DE2346970A1 - Holographieeinrichtung - Google Patents

Description

Patentanwälte Dfp!.-Ing. R. B :ϊ E T Z aeiW Dlpl-lnn. K. LA.VI.^rCECHI*

Dr.-Ing. Pi. Q e£ E r Z Jr. • Mtn.ti.n22, StMnadorfetr.1·

23A697Q

81-21.4O8PC21.4O9H) 18. 9. 1973

HITACHI, LTD., Tokio (Japan)

Holographieeinrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Holographieeinrichtung, bei der dreidimensionale Information als Hologramm auf einem Aufzeichnungsträger aufgezeichnet wird, und insbesondere auf eine Hologrammaufnahmeeinrichtung, bei der zur Hologrammaufnahme die für die Informationserkennung kleinstmögliche Informationslichtmenge von der dreidimensionalen Information abgetastet wird.

Es ist bekannt, daß für die Aufzeichnung dreidimensionaler Information holographische Techniken benutzt werden, diese sind

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jedoch, nicht in jedem Fall anwendbar, da sich "bei holographischen Techniken eine Reihe von Beschränkungen ergibt: Die Ausdehnung eines Objekts oder Gegenstandes muß so weit begrenzt sein, daß das Objekt von einem Laserbündel beleuchtet werden kann; das Objekt sollte ortsfest sein; eine photographische Aufnahme des Objekts muß in einer Dunkelkammer gemacht werden. Um die Nachteile herkömmlicher holographischer Techniken zu überwinden, wurde eine als zusammengesetzte Holographie bezeichnete Technik vorgeschlagen.

Eine diese Technik benutzende bereits entwickelte Einrichtung wird in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben.

Ein dreidimensionales Objekt wird zuerst bei üblicher Beleuchtung, beispielsweise natürlichem Licht, in einer Anzahl verschiedener Sichtungen photographiert, und dadurch ergibt sich eine Anzahl photographischer Pilmabschnitte, auf denen zweidimensional e Bildinformation aufgenommen ist. In Pig. I ist zu sehen eine Anzahl Filmabschnitte 1', 1", . ₀., I^ , mit

K = positive ganze Zahl größer als zwei.

Zuerst wird ein erster Filmabschnitt 1' von einer Laserlichtquelle 2 beleuchtet. In der Nähe des Films ist eine beispielsweise aus Mattglas bestehende Mattscheibe 3 angeordnet, die bewirkt, daß die den Filmabschnitt I¹ durchsetzende Laserstrahlung in eine gestreute Lichtwelle 13 umgewandelt wird, wodurch eine im wesentlichen gleichmäßige Orientierung auf einen Aufzeichnungsträger 7 erreicht wird. Es ist zu beachten, daß eine Referenzlichtwelle 4-, die mit der gestreuten Lichtwelle 13 kohärent- ist, ebenfalls im wesentlichen gleichmäßig auf den Aufzeichnungsträger 7 gerichtet ist, und zwar unter einem vorgegebenen Winkel dazu. An einer Stelle des Aufzeichnungsträgers 7 an der Seite des Films ist ein beweglicher Spalt 5 vorgesehen, und nur auf diesem werden Hologramme ge-

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bildet, die sich, aus der Interferenz der gestreuten Lichtwelle 15 mit der Referenzlichtwelle 4 ergeben.

Der photographische PiIm wird in Richtung eines Pfeils derart verschoben, daß die Filmabschnitte 1', 1", ..., j.**"' aufeinanderfolgend erscheinen zur Aufnahme von Hologrammen 6', 6", ···, 6^ ' entsprechend der Verschiebung des Spaltes 5 in Richtung eines Pfeils. Es ist offensichtlich, daß das Hologramm 6¹ dabei die zweidimensionale Bildinformation des Filmabschnitt s I¹, das Hologramm 6" die zweidimensionale Bildin-

formation des Filmabschnitts 1" und das Hologramm 6^ ' die zweidimensional Bildinformation des Filmabschnitts i^VA"^/ enthält. Auf diese Weise wird eine Anzahl zweidimensionaler Bildinformationen, die von der photographischen Aufnahme des dreidimensionalen Objekts in den verschiedenen Richtungen erhalten wurden, als Hologramme auf dem Aufzeichnungsträger so aufgezeichnet, daß ihre Mitten auf dem Aufzeichnungsträger voneinander getrennt sind. Die gleichzeitige Wiedergewinnung der Hologramme durch Verwendung der Laserlichtwelle ermöglicht es, daß die perspektivische Information des dreidimensionalen Objekts von menschlichen Augen unter verschiedenen Winkeln erkannt wird, je nach der Position der Augen, und zwar mit dem gleichen Effekt, mit dem das Bild des dreidimensionalen Objekts im wesentlichen betrachtet wird.

Fig. 2 zeigt eine Einrichtung zur Wiedergewinnung eines derartigen zusammengesetzten Hologramms, wobei die Bezugszeichen

( N)
6', 6", ..., 6^V ' und 7 die gleichen Elemente wie in Fig. 1

(N) bezeichnen. Laserlichtbündel 8¹, 8", ..., 8^X ' sind auf die jeweiligen Hologramme 6', 6", ..., 6^ ' unter einem Einfallswinkel gerichtet, der gleich dem Einfallswinkel bei der Aufzeichnung der Hologramme ist. Von den jeweiligen Hologrammen reproduzierte Lichtwellen sind mit 9', 9", ..., 9 bezeich-•net. Ein Schirm IO dient als einseitig richtungs-selektiver

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Schirm zum Richten von einfallendem Licht 11 auf eine das einfallende Licht einschließende vertikale Fläche A, von der gestreutes Licht 111 abgestrahlt wird. Es ist bekannt, daß ein derartiger Schirm erhalten werden kann durch Kombination einer Kristallperlwand mit einem Matt- oder Milchglas (vgl. "Three-Dimensional Image Engineering" von Takanori Ookoshi, veröffentl. yon Sangyo Tosho Publishing Co., Ltd., 1972).

Die Anwendung des vorgenannten zusammengesetzten Hologramms ist eine sehr vorteilhafte Technik, durch die sich eine sehr große Informationsmenge ergibt, die bei der Aufzeichnung der Gesamtinformation eines dreidimensionalen Objekts im wesentlichen benötigt wird, verbunden mit einer Abtastung zum Erzeugen der endlichen Anzahl zweidimensionaler Bildinformationen für Hologrammaufzeichnungen; es ist dadurch möglich, dreidimensionale Objekte aufzuzeichnen, beispielsweise Objekte im Freien oder Personen, von denen eine Hologrammaufnahme unter unmittelbarer Beleuchtung durch den Laser nicht möglich ist.

Es ist jedoch bisher keine annehmbare Technik offenbart worden, mit der der Bereich jedes durch 6', 6", .··, 6^ ' dargestellten Hologramms ausreichend klein gemacht werden kann, und dadurch benötigt der Aufzeichnungsträger insgesamt einen sehr großen Bereich, und dies stellt in praktischer Beziehung ein Hindernis dar. Wenn beispielsweise Aufzeichnungen auf einem dreidimensionalen Laufbild-Rollfilm mit den. Filmabschnitten 6¹, 6", ..., 6^ ' in jedem Einzelbild gemacht werden sollen, nimmt

jedes Einzelbild einen Bereich bis zu 20 cm eiii als Kompensation für ein geringes Auflösungsvermögen infolge der angewendeten Technik, was zu einer sehr großen Einrichtung führt, die in wirtschaftlicher Hinsicht nicht praktikabel ist.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Holographieeinrichtung zu schaffen, durch die eine holographische Aufzeichnung von In-

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formation von einem dreidimensionalen farbigen Objekt mit hoher Dichte bewirkt und diese Information mit hoher Dichte wiedergewonnen werden kann.

Bei einer erfindungsgemäßen Holographieeinrichtung wird eine Anzahl zweidimensionaler Bildinformationen, die von einem dreidimensionalen Objekt erhalten werden, das in einer Anzahl von Richtungen betrachtet wird, gespeichert und wiedergewonnen, und Lichtbündel werden im Ansprechen auf die zweidimensionalen Bildinformationen moduliert und in eine Anzahl kleiner Gruppen von Lichtbündeln unterteilt für Hologrammaufzeichnungen mit Hilfe der modulierten und unterteilten Lichtbündel im Zusammenwirken mit einem damit kohärenten Lichtbündel.

Der wesentliche Grund, warum die für Hologramme benötigten Bereiche notwendigerweise bei den herkömmlichen Einrichtungen groß sein müssen, liegt darin, daß versucht wird, als Hologramm die gesamte zweidimensionale Information von den Eilmab-

( Ή)

schnitten I¹, 1", ..., l^{v J} aufzuzeichnen. Bei dem zusammengesetzten Hologramm wird ursprünglich das Abtasten der Information bewirkt durch photographische Aufnahmen des dreidimensionalen Objekts in endlichen Richtungen. Das Prinzip der Erfindung besteht darin, aus dem Information enthaltenden Licht' wiederum unnötige Komponenten zu entfernen und nur die kleinstmögliche erforderliche Informationsmenge aufzuzeichnen bei der Herstellung von Hologrammen der zweidimensionalen Bildinformation.

Zur Durchführung dieses Prinzips werden gemäß der Erfindung Lichtbündel moduliert in Abhängigkeit von der zweidimensionalen Bildinformation, und die so modulierten Lichtbündel werden in eine Anzahl kleiner Gruppen von Lichtbündeln unterteilt für Hologrammaufzeichnungen mit Hilfe der modulierten und unterteilten Lichtbündel, die mit einem damit kohärenten Licht-

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bündel zusammenwirken. Die geringstmögliche notwendige Information wird außerdem in folgender Weise aufgezeichnet: Die Phase der kleinen Gruppen von Lichtbündeln wird in einer mindestens zwei Schritte umfassenden Weise stochastisch verändert; das Informationslicht, das eine Anzahl der zweidimensionalen Bildinformationen enthält, wird durch eine Öffnung eines einstellbaren Spaltes mit Hilfe einer Linse oder eines gewölbten Spiegels auf einen Aufzeichnungsträger fokussiert; und die Energien auf dem Brennpunkt des Informations licht es werden in zueinander getrennter Relation verteilt.

Durch die Erfindung wird also angegeben eine Holographieeinrichtung mit einem PiIm zum Wiedergewinnen eines dreidimensionalen Objekts in Porm von Bildern, von denen jedes unter Betrachtung in jeweils einer einer Anzahl verschiedener Richtungen erhalten wird, mit einer Phasenplatte, die einem Lichtbündel zum Beleuchten jedes der Bilder des Films eine zusätzliche Zufalls- oder stochastisch^ Phase erteilt, einem Abtastgitter zum Unterteilen eines Lichtbündels von der Phasenplatte in eine Anzahl kleiner Gruppen von Lichtbündeln, einem lichtempfindlichen Material und einem Spalt zum gleichzeitigen Abstrahlen des genannten Lichtbündels und eines damit kohärenten Lichtbündels aufeinanderfolgend auf jede Position des lichtempfindlichen Materials.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Pig. 1, eine Darstellung einer herkömmlichen Aufzeichnungseinrichtung für ein zusammengesetztes Hologramm;

Pig,. 2 eine Darstellung einer Wiedergabeeinrichtung für ein zusammengesetztes Hologramm;

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Fig. 3& Darstellungen einer erfindungsgemäßen Hologramm- und 3b aufZeichnungseinrichtung;

Fig. 4 eine Darstellung des Betriebs und der Wirkungsweise einer weiteren erfindungsgemäßen Holographie einrichtung;

Fig. 5a Darstellungen einer erfindungsgemäßen Aufzeich- und 5b nungseinrichtung für farbige Hologramme;

Fig. 6 eine Darstellung, die. durch die Einrichtung von Fig. 5a aufgezeichnete Hologramme in zweidimensionaler Matrixform zeigt; und

Fig. 7 eine Darstellung einer erfindungsgemäßen Wiedergewinnungseinrichtung für ein farbiges Hologramm.

' Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Holographieeinrichtung ist in Figi 3a zu sehen, in der die Bezugszeichen 1', 1", ..., ]Λ^Ν', 2, 4, 5, 6', 6", ..., 6^ und 7 die gleichen Seile wie in Fig. 1 bezeichnen. Bei dieser Ausführungsform wird die Laserlichtwelle 2 durch eine Linse 8 zu einer konvergierenden Liehtwelle geformt, die eine Filmplatte 1' (vgl. Fig. 3b) durchsetzt, auf der die zweidimensionale Bildinformation enthalten ist, und zu einer optischen Achse der Linse auf dem Aufzeichnungsträger 7 verläuft. Bei dieser Ausführungsform durchsetzt das den Film durchsetzende Lichtbündel außerdem eine zweidimensionale matrixähnliche Phasenplatte 9 (vgl. Fig. 3b), die in Spalten und Reihen unterteilt ist und gleichmäßige Bereiche unterschiedlicher Dicke aufweist, die auf der Platte in unregelmäßiger Anordnung vorgesehen sind. Die Phasenplatte selbst ist bereits entwickelt worden, und eine Phasenverschiebung, die auftritt, wenn das Lichtbündel jeden gleichmäßigen Bereich der matrixähnlichen Phasenplatte durchsetzt, wird ganz zufällig gewählt, wobei der absolute Wert der Phasenverschiebung beispielsweise zwei Stufenwerte wie O oder TC annimmt. Nach dem Durchsetzen der

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matrixähnlichen Phasenplatte 9 durchsetzt das Licht ein Git-ter 10 (vgl. Fig. 3b), auf dem kreisförmige Löcher in Matrixform angeordnet sind. Die kreisförmigen Löcher lassen die Lichtwelle durch, die von der Phasehplatte 7 unterteilt ist und einen mittleren Abschnitt jedes gleichmäßigen Bereiches durchsetzt. Anschließend durchsetzt das Lichtbündel den Film 1' und wird eine Information enthaltende Lichtwelle, Man erkennt also, daß das Informationslicht der zweidimensionalen Bildinformation in dem Film I¹, das über keinem kreisförmigen Loch liegt, aus dem Informationslicht entfernt wird. Das heißt, die Information wird abgetastet. Ausgehend von dem Prinzip einer Lochmaske, die bei einer Farbkathodenstrahlröhre in einem Farbfernsehempfänger verwendet wird, kann experimentell in ausreichendem Maß festgestellt werden, daß die erhöhte Matrixanzahl der kreisförmigen Löcher es möglich macht, daß die abgetastete Information bei Betrachtung im Vergleich zur ursprünglichen Information unverändert bleibt. In dieser Beziehung kann also gefolgert werden, daß die zu erhaltende Information desto besser wird, je größer die Anzahl der kreisförmigen Löcher gemacht wird. Die Erhöhung der Abtastlochanzahl relativ zu dem einen gegebenen Bereich umfassenden Film resultiert jedoch in einem kleinen Durchmesser d jedes kreisförmigen Loches. Gemäß einer optischen Theorie ist jedoch festzustellen, daß bei Fokussierung der das kreisförmige Loch mit einem Durchmesser d durchsetzenden Lichtwelle durch eine Linse mit einer Brennweite f der Durchmesser der verteilten bzw, gebeugten Lichtwelle einen effektiven Wert d„. hat, der umgekehrt proportional d ist entsprechend dem folgenden Ausdruck:

d_H = 2,44 - ££- (1)

mit λ = Lichtwellenlänge.

Es ist offensichtlich, daß cU im wesentlichen gleich dem Durchmesser des aufzunehmenden Hologramms ist. Es ergibt sich

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also aus dem obigen Ausdruck, daß es nachteilig ist, den Durchmesser d unnötig klein zu machen. Wenn man schließlich das Auflösungsvermögen des menschlichen Auges in Betracht zieht, so stellt man fest, daß es völlig unnötig ist, den Durchmesser d mit einem Wert festzusetzen, der kleiner ist als die mögliche Auflösungsgrenze der Information. Die Grenze des Auflösungsvermögens wird definiert als ein Abstand von 0,1 mm, wenn die Information von menschlichen Augen betrachtet wird, die von dieser Information einen Abstand von 25 cm haben. Die die kreisförmigen Löcher und den PiIm durchsetzenden kleinen Lichtbündel erhalten die entsprechende zusätzliche Zufallsphase, wodurch an Brennpunkten der Linse keinesfalls irgendein weiteres lokales Spektrum erscheint, d. h. eine Konzentration der Verteilung des Informationslichtes. Daraus kann geschlossen werden, daß ein Hologramm aufgezeichnet werden kann, dessen Bereich so klein ist, wie dies nach der theoretischen Analyse.möglich ist, soweit das Auflösungsvermögen des menschlichen Auges, die Wellenlänge des Laserlichtbündels und die Brennweite der Linse zugrundegelegt sind. Wenn der PiIm -zum Abschnitt 1" verschoben wird, werden die Linse 8 und der Spalt 5 in Richtung des Pfeils um einen Betrag verschoben, der im wesentlichen gleich dem Durchmesser des Hologramms ist, wodurch eine neue Belichtung für die Aufzeichnung des Hologramms 6" bewirkt wird. Anschließend werden die gleichen Vorgänge wiederholt zum Aufzeichnen der Inhalte der zweidimensionalen Bildinformation von dem Pilmabschnitt I^ ' auf das Hologramm 6^ , woraufhin ein Einzelbild des zusammengesetzten Hologramms fertig ist.

Im folgenden wird quantitativ die erfindungsgemäße Einrichtung erläutert.

Dreißig Platten zweidimensionaler Bildinformation, die von der photographischen Aufnahme eines dreidimensionalen Objekts

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in seitlicher Richtung um dieses herum unter verschiedenen Winkeln unter einem Sehwinkel von 60 erhalten wurden, werden auf Filmstreifen einer Größe von etwa 50 χ 50 mm aufgenommen. Diese Filmstreifen werden dem Gitter überlagert, auf dem 500 χ 500 kreisförmige Löcher mit einem Durehmesser von 0,1 mm eng nebeneinander in Matrixform angeordnet sind, und dann der Phäsenplatte überlagert, die aus einem Ceroxidfilm auf einem Glassubstrat besteht und so ausgebildet ist, daß 500 χ 500 gleichmäßige Bereiche auf ihr in zufälliger Anordnung entsprechend einer stochastischen Zahlentabelle derart angeordnet sind, daß die Lichtwelle eine zusätzliche Phase von 0 oder TC erhält. Die Lichtwelle wird von einer Linse einer Brennweite von 75 mm auf den im Brennpunkt der Linse liegenden Aufzeichnungsträger, beispielsweise Dichromatgelatine, fokussiert zum Aufzeichnen des Hologramms unter Interferenz des Objektlichtes mit einem dieses unter einem Winkel von etwa 30° schneidenden Referenzlichtbündel. Als Laser kann ein Helium-Cadmium-Laser der Wellenlänge von 442 mn benutzt werden. In diesem Fall hat jedes Hologramm einen Durchmesser von 0,8 mm. Dreißig Hologrammplatten werden aufgenommen, entsprechend den dreißig Platten zweidimensionaler Bildinformation. Durch Anordnung dieser Platten in einer Linie erhält man schließlich eine Platte mit einem Bereich von 24 x 0,8 mm, auf der die genannte dreidimensionale Information aufgezeichnet ist. Die Größe dieses Bereichs beträgt- etwa l/lOO der Größe des eingangs genannten bekannten Systems, wodurch nicht nur eine wirtschaftliche Ausnutzung des Aufzeichnungsträgers, sondern auch eine Miniaturisierung und wirtschaftliche Ausnutzung der Einrichtung möglich ist.

Im folgenden wird eine weitere, bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Bei der vorher beschriebenen Ausführungsform wird die zweidimensionale Bildinformation durch die Phasenplatte unterteilt, und außerdem wird das Gitter mit den

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in gleichmäßigen Abständen angeordneten kreisförmigen Löchern dazu benutzt, einen Teil der Bildkomponenten aus der Bildinformation zu entfernen. Es gibt jedoch einen Fall, v/o die Verwendung entweder des G-itters oder der Phasenplatte ausreicht. Beispielsweise wird bei Verwendung ausreichend kleiner gleichmäßiger Bereiche der Phasenplatte bewirkt, daß die Energie des Informationslichtes in der Nähe des Linsenbrennpunktes in Form eines Sterns (vgl. Fig. 4) verteilt wird, wenn der zweidimensionalen Bildinformation die zusätzliche zufällige Phase in der Matrixform erteilt wird. Wenn das Hologramm derart gespeichert wird, daß der Hologrammbereich auf einen innerhalb des Sterns befindlichen Kreis begrenzt ist, wie in Fig. 4 gestrichelt angedeutet ist, dann kann die Information auf den vier Ecken am Rand jedes durch die Unterteilung in der Matrixform erhaltenen gleichmäßigen Bereichs nicht mit dem gleichen Effekt wiedergewonnen werden wie bei Verwendung des kreisförmigen Loches.

Bei den Ausführungsbeispielen der Erfindung werden die Filmstreifen, auf denen photοgraphische Aufnahmen des dreidimensionalen Objekts in einer Anzahl verschiedener Richtungen aufgenommen sind, als Originalbild benutzt, von dem das zusammengesetzte Hologramm erzeugt wird, es ist jedoch offensichtlich, daß bei Benutzung der Erfindung uneingeschränkt anstelle der unmittelbaren Verwendung der genannten Filmstreifen auch sekundäre Filmstreifen als Originalbild verwendet werden können, die durch Umwandlung erhalten werden wie beispielsweise optische Vergrößerung, Verkleinerung und Projektion; auch jedes andere dazu äquivalente Aufzeichnungs- und Wiedergabemittel kann verwendet werden.

Im vorhergehenden wurde die Erfindung nur in bezug auf ein schwarzweißes dreidimensionales Objekt mit heller und dunkler 'bildlicher Darstellung beschrieben, die Erfindung ist jedoch

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nicht darauf beschrankt, sondern kann auch bei einer Holographieeinrichtung zum Aufzeichnen und Wiedergewinnen eines Farbbildes Anwendung finden.

Bisher ist noch keine Technik vorgeschlagen worden, wie Farbinformation in die Hologramme 6', 6", ..., 6-^ ' zur Bildung eines dreidimensionalen Farbbildes aufgenommen werden könnte. Insbesondere, wenn diese Technik bei der Unterbringung dreidimensionaler Bildinformation auf engem Haum Anwendung findet, ist es erforderlich, die gesamte ein Einzelbild betreffende Information so dicht wie möglich derart auf dem Aufzeichnungsträger zu speichern, daß der effektive Bereich des Aufzeichnungsträgers so klein wie möglich wird.

Gemäß der Erfindung wird eine diese Forderung erfüllende Holographieeinrichtung geschaffen.

Das erfindungsgemäße Prinzip zum Aufzeichnen und Wiedergewinnen derartiger dreidimensionaler Färbinformation ist wie folgt: Jede einer Anzahl von Platten zweidimensionaler Farbbildinformation, die erhalten werden durch photographische Aufnahmen des dreidimensionalen Objekts in einer Anzahl von Richtungen, wird auf dem.Aufzeichnungsträger so angeordnet, daß -eine Gruppe von drei Hologrammen gebildet wird, deren Mitten getrennt voneinander liegen. Das heißt also, die Information roter, blauer und grüner Komponenten wird in entsprechende Hologramme umgewandelt, deren Mitten getrennt voneinander und einander benachbart angeordnet sind. Ein Satz dieser drei Hologramme wird entsprechend den bekannten Hologrammen 6·, 6", ..., 6 ^ ' von Fig. 1 angeordnet. Bei der Wiedergewinnung der Hologramme wird eine Anzahl von Hologrammsätzen auf einem richtungsselektiven Lichtverteilungsschirm gleichzeitig wiedergegeben. Unter Beachtung des jedes Hologramm durchsetzenden reproduzierten Lichtes in Richtung auf einen Punkt eines wie-

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derzugebenden Bildes heißt dies, daß die Benutzung des richtungsselektiven Lichtverteilungsschirmes bewirkt, daß das reproduzierte Licht in der gleichen Ebene wie das gestreute Licht von dem Lichtverteilungsschirm existiert. Dies bedeutet, daß das reproduzierte Licht rückwärtsgerichtet wird in einer Richtung parallel zu einer vorgegebenen Achse auf dem Schirm und in einer axialen Richtung gestreut wird, die zu der vorgegebenen Achse senkrecht verläuft. Dies gestattet es, daß die Farbinformation des aus drei Hologrammen bestehenden Satzes von dem Beobachter in Superposition betrachtet werden kann, ohne daß irgendwelche Hindernisse auftreten beim Synthetisieren eines räumlichen Bildes durch Anordnung dieser Hologrammgruppen in einer Anzahl von Hologrammsätzen.

Auf der Basis des vorstehenden Prinzips wird nunmehr ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.

Pig. 5a zeigt eine Anordnung einer erfindungsgemäßen Hologrammaufzeichnungseinrichtung* Auf einem Einzelbild 14 eines Filmstreifens ist eine einer Anzahl von Platten zweidimensionaler Farbbildinformation aufgezeichnet, die durch photοgraphische Aufnahmen des dreidimensionalen Objekts in einer Anzahl verschiedener Richtungen erhalten wurde. Dem Einzelbild 14 ist ein Abtastgitter 15 zum Bewirken einer Informationsabtastung überlagert (vgl. Fig. 5b) mit einer mehr als eine halbe Periode betragenden Schrittweite entsprechend einem gewünschten Auflösungsvermögen. Weiter ist eine lichtdurchlässige Phasenplatte 16 überlagert, die dem jeden Abtastbereich durchsetzenden Lichtbündel eine zufällige zusätzliche Phase erteilt. Eine dem Einzelbild 14, dem Gitter 15 und der Platte 16 eng benachbarte Einrichtung ist auf einem optischen Weg angeordnet, entlang dem Laserlichtbündel mit den drei Grundfarben 12R (rot), 12G (grün) und 12B (blau) durch eine Linse 13 fokussiert werden. Die Mitte der Linse ist wie folgt ver-

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setzt angeordnet: an einer Position 13R bei Beleuchtung eines Einzelbildes 14 durch das Bündel 12R; an einer Position 13G-bei Beletichtung eines Einzelbildes 14 durch das Bündel 12G-; und an einer Position 13B bei Beleuchtung eines Einzelbildes 14 durch das Bündel 12B. Die die Linse, das Abtastgitter 14 und die lichtdurchlässige Phasenplatte 16 durchsetzenden La-· serlichtbündel v/erden zu konvergierenden Lichtbündeln 17R, 17G und 17B und werden so auf den Aufzeichnungsträger 7 gerichtet, daß ihre Mitten voneinander getrennt einander benachbart liegen. Diese Laserbündel werden zur Interferenz gebracht mit damit kohärenten Referenzlichtbündeln 18R, 18G- und 18B, wodurch auf dem Aufzeichnungsträger 7 die Hologramme 19R, 19G und 19B (vgl. Pig. 5b) gebildet werden. In diesem Pail ist der Durchmesser d^-. (i = R, G, B) jedes Hologramms durch den folgenden Ausdruck gegeben:

f X .

^dHi ^{= 2}'⁴⁴ ' "d~^ ⁽²⁾

mit Λ· = Wellenlänge des Lichtbündels (i = R, G, B), f = Abstand des die zweidimensional Bildinformation

enthaltenden Einzelbildes 14 vom Aufzeichnungsträger, d = Durchmesser eines Loches in dem Abtastgitter.

Der Wert von d^-. zeigt, daß ein Grenzwert existiert bei Durchführung einer optischen Verkleinerung eines Einzelbildes des zweidimensionalen Bildes bei dichter Anordnung auf einem gegebenen Bereich, und es gibt kein Verfahren, die Information über diesen Grenzwert hinaus noch dichter anzuordnen. Angenommen, f = 150 mm, Λ . = 0,5 >um, d = 100 yum, dann ist drr. =1,8 mm. Dementsprechend gestattet die Anordnung der Hologramme 19R, 19G- und 19B einander benachbart, daß die lange Seite eines Hologrammsatzes etwa 6 mm klein sein kann.

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Die beschriebenen Vorgänge werden durchgeführt relativ zu dem aus einer ersten Richtung photographierten Bild und dann relativ zu aus einer zv/eiten bis η-ten Richtung photographierten Bildern, wobei jedesmal das Einzelbild 14, das die zweidimensionaleBildinformation enthält, durch ein weiteres Einzelbild ersetzt wird und der Hologrammaufzeichnungsträger 7 entsprechend um einen vorgegebenen Betrag verschoben wird in einer zur Fläche der Zeichnung senkrechten Richtung. Die N-malige Wiederholung dieser Vorgänge resultiert in der Bildung einer zweidimensionalen Matrixanordnung gemäß Pig. 6.

Die Hologramme 19^¹' bis 19_± (i = E, G, B) liegen nicht notwendigerweise in der Zeichenebene, sondern können derart umgeordnet werden, daß sie auf einem Teil einer zylindrischen Fläche liegen. Vorzugsweise sind sie jedoch derart angeordnet, daß eine Fläche B. (i = R, G, B) mit einer Kurve, die die Mitten der Hologramme miteinander verbindet, unter einem rechten Winkel eine Gerade schneidet, die die Mitten der Hologramme 19R, 19G und 19B verbindet. Der Grund hierfür wird verständlich bei Bezugnahme auf eine erfindungsgemäße Einrichtung zur Wiedergewinnung eines dreidimensionalen Bildes (vgl. Fig. 7).

Fig. 7 zeigt eine erfindungsgemäße Einrichtung zur Wiedergewinnung einer dreidimensionalen Bildinformation zur Bildung eines dreidimensionalen Farbbildes.

Die Hologramme 19R^, ..., 19R^, 19G^, ..., 19G^ und

19B^^N' werden von den Laserlichtbündeln 23R^ ^{() () ()}

⁽⁾ 23G⁽¹⁾, ..., 23G^(N) und 23B^(l), ...₉23B^W wiedergegeben und strahlen die reduzierten Idchtwellen 20R^ ',

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2OR^(N), 20G^(l), ..., 2OG^(N) und 20B^(l), ..., 2OB<^N> ab.

Die reduzierten Lichtwellen werden auf dem auf einer Fläche angeordneten Schirm 10 abgebildet, auf den sie fokussiert werden und der eine einseitig richtungsselektive reflektierende Fläche besitzt. Zur Vereinfachung der Beschreibung soll angenommen werden, daß der Schirm vertikal angeordnet ist. Es werden nun die wiedergegebenen Lichtbündel 22R^ '. 22G^ / und 22b'' betrachtet, die von den Hologrammen 19R^¹ , 19G- und 19B^ ' auf einen Punkt 21 auf dem Schirm abgestrahlt werden. Wenn man ausgeht von einer Fläche A (auf der die reproduzierten Lichtbündel 22R^¹', 22G^¹' und 22B^¹' zu gestreuten Bündeln 121R, 121G und 121B gestreut werden), die die Lichtbündel enthält, und von einer vertikal zur Schirmoberfläche den Punkt 21 durchsetzenden Geraden und wenn die einseitig richtungsselektive reflektierende Oberfläche des Schirms so gewählt ist, daß sie das Licht im wesentlichen auf die Fläche A reflektiert, dann spielt das von einem Satz von drei Hologrammen wiedergewonnene Bild die gleiche Rolle wie- eines der Einzelbilder 6^!, 6", ···, 6* ' in Fig. 2, wobei zusätzlich noch das Farbbild wiedergewonnen wird. Insoweit diese Bedingungen gewährleistet sind, erhält die dreidimensionale Information, die von der Holographieeinrichtung zur Wiedergewinnung eines zusammengesetzten Hologramms gemäß Fig. 2 wiedergegeben wird, die Farbe durch die Gesamtwiedergabe der Hologramme 19. , ..., 19_± ^(N) (i = R, G, B).

Die Entwicklung einer derartigen dreidimensionale Information aufzeichnenden und wiedergewinnenden Einrichtung zur Bildung des dreidimensionalen Farbbildes führt dazu, daß ein herkömmlicher Diaprojektor ersetzt wird durch einen Satz drei extrem kleiner Hologramme, deren Informationsspeicherbereich außerordentlich verkleinert ist (etwa 1/50 bis 1/100 Verkleinerung gegenüber bisher). Dies eröffnet neue Möglich- _

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keiten für dreidimensionale Filmaufnahmen oder beim dichten Packen von Bildinformation.

Bei den erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen xvird zur Wiedergewinnung der Information beispielsweise laserlicht verwendet; dabei kann ein rotes Laserlichtbündel von einem Krypton- oder Helium-Neon-Laser erzeugt werden, ein grünes laserlichtbündel von einem Argon-Laser oder einer sekundären höheren Harmonischen eines YAG-Lasers und ein blaues Laserlichtbündel von einem HeIium-Cadmium- oder Argon-Laser. Dies sind jedoch nur Beispiele, und es können nicht nur solche Lichtwellen verwendet werden, die von JFarbelemente enthaltenden Lasern oder Halbleiterlasern erzeugt werden, sondern auch Lichtwellen von ein Monospektrum aussendenden Lampen großer Helligkeit, wie z. B. Quecksilberlampen, Xenonlampen oder Jodlampen.

Weiter ist es offensichtlich, daß die gleichzeitige Wiedergewinnung einer Anzahl von Hologrammsätzen zwar üblich ist, daß jedoch deren zur gleichen Zeit erfolgende Beleuchtung dadurch möglich sein kann, daß ein Eestbildeffekt des bloßen Auges des Betrachters ausgenutzt wird.

Dies bedeutet, daß die gleichzeitige Wiedergabe derart bewirkt wird, daß ein von jeder roten, grünen und blauen Wiedergabelichtquelle (nicht gezeigt) ausgesandtes Lichtbündel auf jedes der drei parallel angeordneten Hologramme abgestrahlt wird mittels einer Anzahl von Strahlenteilern. Andererseits wird die gleichzeitig erfolgende Wiedergabe derart bewirkt, daß das rote, das grüne und das blaue Lichtbündel auf jedes der drei parallel angeordneten Hologramme abgestrahlt werden mittels eines Drehspiegels (nicht gezeigt).

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Claims (9)

1. Patentans ρ r ü ο h e

   / 1.J Holographieeinrichtung mit Wiedergabemitteln zum Speichern und Wiedergeben eines dreidimensionalen Objekts in Form zweidimensionaler Bilder, deren jedes erhältlich ist durch Betrachtung in jeweils einer von einer Anzahl verschiedenen Richtungen, mit einer Lichtquelle, mit optischen Mitteln zum Eichten eines, von der Lichtquelle abgestrahlten Lichtbündels auf die Wiedergabemittel und mit einem Hologrammaufzeichnungsträger, gekennzeichnet durch Mittel zum Aufteilen eines abhängig von jedem zweidimensionalen Bild modulierten Lichtbündels in eine Anzahl kleiner Gruppen von Lichtbündeln, und Mittel zum gleichzeitigen Strahlen des modulierten und aufgeteilten Lichtbündels und eines damit kohärenten Lichtbündels aufeinanderfolgend auf jede Position des Aufzeichnungsträgers.
2. 2. Holographieeinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel zum Bewirken einer unregelmäßigen Verteilung jeder Phase der modulierten und unterteilten kleinen Gruppen von Lichtbündeln zur Phasenänderung in mindestens drei Stufen.
3. 3. Holographieeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsniittel aufweisen: eine vor dem Hologrammaufzeichnungsträger (7) angeordnete Platte mit einem beweglichen Spalt (5) zum Fokussieren der modulierten und unterteilten Lichtbündel auf diesen Spalt (5).
4. 4. Holographieeinrichtung mit Wiedergabemitteln zum Speichern und Wiedergeben eines dreidimensionalen farbigen Objekts in Form von zweidimensionalen Farbbildern, deren jedes erhält-

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   lieh ist durch Betrachten in einer Anzahl Terschiedener Hichtungen, gekennzeichnet durch eine Farblichtquelle, Mittel 'zum Abstrahlen eines von der Farblichtquelle -ausgehenden Lichtbündels auf das Wiedergabe-, mittel zur Umwandlung jedes einer Anzahl der zweidimensionalen Farbbilder in eine Gruppe von eine rote bzw. eine grüne bzw. eine blaue Komponente aufweisenden Hologrammen, deren Mitten um einen vorgegebenen Abstand voneinander getrennt sind; und einen Aufzeichnungsträger (7) zum Aufzeichnen der durch das Strahlungsmittel erzeugten drei Hologramme.
5. 5. Holographieeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Hologramme auf dem Aufzeichnungsträger (7) parallel zueinander in einer vorgegebenen Richtung des Aufzeichnungsträgers (7) angeordnet sind, und daß eine Anzahl von aus drei Hologrammen bestehenden Sätzen parallel zueinander angeordnet ist auf einer Fläche, die die genannte Richtung im rechten Winkel schneidet.
6. 6. Holographieeinrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine farbige Wiedergabelichtquelle zum Beleuchten einer Anzahl von je aus drei Hologrammen bestehenden Sätzen, und einen Schirm (10), der auf einer Bildfläche angeordnet ist, auf die Wiedergabebilder einer Anzahl von aus drei Hologrammen bestehenden Sätzen fokussiert sind, die erhalten werden bei Beleuchtung durch von der Farblichtquelle abgestrahlte Farblichtbündel, wobei der Schirm Wiedergabelicht, das die drei Hologramme in einer zu einer vorgegebenen Achse auf dem Schirm parallelen Richtung durchsetzt, zurückwirft und das Wiedergabelicht in axialer Richtung senkrecht zu der genannten Achse streut.

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7. 7. Holographj.eeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, 'iai? eine Anrahl von aus drei Hologrammen bestehenden SUtKPTx parallel miteinander in -Rich.tu.nj der vorgegebenen Achse auf dein Gehirn (10) angeordnet ist, und daß jedes der. drei Hologramme eines Satzes parallel zueinander in der axialen Richtung senkrecht zu der Achse angeordnet ist.
8. 8. Holographieeinrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet dtiz'ch Mittel (15) zum Unterteilen eines von der Farblichtquelle abgestrahlten Lichtbündels in eine Anzahl kleiner Gruppen von Lichtbündeln.
9. 9. Holographieeinrichtung nach Ansprucli S, gekennzeichnet durch I'iittel (16) zum Bewirken einer unregelmäßigen" Verteilung jeder Phase der in. kleine Gruppen unterteilten Lichtbündel cur Pha'senrnderung in mindestens drei Stufen.

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