DE2320927B2

DE2320927B2 - Verfahren und vorrichtung zum lesen eines hologramms

Info

Publication number: DE2320927B2
Application number: DE19732320927
Authority: DE
Inventors: Reuben Saul Rocky Hill NJ. Mezrich (V.St.A.)
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1972-07-28
Filing date: 1973-04-25
Publication date: 1977-02-24
Also published as: CA988338A; US3767285A; FR2194980B1; JPS5240989B2; JPS4959655A; NL7304926A; FR2194980A1; GB1412526A; DE2320927A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Lesen eines Hologramms.

Das beim Abtasten bzw. Lesen eines gespeicherten Hologramms erhaltene Signal besitzt relativ geringe Stärke. Seine Intensität kann bis zu wenigen Bruchteilen eines Prozents betragen und ist im allgemeinen nicht größer als einige Prozent der Lesestrahlintensität.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Möglichkeiten zur Verstärkung dieses Signals vorzuschlagen. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zwei Strahlen auf das Hologramm gerichtet werden, von denen einer dem Weg des Bezugsstrahls und der andere dem Weg des Objektstrahls folgt, und daß mindestens einer der Strahlen moduliert wird.

Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung, in schematischer Darstellung,

Fig. 2 einen in der Vorrichtung gemäß Fig. 1 verwendbaren Blattsetzer (page composer) schematisch dargestellt,

F i g. 3 das rekonstruierte Bild mehrerer Lichtquellen, die als eines der Hologramme in der Anordnung gemäß F i g. 1 gespeichert sind, und

Fig.4 bis 7 verschiedene Formen von in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendbaren Modulatoren.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung unterscheidet sich von bekannten Vorrichtungen im wesentlichen dadurch, daß sie einen Modulator 50, Filter 52 und verschiedene andere Komponenten aufweist, jedoch S insbesondere durch die Art, in der die gespeicherten Hologramme gelesen werden. Zur besseren Erläuterung der Erfindung wird zunächst die bekannte Vorrichtung beschrieben, wobei für den ersten Teil der Betrachtung zu beachten ist, daß der Modulator 50 und die Filter 52

ίο fehlen.

Die bekannte Vorrichtung besitzt eine Quelle für kohärentes Licht, wie einen Laster 10 und einen Lichtstrahl-Deflektor 12. Letzter kann elektromechanisch oder elektronisch aufgebaut sein und dient dazu, den Laserstrahl in irgendeine von N² Positionen abzulenken, wobei N¹ sowohl die Zahl der in der Anordnung 14 enthaltenen Hologramme als auch die Zahl der Speicherplätze auf dem Aufnahmemedium 16 bedeutet.

Der durch den Deflektor 12 abgelenkte Lichtstrahl gelangt zu einem Strahlteiler 18. Ein Teil 17 des Lichtstrahls wird vom Strahlteiler 18 und Spiegel 20 auf eine Stelle des Aufnahmemediums 16 reflektiert. Die Linsen 19 und 21 sind vorgesehen, um den Strahl 17 der gleichen Anzahl von Brechungen und Reflexionen zu unterwerfen, wie sie der andere Teil 38 des Lichtstrahls erfährt. Der andere Teilstrahl 38 passiert den Strahlteiler 18 und gelangt auf die Hologrammanordnung 14.
jedes Hologramm in der Anordnung 14 repräsentiert eine Vielzahl von Lichtquellen, deren Anzahl gleich der Zahl der im Blattsetzer 24 vorhandenen Bits ist. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erläuterung sei angenommen, daß jedes Hologramm in der Anordnung 14 gemäß F i g. 3 sechzehn Lichtquellen darstellt und der Blattsetzer (page composer) 24 gemäß F i g. 2 sechzehn Bits enthält. In der Praxis ist natürlich B² — die Zahl der Bits pro Blatt — wesentlich größer als 16.

Der Abstand zwischen der Hologrammanordnung 14 und dem Blattsetzer 24 (doppelte Brennweite der Linse

26) ist so gewählt, daß das wiedergegebene Bild des beleuchteten Hologramms auf den Blattsetzer 24 fällt. Die rekonstruierten Lichtquellen können als 16 in der dargestellten Verteilung angeordnete Quellen kohärenten Lichts erscheinen (F i g. 3). Der Blattsetzer 24 kann

4S aus einem elektronisch oder elektrisch gesteuerten Lichtverschluß bestehen, dessen Speicherplätze relativ transparent (weiß dargestellt) oder relativ undurchsichtig (schraffiert dargestellt) ausgebildet sein können in Übereinstimmung mit den Binärdaten, die in den

so Speicher einzuschreiben sind. Die Daten werden den sechzehn Plätzen mittels 16 elektrischen Signalleitungcn 25-1 bis 25-16 zugeführt. Jede Lichtquelle überlagert sich einem undurchsichtigen oder einem transparenten Bereich des Blattes.

Eine Linse 26 bewirkt, daß das den Blattsetzer 24 passierende Licht auf einen sehr kleinen Bereich auf dem Aufnahmemedium fokussiert wird, und zwar in einer Position, die vom Betrag und der Richtung abhängt, um den der Lichtstrahl durch den Deflektor 12

fto abgelenkt wird. Mit anderen Worten ist die Stelle auf dem Aufnahmemedium, auf die das Licht durch die Linse 26 fokussiert wird, eine Funktion des speziellen, aus der Anordnung 14 ausgewählten Hologramms. Die Optik der Vorrichtung ist so gewählt, daß der vom Spiegel 20 kommende Strahl ebenfalls auf die gleiche Position auf dem Aufnahmemedium gerichtet wird. Als Ergebnis wird am Aufnahmemedium ein Interferenzmuster geschaffen, das als Hologramm aufgenommen wird.

Das Aufnahmemedium 16 kann aus einem fotographischen Film bestehen, so daß ein permanenter, d. h. ein Festwertspeicher geschaffen wird. Alternativ kann das Aufnahmemedium aus niedrig schmelzendem Glas, aus farbfotographischem, magnetischem, ferroelektrischem oder andersartigem löschbarem Material bestehen. Für den Betrieb der Vorrichtung gemäß F i g. 1 kann zunächst ein bestimmtes Bit-Muster, wie es in Fig.2 dargestellt ist, im Blattsetzer 24 eingestellt werden. Zu diesem Zeitpunkt möge der Deflektor den Laserstrahl in die ausgezogen dargestellte Position 30 ablenken. Der sich ergebende Bezugsstrahl 32 fällt auf einen bestimmten Platz 36 des Speichermediums 16. Der Objektstrahl 38 passiert den Strahlteiler 18 und ein Hologramm der Kologrammanordnung 14. Dies führt zu einer Wiedergabe des Bildes einer Anordnung kohärenter Lichtquellen, wie sie in F i g. 3 gezeigt ist, an der genannten Blattstelle, wobei jede Lichtquelle ein Informationsbit (ein undurchsichtiges oder transparentes Quadrat) des Blattes beleuchtet. Die Linse 26 bewirkt, daß dieses Licht an derselben Stelle 36 konvergiert wie der Bezugsstrahl 32. Das Ergebnis ist die Bildung eines Hologramms in einem sehr kleinen Bereich, etwa 1 mm χ 1 mm auf dem Aufnahmemedium.

Sofern es erwünscht ist, ein zweites Blatt Informationen aufzunehmen, wird die Verteilung der Eingangssignale an den zum Blattsetzer führenden Leitungen 25 geändert, um die Bits auf der zweiten Seite darzustellen. Dies resultiert in einem neuen Muster undurchsichtiger und transparenter Bereiche. Der Deflektor wird nir. so eingestellt, daß der Laserstrahl auf einen anderen Platz der Hologrammanordnung 14 und des Aufnahmemediums 16 trifft. Im dargestellten Beispie! soll der Laserstrahl, wie in gestrichelten Linien 40 wiedergegeben, abgelenkt werden. Der Bezugsstrahi 42 trifft das Aufnahmemedium nunmehr am Platz 46. Der Objektstrahl 48 passiert nun ein anderes Hologramm der Anordnung 14. Dieses andere Hologramm enthält dieselbe Information wie die übrigen Hologramme der Anordnung 14, d. h. jedes Hologramm ist identisch und repräsentiert dieselbe Anordnung von sechzehn Lichtquellen. Die Optik ist so gewählt, daß unabhängig von der Lage des aus der Anordnung 14 ausgewählten Hologramms sein Bild am selben Platz in der Ebene des Blattes 24 erscheint. Allerdings richtet die Linse 26 dieses Licht auf einen neuen Platz, nämlich Platz 46 des Aufnahmemediur.is. Daher wird am Platz 46 ein zweites Hologramm gespeichert, nämlich das des Blattes M+i.

Während des zuvor beschriebenen Einschreibevorgangs ist im Falle der Verwendung eines fotographischen Films das Aufnahmemedium zunächst unbelichtet. Der Schreibvorgang für jeden Platz kann im Falle eines fotographischen Films eine Belichtungszeit von Sekunden oder weniger erfordern. Bei Verwendung gewisser magnetischer Materialien, wie Mangan-Wismuth-Werkstoffen, beträgt die Belichtungszeit Mikrosekunden oder weniger. Sofern ein fotographischer Film verwendet wird, wird dieser nach Einschreiben sämtlicher Speicherplätze gegebenenfalls kopien, entwickelt und fixiert.

Das Lesen der gespeicherten Informationen ist bekannt. Es soll jedoch im vorliegenden Zusammenhang beschrieben werden, um die besondere Bedeutung, die die Leseeinrichtungen darstellen, würdigen zu können.

Wenn mit einer Vorrichtung gemäß Fig. 1 ein Hologramm gelesen werden soll, wird der Objektstrahl blockiert. Dies kann dadurch erreicht werden, daß entweder der Blattsetzer völlig undurchlässig gemachl oder ein Verschluß in den Strahlengang des Objektstrahls, beispielsweise zwischen den Strahlspalter 18 und die Anordnung 14 gesetzt wird. Der Bezugsstrahl wird jedoch durch den Deflektor 12 abgelenkt und so geleitet, daß er durch die Linse i9, über den Spiegel 20, durch die Linse 21 zur Oberfläche des Aufnahmemediums läuft. (Im Moment ist noch davon auszugehen, daß der Modulator 50 nicht vorhanden ist oder inaktiviert

ίο wurde). Der Bezugsstrahl beleuchtet eines der auf dem Aufnahmemedium gespeicherten Hologramme und die Linse 54 führt zur Wiedergabe des virtuellen Bildes des ausgewählten Hologramms an der entsprechenden Stelle. Eine Anordnung von Lichtdetektoren 56 befindet sich an der Stelle, an der das virtuelle Bild wiedergegeben wird, wobei für jedes Bit ein Lichtdetektor vorgesehen ist. Im vorliegenden Beispiel sind somit sechzehn Lichtdetektoren angeordnet, um die entsprechenden Signale von sechzehn Bitplätzen des virtuellen Bildes zu empfangen.

Jeder Lichtdetektor erzeugt nun ein elektrisches Signal, das das jeweils zugeordnete Bit im Hologramm anzeigt. Zum Beispiel wird im Falle eines durch einen schwarzen Bereich (eine Null) repräsentierten Bits der zugehörige Detektor, wenn überhaupt, dann nur Licht niedriger Intensität empfangenen und ein elektrisches Ausgangssignal mit niedriger Amplitude liefern, das einer Null entspricht. Wenn der Detektor ein Sigtial eines transparenten Bereichs empfängt, das eine in dem Hologramm gespeicherte Eins repräsentiert, wird er ein Signal relativ großer Amplitude abgeben, das einer Eins entspricht. Die sechzehn von der Detektoranordnung abgegebenen Signale werden direkt an sechzehn Verstärker 58 weitergeleitet. (Die Filter 52 werden nicht benötigt.)

Es ist auch bekannt, im Strahlengang des Bezugsstrahls während des Lesevorgangs einen Modulator, wie einen Lichtzerhacker (light chopper) anzuordnen. Der Effekt besteht in der Erzeugung intensitätsmodulierter Signale (Wechselsignale) anstelle von Gleichstromsignalen am Detektor 56. Obwohl sich keine Signal-»Verstärkung« (dieser Begriff wird noch diskutiert werden) ergibt, kann eine Verbesserung des Signal/Stör-Verhältnisses durch Verwendung geeignet eingestellter Filter 52 an den Eingängen zu den Verstärkern 58 erreicht werden. Bei dieser bekannten Art des zuvor beschriebenen Verfahrens wird während des Lesens nur der Bezugsstrahl benutzt, während der Objektstrahl in irgendeiner Weise, beispielsweise durch Wandeln des Blattsetzers in undurchlässigen Zustand, blockiert ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung besitzt zusätzlich einen Modulator 50, wofür sich mehrere verschiedene Typen eignen, die später noch erläutert werden. Der Modulator kann entweder im Strahlenweg des Objekt-Strahls oder in dem des Bezugsstrahls angeordnet sein. Im vorliegenden Beispiel befindet er sich im Strahlengang des Bezugsstrahls

Während des Betriebes der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird für den Lesevorgang der Modulator eingeschaltet und der Blattsetzer völlig geöffnet, anstatt wie bisher geschlossen. Das Ergebnis ist, daß während de·, Lesevorgangs zwei Strahlen, nämlich ein modulierter Bezugsstrahl und ein zweiter Strahl, der dem Weg des Objektstrahls folgt, den ausgewählten Platz auf dem

('5 Aufnahmemedium erreichen. Wenn die Vorrichtung in dieser Weise betrieben wird, ergeben sich Ausgangssignale erheblich höherer Intensität, was anhand der nachfolgenden Ausführungen erläutert wird.

Bei der bisher bekannten Verfahrensweise, bei der zunächst ein Hologramm hergestellt und danach abgetastet bzw. gelesen wird, entsteht die Hologrammausbildung durch die Interferenz einer Objektwelle mit einer Bezugswelle. Gewöhnlich sind die Intensitäten dieser beiden Wellen ungleich und verhalten sich zueinander gemäß der nachfolgenden Gleichung:

wobei Ir= Intensität der Bezugswelle, I₀= Intensität der Objektwelle,/: = Konstante (gewöhnlich größer als 1). Bei der herkömmlichen Lesemethode wird ein Hologramm, nachdem es gebildet (und wenn nötig entwickelt) wurde, lediglich durch die Bezugswelle belichtet (die Objektwelle ist blockiert) und ein virtuelles Bild hergestellt. Diese virtuelle Bildwelle enthält die im Hologramm gespeicherte Information. Die Intensität der virtuellen Bildwelle (Signal) ist proportional der Intensität der für das Lesen verwendeten Bezugswelle, und zwar gemäß nachfolgender Gleichung:

wobei n den holographischen Wirkungsgrad darstellt, der gewöhnlich erheblich kleiner als 1 ist.

Wie bereits erwähnt, gehört es zum Stand der Technik, während des Lesens einen Modulator zu verwenden, wobei nur die modulierte Bezugswelle verwendet wurde. Die Intensität h des empfangenen Signals beträgt bei Verwendung eines Bezugsstrahls mit bei einer Frequenz f_o modulierter sinusförmiger Amplitude:

/_s = nl_R cos ⁷ χ ,
wobei: χ — wt = 2.τ/₀ t.

Da cos²©= 1/2+ 1/2 cos 2Θ, ergibt sich für die Gleichung 3:

35

40

L· = nl_s

(1 + coslx)

Aus Gleichung 4 ergibt sich, daß die Frequenz des Ausgangssignals (entsprechend der Winkelfrequenz 2 x=4 π f_ot=2 wt) das Doppelte der des Modulationssignals /o ist. Dieses Signal kann mittels elektronischer Filter 52, die auf die Frequenz 2 f₀ eingestellt sind, wiedererhalten werden.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden sowohl der Bezugsstrahl als auch ein zweiter Strahl, der demselben Weg wie der Objektstrahl folgt, während des Lesens verwendet Der Bezugsstrahl wird bei einer Frequenz f_o moduliert. Der Objektstrahl kann dadurch beibehalten werden, daß sämtliche Plätze des Blattsetzers 24 geöffnet werden, so daß dieser transparent erscheint Die Amplitude A_s des Lesesignals (des durch den Detektor wahrgenommenen Signals) ergibt sich bei derartigem Betrieb zu:

Die Intensität A_sdes erfaßten Signals beträgt:
's = A_SA% = A² _S,

wobei A* das Konjugierte von As ist.

Durch Einsetzen der Gleichung 6 in Gleichung 7 ergibt sich:

/_s = «/,cos²» + -ψ- + 2/

¹JL

B-]

1/2

cosx. (8)

Indem Gleichung 4 für den ersten Summanden eingesetzt wird, folgt:

1/2

~ I cos χ. (9)

ra

Der erste Summand in Gleichung 9 ist das Signal, das man erhalten würde, wenn die Objektwelle während des Lesevorgangs blockiert wäre. Es ist derselbe Ausdruck der in Gleichung 4 erscheint. Es sei bemerkt, daß die enthaltene Frequenz doppelt so groß ist wie die mit dem Modulationssignal f_o verbundene. Bei dem vorliegenden Leseverfahren wird dieses Signal durch die Filter 52 gemäß Fig. 1, die hierbei als Bandfilter ausgebildet sind, ausgefiltert. Dieses Signal besitzt kein großes Interesse, da seine Intensität ganz erheblich niedriger als die des dritten Summanden ist, was nachfolgend noch erläutert wird.

Der zweite Summand in Gleichung 9 gehört zur Gleichstromkomponente des Strahls. Er trägt keine nützliche Information und wird, da er als Gleichstrom vorliegt, ebenfalls durch die in Fig. 1 dargestellten Filter 52 ausgefiltert.

Der dritte Ausdruck in Gleichung
»verstärkte« oder »gesteigerte« Signal
Zusammenhang mit der Erfindung von
Dieses Signal besitzt dieselbe Frequenz wie das Amplitudenmodulationssignal, auf das die Bandfilter 52 eingestellt sind. Das Verhältnis der Intensität dieses Signals As₂ zur Intensität lsi des Signals, das bei Verwendung eines modulierten Bezugsstrahls und ohne Objektstrahl erhalten wird, beträgt:

9 stellt das dar, das im Interesse ist.

45

'S2

'si

2A₁

1/2

nl_Rl2

= -^ττπτζ-· (10)

A₅ =

Durch Einsetzen der Gleichungen 3 und 1 in Gleichung 5 ergibt sich:

Γ Α Ί¹'²
A_s = [HJaCOS²X]¹'² + -f - (6)

Mit typischen Werten von n=10² und k=4 ist die theoretisch mögliche Signalverstärkung zwanzigfach. Dies stellt für die infragekommenden Verfahren eine außerordentlich erhebliche Verbesserung dar.

Wenn es erwünscht ist, braucht das durch den ersten Summanden der Gleichung 9 wiedergegebene Signal nicht unberücksichtigt zu bleiben, vielmehr kann es rückgewonnen und zu dem durch den dritten Summanden der Gleichung 9 wiedergegebenen Signal addiert werden. Das dafür zusätzlich benötigte Schaltungselement ist ein Hoch-Paß- oder Band-Paß-Fflter, das auf die Frequenz 2f_o eingestellt ist Der Betrag, um den sich die gesamte Signalstärke dadurch erhöht, beträgt beim (5) oben angegebenen Beispiel ungefähr 10%.

Amplitudenmodulation kann in der in Fig.4 dargestellten Art erreicht werden. Das kohärente Licht passiert einen Polarisationsmotor 60, dessen Aufgabe darin besteht, eine rotierende, linear polarisierte Welle zu erzeugen. Es gibt verschiedene Bauteile, die für den Rotator 60 zum Einsatz gelangen können. Zum Beispiel

23

kann eine Faraday-Zelle verwendet werden. Eine zweite Möglichkeit zum Erzeugen der rotierenden polarisierten Welle besteht in einer rotierenden Halbwellenplatte.

Die durch das Bauteil 60 erzeugte Ausgangswelle wird einem Analysator 62 zugeführt. Letzterer besteht aus einem Polarisator, der in seiner Position festgelegt bleibt. Demgemäß erzeugt der Analysator eine Ausgangswelle, die in ihrer Amplitude in Übereinstimmung mit der Richtung der Polarisationsebene der Eingangswelle variiert.

Eine Modulation der Bezugswelle kann ebenfalls erreicht werden, und zwar in der in F i g. 6 dargestellten Weise. Dabei wird ein mechanischer Verschluß 70, der aus einer mit einer oder mehreren öffnungen versehenen Scheibe besteht, während des Lesens in den Strahlengang des Bezugsstrahls gebracht. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt die Scheibe zwei ausgeschnittene Segmente und wird durch einen Motor 71 kontinuierlich gedreht. Die auf diese Weise erreichte Modulation wird im Rahmen dieser Ausführungen als »Intensitäts-«Modulation bezeichnet. Mit einem Modulator dieser Art ergibt sich die Amplitude der Bezugswelle zu

wobei p(t) die für die Ausdehnung einer Rechteckwelle geltende Fourier-Reihe bedeutet.

Bei der Verwendung sowohl eines hinsichtlich seiner Intensität modulierten Bezugsstrahls (erzeugt gc-^ß Fig.6) als auch eines zweiten, dem Weg des Objektsfahls folgenden Strahls ergibt sich die Amplitude des detektierten Signals während des Lesevorgangs zu

A₅ =

(nI_RY'²p(t)

1/2

(12)

während die Intensität des /sdes detektierten Signals

/_s = V= nl_Rp(t) + -£- + 2/_r K- P(O (13)

1/2

beträgt.

In Gleichung 13 entspricht der erste Summand der sich aus dem dem Weg des Objektstrahls folgenden Strahl (der rekonstruierten Objektwelle) ergebenden Komponente, während der zweite Summand das Bild des ursprünglichen Objekts und der dritte Summand das verstärkte Signal verkörpern. Es muß darauf hingewiesen werden, daß hierbei das verstärkte Signal dieselben Frequenzkomponenten besitzt, wie das Signal des ersten Summanden, so daß die Signale gemäß dem ersten und dritten Summanden beide die Filter 52 passieren. Es sei auch darauf hingewiesen, daß im ersten Summanden der Gleichung 13 der Ausdruck p(t) denselben Wert wie [pftfl² besitzt, da die Grenzen der Rechteckwelle (durch den rotierenden Verschluß erzeugt) als 1 und 0 angenommen wurden; aus diesem Grunde wurde das Rechteckzeichen in diesem Ausdruck weggelassen.

Mit einem Signal, wie es durch die Gleichung 13 definiert ist, kann der Detektoranordnung 56 gemäß Fig.l ein Hoch-Paß-Filter 52 zum Detektieren sämtlicher Komponenten, einschließlich der Harmonischen, des verstärkten Signals nachgeschaltet werden, oder die Filter 52 können, wie zuvor, als Bandfilter ausgelegt sein, die auf eine Komponente des verstärkten

Signals eingestellt sind. Unter der beispielhaften Annahme des letztgenannten Falles ergibt sich die Intensität /5 des detektierten Signals bei modulierender Signalfrequenz/Όzu:

• (14)

Bei angenommenen Werten von n=\0~² und k=A beträgt die erreichte Verstärkung gegenüber dem Fall, bei dem Modulation angewandt und der Objektstrahl blockiert ist:

2
η ■ —

Jl

= 1 + 10 = 11 .

Daraus ergibt sich, daß die erhaltene Verstärkung nicht so groß wie bei der Amplitudenmodulation gemäß F i g. A, jedoch immerhin noch beachtlich ist. Eine weitere Möglichkeit, die Bezugswelle im Rahmen der vorliegenden Erfindung zu modulieren, besteht in der Phasenmodulation. Eine für Phasenmodulation geeignete Anordnung ist in F i g. 5 dargestellt. Sie besteht aus einem vibrierenden Element, das an dem Spiegel 20 befestigt ist, um diesen in Richtung der Pfeile 74 zu bewegen. Der Effekt dieser Bewegung besteht in der Veränderung der Länge des von der Bezugswelle durchlaufenen Weges um eine geringfügige Distanz, z. B. ein Teil eines Mikron. Eine besonders einfache Art, diese Bewegung zu erreichen, ergibt sich bei Verwendung eines piezoelektrischen Kristalls 76, der unter dem Einfluß eines elektrischen Modulationssignals, das an einem Eingang 78 angelegt wird, zu oszillierenden Bewegungen angeregt wird. Es gibt mehrere andere mögliche Alternativen. Zum Beispiel kann der Spiegel an einem in einer Spule angeordneten magnetischen Stab befestigt sein, wobei der Stab durch ein an die Spule angelegtes Wechselsignal zu Oszillationsbewegungen angeregt wird.
Eine zweite Möglichkeit der Phasenmodulation ist in F i g. 7 dargestellt. Die dafür geeignete Vorrichtung besteht aus einer transparenten Scheibe 80, die im Strahlengang des Bezugsstrahls untergebracht ist, und kontinuierlich durch einen Motor 82 rotiert wird. Die Dicke der Scheibe ist unterschiedlich, so daß die Länge des Weges, den der Bezugsstrahl durch die Scheibe nimmt, ebenfalls variiert Dadurch ergibt sich eine Änderung der vom Bezugsstrahl durchlaufenen Weglänge bei einer der Motorgeschwindigkeit proportionalen Frequenz.

Bei Anwendung eines Phasenmodulators gemät F i g. 5 und 7 ergibt sich die Amplitude As de: detektierten Signals bei Verwendung zweier Strahlet zum Lesen, wobei der eine der modulierte Bezugsstrah und der andere ein dem Weg des Objektstrahl!

folgender Strahl ist, zu

(16)

wobei: j = V— 1 .

Die Intensität Is des Signals, das erzeugt wird, wen sowohl der Objektstrahl als auch der phasenmoduliert

709 508/3

Bezugsstrahl beim Lesen eines gespeicherten Hologramms verwendet werden, beträgt:

Im Falle einer phasenmodulierten Bezugswelle beträgt die gesamte detektierte Amplitude:

/_s = A² = nI_R + ^-

-- cos (cos2χ). _r A_s = (ψ)

(17)

In diesem Fall kann ein Hoch-Paß-Filter für alle oberhalb f_o liegenden Frequenzen benutzt werden, um das verstärkte Signal zu detektieren.

Im Falle eines phasenmodulierten Bezugsstrahls ist ein direkter Vergleich zwischen der Signalintensität bei Verwendung des Bezugsstrahls allein und der Signalintensität bei Verwendung des Bezugsstrahls und eines zweiten Strahls, der dem Weg des Objektstrahls folgt, nicht bedeutungsvoll. Der Grund liegt darin, daß sich bei Verwendung lediglich eines phasenmodulierten Bezugsstrahls zum Lesen keine besonderen Unterschiede zu der Verwendung eines unmodulierien Bezugsstrahls ergeben. Jedoch kann das vorliegende Verfahren mit der Verwendung lediglich eines Bezugsstrahls mit modulierter Amplitude verglichen werden. Es kann gezeigt werden, daß die während des Lesens bei Verwendung eines phasenmodulierten Bezugsstrahls und eines zweiten Strahls, der dem Weg des Objektstrahls folgt, erhaltene Verstärkung gegenüber der Verwendung lediglich eines amplitudenmodulierten Bezugsstrahls einen Faktor von 20 besitzt, wie im zuerst diskutierten Beispiel.

Bei einer erprobten Vorrichtung wurde die Phasenmodulation durch Stoßerregung des Spiegels, der dadurch mit einer in die Richtung des Pfeils 74 (F i g. 5) fallenden Komponente zu Vibrationsbewegungen gebracht wurde, erzeugt. Die Intensität Is des Lesesignals, die bei Verwendung für den Lesevorgang sowohl des phasenmodulierten Bezugsstrahls als auch des Objektstrahls erhalten wurde, war 15,4 mal intensiver als das Signal, das sich bei Verwendung lediglich eines unmodulierten Bezugsstrahls ergab.

Im praktischen Einsatz hängt die Wahl der Modulationsart von einer Anzahl von Faktoren ab. Zum Teil hängt sie von der Handhabung der Modulation ab, d. h. ob es in einer bestimmten Vorrichtung einfacher ist, physikalisch eine Amplituden- oder Phasen-Modulation einzuführen. Sie hängt auch von der durch das Hologramm zwischen die Bild- und Objekt-Welle eingeführten Phasenverschiebung ab. Es sei beispielsweise der Fall angenommen, bei dem die Objekiwelle bezüglich der Bildwelle eine Phasenverschiebung Φ\ besitzt Dann kann die insgesamt detektierte Amplitude (im Falle einer Amplitudenmodulation) folgendermaßen ausgedrückt werden:

= { e"'*> (n I_rf¹² e-^J*>-*> cos wt + (jfj Ji

(20)

(21)

wobei Φο die Phasenmodulation und Φι die zufolge des Hologramms sich ergebende Phasenverschiebung ist. Die detektierte Intensität beträgt dann:

I₅ = A_SA*_S = nl_r + L· + 2I,(jf²

I / η \^il2

cos (Φ_ι-Φ₀ cos wt) = nl_r + γ + 2/_r l-r-J

{cos Φ, cos (Φ_ο cos wt) + sin Φ₁ sin (Φ_ο ^cos ^wt)} ■

Somit ergibt sich bei jeder Phase Φι ein verstärktes Signal. Wenn Φ\ = π, dann ist das Signal

35

21, (j\ sin (Φ_ο coswt) (23)

und wenn Φ, = O, dann ist es:

21, (-γ-) cos (Φ_ο sin wt). (24)

A_s = (nI_Rf'² coswt + 7 e'*¹.

Die detektierte Intensität beträgt dann:

#_r

_f2/r

Sofern, aus verschiedenen Gründen, Φι=π (oder cos Φι=0), dann ergibt sich kein detektiertes verstärktes Signal.

Für Werte 0<Φι<π gilt das obige allgemeine Ergebnis. Somit ist die Phasenmodulation der Bezugswelle in Situationen, in denen die relative Phase zwischen Bild und Objekt 90° beträgt (z. B. ein Phasenhologramm) oder in denen wegen mechanischer Vibration die relative Phase Verschiebungen von 90° erreichen kann, die bevorzugte Art des Betriebes.

Bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung werden während des Lesens eines gespeicherten Hologramms zwei Strahlen verwendet, wobei einer dem Weg des Bezugsstrahls und der andere dem Weg des Objektstrahls folgt und nur einer der

Strahlen moduliert wird. Es ist jedoch auch möglich, bei Strahlen bei verschiedenen Frequenzen zu modulieren. Dies kann beispielsweise mit einer Anordnung gemäß Fig. 6 unter Verwendung von zwei Scheiben unterschiedlicher Form (beispielsweise eine mit zwei und die andere mit vier Ausschnitten) erfolgen, die mit gleicher Geschwindigkeit betrieben werden, oder durch Verwendung zweier Scheiben mit gleicher Kontur, jedoch mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten angetrieben, oder mit einer Anordnung gemäß Fig.5, bei

der piezoelektrische Elemente bei unterschiedlichen ^₁ Frequenzen betrieben werden. (Andere Modifikationen auf Basis der Anordnung gemäß Fig.4 und 7 sind (19) ebenfalls möglich). Das Ausgangssignal kann dann bei der Differenz- (und/oder Summen-)Frequenz der zwei

modulierten Signale detektiert werden. Diese Modifikation ist in F i g. 1 durch den gestrichelt dargestellten Block 50a schematisch gezeigt

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Lesen eines Hologramms, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Strahlen auf das Hologramm gerichtet werden, von denen einer dem Weg des Bezugsstrahls und der andere dem Weg des Objektstrahls folgt, und daß mindestens einer der Strahlen moduliert wird.

2. /erfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Strahlen amplitudenmoduliert wird.

3. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Strahlen phasenmoduliert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Strahlen intensitätsmcduliert wird

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Modulationskomponente des durch die beiden Strahlen rekonstruierten virtuellen Bildes detektiert wird.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch Einrichtungen, mit denen die beiden Strahlen derart auf das Hologramm gerichtet werden, daß ein Strahl dem Weg des Bezugsstrahls und der andere dem Weg des Objektstrahls folgt, durch Modulationseinrichtungen für einen der beiden Strahlen, und durch Detektiereinrichtungen für mindestens eine Modulationskomponente des durch die beiden Strahlen rekonstruierten Bildes.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch zusätzliche Einrichtungen zum Modulieren des anderen Strahls bei einer Frequenz, die von der für die Modulation des anderen Strahls vorgesehenen verschieden ist.