DE2217354C3 - Einrichtung zum Aufzeichnen eines Hologrammes - Google Patents

Description

zugeordnet sind α^ _{in dner Uberkreu}.

einen Uberkrewung ^ _Lochb,_{ende und}

) «η

ι ο

15

einen Uberkrewung
zungsebene (314) zu em «η

_Lochb,_{ende und}

^dTS!

S!ch.»»g »ach Anspruch 8, dadurch gckenn

2S

wobei bedeuten:

S Abstand (»Objektabstand«) zwischen Strahlungsquellenmatrix (132, 326, 410) und dem Objekt (136,328,400);

d gegenseitiger Abstand der Strahlungsquellen;

η eine ganze Zahl; 30

/77 eine ganze Zahl größer als Eins;

λ Wellenlänge der kohärenten Strahlung;

a Durchmesser einer StrahlungsGuelle.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Objekt von einer Strahlungsquelle aus gesehen im wesentlichen einen Winkel θ einnimmt, der der folgenden Beziehung genügt:

benndeT und daß die zweite Linse (320) .m Abstand C Brennweite von der Uberkreuzungsebene

nach Anspruch 8, dadurch die Sammellinsenanordnung SÄün« Sk enthält, und daß die Anordnung (408) feiner Löcher vor dieser Linse in dnem deren Brennweite übersteigenden Abstand angeordnet ist.

θ = 2 aresin

1,22 A

40

»erliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in einer Matrix angeordneten Strahlungsquellcn aus feinen Löchern (200) bestehen, denen eine Anordnung (100,114,116,118)

zu ihrem Beleuchten mit kohärenter Strahlung ..ugeordneiist.

4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die kohärente Strahlung aus Lichtstrahlung besteht und daß der Durchmesser einer Strahlungsquelle höchstens 10 μιη beträgt.

5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Projektionsoptik (138, 332, 414), die die räumlich modulierte Objektbündelstrahlung auf den Aufzeichnungsträger (130, 334,416) projiziert.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Projektionsoptik (414) eine solche Brennweite hat und derart zwischen dem Objekt (400) und dem Aufzeichnungsträger (4ib) angeordnet ist, daß sie ein reelles Bild des Objekts in einer mit einem vorgegebenen Bereich des Aufzeichnungsträgers zusammenfallenden Bildebene entwirft.

7. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Projcktionsoptik (138) im Abstand direkt mit einem ReterenzDunaei uc. *.««...«... ?äum ich kohärenten elektromagnetischen Strahlung beleihtet. Durch die Wechselwirkung des Objektbunde Sund des Referenzbündels entsteht dabei eine fnterferenzfigur, die auf der vorgegebenen Flache des Aufzeichnungsträgers aufgezeichnet wird.

Wenn das beleuchtete Objekt ein Transparentb.ld ist, ζ B ein photographisches Diapositiv oder ein KinofilmbUd und wenn während der Aufzeichnung des Hologramms in das Objektbündel keine Redundanz e Sührt wird, verursachen alle Kratzer oder Schmutz lecken auf dem Aufzeichnungsträger be, der Rekon Auktion eines Bildes mittels des aufgezeichneten S Is störende Fehler (die unter Umstanden U^MIiPh größer sind als die ursprünglichen Kratzer oder"^ecken) sowie den vollständigen Verlust von Weinen Teilen des Bildes. Dies gilt nicht nur fur TräJsparentbilder, sondern auch für andere Arten von nichtsfreuenden Objekten, wie spiegelnd reflektierende Objekte. Wenn jedoch in das Objektbündel wahrend der Aufzeichnung des Hologramms genügend Redundanz

■ eführt wird, bleiben die erwähnten Fehler un^ichi- ^:inßund das aufgezeichnete Hologramm kann erheblich "rkratzt mit Flecken verschmutzt und sogar in Stücke hrochen werden, ohne daß das rekonstruierte Bild mit f° Ausnahme einer geringfügigen Verschlechterung λ Gesamtauflösung und des Kontrastes beeinträchtigt •A Im allgemeinen ist eine geringfügige Verschlechtedes reproduzierten Bildes einem vollständigen ν "rUist von kleinen Bildteilen vorzuziehen. Aus diesem r nde sind'redundante Hologramme für die Aufzeichung von Daten und für Ausgabe-Darstellungs- und Sichtgeräte interessant.

Fin bekanntes Verfahren zur Einfuhrung der ge- -nschten Redundanz besteht darin, bei der Aufzeich-^W des Hologramms ein Objektbündel aus diffusem rrhi zu verwenden. Es ist insbesondere bekannt, das Beleuchtung eines holographisch aufzuzeichnenden Transoarentbildes bestimmte Bündel kohärenten Lichen durch eine Platte streuenden Glases, wie Opalglas, Ln zu lassen, bevor es das Transparently λ /setzt _Durch diese Maßnahme wird jeder Punkt Tr Aufzeichnungsfläche des Aufzeichnungsträgers α rrh Licht von allen Punkten des Transparentbildes und durch das Referenzbündel belichtet Das aufgezeichnete Hologramm weist daher einen hohen Grad ^e' Redundanz auf. Wenn man andererseits das ,reaende Glas wegläßt, kommt das einen vorgegeben Punkt der Aufzeichnungsfläche des Aufzeichnungsträgers beleuchtende Licht des Objektbündels von nur nem einzigen entsprechenden Punkt des Transparent-^C, L „„ο die Zuordnung ist eindeutig. In diesem Falle St das aufgezeichnete Hologramm keine Redundanz und jeder kleine Kratzer oder Schmutzfleck auf Her holographischen Aufzeichnung hat einen vollständigen Verlust eines bestimmten kleinen Te.les des reproduzierten Bildes zur Folge.

Die Verschmutzungsunempfindlichkeit eines diffusen Hologramms hat jedoch leider ihren Preis Man muß nämlich entweder Untergrundstörungen, die sich als Seen oder »Korn« äußern, in Kauf nehmen oder sehr große Hologramme verwenden, die durch die Flecken-Lruneen nicht beeinträchtigt werden.

Senstörungen treten als Nebenef ekt be, hochgradig kohärentem Licht, wie Laserstrahlung, auf wenn S diffus reflektiert wird. Die hellen Hecken entsprechen der additiven Interferenz des diffus SkSrten Lichtes, während die dunklen Flecken der ubtraktiven Interferenz entsprechen Da d.e c.genschaften einer diffus reflektierenden Oberflache ganz willkürlich sind, haben die auftretenden Fleckenstorun- «" ebenfalls willkürliche Eigenschaften. D.e Fleckenftömngen in einem mittels eines Hologramms reproduzierten Bildes sehen ähnlich aus wie das sogenannte Korn bei einer Photographie.

Eine gute Näherung des auf die Leistung bezogenen Verhältnisses von Nutzsignal zu Fleckenstörungen in einem diffusen Hologramm ist das Verhältnis der Flache de" Fleckens kleinsten Durchmessers, der unte Berücksichtigung der ganzen Aufzeichnungs- und Wtata^nlage mittels eines Hologramms reproduziert werden kann zum Durchmesser des kleinsten Heckes der mit einem Hologramm wiedergegeben werden kann, wenn man nur die durch d.e Beugung gesetzte Grenze in Betracht zieht.

Da die Beugungsgrenze bei einem großen Hologramm sehr klein ist, und ein kleines Hologramm eine verhältnismäßig große Beugungsgrenze hat, sind die Reckenstörungen bei kleinen Hologrammen wesentlich stärker sichtbar als bei großen Hologrammen. Es ist jedoch andererseits wünschenswert, die Fläche einer holographischen Aufzeichnung möglichst klein zu machen (z. B. mit Abmessungen in der Größenordnung f von 6,5 mm und darunter) um bei der holographischen Aufzeichnung eine möglichst hohe Informationsspeicherdichte zu erreichen, wie es insbesondere bei der Aufzeichnung von den üblichen Mikrofilmen der Fall ist. Andererseits können ein kleiner Kratzer oder ίο Schmutzfleck auf einer solchen kleinen holegraphischen Aufzeichnung ohne Redundanz in einem wesentlich kleineren Ausmaß zugelassen werden als solche Kratzer oder Schmutzflecke auf einer holographischen Aufzeichnung großer Abmessungen. Zeichnet man jedoch ein kleines redundantes Hologramm in bekannter Weise mittels eines diffusen Objektbündels auf, so enthält das reproduzierte Bild in erheblichem Maße unerwünschte Störflecken.

Es ist auch bereits bekannt, daß man redundante, störfleckenfreie holographische Aufzeichnungen dadurch erhalten kann, daß man anstelle des üblichen Diffusers eine Informaüonsredundanzanordnung verwendet, die mehrere diskrete, im Winkel zueinander verlaufende, sich überlappende Objektbündel liefert, wobei der Abstand zwischen den überlappenden Bündel so klein gewählt wird, daß die maximale räumliche Wellenlänge in allen Störinterferenzfiguren, die durch das Vorhandensein der Redundanzanordnung entstehen können, nicht größer ist als die Grenzauflösung, mit der ein Bild des Objekts mittels des aufgezeichneten Hologramms rekonstruiert werden kann.

Bei einer solchen »Mehrbündelaufzeichnung« können die erforderlichen, im Winkel zueinander verlaufenden und sich überlappenden Informationsbündel z. B. mittels :,5 eines zweidimensionalen Phasengitters mit geeignetem Strichabstand, wie es z. B. in der Zeitschrift »Applied Optics«, November 1968, Band 7, Nr. 1, S. 2301 bis 2311, beschrieben ist, oder einer Kombination von Bündelteilern und/oder Spiegeln oder eines optischen Tunnels 40 erzeugt werden.

Der Grad der erhältlichen Redundanz hängt sowohl von der Gesamtzahl der Informationsbündel, die die für die Aufzeichnung des Hologramms vorgesehene Fläche des Aufzeichnungsträgers ganz oder teilweise beleuch-45 ten, und dem Bruchteil jedes dieser Bündel, der diese Fläche tatsächlich beleuchtet, ab. Im Falle eines zweidimensionalen Phasengitters ist die Anzahl der nutzbaren Bündel, die erzeugt werden kann, durch die Form des Phasengitters beschränkt und beträgt in

50 typischen Fällen 9.

Bei Verwendung einer Kombination von Bündelteilern und/oder Spiegeln zur Erzeugung der erforderlichen, im Winkel zueinander verlaufenden und sich überlappenden Informationsbündel, ist es theoretisch 55 möglich, die Anzahl der verwendeten Informationsbündel und damit die resultierende Redundanz beliebig groß «:u machen. In der Praxis ist jedoch die tatsächlich erreichbare Anzahl der Informationsbündel erheblich beschränkt. Der Grund hierfür liegt darin, daß sowohl 60 die Anzahl der Elemente in der Kombination von Bündelteilern und/oder Spiegeln, die zur Erzeugung einer vorgegebenen Anzahl von Bündein der erwähnten Art benötigt werden, ais auch die Kompliziertheit der Anordnung dieser Elemente mit wachsender Anzahl der 65 zu erzeugenden Bündel überproportional zunimmt. In der Praxis ist die maximale Redundanz, die mit einer solchen Kombination von Bündelteilern und/oder Spiegeln erreicht werden kann, daher nur wenig größer

als die mit einem zweidimensionalen Phasengitlcr erreichbare Redundanz, und selbst dann stellt die Kompliziertheit der Redundanzanordnung einen erheblichen Nachteil dar. Mit zunehmender Anzahl der Informationsbündel nimmt außerdem die Größe des Hologramms zu.

Der vorliegenden Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zur Aufzeichnung von Hologrammen anzugeben, die einen hohen Grad von Redundanz zu erreichen gestattet, ohne daß dabei in nennenswerter Weise sichtbare lnterfei enzfiguren erzeugt werden, und die gleichzeitig einfach und sehr leicht realisierbar ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch 1 unter Schutz gestellte Einrichtung gelöst.

Die Einrichtung gemäß -der Erfindung liefert ein Hologramm mit vorgegebener Redundanz, das mit einer gewünschten Grenzauflösung rekonstruiert werden kann, die für die Erhaltung der wiederzugebenden Details ausreicht, nicht jedoch für die Auflösung von zusätzlichen Störinterferenzfiguren, welche durch Interferenz der verschiedenen Bündel entstehen.

Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Der Erfindungsgegenstand wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert; es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausfiihrungsbeispiels der vorliegenden Einrichtung zur Aufzeichnung eines Hologramms,

F i g. 2 eine Darstellung eines Teiles einer Matrixmaske für die individuellen Lichtquellen, die bei der Einrichtung gemäß F i g. 1 Verwendung finden kann,

Fig. 3 eine schemalische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispicls der Erfindung und

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines drillen Ausfiihrungsbeispiels der Erfindung.

Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Einrichtung enthält einen Laser 100, der ein Bündel 102 kohärenter Strahlung mit einer Wellenlänge λ liefert. Das Bündel 102 wird durch einen Bündclteilcr 108, der aus einem teilweise reflektierenden Spiegel bestehen kann, in zwei Tcilbündcl 104 und 106 aufgespalten. Das erste Teilbündel 104 wird nach Reflcklion an einem Spiegel 110 durch einen Bündclcxpander, der eine Konvexlinse 114, eine feine Lochblende 116 vind eine Kollimatorlinse 118 enthält, in ein paralleles Bündel 112 mit größerem Querschnitt umgewandelt. Entsprcchenderweise wird das /weite Teilbündel 106 nach Reflexion an einem Spiegel 120 durch eine Hinrichtung, die eine Konvcxlinsc 124, eine feine Lochblende 126 und eine Kollimatorlinse 128 enthält, in ein paralleles Referenzbündcl 122 größeren Querschnitts umgeformt. Das Refcrcnzbilnclel 122 fällt, wie dargestellt, unter einem vorgegebenen Winkel auf eine Aufzeichnungsfläche eines holographischen Aufzeichnungsträgers 130. Der Aufzeichnungsträger 130, bei dem es sich /.. B. um einen pholographischcn Film odor eine Photolackschicht handeln kann, isi für die niif ihn auffallende Strahlung vom Laser 100 empfindlich. Der Aufzeichnungsträger 130 kann ein begrenztes Auflösungsvermögen haben, das zwar zur Aufzeichnung der gewünschten Information mit einem vorgegebenen Auflösungsvermögen iiusreicht, nicht jedoch für die Auflösung kurzwelliger Störintcrferenzfigtiren.

Diis parallele Strahlungsbündel 112, das ebene Wellenfront hat. lallt auf eine individuelle Lichtquellen bildende Matrixmaske 132, von der ein Teil in Fig.2 genauer dargestellt ist. Wie Fig.2 zeigt, kann die Matrixmaske 132 eine Anordnung aus im Abstand voneinander angeordneten feinen Löchern 200 enthalten, die ein bestimmtes Muster bilden. Dieses Muster ist hier quadratisch, und jedes Loch 200 hat die Form eines Kreises mit einem Durchmesser a. Der Abstand zwischen den Mittelpunkten benachbarter Locher beträgt d. Das Lochmuster der Matrix braucht jedoch

ίο nicht quadratisch zu sein, und die einzelnen Löcher könnten auch anders als kreisförmig ausgebildet sein, z. B. elliptisch, rechteckig oder quadratisch. Die Matrixmaske 132 bildet ein beugendes Bauteil, dessen Beugungseigenschaften von den Abmessungen abhängt,

ι s wie dem Durchmesser a der jeweiligen kleinen Löcher und dem Abstand d zwischen benachbarten Löchern bezüglich der Wellenlänge der kohärenten Strahlung, mit der die Maske 132 beleuchtet wird.

Jedes der feinen Löcher der Matrixmaske wirkt als individuelle Quelle für untereinander kohärente Strahlung. Von jeder einzelnen Strahlungsquelle geht ein eigenes divergentes Bündel 134 kohärenter Strahlung aus. Der Grad der Divergenz hängt vom Beugungswinkel der einzelnen feinen Löcher 200 der Maske 132 ab.

Auf diesem Beugungswinkel wird unten noch näher eingegangen werden. Im Augenblick genügt die Feststellung, daß der Bcugungswinkel und damit die Divergenz der verschiedenen Bündel 134 mit abnehmendem Lochdurchmesser a zunimmt.

Wie F i g. I zeigt, kreuzen sich die verschiedenen divergenten Bündel 134, während sie sich von der Matrixmaske 132 aus ausbreiten. Da sie jedoch miteinander kohärent sind, tritt eine Interferenz der sich kreuzenden Bündel ein und es entsteht eine räumliche Verteilung von Bereichen, in denen eine Verstärkung der Strahlung durch konstruktive interferenz eintritt, und von dazwischenliegenden zweiten Bereichen, in denen sich die Strahlung durch destruktive Interferenz gegenseitig schwächt. Diese räumliche Verteilung wird durch Faktoren, wie die Wellenfront und Wellenlänge der die Matrix 132 beleuchtenden kohärenten Strahlung, die Gesamtzahl der Löcher in der Anordnung und das von ihnen gebildete Muster und den Abstand d zwischen benachbarten Löchern des Musters bezüglich der Wellenlänge der kohärenten Strahlung und der Abmessungen (z. B. des Durchmessers a) der einzelnen Löcher bestimmt. Alle diese Faktoren werden jeweils so festgelegt, daß sich die gewünschte Redundanz ergibt, Wie später noch genauer erläutert werden wird, erfordert dies ein verhältnismäßig großes Verhältnis d/n und einen verhältnismäßig großen Wert von c/, der für sieh allein nicht in der Lage ist, ein ausreichendes Auflösungsvermögen zu gewährleisten. Da jedoch du Dichte und Form der ersten Bereiche in jeder lokaler

ss Gruppierung der räumlichen Verteilung nicht gleichfür mig sind, sondern sich als Funktion des Abslandes dei betreffenden lokalen Gruppierung von der die individu eilen Lichtquellen erzeugenden Matrixmaske 13; andern, können die erforderliche Redundanz um

<«> Auflösung beide gleichzeitig durch geeignete Wahl de: Abslandes zwischen der Maske und dem Objek erreicht werden.

Insbesondere wird ein aus einem Transparciitbild 131 bestehendes Objekt, das z. B. ein Hin/.clbild eine

('s Kinofilmes sein kann, in der dargestellten Weise ii einem vorgegebenen Abstand S von der Matrixmask 132 angeordnet. Der Abstand S wird in der tinte genauer beschriebenen Weise so gewählt, daß sieh da

Transparentbild 136 vollständig innerhalb einer speziellen lokalen Gruppierung von ersten Bereichen konstruktiver Interferenz befindet und dementsprechend nur durch die kohärente Strahlung der ersten Bereiche dieser speziellen lokalen Gruppierung beleuchtet wird. Der Abstand 5 wird so gewählt, daß der Abstand zwischen jeweils zwei benachbarten ersten Bereichen oder lnterferenzmaxima der das Transparentbild 136 beleuchtenden speziellen lokalen Gruppierung um soviel kleiner ist als die Abstände d zwischen den benachbarten Löchern der Maske 132, daß das Transparentbild 136 durch die es beleuchtende kohärente Strahlung mit einer Auflösung abgegriffen oder abgetastet wird, die mindestens so groß ist, daß sich die geforderte Grenzauflösung unabhängig davon ergibt, daß der Abstand d, der für die erforderliche Redundanz notwendig ist, für sich allein zu groß ist, um dies zu erreichen. Die kohärente Strahlung der verschiedenen lnterferenzmaxima der das Transparentbild beleuchtenden speziellen lokalen Gruppierung wird dabei durch den abgetasteten (beleuchteten) Teil der Objektinformation moduliert, die durch das beleuchtete Transparentbild dargestellt wird.

Der Abstand 5 soll ferner so gewählt werden, daß keine der Störinterferenzfiguren, die infolge der Interferenz der Bündel 134 auf das Transparentbild 136 fällt, räumliche Frequenzkomponenten aufweist, die unter der gegebenen Grenzauflösung liegen, so daß also diese Störinterferenzfiguren nicht aufgelöst werden können.

Das Transparentbild 136 befindet sich am Ort der einen Brennebene eines Projeklionsobjektivs oder einer Projektionslinse 138, die die Brennweite /'hat. Auf der anderen Seite der Linse 138 ist vorzugsweise in der Nähe der anderen Brennebene dieser Linse ein holographischer Aufzeichnungsträger 130 angeordnet. Die Linse 138 formt die gebeugte modulierte kohärente Strahlung der verschiedenen Ordnungen, die von den jeweils abgegriffenen bzw. beleuchteten Teilen des Transparcntbildcs 136 ausgeht, wie des modulierten Bündels 140, in Komponenten eines Parallelstrahlcnbündcls 142 um das eine vorgegebene Fläche des holographischen Aufzeichnungsträgers 130 gleichzeitig mit dem Rcfcrcnzbündel 122 beleuchtet. Hierdurch wird ein llologrammm einer vorgegebenen Redundanz aufgezeichnet, das mit einer gewissen Grcn/.auflösung rekonstruiert werden kann, die für die Erhaltung der Details der Objektinformation im Transparentbild 136 ausreicht, nicht jedoch für die Auflösung zusätzlicher Stör'mtcrferenzfigurcn. S"

Bei der vorliegenden Hinrichtung kommt es offensichtlich auf die richtige Wahl der Abmessungen ;/ und </ der die punktförmigcn Strahlungsquelle!! erzeugenden Matrixmaske 122 sowie auf den richtigen Abstand .S' /wischen der die punktförmigen Strahlungsquelle!) ss bildenden Matrix und dem Transparentbild an. llienuif wird im folgenden näher eingegangen:

Wenn ein kleines Loch mit der Abmessung :i mil einer ebenen Wellenfronl vorgegebener Wellenlänge beleuchtet wird, fallen genial! den bekannten Beugungsge- <>i> setzen 84% der vom Loch aus divergierenden gebeugten Strahlung in einen als Airy-Seheibe bekannten Kreis, der einen Raumwinkel H₁₁ einnimmt, welcher durch die folgende Gleichung definiert ist:

'. aicsin

wobei λ die Wellenlänge der Strahlung bedeutet.

Aulgrund der Beugungsgesetze liefert ferner eine Anordnung von mit gegenseitigen Abständen d angeordneten feinen Löchern ein Beugungsmaximum nullter Ordnung und ein oder mehrere Paare von Beugungsmaxima höherer Ordnung mit Winkelabständcn zwischen aufeinanderfolgenden Ordnungen, die durch die folgende Gleichung gegeben sind:

(-)a = arcsind

d '

Die Gesamtzahl N der Ordnungen, die durch jedes Loch einer solchen Anordnung erzeugt werden, einschließlich der nullten Ordnung und der verschiedenen Paare höherer Ordnungen ist durch die folgende Näherungsgleichung gegeben, durch die die Gleichungen (I) und (2) in Beziehung zueinander gesetzt werden, wenn Θ .,und Θ,/klein sind:

/V₁^

-0*4)·

(3a)

Die Anzahl /V₂ der auf die Aufzeichnungsfläche des Aufzeichnungsträgers 130 in Fig. 1 fallenden Ordnungen ist durch die Abmessungen dieser Fläche begrenzt. Setzt man beispielsweise eine kreisförmige Aufzeichnungsfläche mit dem Durchmesser D voraus, so ist N₂ näherungsweise durch die folgende Gleichung gegeben:

N₇ a

(3b)

wobei ein minimales f durch die anderen Systemparameter, wie die Objektgröße und die Auslösungsgrenzc des Aufzeichnungsträgers bestimmt wird, während D und λ feste Werte haben.

Die Redundanz ist eine direkte Funktion von der kleineren der beiden Größen N\ und /V2. Wie man aus den Gleichungen (3a) und (3b) sieht, ist es für die Erzielung einer verhältnismäßig hohen Redundanz erforderlich, daß das Verhältnis d/a und der Abstand d relativ groß sind. Im Prinzip kann man ,1 extrem klein machen, eine Vergrößerung des Wertes von d in der Anordnung der feinen Löcher führt jedoch zu einer Verringerung der Auflösung mit der die Objektinformation in einem Transparentbild abgegriffen werden kann Diese nachteilige Tendenz wird bei der L'inrichluiij: gemäß der Erfindung durch geeignete Wahl de: Abstandes .V(I ig. I) zwischen der Matrixmaske um dem Transparentbild kompensiert.

Wie oben erläutert wurde, ergibt die Verteilung de gebeugten Strahlung von einer Matrix von punktl'örmi gen Lichtquellen eine räumliche Verteilung vo> lnterferenzmaxima und dazwischenliegenden Iniciiu ren/.minima. Im Falle einer quadratischen Anordnun von Löchern kleinen Durchmessers, wie sie in lig, dargestellt ist, besteht die Verteilung der gebeugte Strahlung aus verschiedenen periodisch auftretende regulären Mustern, die von der Form und Wellcnliing der die Matrix von punktlörmigen Lichtquelle beleuchtenden kohärenten Wellenfronl und vom Al stand S zwischen der Matrix und dem beirachieti regulären Muster abhängen. Insbesondere bilden d InterfiTunzmaxima bei periodisch auftretenden, b stimmten Werten des Abslaiules .S' ein Muster \( kleinen Punkten, deren Verteilung iül· urspri'mglichi Abstünde </\</ der Lochanordiuiug selbst aul'wci

71)9 ß:il)/2<

■■'to

ίο

Diese Werte des Abstandes 5 werden für den Fall, daß die Matrix mit einer ebenen Welle beleuchtet wird, durch die folgende Gleichung gegeben:

(4)

wobei /? irgendeine ganze Zahl ist.

In den Zwischenräumen zwischen den durch die Gleichung (4) gegebenen Werten von S treten andere regelmäßige Muster mit kleineren Abständen zwischen den Interferenzmaxima auf. Bei einem bestimmten Wert von 5, der zwischen jeweils zweien der oben erwähnten Werte auftritt, bilden die Interferenzmaxima wieder ein Muster von beabstandeten kleinen Punkten, der Abstand zwischen diesen Punkten ist in diesem Falle jedoch kleiner, und zwar (d/m)χ(d/m)(im Gegensatz zu dxd), wobei m irgendeine ganze Zahl größer als 1 ist. Die Werte von 5, bei denen diese Muster mit den Abständen (d/m) χ (d/m) auftreten, sind durch die folgende Gleichung gegeben:

(5)

Bei anderen Werten des Abstandes SaIs sie durch die Gleichungen (4) und (5) definiert sind, treten ebenfalls noch reguläre Muster von Interferenzmaxima, zwischen denen Interferenzminima liegen, auf, die Form der Interferenzmaxima und/oder ihre Anordnung innerhalb des Musters kann dabei jedoch komplizierter sein. Es ist daher nicht möglich, diese komplizierteren Muster durch einfache Gleichungen, wie die Gleichungen (4) und (5) zu definieren. Wie noch näher erläutert werden wird, gibt es jedoch ein empirisches Verfahren zur Bestimmung des Abstandes S, der die erforderliche hohe Auflösung sowie die gewünschte hohe Redundanz für die Fälle ergibt, daß die erwähnten komplexen Muster auftreten oder der Abstand durch die Gleichung (5) gegeben ist.

Es ist aufgrund der obigen Ausführungen einleuchtend, daß man den Abstand Sinnerhalb von Intervallen wühlen kann, die durch zwei beliebige aufeinanderfolgende ganzzahligc Werte von η definiert sind. Der Wert von S wird jedoch so groß gewählt, daß er der folgenden Gleichung genügt:

_c ad

Der (irund, warum der Wert des Abstandes S die Gleichung (b) erfüllen soll, besteht darin, daß dann die Strahlung von vielen wenn nicht sogar von allen Lochern im ursprünglichen Muster zu jedem Interl'eren/maximum beiträgt. Unvollkommenheiten in der Anordnung aufgrund von Defekten, im Aufbau der Malrixmaske, die in der Praxis unvermeidbar sind, heben sich dann weitestgehend auf. Andererseits ist es nicht wünschenswert, den Wert für den Abstand S so groß /u wählen, daß die gesamte Flüche, die durch die gebeugte kohärente Strahlung in der Kbenc des Trans|iiir',:nibildes beleuchtet wird, wesentlich größer ist als die Fliichc des Transparentbildes selbst, da in diesem Falle ein größerer Teil der zur Verfügung stehenden Strahlungsenergie verloren ginge.

In der Praxis soll das Verhältnis ü'.i IVir die Anordnung der feinen Locher mindestens ^r> und vorzugsweise sogar mindestens 10 beiragen. Der Wert von ;/ sollte außerdem entsprechend der Gleichung (I) so gewählt werden, daß sich ein Divergcnzwinkcl ergibt, der in der Ebene des Transparentbildes eine Fläche einschließt, die nur geringfügig größer ist als die Fläche des Transparentbildes selbst. Hierdurch wird eine optimale Ausnutzung der verfügbaren kohärenten Strahlungsenergie für die Beleuchtung des Transparentbildes gewährleistet. In der Praxis können auch größere Werte von ;; und kleinere Werte von S mit guten ίο Ergebnissen verwendet werden, wenn sich dies als zweckmäßig erweisen sollte.

Die Malrixmaske kann beispielsweise durch Ausätzen eines Musters feiner Löcher aus einer auf Gas aufgebrachten Chromschicht hergestellt werden. Man kann jedoch auch selbsttragende Matrixmasken, die durch eine gegebene Anordnung feiner Löcher in einem dünnen Metallblech ohne Glas als Träger gebildet werden, verwenden. Der Durchmesser a der Löcher der Anordnung liegt typischervveise zwischen 3 und ΙΟμπι, während typische Werte des Abstandes d zwischen benachbarten Löchern der Anordnung zwischen 30 und 100 μπι liegen. Die Wellenlänge λ des verwendeten Laserlichts liegt normalerweise im sichtbaren Spektralbereich, vorzugsweise im kurzwelligen (blauen) Teil des Spektrums.

Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel betrugen

die Abmessung a der Löcher jeweils 7 μηι und der

Abstand d zwischen benachbarten Löchern betrug 76,2 μπι. Die Matrixmaske wurde mit einer kohärenten

Strahlung beleuchtet, die eine ebene Wellenfront und eine Wellenlänge von 4416 Ä hatte. Die Lochanordnung als Ganzes hatte die Form eines Quadrates mit einer

Seitenlänge von etwa 12,5 mm. Das Transparentbild bestand aus einem Einzelbild eines 16-mm-Filmstreifens.

Die Bildfläche des Einzelbildes betrug 7,5 χ 10 mm.

Eine Möglichkeit, den Abstand S zwischen der Matrixmaske 132 und dem Transparentbild 134 richtig einzustellen, besteht selbstverständlich darin, die Gleichung (5) mit irgendeinem Wert von m, wie 3, 4 oder 5 sowie einen Wert von η zu verwenden, so daß sich eir Abstand S von etwa 2 cm ergibt. In diesem Falle kanr der wirkliche Abstand Sdann so einjustiert werden, daC er dem errechneten Wert entspricht. In der Praxis hat e; sich jedoch gezeigt, daß es zweckmäßiger ist, den die jeweils besten Ergebnisse liefernden speziellen Wert füi den Abstand Sempirisch zu ermitteln.

Bei einem solchen empirischen Vorgehen wird die dii einzelnen Lichtquellen bildende Matrixmaske 132 anfänglich in einem Abstand, wie 2 cm, vom Transpa rentbüd 136 angeordnet, der mit den oben erläutertet Bedingungen der Gleichung (b) im Einklang steht. Dit Matrixmaske 132 wird dann mit dem eine eben· Wellenfront aufweisenden Strahlungsbündel 112 be leuchtet, so daß das Transparentbild 136 seinerseit s5 durch die kohärenten Sirahlungsbündel 134 beleuchte wird. Nun wird ein Projektionsobjektiv, z. H. ^¹ Projeklionslinse !38 oder irgendeine andere Projek tionsoplik anderer Wellenlänge im Weg der aus den Transparentbild 136 austretenden modulierten kohiiren '•π ten Strahlung so angeordnet, daß ein liiUI ^ Transparentbildes 136 auf einen Projektionsschirm ode das photoempfindliche lilemeni einer l'ernsehaiifnah mcröhre einer Drahlfernsehanlage projiziert wird, ii der das Objekt auf einer Bildröhre eines Fernsehenin <>s lungers wiedergegeben wird. Das wiedergegebene HiIi auf dem Projektionsschirm oder der Bildröhre de Drahtfernsehanlage wird visuell betrachtet und inai justiert dann den Abstand .V/wischen der Matrixmask

und dem Transparentbild 136 so ein. daß sich die maximale Auflösung des erhaltenen Bildes des Objekts ergibt, die ohne das Auftreten von Störinlerl'crenzfigurcn im wiedergegebenen Bild möglich ist. Bei dem Wert für den Absland 5, der auf diese Weise erhalten wird, handelt es sich um den gesuchten Wert.

Wenn eine bestimmte, bekannte Abtastrate oder räumliche Abtastfrequenz des Objekts gefordert wird, die nicht mit dem in der oben beschriebenen Weise erhaltenen maximalen Auflösung übereinzustimmen braucht, sollte die Gleichung (5) verwendet werden. Die endgültige Justierung des Abstandes S kann unter Betrachtung der Objektebene mit hoher Vergrößerung, z. B. mittels eines Mikroskops, geschehen, um den tatsächlichen Abstand d/m zu ermitteln.

Nachdem der richtige Wert für den Abstand S ermittelt worden ist, werden die Projektionslinse 138 und der holographische Aufzeichnungsträger 130 in der in Fig. 1 dargestellten Weise in der Einrichtung angeordnet, so daß ein Fraunhofer-Hologramm mit hochgradiger Redundanz aufgezeichnet werden kann. Bei der Wiedergabe der holographisch aufgezeichneten Information, was in bekannter Weise geschehen kann, erhält man ein Bild, das sich nicht nur durch eine sehr hohe Auflösung auszeichnet, sondern auch keine sichtbaren Störflecken oder andere Störinterferenzfiguren enthält.

Fig.3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Einrichtung. Die Einrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel enthält eine einzige punktförmige Quelle für kohärente Strahlung, welche durch eine nicht dargestellte kohärente Strahlungsquelle, eine Linse 300 und eine Lochblende 302 mit einem einzigen feinen Loch gebildet wird. Aus dem feinen Loch der Lochblende 302 tritt ein divergentes Bündel 304 kohärenter Strahlung aus. Das Bündel 304 beleuchtet eine Maske 306 mit einer Anordnung feiner Löcher, die ähnlich wie die Maske gemäß F i g. 2 ausgebildet sein kann. Die Masle 306 mit der Anordnung der feinen Löcher ist in der Brennebene einer Konvexlinse 308, deren Brennweite mit f\ bezeichnet ist, angeordnet. Die verschiedenen divergierenden Teilbündel 310, die aus den Löchern der Maske 306 austreten, werden durch die Linse 308 unter Bildung einer Anzahl von Teilbündeln 312, die den verschiedenen Beugungsordnungen entsprechen, gebrochen.

In einer Überkrcuzungscbcnc 314, die der Bildebene der Lochplatte 302 entspricht, konvergieren die gebeugten Strahlen nulltcr Ordnung von den verschiedenen feinen Löchern der Maske 306 am Schnittpunkt der Überkreu/ungsebene 314 mit einer Symmetrieachse 316. Die entsprechenden höheren Ordnungen der verschiedenen Paare konvergieren ebenfalls in entsprechenden Punkten der Ebene 314. Wie Ii μ. 5 zeigt, isi jedoch der Konvergenzpunkt der jeweiligen höheren Ordnungen der verschiedenen Paare (von denen nur eine dargestellt ist) um einen Betrag, der der Ordnungszahl der betreffenden Ordnung der gebeugten Strahlung entspricht, bezüglich tier Symmetrieachse 516 versetzt.

Da das die Strahlung inillter Ordnung bildende ungebeugte Licht heller sein kanu als die höheren Ordnungen, ist es oft slöreiid. Am Schnittpunkt der Uberkreuzungsebeiie 314 und der Symmetrieachse 116 ^:st daher ein riiumlii'hcs Filter 318 oder eine Blende in Form eines kleinen opaken Elementes angeordnet, das die konvergierende Strahlung nulltcr Ordnung absenkt. Die höheren Ordnungen sind in der Clberkreu/un^selH·· nc 314 jedoch so weit bezüglich der Symmetrieachse versetzt, daß sie von dem räumlichen Filter 318 nicht abgefangen werden. Diese Versetzung ist in F i g. 3 der Deutlichkeil halber übertrieben groß dargestellt. Das räumliche Filter 318 kann auch aus einer Blende mit leinen Löchern bestehen, die nur die gebeugten Ordnungen der Matrix, ohne die nullte Ordnung, an den Brennpunkten durchläßt und man erhält dann bessere Ergebnisse, da unerwünschte Information in den

ίο Lichtbündeln bekannterweise ausgeschaltet wird. Wenn die ursprüngliche Matrix und die zugehörige Optik eine genügend hohe Qualität haben, kann das räumliche Filter wie bei F i g. 1 entfallen.

Wie Fig.3 zeigt, ist hinter der Überkreuzungsebene 314 eine Konvexlinse 320 mit der Brennweite /2 so angeordnet, daß sich die Überkreuzungsebene 314 in der einen Brennebene der Linse 320 befindet. Die in die verschiedenen höheren Ordnungen gebeugten kohärenten Strahlungsanteile liefern jeweils ein getrenntes divergierendes Bündel kohärenter Strahlung, wie das kohärente Strahlungsbündel 322, das der Deutlichkeit halber als einziges dargestellt ist. Alle diese getrennten divergierenden Bündel, wie das Bündel 322, fallen auf die Linse 320, die für jeden getrennt entspringenden Strahlungsanteil höherer Beugungsanordnung ein kohärentes Parallelstrahlenbündel mit ebener Wellenfront bildet, wie das Bündel 324. Die parallelen Strahlen des Bündels 324 sind winkelmäßig gegenüber der Symmetrieachse 316 versetzt. Betrag und Richtung dieser winkelmäßigen Versetzung wird durch die Lage der das Bündel 324 ergebenden speziellen Beugungsordnung in der Überkreuzungsebene 314 bezüglich der Symmetrieachse 316 bestimmt. Jede einzelne Beugungsordnung liefert also ein Parallelstrahlenbündel mit individueller Richtung bezüglich der Richtung der Symmetrieachse 316.

Wie F i g. 3 zeigt, erzeugt die Linse 320 ein Bild der Lochmaske 316 in einer Brennebene 326 der Linse 320. Das Bild der Anordnung der Löcher der Maske 306 in der Brennebene 326 bildet effektiv eine Matrixanordnung von feinen punktförmigcn Lichtquellen. Hinter der Brennebene 326 befindet sich in einem gewissen Abstand, der dem Abstand S in Fig. 1 entspricht, ein Objekt 328, z. Et. ein Transparentbild. Das Objekt 328 wird durch die kohärente Strahlung durch die Matrix aus den individuellen Lichtquellen belichtet, die durch das Bild der Lochanordnung in der Brennebene 326 gebildet wird. Dabei entsteht ein moduliertes kohärentes Strahlungsbündel 330, das die Objektinformation mit

so oiner bestimmten Redundanz und einer bestimmter Auflösung enthüll, wie in Verbindung mit F i g. I erläutert wurde. Durch eine Projektionsoptik 332 wii\ ein Bild ties Objekts 328 mit dieser (iren/auflösung uiu Redundanz auf eine vorgegebene I lache eines Auf

ss /eichiiungstiägei's 134 projiziert.

Das in F i g. 4 dargestellte Aiisl'ührungsbeispiel stell eine Abwandlung des Ausl'ühruiigsbeispiels genial F i g. J dar und unterscheide! sich von diesem ir wesentlichen nur dadurch, tlaO die Abbildung tie

(η) Anordnung aus den feinen Löchern und die Bclcuchtim eines Objekts 400 mittels einer einzigen Optik ode Linse 404 erfolgt. In einer ersten Objektebene ili Konvexlinse 404 ist eine leine Lochblende 40 angeordnet, von tier die Linse 404 ein HiId in eint

ds Überkreu/ungsebene 406 erzeugt. In tier Überkrei /ungsebeiu· 406 is ι ein riiutiiliches Filter oder eir Blende angeordnet, wie es in Verbindung mil Γ ι μ. beschrieben worden ist. In einer /weilen Ohjektebn

der Linse 404 ist eine Maske 408 mit einer Anordnung feiner Löcher angeordnet, von der die Linse 404 ein Bild in einer Ebene 410 erzeugt. Das Bild der Lochanordnung der Maske 408 in der Ebene 410 bildet die Matrix von punktförmigen Lichtquellen. In diesem Falle ist jedoch die Wellenfront der kohärenten Strahlung, die effektiv die durch das Bild der die Lochanordnung aufweisenden Maske 408 definierte Matrix von Lichtquellen in der Ebene 410 nicht eben, wie bei den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 1 und 3, sondern divergent. Das Objekt 400 ist in einem vorgegebenen Abstand, der dem Abstand S in Fig. 1 entspricht, von dieser virtuellen Matrix punktförmiger Lichtquellen so angeordnet, daß ein moduliertes divergierendes kohärentes Strahlungsbündcl 412 entsteht, das die Objektinformation mit der gewünschten Redundanz und Grenzauflösung enthält. Durch eine Projektionsoptik 414 wird ein Bild des Objekts auf einen Aufzeichnungsträger 416 in der gleichen Weise projiziert, wie es in Verbindung mit der Projektionslimse 332 und im Aufzeichnungsträger 334 in F i g. 3 erläutert worden ist.

Selbstverständlich kann ein räumliches Filter oder eine Blende zusammen mit dem zwei Linsen enthaltenden System gemäß Fig. 3 oder dem nur eine Linse enthaltenden System gemäß F i g. 4 zur Beleuchtung des Transparentbildes in der Einrichtung gemäß Fig. 1

,ο verwendet werden, wenn dies auch nicht in der Zeichnung dargestellt ist. Die Projektionsoptikeinrichtung gemäß F i g. 3 oder 4 kann selbstverständlich auch in Fig. 1 verwendet werden, um ein fokussiertes Bild des Objekts auf dem holographischen Aufzeichnungs-

is träger oder einem anderen Bildempfangsmedium zu erzeugen, z. B. einer Fernsehaufnahmeröhre oder einem Projektionsschirm.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Aufzeichnen eines Hologramms eines nichtstreuenden Objekts auf einem Aufzeichnungsträger durch Beleuchten des Aufzeichnungsträgers mit einem Referenzbündd und einem mit diesem kohärenten und im Winkel zu ihm verlaufenden räumlich modulierten Objektbündel, das durch Beleuchten des Objekts mit mehreren gleichartigen und mit vorgegebenen gegenseitigen Abständen in einer Matrix angeordneten, mit dem Referenzbündel kohärenten Strahlungsquellen entsteht, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des gegenseitigen Abstandes (d) der Strahlungsquellen zum Durchmesser (a) einer Strahlungsquelle im Bereich zwischen 3 und 33 liegt und daß der Abstand (S)der Matrix vom Objekt den folgenden Gleichungen genügt

ihrer Brennweite vom Objekt (136) zwischen diesem und dem ÄuTzeichnungsträger (130) angeordnet ,st. 8 1Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn-• riaß der Anordnung (306) von feinen eine Lochblende (302, 402), durch die die Löcher beleuchtet werden und «nc