacht wurden;

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Fig. 4 eine Projektion eines kohärenten optischen Systems für das Heraussuchen von gespeicherten Bildern gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5 ein Raumfilter für die Anwendung in der Transformationsebene des optischen Systems nach Fig. 4;

Fig. 6 eine graphische Darstellung der Dichte gegen den Logarithmus der Belichtung für eine Umkehrentwicklung gemäß einer zweiten Ausbildung der Erfindung j

Fig. 7 die graphische Darstellung eines Doppelnegativverfahrens, um Ergebnisse der Umkehrentwicklung nach Fig. 6 zu erhalten.

In jeder Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung werden die fotografischen Aufnahmen in ganz konventioneller Weise gemacht. Als Beleuchtung ist jede Quelle, wie sie für die normale Fotografie gebraucht wird, geeignet. Jedoch sind, wie noch dargestellt werden wird, einige Besonderheiten hinsichtlich der Art fotografischen Materials und der Verwendung von Schirmen und Gittern zu beachten.

Fig. 1 zeigt eine Kamera 10 mit einer fotografischen Platte 11. Ein objekt 12, das fotografiert werden soll, kann beispielsweise eine ge-

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druckte Seite sein. Es kann auch jedes andere übliche fotografische Objekt sein. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die fotografische Platte 11 dem Beugungsgitter 13 sowie dem Objekt ausgesetzt. Wenn das Objekt eine gedruckte Seite oder ein ähnlicher zweidimensionaler Gegenstand ist, kann das Gitter 13 unmittelbar nahe dem Objekt 12 angeordnet werden. Das Gitter 13 kann auch in unmittelbarer Nähe der fotografischen Platte 11 angeordnet werden, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist, oder Objekt 12 und Gitter 13 können optisch miteinander multipliziert werden, so daß ihr Produkt auf der fotografischen Platte 11 abgebildet wird. Für die Zwecke der Erfindung ist es kritisch, daß das Gitter und das Objekt auf dem Fotospeicher als Produkt und nicht als Summe abgebildet werden. Da es wünschenswert ist, die Bildauflösung auf eine Periodizität zu beschränken, die kleiner ist als die des Gitters, ist es gelegentlich vorzuziehen, das Gitter in der Nähe des Films anzuordnen. Dies erlaubt, die Kamera selbst für die Begrenzung der Bildauflösung zu verwenden. Die Bildauflösung kann begrenzt werden durch Festhalten der Kameralinse unten, durch Defokussierung oder durch Einführung eines körnigen Filters. \ .

' Das Beugungsgitter 13 ist in Fig. 2 mehr im einzelnen dargestellt. Es ist ein Amplitudengitter mit periodisch undurchsichtigen und durchsichti-

■j gen Streifen. Ein Amplitudengitter ist so definiert, daß es die Amplitude der einfallenden Welle ohne wesentliche Änderung ihrer Phase ändert.

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Da jedoch die Gitter nach der vorliegenden Erfindung mit inkohärentem Licht verwendet werden, ändern sie die Intensität. Der Begriff Amplitude, wie er hier und allgemein in der physikalischen Optik verwendet wird, ist eine Wellencharakteristik, die nicht genau auf inkohärentes Licht anwendbar ist. Daher würden die hier verwendeten Amplitudengitter die Amplitude von kohärentem Licht ändern; tatsächlich ändern sie jedoch die Intensität der inkohärenten fotografischen Aufnahmen, Ein Beugungsgitter ist definiert als eine Vorrichtung, die einer einfallenden Welle eine periodische Veränderung der Amplitude, Phase oder von beidem aufträgt. Ein kleiner Ausschnitt des Gitters 13 ist zum Zweck der besseren Darstellung vergrößert dargestellt, In dem vergrößerten Teil 15 sind schwarze Streifen 16 undurchsichtig, während schmale Streifen zwischen ihnen durchsichtig sind. Eine Periode des Gitters ist die Breite eines durchsichtigen Streifens plus der Breite eines undurchsichtigen Streifens.

Wahrscheinlich die gebräuchlichsten Beugungsgitter werden "Ronchi-Gitter" genannt, in denen die Breite der undurchsichtigen und der durchsichtigen Streifen gleich ist. Obwohl solche Ronchi-Gitter für die vorliegende Er- I findung verwendet werden können, hat es sich herausgestellt, daß es vor-

zuziehen ist, undurchsichtige Streifen zu verwenden, die breiter sind als

die durchsichtigen Streifen, wie dies in dem vergrößerten Abschnitt 15 ,

dargestellt ist.

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Die relativ schmalen durchsichtigen Streifen lassen mehr unbelichteten Film für zusätzliche Belichtung frei und verbreitern die Aperturbegrenzur^ (single apperture envelope limitation) der Beugungsgitterordnungen«

Der einfachste Typ eines Objektes, das fotografisch gespeichert werden soll, ist ein binäres Objekt, Binär ist hier zur Bezeichnung eines Objektes gebraucht, das nur zwei Dichteniveaus hat, beispielsweise eine gedruckte Seite schwarz auf: weiß. Farben bringen keinen Unterschied, aber es sollten nur zwei Dichteniveaus vorhanden sein, wie bei fotografischem Material. In der Praxis kann diese Bedingung verbessert werden durch Verwendung von geeignetem fotografischem Film und Verarbeitung auf ein hohes Gamma. Die Bezeichnung Gamma wird üblicherweise gebraucht, um die Neigung des geraden Teils der über dem Logarithmus der Belichtung aufgetragenen Dichtekurve zu bezeichnen.

Fig. 3 zeigt drei fotografische Aufnahmen von gedruckten Seiten, jede mit einem überlagerten Gitter. Die Gitter-Raumperiodizität sollte mindestens zweimal so groß sein wie die Bild-Raumbandbreite. Daher war in einem Beispiel die höchste Periodizität, die aufgelöst werden konnte, 6 Linienpaare pro mm und die Gitterperiodizität war 12 Linien pro mm, Ein Fotospeichermaterial (beispielsweise die fotografische Platte 11) wurde mit einer ersten gedruckten Seite mit dem Gitter 13 belichtet, bei dem die L.inien horizontal liefen, wie dies in Fig, 3A dargestellt ist. Obwohl diese*

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Fig. schematisch zeigt, daß die Gitterlinien den Text kreuzen, ist klar, daß dort, wo die undurchsichtigen Streifen 16 die Buchstaben des Textes kreuzen, das Bild der Buchstaben unterbrochen ist, d.h. das fotografische Büd des Textes wird nur dort aufgenommen, wo die durchsichtigen Streifen angeordnet sind. Auf derselben Fläche des Fotospeichermaterials wurde dann eine weitere Aufnahme eines zweiten gedruckten Objektes aufgenommen, wobei das Gitter um 60° gedreht war, wie dies in Fig. 3B dargestellt ist. Eine Aufnahme eines dritten gedruckten Objektes wurde dann mit einem um weitere 60 gedrehten Gitter gemacht, wie dies in Fig. 3C dargestellt ist. Der Film, der in diesem besonderen Beispiel verwendet worden ist, war eine Kodalith Ortho-Platte mit einem normalen Gamma größer als 4. "Kodalith" ist ein Warenzeichen der Eastman Kodak Company, Rochester, New York. Die fotografische Platte wurde normal behandelt und es wurde die Aufzeichnung von drei überlagerten Bildern erhalten, wie dies in Form des Transparentfilms 24, der im Rahmen 26 gehaltert ist, schematisch in Fig. 4 dargestellt ist.

Das Transparent 24 stellt das zusammengesetzte entwickelte fotografische Transparent dar, das aus der Belichtung eines fotoempfindlichen Materials ] mit den drei Belichtungen, die in Fig, 3A, B und C dargestellt sind, herge-

stellt wurde. Nur die unter den drei verschiedenen Winkeln laufenden Gittermodulationslinien sind in dem dargestellten Transparent tatsächlich

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gezeichnet worden. Das Transparent 24 ist trotzdem so zu betrachten, als enthielte es die Original-Objektinformation wie auch die Gitterinformation. Es ist zu bemerken, daß die Kodalith-Ortho-Platte wie auch andere Fotospeichermaterialien, die für die vorliegende Erfindung verwendet werden, im allgemeinen nur eine fotoempfindliche Schicht haben. Daher werden die drei überlagerten Bilder in derselben Fläche derselben Fotospeichers chicht gemischt,

Wie der Fig. 4 zu entnehmen ist, kann eine Fotografie 24, die verschiedene überlagerte Bilder enthält, nicht mit dem Auge lesbar sein, aber sie hat den Vorteil der größeren Speicherdichte. Wenn es gewünscht wird, diese gespeicherten Bilder einzeln zu betrachten, können sie voneinander getrennt werden und auf ein weiteres fotoempfindliches Material aufgezeichnet werden oder lediglich in irgendeiner Form für den Betrachter dargestellt werden.

Fig. 4 zeigt schematisch ein optisches System für die Betrachtung oder separate Aufzeichnung eines der verschiedenen Bilder, die in der vorbeschriebenen Weise überlagert worden sind. Fig. 4 zeigt ein gebräuchliches, teilweise kohärentes optisches System mit einer Lichtquelle 20, einer Lochblende 21, einer Kollimatorlinse 22, Sammellinsen 23 und 25, die im Abstand der Summe ihrer Brennweiten f- und f„ angeordnet sind, einem

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Rahmen 26 für die Aufnahme eines Objektes und eine Halterung 27 für die Aufnahme eines fotoempfindlichen Materials oder eines Projektionsschirms. Ein Raumfilter 28 ist zwischen den Linsen in der hinteren Brewebene der Linse 23 und der vorderen Brennebene der Linse 25 angeordnet, Zur Vereinfachung der Darstellung ist das Raumfilter 28 in einer festen Halterung dargestellt. Trotzdem ist ohne weiteres ersichtlich, daß das Raumfilter üblicherweise so montiert ist, daß es in einer Ebene quer zur optischen Achse des Systems gedreht werden kann. Feste Filter wie das dargestellte können ersetzt werden durch Filter, die Öffnungen an anderen festen Orten haben, um die Beugungsspektren der anderen Bilder hindurchgehen zu lassen.

Für die Zwecke der Erfindung sollte die Lichtquelle 20 intensiv sein und eine Bogenlampe oder ein Laser sind hierfür geeignet. Die beschriebenen Beispiele wurden mit einer Quecksilberbogenlampe durchgeführt. Die Lichtquelle braucht lediglich über einige Perioden der Gittermodulation in den im Transparent 24 gespeicherten Bildern kohärent sein, so daß die Lichtquelle, die aus einem Quecksilberbogen und der Lochapparatur 21 besteht, genügend kohärent ist. Dies ist die Bedeutung des Begriffs "teilweise kohärent", wie er hier verwendet wird.

,Die Lochblende 21 wird verwendet, um die Kohärenz des Lichtes zu erhöhen und die folgende Kollimatorlinse 22 ergibt einen kollimierten Strahl

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eines gewählten Durchmessers. Mit einem kollimierten Strahl ist die Entfernung zwischen dem Kollimator und dem Rest des Systems nicht mehr kritisch. Mit einem unkollimierten Strahl kann eine Vergrößerung oder Verkleinerung der Bildgröße erhalten werden.

Die Stellung des Filters 28 in der hinteren Brennebene der Linse 23 wird die Fourier-Transformationsebene genannt. Der kollimierte Strahl wird von der Kollimatorlinse 22 auf einen Brennpunkt auf der Transformationsebene fokussiert. Wenn der Strahl nicht kollimiert ist, muß das optische System so angeordnet sein, daß der Strahl trotzdem auf einen Brennpunkt in der Transformationsebene fokuaaert wird. Weitere optische Mittel können auch auf der Bildseite des Systems verwendet werden, um die Größe des Bildes zu vergrößern oder zu verkleinern.

Licht von der Quelle 20 muß in der Beleuchtungs ebene, in der ein im Rahmen 26 getragenes Objekt beleuchtet wird, mindestens teilweise kohä-

sein
rent/ Der notwendige Grad von Kohärenz ist abhängig von der Auflösung des Objektes. Vorzugsweise ist die Kohärenzlänge (die Entfernung zwischen zwei äußersten Punkten der Kohärenz in der Beleuchtungs ebene) gleich oder größer als 5 geteilt durch die höchste Periodizität im Objekt in Linien pro mm. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung kann angenommen werden, daß die Gitterperiodizität die höchte Periodizität ist. Wenn die

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Fotografie 24 (ein Transparent) im Rahmen 26 angeordnet ist, erschein! in der Transformationsebene ein Beugungsbild. Dieses Beugungsbild ist auf dem Filter 28 in Fig. 4 abgebildet. Das kollimierte Licht, das von dem Objekt nicht gestört ist, wird auf den Mittelpunkt der Transformations ebene als Punkt fokussiert, wie er als zentraler Beleuchtungspunkt 30 auf dem Filter 28 dargestellt ist. Dieser Punkt stellt die nullte Ordnung jedes Gitters dar und wird üblicherweise DC-Punkt genannt, Da dieser Punkt unabhängig von der Gitterorientierung ist, ist er allen Bildern 24, die in dem Objekt überlagert sind, gemeinsam. Einer der Zwecke des Raumfilters 28 ist es, den DC-Punkt abzuschirmen. Eine vertikale Reihe von Punkten 31 stellt die Beugungsordnungen des horizontalen Gitters in Beziehung auf die Aufnahme der Fig. 3A dar. Ausgehend von der Beugung nullter Ordnung in beiden Richtungen sind die 1., 2., 3», 4. und 5. Beugungsordnungen dargestellt.

Die Beugungsordnungen 32, die zur Aufnahme der Fig. 3B gehören, sind auf einer Geraden angeordnet, die 60° im Uhrzeigersinn gegen die Beugungsordnungen 31 gedreht ist, und die Beugungsordnungen 33, die zu einer Aufnahme in Fig. 3C gehören, sind in einer Linie angeordnet, die um 60° im Uhrzeigersinn gegen die Beugungsordnungen 32 gedreht ist.

Fig. 4 zeigt nur die Beugungsordnungen längs der primären Achsen der Beugung, lh der Praxis erscheinen hauptsächlich als Folge von Nicht-

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linearitäten des fotografischen Verfahrens Störprodukte (cross products) längs Achsen parallel zur primären Achse. Beim Abtrennen jedes spezilischen Bildes werden unerwünschte Interferenzen von diesen Störprodukten vorzugsweise verringert durch Auswahl der primären Beugungsordnung, die eine kleine Interferenz mit den Störprodukten hat,

In dem vorbeschriebenen binären System wurde das Heraussuchen durch Einschalten eines Raumfilters 28, wie es in Fig, 5 dargestellt ist, in die Transformationsebene von Fig. 4 erhalten. Das Filter 28 ist undurchsichtig bis auf eine Öffnung 35. Die Öffnung 35 ist so angeordnet, daß sie die dritte Beugungsordnung des Gitters mit 12 Linien pro mm hindurchläßt. Durch Drehung des Filters 28 in der Transformationsebene um die optische Achse des Systems kann die Öffnung 35 selektiv ein Beugungsbild dritter Ordnung von jeder der drei Aufnahmen, die in Fig. 3 dargestellt sind, durchlassen. Die Größe der Öffnung 35 ist bestimmt durch die Forderung, die vollständige dritte Beugungsordnung zusammen mit dem Bildspektrum durchzulassen.

Ein Bild von jeder der Aufnahmen nach Fig. 3 wurde auf der Unterlage 27 aufgezeichnet durch solche Anordnung der Filteröffnung 35, daß die dritte Beugungsordnung jedes Gitters zusammen mit dem Objektspektrum der zugehörigen Aufnahme hindurchgelassen wurde. Das aufgezeichnete Bild, das

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mit einer Auflösung von 6 Linien pro mm erhalten worden war, war su gut leserlich. Es gab Unterbrechungen in den Buchstaben, wo die Buchst a ben einer Aufnahme von Teilen von Buchstaben einer anderen Belichtung unterbrochen wurden. Es wird angenommen, daß diese Unterbrechungen von der Beugung von Licht in die Störproduktordnungen herkommen, die durch Kreuzung der Gitter striche im Objekt hervorgerufen werden.

Bezüglich der Fig. 4 ist festzustellen, daß die gedruckten Linien bei jeder Aufnahme in Bezug auf die Linien in anderen Aufnahmen gedreht sind. Dies wird gemacht, um die Zahl der Punkte, in denen sich Buchstaben von zwei oder mehr verschiedenen Aufnahmen tatsächlich überschneiden, zu verringern. Obwohl in Fig. 3 die gedruckten Linien als parallel mit den Gitterlinien in jeder Aufnahme dargestellt sind, ist dies nur aus Gründen der Vereinfachung der Darstellung gemacht. Die gedruckten Linien können ohne weiteres auch unter verschiedenen Winkeln zu den jeweiligen Gitterlinien bei jeder Aufnahme laufen.

Die Größe der tatsächlichen Verringerung einer gegebenen Bildauflösung kann immer reduziert werden durch Vergrößerung der Gitterfrequenz. Es muß jedoch daran erinnert werden, daß das verwendete Fotospeicher material stets das Gitter auflösen muß.

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Obwohl mehr Licht vom Bild auf der Unterlage 27 erhalten werden kam wenn mehr Gitterbeugungsordnungen durchgelassen werden, ergibt dieses eine zusätzliche Belastung des optischen Systems, wenn eine exakte Bildregistrierung auf der Auffangebene erhalten werden soll. Das Durchlassen anderer Beugungsordnungen bringt außerdem Streifen mit sich, die von den Gittern auf der Auffangebene erhalten werden» Mit hohen Frequenzstreifen oder einem niedrig auflösenden Aufzeichnungsmaterial auf der Unterlage 27 können jedoch die Streifen unsichtbar gemacht werden.

Die maximale Anzahl von überlagerten binären Bildern einer gegebenen Auflösung, die nach der vorliegenden Methode gespeichert werden können, ist begrenzt durch das Auflösungsvermögen des Speicher materials. Wenn daher das Speichermaterial ein Auflösungsvermögen von 180 Linien pro mm hat, kann das Gitter nicht 180 Linien pro mm übersteigen und die gespeicherten Bilder müssen beschränkt werden auf die Hälfte der Gitterfrequenz, das ist nicht mehr als 90 Linien pro mm. Dies alles unter der Annahme, daß die Beugungsordnungen sich virtuell berühren können und im besten Fall 3n separate Bilder erhalten werden können, in der η-ten Beugungsordnung. Ob man von einer gegebenen Ordnung ausgehen kann, hängt vom optischen System ab. Die Linse 23 in Fig. 4 muß einen Durchmesser haben, der dem maximalen Durchmesser des Objektes im Rahmen 26 plus dem Abstand vom Mittelpunkt zum Mittelpunkt in der Transformations ebene

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zwischen dem DC-Punkt 30 und der Beugungsordnung entspricht, die fin die Reproduktion gewählt wird.

Wenn die vorgenannten Umstände gegeben sind und ein kohärentes optisches System,geeignet für das Arbeiten mit der fünften Ordnung vorhanden ist, kann die Zahl der verfügbaren Speicherräume durch Verkleinerung der Auflösung der gespeicherten Bilder unter 90 Linien pro mm vergrößert werden. Mit verringerter Auflösung werden die Beugungspunkte kleiner und lassen zusätzlichen Raum zwischen sich frei. Wenn daher der Durchmesser des Bildspektrums halbiert werden kann, wird der Speicherraum verdoppelt.

Das vorbeschriebene System arbeitet gut mit binären Bildern, Wenn jedoch die Anzahl der Dichteniveaus auf mehr als zwei vergrößert wird, tritt eine schwerwiegende Verschlechterung des Bildes auf, Daher müssen, wenn beispielsweise kontinuierliche Töne gespeichert werden sollen, zusätzliche Maßnahmen ergriffen werden.

Die meisten Bildverschlechterungen treten auf als Ergebnis der Störprodukte.

Es wurde mathematisch gefunden, daß die Störprodukte eliminiert werden könnten durch eine Amplitudenübertragung des Objekt-Transparents, die

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linear proportional zur Eingangsintensität ist, mit der die Aufnahme ^e macht wurde. Um dies zu erhalten, wird eine Analyse der Dichtekurve über der logarithmischen Belichtungskurve für das fotografische Material benötigt. Eine übliche. Gleichung für die Intensitätsübertragung eines fotografischen Transparentes ist:

-Y
T_T(x) - KI(x)

-D_h -γ

K = 10 ^D (t/E_Q)

Die Amplitudenübertragung für das Transparent kann angenommen werden als _ γ

T (χ) = /T (χ) = /ΚΙ(χ)

dabei ist

T_T(x) die Ihtensitätsübertragung

K eine Konstante

I(x) die Mensitätsverteilung eines Bildes, die durch gleich

mäßige Beleuchtung des Transparentes erhalten wird

Y die Neigung der Dichtekurve in Abhängigkeit vom Loga

rithmus der Belichtung

E(x) die dem fotografiechea Material aufgeprägte Belichtung

D, die Grunddichte des fotografischen Materials

t die Belichtungszeit

E_Q die Schwellenbelichtungszeit, die benötigt wird, um einen

Dichtezuwachs über die Grunddichte D, zu erhalten

T. (x) die Amplitudenübertragung.

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Die Gleichung für die Amplitudenübertragung kann linear zur .Eingangs intensitäts-Übertragung durch Festlegen von Gamma auf -2 gemacht w

Es muß jedoch beachtet werden, daß daher zur Erzielung eines wirklichen Effektes das Gamma auch konstant sein muß. Beispielsweise wird es wesentlich, daß keine Bildbelichtung in einem nichtlinearen Teil der Dichtekurve gemacht wird.

Bei der Behandlung der Bilder für ein konstantes Gamma von -2 ist es notwendig, dieses Gamma vom kohärenten optischen System abhängig zu machen. Es wurde gefunden, daß die gegen logarithmische Belichtung aufgetragene, gemessene Dichtekurve mit den Bedingungen der Messung sich ändert, Daher sind mit einem Densitometer oder Mikrodensitometer gemessene Kurven in einem kohärenten System alle verschieden. Diese Differenzen treten offensichtlich infolge von Differenzen in diffuser und spektraler Dichte auf, die wiederum vom Korn der fotografischen Emulsion abhängen. Für die vorliegende Erfindung muß das Gamma bestimmt werden durch Messung in einem kohärenten optischen System, wie es verwendet wird, um die Bilder zu trennen und darzustellen. Die folgenden beiden Beispiele stellen spezifische Methoden dar, die bei der Durchführung der Erfindung verwendet wurden.

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Beispiel 1

Drei Aufnahmen wurden unter denselben Bedingungen gemacht, wie sie für das binäre Bildspeicher system im vorstehenden beschrieben worden sind» Dieselben Gitter mit 12 Linien pro mm wurden verwendet und die Objekte hatten maximale Raumperiodizitäten von 6 Linien pro mm. Die fotografische Platte, die in der Kamera verwendet wurde, hatte eine gegen die logarithmische Belichtung aufgetragene Umkehrentwicklungsdichtekurve mit einem Gamma von -2, wie dies in Fig. 6 dargestellt ist. Die Platte wurde gleichmäßig vorbelichtet, so daß die Objektbelichtung in den geraden Teil der Belichtungskurve fiel. Die maximale vollständige Belichtung wurde begrenzt, so daß dabei der gerade Teil der Kurve auch nicht verlassen wurde.

Die drei Bilder mit kontinuierlichem Ton wurden getrennt ausgewertet in dem kohärenten System der Fig. 4 mit einem Raumfilter 28, durch das ein Beugungsspektrum jeweils der dritten Ordnung hindurchgelassen wurde. Die dargestellten Bilder waren von sehr guter Qualität mit nur ganz schwachen Geistern der anderen Bilder, die nur durch genaue Prüfung beobachtbar waren,

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Beispiel 2

Die Aufnahmen wurden wie in Beispiel 1 gemacht, jedoch wurde ein FiItverwendet, der auf ein Gamma von 1/2 eingestellt war, wie dies durch die Kurve 41 in Fig. 7 dargestellt ist. Wieder wurde der Film· gleichmäßig vorbelichtet, um den nichtlinearen Fußteil der Belichtungskurve auszuschalten und die maximale Belichtung wurde ebenfalls begrenzt, um innerhalb des geradlinigen Teils der Kurve zu bleiben. Dieser Film wurde normal behandelt, dann wurde eine Projektion auf eine hochauflösende Platte mit einem normalen Gamma von 4 gemacht, wie dies durch die Kurve 42 in Fig, 7 dargestellt ist. Wieder wurde eine normale Behandlung durchgeführt und das Ergebnis war ein Transparent, wie es Kurve 43 in Fig. 4 zeigt mit einer Dichte, die gleich dem Quadrat der Eingangsintensität war, wie ebenfalls aus Fig. 4 hervorgeht. Dieses Transparent wurde wie vorher und mit ähnlichen Ergebnissen in einem kohärenten System dargestellt.

Bei der Aufzeichnung von Bildern mit einer Amplitude, die linear proportional zur Eingangsintensität ist, wurde gefunden, daß Veränderungen in der optischen Dicke des aufzeichnenden Materials (einige hervorgerufen durch die Behandlung) die Linearität beeinflussen und bei der Auswertung eine Bildverschlechterung hervorrufen. Diese Veränderungen werden verringert durch Verwendung eines sogenannten "flüssigen Tors", Eine Flüssigkeit mit einem Brechungsindex, der dem des Aufzeichnungsmediums

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nahekommt, wird auf eine oder beide Seiten des fotospeichernden Mater ι -. aufgebrachte Wenn das Aufzeichnungsmaterial ein Substrat aufweist, das die Oberfläche frei von Veränderungen hält, muß nur die freie Oberfläche der Aufzeichnungsschicht mit Flüsskeit bedeckt sein. Für die meisten fotografischen Emulsionen muß die Flüssigkeit einen Brechungsindex von etwa 1,4 bis 1, 5 haben, Eine geeignete Flüssigkeit ist n-Dibutylphthalat. Xylol wurde ebenfalls verwendet. Das Einbringen des Aufzeichnungsmediums zwischen Glas, so daß der Flüssigkeitsüberzug dazwischen liegt, ergibt einen langdauernden Schutz und Stabilität für das Flüssigkeitstor.

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Claims

14976H Patentansprüche

1. Fotografische Speicher-Aufzeichnung von Informationen, bestehend aus einem zweidimensionalen fotografischen Aufzeichnungsmaterial, auf dem eine Mehrzahl von Bildern überlagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß mit jedem aufgezeichneten Bild eine über das Bild sich erstreckende periodische Modulation verbunden ist, wobei die Modulation eine Raumperiodizität hat, die mindestens das Doppelte der höchsten im zugehörigen Bild vorhandenenRaumperiodizität ist und so charakteristisch ist, daß durch eine Fouriertransformation und Raumfiltertechniken einzelne getrennte Bilder rekonstruiert werden können.

2. Aufzeichnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der periodischen Modulationen das aufgezeichnete Bild eines Beugungsgitters (13) ist, welches das das Bild erzeugende Licht modulierte.

3. Aufzeichnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die eigenartige Charakteristik die Richtung der Striche jedes Gitters (13) in der Aufzeichnung ist.

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H976H.

4. Aufzeichnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch j * kennzeichnet, daß das Medium aus einer einzelnen Schicht eines fotografischen Speichermaterials besteht und das Bild oder die,Bilder in dieser Schicht direkt überlagert sind.

5. Aufzeichnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche in Form eines fotografischen Transparentes, dadurch gekennzeichnet, daß es bei Beleuchtung mit Licht einer gleichmäßigen Amplitude eine Lichtdur chlässigkeitsamplitude aufweist, die linear proportional zu der Eingangsintensität des Lichtes ist, das die zugehörigen Bilder erzeugt hat,

6. Aufzeichnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der Bilder in im wesentlichen kondinuierlichemTon aufgezeichnet ist.

7. Aufzeichnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Bilder und seine zugehörige Modulation in einem Bild aufgezeichnet ist, das beschränkt ist auf zwei Dichteniyeaus.

8. Aufzeichnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gitter zusammengesetzt ist aus abwechselnden Strichen geringer und größerer Durchlässigkeit, wobei die letzteren schmäler sind als die ersteren.

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9. Aufzeichnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Bild und seine zugehörige Modulation als Produkt in dem Fotospeichermaterial aufgezeichnet sind und diese Produkte im Fotospeichermaterial addiert sind.

10. Verfahren zur Herstellung eines fotogespeicherten Materials nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein fotografisches Speichermaterial (11) nacheinander durch je eine Lichtmodulationsvorrichtung (13)mit verschiedenen Bildern belichtet wird, die den Bildern eine eigenartige Modulation hinzufügt.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß jede Aufnahme durch ein Beugungsgitter (13) als Lichtmodulationsvorrichtung gemacht wird, wobei die Striche (16) des Beugungsgitters für jede getrennte Aufnahme in einer bestimmten Richtung orientiert sind.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtmodulationsvorrichtung (13) bei der Aufnahme über der ganzen Fläche in Berührung mit dem Fotospeichermaterial (12) ist.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß Aufnahmen nur von Objekten (12) mit zwei Dichteniveaus gemacht werden und das Speichermaterial (11) so behandelt wird, daß ein Transparent (26) mit nur zwei Dichteniveaus entsteht.

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14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, gekennzeichnet durch eine solche Durchführung, daß ein Transparent ,· bei Beleuchtung mit Licht gleicher Amplitude eine Amplitudendurchlässigkeit aufweist, die linear proportional der Eingangsintensität ist.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der linearen Amplitudendurchlässigkeit ein konstantes Gamma von -2 eingehalten wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das konstante Gamma von -2 erhalten wird durch Verwendung eines Fotospeicher materials, das bei der Umkehrentwicklung ein Gamma von -2 hat und durch schwache Vorbelichtung des Materials, um den nichtlinearen Fuß der H- und D-Kurve des Materials zu überschreiten und durch solche Beschränkung der Belichtung, daß die maximale Belichtung in jedem Punkt den linearen Teil der H- und D-Kurve nicht übersteigt.

17. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das konstante Gamma von -2 erhalten wird durch Belichtung des fotoempfindlichen Materials mit einem zweiten Material, wobei beide Materialien Gammas haben, die ein Gamma von -2 ergeben als Resultat eines Doppelnegativverfahrens und durch Steuerung jeder Belichtung so, daß diese in den linearen Teilen der H- und D-Kurven der Materialien bleiben.

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Ί4976Η

3Λ

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Belichtung mit inkohärentem Licht durchgeführt wird.

19. Verfahren für die Wiederherstellung eines einzelnen Bildes aus dem Fotospeichermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung von räumlich getrennten Spektren der einzelnen Bilder in einer Fourier-Transformationsebene die Aufzeichnung mit Licht beleuchtet wird, das über mindestens einige Perioden der Modulation kohärent ist, und daß dieses aus diesen Spektren durch räumliches Filtern ausgesondert und daraus das entsprechende Bild rekonstruiert wird.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die nullte Ordnung jedes Gitters ausgeblendet wird und das ausgewählte Büdspektrum dasjenige ist, welches mit einer höheren Beugungsordnung des zugehörigen Modulationsgitters zusammenfällt.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohärenzlänge des beleuchteten Lichts gleich oder größer ist als 5 geteilt durch die maximale räumliche Gitterperiodizität, die in der Aufzeichnung gespeichert ist, ausgedrückt in Linien pro Millimeter.

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Ί4976H.

22. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung von optischen Phasenänderungen als Folge von Nichtgleichmäßigkeiten der Oberfläche des Aufzeichnungsmaterials die Aufzeichnung mit einer Flüssigkeit überzogen wird, die im wesentlichen denselben Brechungsindex hat wie die Aufzeichnung.

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