DE2259728A1

DE2259728A1 - DEVICE FOR RECORDING A REDUNDANT HOLOGRAM

Info

Publication number: DE2259728A1
Application number: DE19722259728
Authority: DE
Inventors: Arthur Herbert Firester
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1971-12-09
Filing date: 1972-12-06
Publication date: 1973-06-14
Also published as: BR7208531D0; JPS4866450A; JPS5117916B2; AU4960772A; ATA1047272A; IT970903B; AU469980B2; FR2165924B1; ES409223A1; NL7216412A; BE792524A; CA979260A; FR2165924A1; SE376667B; GB1399290A

Description

7456-72/Dr.v.B/Ro. '
RCA 64,798 ·
US-Ser.No. 206,435
Filed: December 9, 19717456-72 / Dr.vB / Ro. '
RCA 64,798
US Ser. No. 206,435
Filed: December 9, 1971

RCA Corporation, New York, N.Y. (V.St.A.)RCA Corporation, New York , NY (V.St.A.)

Einrichtung zum Aufzeichnen eines redundanten Hologramms, Device for recording a redundant hologram ,

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Aufzeichnen eines redundanten Hologrammes, bei welcher ein nichtstreuendes Objekt mit einem von einer Redundanz einführenden Vorrichtung (Redundanzvorrichtung") beeinflußten ersten Teilbündel kohärenter Schwingungsenergie vorgegebener Wellenlänge unter Erzeugung eines redundanten Objektbündels beleuchtet wird, das zusammen mit einem Referenzbündel aus einem mit dem Objektbündel kohärenten zweiten Teilbündel der kohärenten Schwingungsenergie einen vorgegebenen Bereich eines holographischen Aufzeichnungsmediums belichtet.The present invention relates to a device for Record a redundant hologram in which a non-scattering object with one of a redundancy introducing Device (redundancy device ") influenced the first partial bundle of coherent oscillation energy of a given wavelength is illuminated with the generation of a redundant object bundle, which together with a reference bundle from a with the object bundle coherent second sub-bundle of the coherent vibration energy a predetermined area of a holographic Exposure of the recording medium.

Bekanntlich kann ein redundantes Hologramm erheblich verkratzt, mit Schmutzflecken verunreinigt und sogar in StückeAs is well known, a redundant hologram can be significantly scratched, contaminated with smudges and even broken into pieces

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zerbrochen werden, ohne daß in dem mit einem solchen Hologramm rekonstruierten Bild mehr als eine geringe Verringerung der Auf-be broken without more than a slight reduction in the image in the image reconstructed with such a hologram.

undand

lösung/des Kontrastes als Ganzes auftreten. Hologramme von dreidimensionalen Objekten und anderen streuenden Objekten sind von Natur aus redundant. Wenn es sich bei dem Objekt jedoch um ein Transparentbild, wie ein photographisches Diapositiv oder ein Filmbild, oder um irgendein anderes nichtstreuendes Objekt, wie ein spiegelnd reflektierendes Objekt handelt, muß man bei der Aufzeichnung des Hologrammes mit einer speziellen Redundanzvorrichtung arbeiten, wenn das aufgezeichnete Hologramm redundant sein soll.solution / contrast appear as a whole. Three-dimensional holograms Objects and other scattering objects are inherently redundant. However, if the object is a Transparency, such as a photographic slide or film image, or any other non-scattering object such as If a specularly reflective object is involved, a special redundancy device must be used when recording the hologram work if the recorded hologram is to be redundant.

Gewöhnlich wird die gewünschte Redundanz dadurch erzeugt, daß man bei der Aufzeichnung des Hologrammes ein Informationsoder Objektbündel aus diffusem Licht verwendet. Es ist insbesondere üblich, ein Bündel räumlich kohärenten Lichtes durch eine Platte aus streuendem Glas, wie Opalglas, fallen zu lassen, bevor man damit das Transparentbild beleuchtet, das die aufzuzeichnende Information enthält. Bei der Wiedergabe eines solchen, mit diffusem Licht redundant gemachten Hologrammes mit kohärenter Schwingungsenergie, treten jedoch im Untergrund Störungen,insbesondere in Form von Flecken auf, wenn das Hologramm nicht sehr groß -ist. Diese Störungen beruhen auf der völligen Regellosigkeit der diffus reflektierenden oder streuenden Fläche, die bei der Aufzeichnung des Hologrammes verwendet wurde. Die Storflecken im reproduzierten Bild ähneln dem Korn von photographischen Bildern.Usually, the desired redundancy is created by using an information or object bundle of diffuse light when recording the hologram. It is particular It is common practice to let a bundle of spatially coherent light fall through a plate of diffusing glass, such as opal glass, before illuminating the transparency containing the information to be recorded. When playing such a Holograms made redundant with diffuse light with coherent vibrational energy, however, occur in the underground Disturbances, especially in the form of spots, when the hologram not very big. These disturbances are based on the complete irregularity of the diffusely reflecting or scattering Area that was used when the hologram was recorded. The peat spots in the reproduced image resemble the grain of photographic images.

Das Verhältnis von Signalleistung zu Störfleckenleistung in einem diffus redundanten Hologramm ist etwa gleich dem Verhältnis des Durchmessers des kleinsten Fleckes der unter Berücksichtigung des ganzen Aufzeichnungs- und Wiedergabesystems reproduziert werden kann, zum Durchmesser des kleinsten Fleckes der mit dem betreffenden Hologramm wiedergegeben werden könnte, wenn man nur die Beugung als begrenzenden Faktor in Betracht zieht. Da die Beugungsgrenze bei großen Hologrammen sehr klein ist,während sich bei kleinen Hologrammen ein verhältnismäßigThe ratio of signal power to clutter power in a diffuse redundant hologram is roughly equal to the ratio the diameter of the smallest spot reproduced taking into account the whole recording and reproducing system can be, to the diameter of the smallest spot that could be reproduced with the relevant hologram, considering only diffraction as a limiting factor. Because the diffraction limit is very small with large holograms is, while with small holograms a proportionate

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großer beugungsbedingter Grenzdurchmesser ergibt, fallen die Störflecken bei kleinen Hologrammen wesentlich stärker ins Gewicht als bei großen Hologrammen. Bei der holographischen Aufzeichnung strebt man jedoch ebenso wie bei der konventionellen Mikrofilmaufzeichnung eine möglichst große Informationsspeicherdichte an und die Fläche einer holographischen Aufzeichnung soll daher so klein wie möglich sein (z.B. Abmessungen in der Größenordnung von 6 mm und weniger haben), so daß man mit erheblichen Storfleckenproblernen zu kämpfen hat.large diffraction-related limiting diameter results, the clutter with small holograms are much more significant than with large holograms. In holographic recording, however, one strives as much as in conventional Microfilm recording the greatest possible information storage density at and the area of a holographic recording should therefore be as small as possible (e.g. have dimensions of the order of 6 mm and less) so that one can deal with considerable Has to contend with peat stain problems.

Aus der DT-OS 2 217 354 ist es bereits bekannt, daß man eine redundante, fleckenfreie holographische Aufzeichnung erhält, wenn man an Stelle des üblichen Diffusers eine Loch-" blendenanordnung mit bestimmten Eigenschaften verwendet. Die bekannte Lochblendenanordnung ist verhältnismäßig grob; das Verhältnis des Abstandes zwischen den'benachbarten Löchern zur Größe eines einzelnen Loches beträgt mindestens *fünf und liegt vorzugsweise in der Größenordnung von zehn. In jüngerer Zeit wurde noch festgestellt, daß es gewisse Vorteile mit sich bringt, wenn man in einer holographischen Aufzeichnungseinrichtung als Redundanzvorrichtung noch wesentlich gröbere Lochblendenanordnungen mit einem Verhältnis zwischen dem Abstand benachbarter Löcher zum maximalen Durchmesser eines Loches bis zu mehreren hundert oder sogar eintausend verwendet. Die Größe der einzelnen Löcher liegt typischerweise im Bereich zwischen 3 und 10 ,um und der Abstand zwischen benachbarten Löchern kann bis zu 3000 ,um betragen. Die von den Löchern . einer Lochblendenanordnung eingenommene Gesamtfläche ist also sehr klein im Vergleich zur Fläche des opaken Teiles der Lochblendenanordnung zwischen den Löchern.From DT-OS 2 217 354 it is already known that one obtains a redundant, spot-free holographic recording if one uses a hole instead of the usual diffuser. aperture arrangement used with certain properties. The known pinhole arrangement is relatively coarse; the Ratio of the distance between the adjacent holes to The size of a single hole is at least * five and lies preferably on the order of ten. More recently it was found that there are certain advantages with it brings when looking at a holographic recording device as a redundancy device, much coarser pinhole arrangements with a ratio between the distance of adjacent holes used to the maximum diameter of a hole up to several hundred or even a thousand. The size of the individual holes is typically in the range between 3 and 10 μm and the distance between adjacent ones Holes can be up to 3000 µm. The ones from the holes. The total area occupied by a pinhole arrangement is therefore very small compared to the area of the opaque part of the pinhole arrangement between the holes.

Bei der oben erwähnten bekannten Einrichtung war es üblich, die gesamte Lochblendenanordnung mit einem einzigen Bündel kohärenter Schwingungsenergie zu beleuchten. Bei der noch verhältnismäßig feinen Lochblendenanordnung gemäß der DT-OS 2 217 354 ergibt sich ein optischer Wirkungsgrad (VerhältnisIn the above-mentioned prior art device, it has been common practice to have the entire pinhole assembly with a single bundle to illuminate coherent vibrational energy. With the still relatively fine pinhole arrangement according to the DT-OS 2 217 354 results in an optical efficiency (ratio

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der auf die Lochblendenanordnung fallenden Schwingungsenergie zu der die Löcher durchsetzenden Schwingungsenergie in Prozent) von nur etwa 0,5%. Bei den in jüngerer Zeit entwickelten wesentlich größeren Lochblendenanordnungen, die oben erwähnt wurden, wird der optische Wirkungsgrad so klein, daß solche Lochblendenanordnungen bei direkter Beleuchtung durch ein einziges einfallendes Bündel kohärenter Schwingungsenergie völlig unbrauchbar sind.the vibration energy falling on the pinhole arrangement to the vibration energy penetrating the holes in percent) of only about 0.5%. In the more recently developed much larger pinhole arrangements mentioned above, the optical efficiency is so small that such pinhole arrangements with direct illumination by a single incident Bundles of coherent vibrational energy are completely useless.

Bei Hologrammen, die mit kohärenter Schwingungsenergie aufgezeichnet und wiedergegeben werden, treten besonders leicht sogenannte Kohärenzstörungen, wie störende Interferenzstreifen, im rekonstruierten Bild auf, welche ihre Ursache in optischen Unvollkommenheiten irgendwo im redundanten holographischen Aufzeichnungssystem haben. Bei Redundanzvorrichtungen aus Lochblendenanordnungen lassen sich solche Unvollkommenheiten besonders schwer vermeiden.In the case of holograms that have coherent vibrational energy are recorded and played back, so-called coherence disturbances, such as disturbing interference fringes, occur particularly easily. in the reconstructed image, which is caused by optical imperfections somewhere in the redundant holographic Have recording system. With redundancy devices off It is particularly difficult to avoid such imperfections.

Im Idealfalle sollte nämlich eine Redundanzvorrichtung aus einer Lochblendenanordnung eine regelmäßige Anordnung von getrennten punktförmigen Schwingungsquellen darstellen (eine für jedes Loch der Lochblendenanordnung), zwischen denen bestimmte Phasenbeziehungen bestehen. Alles was bei einer praktischen Redundanzvorrichtung aus einer Lochblendenanordnung entweder die regelmäßige Anordnung der Löcher oder die Phasenbeziehungen zwischen den von ihnen ausgehenden Schwingungen stört, stellt eine optische Unvollkommenheit der Redundanzvorrichtung dar.In the ideal case, namely, a redundancy device consisting of a pinhole arrangement should have a regular arrangement of represent separate point-shaped sources of vibration (one for each hole of the pinhole arrangement), between which certain Phase relationships exist. Everything with a practical redundancy device from a pinhole arrangement either the regular arrangement of the holes or the phase relationships between the vibrations emanating from them disturbs, represents an optical imperfection of the redundancy device.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art, deren Redundanzvorrichtung eine Lochblendenanordnung enthält, den optischen Wirkungsgrad zu erhöhen und die Anfälligkeit gegen optische Unvollkommenheiten zu verringern.The present invention is based on the object of a device of the type mentioned at the outset, its redundancy device contains a pinhole arrangement to increase the optical efficiency and the susceptibility to to reduce optical imperfections.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufqabe dadurch gelöst, daß der Lochblendenanordnung eine Fresnel-Linsenanordnung, insbesondere eine Anordnung aus Fresnel'schon ZonGnlinspn, zugeordnet ist.According to the invention, this task is achieved in that the pinhole arrangement has a Fresnel lens arrangement, in particular an arrangement from Fresnel's already ZonGnlinspn, assigned.

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Der Erfindungsgedanke sowie seine Ausgestaltungen und Weiterbildungen werden im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; es zeigen:The concept of the invention and its refinements and developments are explained in more detail below using exemplary embodiments with reference to the drawing; show it:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer typischen Einrichtung zum Aufzeichnen eines redundanten Fraunhofer-Hologrammes eines nichtstreuenden Objekts, wie eines Transparentbildes;1 shows a schematic representation of a typical device for recording a redundant Fraunhofer hologram a non-scattering object such as a transparency;

Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Redundanzvorrichtung für die Einrichtung gemäß Fig. 1, welche eine Fresnel-Linsenanordnung enthält, die mit einer Lochblendenanordnung zusammenarbeitet;FIG. 2 shows a first exemplary embodiment of a redundancy device for the device according to FIG. 1, which has a Includes Fresnel lens assembly with a pinhole assembly cooperates;

Fig. 3 eine Draufsicht auf einen Teil einer typischen Fresnel-Linsenanordnung;3 is a top plan view of a portion of a typical Fresnel lens assembly;

Fig. 4 eine Draufsicht auf eine typische Lochblendenanordnung und4 is a plan view of a typical pinhole arrangement and FIG

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Redundanzvorrichtung für die Einrichtung gemäß Fig. 1, welche eine mit einer Lochblendenanordnung zusammenarbeitende Fresnel-Linsenanordnung enthält.5 shows a schematic representation of a second embodiment a redundancy device for the facility according to FIG. 1, which contains a Fresnel lens arrangement cooperating with a pinhole arrangement.

Fig. 1 zeigt schematisch eine im Prinzip bekannte, typische Einrichtung zum Aufzeichnen eines redundanten Hologrammes eines nichtstreuenden Objekts, wie eines Transparentbildes. Die Einrichtung gemäß Fig. 1 liefert ein redundantes Fraunhofer-Hologramm. Dies ist jedoch nicht wesentlich, soweit es die vorliegende Erfindung betrifft, diese kann vielmehr auch zur Aufzeichnung anderer Hologramme als eines Fraunhofer-Hologrammes verwendet werden.1 shows schematically a typical device known in principle for recording a redundant hologram of a non-scattering object such as a transparency. The device according to FIG. 1 supplies a redundant Fraunhofer hologram. However, this is not essential as far as the present invention is concerned; Recording of other holograms than a Fraunhofer hologram be used.

Die Einrichtung gemäß Fig. 1 enthält eine kohärente Schwingungsquelle 100, die ein als Objektbündel Ϊ02 dienendes erstes Teilbündel kohärenter Schwingungsenergie vorgegebener Wellenlänge λ und ein als Referenzbündel 104 dienendes zweites Teilbündel der kohärenten Schwingungsenergie liefert. DieThe device according to FIG. 1 contains a coherent vibration source 100, which is used as an object bundle Ϊ02 first sub-bundle of coherent oscillation energy of predetermined wavelength λ and a second sub-bundle serving as reference bundle 104 Sub-bundle of coherent vibration energy supplies. the

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Schwingungsquelle 100 kann einen Generator für kohärente Schwingungen, z.B. einen He-Cd-Laser, der kohärente Schwingungen mit der Wellenlänge 441,6 nm liefert, und ein übliches optisches System enthalten, wie einen Bündelteiler, Spiegel und Vorrichtungen zur Vergrößerung des Bündelquerschnitts, wie sie in der Holographie zur Erzeugung getrennter, jedoch miteinander kohärenter Objekt- und Referenzbündel üblich sind.Vibration source 100 can be a coherent vibration generator, e.g., a He-Cd laser, which generates coherent vibrations at the wavelength of 441.6 nm and include a common optical system such as a beam splitter, mirrors and devices to enlarge the cross-section of the bundle, as it is used in holography to generate separate, but interrelated coherent object and reference bundles are common.

Wie durch eine Mittellinie 106 angedeutet ist, beleuchtet das Referenzbündel direkt eine vorgegebene Fläche eines holographischen Aufzeichnungsmediums 108, die durch eine öffnung einer Maske 110 begrenzt wird.As indicated by a center line 106, the reference beam directly illuminates a predetermined area of a holographic recording medium 108 which is passed through an opening a mask 110 is limited.

Das Objektbündel fällt auf eine Redundanz einführende Vorrichtung (im folgenden kurz Redundanzvorrichtung) 112 und kann eine ebene oder sphärische Wellenfront haben. Auf alle Fälle hat das Objektbündel 102 jedoch normalerweise in der gesamten Apertur der Redundanzvorrichtung 112 ein und dieselbe gleichförmige Wellenfront.The object bundle falls on a device introducing redundancy (hereinafter referred to as redundancy device for short) 112 and can have a plane or spherical wave front. In any case, however, the object bundle 102 normally has in the entire aperture of the redundancy device 112 one and the same uniform wavefront.

Die Redundanzvorrichtung 112, die bisher einen Diffuser, ein Phasengitter, eine Vielzahl von Spiegeln oder eine Lochblendenanordnung usw. enthielt, verarbeitet das einfallende Objektbündel 112 zu einem austretenden Bündel 114, das eine komplexe Wellenfront hat. Um die Betrachtung zu vereinfachen, kann man jedoch das aus der Redundanzvorrichtung 112 austretende Bündel als das Ergebnis vieler getrennter und einander überlagerter, einfacher Teilbündel ansehen. Im Wege des aus der Redundanzvorrichtung 112 austretenden Bündels 114 ist ein Objekt 116, z.B. ein Transparentbild angeordnet, das dementsprechend angesehen werden kann als ob es gleichzeitig durch die vielen verschiedenen, einander überlagerten Teilbündel, die das Bündel 114 bilden, beleuchtet würde. Das Objekt 116 moduliert diese einander überlagert einfallenden Teilbündel jeweils räumlich entsprechend der in ihm enthaltenen Information und von jedem seiner Punkte tritt dementsprechend ein redundantesThe redundancy device 112, which previously had a diffuser, a phase grating, a plurality of mirrors or a pinhole arrangement, etc., processes the incident Object bundle 112 to an exiting bundle 114, which has a complex wavefront. To make viewing easier, however, the bundle emerging from redundancy device 112 can be seen as the result of many separate and superimposed, view simple sub-bundle. In the way of the bundle 114 exiting the redundancy device 112, there is an object 116, e.g. many different, superimposed sub-bundles that form the bundle 114 would be illuminated. The object 116 modulates these superimposed incident sub-bundles each spatially corresponding to the information contained in it and from each of its points there appears a corresponding redundant one

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Objektinformationsbündel 118 aus (der Übersichtlichkeit halber ist dies in Fig. 1 nur für einen einzigen Punkt dargestellt)."Object information bundle 118 (for the sake of clarity, this is only shown for a single point in FIG. 1). "

Wenn wie bei der Einrichtung gemäß Fig. 1 ein Fraunhofer-Hologramm aufgezeichnet werden soll, befindet sich das Objekt 116 in der Brennebene einer Fraunhofer-Linse 120 der Brennweite f. Das Objektinformationsbündel 118 wird durch die Fraunhofer-Linse 120 in ein Bündel mit ebener Wellenfront umgewandelt und fällt dann auf den durch die Maske 110 begrenzten Bereich des holographischen Aufzeichnungsmediums, wo es mit dem gleichzeitig auftreffenden Referenzbündel 104, mit dem es kohärent ist, interferiert und dabei wird auf dem durch die Öffnung in der Maske 110 definierten belichteten Bereich des holographischen Aufzeichnungsmediums 108 ein Hologramm aufgezeichnet.If, as in the device according to FIG. 1, a Fraunhofer hologram is to be recorded, the object 116 is in the focal plane of a Fraunhofer lens 120 of the focal length f. The bundle of object information 118 is converted into a bundle with a plane wavefront by the Fraunhofer lens 120 converted and then falls on the area of the holographic recording medium delimited by the mask 110, where it interferes with the simultaneously incident reference beam 104, with which it is coherent, and thereby becomes on the an exposed area of the holographic recording medium 108 defined by the opening in the mask 110 Hologram recorded.

Durch die vorliegende Erfindung sollen die bisher bekannten Redundanzvorrichtungen für holographische Aufzeichnungseinrichtungen der in Fig. 1 dargestellten und anderer Art verbessert werden.The present invention is intended to provide the previously known Redundancy devices for holographic recording devices of the type shown in FIG. 1 and of other types be improved.

Die Redundanzvorrichtung 112 gemäß dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht aus einer Fresnel-Linsenanordnung 200 und einer Lochblendenanordnung 202. Bei Fig. 2 wurde angenommen, daß das Objektbündel 102, das auf die Redundanzvorrichtung 112 fällt, aus einem Parallelstrahlenbündel mit ebener Wellenfront besteht. In diesem Falle ist, wie Fig. 2 zeigt, der Abstand zwischen der Lochblendenanordnung 202 und der Fresnel-Linsenanordnung 200 gleich der Brennweite F der Fresnel-Linsenanordnung 200. Die Lochblendenanordnung liegt also in einer Brennebene der Fresenel-Linsenanordnung 200.The redundancy device 112 according to the embodiment of the invention shown in FIG. 2 consists of a Fresnel lens arrangement 200 and a pinhole arrangement 202. In FIG. 2 it was assumed that the object bundle 102, which is on the redundancy device 112 falls, consists of a parallel beam with a plane wave front. In this case, As FIG. 2 shows, the distance between the pinhole arrangement 202 and the Fresnel lens arrangement 200 is equal to the focal length F. of the Fresnel lens arrangement 200. The pinhole arrangement therefore lies in a focal plane of the Fresenel lens arrangement 200.

Fig. 3 zeigt einen Teil einer typischen Fresnel-Linsenanordnung, wie sie bei der Redundanzvorrichtung gemäß Fig. 2 verwendet werden kann. Die Fresnel-Linsenanordnung besteht generell aus einer Vielzahl von im wesentlichen identischen, im Abstand voneinander in einem periodischen Muster angeordneten Zonenplatten 300. Das periodische Muster kann ein regel-FIG. 3 shows part of a typical Fresnel lens arrangement, as is the case with the redundancy device according to FIG. 2 can be used. The Fresnel lens arrangement generally consists of a large number of essentially identical, zone plates 300 arranged at a distance from one another in a periodic pattern.

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mäßiges Polygonmuster, wie z.B. ein quadratisches Muster sein, wie es in Fig. 3 dargestellt ist, oder z.B. auch ein hexagonales Muster mit ein und demselben vorgegebenen Abstand d zwischen den Mittelpunkten jedes Paares benachbarter Zonenplatten. Bei der Redundanzvorrichtung gemäß der Erfindung können jedoch auch andere als regulären Polygonen entsprechende Muster verwendet werden, z.B. Muster aus Rechtecken, bei denen der Abstand zwischen den Mittelpunkten benachbarter Zonenplatten der Fresnel-Linsenanordnung nicht in allen Richtungen gleich ist.moderate polygonal pattern, such as a square pattern as shown in Fig. 3, or for example a hexagonal one Patterns with one and the same predetermined distance d between the centers of each pair of adjacent zone plates. at however, patterns other than regular polygons can also be used in the redundancy device according to the invention e.g. patterns of rectangles, in which the distance between the centers of adjacent zone plates of the Fresnel lens arrangement is not the same in all directions.

Eine Zonenplatte besteht bekanntlich aus einer Reihe konzentrischer Zonen, von denen die erste ein Kreis mit dem Radius s ist, wie es Fig. 3 zeigt, während die folgenden Zonen aus Ringen bestehen, die die gleiche Fläche haben wie die erste Zone. Eine Dichte- oder Amplitudenzonenplatte enthält einen ersten Satz opaker Zonen, die sich mit den durchlässigen Zonen eines zweiten Satzes abwechseln. Bei einer Phasenzonenplatte sind alle Zonen durchlässig, die Phasenverzögerungen, die eine kohärente Schwingung der Wellenlänge λ beim Durchlaufen der Zonen des ersten bzw. zweiten Satzes erleidet, unterscheiden sich dabei jedoch um eine halbe Wellenlänge bzw. allgemein um ein ungerades Vielfaches der halben Wellenlänge. Der optisches Wirkungsgrad einer Phasenzonenplatte ist etwa viermal so groß wie der einer Dichtezonenplatte.As is well known, a zone plate consists of a series of concentric zones, the first of which is a circle with the Radius s is as shown in Fig. 3, while the following zones consist of rings having the same area as that first zone. A density or amplitude zone plate contains a first set of opaque zones that blend with the permeable Alternate zones of a second set. With a phase zone plate, all zones are permeable, the phase delays, which suffers a coherent oscillation of the wavelength λ when passing through the zones of the first or second set, However, they differ by half a wavelength or generally by an odd multiple of half the wavelength. The optical efficiency of a phase zone plate is about four times that of a density zone plate.

Es ist ferner bekannt, daß die einfallende Schwingungsenergie zum Teil, jedoch nicht ganz in einen Brennfleck nuliter Ordnung in einer Bildebene fokussiert wird, deren Abstand von der Zonenplatte vom Radius s der ersten Zone, der Wellenlänge λ der Strahlung und der Krümmung der Schwingungsfront der einfallenden Schwingungen abhängt. Bei dem kollimierten Bündel mit ebener Schwingungsfront, wie es bei Fig. 2 vorausgesetzt worden war, wird die Bildebene eine Brennebene, deren Abstand von der Zonenplatte gleich der Brennweite F = s /X ist. Da die Fläche jeder Zone gleich der Fläche der ersten Zone ist, ist der Radius der Zone N gleich (NFX/2). nie relative GrößeIt is also known that the incident vibration energy is partially, but not entirely, zero in a focal point Order is focused in an image plane whose distance from the zone plate is the radius s of the first zone, the wavelength λ of the radiation and the curvature of the vibration front of the incident Vibration depends. In the case of the collimated bundle with a plane vibration front, as is assumed in FIG the image plane becomes a focal plane whose distance from the zone plate is equal to the focal length F = s / X. There the area of each zone is equal to the area of the first zone, the radius of zone N is equal to (NFX / 2). never relative size

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des fokussierten Lichtflecks in der Bildebene einer Zonenplatte bezüglich des Radius s der ersten Zone hängt von der gesamten Anzahl N der verwendeten Zonen ab. Die Größe des fokussierten Flecks wird umso kleiner, je größer die Anzahl N der Zonen und die Zonenplatte werden.of the focused light spot in the image plane of a zone plate with respect to the radius s of the first zone depends on the total number N of zones used. The size of the focused spot becomes smaller, the larger the number N of zones and the zone plate become.

Da eine Zonenplatte ein beugendes Element ist, erzeugt jede Zonenplatte 300 in der Brennebene der Fresnel-Linsenanordnung 200 außer dem gewünschten, relativ hellen, primären fokussierten Fleck außerdem noch aus dem übrigen Teil der einfallenden Schwingungen eine Anzahl sekundärer Brennflecke, die ein unerwünschtes, relativ schwaches peripheres Muster ergeben, welches den primären Brennfleck jeder Zonenplatte 300 in der Brennebene der Fresnel-Linsenanordnung 200 umgibt. Die Lochblendenanordnung 202 liefert sowohl das Bündel 114 mit der komplexen Schwingungsfront zur redundanten Beleuchtung des Objekts 116 und wirkt ferner auch als räumliches Filter, das nur die von der Fresnel-Linsenanordnung 200 in den primären Brennfleck fokussierten Schwingungen durchläßt während sie praktisch alle Schwingungen sperrt, die von der Fresnel-Linsenanordnung 200 in die höheren Ordnungen fokussiert werden.Since a zone plate is a diffractive element, each zone plate 300 generates in the focal plane of the Fresnel lens arrangement 200 besides the desired, relatively bright, primary focused spot also from the remaining part of the incident Vibrations a number of secondary focal spots that give an undesirable, relatively faint peripheral pattern, which surrounds the primary focal point of each zone plate 300 in the focal plane of the Fresnel lens arrangement 200. The pinhole arrangement 202 delivers both the bundle 114 with the complex vibration front for the redundant illumination of the Object 116 and also acts as a spatial filter that only filters the Fresnel lens assembly 200 into the primary Focal spot lets through focused vibrations while it blocks virtually all vibrations generated by the Fresnel lens assembly 200 to be focused in the higher orders.

Die Lochblendenanordnung 202 besteht, wie Fig. 4 zeigt, aus einer Anzahl im Abstand voneinander angeordneter kleiner Löcher 400, die jeweils einer speziellen Zonenplatte der Fresnel-Linsenanordnung 200 eineindeutig zugeordnet sind. Jedes Loch 400 hat den Durchmesser a und das Muster der Lochblendenanordnung 202 stimmt mit dem der Fresnel-Linsenanordnung 200 überein. Wenn also die Fresnel-Linsenanordnung 200 ein quadratisches Muster mit dem Abstand d zwischen den Mitten benachbarter Zonenplatten bildet, wie es in Fig. 3 dargestellt ist, sind auch die Löcher 400 in einem quadratischen Muster mit dem Abstand d zwischen den Mitten benachbarter Löcher angeordnet, wie es in Fig. 4 dargestellt ist.As FIG. 4 shows, the pinhole arrangement 202 consists of a number of smaller ones arranged at a distance from one another Holes 400 which are each assigned one-to-one to a special zone plate of the Fresnel lens arrangement 200. Each Hole 400 has the diameter a and the pattern of the pinhole arrangement 202 corresponds to that of the Fresnel lens arrangement 200. So if the Fresnel lens assembly 200 is a square Patterns with the distance d between the centers of adjacent zone plates, as shown in Fig. 3, are also the holes 400 are arranged in a square pattern with the distance d between the centers of adjacent holes, as shown in FIG Fig. 4 is shown.

In der Praxis sind Werte von d bis herunter zu etwa 30«um oder bis hinauf zu etwa 3000yUm möglich. Am typischsten sindIn practice, values are from d down to about 30 µm or up to about 3000yum possible. Are most typical

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Werte zwischen 500 und 2500,um. Der Lochdurchmesser a beträgt typischerweise 3 bis 10 ,um und der Radius s der mittleren Zone jeder Zonenplatte 300 der Fresnel-Linsenanordnung ist typischerweise etwa 10 mal so groß wie der Durchmesser a der einzelnen Löcher 400 der Lochblendenanordnung 202.Values between 500 and 2500, um. The hole diameter is a typically 3 to 10 µm and the radius s of the central zone of each zone plate 300 of the Fresnel lens array is typical about 10 times as large as the diameter a of the individual holes 400 of the pinhole arrangement 202.

Im Idealfall sollten die Zonenplatten der Fresnel-Linsenanordnung 200 alle genau gleich sein und der Abstand zwischen den Mittelpunkten jedes Paares benachbarter Zonenplatten sollte genau gleich d sein. In der Praxis wird die Fresnel-Linsenanordnung 200 mit den Dichte-Zonenplatten jedoch unter Verwendung eines Verfahrens hergestellt, wie es bei der Fertigung von gedruckten Schaltungen üblich ist, z.B. indem eine Zeichnung ein oder mehrerer Zonenplatten photographisch verkleinert und dann mittels einer schrittweise weiterbewegten Vervielfältigungskamera ein entsprechendes Muster auf einer hochauflösenden photographischen Emulsion hergestellt wird. Fresnel¹ sehe Phasenzonenplatten können in ähnlicher Weise hergestellt werden, man verwendet jedoch hier eine Photolackschicht auf einem Substrat, mit denen durch Entwicklung und sorgfältig gesteuertes Ätzen eine Anordnung von Fresnel'sehen Zonenplatten auf dem Substrat hergestellt werden kann.Ideally, the zone plates of the Fresnel lens assembly 200 should all be exactly the same and the distance between the centers of each pair of adjacent zone plates should be exactly equal to d. In practice, however, the Fresnel lens arrangement 200 with the density zone plates is manufactured using a method as is customary in the manufacture of printed circuits, for example by photographically reducing a drawing of one or more zone plates and then by means of a step-by-step reproduction camera corresponding pattern is produced on a high-resolution photographic emulsion. Fresnel ¹ see phase zone plates can be produced in a similar manner, but here one uses a photoresist layer on a substrate, with which an arrangement of Fresnel's zone plates can be produced on the substrate by development and carefully controlled etching.

Wenn man auch mit den oben erwähnten Druckschaltungstechnikverfahren Fresnel-Linsenanordnungen mit sehr guter Regelmäßigkeit herstellen kann, so ist die praktisch erreichbare Regelmäßigkeit doch keineswegs vollkommen. Es ist daher zweckmäßig, die Fresnel-Linsenanordnung und die zugehörige Lochblendenanordnung, die zusammen als Redundanzvorrichtung 112 hergestellt werden, als zusammengehöriges, "angepasstes" Paar herzustellen. Dies kann dadurch erreicht werden, daß man ein transparentes Substrat mit einer opaken Metallschicht, z.B. aus Chrom, überzieht und auf die Metallschicht dann einen positiv arbeitenden Photolack (oder eine photographische Emulsion) aufbringt, um einen Lochblendenanordnungs-Rohling herzustellen. Dieser Rohling wird dann in die primäre Brennebene einer vorher hergestellten Fresnel-Linsenanordnung gebracht, die für eineIf one also uses the above mentioned printed circuit technology methods Can produce Fresnel lens arrangements with very good regularity, so that is practically achievable Regularity is by no means perfect. It is therefore advisable to use the Fresnel lens arrangement and the associated pinhole arrangement, which are manufactured together as redundancy device 112, as an associated, "matched" pair to manufacture. This can be achieved by covering a transparent substrate with an opaque metal layer, e.g. made of chrome, coated and then on the metal layer a positive-working photoresist (or a photographic emulsion) to make a pinhole assembly blank. This blank is then placed in the primary focal plane one beforehand manufactured Fresnel lens assembly brought for a

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vorgegebene Zeit mit kollimierter Schwingungsenergie vorgegebener Intensität und eines Typs belichtet wird, welcher mit dem übereinstimmt, der in der holographischen Aufzeichnungseinrichtung verwendet wird; die Bereiche des Photolacks, des Rohlings für die Lochblendenanordnung, welche den primären Brennflecken der verschiedenen Zonenplatten der Fresnel-Linsenanordnung entsprechen, werden dabei wesentlich stärker belichtet als die Bereiche, die den unerwünschten höheren Ordnungen der jeweiligen Zonenplatten entsprechen. Durch geeignete Entwicklung des Photolacks (oder durch Umkehr entwicklung der photographischen Emulsion) ist es möglich, den Photolack (oder die photographische Emulsion) nur von den stärk belichteten Teilen, die den primären Brennflecken der Fresnel-Linsenanordnung entsprechen, zu entfernen und die darunter liegende Metallschicht nur an diesen Stellen freizulegen. Ätzt man die freigelegte Metallschicht dann an diesen Stellen weg, so erhält man eine Lochblendenanordnung, die der zu ihrer Herstellung verwendeten Fresnel-Linsenanordnung angepaßt ist. Ein solches zusammengehöriges Paar aus einer Fresnel-Linsenanordnung und einer Lochblendenanordnung stellen eine Redundanzvorrichtung für eine holographische Aufzeichnungseinrichtung dar, welche bei der Aufzeichnung des Hologramms sehr wenig kohärente Störungen verursacht und außerdem einen, sehr hohen optischen Wirkungsgrad hat.specified time with collimated vibration energy specified Intensity and of a type which corresponds to that used in the holographic recording device is used; the areas of the photoresist, the blank for the pinhole arrangement, which the primary Focal spots of the different zone plates of the Fresnel lens arrangement are exposed to a much greater extent than the areas corresponding to the undesired higher orders of the respective zone plates. Through appropriate development of the photoresist (or by reverse development of the photographic Emulsion) it is possible to remove the photoresist (or the photographic emulsion) only from the strongly exposed parts, which correspond to the primary focal points of the Fresnel lens arrangement, to remove and to expose the underlying metal layer only in these places. If you etch the exposed Then remove the metal layer at these points, so you get one Pinhole arrangement that was used for their manufacture Fresnel lens arrangement is adapted. Such an associated pair of a Fresnel lens arrangement and a pinhole arrangement represent a redundancy device for a holographic recording device which is used in Recording the hologram causes very little coherent interference and also has a very high optical efficiency.

Bei Fig. 2 war angenommen worden, daß die Redundanzvorrichtung 112 mit einem kollimierten Bündel aus Schwingungsenergie mit ebener Wellenfront belichtet wurde. Dies ist jedoch nicht wesentlich. Wie Fig. 5 zeigt, kann die Fresnel-Linsenanordnung 200 mit divergenter Strahlung, die eine sphärische Wellenfront hat, von einer Strahlungsquelle im Abstand D von der Fresnel-Linsenanordnung 200 beleuchtet werden. In diesem Falle befindet sich die Lochblendenanordnung in einer Bildebene der-Fresnel-Linsenanordnung 200, also im Abstand DF/(D-F) hinter dieser, wie es in Fig. 5 dargestellt ist und nicht in der Brennebene der Fresnel-LinsenanordnungIn Fig. 2, it was assumed that the redundancy device 112 was exposed to a collimated beam of vibrational energy having a plane wavefront. However, this is not essential. As FIG. 5 shows, the Fresnel lens arrangement 200 with divergent radiation, which has a spherical wavefront, from a radiation source in the Distance D from the Fresnel lens arrangement 200 are illuminated. In this case there is the pinhole arrangement in an image plane of the Fresnel lens arrangement 200, that is to say at a distance DF / (D-F) behind it, as shown in FIG. 5 is and not in the focal plane of the Fresnel lens arrangement

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200 selbst. Bei der Herstellung einer angepaßten Lochblendenanordnung würde man in diesem Falle dann selbstverständlich mit der in Fig. 5 dargestellten Geometrie und nicht mit der gemäß Fig. 2 arbeiten.200 itself. During the production of an adapted pinhole arrangement In this case one would of course use the geometry shown in FIG. 5 and not the work according to FIG.

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Claims

Device for recording a redundant hologram in which a non-scattering object with one of a A device which introduces redundancy and contains a pinhole arrangement influenced first partial bundles of coherent oscillation energy of a predetermined wavelength with the generation of a redundant one Object bundle is illuminated, which together with a reference bundle from a second coherent with the object bundle Partial bundle of the coherent vibration energy exposes a predetermined area of a holographic recording medium, characterized in that the redundancy device is a Fresnel lens arrangement (200) containing a predetermined periodic pattern of substantially equally spaced zone plates (300), which lies in a predetermined first plane in the path of an incident bundle (102) of the coherent vibration energy, which has a predetermined single uniform wavefront, and that the pinhole arrangement (202) is in a second predetermined Plane is arranged and substantially the same holes (400), each of which corresponds to one of the zone plates (300) and are arranged in practically the same pattern as these, the distance between the centers of each pair being adjacent Holes is practically equal to the distance between the centers of corresponding pairs of zone plates and the holes respectively have such a size that practically only the part of the vibration energy which is mapped by the associated zone plate is let through.

2.) Device according to claim 1, characterized in " that the Fesnel lens arrangement (200) and the pinhole arrangement (202) are matched to one another.

3.) Device according to claim 1 or 2, characterized in that the periodic pattern is a regular one polygonal pattern is.

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4.) Device according to claim 1/2 or 3, characterized in that the zone plates of the Fresnel lens arrangement in each case from a phase zone plate exist.

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Lee r side