DE2060932A1

DE2060932A1 - Kontinuierliche holographische Aufzeichnung von Information

Info

Publication number: DE2060932A1
Application number: DE19702060932
Authority: DE
Inventors: St John Daniel Shelton
Original assignee: Holotron Corp
Current assignee: Holotron Corp
Priority date: 1969-12-11
Filing date: 1970-12-10
Publication date: 1971-06-16
Also published as: JPS5146413B1

Description

Kontinuierliche holographische Aufzeichnung von Information Abstrakt Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Apparaturen zur Brzeug;ng einer kontinuierlichen holographischen Aufzeichnung der Tonspur eines Laufbildes. Sowohl die das Bild der Tonspur tragende Filmtransparenz als auch ein foto empfindlicher holographischer Detektorfilm werden in kreisförmigen Bahnen, die eine g~zneinsame Krümmungsachse haben, gezogen. Sowohl der zur Beleuchtung der Tonspurtransparenz verwendete kohärente Lichtstrahl als auch der als Bezugsstrahl für die holographische Auf zeichnung verwendete kohärente Lichtstrahl haben Krfimmungazentren, die auf derselben Achse angeordnet sind. Ein zwei Umfang;sflächen aufweisendes Rad treibt sowohl den holographischen Detektor als auch den Information tragenden Film in Bogen durch den einen oder mehrere kohärente Lichtstrahlen. Die Beleuchtung ist entweder kontinuierlich oder pulsierend.
Hintergrund der Erfindung Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Holographie und insbesondere auf die Speicherung hoher Dichte von kontinuierlicher zweidimensionaler Information, wie eine Laufbildtonspur, auf einem fotoempfindlichen Aufzeichnungselement.
Die Erfindung der Ausser-Achseholographie ist von Leith und Upatnieks in nScientific American" vom Juni 1965 auf Seiten und 25 bis 35/in der Patentanmeldung P 14 72 071.9 (DA-K316/H1) sowie deren Ausscheidungen beschrieben. Kurz gesagt, die grundlegende Ausser-Achse holographische Technik umfaßt die Interferenz von zwei kohärenten Lichtstrahlen, die auch untereinander kohärent sind, auf einer fotoempf'#indlichen Detektor und unter einem endlichen Winkel zueinander, Eine der Strahlen enthält in seiner Wellenfront die aufzuzeic#hnende Information. Beispielsweise kann einer der Strahlen durch einen Gegenstand m,odifizierR werden. Der andere Strahl dient als Bezugsenergie un so werden die Phase und die Amplitude der die Information tragenden Wellenfront auf dem Hologrammdetektor au#gezeichnet' D#edie Information tragende Wellenfront wird von dem fertiggestellten Hologramm rekonstruiert bei dessen Beleuchtung mit kohärentem Licht in einem Strahl, der physikalisobEit dem zur Konstruktion des Hologramms verwendeten Bezugswellenfrontstrahl verwandt ist. Ein Betrachter im Pfad dieser rekonstruierte Information tragenden Wellenfront kann ein Bild des ursprünglichen Gegenstandes in vollen drei Dimensionen betrachten, als wenn er den Gegenstand selbst betrachtete.
Ausser ihrer Verwendbarkeit zur Rekonstruktion von Bildern von Gegenständen in vollen drei Dimensionen ist die Ausser-Achse holographische Aufzeichnungstechnik auch nützlich zur Aufzeichnung von zweidimensionaler Information in einer Weise, die die Auflösungsfähigkeiten eines foto empfindlichen Detektors vorteilhafter verwendet, als dies mit gewöhnlichen fotografischen Techniken der Fall ist. Zweidimensionale Information hat oft eine grosse physikalische Dimension, die es unbequem oder unmdglich macht, ein Hologramm davon in konventioneller Weise mit einer einzigen Belichtung zu konstruieren. Ein Beispiel für solche Information ist eine Laufbildtonspur, die Hundert von Metern lang und einen Bruchteil eines Zentimeters breit ist.
Ziele, Aufgaben bzw. Merkmale der Erfindung sind zunächst die Schaffung einer Technik, durch die ein kontinuierliches Hologramm von kontinuierlicher Information konstruiert wird, durch Beleuchtung Jeweils nur eines Teiles der Information und eines fotoempfindlichen Detektors; die Schaffung einer solchen Technik, die besonders nützlich ist für die Konstruktion eines kontinuierlichen Hologramms, das die Rekonstruktion in einem gegebenen Augenblick nur eines Teiles der aufgezeichneten Information gestattet; die Schaffung einer Technik zur Konstruktion eines kontinuierlichen Hologramms ohne Diskontinuitäten oder Intensitätsvariationen in den von ihnen rekonstruierten Bildern; die Schaffung einer holographischen Aufzeichnungs- und Rückspieltechnik unter bedeutsamer Verringerung der zur Speicherung einer gegebenen Menge zweidimensionaler Information notwendigen Aufzeichnungsfläche; die Schaffung einer schnellen Technik der kontinuierlichen holographischen Aufzeichnung; und zusätzlich der Schaffung einer Technik der holographischen Aufzeichnung von Toninformation in einer Weise, die verträglicWist mit entsprechender holographischer Laufbildspeicherung.
Zusammenfassung der Erfindung Diese und weitere Ziele werden durch die erfindungsgemässen Techniken verwirklicht, die umfassen: das Ziehen einer zweidimensionalen, jedoch länglichen, Information tragenden Filmtransparenz und eines zweidimensionalen, Jedoch länglichen Hologrammdetektors längs ihrer Längen durch und relativ zu Licht, das die Filntransparenz schneidet (Gegenstandsbeleuchtungsstrahl) und den Detektor (Bezugsbeleuchtungsstrahl). Das kohärente, auf den Film auftreffende Licht wird durch die von ihm getragene Information, in einen gegenstandsmodifizierten (informationsmodulierten) Strahl moduliert, und wird zur Interferenz am Hologrammdetektor mit dem kohärenten Bezugslicht gerichtet. Das filmbeleuchtende Licht und die Hologrammbezugsbeleuchtung sind miteinander kohärent und können in Strahlen gebildet werden, mit der erforderlichen Wellenfrontkrümmung, durch getrennte optische Elemente, oder Alternativ, durch gemeinsame Optik.
Gemäss einer Form der Erfindung werden die Filmtransparenz und der Hologrammdetektor belichtet, während sie relativ zu den Gegenstands- und Bezugsstrahlen stationär verbleiben.
Zwischen Belichtungen werden die Transparenz und der Detektor bewegt, um nacheinander neue Flächen derselben in den Pfad der Strahlen zu bringen. Diese Transparenz- und Detektorbewegung kann entweder kontinuierlich sein unter Verwendung eines pulsierenden Lasers, um die Gegenstands- und Bezugsstrahien zu bilden, oder diese kann erreicht werden, durch intermittierende Bewegung zwischen längeren Belichtungen, während die Transparenz und der Detektor angehalten sind. Um ein Hologramm zu konstruieren in einer Weise, dass Bildinformation rekonstruiert werden kann, ohne Diskontinuitäten oder Vergrösserungsverzerrung in demselben zwischen aufeinanderfolgenden Belichtungen, wird die Transparenz veranlasst, sich eine Strecke zwischen Belichtungen zu bewegen, die ein konstantes Verhältnis hat zu der Strecke, die von dem Hologrammdetektor zwischen Belichtungen zurückgelegt wird. Es ist zusätzlich erforderlich, dass der Bezugslichtstrahl auf den Hologrammdetektor mit einem Krümmungsmittelpunkt auftrifft, der in einem Abstand von der Transparenz und in einem Abstand von dem Detektor angeordflet ist, sodass das Verhältnis dieser Abstände gleich derselben Konstante ist. Je grösser diese Ko#tante ist, desto grösser ist die durch die Hologrammkonstruktion erzielte Reduktion der Filmfläche.
Am bequemsten ist es, den Hologrammdetektor in einem Bogen zu ziehen, der ein Krümmungszentrum hat, das im wesentlichen zusammenfällt mit dem Krümmungszentrum der Bezugsstrahlenwellenfront. Dies hat den Vorteil, dass alle Strahlen des Bezugsbündels sich senkrecht zu dem Detektor in Grundansicht erstrecken, sodass beim Ziehen des entwickelten Hologrammdetektors durch einen rekonstruierenden Lichtstrahl, die KrUmmung seines Pfades eingestellt wird'relativ zu der Krümmung des rekonstruierenden Strahles, sodass alle Strahlen des rekonstruierenden Bündels auch senkrecht zu dem Hologrammdetektor in Grundansicht verlaufen. Das Ergebnis ist ein rekonstruiertes Bild mit einer Intensität, die nicht von einem dicken Emulsions Bragg-Zustand, dem zu Zeiten nicht Genüge getan ist, abweicht. Die Strahlen eines rekonstruierenden Lichtbündels können immer veranlasst werden, den Hologrammdetektor unter dem gleichen gleichmässigen Winkel zu treffen, unter dem die Strahlen des Bezugslichtbündels auf den Detektor während seiner Konstruktion auftreffen.
Wenn der Hologrammdetektor in einem Bogen durch die auf ihn auftreffende Strahlung gezogen wird, ist es vorzuziehen, dass die Filmtransparenz auch in einem Bogen gezogen wird, der ein Krümmungszentrum auf der selben Achse hat wie das Krümmungszentrum des Hologrammdetektorbogens. Ein so konstruiertes Hologramm vermeidet dadurch Verzerrungen in seinem rekonstruierten Bild, die sonst infolge davon auftreten könnten, dass die Transparenz nicht einen gleichmässigen Abstand von dem Hologrammdetektor beibehält.
Gemäss einer anderen Form der Erfindung werden der Film und die Transparenz mit gleichmässiger Geschwindigkeit durch ihre beleuchtenden Strahlen während einer fortlaufenden Belichtung derselben gezogen. Die linearere Geschwindigkeit der Filmtransparenz hält ein konstantes Verhältnis aufrecht mit einer linearen-Geschwindigkeit des Hologrammdetektors, was bedeutet, dass die Winkelgeschwindigkeit der Transparenz und des Hologramms in ihren Bogen die gleiche ist. Wenn die Transparenz und der Detektor während ihrer Belichtung sich bewegen, so müssen die von 38dem derselben durchlaufenden bogenförmigen Pfade einen gleichmässigen Krümmungsradius um jeden Pfad und um eine gemeinsame Achse innerhalb eines Bruchteils einer Wellenlänge aufweisen. Ferner müssen der Gegenstandsbeleuchtungsstrahl und der Bezugsbeleuchtungsstrahl auf die Filmtransparenz bzw. den Hologrammdetektor mit Wellenfronten auftreffen, deren Krümmungszentren mit der Drehachse innerhalb eines Bruchteils einer Lichtwellenlänge zus ammenfallen. Diese Anforderungen liegen vor, da irgend ein Punkt der Filmtransparenz und irgend ein Punkt des Hologrammdetektors mit Licht gleichförmiger Phase während der Belichtung derselben beleuchtet werden müssen, um die Information ohne übermässiges Vernebeln des fotoempfindlichen Detektors holographisch aufzuzeichnen.
Ein bevorzugter Apparat zur Konstruktion einer Hologrammaufzeichnung gemäss einer dieser Formen der Erfindung umfasst die Verwendung von Rädern mit verschiedenen Radien, die um eine gemeinsame Achse drehbar sind zum Antreiben der Information tragenden Filmtransparenz und des Hologrammdetektors durch kohärente beleuchtende Lichtstrahlen, wie sie vorangehend beschrieben worden sind. Das Rad mit dem grösseren Radius trägt die Filmtransq parenz um seine Umfangsfläche und das Rad mit dem kleineren Radius trägt den Hologrammdetektor um dessen Umfangsfläche. Der Abstand der Trennung zwischen dem Film und dem Hologrammdetektor wird durch solche Anordnung konstant gehalten. Die beiden Räder sind vorzugsweise in Drehrichtung fest verbunden, um die konstante Winkelgeschwindigkeit der Transparenz und des Hologrammdetektors aufrechtzuerhalten, während sie durch die Lichtstrahlen bewegt werden. Das lineare Geschwindigkeitsverhältnis (und somit das Verhältnis der vorbewegten Strecken) zwischen der Transparenz und dem Detektor ist gleich dem Verhältnis der Radien der zwei Räder und verbleibt somit konstant. In einer besonderen Form der Erfindung wird ein einziges Rad verwendet, das zwei Umfangsflächen mit verschiedenen Radien um die Drehachse des Rades zur Aufnahme der Fimtransparenz und des Hologrammdetektors aufweist. Ein einzelnes Rad ergibt eine starre Antriebsverbindung zwischen dem Film und dem Hologrammdetektor.
Ein gemäss einer der Formen der erfindungsgemässen Techniken aufgezeichnetes Hologramm ist fortlaufend im Gegensatz zu einer Vielzahl von individuellen, die gleiche Gesamtinformation tragenden Hologrammen. Die Information der Gegenstandsfilmtransparenz nimmt solch eine grosse zweidimensionale Fläche ein, dass zur Herstellung einer einzelnen Belichtung in der Konstruktion eines Hologramms derselben sbhr unpraktisch ist. Die Gegenstandstransparenz und der Hologrammdetektor werden an verschiedenen Teilen derselben beleuchtet, um ein Hologramm zu konstruieren, von dem ein gewünschter Teil der Gegenstandstransparenz rekonstruiert werden kann durch Beleuchtung eines besonderen Teiles des Hologramms, auf dem die gewünschte Information aufgezeichnet ist. Verschiedene, einander folgende Teile der Gegenstand#transparenz sind nicht als unterschiedliche Hologramme sondern als nicht unterschiedliche Teile eines einzelnen Hologramms aufgezeichnet.
Die erfindungsgemässen kontinuierlichen hologrsphschen Konstruktions- und Rekonstruktionstechniken haben bevorzugte Nützlichkeit (sind jedoch nicht darauf beschränkt) beim Aufzeichnen von kontinuierlicher zweidimensionaler Information. Solch kontinuierliche Information ist beispielsweise ein nicht-gerahmtes ("non-framed't) Laufbild, das längs eines Luftfahrzeugflugpfades aufgenommen ist. Holographische Aufzeichnung ist erwünscht, um eine Aufzeichnung herzustellen, die wesentlich die zur Speicherung der Information erforderliche Filmmenge verringert. Mit einer Hologrammaufzeichnung, die von solch einem fortlaufenden fotografischen Laufbild gemäss den Techniken dieser Erfindung konstruiert ist, können die Besatzung und die Passagiere eines Luftfahrzeuges bequem den Grund darunter betrachten, während das Flugzeug sich längs eines vorherbestimmten und früher fotografierten Flugpfades bewegen.
Eine wichtige Anwendung der erfindungsgemässen Techniken ist die Aufzeichnung von kontinuierlicher Toninformation auf eine Hologrammaufzeichnung. Eine längliche Hologrammaufzeichnung kann auch Video-Information enthalten, die auf derselben in einer Vielzahl von individuellen, längs der Länge der Hologrammaufzeichnung angeordneten Hologrammen gespeichert ist. Die individuellen, die Video-Information enthaltenden Hologramme können, beispielsweise, geeignet sein für die Rekonstruktion eines zweidimensionalen sich bewegenden Bildes auf einen elbktronischen Bilddetektor zum Zurückspielen durch einen Fernsehempfänger, oder die Hologramme können rekonstruiert werden in einer Weise, die Rekonstruktinn eines dreidimensionalen Laufbildes auf einem grossen Theatertypschirm gestattet. Der Vorteil der Verwendung einer holographischen Tonaufzeichnungstechnik besteht darin, dass es verträglich ist mit der Video-Information, woraus sich die Leichtigkeit ergibt, mit der eine Hologrammaufzeichnung in einem einzigen Schritt kopiert und auch die Leichtigkeit, mit der es zurückgespielt werden kann.
Obgleich Toninformation als zweidimensionale Laufbildtonspur aufgezeichnet wird, indes im wesentlichen eine eindimensionale Information. Infolgedessen kann die Information einer holographischen Tonspur in einer vereinfachten Weise rekonstruiert werden, weil Verzerrungen in einem senkrecht zu der Länge der holographischen Tonspur rekonstruierten Bildes verhältnismässig unwichtig sind. Eine einen engen Spalt quer zu solch einem Bild (senkrecht zu seiner Länge) aufweisende Maske dient als Öffnung für einen Tonflächendetektor, wie beispielsweise eine dahinter angeordnete Fotodiode. Da ein Flächendetektor wirksam Bildinformation senkrecht zu seiner Länge mittelt, verhindern Verzerrungen und Abberationen in solcher senkrechten Richtung akkurate Detektion einer eindimensionalen, darauf aufgezeichneten Toninformation nicht. Eine von einer Laufbildtonspur gemäss den er£indungsgemässen Techniken konstruierte Aufzeichnung wird vorzugsweise rekonstruiert durch Ziehen derselben durch einen kontinuierlichen Wellenlaserstrahl geringer Leistung. Der Pfad der Hologrammaufzeichnung kann gerade und der Laserstrahl kann kollimiert sein.
Eine Linse zur Vergrösserung des rekonstruierten Bildes längs seiner Länge wird entweder in einem gebeugten Strahl angeordnet oder im kollimierten rekonstruierenden Strahl. Diese Rekonstruktionsanordnung wird wegen ihrer Einfachheit vorgezogen.
Zum besseren Verständnis der Erfindung möge die folgende Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen dienen.
Kuree Beschreibung der Zeichnungen Fig. 1 veranschaulicht eine Form der Konstruktion einer fortlaufenden Hologrammaufzeichnung; Fig. 2 veranschaulicht eine andere Form der Konstruktion einer kontinuierlichen Hologrammaufzeichnung; Fig. 3 zeigt einen Teil der Fig. 2 in Draufsicht; Fig. 4 illustriert eine bevorzugte Technik zur Rekonstruktion von Information von einer gemäss Fig. 2 konstruierten Hologrammaufzeichnung; Fig. 5 zeigt in Draufsicht einen bevorzugten Apparat zur Durchführung der erfindungsgemässen Verfahren; Fig. 6 zeigt den Apparat der Fig. 5 im Schnitt längs.
Linie 6-6 der Fig. 5; Fig. 7 ist eine Vergrösserung eines Teiles des in der Querschnittsansicht der Fig. 6 veranschaulichten Apparates; Fig. 8 veranschaulicht Apparatur zur Rekonstruktion von Toninformation von einer Hologrammaufzeichnung, die gemäss den erfindungsgemässen Techniken konstruiert wurde; und Fig. 9 zeigt eine Hologrammaufzeichnung, die durch die erfindungsgemässen Techniken darauf angebracht Video- und zusätzlich Audio-Information enthält.
Beschreibung von bevorzugten AusfUhrungsbeispielen Ein Ziel der hier beschriebenen Techniken ist die Konstruktion einer zweidimensionalen holographischen Aufzeichnung, die viel weniger Fläche hat als die ursprünglich von der zweidimensionalen Information eingenommene Fläche. Fig. 1 zeigt einen Teil einer längliche Information tragenden Filmtransparenz 11, die in dem Pfad eines kohärenten beleuchtenden Strahls 13 angeordnet ist. Die von der Transparenz 11 getragene Information modifiziert den Lichtstrahl 13 in einer Weise, um einen Informations-modifizierten Lichtstrahl 15 zu erzeugen. Ein Teil eines länglichen fotoempfindlichen Hologrammdetektors 17 ist im Pfad des Informations-modifizierten Strahles 15 angeordnet. Ein kohärenter Bezugslichtstrahl 19 wird so gerichtet, dass er den Informations-modifizierten Strahl 15 unter einem begrenzten Winkel am Hologrammdetektor 17 schneidet. Der die Transparenz beleuchtende Strahl 13 und der. Bezugsstrahl 19 sind miteinander kohärent und werden vorzugsweise von einer gemeinsamen Quelle kohärenten Lichtes, wie beispielsweise einem Laser, durch gewöhnliche optische Techniken abgeleitet. Das Schneiden des Information-modifizierten Strahles 15 und des Bezugsstrahles 19 erzeugen ein Interferenzmuster, das von dem Hologrammdetektor 17 aufgezeichnet wird. Eine, eine Öffnung 23 aufweisende Maske ist vor dem Hologrammdetektor 17 angeordnet, um seine Belichtungsfläche zu begrenzen.
Der Hologrammdetektor wird während einer von seiner Lichtempfindlichkeit abhängigen Zeitdauer belichtet. Nach solcher Belichtung wird die Transparenz 11 durch den Lichtstrahl 13 gezogen, um nine Information darauf anzubringen. Gleichzeitig wird der Hologrammdetektor relativ zu dem Lichtstrahl und der Maske 21 gezogen, bis unbelichtete Bereiche desselben in der Öffnung 23 angeordnet sind. Nach solcher Neuanordnung wird ein weiteres Hologramm konstruiert. Eine grosse Zahl von intiÇiduellen Belichtungen werden gemacht, bis die gesamte Information der ldnglichep Transparenz 11 auf dem länglichen Hologrammdetektor 17 aufgezeichnet ist.
Um ein kontinuierliches Hologramm zu konstruieren, das Rekonstruktion eines optischen Bildes der Transparenz ohne Vergrösserungsverzerrung auf demselben zhffiässt, wird das Hologramm eine Strecke ha zwischen Belichtungen desselben bewegt über eine Strecke, die sihh zu der von der Transparenz 11 zurückgelegten Strecke Ab gemäss der fpmgemden Gleichung verhält: #a = A (1) #b B Die belichtete Fläche des Hologrammdetektors 17 wird in einem Abstand A vom Krümmungszentrum 25 des Bezugsstrahles 19 angeordnet, wenn es auf den Hologrammdetektor 17 auftrifft. Die Informationtragende Transparenz 11 ist in einem Abstand B vom Krtiirniiungszentrum 25 der Bezugsstrahlstrahlung angeordnet. Der Bzugsstrahl 19 kann bezüglich seiner KrUmmung durch die Verwendung von konventionellen optischen Techniken kontrolliert werden. Das Krümmungszentrum 25 repräsentiert die Stellung, wo der Bezugsstrahl 19 zu einem Punktfokus kommen würde, wenn er nicht durch den Hologrammdetektor 17 aufgefangen wäre.
Obgleich die in Bezug auf Fig. 1 illustrierte Technik zur Konstruktion eines kontinuierlichen Hologramms für manche Anwendungen zufriedenstellend ist, so leidet sie doch unter gewissen Nachteilen bei anderen Anwendungen. So kann man aus Fig. 1 ersehen, dass alle Teile des Bezugsstrahles 19 nicht den Hologrammdetektor unter demselben Winkel mit demselben schneiden. Bei gewähnlicher Anwendung, bei der das längliche Hologramm rekonstruiert wird, wird das Hologramm mit gleichmässiger Geschwindigkeit durch einen rekonstruiermiden Lichtstrahl gezogen. Es wäre äusserst schwierig, einen rekonstruierenden Lichtstrahl zu erzeugen, der alle Teile des Hologrammdetektors unter demselben Winkel mit demselben beleuchtet, der zwischen dem Bezugsb-Undel 19 und den Teilen des Hologrammdetektors während seiner Konstruktion vorhanden war. Es ist wohlbekannt, dass, wenn das Hologramm auf einer fotografischen, eine gewisse Dicke aufweisenden Schicht konstruiert wird, das hellste Bild von einem Hologramm rekonstruiert wird, wenn das rekonstruierende Licht den selben Winkel damit einschliesst, wie der von der Bezugsstrahlung während seiner Konstruktion eingeschlossene Winkel.
Wenn der rekonstruierende Lichtstrahl diesen Winkel nicht einschliesst, so haben das Bild oder ein Teil desselben eine verringerte Helligkeit als Ergebnis des Bragg-Effektes. Das Problem mit einem gemäss Fig. 1 konstruierten Hologramm besteht darin, dass ein von ihm rekonstruiertes Bild durch Hindurchziehen des fertiggestellten Hologramms mit konstanter Geschwindigkeit durch einen rekonstruierenden Lichtstrahl mit derselben oder entgegengesetzter KrUmmung wie der Bezugsstrahl 19, das Bild zyklisch in seiner Intensität variiert, Das rekonstruierte Bild ist am hellsten, wenn eine von einer einzelnen Belichtung gebildete Fläche desselben durchweg mit Bricht der selben Krümmung beleuchtet wird, wie die des bei seiner Konstruktion verwendeten Bezugsstrahls; während das Hologramm jedoch weiter durch seinen rekonstruierenden Strahl gezogen wird, erfolgt die Beleuchtung des Hologramms nicht mehr in dieser Weise, und die Helligkeit des rekonstruierten Bildes verringert sich.
se Diw oszillierende Helligkeit des rekonstruerten Bildes ist gewöhnlich unerwünscht.
Ein anderer Nachteil des länglichen Hologramms, das wie in Fig. 1 gezeigt konstruiert wurde, besteht darin, dass das Ausmass der oeffnung 23 etwas begrenzt wird bei Verwendung eines Hologramm-Detektors mit dicker Emulsion. Jeegrösser die Öffnung 23 ist, umso grösser ist der Bereich der Winkel, unter denen der Bezugsstrahl 19 den Hologrammdetektor 17 schneidet. Mit Vergrösserung dieses Winkelbereiches vergrössert sich die Helligkeitsvariation in einem rekonstruierten Bild.
Diese Nachteile werden jedoch überwunden durch Durchziehen des Hologrammdetektors in einem kreisförmigen Bogen um eine Krümmungsachse, die sich innerhalb weniger Lichtwellenlängen von dem Kxtmmungszentrum der bei der Hologrammkonstruktion verwendeten Bezugsbeleuchtung erstreckt. Diese bevorzugte Gestaltung ist in Fig. 2 veeanschaulicht, wo ein länglicher Hologrammdetektor 27 durch einen Bezugslichtstrahl 29 in einem kreisförmigen Bogen mit dem Radius r1 um eine Achse 31 gezogen wird. Der Bezugsstrahl 29 wird in Krümmung so kontrolliert, dass die auf den Hologrammdetektor auftreffende Wellenfront ein Krümmungszentrwn 33 hat, das im wesentlichen auf der Achse 31 liegt. Der Detektor wird durch eine Öffnung 35 einer Maske 37 beleuchtet. Eine Information-tragende Transparenz wird durch einen beleuchtenden Strahl 41 gezogen, um einen Information-modifizierten Lichtstrahl 41 zu erzeugen, der an der Öffnung 35 die Bezugsstrahlung 29 unter einem Winkel a damit schneidet, um ein Interferenzmuster zur Aufzeichnung auf dem Hologrammdetektor zu erzeugen.
Aus Fig. 3 ist der primäre Vorzug der Holograrninkonstruktionskanfiguration der Fig. 2 im Vergleich zu der der Fig.
ersichtlich. Sieht man auf den Hologrammdetektor im Grundriss herab, dann ergibt sich, dass, da der Detektor auf einem Bogen mit seiner Krümmungsachse, die im wesentlichen durch das Krümmungszentrum der auf den Detektor auftreffenden Bezugsstrahlwellenfront 29 geht, gezogen wird, alle Strahlen des Bündels auf den Detektor unter dem gleichen Winkel mit demselben auftreffen. Dieser Winkel ist im Grundriss im wesentlichen 900. Es ist nur wichtig, dass alle Teile des Bezugsbündels 29 den Hologrammdetektor 27 unter dem selben Winkel auf den selben in einer Richtung auftreffen, in der der Hologrammdetektor während seiner Rekonstruktion gezogen werden soll. Das Ergebnis ist, dass sdbh ein Hologramm in einem Lichtstrahl mit im wesentlichen derselben Krümmung wie der des Bezugsstrahles 29 rekonstruiert werden kann, um ein Bild zu erzeugen, das keine Helligkeitsvariation aufweist, die durch Schwächung eines Hologrammdetektors mit dicker Emulsion verursacht sind. Es ist auch zu beachten, dass die Öffnung 35 so gross wie gewünscht ,in seiner Filmbewegungsrichtung hergestellt werden kann, unter Aufrechterhaltung desselben Winkels aller Teile des Bezugsstrahles 29 mit dem Hologrammdetektor 27.
Wenn der längliche fotoemffindliche Detektor 27 der Fig. 2 in einem Bogen gezogen wird, so ist es wünschenswert, auch die Information tragende Transparenz 39 durch æinen beleuchtenden Strahl 41 auf einen bogenförmigen Pfad zu Zehen, der auch ein Krtimmungszentrum im wesentlichen auf der Achse 31 hat. Es wird bevorzugt, dass der Radius r2 der Krümmung dieses Pfades grösser ist als der Radius r1, damit die Information auf der Transparenz auf einem Hologrammdetektor von wesentlich kürzerer länge aufgezeichnet werden kann. Durch Bildung jener Fläche der von dem Strahl 41 beleuchteten Transparenz in eine bogenförmige Fläche entsprechend der bogenförmigen Fläche des davon belichteten Hologrammdetektors wird Verzerrung des rekonstruierten Bildes verhindert. Der beleuchtende Strahl 41 braucht keine spezifische Krümmung für diesen Gesichtspunkt der Erfindung aufzuweisen, sondern wird vielmehr kontrolliert zur gleichmässigen Beleuchtung der Hologrammöffnung 35 in Abwesenheit von irgendwelcher Transparenzinformation in seinem Pfad.
Eine Begrenzung der relativen, von dem Detektor und der Transparenz zwischen Belichtungen vor bewegten Strecken ist in der Ausbildung gemäss Fig. 2 enthalten, ebenso wie dies bei der Gestaltung nach Fig. 1 der Fall war. Wenn der längliche fotoempfindliche Detektor 27 um ein Inkrement Ac zwischen Belichtungen und wenn die Transparenz 39 eine Strecke Ad vorbewegt wird, so wird das Verhältnis zwischen diesen Inlrrementvorbewegungen im wesentlichen gleich derselben Konstanten zwischen jeder Belichtung gemacht, und diese Konstante wird durch ein Verhältnis der beiden Radien wie folgt bestimmt: ac = 1 (2) r2 Wie im Falle der Fig. 1 ergibt die Aufrechterhaltung dieses Verhältnisses die Konstruktion eines Hologramms, das die Rekonstruktinn von Bildern möglich macht, die keine veränderlichen Vergrösserungen an verschiedenen Teilen derselben aufweisen.
Die Streckt ha der Fig. 1 und die Strecke a #c der Fig. 2, um den die betreffenden länglichen Detektoren wischen Belichtungen vorbewegt werden, brauchen nicht genau gleich dem Ausmass der betreffenden Hologrammöffnungen in Richtung des Hologrammvorschubes zu sein, sondern sie können auch etwas kleiner sein. Wenn diese Vorbewegungs-Inkremente kleiner sind als die betreffende Hologramm-#ffnung, so erfolgt etwas Überlagerung am Hologrammdetektor, was unbeachtlich ist und manchmal erwünscht sein kann. Selbstverständlich sollten die Vorschubsinkremente nicht grösser als eine damit verbundene Hologrammöffnung sein, da sich sonst unerwünschte Zwischenräume zwischen dem Hologramm ergeben würden.
Die Länge der länglichen Information-tragenden Transparenzen der Fig. 1 und 2, die beleuchtet werden sollen, ist wenigstens so gross wie die Vorschubinkremente derselben (Ab der Fig. 1 und Ad der Fig. 2), um das Auslassen der Aufzeichnung von einiger der Informationen zu verhindern. Die Länge der die Information tragenden Transparenz, die beleuchtet wird, kann grösser sein als der inkrementale Vorschub derselben zwischen Belichtungen, da etwas Redundanz erwünscht ist. Die Information tragenden, die Transparenz beleuchtenden Strahlen 13 (Fig. 1) und 41 (Fig. 2) konvergieren vorzugsweise, wie es veranschaulicht ist, aber sie können auch durch einen Zerstreuer oder Diffuser vor Beleuchtung der Transparenz hindurchtreten. Bei einem konvergierenden Strahl, wie er in den Figuren veranschaulicht ist, kann eine modulierende Struktur entweder in den Strahl 13 (Fig. 1) oder den Strahl 41 (Fig. 2) eingefügt sein, um etwas Redundanz zu der aufgezeichneten Information hinzuzifügen. Die Verwendung einer phasenmodulierenden Struktur, die unmittelbar anschliessend an die Transparenz 11 (Fig. 1) oder 39 (Fig. 2) einzufügen ist, ist von Upatnieks in "Applied Optics, 6, 11, Seiten 1905 - 1910 {November 1967) und in der gleichzeitig schwebenden USA-Patentanmeldung Nr. 638 031 beschrieben.
Für die intermittierenden Blicktungen des Hologrammdetektors, wie sie im Vorangehenden in Bezug auf Fig. 1 und 2 beschrieben sind, kann vorzugsweise eine pulsierende Laserquelle für die Beleuchtung der Transparenz und für die Hologrammbezugsstrahlen verwendet werden. Bei einem sehr kurzen Impuls können die Transparenz und das Hologramm mit gleichmässiger Geschwindigkeit relativ zu diesen Lichtstrahlen bewegt werden, wobei die Pulse relativ zu diesen Geschwindigkeiten so zeitlich ausgerichtet sind, dass eine Belichtung gemäss den Gleichungen(1 ) oder (2) erfolgt. Wenn eine pulsierender Laser nicht verwendet wird, so werden die Transpa renz und der Detektor um vorbestimmte inkrementale Beträge bewegt und dann während der erforderlichen Belichtung angehalten.
Ein weiterer Vorteil der Gestaltung der Fig. 2 für eine kontinuierliche Hologrammkonstruktion besteht darin, dass der die Transparenz beleuchtende Strahl 41 und der Bezugsstrahl 29 kontinuierlich sein können, ebenso wie die Bewegung der Transparenz 39 und des Hologrammdetektors 27 durch dieselben. Um ein Hologramm guter Qualität durch solch eine Technik zu erhalten, muss der Bezugsstrahl 29 ein Krümmungszentrum 33 aufweisen, das mit der Drehachse 31 innerhalb eines kleinen Bruchteils einer einzelnen LichtwellenlEn.ge zusammenfällt. In gleicher Weise muss das Krümmungszentrum des die Transparenz beleuchtenden Strahles 41 auch auf der Achse 31 innerhalb eines kleinen Bruchteils einer einzelnen Wellenlänge des verwendeten Lichtes liegen. Dies ist erforderlich, da irgend ein gegebener Punkt des Hologrammdetektors belichtet werden muss durch eine Wellenfront des Bezugastrahles 29 mit einer im wesentlichen gleichförmigen relativen Phase, während der Detektor durch den Strahl hindurchgezogen wird. In gleicher Weise ergibt die Begrenzung der Krümmung des die Transparenz beleuchtenden Strahles 41 die Beleuchtung eines gegebenen Punktes der Transparenz durch eine Lichtwellenfront mit einer im wesentlichen gleichförmigen Phase während der gesamten Dauer seiner Belichtung. Diese Strahlkontrolle verhindert Verschleierung des Hologrammdetektors 27, was, wenn diese Anforderungen nicht sorgfältig eingehalten würden, nur den Hologrammdetektor verschleiern würden, ohne irgend welche Information darauf aufzuzeichnen. Dieser Gesichtspunkt der Erfindung, bei dem die Transparenz 39 und der Hologrammdetektor 27 mit gleichmässiger Geschwindigkeit durch eine kontinuierliche Wellenbeleuchtung gezogen werden, hat den Vorteil, dass die längliche fortlaufende Hologrammaufseichnung schnell gemacht wird. Aus dem vorangehend angegebenen Grund bezüglich des Gesichtspunktes der Erfindung, nach dem das Hologramm aus einer Reihe von intermittierenden Belichtungen konstruiert wird, muss der nachstehend angegebenen Beziehung, die das Gegenstück zu der Gleichung (2) ist, im wesentlichen Genüge getan sein: Lineare Geschwindigkeit des Detektors 27 = r1 (3) Lineare Geiehwindigkeit der Transparenz 39 2 Nachdem der längliche fotoempfindliche Detektor 27 voll belichtet ist, entweder durch die vielmalige Belichtungs- oder die kontinuierliche Belichtungstechniken, wie sie vorangehend beschrieben sind, wird jedes erforderliche Behandeln, das für das spezielle verwendete Detektormaterial erforderlich ist, durchgeführt, zwecks Erzielung einer Hologrammaufzeichnung 27', die vorzugsweise gemäss den in Fig. 4 veranschaulichten Techniken rekonstruiert wird.
Die Hologrammaufzeichnung 27' wird ausgebreitet und im wesentlichen in einer geraden Linie durch einen kollimierten Bezugsstrahl 45 gezogen, der in bequemster Weise der Ausgangs strahl eines kleinen Lasers geringer Leistung mit kontinuierlicher Welle sein kann.
Das ungebeugte Licht tritt durch die Hologrammaufzeichnung inform eines Null-Ordnung Strahles 47 hindurch. Ein Teil des auftreffenden Lichtes wird gebeugt in einen Erste-Ordnung Strahl 49, der Bildinformation trägt, die man zu betrachten wünscht.
Da ein mit dem kleinen kollimierten Strahl rekonstruiertes Bild selbst kleiner als die ursprünglich aufgezeichnete Transparenz sein wird, wird eine Linse 51 in dem Gebeugte-Ordnung Lichtstrahl 49 angeordnet, um ein vergrössertes Bild 53 für die Betrachtung zu erzeugen. Das Bild 53 ändert sich bei Hindurchziehen der Hologrammaufzeichnung 27' durch den rekonstruierenden Lichtstrahl 45, ebenso als ob ein Bild direkt von der Information-tragenden Transparenz beim Hindurchziehen durch einen geeigneten kohärenten oder nicht kohärenten Beleuchtungsstrahl betrachtet würde.
Die spezielle Gestaltung der Fig. 4 wird bevorzugt wegen der Einfachhett der zu ihrer.Erreichung erforderlichen Apparatur. Selbstverständlich können andere Techniken verwendet werden, einschliesslich einer Technik, bei der die Hologrammaufzeichnung 27' im wesentlichen durch den selben Bogen gezogen wird, der während seiner Konstruktion durch einen divergierenden kohärenten rekonstruierenden Lichtstrahl gezogen wird, der die selbe Krümmung wie der Bezugsstrahl 29 hat, der jedoch rückwärts durch die Hologrammaufzeichnung von der entgegengesetzten Seite desselben gerichtet wird.
In beiden Fällen trifft die rekonstruierende Strahlung auf die Hologrammaufzeichnung unter demselben Winkel in Bezug auf dieselbe Längs der Aufzeichnungsbewegungsrichtung auf, die der Winkel aufweist, unter dem der Bezugsstrahl 29 auf den Hologrammdetektor bei dessen Konstruktion auftraf. Infolgedessen ist das so rekonstruierte Bild frei von unerwünschten Helligkeitsvariationen, wie vorangehend beschrieben, die durch den Bragg-Effekt verursacht sein könnten.
Die bevorzugte Apparatur zur Durchführung des in Bezug auf Fig. 2 beschriebenen Verfahrens ist ein Rad mit zwei Umfangsflächen, einer Fläche mit einem Radius r1 in Bezug auf die Drehachse des Rades und der anderen Fläche mit einem Radius r2 um die Drehachse des Rades. Es sei beachtet, dass den in den Gleichungen (2) und (3) angegebenen Bedingungen Genüge getan wird, wenn sowohl die Transparenz 39 als auch der Detektor 27 entweder durch dieselbe Winkelgtrecke bzw. mit einer gleichmässigen Winkelgeschwindigkeit vorbewegt werden. Deshalb ist solch ein Rad sehr bequem, um diesen Bedingungen Genüge zu tun und, zusätzlich, um die beleuchtete Transparenz und den Hologrammdetektor in ihren vorgeschriebenen Bogen unter einem feststehenden Abstand von einander zu halten. Eine bevorzugte Apparatur unter Verwendung solch eines Rades mit damit verbundenen optischen Einrichtungen ist nachfolgend in Bezug auf die Fig. 5 bis 7 begchrieben.
Die hier beschriebenen Techniken sind nützlich zur Erzeugung einer kontinubrlichen Hologrammaufzeichnung von einem längliche Information tragenden Film, das irgend eine von einer weiten Varietät voh Typen von Information/enthält. Die hier beschriebenen Techniken sind besonders nützlich für die Konstruktion einer holographischen Tonspur auf einer Hologrammaufzeichnung, ge die auch sichtbare Information holographisch darauf au»ieichnet hat. Der Zweck solch eines Hologramms ist eine konventionelle Tonspur eines Laufbildfilmes. Diese Information hat eine besondere Eigenschaft, die einige Vereinfachungen gegenüber den bezüglich der Fig. 1 bis 4 beschriebenen Verfahren möglich macht, Diese besondere Eigenheit ist, dass, obgleich eine Laufbildtonspur ein zweidimensionaler Informationsgegenstand ist, nur eindimensionale Toninformation darauf längs seiner Länge aufgezeichnet wird. Ein Tonspurbild, das von einer Hologrammaufzeichnung rekonstruiert wird, braucht nur gut längs seiner Länge zu sein. Verzerrung und Abberrationen quer zum Bild der rekonstruierten Tonspur sind von wenig Bedeutung, da ein Mittel der Lichtintensität über das rekonstruierte Tonspurbild sowieso detektiert werden muss. Redundanz kann auch während der Konstruktion des Hologramms hinzugefügt werden durch eine eindimensionale Phasen- oder Intensitätsvariierende modulierende Struktur, die in dem Gegenstand-modifizierten Strahl angeordnet wird.
Unter Bezugnahme auf Fig. 5 bis 7 soll nun eine bevorzugte Apparatur zur Konstruktion einer holographischen Tonspur unter Verwendung eines einheitlichen Rades beschrieben werden.
Ein gewöhnlicher fotografischer Laufbildfilm 201 hat seine Tonspur mit kohärenter Beleuchtung durch eine Öffnung 203 einer undurchsichtigen Maske 205 beleuchtet. Der Laufbildfilm 201 wird an der Öffnung 203 vorbeibewegt in Eingriff mit einem Antriebsrad 207, das symmetrisch um eine Drehachse 233 ist. Eine an dem Rad 207 ausgebildete Nabe transportiert einen holographischen Aufzeichnungsdetektor 211 an einer undurchsichtigen Maske 213 mit einer Öffnung 229 mit einer Geschwindigkeit vorbei, die immer einen Bruchteil der linearen Bewegungsgeschwindigkeit des Laufbildfilmes 201 durch die Öffnung 203 ist, wobei dieser Bruchteil gleich den Radienverhältnissen r1/r2 ist.
Gemäss der Ausbildung der Erfindung, bei der die Transparenz und der Detektor mit gleichförmiger Geschwindigkeit durch Beleuchtungsstrahlen mit kontinuierlicher Welle gezogen werden, hat eine kohärente Lichtwellenfront 223, die die Tonspur des Laufbildfilmes 201 durch die Öffnung 203 beleuchtet, die selbe Phase an allen Punkten über dieselbe in Richtung der Filmbewegung. In gleicher Weise sollte eine kohärente Bezugsstrahllichtwellenfront 231, die den Hologrammdetektor durch die Öffnung 229 beleuchtet, die selbe Phase an allen Punkten über die selbe in der Bewegungsrichtung des Hologrammdetektors 211 haben. Wenn diesen Einschränkungen innerhalb eines Bruchteiles einer Lichtwellenlänge Genüge getan ist, so kann das Rad 207 gedreht werden, um der Laufbildtonspur und dem Hologrammdetektor Bewegung relativ zu den kohärenten beleuchtenden Strahlen während einer Belichtung zu erteilen, ohne dass Schleierbildung des Hologramms auftritt. Diese Anforderung lässt sich in anderer Weise formulieren: diese Beleuchtungsstrahlen sollten eine solche Krümmung haben, dass sie an der Drehachse 233 des Rades 207 innerhalb eines Bruchteils einer Lichtwellenlänge in Fokus kommen, wie dies im Vorangehenden allgemein beschrieben wurde. Dieser Fokus kann ein Punkt9 eine Linie oder eine IntensitStsverteilunywdsazwischen sein.
In einer bequemen Beleuchtungsanordnung, wie sie in den Fig. 5 und 6 veranschaulicht ist, sendet ein Laser 215 einen schmalen kohärenten Lichtstrahl aus, der durch ein aus konventionellen Elementen zusammengesetztes optisches System 217 in einen im wesentlichen kollimierten kohärenten Lichtstrahl 219 ausgedehnt wird. Eine zylindrische Linse 227 bildet einen Lichtstrahl 223, das in einer Richtung konvergiert, während es in einer dazu senkrechten Richtung kollimiert bleibt. Ein Teil des Lichtstrahles 223 tritt durch die Öffnung 203 hindurch, um die Tonspur des Laufbildfilmes 201 zu beleuchten, der der Gegenstand der holographischen Aufzeichnung ist. Nach Durchtritt durch die Tonspur des Laufbildfilmes geht der Information-tragende Lichtstrahl 225 durch einen Teil des aus ogpischem Glas konstruierten Rades 207 und tritt aus einer vertieften Fläche 227 aus, die als Linse zum Richten des die Information tragenden Strahles in die Öffnung 229 der Maske 213 gestaltet ist; hierdurch trifft der Strahl auf einen vorbestimmten Teil des holographischen Detektors 211 zwecks Aufzeichnung auf depot selben auf. Ein Teil des Lichtstrahles 223 bewegt sich auch direkt zur Öffnung 229 in Gestalt eines Bezugsstrahls 231, der mit dem Information tragenden Strahl 225 auf der Hologrammaufzeichnung 211 an der Öffnung 229 interferiert. Es ist bequem, einen einzelnen kohärenten Lichtstrahl sowohl #Ur den Tonspurbeleuchtungsstrahl alq auch den Hologrammbezugsstrahl zu verwenden.
Eine bevorzugte, linsenartige vertiefte Fläche 227 ist im Querschnitt in vergrössertem Maßstab in Fig. 7 veranschaulicht. Der im allgemeinen gekrümmte Teil 251 ist so gestaltet, um die Gestalt des durch die Information modifizierten Strahles 225 derart zu steuern, dass er die gesamte Öffnung 229 mit gleichförmiger Beleuchtung in Abwesenheit der Laufbildtonspur füllt. Die Wellenfrontkrümmung des von der Information modifizierten Strahl es 225 braucht nicht auf die Drehachse 233 bezogen zu sein. Das erhabene Linsenelement 251 ist unter einem Winkel in Bezug auf dem Gegenstand-modifizierten Strahl 225 angeordnet und ändert dadurch die Richtung des Strahles gleichmässig über dasselbe.
Eine periodisch deformierte Zerstreuungsstruktur 253 kann zu dem Linsenelement 251 zwecks Konstruktion einer holographischen Tonspur hinzugefügt werden, die Redundanz in einer zur Länge der Tonspur senkrechten Richtung aufweist. Bei ihrer Verwendung sind die periodischen Vertiefungen der Zerstreunngsstruktur 253 vorzugsweise parabolisch gestaltet. Die Zerstreuungsstruktur 253 erteilt eine Phasenvariation über eine Dimension des Information-modifizierten Strahles 225. Alternativ kann eine periodisch variierende Intensitätsvariation über eine Dimension des Strahles 225 durch eine geeignete, die Zerstreuungsstruktur 253 ersetzende Modulierungsstruktur erteilt werden.
Die Durchführung der vorangehend angegebenen Anforderungen bezüglich der Krümmung der Hologrammdetektorbezugs-und Laufbildtonspurbeleuchtungsstrahlen kann schwierig sein, wenn der Laser 215 eine kontinuierliche Welle aussendet und das Rad 207 mit gleichförmiger Geschwindigkeit gedreht wird, bis die gesamte Laufbildtonspur holographisch aufgezeichnet ist. Die mechanische Schwierigkeit der Drehung des Rades 207 um die Achse 233 innerhalb eines Bruchteils einer Lichtwelienlänge#führt oft dazu, vorzugsweise einen Laser 215 von der kurzen periodischen Impulsvarietät, gemäss einem anderen Merkmal der Erfindung, zu verwenden. Wenn die Impulse kurz genug sind, um wirksam die Bewegung der Transparenz und des Detektors während der Belichtung derselben anzuhalten, so erfolgt keine Ver#chleierung des Detektors durch die e Bewegung. Die Laserimpulsgeschwindigkeit, die Hologrammöffnungsgrösse und die Winkelgeschwindigkeit der Drehung des Rades 207 werden so auSeinander abgestimmt, dass keine ZwischenrRume zwischen der hologrstrphisohen Information auffallend durch einander folgende Laserimpulse aufgezeichnet werden, was die Einführung von schwerwiegendem Audiogeräusch bei der Rekonstruktion verhindert.
Die Grösse der Hologrammöffnung 229 in der in Fig. 6 veranschaulichten senkrechten Richtung wird bestimmt durch die für die holographische Tonspur gewünschte Breite, die ungefähr 1/2 bis 1/im ist für einen 4 mm breiten holographischen Aufzeichnungsfilm. Die minimale horizontale Abmessung der Öffnung 229, wie sie in Fig. 5 gezeigt ist, wird bestimmt durch die gewünschter Auflösung des holographisch konstruierten Bildes. Diese minimale Abmessung ist festliegt durch die Wellenlänge des Lichtes und den Untersdied zwischen den Krümmungsradien r1 und r2.
Bei Verwendung eines pulsierenden Lasers ist diese Abmessung wesentlich grösser als die von der Auflösung bestimmte minimale Abmessung sodass irgend welche Unterbrechungen an den Rändern jeder von einem einzelnen Lichtimpuls herrührenden Detektorbelichtung weit genug voneinander liegen, dass irgend welches dadurch bei der Rekonstruktion des Hologramms erzeugtes Geräusch unterhalb des aufgezeichreten Audio-Bereiches liegt. Somit kann dies Geräusch in einem Wiedergabegerät für die Hologrammaufzeichnung ausgefiltert werden.
Die senkrechte Abmessung der Öffnung 203 wird bestimmt durch die Grösse der Laufbildtonspur, die im allgemeinen 2 - 3 mm breit ist. Die horizontale Abmessung der Öffnung 203 ist nicht kritisch, aber sie bestimmt die Anzahl von einander folgenden Belichtungen, denen irgend ein Bereich des holographischen Aufzeichnungsr films 211 ausgesetzt wird. Die bevorzugte horizontale Abmessung der Öffnung 211 ist die in Fig. 5 gezeigte, die dieselbe Winkelerstreckung in Radianten wie die horizontale Abmessung der Öffnung 229 aufweist. Wenn diese horizontale Abmessung grösser ist als die, die bequemer Weise durch das von einer Linse vernünftiger Grösse kontrollierte Licht beleuchtet wird, so kann die Linse 221 durch einen zylindrischen Spiegel zur Bildung und Kontrolle des Strahles 223 ersetzt werden.
In Fig. 8 ist eine Technik zum Zurückspielen der Toninformation von der holographischen Aufzeichnung 211t veranschaulicht. Ein im wesentlichen kollimierter Lichtstrahl 235 wird durchr den Tonspurteil der holographischen Aufzeichnung 211' geschickt und dann durch ein. doppelkonkave zylindrische Linse 237 vergrössert. Der vergrösserte Lichtstrahl 241 wird von einer zylindrischen, einen Spalt 245 aufweisenden Scheibe 243 aufgefangen; der Spalt ist in einer Richtung senkrecht zur Zeichnungsebene der Fig. 8 länglich und somit senkrecht #ur Länge des rekonstruierten Tonspurbildes. Hinter dem Spalt 245 befindet sich eine Fotodiode 247, die die darauf fallende Lichtinformation in ein Zeitvariierendes elektrisches Signal umwandelt; das Signal entspricht dem eindimensionalen, ursprünglich auf dem Laufbildfilm 201 aufgezeichneten Audiosigg##. Es ist erforderlich, dass das Tonbild nur in Richtung senkrecht zur Länge des Spaltes 245 in Fokus sei.
Ein Vorteil einer kontinuierlichen holographischen Tonspur auf einer Hologrammaufzeichnung ist dessen Verträglichkeit mit holographisch aufgezeichneter Video'information auf derselben Hologrammaufzeichnung. Dies gestattet das Kopieren solch einer Aufzeichnung mittels einer einzigen Lichtquelle, die sowohl die Video- als auch die Toninformation in gleicher Weise behandelt.
Entsprechend braucht bei Rekonstruktion der in solcherHologrammaufzeichnung enthaltenden Information nur eine einzige Lichtquelle, und vielleicht nur ein einziger Lichtstrahl oder -bündel verwendet werden, um sowohl die Video- als auch die Toninformation zu rekonstruieren. Fig. 9 veranschaulicht einen Teil einer solchen Hologrammaufzeichnung 255, die eine kontinuierliche holographisch aufgezeichnete Tonspur 249 entlang eines länglichen fotoempfindlichen, richtig entwickelten Detektors aufweist. Die holographißche Tonspur 249 ist längs einer Reihe von individuellen Hologrammen1 einschliesslich dem individuellen Hologramm 257, angeordnet, von denen jedes von den anderen Hologrammen unterschiedliche Video- Information enthält. Jedes Video-Hologramm kann beispieslweise von einem individuellen Rahmen eines zweidimensionalen gewöhnlichen fotografischen Laufbildes konstruiert werden durch Richten kohärenten Lichtes durch dasselbe auf einen fotoempfindlichen Holograemdetektor. Das Information-tragende Licht wird durch geeignete optische Einrichtungen in eine Hologrammöffnung zusammengedrückt, die viel kleiner als die Grösse des Laufbildrahmens ist.
Ein Bezugsstrahl wird auf mit einem Krümmungsradius, der im wesentlichen gleich dem wirksamen Abstand zwischen dem Laufbild und dem Hologrammdetektor ist, den Hologrammdetektor gerichtet. Jeder Rahmen des Laufbildes wird ao als ein individuelles Hologram#iufgezeichnet, das gerade das Hologramm auf jeder seiner Seiten berührt, wie dies in Fig. 9 gezeigt ist. Die Hologrammaufzeichnung 245 wird durch Vorbewegung derselben mit gleichförmiger Geschwindigkeit in seiner Längsrichtung durch einen einzelnen kohärenten Beleuchtungsstrahl mit effektiv kontinuierlicher Welle zurückgespielt. Die Einfachheit des Zurückspielens ist ein Vorteil für die Benutzung von solchen Hologrammaufzeichnungen seitens des Verbrauchers beim Zurückspielen durch Heimfernsehempfänger mit Schallplattenspielerzusatz einschliesslich: einem monochromatischen Laser niedriger Leistung, Mitteln zur Bewegung der Aufzeichnung mit gleichmässiger Geschwindigkeit durch einen Laser strahl, einem Lichtdetektor wie z.B. einerVidiuon-Röhre zum Umwandeln des aufgezeichneten Bildes in ein elektronisches Signal, und einer Fotodiode zum Umwandeln des rekonstruierten Tonbildes in ein elektronisches Signal. Die entwickelten elektronischen Signale werden dann in den Fernsehempfänger eingesetzt. Die Video- und die Toninformation wird auf der Hologrammaufzeichnung aufgezeichnet, selbstverständlich mit zugeordneten Graden von informationsverkleinerung, sodass die davon rekonstruierten Bilder und Laute synchronisiert sind.
Diese speziellen Techniken der Bildung solcher individuellen Video-Hologrammaufzeichnungen sind mehr im einzelnen in verschiedenen Hinsichten beschrieben und beansprucht in der gleichzeitig von der selben Anmelderin eingereichten Patentanmeldung "Holographisches Fernseh-Aufzeichnungssystem (Unsere Akte DA-K715) ..............................
kusPrUche

Claims

Ansprüche Verfahren der kontinuierlichen holographischen Aufzeichnung von zweidimensionaler Information von einer länglichen fotografischen Transparenz, g e k e n n z e i c h n e t durch die Schritte: Anordnen der länglichen Transparenz in einem kohärenten Lichtstrahl, wodurch eink Information-modulierter Strahl erzeugt wird.

Anordnen eines länglichen foto empfindlichen holographischen Detektors im Pfad des Information-modulierten Strahles; Richten eines kohärenten Bezugslichtstrahles mit einem endlichen Krümmungsmentrum auf den holographischen Detektor zwecks Interferenz mit dem Information-modulierten Strahl; Bewegen der Transparenz und des Detektors in ihren Längs-Richtungen mit einem Geschwindigkeitsverhältnis zwischen denselben, das im wesentlichen gleich dem Verhältnis der Abstände vom Krümmungsmittelpunkt des Bezugsstrahles zu ihren beleuchteten Teilen ist.
2. Verfahren der kontinuierlichen holographischen Aufzeichnung von zweidimensionaler Information von einer länglichen fotografischen Transparenz, g e k e n n z e i c h n e t durch die Schritte: Anordnen der länglichen Transparenz in einem kohärente ten Lichtstrahl, wodurch ein Information-modulierter Strahl erzeugt wird; Anordnen eines länglichen iotoempfindlichen holographischen Detektors im Pfade des Information-modulierten Strahles; Richten eines kohärenten Bezugslichtstrahles mit einem endlichen Krümmungszentrum auf dem holographischen Detektor zwecks Interferenz mit dem Information-modulierten Strahl; Belichten der Transparenz und des Detektors gleichzeitig und intermittierend mit den genannten Lichtstrahlen; und Vorbewegen der Transparenz und des Detektors zwischen deren Belichtung in ihre Längsrichtung, wobei Strecke jeder Vorbewegung der Transparenz die gleiche Beziehung zur Strecke jeder Vorbewegung des Detektors hat, wie die Beziehung ihrer Abstände zum Krümmungszentrum des Bezugsstrahles.
3. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , dass der längliche foto empfindliche holographische Detektor durch den Bezugslichtstrahl vorbewegt wird auf einem Bogen um die Achse, die durch das Krümlgungszentrum des Bezugsstrahl es hindurchgeht.
4. Verfahren zur kontinuierlichen holographischen Aufzeichnung von zweidimensionaler Information von einer länglichen fotografischen Transparenz, g e k e n n z e i c h n e t durch die Schritte: Bewegen o#f~ länglichen Transparenz auf einem kreisförmigen Boden, der einen ersten begrenzten Krümmungsradius um eine Achse hat; Bewegen eines länglichen fotoempfindlichen holographischen Detektors in einer Richtung seiner Läge auf einem kreisförmigen Bogen, der einen zweiten begrenzten Krümmungsradius um die genannte Achse hat, wobei der zweite Radius kleiner ist als der erste Radius; Richten eines kohärenten Beleuchtungsstrahles auf die längliche Transparenz und von dort auf den länglichen holographischen Detektor als Information-modulierten Strahl; und Richten eines kohärenten Bezugsstrahles direkt auf den holographischen Detektor zwecks Interferenz mit dem Informationmodulierten Strahl, wobei der Bezugsstrahl beim Auftreffen auf den Detektor ein Wellenfrontkrümmungszentrum hat, das im wesentlichen an der besagten Achse angeordnet ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , dass ein kohärenter Beleuchtungsstrahl auf die längliche Transparenz gerichtet wird mit einem Wellenfrontkrümmungszenter beim Auftreffen auf die Transparenz, das im wesentlichen auf der genannten Achse angeordnet ist.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , dass die längliche Transparenz und der längliche foto empfindliche Detektor durch ihre betreffenden kreisförmigen Bogen mit im wesentlichen gleichmässiger Winkelgeschwindigkeit bewegt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , dass der kohärente Beleuchtungsstrsh1 und der kohärente Bezugsstrahl gleichzeitig periodisch pulsiert werden.
8. Verfahren nach einem der AnsprUche 4 bis 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die zweidimensionale Information Audioinformation ist und dass die Länge des während eines Impulses beleuchteten länglichen foto empfindlichen Detektors gross genug ist, um irgend welches davon rekonstruierte Geräusch als Ergebnis von irgend welchen Unterbrechungen zwischen individuellen Hologrammbelichtungen eine Frequenz unterhalb des hörbaren, von der Audioinformation eingenommenen Bereiches hat.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche4bis 8, dadurch g ek e n n z e i c h n e t , dass die zweidimensionale Information Audioinformation ist und dass der Information-modulierte Strahl periodisch phasenmoduliert wird, wesentlich in einer zur Richtung der Bewegung des länglichen fotoempfindlichen Detektors senkrechten Richtung.
10. Verfahren der Rekonstruktion eines Bildes von zweidimensionaler, gemäss dem Verfahren nache*iasdeder Ansprüche 4 bis 9, holographisch aufgezeichneter Information, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der belichtete holographische Detektor in seiner Längsrichtung durch ein kohärentes Lichtbündel auf einem Pfad in Bezug auf die Krümmung des Bündels gezogen wird, sodass die Strahlen des Bündels den Detektor im wesentlichen unter einem rechten Winkel in Richtung seiner Bewegung teffen.
11. Apparat zur Konstruktion einer kontinuierlichen Hologrammaufzeichnung vorzugsweise gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, g e k e n n z e i c h n e t durch: ein Rad mit wenigstens zwei Umfangsflächen mit verschiedenen Krümmungsradien von einer Drehachse des Rades, wobei eine dieser zum Antrieb einer Information-tragenden Transparenz dienenden Flächen einen grösseren Krümmungsradius hat und wobei eine andere, zum Antreiben eines länglichen Hologrammdetektors dienende Fläche einen kleineren Krümmungsradius hat; und mit dem Rad nicht drehbare Mittel zur Beleuchtung eines Teiles jeder Fläche mit individuellen kohärenten Lichtwellenfronin, wobei die auf die Antriebsfläche für den Hologrammdetektor auftreffende Wellenfront ein Krümmungszentrum hat, das im wesentlichen auf der Drehachse des Rades angeordnet ist.
12. Apparat nach Anspruch 11, g e k e n n z e i 0 h -n e t durch zusätzliche Mittel zum Richten von auf die Antriebsfläche der Transparenz auftreff enden Lichtes auf einen Teil der Antriebsfläche für den Hologrammdetektor zwecks Interferenz mit der die Oberfläche des Hologrammdetektors belduchtenden Wellenfront.
13. Apparat nach Anspruch 12, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, dass die Mittel zum Richten von auf die Antriebsfläche für die Transparenz auftreffenden Licht auf die Antriebsfläche für den holographischen Detektor eine eindimensionale, als Teil des Rades ausgebildete Linse ist.
14. Apparat nach Anspruch 12 oder 13, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , dass die Mittel zum Richten von auf die Antriebsfläche für die Transparenz auftreffenden Lichtes auf die Hologrammantriebsfläche zusätzlich eine eindimensionale periodische Phasenzerstreuungsstruktur aufweist, die in einer Fläche der eindimensionalen Linse ausgebildet ist.
15. Apparat nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Mittel zur Beleuchtung eines Teiles jeder Fläche zusätzliche Mittel aufweist, zur Beleuchtung der Detektorfläche mit einer Wellenfront, deren Krümmungszentrum im wesentlichen auf der Drehachse des Rades angeordnet ist.
16. Apparat nach Anspruch 12, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, dass die Mittel zur Beleuchtung eines Teiles jeder Fläche mit individuellen kohärenten Lichtwellenfronten wenigstens ein Linsenelement hat, das dem Licht gemeinsam ist, die jede der Wellenfronten bildet.
17. Holographischer Tonspurrückspieler, vorzugsweise zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 10, g e k e n n -z e i c h n e t durch: eine Quelle von im wesentlichen monochromatischem kontinuierlichen Lichtwellen, die einen im wesentlichen kollimierten Strahl erzeugt; Mittel zur Vorbewegung eines länglichen Hologramms in seiner Längsrichtung durch den kollimierten Strahl und im wesentlichen senkrecht dazu, um dadurch ein längliches sichtbares Bild der darauf aufgezeichneten Tonspur zu rekonstruieren; eine so angeordnete Maske, dass das längliche Bild auf dieselbe fällt, wobei die Maske einen schmalen, sich quer über das Bild erstreckenden Spalt aufweist; und hinter dem Spalt angeordnete Mittel zum Empfang des Teiles des darauf fallenden rekonstruierten Bildes und zum Umwandeln des Bildteiles in ein elektrisches Tonsignal.
18. Holographischer Tonspur-Rückspieler nach Anspruch 17, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass er zusätzlich optische Mittel zur Vergrösserung des Bildes umfasst.
19. Holographische, vorzugsweise nach einem der Anspräche 1 bis 9 hergestellte Aufzeichnung, g e k e n n z e i c h n e t durcbkine Mehrzahl von individuellen längs einer Linie miteinander vereinigten Hologrammen, wobei jedes Hologramm eine individuelle Video-Information einer sich bewegenden Gegenstands-Szene aufweistfund wobei di# Aufzeichnung ein kontinuierliches Tonspurhologramm einschliesst, das sich im wesentlichen parallel zur Linie der Hologramme erstreckt und Toninformation entsprechend den darauf aufgezeichneten Video-Signalen enthält.
20. Ein längliches, vorzugsweise nach einem der Ansprüche 1 bis 9 hergestelltes Hologramm, von dem kontinuierliche, darauf aufgezeichnete Information in einem Hologramm-gebeugten Strahlungsstrahl von gleichförmiger Brechnungswirksamkeit wiedergewonnen werden kann, wenn das Hologramm in seiner Längsrichtung mit gleichförmiger Geschwindigkeit in gerader Linie durch einen kollimierten rekonstruierenden Strahlungsstrahl gezogen wird, dadurch g e k e n n z e i c h,n e t , dass das Hologramm aus Streifen oder Mustern besteht, die durch Interferenz eines Information-tragenden Strahlungsstrahles mit einem Bezugsstrahlllngsstrahl auf einem länglichen helographischen Detektor erzeugt sind, wobei die Strahlen des Bezugsstrahles den Hoiogrammietektor senkrecht zu in seiner Längsrichtung geschnitten haben.