DE2244010C3 - Vorrichtung zum Wiedergeben einer holographischen Aufzeichnungsfolge - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Wiedergeben einer holographischen Aufzeichnungsfolge von einem die Aufzeichnungen in Form aufeinanderfolgender Einzel-Hologramme in kreis- oder spiralförmiger Anordnung tragenden Aufzeichnungsträger, der durch eine Auslesestelle kontinuierlich durchbewegbar ist, an der er von einem Wiedergabe-Strahlenbündel bestrahlt ist und dessen paralleles Beugungslicht über eine optische Sammeleinrichtung auf eine in der Brennebene der Sammeleinrichtung liegende fotoempfindliche Fläche einer Aufnahmekamera fokussiert ist.

Für die Wiedergabe holographischer Aufzeichnungsfolgen als Laufbildwiedergabe ist es bekannt (DT-OS 2057795), die Hologrammfolge linear anzuordnen und kontinuierlich wiederzugeben, wobei auf Grund einer teilweisen Überlappung der Einzel-Hologramme auch zumindest teilweise Informationsanteile benachbarter Hologramme gleichzeitig zur Wiedergabe kommen.

Die lineare Anordnung der Hologrammfolge beispielsweise auf einem Filmstreifen ist für die Vervielfältigung und Handhabung in vieler Hinsicht ungünstig. Es ist deshalb bekanntgeworden (DT-AS 1497 565), die Einzel-Hologramme in kreis- oder spiralförmiger Anordnung auf einer scheibenförmigen Platte anzubringen, die dann als Bildplatte abspielbar ist. Sofern es sich bei den Hologrammen um Relief-Hologramme handelt, können die Platten durch Pressen beliebig vervielfältigt werden. Für die Wiedergabe wird die Platte gedreht und langsam radial verschoben, wo daß Hologramm um Hologramm in den Ben?ichdes Wiedergabe-Strahlenbündels kommt, Für den Fall benachbarter Einzel-Hologramme ergibt sich wegen des Hologrammversatzes in der Plattenebene eine gewisse Doppeldarstellung der Wiedergabebilder, die zu einem Flimmern führt. Diese Erscheinung läßt sich.in bekannter Weise (DT-OS 1497922) mit Hilfe einer Korrekturlinse beheben, die die parallelen Wiedergabestrahlen der sich überlappenden HoIograniime jeweils in einem Punkt sammelt.

Jedoch stellt sich bei der kreis- oder spiralförmigen Anordnung der Einzel-Hologramme am beispielsweise plattenförmigen Aufzeichnungsträger bei dessen Drehung zwischen den sich überlappenden HoIogrartimen ein gewisser Winkelfehler ein. Die flächenmäßig zur Deckung gebrachten Hologramm-Wiedergaben sind gegeneinander verdreht, was bei der kontinuierlichen Abspielung zu einem Zittern des wiedergegebenen Bildes führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dieses Zittern des wiedergegebenen Bildes bei der stetigen Wiedergabe des kontinuierlich gedrehten plattenförmigen Aufzeichnungsträgers zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß zur Korrektur der Winkelabweichung benachbarter Einzel-Hologramme die optische Sammeleinrichtung ein unsymmetrisch zur optischen Achse gekrümmtes, strahlablenkendes Korrektur-Element aufweist. Da das strahlablenkende Korrekturelement gekrümmt, also zur optischen Achse unsymmetrisch ausgebildet ist, ändert sich der Brechungs- bzw. Reflexionswinkel für den Strahl stetig mit einer Änderung der Mittelachse.

Das Korrekturelement kann nach Anspruch 2 oder 3 in Form einer Linse oder einer Reflexionsplatte verwirklicht sein, in letzterem Fall ergibt sich gemäß Anspruch 4 eine einfache Möglichkeit der empirischen Justierung der Korrektur. Hierdurch lassen sich gleichzeitig sowohl die Verschiebung des Hologramms in der Ebene des Aufzeichnungsträgers als auch die Hologrammdrehung kompensieren, so daß eine erstklassige Bildwiedergabe erhalten wird.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird im folgenden ein Ausführungsbeispiel unter Bezugnähme auf die Zeichnung beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Schrägansicht der bekannten Anordnung bei der Hologrammaufzeichnung,

Fig. 2 eine perspektivische Schrägansicht der bekannten Anordnung bei der Hologrammwiedergabe,

Fig. 3 eine perspektivische Schrägansicht zur Erläuterung der Beseitigung eines Winkelfehlers bei der Wiedergabe von einer sich drehenden Aufzeichnungsplatte,

Fig. 4(A) und 4(B) Darstellungen zur Erläuteruni der in Fig. 3 dargestellten Maßnahme,

Fig. 5 eine perspektivische Schrägansicht einer ge krümmten Linse zum Kompensieren des Winkelfeh lers, und

Fig. 6(A) und 6(B) eine Schnittansicht bzw. eim Vorderansicht einer Reflexionsvorrichtung zun Kompensieren eines Versatzfehlers und des Winkel lehlers.

In der Zeichnung und Beschreibung sind folgend Bezugszeichen für folgende Teile verwendet:

11 Laser;

12 vom Laser 11 erzeugter Laserstrahl;

13 Strahlverzweigung;

14 reflektierender Spiegel;

15 Linse;

16 aufzunehmender Originalbildfilm·

17 Filmbild auf den Film 16;

18 Linse;

19 kreisförmige photographische Trockenplatte zum Aufnehmen von Hologrammen;

21 Linse;

22 auf die Trockenplatte 19 auf treffender Objektstrahl;

23 auf die Trockenplatte 19 auftreffender Referenzstrahl;

24 ein Hologramm auf der Trockenplatte 19, das dem Filmbild 17 entspricht;

27 Wiedergabe-Laser;

28 vom Wiedergabe-Laser 27 erzeugter Laserstrahl;

29 Linse;

30 kreisförmige Hologrammplatte;

31 Bild des wiedergegebehen Hologramms; *° 31' Bild des wiedergegebenen Hologramms nach

Verdrehung der Platte;

32 von dem einen Bild 31 des wiedergegebenen Hologramms erzeugtes informationstragendes Licht; as

33 optische Achse des wiedergegebenen Lasers;

35 Wiedergabe-Fernsehkamera;

36 Linse;

40 die optische Achse des informationstragenden Lichts vom Bild 31;

40'die der optischen Achse 40 entsprechende Achse zur Zeit, da das Bild 31 nach 31' gewandert ist;

41 dem Bild 31 entsprechendes wiedergegebenes Bild;

41' dem Bild 3Γ entsprechendes ohne eine Linse 42 reproduziertes Bild;

42 Linse zum Kompensieren der Drehung;

43 gekrümmte Linse zum Kompensieren des Drehungs-Winkelfehlers;

44 L-förmiger Montageteil;

45 metallene Reflektorplatte;
46, 47 Schrauben;

48 Gewindefassung;

49 Schraube. Beim bekannten Aufzeichnen von spiralförmig auf

einer Platte angeordneten Hologrammen erzeugt gemäß Fig. 1 ein Laser 11, beispielsweise ein Helium-Neon-GasrLaser, ein Laserstrahlbündel 12, das von einer Strahlverzweigung 13 gespalten wird. Einer der Teilstrahlen wird als Referenzstrahl und der andere als Objektstrahl verwendet. Der Objektstrahl wird durch einen Spiegel 14 in seiner Richtung umgelenkt und durch eine Linse 15 gebündelt oder gestreut. Als gebündelter Strahl beleuchtet er von einem Objekt in Form eines Films 16, der aufgenommen werden soll, ein Filmbild 17. Weiterhin wird durch eine Linse einer entsprechenden Charakteristik das gebeugte, von jedem Punkt des Filmbilds 17 ausgehende Licht jeder Brechungsordnung parallel zum Objektstrahl auf das auf einer kreisförmigen Photoplatte 19 aufgebrachte photoempfindliche Material aufgestrahlt.

Andererseits tritt ein durch die Strahlverzweigung erhaltener Referenzstrahl 23 durch eine Linse 21, woraufhin der Objektstrahl 22 und der Referenzstrahl 23, die einen Winkel θ einschließen, auf der kreisförmigen Trockenplatte 19 an der Einstrahlstelle überlawerden und dadurch ein Hologramm 24 bilden.

Die Linsen 15 und 21 dienen der Beeinflussung der Strahldurchmesser so, daß diese für das Filmbild 17 bzw. für den Bereich des Hologramms 24 eine geeignete Größe haben, sofern diesbezüglich eine Korrektur erforderlich ist. Die einzelnen Hologramme werden auf der Platte 19 in kreis- oder spiralförmiger Folge nacheinander angebracht.

Die Bildwiedergabe von den Hologrammen erfolgt an sich gemäß Fig. 2, wobei ein Wiedergabe-Laser 27 mit guter Kohärenz einen Laserstrahl 28 erzeugt, der von einer Kollimator-Linse 29 zu einem Parallellichtbündel geeigneten Durchmessers geformt wird und ein zu reproduzierendes Hologramm 31 auf einer Hologrammplatte 30 bestrahlt. Hierbei wird auf Grund der bekannten Wellenfront-Rekonstruktion auf Grund des Primär-Beugungslichts ein informationstragendes Licht 32 im Winkel 0 zum Wiedergabe-Laserstrahl 28 bzw. dessen Achse 33 reproduziert. Dieses informationstragende Licht 32 fäilt durch eine an einer Fernsehkamera 35 angebrachte Linse 36 auf einen photoelektrischen Umsetzer in der Kamera, und das Objektbild wird in elektrische Signale umgewandelt. Durch eine Drehung und gegebenenfalls gleichzeitige Radialbewegung der Platte 30 laufen die einzelnen Hologramme 31 stetig nacheinander an der Abtaststelle durch und es entsteht der Eindruck eines beweglichen Films.

Der Einfluß eines Versatzes benachbarter sich bei der stetigen Wiedergabe überlappender Hologramme in horizontaler und vertikaler Richtung durch die Drehung der Hologrammplatte 30 kann optisch auf der Kameraröhrenfläche zu Null gemacht werden, wodurch die Bilder als kontinuierliche weitgehend flimmerlose Darstellung reproduziert werden können. Da jedoch die den jeweiligen Filmbildern entsprechenden Hologramme aufeinanderfolgend in kreisförmiger oder spiraliger Anordnung liegen, kommt bei der Wiedergabe auf Grund der Bewegung des Hologrammbilds zur Verschiebung in horizontaler und vertikaler Richtung auch die Drehung des Winkels in bezug zur Mittelachse des Hologramms hinzu. Die Drehung und Verschiebung des wiedergegebenen Bildes auf Grund der Winkelverdrehung der Hologramme ist in Fig. 3 und 4 dargestellt.

Im einzelnen wird dasselbe Wiedergabebündel, das auf zwei beispielsweise ausgewählte Bildelemente der kontinuierlich und unter zeitweiser Überlappung aufeinanderfolgende Hologramme 31, 31' auf der Hologrammplatte 30 aufgestrahlt wird, gebeugt und nimmt optische Achsen entsprechend Strahlen 40,40' an. Die Hologramme 31 und 31' haben zum Mittelpunkt 0 der Platte 30 den Zentrumswinkel 0. Ist keine Linse vorhanden, so bewegt sich das wiedergegebene Bild auf der Kameraaufnahmefläche bogenförmig um einen Mittelpunkt 0', der ein Schnittpunkt der Mittelachse 0-0' der Hologrammplatte 30 mit einer die Kameraaufnahmefläche enthaltenden Ebene ist, mit einem Radius gleich dem Abstand zwischen der bildformendci Stelle auf der Kameraaufnahmefläche und dem Mittelpunkt 0', sowie mit dem Zentrumswinkel 0 , der von den Hologrammen 31, 31' durchlaufen wird; sie werden also an den Bildformungsstellen zu wiedergegebenen Bildern 41, 41'.

Es ist nun eine Linse 42 mit einer zentralen Achse, die mit dem Strahl 40 zusammenfällt, vorhanden, die das Bild 4Γ zum Bild 41 zurückschiebt und die Wanderung der bildformenden Fläche auf Grund der Plattendrehung, also das verbleibende Zittern des repro-

duzierten Bildes, reduziert. Die Kameraaufnahmefläche enthält hierbei den Brennpunkt der Linse 42, wodurch zugleich die Bildformungsbedingungen der B.eugungsstrahlen höherer Ordnung zufriedengestellt werden.

Ist die Linse 42 vollkommen rotationssymmetrisch, also ohne eigentliche »Krümmung«, und sind beim Vorgang nach Fig. 3 die Strahlen 40 und 40' vollkommen parallel, so kommen die Bilder 41 und 41' auf Grund der Linse 42 zur Deckung mit Ausnahme einer gewissen durch die Drehung um das Bildzentrum bewirkten Verschiebung, die in Fig. 4 veranschaulicht ist. F i g. 4 (A) zeigt die Verschiebung auf der Kameraaufnahmefläche, wenn die Linse 42 in Fig. 3 fehlt, und F i g. 4 (B) zeigt die Verschiebung bei Vorhandensein der symmetrischen Linse 42. Die Strahlen 40 und 40' haben einen kleinen unterschiedlichen Winkel, und der Zustand nach Fig. 4(B) enthält außer der Drehungskomponente 0den Effekt einer horizontalen und vertikalen Restverschiebung. Für eine Bildwiedergabe höchster Qualität müssen diese beiden Fehler vermieden werden. Zu diesem Zweck ist die Linse unsymmetrisch gekrümmt, etwa in Form einer Linse 43 nach F i g. 5. Die Krümmung der Linse bringt eine Unsymmetrie zur optischen Achse mit sich, die eine Zurückdrehung des Bilds mit fortschreitender Plattendrehung zur Kompensation der durch die Plattendrehung bewirkten Bilddrehung zur Folge hat. Diese kompensierende gekrümmte Linse 43 ist zwischen der kreisförmigen Hologrammplatte 30 und der Linse 36 angeordnet, so daß der Sammelpunkt des wiedergegebenen Beugungsstrahls nullter Ordnung auf die Kompensationslinsenoberfläche fällt. Dreht sich nun die Hologrammplatte 30, so verschiebt sich der Sammelpunkt auf Grund der Rotation und der Durchtrittsort durch die Kompensationslinse 43 ändert sich stetig. Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, kann die kleine Winkeldifferenz der Strahlen 40 und 40' so ausgeglichen werden, daß sie von der Kompensationslinse 43 als parallele Strahlen zur gegebenenfalls weiterhin vorhandenen symmetrischen Linse 42 geworfen werden, während gleichzeitig die Drehungskomponente nach Fig. 4(B) kompensiert wird. Es kann also eine Kompensationslinse entworfen werden, die nahezu das gesamte verbleibende Zittern ausschaltet.

Die Bcugungsstrahlen höherer Ordnung werden jedoch nicht auf die Kompcnsationslinsenoberflächc fokussiert, sondern über eine kleine Flache verteilt, Dieser Mangel kann minimalisiert werden, indem eine optische Vorkompensation für das auf die Photoplatte auffallende Licht bei der Herstellung des Hologramms durchgeführt wird. Die Stärke dieser Vorkompensation kann aus einer mathematischen Analyse bestimmt werden, Inder Praxis wird sie jedoch in zweckmäßiger Welse durch eine Simulation ermittelt, bei der die Hologramm-Photoplatte weggelassen wird. Hierfür werden bei der Anordnung nach Flg. 1 der Referenzstrahl und die Photoplatte weggelassen und an der Stelle der Photoplatte 24 werden die gekrümmte Kompcnsatlonsilnse 43, die Linse 42 und die Kameraaufnahmefluche an derselben Stelle wie bei der Hologrammwiedergabe angeordnet; man kann nun die Stellung der Linse 18 so beeinflussen, daß die Bildbeugungsstrahlen höherer Ordnung sich auf dem Überwachungsschirm als wiedergegebenes Bild des Objekts sammeln. Hierdurch kann die Wiedergabe des Bilds der auf der kreisförmigen Photoplatte befindlichen Hologrammreihe problemlos reproduziert werden.

Die im Vorstehenden erwähnte Beschreibung bezieht sich auf Lichtbrechung, der Zweck kann jedoch auch mit reflektiertem Licht unter Verwendung eines Spiegels erreicht werden, da konvexe und konkave Linsen konvexen und konkaven Spiegeln entsprechen und die gekrümmte Linse wie etwa 43 ein Äquivalent einer Reflexionsfläche mit einer bestimmten Krümmung darstellt. Ein Beispiel einer solchen Reflexionseinrichtung ist in den Fig. 6(A) und (B) dargestellt. Im einzelnen zeigen F i g. 6 (A) den Querschnitt und Fig. 6(B) die Vorderansicht der Reflexionseinrich- *° tung, bei der eine gekrümmte Fläche auf einer metallenen Reflektorplatte 45 erzeugt wird, also einer Metallplatte od. dgl. mit einer Spiegelfläche. Die Krümmung wird durch zwei Schrauben 46 und 47 erzeugt, die in einem L-förmigen Montageteil 44 ver- »5 schraubt sind. Die Reflektorplatte 45 ist fest mit dem Unterteil des L-förmigen Montageteils 44 mit Hilfe einer metallenen Gewindefassung 48 und einer Schraube 49 verbunden. Die Krümmung der Reflektorplatte kann also durch Einstellen der Schrauben 46 und 47 justiert werden.

Diese reflektierende Vorrichtung kann an Stelle der gekrümmten Linse 43 nach Fig. 5 verwendet werden, hierbei muß jedoch die optische Achse des nachgeschalteten Wiedergabesystems mit der Richtung des vom Reflektor kommenden Strahls übereinstimmen. Bei dieser Justierung werden der Montagewinkcl und die Krümmung der Platte so eingestellt, daß die Wanderung des Bilds bei der Reproduktion am kleinsten wird. Im Experiment hat sich bestätigt, daß das Zittern auf Grund der Bilddrehung nur durch diese Einrichtung leicht kompensiert wird.

Diese Verbesserung und die Erhöhung der Stabilität in der Bildqualität der Wiedergabevorrichtung zu niedrigen Kosten für Hologramme kann auch bei der Vorrichtung erzielt werden, bei der das Farbmultiplexsignal separiert wird, wodurch eine Aufnahmeplatte von Farbbildern entsteht. Hierbei können Farbmultiplcxtechniken beispielsweise nach dem NTSC-System, dem PAL-System oder nach der Polar-Sepuration mit der Erfindung kombiniert werden, und es kann eine Aufnahmeplattc von Farbbildern hergestellt werden.

Es wurde das Beispiel beschrieben, bei dem ein

wiedergegebenes Bild durch ein Beugungsbündel er-

S3 halten wird, das durch den Hindurentritt durch da: Beugungsgitter erhalten wurde, indem das Wlederga·

' bebUndel durch die jeweiligen Hologramme 31 au

der Platte zur Kamera hindurchtritt und Bilder repro

duzlert. Ais anderes Verfahren können Bilder erhal ten werden, Indem von den Hologrammen 31 reflek

tiertes Licht verwendet wird; in diesem Fall kann dl

Erfindung in gleicher Welse angewendet werden. Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   I. Vorrichtung zum Wiedergeben einer holographischen Aufzeichnungsfolge von einem die Aufzeichnungen in Form aufeinanderfolgender Einzel-Hologramme in kreis- oder spiralförmiger Anordnung tragenden Aufzeichnungsträger, der durch eine Auslesestelle kontinuierlich durchbewegbar ist, an der er von einem Wiedergabe-Strahlenbündel bestrahlt ist und dessen paralleles Beugungslicht über eine optische Sammeleinrichtung auf eine iri der Brennebene der Sammeleinrichtung liegende fotoempfindliche Fläche einer Aufnahmekamera fokussiert ist, dadurch ge- »5 kennzeichnet, daß zur Korrektur der Winkelabweichung (0) benachbarter Einzel-Hologramme (31,31) die optische Sammeleinrichtung ein unsymmetrisch zur optischen Achse gekrümmtes, strahlablenkendes Korrektur-Element *° (43, 45) aufweist.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Korrektur-Element eine gekrümmte Linse (43) ist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Korrektur-Element eine gekrümmte Reflexionsplatte (45) ist.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexionsplatte (45) biegbar ist und durch an ihrer Rückseite angreifende Schrauben (46,47), die in einer Rückenplatte (44) verschraubt ist, in ihrer Krümmung justierbar ist.