DE1903311C3 - Verfahren zur Erzeugung und Rekonstruktion eines Hologramms einer dreidimensionalen Szene - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung und Rekonstruktion eines Hologramms einer dreidimensionalen Szene.

Im Vergleich zur Bildinformation eines üblichen zweidimensionalen Bildes ist die in einem dreidimensionalen Hologramm enthaltene Bildinformation sehr groß und es wurde dann auch dargelegt, daß ein gut wirkendes System zur Übertragung von sich auf ein holographisches Bild beziehenden Signalen eine Apparatur benötigen würde, deren Bandbreite um vier Größenordnungen größer als die eines Übertragungssystems für zweidimensionale Bilder ist Diese Anforderung übersteigt die Fähigkeit bekannter Eingangs- und Ausgangssysteme. Obgleich die Bandbreite z.B. dadurch herabgesetzt werden kann, daß die Übertragungsgeschwindigkeit der Bildinformation herabgesetzt wird, würde die für eine derartige Übertragung erforderliche Zeit den Nutzen einer solchen Maßnahme stark verringern.

Aus dsr Zeitschrift »Laser Focus«, September 1965, Seiten 5—6, ist eine Vorrichtung zum symmetrischen Reduzieren der Hologrammabmessungen bekannt, das jedoch zu einer erheblichen Verringerung des Fensters führt, durch das man bei der Rekonstruktion die Szene betrachtet, und deshalb einen nahezu völligen Verlust an Parallaxe bedingt

Aus der Zeitschrift »Laser Focus«, November 1965, Seiten 15—19, ist es bekannt, mehrere Hologramme nebeneinander auf einem Hologrammfilm anzubringen. Diese Hologramme haben im allgemeinen einen verschiedenen Bildinhalt Nur wenn bewegliche Bilder wiedergegeben werden sollen, enthalten die Hologramme Bildinformationen über denselben Gegenstand zu verschiedenen Zeitpunkten.

Aus »Appl. Phys. Letters« 12 (1968), Seite 10 bis 12, ist ferner ein Verfahren zur Aufnahme von Hologrammen mit inkohärentem Licht beschrieben. Das Hologramm besteht aus Teilhologrammen, die nicht denselben Bildinhalt haben, sondern von verschiedenen räumlichen Punkten aufgenommen sind. Die Teilhologramme sind nicht streifenförmig.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Erzeugung und Rekonstruktion eines Hologramms einer dreidimensionalen Szene anzugeben, bei dem sich ein verringertes Produkt von Raum χ räumlicher Bandbreite auf dem Hologramm ergibt, ohne daß die bei Betrachtung in Erscheinung tretende parallaktische Wirkung wesentlich geschwächt wird.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß die holographische Aufzeichnung der Szene auf einem streifenförmigen Bereich des Aufzeichnungsträgers erfolgt, wobei die Längsseite des Streifens parallel zur Horizontalrichtung der Szene ausgerichtet wird, und daß das streifenförmige Hologramm mit einem Wiedergabestrahl beleuchtet wird.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß unter den üblichen Beobachtungsverhältnissen die dreidimensionalen Aspekte eines Bildes nur die Folge einer

horizontalen Verschiebung der Augen des Beobachters sind und daß deshalb Information im Bild, die sich auf vertikale dreidimensionale Aspekte bezieht, nicht erforderlich ist Durch ganze oder teilweise Weglassung derartiger unnötiger Information kann die zur Darstellung eines Hologramms zu übertragende Bildinformation beträchtlich, z. B. um wenigstens zwei Größenordnungen, verringert werden.

Es hat sich herausgestellt, daß dieses Ergebnis mit gutem Erfolg durch die Verwendung von Streifenhologrammen erzielbar ist Mit anderen Worten, die gesamte Information, die zur Beibehaltung der horizontalen dreidimensionalen Bildaspekte und der horizontalen Parallaxe sowie eines vollständigen vertikalen Gesichtsfeldes ohne erste Verschlechterung des Bildes erforderlich ist, ist in jedem schmalen horizontalen Streifen eines üblichen Hologramms vorhanden.

Daher ist es vorteilhaft, daß mehrere streifenförmige Hologramme, deren Höhe erheblich kleiner als die Länge ist, in Richtung der Höhe der Streifen nebeneinander auf einem Hologrammträger so angebracht werden, daß sie ein zusammengesetztes Hologramm bilden, wobei die Längsrichtungen der Hologrammstreifen parallel sind und die in Höhenrichtung einander entsprechenden Punkte der Hologrammstreifen auf einer Geraden liegen.

Eine vorteilhafte Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens besteht darin, daß die Wiedergabevorrichtung einen Wiedergabestrahl, eine Einrichtung zur Fortbewegung des Streifens in Richtung seiner Höhe, jo und eine Beobachtungseinrichtung für das aus den; Beugungsstrahl erster Ordnung gebildete, rekonstruierte Bild enthält

Das so wiederhergestellte Bild enthält die horizontalen dreidimensionalen Charakteristiken und die hori- r> zontale Parallaxe, aber die vertikalen dreidimensionalen Charakteristiken und die vertikale Parallaxe sind nahezu verschwunden, obgleich ein vollständiges vertikales Gesichtsfeld wiederhergestellt wird. Da nur Bildinformation über einen einzigen schmalen Streifen des üblichen Hologramms übertragen zu werden braucht, werden die vom Übertragungssystem zu erfüllenden Anforderungen hinsichtlich der Bandbreite stark herabgesetzt

Das Verfahren zur Herstellung von Hologrammen 4Ί und zur Wiederherstellung von Bildern hat auch Vorteile, wenn es nicht bei einem Übertragungssystem verwendet wird. Zum Beispiel ist zur Herstellung eines Streifenhologramms weniger Laserleistung erforderlich, um den Streifen zur Speicherung der erforderlichen Bildinformation zu belichten, und wenn ein Bild unter Benutzung eines einzigen bewegten Streifens wiederhergestellt wird, wird der »Sprenkeleffekt« vermieden.

Wenn die aufeinanderfolgenden Streifen auf einem Transportfilm nacheinander aufgezeichneten Stellungen einer Szene entsprechen, können Verschlußmechanismen und Vorrichtungen zur ruckweisen Fortbewegung des Films entfallen. Die Hologrammstreifen können auch beim Projizieren von zweidimensionalen Bildern benutzt werden. t>o

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden an Hand der Zeichnungen erläutert Es zeigt

F i g. 1 schematisch ein übliches Verfahren zur Herstellung eines Hologramms,

Fig.2 schematisch ein übliches Verfahren zur b> Beobachtung eines Hologramms,

F i g. 3 ein Bild, wie es auf einem üblichen Hologramm ersichtlich ist,

F i g. 4 das gleiche Bild, wie es auf einem erfindungsgemäß hergestellten Hologramm beobachtet werden kann,

Fig.5 eine geometrische Analyse des Hologramms nach F i g. 4,

Fig.6 schematisch ein System zur Herstellung eines Streifenhologramms,

F i g. 7 blockschematisch ein System zur Umwandlung des Bildes eines Streifenhologramms in zu übertragende Signale,

Fig.8 blockschematisch ein System zum Empfang von Signalen des Senders nach Fig.7 und zur Umwandlung derselben in ein Streifenhologramm,

Fig. 9 eine Ausführungsform zur Beobachtung eines zusammengesetzten Hologramms,

F i g. 10 eine Ausführungsform zur Beobachtung eines Streifenhologramms,

F i g. 11 eine andere Ausführungsform zur Beobachtung eines Streifenhologramms,

Fig. 12 die Verwendung von Streifenhologrammen bei der Darstellung bewegter Bilder,

Fig. 13 die Anbringung von Streifenhologrammen auf einem bei der Anordnung nach Fig. 12 zu verwendenden Transportband,

Fig. 14 die Verwendung von Streifenhologrammen bei der Projektion zweidimensionaler Bilder oder einzelner Ebenen dreidimensionaler Bilder.

Fi g. 1 zeigt im allgemeinen das bekannte Zweistrahlenverfahren zur Herstellung eines Hologramms. Eine Quelle 1 kohärenter Strahlung (z. B. ein Laser im Impuls- oder Dauerbetrieb) ist so angeordnet, daß sie Strahlung auf einen Spiegel 2 und auf einen Gegenstand 3 richtet während eine photographische Platte 4 so angeordnet ist, daß sie reflektierte Strahlung vom Spiegel 2 und vom Gegenstand 3 empfängt Das auf der Platte 4 aufgezeichnete Bild hat bekanntlich die Form eines Interferenzmusters, das sich aus den verschiedenen Phasenverhältnissen der beiden reflektierten Strahlen an verschiedenen Stellen der Platte ergibt. Wenn das auf der Platte 4 aufgezeichnete Hologramm die Form eines Diapositivs hat, läßt sich auf die in F i g. 2 dargestellte Weise ein dreidimensionales Bild dadurch wiederherstellen, daß die Platte mit sichtbarer kohärenter Strahlung aus einer Quelle 5, die gleichfalls ein Laser im Impuls- oder Dauerbetrieb sein kann, angestrahlt und das virtuelle Bild in Richtung des vom Hologramm herrührenden Beugungslichtes erster Ordnung beobachtet wird. Die Verfahren zur Herstellung von Hologrammen und zur Wiederherstellung der Bilder, wie sie in F i g. 1 und 2 dargestellt sind, sind nur zur Erläuterung angegeben.

Im vorstehenden wurde erwähnt, daß jeder Teil des aufgezeichneten Hologramms gespeicherte Information über jeden Teil des Bildes enthält Dies bedeutet selbstverständlich nicht, daß beim Beobachten eines Teiles des Hologramms aus einer bestimmten Richtung das ganze Bild gesehen wird. Wenn der Gegenstand z. B. die Form eines Balles 10 hat, der vor einem Gitter

11 angebracht ist, hat das ganze wiederhergestellte Bild, aus einer bestimmten Richtung beobachtet, das in F i g. 3 dargestellte Aussehen. Wenn jedoch bis auf den Streifen

12 des Bildes (zwischen den horizontalen gestrichelten Linien 13-13) der übrige Teil des Bildes durch eine Maske abgedeckt wird, so ändert sich das im Streifen zwischen diesen Linien ersichtliche Bild nicht sofern sich der Winkel, unter dem der Beobachter es beobachtet, nicht ändert. Auf diese Weise kann in Abhängigkeit vom Gesichtswinkel der Beobachter

sämtliche Teile des Bildes sehen, aber die relative Höhe des beobachteten Teiles in bezug auf den Gegenstand ändert sich nicht nennenswert (mit Ausnahme einer geringen vertikalen Ausdehnung).

Angenommen, der horizontale Streifen 12 des "> Hologramms 4 wird aus diesem herausgeschnitten und dann vervielfältigt und die identischen vervielfältigten Streifen werden auf die in Fig.4 dargestellte Weise vertikal übereinander angeordnet (Fig.4 zeigt elf identische Streifen, die genau übereinander angebracht ι ο sind). Es hat sich herausgestellt, daß bei einer derartigen Anordnung identischer Streifen das sich ergebende zusammengesetzte Hologramm die Parallaxe und die panoramische dreidimensionale Sicht in der horizontalen Richtung enthält, aber daß die Parallaxe und die r> dreidimensionalen Charakteristiken in der vertikalen Richtung nahezu verschwunden sind. Mit anderen Worten, wenn das zusammengesetzte Hologramm nach Fig.4 mit beiden Augen des Beobachters in einer horizontalen Ebene beobachtet wird, ist der dreidimensionale Aspekt des Bildes der gleiche wie im Hologramm nach Fig.3, und eine Bewegung des Beobachters in horizontaler Richtung zeigt denn auch die gleiche Verschiebung des Balls und des Gitters in bezug aufeinander wie im Hologramm nach Fig.3. 2> Wenn die Sichtlinie des Beobachters jedoch in vertikaler Richtung bewegt wird, wird die scheinbare vertikale Verschiebung zwischen dem Ball und dem Gitter erheblich verringert im Vergleich zum Hologramm nach Fig.3 und sie ist sogar, wenn die jo Streifenzahl groß und die Höhe jedes einzelnen Streifens klein ist, praktisch nicht sichtbar. Entsprechend ist die vertikale Parallaxe nahezu nicht sichtbar, wenn sich die beiden Augen des Beobachters genau in einer vertikalen Ebene befinden. r>

Eine Analyse des Systems nach F i g. 4 zeigt F i g. 5, in der mehrere aneinander grenzende identische Hologrammstreifen A\... Ai im Querschnitt zwischen einem Beobachter im Punkt 20 und einer Ebene 21 des wiederhergestellten Bildes dargestellt sind. Der Abstand zwischen der Ebene des zusammengesetzten Hologramms und der Bildebene ist mit d\ und der Abstand zwischen der Hologrammebene und dem Punkt 20 mit d₂ bezeichnet Bei dieser Analyse wird angenommen, daß eine kohärente wiederherstellende 4-> Welle benutzt wird, um das Bild gemäß bekannten Verfahren wiederherzustellen.

In bezug auf einen Beobachter im Festpunkt 20 wird mittels des Streifens A\ nur ein Teil Y\ des wiederhergestellten Bildes erzeugt Wenn in gleichen vertikalen Abständen liegende Punkte des gesamten zusammengesetzten Bildes mit a, b, c, usw. bezeichnet werden, so enthalten die mittels des Streifens a\ erzeugten Teile des wiederhergestellten Bildes nur die Punkte zwischen a und e. Entsprechend werden mittels der Streifen A₂, A₃ und A₄ nur die Teile Y₂, Y₃ bzw. Y₄ des wiederhergestellten Bildes erzeugt Wenn die Streifenhologramme aneinander grenzen, d. h. aneinander anliegen, wie dies in Fi g. 5 dargestellt ist, so wiederholen die oberen und unteren Ränder jedes Streifens einen Teil der Bildinformation der angrenzenden Streifen. Zum Beispiel stellt der Streifen A₂ statt völlig anderer Punkte des Gesamtbildes als der Streifen A_x die Punkte c,d,e,f und g wieder her, während der Streifen A₃ die Punkte e, f,g,h und /und der Streifen A₄ die Punkte g, h, i, j und k b5 wiederherstellt Auf diese Weise stellt jeder Streifen des Hologramms einen Teil der Bildinformation des über ihm liegenden Streifens und die Hälfte der Information des unter ihm liegenden Streifens wieder her. Es läßt sich nachweisen, daß ungeachtet der Relativwerte von d\ und di der Umfang der Bildwiederholung jedes Streifens gleich der vertikalen Abmessung, d. h. der Höhe jedes Streifens, ist. Mit anderen Worten, wenn die Streifen aneinander anliegen, wird die gesamte Bildinformation jedes Streifens in den angrenzenden Streifen wiederholt. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß der Abbildungsfehler infolge dieses Bildwiederholungseffektes von der relativen Höhe der Streifen abhängt. Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel war, wenn das zusammengesetzte Hologramm aus etwa 20 identischen Streifen von je 5 mm χ 100 mm bestand, der Wiederholungseffekt kaum merkbar, und wenn das zusammengesetzte Hologramm aus etwa 100 identischen Streifen von je 1 mm χ 100 mm bestand, war der Effekt mit dem Auge gar nicht spürbar. Der Bildwiederholungseffekt läßt sich auch dadurch verringern oder vermeiden, daß die Streifen in vertikaler Richtung im Abstand voneinander angebracht werden, indem z. B. jeder zweite Streifen weggelassen wird. Eine allgemeinere Analyse der Anordnung zeigt, daß der Bildwiederholungseffekt völlig vermieden werden kann, wenn die Höhe A jedes Streifens gleich einem Teil der vertikalen räumlichen Periode des Streifens gleich ist. Dies

hat zur Folge, daß periodische »leere« horizontale Streifen über das wiederhergestellte Bild laufen, aber es hat sich herausgestellt, daß, wenn die Höhe der Streifen klein ist z. B. bei der Verwendung von Streifen von 1 mm χ 100 mm, diese leeren horizontalen Streifen mit dem Auge nicht wahrnehmbar sind. Bei der Wiederherstellung eines Bildes unter Verwendung von Streifen, die auf die in den Fig.4 und 5 dargestellte Weise angeordnet sind, wird vorzugsweise ein kohärenter Strahl benutzt, der eine etwas zylindrische Wellenfront hat, um die vertikale Ausdehnung des Bildfeldes zu korrigieren, aber eine derartige Korrektur ist nicht unbedingt notwendig.

Aus vorstehendem geht hervor, daß ein brauchbares dreidimensionales Bild aus der in einem einzigen schmalen Streifen des Hologramms enthaltenen Information wiederherstellbar ist und daß dieses Bild im Vergleich zum mit Hilfe eines üblichen Hologramms hergestellten Bild keine nennenswerte Verschlechterung aufweist Das Bild hat zwar keine vertikale Parallaxe und keine vertikalen dreidimensionalen Charakteristiken, aber normalerweise empfängt ein Beobachter einen Tiefeneindruck eines Bildes ja doch nur mittels horizontaler dreidimensionaler Charakteristiken, weil sich seine Augen üblicherweise in einer horizontalen Ebene befinden. Durch Verzicht auf vertikale dreidimensionale Effekte und vertikale Parallaxe schafft die Erfindung ein System, das das Produkt aus Raum und räumlicher Bandbreite des Hologramms erheblich verringert und somit die Übertragung der Bildinformation des Hologramms stark erleichtert.

Weil sämtliche Streifen im zusammengesetzten Hologramm gemäß der Erfindung identisch sind, ist für die Übertragung der Information zur Erzeugung eines vollständigen Hologramms nur die Übertragung der Bildinformation eines einzigen Streifens erforderlich. Hierdurch ergibt sich eine starke Verringerung der Bandbreite und/oder der Signalübertragungsgeschwindigkeit Bei der beschriebenen Ausführungsform z. B, bei der das zusammengesetzte Hologramm aus etwa 100 identischen Streifen bestand, ergab sich bei der Übertragung von Bildsignalen eine Verringerung der

Bandbreite um einen Faktor 100. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß sich die Höhe der Hologrammstreifen nicht unter einen bestimmten Mindestwert herabsetzen läßt, weil sonst Beugungseffekte auftreten. Bei einer bestimmten praktischen Ausführungsform z. B. wurden geringe Beugungseffekte beobachtet, wenn die Abmessungen der anschließend aneinander angeordneten Streifen 0,2 mm χ 100 mm betrugen.

Es sind manche Ausbildungen für geeignete Eingangs- und Ausgangsgeräte zur Übertragung holographischer Bilder denkbar, von denen einige zur Erläuterung der Erfindung nachstehend beschrieben werden.

Ein Streifenhologramm zur Übertragung ist ohne weiteres dadurch erzielbar, daß ein Streifen mit den gewünschten Abmessungen von einem gemäß üblichen Verfahren aufgezeichneten Hologramm abgeschnitten wird, aber der Streifen kann auch dadurch hergestellt werden, daß nur die gewünschte Information aufgezeichnet wird, wie dies im Beispiel nach Fig.6 dargestellt ist. Bei dieser Anordnung fällt vom Laser 25 herrührende Strahlung nach Reflexion an einem Gegenstand 27 und an einem Spiegel 28 nur durch einen optischen Sipalt 29 auf einen geeigneten Aufzeichnungsfilm 26. Die Laserstrahlung kann impulsförmig oder kontinuierlich sein. Der Winkel zwischen der am Gegenstand 27 und der am Spiegel 28 reflektierten Strahlung ist vorzugsweise höchstens gleich 7°, um dafür zu sorgen, daß der Abstand zwischen den Interferenzstreifen groß genug ist, um auf einem Film mit vernünftigem Auflösungsvermögen aufgezeichnet werden zu können. Der Film 26 hat vorzugsweise ein Auflösungsvermögen von mindestens 200 Strichen je Millimeter und kann z. B. ein photochromischer Film, ein trockner Silberfilm oder ein aus einer thermoplastischen Folie bestehender Film sein. Es ist selbstverständlich zu bevorzugen, daß die Dicke des Aufzeichnungsmediums auf dem Film möglichst gering ist (z. B. höchstens 4 Mikron). Der belichtete Film wird gemäß üblichen Verfahren nach den Vorschriften des Herstellers weiter behandelt.

Um das Bild auf dem Hologrammstreifen in übertragbare Signale umzuwandeln, kann der Streifen gemäß einer von mehreren Techniken abgetastet werden. Wenn die Interferenzstreifen auf dem aufgezeichneten Bild etwa 15 Mikron dick sind (d. h. wenn sie mit einem Auflösungsvermögen von etwa 200 Strichen je mm aufgezeichnet worden sind), muß gemäß dem Abtastungsgesetz der Film mit einem Auflösungsvermögen von etwa 400 Strichen je mm abgetastet werden, so daß ein den Film abtastender Strahl ein Auflösungsvermögen von etwa 2,5 Mikron haben muß.

Ein bestimmtes Verfahren zur Abtastung des Hologramoistreifens zur Erzeugung von Bildsignalen ist in Fig.7 dargestellt Bei diesem System ist eine Lichtpunktabtastvorrichtung 30 zum Liefern eines Abtaststrahl vorgesehen, und zum Erreichen des erforderlichen Auflösungsvermögens bei der Abtastung wird das Abtastraster der Lichtpunktabtastvorrichtung optisch in eimer optischen Verkleinerungsvorrichtung 31 verkleinert Der Hologrammstreifen 26 wird so angeordnet, daß er vom Strahl mit verringertem Durchmesser abgetastet werden kann, wobei die Strahlung durch den Film geht und durch eine übliche photoempfindliche Vorrichtung 32 zur Erzeugung von Videosignalen aufgefangen wird. Für die Übertragung werden die Videosignale und die von der Abtastvorrichtung 30 herrührenden Synchronsignale einer üblichen

Sendevorrichtung 33 zugeführt. Weil der Hologrammstreifen 26 sehr langgestreckt ist, ist es zu bevorzugen, während jeder Rasterperiode der Lichtpunktabtastvorrichtung nur einen Teil des Streifens abzutasten. Wenn dies erfolgt, ist eine geeignete Vorrichtung 34 für ruckweisen Filmtransport vorhanden, die es ermöglicht, Videosignale zu liefern, die dem ganzen Streifen entsprechen; wenn z. B. Videosignale von einem Streifen von lmm χ 100 mm erzeugt werden sollen, kann das Zeilenraster der Abtastvorrichtung so verkleinert werden, daß eine Fläche von 1 χ 1 mm abgetastet wird, wobei der Filmstreifen lOOmal um je einen Schritt fortbewegt wird, um Signal des ganzen Streifens zu liefern. Wenn z. B. die Teile von je 1 mm χ 1 mm mit einem 400-Zeilenraster mit einer Rasterperiode von '/βο Sekunde abgetastet werden, hat das erhaltene Videosignal eine Bandbreite von etwa 10 MHz, wobei die Übertragung des gesamten aus 100 Teilen bestehenden Streifens etwa 1,6 Sekunde dauert. Weil sich die gesamte Bildinformation zur Wiederherstellung des zusammengesetzten Bildes im Empfänger in einem einzigen Streifen befindet, ist für die Übertragung des Bildes keine zusätzliche Zeit erforderlich.

Es sei bemerkt, daß die Herstellung ursprünglicher Hologrammstreifen nicht unbedingt notwendig ist, weil z. B. beim System nach F i g. 7 der Film so angeordnet werden kann, daß nur ein einziger Streifen eines größeren Hologramms abgetastet wird. Dies kann zweckmäßig sein, um den Beugungseffekt infolge des schmalen Spaltes auf dem endgültigen Hologrammstreifen, der schmaler als der Spalt sein kann, zu vermeiden. Weiter sei bemerkt daß statt einer Verkleinerung der Abmessungen des Abtaststrahles der Lichtpunktabtastvorrichtung der Hologrammstreifen vergrößert (z. B. 1Ofach) und so aufgezeichnet werden kann, in welchem Fall die Lichtpunktabtastvorrichtung ohne Verkleinerung zur Abtastung des vergrößerten Streifens benutzt werden kann. Es ist auch möglich, die Lichtpunktabtastvorrichtung durch eine Laserquelle und eine Lichtablenkvorrichtung zu ersetzen, wobei z. B. eine akustische Lichtablenkung benutzt wird, um dem Bündel die Abtastbewegung zu erteilen.

Die übertragenen Signale können in einer Vorrichtung nach F i g. 8 empfangen und verarbeitet werden, in der die Signale in einer Empfangsvorrichtung 40, die auf bekannte Weise ausgebildet sein kann und eine ausreichende Bandbreite (z.B. 10MHz beim beschriebenen System) hat, empfangen und demoduliert werden. Die erhaltenen Videosignale werden einer Kathodenstrahlröhre 41 mit hohem Auflösungsvermögen zugeführt, wonach das modulierte Schirmbild der Röhre optisch in einer geeigneten Vorrichtung 42 verkleinert und auf einen Film 43 mit hohem Auflösungsvermögen projiziert wird. Der Film wird genauso wie im Sender ruckweise fortbewegt mittels eines Motors 44 zum schrittweisen Transport, der durch vom Empfänger herrührenden Signale synchronisiert wird, um das Streifenhologramm (das z.B. die Abmessungen lmm χ 100 mm hat und aus 100 in horizontaler Richtung aneinander anschließender Bilder von je 1 mm χ 1 mm besteht) völlig abzubilden. Der erhaltene Filmstreifen, der z. B. ein Film mit hohem Auflösungsvermögen (z. B. mindestens 200 Striche je mm) sein kann, wird dann entwickelt, wodurch sich ein Streifenhologramm von der gleichen Art wie das ursprüngliche Streifenhologramm ergibt

Zum Beobachten des Hologramms kann ein zusam-

mengesetztes Hologramm dadurch hergestellt werden, daß der empfangene Streifen vervielfältigt wird, wonach diese identischen Streifen auf die in F i g. 4 dargestellte Weise vertikal aneinander anschließend angeordnet werden. Das erhaltene zusammengeüetzte -, Hologramm kann auf die in F i g. 9 dargestellte Weise beobachtet werden, wobei ein von einem Laser 50 herrührender Strahl von einem Spiegel 51 zu einer Zerstreuungslinse 52 reflektiert wird, die ihn auf das zusammengesetzte Hologramm 53 projiziert Ein an in einer Stelle 54 im Weg der Beugungsstrahlen erster Ordnung befindlicher Beobachter sieht das virtuell« Bild 55 genauso wie bei einem üblichen Hologramm, mit der vorerwähnten Ausnahme, daß nämlich die vertikale Parallaxe und der vertikale dreidimensionale Aspekt je nach der Höhe der Streifen völlig oder nahezu völlig fehlen.

Eine Bildwiederherstellung gemäß der Erfindung kann auch, und sogar mit bestimmten Vorteilen, dadurch erfolgen, daß ein einziger Hologrammstreifen benutzt wird, der in der Höhenrichtung des Streifens bewegt wird. Dabei wird z. B, wie in F i g. 10 dargestellt ist, ein einziges Streifenhologramm 60 auf einer Platte 61 angebracht Die Platte kann völlig lichtdurchlässig sein, aber vorzugsweise ist sie mit Ausnahme der Fläche hinter dem Hologrammstreifen lichtundurchlässig. Ein Laser 62 ist derart hinter der Platte 61 angebracht, daß er Strahlung auf den Hologrammstreifen richtet Ein biegsamer Stab 63 ist an einem Ende an einer feststehenden Platte 64 befestigt. Dem Stab wird eine m vertikale Schwingungsbewegung erteilt, z. B. mittels eines Motors 65, der mit einer geeigneten Vorrichtung zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine Translationsbewegung, z. B. mit einem Exzenter 66, gekuppelt ist Die Platte 61 ist am anderen Ende des Stabes 63 in einer nahezu senkrecht auf der Stabachse stehenden Ebene befestigt, so daß dem horizontalen Hologrammstreifen 69 eine vertikale Schwingungsbewegung erteilt wird. Die Frequenz der Schwingungsbewegung beträgt vorzugsweise mindestens etwa 20 Hz. Ein Beobachter, der sich im Punkt 67 in der Richtung des Beugungsstrahls erster Ordnung befindet, kann das gesamte virtuelle Bild mit horizontaler Parallaxe und horizontalen dreidimensionalen Aspekten, aber ohne vertikale Parallaxe und vertikale dreidimensionale Aspekte sehen. Der Laser 62 kann fest angeordnet sein ur-.d die ganze Hinterseite der Platte 61 beleuchten, aber wenn der Strahl eine derartige Form hat, daß er nur den Hologrammstreifen beleuchtet, wobei der Laser synchron mit dem Streifen bewegt wird, genügt ein Laser mit geringerer Leistung. Die Anordnung nach h'ig. 10 hat weiter den Vorteil, daß der störende »Sprenkeleffekt«, der normalerweise bei einem üblichen Hologramm auftritt, nahezu wegfällt

Die Vertikalbewegung eines aus einem einzigen Streifen bestehenden Hologramms kann auch unter Beibehaltung der Vorteile des Systems nach Fig. 10 durch andere Mittel erzielt werden. Es kann z. B, wie F i g. 11 darstellt, ein Streifenhologramm 70, das auf die vorstehend beschriebene Weise hergestellt worden ist, auf einer Trommel 71 angebracht werden. Der Streifen 70 verläuft nahezu parallel zur Trommelachse. Die Trommel kann völlig lichtdurchlässig sein, aber vorzugsweise ist sie außer an der Stelle, an der der Streifen 70 auf ihr befestigt ist, lichtundurchlässig. Die b5 Trommel wird durch einen auf irgendeine bekannte Weise mit ihr gekuppelten Motor in Drehung versetzt Ein Laser 73 ist in der Trommel so angebracht, daß er sichtbare Strahlung horizontal auf eine Seite der Innenoberfläche der Trommel richtet. Ein Beobachter in einem Punkt 74 außerhalb der Trommel in Richtung der Beugungswelle erster Ordnung sieht das ganze virtuelle Bild, genauso wie bei der Anordnung nach F i g. 10. Der Laser kann fest angeordnet sein und ein breites Gebiet der Oberfläche der Trommel beleuchten, er kann jedoch auch so angeordnet sein, daß er einen schmalen Strahl liefert, der nur den Streifen 70 beleuchtet und sich synchron mit dem Streifen bewegt Die Trommel läuft vorzugsweise mit einer derartigen Geschwindigkeit um, daß der Streifen mit einer Frequenz von mindestens etwa 20 Hz durch das Gesichtsfeld des Wahrnehmers geht Ebenso wie bei der Anordnung nach F i g. 11 weist auch das bei dieser Ausführungsform sichtbare Bild keinen »Sprenkeleffekt« auf. Die Umlaufgeschwindigkeit der Trommel kann selbstverständlich dadurch herabgesetzt werden, daß mehrere Streifenhologramme in gleichmäßigen Abständen auf der Oberfläche der Trommel angebracht werden.

Das erfindungsgemäße System erleichtert auch das Sehen einer Bildbewegung bei der Wiederherstellung holographischer Bilder. Bei den Vorrichtungen nach den Fig. 10 und 11 sei bemerkt, daß hierbei nicht versucht wird, den Hologrammstreifen ruckweise fortzubewegen. Deshalb kann der Motor 72 eine kontinuierliche Umdrehungsgeschwindigkeit haben. Das erhaltene Bild ist jedoch nicht verwischt infolge der kontinuierlichen Vertikalbewegung des Streifens, weil dieser nahezu keine vertikale Parallaxe und nahezu keine dreidimensionalen Charakteristiken hat Mit anderen Worten, wenn sich der Beobachter in einem festen Punkt befindet, ändern sich die gegenseitigen Lagen von Elementen des Bildes nicht in der vertikalen Richtung bei Änderungen der vertikalen Lage des Streifenhologramms. Wenn ein Hologramm eine zum Auftreten einer vertikalen Parallaxe ausreichende Höhe hat, wird durch eine derartige kontinuierliche Bewegung des Hologramms das Bild aber verwischt

Ein Verfahren zur Beobachtung bewegter Bilder mit Hilfe von Hologrammstreifen ist in Fig. 12 dargestellt Bei dieser Vorrichtung kann das bewegliche zu betrachtende Glied die Form mehrerer Hologrammstreifen 80 haben, die auf einem Transportfilm oder -band angebracht sind. Der Transportfilm ist auf geeigneten Spulen 82 angebracht, so daß er von einem Motor 83 mit konstanter Geschwindigkeit kontinuierlich in einer Richtung parallel zur Höhe des Streifens fortbewegt werden kann. Auf einer Seite des Transportfilms ist ein Laser 84 vorgesehen, der einen kohärenten Lichtstrahl mit einer Breite gleich der horizontalen Länge der Streifen auf den Film wirft Ein Beobachter an der Stelle 85 auf der anderen Seite des Filmes in der Richtung der Beugungsstrahlen erster Ordnung kann das vertikal abgetastete virtuelle Bild sehen. Es ist ein Sehspalt 86 zur Begrenzung des gewünschten Sehbereichs vorgesehen. Wenn der Transportfilm mit genügender Geschwindigkeit läuft, z.B. mit einer derartigen Geschwindigkeit, daß jeder Hologrammstreifen innerhalb von V20 Sekunde am Sehspalt vorbeibewegt wird, weist das wiederhergestellte Bild trotz der kontinuierlichen Geschwindigkeit des Transportfilmes kein Flimmern auf. Wenn die aufeinanderfolgenden Hologrammstreifen auf dem Band nacheinander aufgezeichneten Bewegungsbildern entsprechen, erscheint im wiederhergestellten Bild die Bewegung lückenlos und ohne Verwischung.

Wie F i g. 13 zeigt, können die Hologrammstreifen 80

auf der Oberfläche des Transportfilmes angebracht werden, wobei sie vorzugsweise in derartigen Abständen voneinander liegen, das jeweils nur ein Streifen dem Sehspalt gegenüberliegt. Der Transportfilm ist vorzugsweise außer an der Stelle der Hologrammstreifen lichtundurchlässig. Es ist selbstverständlich auch möglich, daß der Transportfilm und die Hologrammstreifen einheitlich sind, wobei der Film vorzugsweise nur an den Stellen, an denen die Hologrammstreifen belichtet und entwickelt sind, lichtdurchlässig ist Der aus dem Laser 84 tretende Strahl hat einen großen öffnungswinkel, der den ganzen Sehspalt anstrahlt, es kann jedoch auch ein schmaler fächerförmiger Laserstrahl benutzt werden, der sich synchron mit den Hologrammstreifen bewegt, wodurch ein Laser mit geringerer Leistung Verwendung finden kann.

Das in Fig. 12 dargestellte System ermöglicht nicht nur eine Bewegung im wiederhergestellten Bild, ohne daß der Transportfilm ruckweise fortbewegt werden muß, sondern es löst auch das Problem des Sprenkeleffekts und ermöglicht die Verwendung von Hologramm-Streifen, bei denen das Produkt aus Raum und räumlicher Bandbreite verringert ist Das System nach Fig. 12 ist auch vorteilhaft als kinematographisches Filmsystem, d.h. als ein System, bei dem die Bildinformation nicht über einen Sender und Empfänger übertragen wird, besonders dadurch, daß die Bewegung des Transportfilmes kontinuierlich sein kann und kein Verschlußmechanismus erforderlich ist und dadurch, daß das Bild dreidimensional ist

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, die in F i g. 14 dargestellt ist, kann der Hologrammstreifen in einem System zum Entwerfen eines wiederhergestellten zweidimensionalen Bildes oder einer fokussierten Ebene eines wiederhergestellten dreidimensionalen Bildes benutzt werden. Bei dieser Vorrichtung sind, ebenso wie bei der Vorrichtung nach Fig.3, die Hologrammstreifen 80 auf einem geeigneten Transport-. film 81 angebracht der derart auf Spulen 82 gewickelt ist, daß er eine vertikale Bewegung ausführen kann. Auf einer Seite des Transportfilmes ist ein Laser 84 zum Anstrahlen des Filmes vorgesehen. In der Richtung eines Beugungsstrahls erster Ordnung ist ein Schirm 85 angebracht, während eine Blende 87 vorgesehen sein kann, um die von den Hologrammstreifen herrührenden Strahlen nullter Ordnung und die anderen Beugungsstrahlen erster Ordnung abzufangen. Der Transportfilm und die Hologrammstreifen können auf die gleiche Weise wie beim System nach den Fig. 12 und 13

hergestellt werden.

Beim System nach F i g. 14 steht der Schirm 85 an der Stelle des reellen Bildes und deshalb wird auf ihm ein zweidimensionales Bild oder eine einzige Ebene eines dreidimensionalen Bildes fokussiert. Welche Ebene fokussiert ist, hängt z. B. vom Abstand zwischen dem Schirm und der Ebene der Hologrammstreifen und von der Geometrie der Bedingungen, unter denen der ursprüngliche Hologrammstreifen belichtet wurde, ab. Die Breite des Laserstrahles und der Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Hologrammstreifen sind vorzugsweise so bemessen, daß jeweiis nur ein einziger Streifen angestrahlt wird. Wenn ein schmaler Strahl (z. B. mit einem Durchmesser von höchstens 5 mm) Verwendung findet, können die Streifen dicht nebeneinander liegen (z. 3. in Abständen von 5 mm voneinander). Bei der Vorrichtung nach Fig. 14 kann es für eine zweckmäßigere Benutzung der Laserstrahlung vorteilhaft sein, wenn jeder Hologrammstreifen 80 selbst aus mehreren äußerst schmalen identischen Streifen besteht, deren Abstand voneinander der hinsichtlich der F i g. 5 gestellten Anforderung genügt Bei einem Strahl mit einem Durchmesser von 5 mm kann ein Hologrammstreifen z. B. aus fünf identischen, je 1 mm hohen Streifen bestehen. Die Vorrichtung nach F i g. 14 enthält weiter eine Filmsteuervorrichtung 88 zur Fortbewegung des Filmes. Diese Filmsteuervorrichtung kann ein Motor sein, ebenso wie beim System nach Fig. 12, der dem Film eine gleichförmige Bewegung erteilt Es ist jedoch auch möglich, daß die Filmsteuervorrichtung Mittel zum Stillsetzen und Fortbewegen des Filmes, z. B. von Hand, enthält so daß jedes gewünschte Bild wiederhergestellt werden kann. Durch die Anbringung von Mitteln zur Einstellung der fokussierten Ebene des wiederhergestellten Bildes, z.B. durch eine Verschiebung der Ebene des Schirmes 85, läßt sich die Bewegung jedes Teiles eines Bildes in drei Dimensionen verfolgen. Das Bild, das dabei in jedem einzelnen Augenblick auf dem Schirm 85 sichtbar ist ist selbstverständlich zweidimensional.

Obgleich bei den beschriebenen Ausführungsformen nur die Verwendung eines Laserstrahls zur Wiederherstellung der Bilder beschrieben wurde, können andere Verfahren Anwendung finden, z. B. eine Beobachtung mittels natürlichen Lichtes mit einfachem Zerstreuungsausgleich, wie dies in Applied Physics Letters, Band 9, Nr. 12, Seiten 417—418, Dezember 1966 beschrieben worden ist

Hierzu 4 Blatt Zeichnunuen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   I. Verfahren zur Erzeugung und Rekonstruktion eines Hologramms einer dreidimensionalen Szene, dadurch gekennzeichnet, daß die hoilographische Aufzeichnung der Szene auf einem streifenförmigen Bereich des Aufzeichnungsträgers erfolgt, wobei die Längsseite des Streifens parallel zur Horizontalrichtung der Szene ausgerichtet wird, und daß das streifenförmige Hologramm mit einem ι ο Wiedergabestrahl beleuchtet wird.

   Z Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zunächst erzeugte, streifenföirmige Hologramm (26) zur Erzeugung von Bildsignalen abgetastet wird, daß diese Bildsignale gesendet und empfangen werden, wonach sie wieder in die Form eines streifenförmigen Hologramms umgewandelt werden.

   3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere streifenförmige HoIogramme (80), deren Höhe erheblich kleiner als die Länge ist, in Richtung der Höhe der Streifen nebeneinander auf einem Hologrammträger ((ti) so angebracht werden, daß sie ein zusammengesetztes Hologramm bilden, wobei die Längsrichtungen der Hologrammstreifen parallel sind und die in Höhenrichtung einander entsprechenden Punkte der Hologrammstreifen auf einer Geraden liegen.

   4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch in gekennzeichnet, daß die Wiedergabevorrichtung einen Wiedergabestrahl, eine Einrichtung (61, IE3,64, 65,66; 71,72; 82) zur Fortbewegung des Streifens in Richtung seiner Höhe, und eine Beobachtungseinrichtung (86) für das aus dem Beugungsstrahl erster i~~> Ordnung gebildete, rekonstruierte Bild enthält

   5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung des Streifens in einem vorgegebenen Gebiet kontinuierlich mit einer nahezu konstanten Geschwindigkeit erfoJgt

   6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Streifen in einem bestimmten Gebiet hin- und herbeweglich ist

   7. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere parallele, in Höhen- 4^r> richtung nebeneinander auf einem Transportfilm angeordnete Hologrammstreifen (80) vorhanden sind, die von der Fortbewegungseinrichtung (81,82) bewegt werden.

   8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifen in einem Abistand voneinander liegen, der höchstens gleich ihrer Höhe ist

   9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Beobachtungseinrichtung einen v> Sehspalt (86) enthält, der jeweils nur die Strahlung von einem einzigen der Streifen hindurchläßt.

   10. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Fortbewegung der Streifen mit einer konstanten Geschwindigkeit solcher «> Größe erfolgt, daß die mit Hilfe der Streifen rekonstruierten Bilder mit einer Frequenz von mindestens 20 Hz sichtbar werden.

   II. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß aufeinanderfolgen- h^r> de Streifen (80) auf dem Transportfilm nacheinander aufgezeichneten Stellungen einer Szene entsprechen.

   12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß im Weg des von den Hologrammstreifen herrührenden Beugungsstrahles erster Ordnung am Ort des reellen Bildes ein Schirm (85) angebracht ist