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Verfahren und Vorrichtung zur fotografischen Bildaufzeich-
nung
und -Wiedergabe
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
fotografischen Bildaufzeichnung und -Wiedergabe.
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Mit der Holografie hat in jüngerer Zeit ein Verfahren zur fotografischen
Bildaufzeichnung Eingang in die Technik gefunden, bei dem in der aufzeichnenden
Schicht ein Bild in Form von Interferenzen eines bildmäßig modulierten Strahles,
des sogenannten Objektstrahles, und eines gleichförmigen sogenannten Referenzstrahles
aufgezeichnet wird. Dabei ist wesentlich, daß Objektstrahl und Referenzstrahl kohärent
sind. Diese Forderung beschränkt das Aufnahmevafänren auf ganz spezielle Objekte,
in der Regel kleiner Ausdehnung, da"die Ausleuchtung eines Gegenstandes mit kohärentem
Licht nur unter großen Schwierigkeiten, meist mit Zaser, möglich ist. Andererseits
bietet die Hologrßfie eine solche Vielzahl von Möglichkeiten, wie Überlagerung mehrerer
Bilder, räumliche Wiedergabe usw., daß man den
Nachteil bezüglich
des Aufnahmelichtes bisher hingenommen hat.
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Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur fotografischen Bildaufzeichnung
und -wiedergabe zu schaffen, das ähnlich große Möglichkeiten bietet, ohne jedoch
auf die Verwendung kohärenten Lichtes beschränkt zu sein.
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Gemäß der Erfindung erfolgt bei einem Verfahren der eingangs genannten
Art die bildmäßige Aufzeichnung auf eine ,fotografische Schicht durch ein in Kontakt
zur Schicht liegendes oder auf die. Schicht abgebildetes Gitter hindurch oder auf
eine in ihrer Empfindlichkeit gitterförmig unterschiedliche Schicht, und zur Wiedergabe
werden Beugungsordnungen des als Trägerortsfrequenz wirkenden Gitters herangezogen.
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Ein auf die erfindungsgemäße Weise belichteter Schichtträger zeigt
nach der Entwicklung eine bildmäßig modulierte Abbildung des Gitters, die funktionell
von einem sogenannten fokussierten Hologramm nicht zu unterscheiden ist. Ein fokussiertes
Hologramm ist ein Hologramm, bei dem der holografisch aufzuzeichnende Gegenstand
durch
ein Objektiv auf die lichtempfindliche Schicht abgebildet
wird, so daß die Information über jeden. Punkt des aufzunehmenden Gegenstandes auch
auf einen Punkt des Schichtträgers beschränkt ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren eröffnet nun eine ganze Reihe von Anwendungsmöglichkeiten,
die sich aus den Unteransprüchen im Zusammenhang mit der nachfolgenden Beschreibung
von Ausführungsbeispielen ergeben. Die Prinzipien sind anhand folgender Figuren
erläutert: Fig. 1 Schema der Gitterabbildung im Kontakt, Fig. 2 Schema der optischen
Gitterabbildung, Fig. 3 Schema der Vervielfachung der Gitterkonstanten mit Hilfe
mehrfachbrechender Mittel, Fig. 4 eine Anordnung zur Wiedergabe nach Fig. 1 bis
3 erhaltener Aufzeichnungen, Fig. 5 das Schema einer Anordnung zur überlagerten
Bildaufzeichnung, Fig. 6 die Ausbildung eines Codes in der Blendenebene, Fig. 7
Absorptionsbereiche von Gittern zur Farbaufzeichnung und Fig. 8 die Helligkeits-
und Farbverteilung in der Blendenebene nach Fig. 4.
Das einfachste
Verfahren zur Herstellung einer Aufzeichnung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
besteht darin, in unmittelbaren Kontakt mit der fotografischen Schicht ein Gitter
zu bringen, durch das hindurch das Objekt auf den Schichtträger abgebildet wird.
In Fig. 1 ist mit 1 das durchleuchtete Objekt, mit 2 das Objektiv zur Abbildung,
mit 3 der Schichtträger und mit 4 das Gitter bezeichnet. Das Gitter 4 kann dabei
sowohl Bestandteil der Aufnahmeeinrichtung sein und für mehrere Aufnahmen verwendet
werden. Dann ist in bekannter Weise durch Andruckmittel dafür zu sorgen, daß das
Gitter in unmittelbarem Kontakt mit der Schicht steht. Das Gitter kann jedoch auch
in einer Folie enthalten sein, die auf den Schichtträger aufkaschiert ist. Diese
Folie kann dann vor der Entwicklung des Schichtträgers abgezogen werden, so daß
sie auf den weiteren Verlauf der chemischen Reaktion keinen Einfluß mehr hat.
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Das Gitter selbst.ist im Hinblick auf die Zielsetzung, möglichst intensive
Beugungserscheinungen zu erzeugen, möglichst fein. Solche Gitter können z.B. auf
fotografischem Wege durch Überlagerung zweier kohärenter Strahlen erzeugt werden.
Der Dichteverlauf oder der
Verlauf der optischen Weglänge, d.h.
Brechungsindex oder Dicke der Gitter, soll dabei harmonisch, vorzugsweise sinusförmig,
sein. Durch die Nichtlinearität fotografischer Schichten ergibt sich jedoch häufig
eine Verzerrung des sinoidischen Verlaufs, so daß auch höhere Ordnungen harmonischer
Funktionen auftreten. Eine andere Art der Gitteraufbelichtung ist in Fig. 2 gezeigt.
Dort ist mit 1 wiederum das Objekt, mit 2 das Objektiv und mit 3 der Film bezeichnet.
Im Gegensatz zu Fig. 1 bildet hier jedoch das Objektiv 2 das Objekt 1 auf ein Gitter
5 ab, das seinerseits durch ein Objektiv 6 auf den Schichtträger 3 abgebildet wird.
Auf diese Weise entsteht auf der lichtempfindlichen Schicht ein scharf abgebildetes
Gitter, dem das Bild des Objektivs 1 überlagert ist.
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Da nun Gitter der erforderlichen Feinheit nicht immer zur Verfügung
stehen, besteht die Möglichkeit, die Feinheit vorhandener Impulsgitter, d.h. von
Gittern mit sehr steilem Flankenverlauf, die zischen den maximalen Schwärzungen
verhältnismäßig breite transparente Bereiche aufweisen, durch Mehrfachbelichtung
mit-Zwischendeckung zu
verfeinern. Zwischen den Belichtungen wird
dabei das Gitter jeweils um eine halbe oder einen kleineren Bruchteil einer Teilung
verschoben.
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Eine einfachere Möglichkeit besteht gemäß Fig. 3 darin, in einer Anordnung
nach Fig. 2 unmittelbar hinter dem Objektiv 6 mehrfachbrechende Mittel, wie einen
doppelbrechenden Kristall 7 -oder Biprismen solcher Brechkraft anzuordnen, daß die
verschiedenen Bilder des Gitter 5 gerade auf Zwischendeckung-kommen.
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Weitere Möglichkeiten zur Überlagerung eines Gitters mit der bildmäßigen
Aufzeichnung ergeben sich, wenn die Empfindlichkeit einer fotografischen Schicht
schon vor der bildmäßigen Belichtung so beeinflußt wird, daß sie gitterförmig unterschiedlich
ist. Das kann z.B. dadurch erreicht werden, daß auf die Schicht ein Gitter mit annähernd
der maximalen Schwärzung entsprechender Intensität aufbeliehtet wird, dann die Schicht
entwickelt und gewässert wird, und das entstandene Silber in von der Umkehrentwicklung
bekannter Weise herausgelöst wird. Bei der nachfolgenden bildmäßigen Belichtung
kann an den Stellen, wo bereite das Silber herausgelöst wurde, keine
Schwärzung
mehr auftreten, so daß eine transparente Gitterstruktur erhalten bleibt. Eine andere
Möglichkeit, die Schichtempfindlichkeit gitterförmig zu verändern, besteht darin,
auf die Schicht vor der Bildmäßigen Belichtung ein Gitter vorzugsweise unterschwellig
aufzubelichten.
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Eine weitere Möglichkeit zur Überlagerung eines Gitters über eine
bestehende, als Silberbild vorliegende Aufzeichnung besteht darin, das Silberbild
durch Diffusion auf eine einem Diffusionsvorgang gitterförmig unterschiedlichen
Widerstand entgegensetzende Schicht zu übertragen. Die unterschiedliche Diffusionsfreudigkeit
der Schicht kann z.B. durch einen gitterförmig kon-,zentrierten partiellen Gerbvorgang
bewirkt werden. Schließlich besteht die Möglichkeit, das oder die einander überlagernden
Gitter als abziehbare Folie auf den Schichtträger aufzukaschieren. Diese Folie kann
dann nach der Belichtung, jedoch vor der Entwicklung, abgezogen. werden. Eine Anordnung
zur Wiedergabe eines erfindungsgemäß mit einem Gitter überlagerten Bildes ist in
Fig. 4 schematisch
dargestellt. Mit 8 ist eine möglichst kleine
Lichtquelle bezeichnet, die durch einen Kondensor 9 auf eine Zwischenblende-10 abgebildet
wird. Unmittelbar hinter dem Kondensor 9 ist der Schichtträger 11 angeordnet, der
über ein möglichst,nahe an der Blendenebene 10 angeordnetes Objektiv 12 auf einen
Bildschirm 13 abgebildet wird.-In der Blendenebene 10 wird nun das Bild der Lampe
durch den Kondensor 9 in entsprechender Lage entworfen. Außerhalb dem Ort der direkten
Abbildung, die auch als nullte Beugungsordnung bezeichnet werden kann, entstehen
nun je nach Feinheit und Richtung des Gitters bei der Aufbelichtung an verschiedenen
Stellen der Blendenebene 10 Lichtkonzentrationen, die sogenannten höheren Beugungsordnungen.
Bei einem streng sinoidischen Gitter tritt nur die erste Beugungsordnung auf, bei
harmonischen Gittern mit höheren Ordnungen treten auch Beugungen höherer Ordnung
auf. Dabei wird die radiale Abweichung der Beugung von der optischen Achse durch
die Feinheit des Gitters, die Winkellage der Beugungshelligkeit von der azimutalen
Stellung des Gitters bestimmt. Durch die Wahl der Gitterkonstante und deren Winkel
kann also bestimmt werden, wo die entsprechende Ordnung in der Blendenebene auftritt.
Man apricht.deshalb von einem Ortsfrequenzspektrum, wobei
das Gitter
jeweils wie eine Trägerfrequenz die Übertragung der bildmäßigen Information bewirkte
Wird nun durch die Blende 10 die nullte Beugungsordnung, d.h. die direkte Abbildung
der Lichtquelle 8 in der Ebene 10 abgeblendet und werden durch entsprechende Öffnungen
in der Blende 10 die höheren Beugungsordnungen durch das Objektiv 12 auf den Bildschirm
13 geworfen, so entsteht dort ein Bild des auf dem Schichtträger 11 abgebildeten
Objektes, das jedoch nur durch Beugungserscheinungen übertragen wird.
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Mittels dieser Technik können nun gemäß Fig. 5a und 5b mit einer schematisch
angedeuteten Kamera auf einen Schichtträger 14 mittels eines Objektivs-2 mehrere
einander überlagernde Aufzeichnungen aufbelichtet werden, wobei ein unmittelbar
vor dem Schichtträger 14` angeordnetes Gitter 15 mitaufbelichtet wird. Das Gitter
15 wird dabei vor jeder Aufnahme in eine andere Stellung gebracht. In der Fig. 5b
nimmt z.B. das Gitter 15 gegenüber der Fig. 5a eine um 90c verdrehte Stellung ein.
Wird nun der derart belichtete Film entwickelt und gemäß Fig. 4 auf den Schirm 13
abgebildet, so kann je nach Wahl der
Zage der Öffnung in der Blendenebene
10 die erste oder die zweite oder eine weitere in dem Schichtträger 14 enthaltene
Aufnahme sichtbar gemacht werden: Diese Art der Überlagerung mehrerer Aufzeichnungen
ist von besonderem Vorteil bei der Datenspeicherung. Vor allem zur Codierung gespeicherter
Informationen können die als Trägerfrequenz wirkenden Gitter nutzbringend angewendet
werden. In Fig. 6 ist die Aufteilung eines Codefeldes in der Blendenebene 10 dargestellt.
Mittels der Gitterkonatanteng die die Abweichung der hellen Stellen von der Mitte
des Codefeldes bestimmen, und des Azimutwinkels der Gitter können nun beispielsweise
dreimal zehn Felder bestimmt werden, in denen in der Blendenebene durch Wahl eines
Gitters eine erste Beugungsanordnung auf-
| tritt. Da man nun diese Gitter auch neben- oder übereinander |
| z.B. fotoelektrisch |
| anordnen kann, besteht die Möglichkeit, einen/abtastbaren |
Code mit einer sehr hohen Stellenzahl zu verwirklichen. In dem Beispiel nach Fig.
6 ist z.B. dem Gitter mit der gröbsten Gitterkonstante die Einerstelle einer Ordnungszahl,
dem Gitter mit der mittleren Gitterkonstante die Zehneretelle und dem Gitter mit
der.feineten Teilung die Hunderterstelle der Ordnungszahl zugeordnet. Durch die
Winkeleinstellung dieser drei Gitter können deshalb 103
Informationen
codiert werden. Durch die schraffierten Felder wird die Codezahl 853 angegeben.
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Nach einem weiteren Vorschlag sind die einem Gitter überlagerten Informationen
selbst als Code zu verwenden. In diesem Falle wird ebenfalls nur aus der Zage der
Beugungsordnungen in der Ortsfrequenzebene ermittelte um welche Art von Informationen
es sich hierbei handelt.
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Von besonderer Bedeutung für diese Code-Verfahren ist' daß die Positionierung
des Schichtträgers gegenüber der Abtasteinrichtung völlig unkritisch ist. Die Zage
der Beugungsordnungen in der Ortsfrequenzebene wird nur bestimmt durch die Zage
der Lichtquelle, die Gitterkonstante und den Azimutwinkel des Trägerfrequenzgitters,
jedoch nicht durch die Zage des Gitters in Richtung seiner Ebene. Eine Abtastung
des Codes kann deshalb praktisch bereits im Durchlauf erfolgen. Das Codesignal an
der Abtasteinrichtung ist dann immer während des Durehlaufs einer Dokumentationseinheit
am Abtastorgan präsent.
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Die erfindungsgemäße Überlagerung einer bildmäßigen
Information
mit einem Gitter ermöglicht auch eine Farbaufzeichnung. Einmal besteht die Möglichkeit,
zur Farbaufzeichnung einen drei Schichten enthaltenden Schichtträger zu verwenden,
dessen Schichten in je einer der additiven Grundfarben sensibilisiert sind und eine
gitterförmig verteilte unterschiedliche Empfindlichkeit aufweisen. Wird auf eine
solche Schicht ein dreifarbiges Bild aufbelichtet, so erhält die Aufzeichnung in
jeder a der drei einem Farbauszug entsprechenden Schichten eine Gitterstruktur.
Nach der Entwicklung wird bei der Wiedergabe eines derartigen schwarz-weißen Schichtträgers
in einer Einrichtung gemäß Fig. 4 entsprechend der Gitterkonstanten und der Richtung
des Gitters in der Blendenebene 10 an verschiedenen Stellen jeweils eine Beugunge-
. ordnung eines Farbauszuges entstehen. Wird nun diese ungefärbte Helligkeitskonzentration
durch ein entsprechendes Farbfilter auf die entsprechende additive Grundfarbe beschränkte
so entsteht durch das Objektiv 12 auf dem Bildschirm 13 ein dreifarbiges Bild.
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Ein Verfahren zur Aufzeichnung von farbigen Bildern auf einem einschichtigen
Schwarzweißfilm läßt sich durch Verwendung von drei übereinanderliegenden Gittern
verwirklichen, wobei jedes der drei Gitter eine der drei
additiven
Grundfarben absorbiert. Der Absorptiönsverlauf dieser drei Gitter ist in Fig. 7
dargestellt. Die Maxima bedeuten mit zunehmendem '.blau, grün, rot. Bei Aufbelichtung
eines mehrfarbigen Bildes durch ein solches Dreifachgitter auf eine schwarzweiße
Schicht werden in dieser Schicht drei durch die jeweils absorbierenden Gitter modulierte
Farbauszüge entstehen. Z.B. werden bei Belichtung mit weißem Licht nur die roten
Bilddetails das rot absorbierende Gitter auf den in allen Farben etwa gleich empfindlichen
Schichtträger kopieren.
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Zur Wiedergabe eines derartigen schwarzweißen, eine Farbinformation
enthaltenden Bildes gibt es nun verschiedene Möglichkeiten. Die eine besteht darin,
die farbselektiven Gitter mit derart unterschiedlichen Gitterkonstanten, jedoch
gleicher azimutaler Richtung auszubilden, daß die jedem einzelnen Farbauszug zugeordnete
Beugungskraft das Licht des gerade diesem Farbauszug zugeordneten Wellenlängenbereichs
in eine für alle Farbauszüge gleiche Richtung lenkt. Dadurch wird bewirkt, daß die
den verschiedenen Farbauszügen entsprechenden verechiedenfarbigen Lichter alle an
ein und denselben Punkt der Blendeneben®, respektive in seinem -
der Symmetrieeigenschaft der
Beugungserscheinungen halber
- zur optischen Achse spiegelbildlich gelegenen Punkt vereinigt werden. Die auf
diese Art zusammentreffenden Farbanteile können nun durch entsprechende Öffnungen
in der Blende in das Objektiv eintreten und bauen auf dem Bildschirm ein mehrfarbiges
Bild auf. Von besonderem Vorteil ist dabei, daß durch die Wiedergabe der Beugungsordnungen
eine Umkehr, d.h.'eine Umwandlung von Negativ in Positiv erzielt wird. Ein Farbnegativ
kann deshalb auf dem Schirm sofort positiv betrachtet werden. Zur Kopie auf
ein in drei Farben empfindliches Material muß jedoch ein Um@ kehrpapier verwendet
werden.
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Eine weitere Möglichkeit zur Sichtbarnachung von Farbbildern, die
durch drei farbige Gitter-auf einen schwarzweißen Schichtträger belichtet
wurden, besteht darin, die in den additiven Grundfarben absorbierenden Gitter in
ihrer Gitterkonstante gleich, jedoch mit unterschiedlichem Azimutwinkel zu wählen.
Bei der Wiedergabe in einer Einrichtung gemäß Fig.*4 entstehen dann die Beugungsanordnungen
der einzelnen Farbauszüge an verschiedenen Stellen der Blendenebene, nämlich
auf gleichem Radius, jedoch unter versetztem Winkel. Bei Durchleuchtung mit
weißem Lieht"tritt außerdem eine
Dispersion auf, so@daß
von'innen nach außen die Farben des Spektrums in Erscheinung treten. Diese Lichtverteilung
ist in Fig. 8 schematisch dargestellt. Der Kreis in der Mitte deutet das Bild der
Lichtquelle an, das durch die Blende 10 von dem Objektiv 12 abgeschirmt wird. Die
Richtungen, unter denen die verschiedenen Beugungsordnungen der drei Farbauszüge
erscheinen, sind ebenso wie die Gitter beider Aufnahmen um ca. 15o gegeneinander
verdreht. In jeder der zwei Ordnungen folgen die Farben blau, grün, rot mit den_bekannten
Zwischentönen aufeinander, zwischen zwei.Ordnungen ist je nach Güte der Gitter ein
mehr oder weniger breiter Zwischenraum.
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Ordnet man nun an der Stelle im Ortsfrequenzspektrum des roten Farbauszuges
ein additives rotes Filter an, so wird auf dem Schirm 13 ein entsprechendes rotes
Bild-wiedergegeben. Unter Verwendung entsprechender Farbfilter an den anderen Stellen
des Ortsfrequenzspektrums entsteht auf dem Schirm ein mehrfarbiges Bild.
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Eine andere Möglichkeit besteht darin, aus dem Dispersionsspektrum
einer jeden Beugungsordnung durch entsprechende Blenden die Farbe auszuwählen, die
zum Aufbau des Farbauszuges erforderlich ist. Eine günstige Möglichkeit ,ist darin
zu
sehen, daß die Intensität der einzelnen Farbauszüge . untereinander durch einstellbare
Blenden und dergleichen abgestimmt werden kann.
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Aus Feg. 8 geht hervor, daß jeweils nur ein verhältnismäßig kleiner
Teil des Ortsfrequenzgebietes in der Blendenebene ausgenutzt ist. Man könnte daher
zur'Erhöhung der Lichtausbeute daran denken, einen Farbauszug nicht bloß einer Trägerfrequenz,
sondern mehreren, einem Trägerfrequenz- oder, da auch hier wiederum Betrag und Richtung
variiert werden können, einem Vektorband aufzumodulieren. Obwohl die Superposition
mehrerer Gitter mit einer Verkleinerung der Amplitude pro Gitter einhergeht und
damit eine entsprechende Verminderung des Beugungslichtstromes pro Trägerfrequenz
bewirkt, so daß im Endeffekt die 'Summe aller Lichtströme genau so groß sein wird,
wie bei Verwendung nur einer Trägerfrequenz, kann doch damit eine Eliminierung von
Effekten höherer Ordnung einher= gehen. Beispielsweise kann bei einer charakteristischen-Kurve
des Filmmaterials, deren Gamma stark von der Geraden abweicht, die Modulation mit
einer einzigen Frequenz entsprechend großer Amplitude zu einer nichtlinearen Kopie
des an sich sinusförmigen Gitters führen, was bei der Wiedergabe das Auftreten höherer
Beugungsordnungen und
und damit den Verlust an licht zur Folge
haben wird. Unterteil man dagegen die Schwärzungakurve in Ausateuerungsbereiche,
von denen jeder für sich noch als linear angesehen werden kann, und teilt man die
gesamte zur Verfügung stehende Beugungslichtintensität auf verschiedene Trägerfrequenzen
kleiner und somit annähernd linearer Aussteuerung auf, so mag damit durchaus ein
Gewinn an Bildhelligkeit verbunden sein.
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Weitere Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich aus der Tatsache der
Bildumkehr. Wird nämlich auf einem Schwarzweißfilm grundsätzlich eine Trägerfrequenzfolie
aufkaschiert, welche vor dem Entwickeln abgezogen wird, so kann durch eine Abbildungseinrichtung
gemäß Fig. 4 sofort ein Positiv sichtbar gemacht werden. Bei der Herstellung von
Schwarzweißkopien in üblicher Technik stört das Gitter selbst bei-starker Vergrößer8ng
nicht, da die verwendeten Gitter in der Größenordnung von mehreren 100
Linien pro mm auch dadurch nicht sichtbar werden. Weiterhin kann bei
einem derartigen Schwarzweißnegativ, dem ein Gitter überlagert ist, auf einfache
Weise eine Gradationesteuerung erzielt werden. Beim Kopiervorgang
können
nämlich durch geeignete Blenden in der Blendenebene-10 gemäß Fig. 4 Lichter der
nullten Beugungsordnung, d.h. der direkten negativen Abbildung, mit Licht der ein
positives Bild ergebenden höheren Beugungsordnungen einstellbar gemischt werden.
Schließlich können entsprechend der Lehre unserer älteren Anmeldung A 57 716 IXa/42h
Stereobildpaare auf die angegebene Weise einander überlagert werden und durch direkte
Durchstrahlung-mit einem divergenten Strahlenbündel die Strahlrichtungen für die
beiden Bilder derart unterschiedlich gerichtet werden, daß jedem Auge jeweils nur
das für dieses Auge bestimmte Bild zugeführt wird. Durch Verwendung der Vektorbandmethode
wird es auch möglich, die Betrachtung innerhalb eines größeren Blickwinkelbereichs
durchzuführen.
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Schließlich sei erwähnt,- daß die oben angeführten Techniken nicht
etwa auf die Silbersalzfotografie beschränkt sind. Vielmehr können die angegebenen
Verfahren bei jedem anderen Aufzeichnungsprozess, wie Elektrofotografie, Wärmekopie
oder Polymerisationsverfahren angewendet werden.
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Die Aufzeichnungen müssen auch nicht in Form eines
Absorptionsbildes-vorliegen.
Stattdessen kann die Aufzeichnung@auch als Phasenbild erzeugt werden, beispielsweise
durch Ausbleichen eines Silberbildes. Bekanntlich entsteht dadurch ein feines, den
ursprünglichen Schwärzungen entsprechendes Relief.