DE1931260A1

DE1931260A1 - Verfahren zur Wiedergabe eines Hologrammes,das die Funktion einer nach optischen Prinzipien arbeitenden komplexen Wellenaenderungsanordnung ausuebt,mit hoher Wiedergabetreue

Info

Publication number: DE1931260A1
Application number: DE19691931260
Authority: DE
Inventors: Greenaway David Leslie; Russel John Patrick
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1968-06-20
Filing date: 1969-06-20
Publication date: 1970-09-03
Also published as: CA919473A; NL6909371A; US3658403A; CH526122A; FR2011347A1

Description

Ί QQ1Oc η

6810-69/Dr.ν.Β/Ε ^OU

RCA 60,626/60,660

British patent, applications
29,580/68 ; 29,581/68

filed:June 20, 1968

Radio Corporation of America

New York, N.Y. (V.St.A.) j

Verfahren zur Wiedergabe eines Hologrammes, das die Funktion einer nach optischen Prinzipien arbeitenden komplexen

Wellenänderungsanordnung ausübt, mit hoher Wiedergabetreue

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur ! originalgetreuen Wiedergabe oder Abfrage eines Hologrammes, das ; die Punktion einer komplexen Wellenänderungsanordnung, die nach optischen Prinzipien arbeitet, ausübt. Wenn die Erfindung auch , : nicht darauf beschränkt ist, eignet sie sich jedoch'besonders für '. den Fall, daß das Hologramm eine Mehrfachabbildung von Objektinformation ergibt. Diese Objektinformation oder irgend ein Teil von ihr kann entweder im Zeitpunkt der Aufzeichnung des Hologrammes in diesem gespeichert werden oder sie kann zur Zeit der Abfrage des Hologrammes vom Wiedergabebündel erhalten werden.

Der Begriff "komplexe Wellenänderungsanordnung, die nach optischen Prinzipien arbeitet" soll hier im Gegensatz zu einer Einzellinse oder einem einzelnen Spiegel eine koordinierte Anordnung von Elementen bedeuten, die nach den Prinzipien der Optik arbeiten, so daß die durch eine solche Anordnung verarbeitete ; Schwingungsenergie Wellenflächen hat, die eine vorgegebene ge- j wünschte Konfiguration aufweisen. Zu den optischen Prinzipien rechf

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nen die Reflektions-, Brechungs- und Beugungsgesetze. Der Begriff "Optik" bezieht sich im engeren Sinne zwar nur auf Licht, die Prinzipien der Optik lassen sich jedoch auch auf andere Formen von Schwingungsenergie und Strahlung anwenden. i'Ian spricht z.B. von Mikrowellenreflektoren und Mikrowellenlinsen sowie von akustischen Reflektoren und akustischen Linsen. Die Begriffe WeIIe₃ Schwingung und Schwingungsenergie sind hier also nicht auf Lichtenergie beschränkt, sondern sollen alle Arten von Schwingungsenergie umfassen, für die die Gesetze der Optik gelten.

Hologramme können als dreidimensionale Volumen-Interferenzfiguren oder, mindestens nominell, als zweidimensionale Oberflächen-Interferenzfiguren aufgezeichnet werden, bei denen die das Hologramm bildenden aufgezeichneten Intensitätsänderungen entweder Dichteänderungen (z.B. Schwärzungsänderungen eines photographischen Filmes) oder Phasenänderungen (z.B. Änderungen des Brechungsindex oder der optischen Dicke einer transparenten HoIo-= grainmauf zeichnung) sein können. Sogenannte "Oberflächenhologramme" in echten photοgraphischen Emulsionen sind in der Praxis komplizierte Kombinationen von Oberflächen- und Volumeneffekten so?/ie Dichte- und Phasenänderungen.

Die vorliegende Erfindung umfaßt alle Arten von HoIo-

" ' grammen, also sowohl Oberflächen- als auch Volumenhologramme sowie Dichte- und Phasenaufzeichnungen.

Gewöhnlich besteht ein Hologramm aus einer auf oder in der Oberfläche eines Aufzeichnungsmediums aufgezeichneten Interferenzfigur zwischen einer direkt zugeführten einfallenden einzelnen Referenzbündelkomponente kohärenter Schwingungsenergie· / und einer Informationskomponente, die von einem mit der kohärenten Schwingungsenergie beleuchteten Objekt stammt. Ein reelles Bild der in einem solchen Hologramm aufgezeichneten Information kann mit einem Wiedergabebündel erzeugt werden, das zu dem bei der Herstellung des Hologrammes verwendeten einzigen Referenzbündels konjugiert ist. Dabei entsteht also ein einziges reelles

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BiId des Objekts.

An anderer Stelle (deutsche Patentanmeldung entsprechend der britischen Patentanmeldung 29 579/68 vom 20.6.1968) wird vorgeschlagen, bei der Aufzeichnung eines llologrammes speziellen Typs anstelle eines einzigen Referenzbündels gleichzeitig mehrere, gleichartige, beabstandete Referenzbündel zu verwenden. Wenn ein Hologramm dieses speziellen Typs mit einem einzigen V/iedergabebündel abgefragt wird, liefert es für jedes einzelne der bei der Aufzeichnung verwendeten Referenzbündel ein getrenntes Bild der aufgezeichneten Objektinformation. Vorzugsweise soll das einzige V/iedergabebündel konjugiert zu dem am zentralsten gelegenen Referenzbündel der bei der Aufzeichnung des Holgrammes verwendeten Referenzbündel sein. In diesem Falle hat dann ein in der Mitte liegendes Bild von allen reproduzierten Bildern die höchste Auflösung und die geringste Verzerrung. Die Wiedergabetreue der außermittig angeordneten Bilder ist zwar etwas geringer als die des mittleren Bildes, für die meisten Zwecke reichen jedoch die erzielbare Auflösung und Klarheit aus.

Es wird jedoch immer wünschenswert und in manchen Fällen sogar wesentlich sein, die nicht in der Mitte liegenden Bilder mit demselben Grad von Wiedergabetreue und Auflösung zu reproduzieren wie das zentrale Bild.Dies gilt z.B. für Verfahren zum Herstellen von integrierten Schaltungen, bei denen ein Hologramm verwendet werden kann, um auf eine Halbleiterscheibe oder eine beim Verfahren verwendete Maske gleichzeitig und unmittelbar eine große Anzahl von getrennten, sehr kleinen Bildern der herzustellenden Schaltung aufzuprojizieren. Mehrfachbild-Hologramme hoher Auflösung sind außerdem auch in der Datenverarbeitungs- und Rechnertechnik für die maschinelle Erkennung von Zeichen von Bedeutung.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zum Abfragen eines Hologrammes eines Typs, das aus einer gleichzeitigen Aufzeichnung zweier Komponenten kohärenter Energie auf einer Oberfläche eines Aufzeichnungsmedr.ums resul-

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.tiert, wobei die erste Komponente aus einem Bündel, das sich im wesentlichen in einer vorgegebenen Richtung bezüglich der Oberfläche ausbreitet, besteht und die zweite Komponente sich in einer von der vorgegebenen Richtung wesentlich verschiedenen Richtung ausbreitet und durch eine spezielle komplexe, auf optischen Prinzipien arbeitende Wellenänderungsanordnung zum Erzielen einer vorgegebenen speziellen Wirkung auf sie einfallende Sehwingungsenergie beeinflußt worden ist. Das Verfahren gemäß der Erfindung zum Ablesen eines Hologrammes dieses Typs- besteht darin, das Hologramm mit einem Wiedergabebündel einfallender W Sehwingungsenergie zu beleuchten, das sich im x^esentlichen in einer Rbhtung bezüglich der Oberfläche des Hologramm-Mediums ausbreitet, die der erwähnten vorgegebenen Richtung entgegengesetzt ist. In dem Hologramm kann auch Objektinformation durch räumliches Modulieren der oben erwähnten ersten Komponente mit der Objektinformation aufgezeichnet sein. In diesem Falle enthält das Hologramm nicht nur Information bezüglich des Objekts, sondern ' auch Befehlsinformation zur Durchführung einer aktiven optischen Operation während der Abfrage oder Wiedergabe.

Anstatt Objektinformation im Hologramm zu speichern, j wie es oben beschrieben wurde und dem Stand der Technik ent- i

spricht, kann die erwähnte erste Komponente der Schwingungsenergie aber auch unmoduliert sein. In diesem Falle wird die Objektinformation erst be,i der Abfrage durch räumliches Modulieren des Wiedergabebündels eingeführt. Man kann auch einen Teil der Ob- ■ jektinformation im Hologramm speichern, indem man die erwähnte erste Komponente räumlich moduliert, während der Rest der Objektinformation während der Abfrage durch räumliches Modulieren des · Wiedergabe- oder Abfragebündels erhalten wird.

Auf jeden Fall erhält man eine sehr getreue Rekonstruktion, die sowohl von der Objektinformation als auch von der speziellen komplexen Wellenänderungsanordnung, die bei der Herstellung des Hologrammes verwendet wurde, abhängt. Wenn diese Anord-. nung eine Linsenanordnung ist, erhält man eine Vielfachabbildung

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der Objektinformation. Wenn die Objektinformation durch räumliches Modulieren eines Wiedergabebündels, das durch einen Diffuser diffus gemacht worden ist, erhalten wird, können Fleckenstörungen, die normalerweise im rekonstruierten Bild auftreten,
durch Zerstören der Kohärenz des das Objekt beleuchtenden Bündels! beseitigt werden, z.B. durch Drehen des Diffusers während der ;

Wiedergabe. j

Der vorliegenden Erfindung liegt also die Aufgabe zu- j gründe ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes holo- j graphisches Verfahren anzugeben, das sich besonders für Vielfach-; abbildungen mit hoher Abbildungstreue und hohem Auflösungsvermö- j

gen eignet, hierauf jedoch nicht beschränkt ist. ^!

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung ! näher erläutert, es zeigen: ·

Fig. 1 eine erste Einrichtung zum Aufzeichnen-eines
Hologrammes gemäß der Erfindung; ]

Fig. 2 eine Einrichtung zur Wiedergabe eines gemäß Fig.: 1 hergestellten Hologrammes gemäß der Erfindung; ;

Fig. 3 eine zweite Ausfuhrungsform einer Einrichtung
zum Aufzeichnen eines Hologrammes gemäß der Erfindung;

Fig. 4 eine Einrichtung zur Wiedergabe eines gemäß
Fig. 3 hergestellten Hologrammes gemäß der Erfindung;

Fig. 5 eine dritte Ausführungsform einer Einrichtung
zum Aufzeichnen eines Hologrammes gemäß der Erfindung;

Fig. 6 eine Einrichtung zur Wiedergabe eines gemäß Fig. 5 hergestellten Hologrammes gemäß der Erfindung;

Fig. 7 eine dritte Ausführungsform einer Einrichtung
zur Aufzeichnung eines Hologrammes gemäß der Erfindung und

Fig. 8 eine Einrichtung zur Wiedergabe eines gemäß
Fig. 7 hergestellten Hologrammes gemäß der Erfindung.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Einrichtung wird ein
kohärentes Schwingungsenergie-Bündel 10 von einem Laser 11 mittels eines Bündelteilers 16 in zwei Teilbündel 12 und 14 aufgespaltet. Der Bündelteiler kann ein teilweise reflektierender

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Spiegel sein. Das erste Teilbündel 12 der kohärenten Energie v/ird nach Reflexion an einem Spiegel 18 und Verbreiterung durcn eine Anordnung, die eine Linse 20 und eine Blende 22 mit einem feinen Loch enthält, durch eine Linse 80 zu einer ersten parallelen Schwingungsenergiekomponente 82 kollimiert. Mindestens ein Teil der ersten Komponente 82, die sich in einer Richtung parallel zur Linie A-A ausbreitet, fällt auf eine Oberfläche 30a eines Aufzeichnungsmediums einer Hologrammplatte 32a.

Das zweite Teilbündel 14 fällt nach Erweiterung durch

^ eine Anordnung, die eine Linse 34 und eine Blende 36 mit einem , - einzigen feinen Loch enthält, und nach Kollimierung durch eine ^; Linse 50 auf eine Linsenanordnung 52. Die Linsenanordnung 52 enthält eine Vielzahl gleichartiger, in einer Ebene angeordneter · Konvexlinsen, deren Brennpunkte in einer vorgegebenen Ebene C-C ''■ liegen. Die Ebene C-C verläuft im wesentliehen parallel zur Ebenej der Oberfläche 30a des Auf zeichnungsmediums der llologrammplatte und hat von dieser einen vorgegebenen Abstand. In der Linsenan- ] Ordnung 52 sind zur Erläuterung nur fünf Linsen dargestellt, die ; vertikal untereinander angeordnet "sind. In der Praxis wird die Linsenanordnung 52 jedoch eine wesentlich größere Anzahl von Linsen enthalten, die dann eine zweidinensionale Anordnung bilden, also eine Anordnung, die sich sowohl in vertikaler Pachtung als auch in einer in die Zeichenebene hinein verlaufenden Pachtung erstreckt. Die Linsenanordnung 52 kann irgend eine gewünschte geometrische Konfiguration haben.

Die aus den jeweiligen Linsen der Linsenanordnung 52 austretende Schwingungsenergie liefert eine zweite Komponente der Schwingungsenergie, welche aus im Abstand voneinander ver-' laufenden, divergierenden Bündeln 42-1...42-5 besteht, die jeweils von verschiedenen punktförmigen Quellen in der Ebene C-C ausgehen, welche den jeweiligen Linsen der Linsenanordnung entsprechen, von denen das betreffende divergente Bündel 42-1...42-5 stammt. Mindestens ein Teil jedes der divergenten Bündel 42-1... 42-5, die zusammen die zweite Komponente der Schwingungsenergie-

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bilden, fällt auf die Oberfläche 30a des Aufzeichnungsmediums der liologrammplatte 32. Die generelle Richtung dieser zweiten Komponente der Schwingungsenergie bezüglich der Oberfläche 30a des Aufzeichnungsmediums verläuft/einer Linie B-B.

Das auf oder im Aufzeichnungsmedium der Hologrammplatte 32a aufgezeichnete Hologramm besteht aus der interferenzfi- j

gur, die bei der Interferenz der aus dem parallelen Bündel 82 bestehenden ersten Komponente und der aus den auf die Oberfläche 30a des Aufzexchnungsmediums der Hologrammplatte 32a fallenden j divergenten Bündeln 42-1...42-5 bestehenden zweiten Komponente | entsteht. Das mittels der Einrichtung gemäß Fig. 1 hergestellte ' Hologramm unterscheidet sich von. den bekannten Hologrammen dadurch, daß keine der beiden miteinander interferierenden Schwin- ■ gungskomponenten irgend eine Objektinformation enthält und daß im aufgezeichneten Hologramm keine Objektinformation gespeichert ist. Im aufgezeichneten Hologramm ist stattdessen Information bezüglich einer speziellen komplexen Wellenänderungsanordnung ^; (Wellenflächenänderungsanordnung) wie der Linsenanordnung 52,die nach optischen Prinzipien arbeitet und eine vorgegebene Wirkung auf die einfallende Schwingungsenergie ausübt, z.B. die Wirkung, daß die getrennten, divergierenden Bündel 42-1...42-5 erzeugt werden, gespeichert. Das die erste Komponente der Schwingungsenergie bildende parallele Bündel 82 hat eine Wellenfläche mit der Krümmung Null. Dies ist für die vorliegende Erfindung jedoch nicht wesentlich. Die erste Komponente der Schwingungsenergie kann vielmehr ein Bündel mit einer Wellenfläche beliebiger vorgegebener positiver oder negativer Krümmung sein. Als erste Komponente kann also anstelle des in Fig. 1 dargestellten parallelen Bündels auch ein konvergierendes oder divergierendes 3ündel verwendet werden. In allen Fällen sind jedoch der Viert der Krümmung der Wellenflache des die erste Komponente bildenden und auf die' Oberfläche. 30a des Aufzeichnungsmediums der Hologrammplatte 32a auffallenden Bündels sowie die generelle Richtung dieses Bündels bezüglich der Hologrammplatte 32a a priori bekannt.

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Ag« 2 sieigt «ine M^nricntung »um das unit filfö 4er in Fig,. 1 idargestelJiten ©der in dem J^zeiclinungsmediium der :H*);L©grammplatte 32a

war de.« Die Einrichtung gemäß fig. 2 enthält einen sea? 9©_a -der ein StaFsiujjngstoteäel 91 emi^iert, Bm iBinäel i#fl -amsifo Ierhreiiteriaiag äaren eine Vorri^itungj, die eiaae 52 iund eine Biexicie 9k mit einem.einzigen Seinen TKBMb3?ei-tert wnä jEäüt dann (torch einen ,Diffuser 9S₃ .der ^

-weise #ureh eine Anordnung;, die nicht dargestellt ist„ gedrelai; "wird. Die a»s idem diffuser 96 austretende diffuse S.cöwiaagungsenergie Hallt duroh ein Objekt 98, toei dem es sich um ein 'I^aa^ pareBttoiM liandeln lcann₃ so daß die aus dem Objekt 98 austre'teade Scnwingunsenergie räumlieh moduliert ist₃ d*h.,, die aus dem öbjelct SB austretende diffuse Sehwingungsenergie anderfc sich in ihrer Intensität und Phase von Punkt zu Punkt des Bündel^uers ehnittes entsprechend der Objektinformation. Das Objekt $8 ist in der Brennebene eifier Konvexlinse 100 angeordnet. Die diffusen^ intten sitätsinodulierten strahlen 99 der aus dem Objekt 98 austretentlen Schwingungsenergie ₃ die auf die Konvexlinse 100 fallen^ treten aus dieser daher als paralleles^ objektcodiertes Ablesebündel 101 aus. Das Ablesebündel 101 fällt, nachdem es die Rückseite der Hologrammplatte 32a durchsetzt hat, auf das Hologramm, das auf der Oberfläche 30a des Aufzeichnungsmediums aufgezeichnet worden v/ar.

Bisher igt auf die Ausbreitungsrichtung des objektcodierten Ablesebündels 101 bezüglich der Oberfläche 30a des Aufzeichnungsmediums, auf der das abzulesende Hologramm-aufgezeichnet ist * noch nicht näher eingegangen worden. Diese Richtung ist, wie dargestellt, bezüglich der Oberfläche 30a des Aufzeichnungsmediums parallel zu einer Linie A-A, d.h. aber daß sie bezüglich der Oberfläche 30a des Aufzeichnungsmediums parallel zu der vorgegebenen Richtung der bei der Aufzeichnung des Hologrammes verwendeten einfallenden ersten Schwingungskomponente verläuft. Die „Richtung des objektcodierten Ablesebündels 101 bezüglich der Ober fläctee^: 30a des Aufzeichnungsmediums ist jedoch nicht die gleiche

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wie die Richtung der ersten Schwingungskomponente, sondern dieser entgegengesetzt, d.h. daß das objektcodierte Ablesebündel 101 auf die Rückseite der Oberfläche 30a fällt, während die bei ! der Aufzeichnung des Hologrammes verwendete erste Schwingungskomponente auf die Vorderseite der Oberfläche 30a des Aufzeichnungsmediums gefallen war.

Wenn die Wellenlänge der Schwingungsenergie vom Laser j 90 in Pig. 2, die für die Abfrage verwendet wird, die gleiche ist wie die Wellenlänge der Schwingungsenergie vom Laser 11 in Fig. 1, die bei der Aufzeichnung verwendet wurde, was im Moment j-" als gegeben angenommen werden soll, entsteht für jede einzelne j ^: Linse der Linsenanordnung 52 in Fig. 1 ein eigenes, getrenntes j

reelles BrId 102-1...102-5 der Objektinformatbn. Die Bilder 102- j J 1...102-5 liegen alle in einer Ebene C-C, d.h. in einer Ebene, ! die parallel zur Hologrammplatte 32a verläuft und von dieser den' gleichen Abstand hat wie die Oberfläche 30a des Aufzeichnungsme- j diums von den Punktquellen, von denen bei der Einrichtung gemäß Fig. 1 die für die Aufzeichnung des Hologrammes verwendeten divergierenden Bündel 42-1...42-5 ausgingen.

Durch die Einrichtung gemäß Fig. 2 erfolgt nicht nur eine Vielfachabbildung der Objektinformation vom Objekt 98» bei der die Anzahl und Anordnung der Bilder durch die im Hologramm ', aufgezeichnete Information bestimmt wird, sondern auch jedes einzelne der Bilder 102-1...102-5 wird mit praktisch der gleiche^ sehr hohen .Auflösung und Wiedergabetreue reproduziert.

Bekanntlich ergibt die Verwendung von diffusem Licht bei der Holographie eine Redundanz der Information, die sehr erwünscht ist. Bei Verwendung von diffusem Licht tritt jedoch als I unerwünschte Begleiterscheinung eine Fleckenstörung auf, die dem Korn bei der photographischen Wiedergabe ähnelt. Wenn jedoch der Diffuser in der in Fig. 2 dargestellten Weise oder anderweitig gedreht wird, verringert sich die. durch das diffuse Ablesebündel erzeugte Redundanz nicht, die bei einem ruhenden Diffuser -nor- . malerweise auftretenden Fleckenstörungen werden jedoch durch die

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Bewegung des Dif'fusers ausgemittelt. Die Klarheit, mit der die Bilder 102-Γ...102-5 wiedergegeben werden, wird also durch den sich drehenden Diffuser 96 gemäß Fig. 2 wesentlich erhöht.

Wie oben in Verbindung mit Fig. 1 erwähnt worden war, braucht-das erste Komponentenbündel 82 nicht parallel zu sein und eine Wellenflache mit der Krümmung Hull aufzuweisen. Ss kann vielmehr sowohl konvergieren als auch divergieren, solange die Krümmung der auf die Oberfläche 30a des Aufzeichnungsmediums auffallenden Wellenfront oder Wellenfläche bekannt ist. Das objektcodierte Ablesebündel 101 ist in diesem Falle dann nicht ein parallete Bündel mit ebener Wellenfläche, sondern hat vorzugsweise beim Einfallen auf die Rückseite der Oberfläche 30a des Aufzeich-j nungsmediums eine Wellenflache, deren Krümmung konjugiert zur Krümmung der Wellenfläche der ersten Komponente ist, die bei der Aufzeichnung des Hologrammes verwendet wurde; wenn also die erste Komponente ein divergentes Bündel mit einem bestimmten Absolutwert der Krümmung beim Einfall auf die Oberfläche des Aufzeichnungsmediums war, sollte das Ablesebündel ein konvergierendes Bündel mit einer Wellenfläche sein, die beim Einfallen auf die Rückseite der Oberfläche 30a des Aufzeichnungsmediums den gleichen Absolutwert der Krümmung hat, und umgekehrt. Wenn dies der Fall ist und die generelle Ausbreitungsrichtung des Ablesebündels der Ausbreitungsrichtung der beim Aufzeichnen des Hologrammes verwendeten ersten Komponente entgegengesetzt bleibt, liegen die reproduzierten Bilder 102-1...102-5 des Objektes 98 im wesentlichen in der Ebene C-C, wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Wenn keine Übereinstimmung zwischen den Absolutwerten der Wellenflächenkrümmungen der ersten Komponente 82 und des konjugierten/ Ablesebündels 101 besteht, werden die durch das Hologramm erzeugten Bilder entweder vergrößert oder verkleinert und sie erscheinen auch nicht mehr in der Ebene C-C. Bilder, die unter solchen Voraussetzungen erzeugt werden, zeigen Aberrationen, die mit zunehmender Vergrößerung bzw. Verkleinerung wachsen. Wenn die Absolutwerte der Krümmungen der Wellenflächen der ersten Komponente 82 und des konjugierten Ablesebündels 101 gleich sind,

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Bilder im eiaiejn fesifcesi ife:rhältais zur Größe des Q&gektes,. Di-e ses Verhältnis wird #arc;h das VeÄältinis der '"Brennweite" das "JäolOgrammes £djLe als Abstand zwischen der Ebene £J—G umel dem BoΙο-*·

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UBd ,dem QbjeiCb i>ei riehti^er Aufdie Ablage bsestimmt.

Die auf diese "Weise erzeugten vergrößerten oder ver- ; kleinerten Bilder zeichnen sieh durch eine sehr hohe Auflösunß aus. Wenn der Vergrößerungs- bzw* Verkleinerungsmaßstab geän- j dert und die hohe Auflösung erhalten werden sollen, müssen ein ^! anderes Hologramm oder eine andere Kollimator linse verwendet vrer-¹ den.. Eine Vergrößerung oder Verkleinerung der Bilder 102-1".,.. | 102-5 bezüglich der Objektes 98 kann jedoch auch dadurch -erreicht} werä'enj daß raan für die Schwingungsenergie vom Laser 90 in Fig. ; 2 eine andere Vs/ellenlänGe verwendet als für die Schwingungsenergie vom Laser 11 in"Pig. 1. ,

DieLinsenanordnung 52 ist nur ein Beispiel einer komplexen .Wellenänderungsanordnung.. Erstrens kann man nämlich andere Anordnungen^ z.B. eine. Lochblendenplatte (eine Platte mit einer Vielzahl feiner Löcher) oder eine aus Spiegeln bestehende Anordnung verwenden₄ um eine Vielzahl getrennter punktförjniger , Strahlungsquellen zu erzeugen, die in einer vorgegebenen. Ebene liegen und von denen getrennte divergierende Strahlungsbündel ausgehen, die.die zweite Komponente bilden, die zur Aufzeichnung des Hologrammes verwendet wird. Zweitens kann die komplexe. Wellenänderungsanordnung eine Vorrichtung wie ein Mikroskop, Teleskop, Gitter oder eine Anzahl von Linsen, die ein optisches System mit vernachlässigbar kleinen unerwünschten Aberrationen bilden, sein. Unabhängig vom sjeziellen Typ der komplexen We llenän der ungs -

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anordnung, die zur Erzeugung der zweiten einfallenden Komponente verwendet wird, die mit der ersten einfallenden Komponente bei der Oberfläche des Aufzeichnungsmediums der Hologrammplatte interferiert und ein spezielles Hologramm erzeugt, hat das auf diese Weise hergestellte Hologramm sehr spezielle Eigenschaften, wenn es mit einem Abfragebündel abgefragt wird, das sich bezüglieh der Oberfläche des Aufzeichnungsmediums der Hologrammplatte in einer Richtung ausbreitet, die der Ausbreitungsrichtung der obenerwähnten ersten Komponente entgegengesetzt ist. Eine dieser speziellen Eigenschaften besteht darin, daß das aufgezeichnete Hologramm auf die einfallende Schwingungsenergie entweder die gleiche oder eine komplementäre Wirkung auszuüben vermag wie die spezielle komplexe Wellenänderungsanordnung, die bei der Herstel lung des Hologrammes verwendet wurde. Hierdurch wird es möglich, Hologramme herzustellen, die als Ersatz für wirkliche, komplexe, nach optischen Prinzipien arbeitende Wellenänderungsanordnungen verwendet werden können, um irgend eine Anzahl von vorgegebenen aktiven optischen Funktionen auszuüben, gleichgültig ob es sich bei dieser Punktion um eine Mehrfachabbildung, die Punktion eines Mikroskops, eines Teleskops oder eines sehr teuren Linsensystems mit vernachlässigbarer Aberration handelt usw.

In den Fig. 3 und H sind Alternativen für die Einrichtungen gemäß Fig. 1 bzw. 2 zum Aufzeichnen bzw. Ablesen eines Hologrammes dargestellt, welches durch die Interferenzfigur zwischen einer einfallenden ersten Komponente kohärenter Schwingungsenergie, die nicht durch Objektinformation räumlich moduliert wurde, und einer einfallenden zweiten Komponente kohärenter Schwingungsenergie, die durch eine komplexe Wellenänderungsanordnung, wie eine Linsenanordnung, beeinflußt worden ist, gebildet wird. Die Ausführungsbeispiele gemäß Fig. 3 und 4 haben den Vorteil, daß sie für die beiden bei der Aufzeichnung des Hologrammes verwendeten Strahlungskomponenten, das bei der Reproduktion des Hologrammes verwendete Wiedergabebündel und viele der Komponenten, die bei der Aufzeichnung und Wiedergabe des

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Hologrammes verwendet werden, eine Kreissymmetrie ergeben.

Bei der Einrichtung gemäß Fig. 3 wird ein Bündel 120 kohärenter Schwingungsenergie von einem Laser 122 an einem Spiegel 124 reflektiert, so daß sich ein Bündel 126 ergibt, das sich längs einer Achse 0-0 ausbreitet. In einer zur Achse 0-0 senkrechten Ebene und symmetrisch zu dieser Achse sind eine Vielzahl gleichartiger Konvexlinsen angeordnet, die eine Linsenanordnung 128 bilden. Die Brennpunkte der Linsen liegen in einer zur Achse 0-0 senkrechten Ebene C-C. Die Linsenanordnung 128 enthält eine zentral angeordnete, auf der Achse 0-0 liegende Linse 130.

j Zur Erläuterung ist die Linsenanordnung 128 nur mit

fünf Linsen dargestellt, die vertikal übereinander angeordnet sind. In der Praxis enthält.die Linsenanordnung 128 normalerweise eine wesentlich größere Anzahl von Linsen, die in irgend einer beliebigen Anordnung in einer zur Achse 0-0 senkrechten Ebene angeordnet sein können.

Das Bündel 126 fällt auf die in der Mitte angeordnete j Linse 130 der Linsenanordnung 128 und wird durch diese Linse in · einem Punkt F fokussiert. Hierbei entsteht ein divergentes Bün- ' del 132, dessen Ursprung im Punkt F liegt und das von der aus der Linse 130 austretenden Schwingungsenergie stammt. Das divergente Bündel 132 fällt auf die reflektierende Oberfläche eines symmetrisch zur Achse 0-0 angeordneten Parabolspiegels 134, des-, sen Brennpunkt mit dem Punkt F zusammenfällt. Die Größe des Parabolspiegels 134j insbesondere der Bereich seiner oberfläche, der durch das divergente Bündel 132 beleuchtet wird, ist, wie dargestellt, wesentlich größer als die Linsenanordnung 128.

Da der Punkt F sowohl der Ursprung des divergierenden Bündels 132 als auch der Brennpunkt des Parabolspiegels 134 ist, wird das einfallende Bündel 132 vom Parabolspiegel 134 als paralleles Bündel I36 reflektiert, welches eines inneren Teil I38, welcher durch den von der Linsenanordnung 128 eingenommenen Be-

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reich definiert ist, und einen ringförmigen äußeren Bereich l40, der den inneren Bereich 138 umgibt, enthält. Auf der dem Parabolspiegel 134 entgegengesetzten Seite der Linsenanordnung 128 ist, wie dargestellt, eine Hologrammplatte 146 angeordnet, die eine Aufzeichnungsmediumoberfläche 148 enthält, die in einer Ebene liegt, die zu der der Linsenanordnung 128 parallel ist. Der ringförmige Teil l40 des parallelen Bündels I36 läuft an der Linsenanordnung 128 vorbei und trifft die Oberfläche 148 des Aufzeichnungsmediums der Hologrammplatte 146 nur in einem ringförmigen Bereich, der durch den Querschnitt des ringförmigen Teiles l40 definiert ist. !

Der ganze innere Teil 138 des parallelen Bündels 136 ! fällt auf die Linsenanordnung 128. Die Brennpunkte der Linsen der Linsenanordnung 128 liegen bei getrennten, jeweils der betreffenden Linse zugeordneten Punkten in einer vorgegebenen Ebene C-C. ■ Die Ebene C-C verläuft senkrecht zur Achse 0-0 und parallel zur Hologrammplatte 146. Jeder einzelne Brennpunkt in der Ebene C-C ; wirkt.daher als eigene, getrennte Punktquelle für ein divergie- \ rendes Bündel 150 der Schwingungsenergie und alle diese Bündel fallen auf die Oberfläche 148 des Aufzeichnungsmediums der Hologrammplatte 146. Eine Interferenz zwischen den Bündeln 150 und dem ringförmigen Bündelteil l40 findet jedoch nur in dem erwähnten ringförmigen Bereich der Oberfläche 148 des Aufzeichnungsmediums der Hologrammplatte 146 statt, da die Schwingungsenergie des ringförmigen Teiles l40 des parallelen Bündels I36 auf diesen ringförmigen Bereich der Oberfläche 148 des Aufzeichnungsmediums der Hologrammplatte 146 begrenzt ist. Auf diese Weise wird also auf der Oberfläche 148 der Hologrammplatte 146 ein ringför,-. miges Hologramm aufgezeichnet, das kreissymmetrisch zur Achse 0-0 ist.

Fig. 4 zeigt eine Einrichtung zum Ablesen des ringförmigen Hologrammes, das mit Hilfe der in Fig. 3 dargestellten Einrichtung hergestellt worden ist. Schwingungsenergie 152 von etera Laser 154 fällt nach Reflexion an einem Spiegel 156 und Verbrei—

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terung mittels einer Linse 158 durch einen rotierenden Diffuser l6O und ein Objekt l62_s das aus einem Transparentbild bestehen kann. Hierbei entsteht ein räumlich moduliertes Bündel 164 aus Diffuserschwingungsenergie, das symmetrisch zur Achse 0-0 ist. Mindestens ein Teil des Bündels 164 fällt auf einen Parabolspiegel 166. Der Parabolspiegel 166 ist symmetrisch zu einer Achse 0-0 so angeordnet, daß das Objekt 162 in seiner Brennebene liegt Hierdurch wird ein objektcodiertes paralleles Ablesebündel 168 erzeugt, das sich parallel zur Achse 0-0 ausbreitet. Das Ablesebündel 168 fällt auf die hintere Seite der Hologrammplatte 146, die symmetrisch zur Achse 0-0 in einer zum Ablesebündel 168 senkrechten Ebene angeordnet ist. Das auf oder im Aufzeichnungs-: medium auf der Hologrammplatte 146 aufgezeichnete ringförmige Hologramm beugt die einfallende Schwingungsenergie des objektkodierten Abfragebündels 168 und erzeugt getrennte, getreue, hochaufgelöste Bilder 170-1...170-5 des Objekts 162, die in ihrer Lage jeweils den verschiedenen Linsen der Linsenanordnung 128 gemäß Fig. 3 entsprechen. Die Anordnung der Bilder 170 in

bezug aufeinander ist also ähnlich der Konfiguration der Linsen j. der Linsenanordnung 128 in bezug aufeinander.

Die in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Einrichtungen stimmen darin miteinander überein, daß im Hologramm keine Objekt* Information aufgezeichnet, das Ablesebündel jedoch mit der Objekt* informatbn codiert wird. Wie in den Fig. 5 bis 8 dargestellt ist, kann jedoch auch Objektinformation zusätzlich zu optischer Information im Hologramm gespeichert werden, indem man die einfallende erste Komponente der Schwingungsenergie, die beim Aufzeichnen des Hologrammes verwendet wird, räumlich moduliert und außerdem die zweite Komponente der Schwingungsenergie mit einer Schwingungsänderungsanordnung,, die nach optischen Prinzipien arbeitet, beeinflußt. In diesem Fall ist es nicht erforderlich, das Ablesebündel räumlich zu modulieren.

In Fig. 5 entsprechen die mit den Bezugszahlen 10,"11, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 34, 36, 42-1...42-5, 50, 52 und 80 bezeichneten Elemente zur Aufzeichnung eines Hologrammes auf oder

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in einem Aufzeichnungsmedium 30b einer Hologrammplatte 32b in Struktur und Punktion jeweils den mit den gleichen Bezugszahlen bezeichneten Elementen der in Fig. 1 dargestellten Einrichtung zum Aufzeichnen eines Hologrammes auf oder in dem Aufzeichnungsmedium der Hologrammplatte 32a. Die Einrichtung gemäß Fig. 5 unterscheidet sich von der gemäß Fig. 1 hur darin, daß das erste Teilb'ündel 12 nach Reflexion an einem Spiegel 18 und Verbreiterung mittels einer Linse 20 und einer Lochblende 22 durch einen Diffuser 24 diffus gemacht und dann durch ein Objekt 26, das aus einem Transparentbild bestehen kann und in der Brennebene der Linse 80 angeordnet ist, räumlich moduliert wird. Dies hat zur Folge, daß die einfallende erste Komponente der zur Aufzeichnung des Hologrammes verwendeten Schwin'gungsenergie aus .einem objektcodierten parallelen Informations- oder Objektbündel 84 und nicht wie bei Fig. 1 aus einem unmodulierten parallelen Bündel 82 besteht. Die generelle Ausbreitungsriehtung des Bündels 84, also der ersten Komponente der Schwingungsenergie, die bei .Fig. 5 verwendet wird, bezüglich der Hologrammplatte 32b ist, selbstverständlich, a priori bekannt. Die einfallende Wellen fläche der ersten Komponente, die bei der Einrichtung gemäß Fig. 5 verwendet wird, braucht nicht die Krümmung Null zu haben, wie es dargestellt ist, solange die Krümmung ebenfalls a priori bekannt ist.

Fig. 6 zeigt eine Einrichtung zum Ablesen des Hologrammes, das auf oder in dem Aufzeichnungsmedium 30b der Hologramm- J platte 32b gemäß Fig, 5 aufgezeichnet wurde. In Fig. 5 entspre- ^: chen die Elemente, die mit den Bezugszahlen 30b, 32b, 90, 91, 92, 94 und 100 bezeichnet sind, in Struktur und Funktion denjenigen Elementen der Einrichtung gemäß Fig. 2, die die gleichen Bezugszahlen tragen. ... \

Bei der Einrichtung gemäß Fig. 6 wird als Ablesebündel l80 ein paralleles Bündel unmodulierter Schwingungsenergie verwendet, dessen generelle Ausbreitungsrichtung bezüglich der Hologrammplatte 32b gerade entgegengesetzt zur Ausbreitungsrichtung

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des die erste Komponente bildenden Bündels 84, das bei der Aufzeichnung des Hologrammes verwendet wurde, ist. Im übrigen stimmt es mit dem Ablesebündel 101 der Fig. 2 überein. Bei der Beleuchtung des Aufzeichnungsmediums 30b der Hologrammplatte 32b durch das Ablesebündel l80 entstehen getrennte, getreue, hochaufgelöste Bilder des Objektes 26 (Fig. 5), deren Lage jeweils der Lage der verschiedenen Linsen der Linaenanordnung 52 entspricht .

Fig. 7 zeigt eine Einrichtung zum Aufzeichnen eines ringförmigen Hologrammes auf oder in einem Aufzeichnungsmedium 200 einer Hologrammplatte 202, das sowohl Objektinformation als auch optische Information enthält. Aus einem Strahlungsbündel von einem Laser 204 wird durch Verbreiterung und Kollimierung mittels einer Linse 206, einer Lochblende 208 und einer Linse 210 ein paralleles Schwingungsenergiebündel 212 erzeugt. Der rechte Teil des Bündels 212 breitet sich nach Reflexion an einem Spiegel 214 parallel zu einer Achse 0-0 nach rechts aus und fällt auf eine Linsenanordnung 216, die im Brennpunkt der jeweiligen Linsen eigene, beabstandete Punktquellen erzeugt. Die Brennpunkte der Linsen liegen alle in einer vorgegebenen Ebene C-C, die parallel ;

zur Oberfläche des Aufzeichnungsmediums 200 der Hologrammplatte 202 verläuft. Von den als punktförmige Strahlungsquellen wirkenden Brennpunkten gehen jeweils divergierende Strahlungsbündel ; 218 aus, die auf die Oberfläche des Aufzeichnungsmediums 200 der ' Hologrammplatte 202 fallen.

Der linke Teil des parallelen Bündels 212 bildet nach Reflexion an einem Spiegel 220,ein die Achse 0-0 symmetrisch umgebendes Strahlungsbündel₃ das sich nach links durch einen Diffuser 222 und ein_Objekt 224 ausbreitet, das die durchfallende Strahlung räumlich moduliert. Das Objekt 224 liegt in der Brennebene eines Parabolspiegels 226, so daß die diffuse, räumlich modulierte Strahlung, die auf den Parabolspiegel,226 fällt, in Form eines objektcodierten parallelen Informationsbündels 228 reflektiert wird, das einen durch die Linsenanordnung 216 begrenzten

inneren Teil und einen diesen umgebenden ringförmigen äußeren Teil 232 umfaßt. Nur der ringförmige Teil 232 des parallelen Bündels 228 fällt auf die Oberfläche des Aufzeichnungsmediums der Hologrammplatte j wo es mit der Strahlung der divergierenden Bündel 218 lediglich in einem ringförmigen Bereich, der durch den ringförmigen Teil 232 des parallelen Bündels 228 definiert ist, interferiert und dabei ein ringförmiges Hologramm bildet.

Fig. 8 zeigt eine Einrichtung zum Ablesen des HoIogrammes, das mit Hilfe der Einrichtung gemäß Fig. 7 hergestellt wurde. Ein Strahlungsbündel von einem Laser 300 fällt nach Reflexion an einem Spiegel 302 und Verbreiterung durch eine Linse 304 sowie eine enge Lochblende 306 auf einen Parabolspiegel 308, dessen Brennpunkt mit dem Brennpunkt der Linse 304 (und vorzugsweise auch mit dem Loch der Lochblende? ) zusammenfällt. Die vom Parabolspiegel 308 reflektierte Strahlung, die ein Ablesebündel 310 bildet, ist daher ein unmoduliertes paralleles Bündel von Schwingungsenergie, das symmetrisch zur Achse O-Overläuft. Das Ablesebündel 310 fällt auf die Rückseite des Aufzeichnungsmediums 200 der Hologrammplatte 202. Hierdurch wird das dort aufgezeichne te ringförmige Hologramm abgefragt und es werden getrennte, getreue und hochaufgelöste reelle Bilder 312-1...312-5 des Objektes 224 erzeugt, die in ihrer Lage jeweils einer der Linsen der Linsenanordnung 216 entsprechen.

Da die Objektinformation durch räumliches Modulieren des Ablesebündels erhalten werden kann, wie es bei den Beispielen gemäß Fig. 1 bis 4 der Fall ist, oder durch Modulieren der ersten Komponente der Schwingungsenergie, bei der Aufzeichnung des HoIogrammes verwendet wird, wie es bei den Beispielen gemäß, Fig. 5 bis 8 der Fall ist, können beide Möglichkeiten, Objektinformation zu halten, zusammen Anwendung finden. Man kann also einen Teil der Objektinformation im Hologramm speichern, indem man die erste Komponente der Schwingungsenergie, die bei der Aufzeichnung des Hologrammes verwendet wird, räumlich moduliert, und dann beim Ablesen dieses Hologrammes den Rest der Objektin.-.

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formation durch direktes Modulieren des Ablesebündels erhalten. In diesem Falle wird das Hologramm, solange das Abfragebündel in einer generellen Richtung bezüglich des aufgezeichneten HoIogrammes ausbreitet, die der derfersten Komponente der Sehwingungsenergie, die bei der Aufzeichnung des HologrammeS' verwendet wurde entgegengesetzt ist, sowohl die in ihm aufgezeichnete Objektinformation als auch die direkt im Ablesebündel enthaltene Objekt.-information entsprechend den gewählten Eigenschaften der einfallenden Wellenfläche der zifeiten Komponente der Schwingungsenergie die bei der Aufzeichnung des Hdogrammes verwendet wurde, beeinflussen.

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Claims

Patentansprüche

Γ; .l..\ Verfahren zum Ablesen eines Hologrammes bestimmten Typs, dasWrch eine gleichzeitige-Aufzeichnung einer einfallenden ersten Komponente, kohärenter Schwingungsenergie und einer einfallenden zweiten Komponente, die von der kohärenten Schwingungsenergie stammt, auf einer Oberfläche eines Aufzeichnungsmediums erhalten wur.de, wobei die erste Komponente aus einem sich

P in einer vorgegebenen Richtung bezüglich der Oberfläche des Aufzeichnungsmediums ausbreitenden Bündel, dessen Wellenflächen eine erste Krümmung bezüglich der Ausbreitungsrichtung haben, besteht und die zweite Komponente sich in einer von der vorgegebe- \ nen Richtung abweichenden Richtung ausbreitet und durch eine spezielle komplexe Wellenänderungsanordnung, die nach optischen Prin zipien arbeitet, um eine vorgegebene spezielle Wirkung auf die einfallende Schwingungsenergie auszuüben, verarbeitet worden ist, dadurch . g e k en η ζ e i ehn et, daß das Hologramm mit einem Ablesebündel (101). aus einfallender Schwingungsenergie, beleuchtet wird, das,eine zweite vorgegebene Krümmung hat und sich bezüglich der Oberfläche des Mediums in einer Riehtung ausbreitet, die der vorgegebenen Richtung entgegengesetzt
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch .ge- ! kennzeichnet, daß sich Intensität und Phase min- ^! destens eines der·Bündel von Punkt zu Punkt über den Bündelquerschnitt entsprechend einer Objektinformation ändert, so daß ein rekonstruiertes Bild erhalten wird, das sowohl von der Objekt- ; information als auch von der speziellen komplexen WeIlenänderungs· - anordnung abhängt.

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3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch geke nn ζ ei chn e t, daß die spezielle komplexe WeI-

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lenänderungsanordnung (52, 128, 216) bei Beleuchtung durch kohärente Schwingungsenergie eine Anzahl von im Abstand voneinander angeordneten Punktquellen erzeugt, die alle in einer vorgegebenen Ebene (C-C) liegen, die parallel zur Oberfläche (30a) des Aufzeichnungsmediums und in einem gewissen Abstand von dieser Oberfläche verläuft, so daß das Bild für jede einzelne Punktquelle ein getrenntes Abbild (102-1...102-5) der Objektinformation enthält.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ablesebündel die gleiche Wellenlänge hat wie die erste und die zweite Komponente, und daß die zweite vorgegebene Krümmung konjugiert zur ersten vorgegebenen Krümmung ist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, j dadurch gekennzeichnet, daß die erste Komponente aus einem Bündel (l40) besteht, das auf einen ringförmigen Bereich begrenzt ist, der symmetrisch um eine Achse (0-0) verläuft, die im wesentlichen senkrecht auf der vorgegebe- ' nen Ebene steht und daß die erste Komponente einen zu ihr inneren) Bereich umgibt. ^:
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Punktquellen vollständig innerhalb des inneren Bereiches liegen.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, , dadurch gekennzeichnet, daß das Hologramm durch eine Anordnung beleuchtet wird, die ein Transparentbild (224), auf dem die Objektinformation aufgezeichnet ist, sowie eine Vorrichtung (204, 206, 208, 210, 222) zum Beleuchten des· Transparentbildes mit Diffus er strahlung zum Erzeugen des Ablesebündels aus der aus dem Transparentbild austretenden Strah-

. lung enthält.

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8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung zum Beleuchten des Transparentbildes zur weitestgehenden Verringerung von Fleckenstörüngen im Bild eine Vorrichtung (96) zum Zerstören der zeitlichen Kohärenz der diffusen Strahlung enthält.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch g ekennzei chnet, daß die Vorrichtung zum Zerstören der zeitlichen Kohärenz ein sich bewegendes Diffuserelement (96) ethält.

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