DE1547366A1 - Fotographisches Informationsspeicherverfahren - Google Patents

Fotographisches Informationsspeicherverfahren

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DE1547366A1
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    • G11C13/042—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00 using optical elements ; using other beam accessed elements, e.g. electron or ion beam using information stored in the form of interference pattern
    • G—PHYSICS
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    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D15/00—Component parts of recorders for measuring arrangements not specially adapted for a specific variable
    • G01D15/14—Optical recording elements; Recording elements using X-or nuclear radiation
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/26—Processes or apparatus specially adapted to produce multiple sub- holograms or to obtain images from them, e.g. multicolour technique
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06K—GRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
    • G06K1/00—Methods or arrangements for marking the record carrier in digital fashion
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Description

International Business Machines Corporation, Armonk 10504·, W.Y. / USA __.
Potographiscb.es Informationsspeicherverfahren»
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur fotographischen Speicherung von Informationen, bei dem in einer Emulsion durch eine stehende elektromagnetische Welle eine durch eine elektromagnetische Welle zugeordneter Wellenlänge und Richtung abtastbare periodische Struktur erzeugt wird.
In der USA-Patentschrift 3 107 170 ist ein Verfahren der eingangs genannten Art beschrieben, das schon auf die Anfänge der Potographie zurückgeht. Bei diesem Verfahren wird eine stehende Welle in einer transparenten fotoempfindlichen Emulsion erzeugt. Die stehende Welle entsteht durch Interference und löst an den Bnergiemaxima das Ausfallen von metallischem Silber in der Emulsion aus. Das ausgefallene Silber bildet periodische Strukturen, die im reflektierten Licht betrachtet werden können, weil sie nur die belichtende Wellenlänge reflektieren . Bei diesem bekannten Verfahren wird der einfallende Lichtstrahl an einer Quecksilberschicht, die auf der Rückseite der Emulsion in unmittelbarem
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Xontakt mit der Emulsion steht, reflektiert und der ein- * fallende Lichtstrahl interferiert mit de» reflektierten Lichtstrahl, so daß sich die stehende Welle ausbildet. Dieses bekannte Verfahren ist kommerziell nicht verwertbar, veil es mit tragbarem Aufwand nicht möglich ist, die Quecksilberschicht in der geschilderten Weise anzubringen. Es hat daher nur Anwendung im Rahmen von Laborversuchen gefunden.
Heute stehen, zum Beispiel in Form von Laser, Lichtquellen zur Verfügung, die kohärentes Licht abstrahlen, so daß es ohne weiteres möglich ist, in einer Emulsion eine stehende Welle zu erzeugen, Qhne daß dazu eine reflektierende Fläche in unmittelbarem Kontakt mit der Emulsion erforderlich itt. Die kohärenten Wellenzüge der modernen Lichtquellen sind so lang, daß es ohne weiteres möglich ist, die ReiMektionsfläche in beträchtlichem Abstand hinter der Emulsion anzuordnen, ohne daß dadurch die Ausbildung einer stehenden Welle beeinträchtigt wird.
Das eingangs beschriebene Verfahren läßt sich also mit modernen Mitteln kommerzialisieren, weil es nicht mehr nötig ist, die Reflektionsfläche unmittelbar an der Emulsion anzubringen. j
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß die Informationen möglichst komprimiert gespeichert werden können.
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Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß durch mehrere stehend« Wellen verschiedener Einfallsrichtung mehrere periodische Strukturen, die im Winkel zueinander, entsprechend den verschiedenen Einfallsrichtungen, im gleichen Emulsionsbezirk sich räumlich überlagernd nach Maßgabe der su speichernden Informationen erzeugt werden.
Bei Verfahren der hier infrage stehenden Art ist die räumliche Orientierung der periodischen Struktur von der räumlichen Orientierung der stehenden Welle bedingt. Die räumliche Orientierung der stehenden Welle ist bei dem bekannten Verfahren wegen der auf die Emulsion aufgebrachten Reflektionsflache gegenüber der Emulison festgelegt. Diese Einschränkung besteht nicht mehr» wenn die Reflektionsflache im Abstand von der Emulsion angeordnet sein kann. Diesen Umstand macht sich die Erfindung zunutze, indem sie in ein* und demselben Bezirk, in welchem nach dem bekannten Verfahren nur eine einzige in der vorbestimmten Orientierung angeordnete Struktur untergebracht werden konnte, mehrere Strukturen verschiedener Orientierung unterbringt und dadurch .die Speicherkapazität des betreffenden Bezirkes entsprechend erhöht.
Man kann auf diese Weise in ein- und demselben Emulionsbezirk durch stehende Wellen gleicher Wellenlänge verschieden orientierte periodische Strukturen erzeugen, denen jeweils
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verschiedene Informationen zugeordnet sein können.
Die Periodizitat einer solchen periodischen Struktur ist durch die Wellenlänge der erzeugenden stehenden Welle gegeben. Durch stehende Wellen unterschiedlicher Wellenlänge mit gleicher Einfallsrichtung kann «an sich räumlich über» lagernde periodische Strukturen unterschiedlicher Periodizitat erzeugen, denen verschiedene Informationen zugeordnet sein können. Auf diese Weise ist es möglich, einer bestimmten Orientierung in einem bestimmten Emulsionsbezirk mehrere verschiedene Informationen zuzuordnen, wodurch eine «eitere Kompression der Speicherung erzielbar ist. verbindet man diese beiden Möglichkeiten, dann ergibt sich eine zveifach mannigfaltige Vervielfachung der Speichermöglichkeiten in einem Bezirk, nämlich dadurch, daß man jeder Orientierung mehrere Strukturen, also mehrere Informationen, zuordnet und in ein- und demselben Bezirk mehrere solche Orientierungen vorsieht. Diese Ausgestaltung des erfinderischen Verfahrens gestattet also eine außerordentliche Erhöhung der Speicherkapazität eines vorgegebenen Emulsionsbezirkes.
Zur Erzeugung von stehenden Wellen unterschiedlicher Orientierung in einer Emulsion könnte man bei feststehender Emulsion die optischen Einrichtungen zur Erzeugung der stehenden Welle drehen. Dies erfordert aber unter umständen beträchtliche Mittel zum Drehen der optischen Gerätschaften.
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Einfacher ist es, gemäß einer Weiterbildung der Erfindung die Strukturen unterschiedlicher Winkellage, beziehungsveise Orientierung, durch Drehen der Emulsion gegenüber .-. der stehenden Welle zu erzeugen.
Die Abtastung einer Speicherung nach den beschriebenen, erfinderischen Verfahren kann auf verschiedene Weise erfolgen. Sin bevorzugtes Abtastverfahren zur Abtastung von Strukturen gleicher Periodizität ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Abtaststrahl der Komponenten, der den Strukturen zugeordneten Wellenlängen enthalt,auf den Emulsionsbezirk gerichtet wird, und daß die unter einer Winkellage entsprechend der Orientierung der jeweils betreffenden struktur ausfallenden reflektierten Strahlen vermessen werden. Bin anderes, bevorzugtes Abtastverfahren für Strukturen gleicher Periodizität ist dadurch gekennzeichnet, daß mehrere "Abtaststrahlen jeweils nach Sichtung und Winkellage den einzelnen abzutastenden Strukturen zügeordnet auf den Emulsidnsbezirk gerichtet werden derart, daß alle reflektierten Strahlen mit der gleichen Richtung in einem einzigen Ausfallstrahl ausfallen» der dann nach seinen Welienlängenanteilen vermessen wird. Bei dem zuletzt erwähnten Abtastverfahren entsteht nur ein einziger Ausfallstrahl mit Komponenten verschiedener Wellenlängen. Um diesen Ausfallstrahl nach Maßgabe seiner verschiedenen Wellenlängenanteile zu vermessen, empfiehlt es sich, den Ausfailstrahl in seine Anteile gleicher Wellenlänge zunächst zu zerlegen und erst dann die zerlegten Strahlen zu vermessen. Diese
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Zerlegung kann durch Reflektion an einem Gitter erfolgen.
Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
Figur 1 eine Emulsion mit einem stehenden
Wellenzug zur Erläuterung der Grundzüge der Erfindung,
Figur 2 ebenfalls eine Emulsion , mit
mehreren stehenden Wellenzügen,
Figur 3 eine Anordnung zur Erzeugung
periodischer Strukturen unterschiedlicher Winkellage in einer Emulsion,
Figur 4 eine Anordnung zum Auslesen einer
Speicherung nach der Erfindung,
Figur 5 eine andere Anordnung zur Auslesung
einer Speicherung nach Figur 3 und
Figur 6 eine Abänderung der Anordnung nach
Figur 5»
Bei einem Ausführungsbeispiel, das zur Erläuterung der Erfindung ausgewählt wird, ist eine Silberhalogenemulsion , zum Beispiel Silberbromid, vorgesehen, die als Aufzeichnungsmedium dient. Lichtquelle ist ein Laser, das kohärentes Licht abstrahlt. Die abgestrahlte Wellenenergie interferiert mit der reflektierten, so daß eine stehende Welle erzeugt.
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wird« d#en Energiemaxima die Emulsion beeinflussen.
Wie aus Figur 1 ersichtlich, wird in der Emulsion E in einem bestj^mmten Bezirk C eine stehende Welle erzeugt, und zwar durch qinen kohärenten Wellenzug A, der die Emulsion durchsetzt und an dem Reflektor R wieder in die Einfallsrichtung zurück reflektiert wird. An den Knotenpunkten der stehenden Welle ist die Energie Kuli· Im Bereich der Reflektionsflache befindet sich eine solche IhotenfJäche. Weitere Xnotenflachen liegen parallel dazu im Abstand einer halben Langenwell·. Zwischen den tnotenflachen liegen Flächen »it Energienaxima, die ebenfalls im Abstand einer halben Wellenlange zueinander liegen. In den Energiemaxiaa wird das Silberhalogenid »erstört, so daß es im Rahmen eines üblichen fotograpbischen Entwicklungsprozesses metallisches Silber ausscheidet. Die Silberteilchen liegen dann in Flächen S, die sich senkrecht tür optischen Achse der stehenden Welle erstrecken und bilden eine periodische Struktur in dem Aufzeichnungsmedium, die Wellenenergie von der gleichen Halbwellenlänge reflektiert. Die Reflektionseigenschaf ten beziehen sich unter Umständen auf eine geringfügig andere Wellenlänge wegen der Schrumpfungen der Emulsion.
Nach Figur 2 wird entlang der optischen Achsen Al, A2, AS Wellenenergie kohärenten Lichtes unter ver-
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schiedenen Einfallswinkeln O1, θ 2, θ3, besogen auf ; die Normale X—»X auf die Emulsion B1 gerichtet· Diese wellenstrahlen werden in den optischen Achsen A,, A2, A3 durch Reflektoren R1, R2, R3 reflektiert. Auf dies· Weise entstehen Interferencen entlang der optischen Achse· Diese Interferencen führen dazu, das reflektierende Partikelchen aus der Emulsion ausgefällt verden,und «war im Bereich von Flächen S1, S2, S3 normal zu den betreffenden optischen Achsen. Die Flächen S1, S2, -S3 gehören zu Serien von Flächen, die jeweils eine periodische Struktur bilden. Bei der fotographischen Entwicklung fällt, wenn es sich bei der Emulsion um Silberhalogenid handelt, metallisches Silber aus, das diese periodischen Strukturen bildet. Die einseinen periodischen Strukturen sind entsprechend den Einfallsrichtungen gem&ß den optischen Achsen A1, A2, A3 im Winkel zueinander orientiert.
Xn Figur 3 ist eine bevorzugte Ausführungsform tür Anwendung des erfinderischen Verfahrens dargestellt, die zur Auf seichnung nach der Erfindung dient. Oemäfi Figur 3 ist mit 1 ein Laser bezeichnet, der kohärente Wellenzüge einer einsigen Wellenlänge abstrahlt und auf einen Spiegel 2 gerichtet ist, so daß der abgestrahlte Strahl mit dem reflektierten eine stehende Welle bildet. Das Aufzeichnungsmedium ist ein Film 3 mit einer fotosensitiven Emulsion, der zwischen dem Laser 1 und dem Spiegel 2 in der Nähe des
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Spiegels montiert ist» so daß die stehende Welle die Emulsion durchsetzt, vie auch in Figur 2, durchsetzen die stehenden Wellen den PiIm in verschiedenen Richtungen, und zu diesem Zweck ist der Film drehbar, beziehungsweise schwenkbar, gegenüber den Laser und dem Spiegel 2 gelagert. In jeder Winkelposition des Films durchsetzt die Laserstrahlung die Emulsion, bezogen auf die Emulsion in einer anderen Richtung, und es entsteht eine periodische Struktur, die entsprechend dieser Richtung orientiert ist. Bei Aufzeichnungen nach der Erfindung werden in einem Bezirk eines solchen Films sehr viele solche Strukturen erzeugt, und jeder dieser Struktur sind Informationen zugeordnet· Die Anzahl der Strukturen, die dabei gespeichert werden kan, hängt ab von der Dicke der Emulsion, dem Abstand der den Flächen S1, S2 und S*entsprechenden Flächen, der Transparenz der Emulsion und
Jede Fläche der periodischen Struktur wird durch metallische Silberpartikelchen gebildet, die in den stellen der Snergiemaxima der stehenden Welle ausfällen» Jede periodische . Struktur reflektiert eingestrahlte Wellenengerie, deren Halbwellenlänge dem Abstand der Flächen, bezogen auf die Flächennormale, entspricht. Wenn man die Wellenenergie in verschiedenen Richtungen einfallen läßt, ist es möglich »mit ein- und derselben Lichtquelle oder ein- und derselben Wellenlänge mehrere Aufzeichnungen im gleichen Bezirk Tortunehaen.
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Bs ist natürlich auch möglich, verschiedene Wellenlängen " zur Aufzeichnung vorzusehen und diese zusätzlich in verschiedenen Sichtungen einzustrahlen, so daß sich die Aufzeichnungsmöglichkeiten in einen Bezirk noch veiter vermehren· · -■·■ ·
Beim praktischen Anvendungsfall zur Aufzeichnung binärer Bits nach der Erfindung wurde ein Helium-Meon-Qaslaser als !lichtquelle verwendet, das kohärentes Licht mit der Wellenlänge 6328 AnstrSm abstrahlt. Die Emulsion var die von der Firma Eastman Kodak unter der lypenbeseichnung 649P vertriebene. Bei der Aufzeichnung binärer Bits nach der Erfindung können in jedem Bezirk des Filmes mehrere periodische Strukturen aufgebaut «erden, von denen jede einem Informationsbit entspricht.
Die Anwendung der Erfindung ist nicht beschränkt auf die Aufzeichnung von Inforaationebits, und sie ist auch nicht beschränkt auf die Anwendung in Verbindung mit einem Laserstrahl, wiewohl Laserstrahlen in Verbindung mit der Erfindung besonders vorteilhaft anwendbar sind, weil sie lange kohärente Vellenzttge zu erzeugen gestatten. .
Honoehrcoatiich kohärentes Licht, wie es zum Beispiel von
eine« Laser abgestrahlt wird, ist auch aus anderen Gründen vorteilhaft in Verbindung mit der Erfindung anwendbar, weil
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diese Lichtstrahlen/sehr eng gebündelt sein können und mithin auf einen sehr kleinen Bezirk gerichtet sein können, so daß die einzelnen Bezirke nur geringe Flächenausdehnung haben müssen. ·
Venn . «an umfangreichere Informationen, vie zum Beispiel Bilder oder Zeichnungen, speichern will, dann ergibt sich , bei Vervendung «Ines Laserstrahls in Verbindung mit der Erfindung die Möglichkeit, diese umfangreichen Informationen weitgehend su komprimieren. In einem solchen Fall oder ähnlichem empfiehlt es sich, eine Maske oder dergleichen su verwenden, die vor der Emulsion, beziehungsweise dem ; Aufseichnungsmedium angeordnet ist und einen entsprechenden Teil des aufzeichnenden Wellenzuges von dem Medium ausblendet·
Die nach der Erfindung aufgezeichneten Informationen verden über elektromagnetische Wellenstrahlung entsprechender ; Wellenlange abgetastet» wobei diese Strahlung auf das Medium gerichtet ist und die Energie des das Medium durchsetzenden oder des reflektierten Strahls, die von den zugehörigen periodischen Strukturen abhängt, vermessen wird.
m Figur 4 ist mit 10 ein Aufzeichnungsmedium bezeichnet, ! in dem periodische Strukturen wie beschrieben aufgebaut ! sind. Fur jede Serie von Fischen ist in Figur 4 eine einzige Linie eingezeichnet. Es sind insgesamt vier Serien vorge-
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sehen» denen die Linien S1, S^, S3 und S4 entsprechen. Aus der diese verschiedenen Strukturen durchsetzenden Wellen·*» energie «erden nur Wellen mit einer Wellenlänge doppelt so lang vie der periodische Abstand innerhalb einer periodisehen Struktur reflektiert· Ein Wellenzug, der, vie nach Figur 1 und 2„die Wellenlänge; A hat und «it einem Winkel β 1, bezogen auf die Linie X—X» eingestrahlt vird, ist in Phase mit der periodischen Struktur gemäß der Linie S1 und vird in der gleichen Sichtung reflektiert. Demzufolge vird beim Auslesen eine Lichtquelle» zum Beispiel ein Laser, mit der entsprechenden Wellenlänge senkrecht auf die Flächen der periodischen Strukturen gerichtet und aus der reflektierten Welle ergibt sich dann die Aufzeichnung. Die beim Ablesen verwendete Wellenlange kann auch geringfügig von der uriprünglichen abweichen, um Schrumpfungen in der emulsion zu kompensi«
nach Figur 4 ,vird mn Auslesen Wellenenergie nur «ntl*ng der Linie X-X auf das Aufzeichnungsmedium 10 gerichtet, um damit alle periodischen Strukturen» die Informationen repräsentieren, und in dem betraf fanden Besirk vorhanden sind, zu erfassen· Diese Wellenstrahlung enthalt dabei Wellenlängen, die den durch die periodischen Strukturen reflektierten entsprechen« Diese Strahlung kann von einer einzigen Lichtquelle abgeleitet «erden, deren Strahlung die entsprechenden Wellenlängen enthält« Sie kann aber auch von verschiedenen monochromatisch strahlenden Lichtquellen
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erzeugt werden. Bei den Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4 die eingestrahlte Wellenstrahlung die Wellenlängen
enthalten» wobei λ* vie Wellenlänge des Lichtes ist, mit dem die Belichtung vorgenommen wurde· Der Cosinusfaktor ist dabei , bedingt durch die Schräglage der periodischen strukturen, zum einfallenden auslesenden Wellenstrahl. Hit 11 sind einzelne Detektoren bezeichnet, die die in den verschiedenen Richtungen zurückgestrahlte Strahlung auffangen und mit 20 ist ein Reflektionsgitter bezeichnet, das für den Fall vorgesehen ist, daS die Wellenstrahlungen der verschiedenen Wellenlängen aus verschiedenen monochromatisch strahlenden Lichtquellen erzeugt werden, die nebeneinander angeordnet sind.
Bei de« Ausführungsbeispiel nach Figur 5 fallen die auslesenden Lichtstrahlen aus verschiedenen Richtungen in die Emulsion 15 ein. Die Welenlängen der einblenden Wellenxstrahlen sind dabei so grod wie die .Wellenläng· des aufzeichnenden Wellenstrahls, multipliziert mit dem Cosinus des Winkels der zugehörigen Fläche S gegenüber der normalen der Emulsion* Bei dieser Anordnung können alle reflektierten Wellen von einem einzigen Detektor aufgenommen werden· Der reflektierte Wellenzug kann aber auch nach den einzelnen Wellenlängen durch ein Reflektionsgitter 13* gemäe Figur 6,
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»erlegt «erden und so terlegt in verschiedene Detektoren 14 gelangen. Die bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen . verwendeten Detektoren veisen vorzugsweise Fotosellen «uf, die die einfallende Wellenenergie in elektrische Impulse . WRvandeln, die dann eines Speicher sugefUhrt werden können.
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Claims (1)

  1. A K β F K ft α B 1
    1. verfahren «τ fotograpaiscben Speicherung von Informationen,
    r , -j-
    bei de« in eimer HMOsioa durch eine stehende elektro-■agaetisefe* Veil» eine durch eine eiektroaagnetische Velle ttellenltog* und Sichtung abtastbare periodische
    Struktur erseugt wird» dadurch gekennseiehnet9 d&3 durch aehrer« stehende tfeHea verschiedener Einf ausrichtung aehrere periodische strukturen, die um Winkel zueinander, entsprechend den. verschiedene» Binfallsrichtungen, im gleichen Biulsionsbesirk sieh räualich überlagernd nach Maßgabe der su speichernden Informationen erseugt werden.
    2. Verfahren nach Anspruch T, dadurch gekennseichnet, daß stehende Wellen gleicher Wellenlänge «it verschiedenen Äinfallsrichtungea mm Aufbau der sich räumlich überlagernden, periodischen Strukturen verwendet «erden.
    3. verfahren nach Anspruch i und 2, dadurch gekevinseichnet, das stehend« Hellen unterschiedlicher Wellenlänge »it gleicher Einfallirichtuag sua Aufbau sich räualich über» lagernder periodischer. Strukturen unterschiedlicher Feriodisität verwendet werden.
    4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die periodische Strukturen unterschiedlicher Winkellage durch
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    Drehen der emulsion gegenüber der stehenden Welle erseugt werden·
    · Verfahren zur Abtastung einer Aufzeichnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1,2 und/oder 4» dadurch gekennzeichnet, daß ein Abtaststrahl der Komponenten,der den Strukturen zugeordneten Wellenlängen enthält, auf den Emulsionsbezirk gerichtet vird, und daß die unter einer Winkellage entsprechend der Orientierung der jeveils betreffenden Struktur ausfallenden reflektierten Strahlen vermessen verden (Figur 4).
    6. Verfahren zur Abtastung einer Aufzeichnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1,2 und/oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Abtaststrahlen jeveils nach Richtung und Winkellage den einzelnen abzutastenden Strukturen zugeordnet auf. den Bmulsionsbezirk gerichtet verden derart, daß alle reflektierten Strahlen ait der gleichen Richtung in einen einzigen Ausfallstrahl ausfallen, der dann nach seinen Wellenlängenanteilen vermessen vird (Figur 5)·
    7· Verfahren nach Anspruch 6» dadurch gekennzeichnet, daß der Ausfallstrahl nach seinen Anteilen gleicher Wellenlänge zerlegt, und daß dann die bei der Zerlegung entstehenden Strahlen vermessen verden (Figur 6).
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    Leerseite
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