DE2744236A1

DE2744236A1 - Verfahren zur herstellung von holographischen linsen sowie diese verwendendes informationsverarbeitungsverfahren

Info

Publication number: DE2744236A1
Application number: DE19772744236
Authority: DE
Inventors: Bernard P Hildebrand; James T Russell
Original assignee: Individual
Current assignee: Optical Recording Corp
Priority date: 1976-10-01
Filing date: 1977-09-30
Publication date: 1978-04-06
Also published as: JPS56104708U; DE2744236C2; NL7710700A; CA1095754A; FR2366607B1; JPS5344042A; US4133600A; FR2366607A1; GB1559032A

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. H.Weickmann, Dipl.-]

Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

8 MÜNCHEN 86, DEN

POSTFACH 860 820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 3921/22 Eli S-. Jacobs

115 East 86 Street

New York, N.Y., V. St. v. A.

Verfahren zur Herstellung von holographischen Linsen sowie diese verwendendes Informations- verarbeitungsverfahren

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Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Linsen bzw. Objektiven und insbesondere auf ein Verfahren zur Herstellung von Linsen bzw. Objektiven mit einer erweiterten Tiefenschärfe.

In der US-PS 3 501 586 ist ein System zur Speicherung und Wiedergewinnung von Informationen mit extrem hohen Dichten angegeben. Bei einem derartigen System wird das von einer einzigen impulsweise gesteuerten Lichtquelle abgegebene Licht zu einem extrem kleinen Brennpunkt fokussiert, mit dem dann eine optische Abtastbewegung über einem empfindlichen Aufzeichnungsträger ausgeführt wird, und zwar entweder für die Informationsaufzeichnung oder für die Informationswidergabe. Eine Ton- oder Bildinformation kann dabei dadurch aufgezeichnet werden, daß die Analog-Information in eine Digital-Information umgesetzt wird, die zur Modulation der Lichtquelle herangezogen wird, wodurch die Aufzeichnung als Vielzahl von jeweils eine Ziffer darstellenden Punkten bzw. Flecken erscheint, die auf dem Aufzeichnungsträger in hoher Packungsdichte angeordnet sind. Die Positionierung von optischen Elementen und des empfindlichen Aufzeichnungsmediums sind dabei jedoch kritisch im Hinblick darauf, sicherzustellen, daß die Aufzeichnung nicht verschwimmt oder außerhalb des Fokus liegt. Eine geringe Punktgröße für eine Linse oder ein Objektiv oder dgl. bedeutet eine geringe Tiefenschärfe, so daß der Aufzeichnungsträger bzw. das Aufzeichnungsmedium genau festgelegt und weitgehend flach liegen muß , um das Verschwimmen oder Überlappen der aufgezeichneten Information zu vermeiden.

In einem praktischen Fall kann eine Information mit einer

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Abtastscheibe aufgezeichnet werden, die an einer photo- bzw. lichtempfindlichen Platte vorbeigedreht wird, wobei außerdem eine lineare Relativbewegung zwischen der Abtastscheibe und der lichtempfindlichen Platte vorhanden ist. Auf der Abtastscheibe ist eine Vielzahl von mikroskopischen Objektiven angeordnet, deren jedes seinerseits einen Lichtstrahl aufnimmt und einer bogenförmigen Bahn auf der Oberfläche der lichtempfindlichen Platte folgt, wodurch Bahnen aus digitalen Punkten auf einer derartigen Platte aufgezeichnet werden können. Es sei darauf hingewiesen, daß die Brennweite der mikroskopischen Objektive dabei derart ist, daß der Abstand zwischen der Abtastscheibe und der lichtempfindlichen Platte genau festgelegt sein muß.

Holographische Linsen- bzw. Objektivanordnungen sind ebenfalls dazu benutzt worden, mit einem Lichtstrahl eine Abtastbewegung auf einer Aufzeichnung auszuführen, wie zum Zwecke der Aufzeichnung oder Wiedergabe von Informationen auf einem lichtempfindlichen Film oder dgl.. Die holographische Linsenanordnung kann in einem Abtaster derart gedreht werden, daß sie die Bahn eines Lichtstrahls über bzw. auf dem Aufzeichnungselement festlegt bzw. beschreibt. Jede derartige holographische Linsenanordnung wird zweckmäßigerweise in derselben Weise gebildet wie jegliches andere Hologramm, indem ein kohärenter Objektstrahl und ein Bezugsstrahl auf die Stelle gerichtet werden, an der die Linse zu bilden ist, d.h. auf einem photo- bzw. lichtempfindlichen Abtastelement oder einer entsprechenden Scheibe. Das Abtastelement wird entwickelt, um das Interferenzmuster zwischen dem Objektstrahl und dem Bezugsstrahl zu reproduzieren, und sodann ist das Abtastelement imstande, das "Objekt", aus dem das Hologramm gebildet worden ist, optisch zu rekonstruieren. Im Falle der herkömmlichen holographischen Linse würde das "Objekt" in

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geeigneter Weise eine PuEktquelle umfassen, wodurch das resultierende Hologramm zur Rekonstruktion der Punktquelle bei einer gegebenen Brennweite für die Abtastung einer Aufzeichnung führen wird. Wie im Falle eines Ab- · tasters, der mikroskopische Objektive zum Lesen und Aufzeichnen von Punkten verwendet, wäre Jedoch auch der eine holographische Linsenanordnung verwendende Abtaster engen Toleranzanforderungen hinsichtlich der Positionierung und Flachheit der Aufzeichnung ausgesetzt, um die Lieferung einer außerhalb der Brennweite liegenden oder verwaschenen Aufzeichnung oder alternativ die Unfähigkeit, die Aufzeichnung mit Genauigkeit zu lesen, zu vermeiden. Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Aufzeichnung und Wiedergabe einer mit hoher Aufzeichnungsdichte optisch aufgezeichneten Aufzeichnung bereitzustellen. Außerdem soll eine verbesserte optisch aufgezeichnete Aufzeichnung von hoher Aufzeichnungsdichte geschaffen werden. Ferner soll ein verbessertes Verfahren zur Aufzeichnung und zum Ablesen einer digitalen Information bereitgestellt werden, die mit hoher Packungsdichte auftritt. Überdies soll ein verbessertes Verfahren zur Aufzeichnung und Wiedergabe bzw. zum Ablesen einer optisch aufgezeichneten Information bereitgestellt werden, wobei das betreffende Verfahren weniger strenge Toleranzforderungen hinsichtlich der Dimensionierung und Festlegung des Abstands der Vorrichtung und des Aufzeichnungsmediums ermöglichen soll. Schließlich soll ein verbessertes Verfahren zur Aufzeichnung und Wiedergabe einer optisch aufgezeichneten Information bereitgestellt werden, wobei die Flachheit des Aufzeichnungsträgers nicht kritisch sein soll.

Gelöst wird die vorstehend aufgezeigte Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung.

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Gemäß der Erfindung wird eine verbesserte Linsenanordnung, die für Abtastzwecke geeignet ist, dadurch
hergestellt, daß ein Objekt- bzw. Gegenstandsstrahl
und ein Bezugsstrahl erzeugt werden, wobei die beiden
Strahlen sich durch eine kohärente Strahlung auszeichnen. Der Objektstrahl und der Bezugsstrahl werden dabei unter einem Winkel zueinander derart abgegeben, daß eine Schicht eines lichtempfindlichen Materials zur Erzeugung eines Interferenzmusters oder Hologramms in dem betreffenden lichtempfindlichen Material belichtet wird. Der Objektstrahl wird derart abgegeben, daß für die Erzeugung des Interferenzmusters oder Hologramms ein länglicher Brennpunkt als Objekt erhalten wird. Das lichtempfindliche
Material wird entwickelt, um das Interferenzmuster oder Hologramm des Objektstrahls und des Bezugsstrahls zu
reproduzieren. Bei einer besonderen Ausführungsform wird eine holographische Linsenanordnung dadurch erzeugt, daß als Objekt für das Hologramm ein durch eine Axikonlinse geliefertes Axikonbild verwendet wird. Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das Hologramm dadurch gebildet, daß ein Objekt, umfassend einen Lichtpunkt zwischen aufeinanderfolgenden Belichtungen zum Zwecke der Lieferung

wird
eines Multi-Fokus-Hologramms weiterbewegt/. Gemäß einer noch weiteren Ausführungsform umfaßt eine Linse für die Bereitstellung des betreffenden Objektes eine Linse mit einer sphärischen Aberration. In jedem Falle ermöglicht der als Objekt für das Hologramm benutzte längliche
Fokus bzw. Lichtpunkt, das aus dem so gebildeten Hologramm der längliche Lichtpunkt bzw. Lichtfleck in der Nähe eines Aufzeichnungsträgers rekonstruiert wird. Eine derartige, auf einem Abtaster angebrachte holographische Linsenanordnung kann einen länglichen Fokus liefern, der einen Aufzeichnungsträger schneidet, wodurch ein digitaler
Punkt mit einer weitgehend vorgegebenen Größe entweder aufgezeichnet oder abgelesen bzw. wiedergegeben werden kann,

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solange der Aufzeichnungsträger irgendwo längs des länglichen Fokus liegt, der durch die holographische Linsenanordnung reproduziert wird. Dadurch brauchen Herstelltoleranzen bezüglich des Abtasters, der Aufzeichnung und der Halteeinrichtung, die den Abtaster und die Aufzeichnung genau gegenüberliegend hält, nicht so streng zu sein wie im Falle der üblichen Abtastlinsenanordnung. Die Aufzeichnung selbst braucht nicht genau flach zu sein; sie kann vielmehr sogar etwas verworfen sein, ohne daß dies zu einem Verschwimmen in der Aufzeichnung der Information oder zu einer Unscharfe in der abgelesenen bzw. wiedergegebenen Information führt.

Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend beispielsweise näher erläutert.

Fig. 1 zeigt in einer Perspektivansicht und in teilweise weggebrochener Darstellung ein Abtastsystem, wie es für eine digitale Aufzeichnung verwendet wird. Fig. 2 zeigt in einer ausschnittweisen Seitenansicht das in Fig. 1 dargestellte System unter besonderer Veranschaulichung von Einrichtungen zum Ablesen von aufgezeichneten Daten.

Fig. 3 zeigt in einer ausschnittweisen Seitenansicht ein Abtastsystem zur Veranschaulichung eines Verfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zwecks Bildung von holographischen Linsenanordnungen auf einer Abtastscheibe.

Fig. 4 veranschaulicht in weiteren Einzelheiten den Betrieb einer bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 verwendeten Axikonlinse.

Fig. 5 zeigt in einer ausschnittweisen Seitenansicht ein Abtastsystem zur Veranschaulichung eines Verfahrens gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zwecks Bildung einer holographischen Linse auf einer Abtastscheibe.

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Fig. 6 zeigt in einer ausschnittweisen Seitenansicht ein Abtastsystem zur Veranschaulichung eines Verfahrens gemäß einer noch weiteren Ausführungsform der Erfindung zwecks Bildung einer holographischen Linse auf einer Abtastscheibe.

Fig. 7 zeigt in einer ausschnittweisen Seitenansicht ein Abtastsystem zur Veranschaulichung eines Verfahrens gemäß einer noch weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zwecks Bildung einer holographischen Linse auf einer Abtastscheibe.

In Fig. 1 und 2 1st ein Signalaufzeichnungs- und Signalwiedergabesystem dargestellt, mit dessen Hilfe ein Signal in Form einer Vielzahl von digitalen "Punkten" bei extrem hoher Aufzeichnungsdichte aufgezeichnet werden kann. Wie in der oben erwähnten US-PS 3 501 586 angegeben, wird ein Analog-Signal zunächst in ein Digital-Signal unter Ausnutzung einer Analog-Digital-Wandlereinrichtung umgesetzt. Gemäß Fig. 1 kann das erzielte Digital-Signal dazu benutzt werden, einen Laser 10 (durch nicht näher dargestellte Einrichtungen) zu modulieren, um dadurch den Laser zu veranlassen, einen intermittierenden Lichtstrahl durch ein Mikroskopobjektiv 12 und eine Lochscheibe 14 an einen Spiegel einer Reihe von 45°-Spiegeln 16 abzugeben, die auf einer rotierenden Welle 17 nahe einer Scheibe 20 angeordnet sind. Die Scheibe 20 ist ebenfalls an der Welle 17 zur Drehung mit dieser Welle angebracht. Der Strahl wird durch einen Spiegel 16 zu einem zweiten Spiegel 18 hingeleitet, der an der Unterseite der Scheibe 20 nahe deren Umfang angebracht ist, um den betreffenden Lichtstrahl "durch" die Scheibe 20 hindurchzurückzuleiten. Die Scheibe 20 ist in zweckmäßiger Weise transparent; sie enthält eine Vielzahl von Linsenanordnungen 24, die den Lichtstrahl aufnehmen und an eine photograph!sch empfindliche Aufzeichnung 26 abgeben. Da der Lichtstrahl moduliert ist,

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werden die Scheibe 20 gedreht und die Aufzeichnung 26 in Richtung des Pfeiles 28 bewegt, wodurch nacheinander Lichtstrahlwege die Aufzeichnung 26 schneiden und deren photographische Belichtung und eine Aufzeichnung durch eine Vielzahl von sehr kleinen "Punkten" in bogenförmigen Bahnen bzw. Spuren bewirkten, wobei die betreffenden Aufzeichnungspunkte kennzeichnend sind für das zugeführte Digital-Signal. Jede Spiegelkombination 16, 18 nimmt ihrerseits den Laserlichtstrahlen derart auf, daß jede Linsenanordnung 24 ihrerseits den Lichtstrahl auffängt, um diesen zu der Aufzeichnung 26 hin zuleiten.

Zum Lesen der aufgezeichneten Information von einer entwickelten ■ Aufzeichnung kann dasselbe optische System verwendet werden, allerdings unter Hinzufügung einer Photozelle 30, die oberhalb der rotierenden Scheibe 29 angeordnet ist. Der Lichtstrahl führt dabei eine Abtastbewegung längs der bogenförmigen Bahnen der auf der Aufzeichnung 26 aufgezeichneten digitalen Information aus, und die Photozelle 30 spricht entsprechend an, um die digitale Information zu lesen. Diese digitale Information kann dann in eine analoge Form umgesetzt werden, wie dies in der oben erwähnten US-Patentschrift angegeben ist.

Die Herstellung und Anordnung der Linsenanordnung 24 zur Ausführung einer richtigen Abtastung der aufgezeichneten Information kann schwierig sein, da die aufgezeichnete Information sehr dicht gepackt ist und da deshalb die Ausrichtung und Fokussierung kritisch sind. Die Tiefenschärfe einer Linse oder eines Linsensystems zur Erzeugung sehr kleiner Punkte ist relativ kurz, wodurch Beschränkungen hinsichtlich der Flachheit und der zulässigen Vertikalbewegung der Aufzeichnung 26 in Richtung des Pfeiles 32 gemäß Fig. 2 vorhanden sind.

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Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Linsenanordnungen 24 gemäß Fig. 1 und 2 in angemessener Weise als holographische Linsen ausgebildet, wobei zweckmäßigerweise teilweise dasselbe optische System verwendet wird, welches anschließend für die Aufzeichnung und/oder das Auslesen der Information auf der Aufzeichnung 26 benutzt wird. Die Scheibe 20, die aus Glas oder aus transparentem Kunststoff gebildet sein kann, ist mit einer Schicht 34 aus einem lichtempfindlichen Material versehen, und zwar vorzugsweise auf der Oberseite der Scheibe 20. Dieses lichtempfindliche Material wird zur Bildung der holographischen Linsenanordnung belichtet und entwickelt. Alternativ dazu besteht die Scheibe 20 aus einem lichtundurchlässigen Material, wie aus Keramik oder Metall, mit lichtempfindlichen Einsätzen an den Stellen, an denen die holographischen Linsen zu bilden sind. Bei einer weiteren Abwandlung wurden die lichtempfindlichen Einsätze in einer festen Einspannvorrichtung gesondert belichtet, bearbeitet und in die Scheibe 20 eingesetzt werden. Diese Maßnahme ist nun nicht für die Lagegenauigkeit vorgesehen, die der Herstellung der holographischen Linsen an der jeweiligen Stelle innewohnt, sondern die betreffende Maßnahme dient vielmehr dazu, eine größere Tiefenschärfe unter geringeren Kosten im Vergleich zu einer Standardlinse zu erzielen.

Typische Beispiele für geeingete lichtempfindliche Materialien sind auf Silberbasis aufgebaute Materialien, einschließlich der holographischen Platte Kodak 120-02, die eine Glasplatte mit einer Emulsion 120-02 enthält, wie dies in der Zeichnung mit 34 angedeutet ist, und die mit einem Kodak-Entwickler D-19 entwickelt und mit Feel, gebleicht wird. Das Material Agfa 10E75 ist ebenfalls geeignet. Alternativ dazu kann ein Shipley-Photolack AZ1350 verwendet werden, der in einer 4:1 Lösung aus Wasser und AZ3O3-Entwiekler entwickelt wird. Der Photolack ist in

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geeigneter Weise auf einer Glasplatte aufgebracht, und ein Argon-Laser wird zur Belichtung benutzt. Nach einer anderen Alternative wird dichromatische Gelatine verwendet, die dadurch hergestellt ist, daß das Silber aus Kodak-649F-Platten entfernt wird und daß die betreffende Gelatine dann dichromatisiert wird. Eine Belichtung ruft dann eine Vernetzung der Ammoniak-Dichromat-MolekUle hervor. Wenn die Platte dann in Wasser getaucht wird, schwillt die Emulsion im Verhältnis des Ausmaßes der Vernetzung an, und die auf eine schnelle Dehydrierung in Alkohol sich ergebenden Formveränderungen in der Emulsion rufen ein Aufreißen hervor. Ein derartiges Hologramm besteht somit aus einem Mittel, welches mikroskopische Leerstellen aufweist, die ausgeprägte Änderungen des Brechungsindex hervorrufen. Für die Belichtung kann ebenfalls ein Argon-Laser verwendet werden.

Ein Material auf Silberbasis und insbesondere das Material Kodak 120-02 wird bevorzugt. Ein dieses Material verwendender beispielsweiser photographischer Prozeß läuft wie folgt ab:

a) Einstellen des Verhältnisses zwischen Bezugsstrahl und Objektstrahl (wie nachstehend noch beschrieben) auf 1:1.

b) Belichten entsprechend etwa 50-150 MikroJoule/cm², und zwar durch Bestimmung mittels eines Lichtmessers.

c) Entwickeln in einem Kodak-D19-Entwiekler während fünf Minuten.

d) Anwendung eines Stopbades während 30 Sekunden; ein derartiges Stopbad ist von der Firma Kodak erhältlich, oder es umfaßt eine Essigsäure- oder Wasserlösung.

e) Fünf Minuten lang dauerndes Fixieren.

f) Fünf Minuten lang dauerndes Wässern.

g) Zehn Minuten lang dauerndes Bleichen in FeCl,. h) Fünf Minuten lang dauerndes Wässern.

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i) Fünf Minuten lang dauerndes Klären in einer Lösung aus KiAnO. und KB_r (wie dies nachstehend noch beschrieben werden wird).

j) Zehn Minuten lang dauerndes Wässern bzw. Spülen.

k) Eine Minute lang dauerndes Abspülen in einer 7/1-Lösung aus Wasser und Methylalkohol.

1) Zwei Minuten lang dauerndes Wässern bzw. Spülen in Isoprokylalkohol.

m) Trocknen an Umgebungsluft.

Die Bleiche für den oben angegebenen Schritt g wird wie folgt hergestellt:

1. Auflösen von 25g FeCL, in 500 ml destilliertem Wasser.

2. Hinzufügen und Auflösen von 25 g CuBr₂.

3. Sorgfältiges Hinzufügen von 10 ml konzentrierter HpSO, unter langsamem Umrühren.

4. Wenn die Farbe der Lösung ein leuchtendes Smaragdgrün ist, ist destilliertes Wasser zur Herstellung einer 1-Liter-Lösung hinzuzugeben. Wenn die Farbe nicht stimmt, sind nochmals bis zu 10 ml konzentrierte

HpSO. hinzuzugeben, und sodann ist destilliertes Wasser hinzuzugeben.

5. Filtern der Lösung.

6. Wegschütten der Bleichelösung im Anschluß an deren Gebrauch.

Das Klärbad, das bei dem obigen Schritt i benutzt wird, wird wie folgt hergestellt:

Unmittelbar vor Benutzung wird ein Teil der Lösung I zu zehn Teilen der Lösung II hinzugesetzt und nach Gebrauch weggekippt.

Lösung I:

Auflösen von 5g Kaliumpermangamat(KMnO^) in ein Liter destillierten Wassers.

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Lösung II:

1. Auflösen von 50 g Kaliumbromid (KBr) in 500 ml destillierten Wassers.

2. Sorgfältiges Hinzugeben von 10 ml konzentrierter H₂SO₄.

3. Hinzugabe von destilliertem Wasser zur Bildung einer 1-1-Lösung.

Die Art der Belichtung der Platte (Scheibe 20) gemäß dem Schritt b ist in Flg. 3 und 4 weiter veranschaulicht. Ein impulsweise betriebener Laser 36, der durch eine Steuereinrichtung 38 gesteuert wird, gibt einen Lichtstrahl bzw. Strahl 40 in Form eines Impulses kurzer Dauer ab. Dieser Lichtstrahl wird durch den Spiegel 42 durch eine Axikonlinse 44 auf die Schicht 34 reflektiert, die sich auf der transparenten Scheibe 20 befindet, und zwar an der Stelle der gewünschten Linse. Der betreffende Strahl 40 wird von einem halbdurchlässigen Spiegel 46 aufgenommen, um einen zweiten Strahl 48 zu bilden, der durch das Mikroskopobjektiv 50 und eine Lochmembran 52 auf eine Linse 54 gerichtet wird. Die Linse 54 bildet einen konvergierenden Strahl 56, der auf die Schicht 34 in der Nähe der gewünschten Linsenanordnung auftrifft und mit der durch den Strahl 40 gegebenen Beleuchtung zusammenfällt. Der Strahl 56 ist der konjugierte Strahl des "Rekonstruktions^N-Strahles 57, wie er mittels des Spiegels 18 bei der anschließenden Aufzeichnung und Wiedergabe einer digitalen Information abgegeben wird.

In Fig. 4 ist die Wirkung der Axikonlinse 44 in weiteren Einzelheiten veranschaulicht. Die Axikonlinse, wie sie in der Zeitschrift "Journal of the Optical Society of America" Volume 44, Seiten 592 bis 597 von John H. McLeod erläutert worden ist, besitzt die Eigenschaft der Erzeugung eines Axikon-Bildes oder eines Linienfokus bzw. Linienlichtbündeis in Richtung des Strahles, d.h. rechtwinklig zu

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der Schicht 34 in diesem Falle. Dieses Bild ist in Fig.4 im Bereich 58 dargestellt. Das Axikonbild wird dann das Objekt bzw. der Gegenstand zur Erzeugung eines Hologramms in der Schicht 34.

Das Verfahren zur Erzeugung irgendeines Hologramms ist ein Interferenzverfahren, welches kohärentes Licht von dem Laser oder dgl. benötigt. In diesem Falle wird der von dem Laser 36 abgegebene Laserstrahl in gesonderte Wege aufgeteilt, die dann unter einem Winkel zueinander auf die Schicht 34 gerichtet sind. Der Strahl 56 umfaßt den "Bezugs"-Strahl, während der "Objekt"-Strahl über die Axikonlinse 44 abgegeben wird. Das Ergebnis ist ein Interferenzmuster, das als Hologramm bezeichnet wird und das in der Schicht 34 erzeugt wird. Dieses Interferenzmuster kann zur Wiedergabe des "Objektes" bzw. Gegenstandes benutzt werden. Ein derartiges Objekt ist in diesem Fall ein Linienfokus oder ein Axikonbild.

Nachdem das Hologramm entwickelt worden ist, bildet der "Rekonstruktions"-Strahl 57 wieder ein derartiges Axikonbild bzw. einen Linien-Fokus 58 an seiner ursprünglichen Stelle. Demgemäß wird das Axikon-Bild 58 zunächst durch die Linse 44 an einer solchen Stelle gebildet, daß seine Reproduktion die Platte 26 in Fig. 1 schneiden wird, was bedeutet, daß die betreffende Platte 26 das Axikonbild weitgehend halbieren würde. Es dürfte einzusehen sein, daß die holographische Linse eine große "Brennweite" für die Aufzeichnung und Wiedergabe bzw. Ablesung der digitalen "Punkte" der Aufzeichnung auf der Platte 26 besitzt. Demgemäß kann die Platte 26 in einer vertikalen Richtung bewegt werden, wie dies in Fig. 2 durch den Pfeil 32 angedeutet ist. Es ist aber auch möglich, daß die betreffende Platte einen Fehler hinsichtlich der Flachheit besitzt. Dadurch erfolgt jedoch weder ein Verschwimmen noch ein Unscharfwerden der digital aufgezeichneten Information,

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da nämlich die betreffenden Punkte nicht durch einen sich aufweitenden Strahl aufgezeichnet und abgelesen werden, sondern vielmehr durch eine die Aufzeichnung schneidende Lichtlinie. Der Prozeß der Bildung der holographischen Linse wird in geeigneter Weise fUr Jede erwünschte Linsenanordnung 24 wiederholt. Es durfte einzusehen sein, daß das oberhalb der Scheibe 20 dargestellte optische System lediglich für die Bildung der Linsenanordnung benutzt wird und nicht während der Aufzeichnung oder Wiedergabe von digitalen Daten.

Sine zweite Ausf Uhrungsform der Erfindung ist in Fig. 5 dargestellt, gemäß der ein Mikroskopobjektiv 60 und eine Lochscheibe 62 als Einheit mittels eines motorbetriebenen Schraubantriebs 64 bewegbar sind. Das Mikroskopobjektiv erhält den Strahl 40 zugeführt und die Scheibe 62 ist nahe der Stelle positioniert, die anschließend von der Platte 26 gemäß Fig. 2 eingenommen wird. Die Einstellung ist in Fig. 5 der Klarheit wegen schematisch veranschaulicht; es dürfte einzusehen sein, daß die Lochscheibe häufig wesentlich dichter an der Schicht 34 angeordnet sein wird als dies dargestellt ist. Im Falle der in Fig.5 dargestellten Ausführungsform ist das in der Schicht 34 gebildete Hologramm imstande, die Lochöffnung in der Scheibe 32 dann wiederzugeben, wenn der Wiedergabe- bzw. Rekonstruktionsstrahl 57 durch das entwickelte Hologramm geleitet wird. Während der anfänglichen Aufzeichnung des Hologramms wird die Kombination des Mikroskopobjektivs und der Lochscheibe 62 etwas in einer vertikalen Richtung mittels des Antriebs 64 zwischen aufeinanderfolgenden Belichtungen bewegt, die durch impulsweisen Betrieb des Lasers 36 vorgenommen werden. Die aufeinanderfolgenden Belichtungen erfolgen in dem Fall, daß die Lochscheibe in einem Bereich möglicher Einstellungen in der vertikalen Richtung angeordnet ist, wie sie von der Platte 26 eingenommen werden könnten. Als Ergebnis liefert der Wieder-

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gäbe "-bzw. ^HRekon3truktions^w-Strahl 57, der anschließend benutzt wird, dann einen "balligen" Linien-Fokus, der aus einer Anzahl von einen geringen Abstand voneinander besitzenden Punkten besteht, die in der vertikalen Richtung versetzt sind. Da die elektronische Wiedergabeanordnung für die digitale Aufzeichnung so ausgebildet sein kann, daß sie hauptsächlich auf schnelle übergänge anspricht, rufen die kleinen "Klümpchen" keine Schwierigkeit bei der Wiedergabe bzw. dem Ablesen der Aufzeichnung hervor, und zwar ungeachtet diffuser Lichtpegel. Während des Aufzeichnens fuhrt die Schwelle des lichtempfindlichen Materials zu einer Belichtung durch das fokussierte "Klümpchen", während das betreffende Material auf diffuses Licht nicht anspricht.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. dargestellt. In diesem Falle wird der Strahl 40 mittels des Spiegels 42 durch ein Mikroskopobjektiv 66, eine Lochscheibe 68 und eine Linse 70 geleitet, um auf der Schicht 34 gleichzeitig mit dem Bezugsstrahl 56 aufzutreffen. Die Linse 70 ist so ausgelegt, daß sie eine sphärische Aberration besitzt. Obwohl der Strahl 40 durch die Lochscheibe 68 hindurchtritt, bildet die Linse 70 das Loch der betreffenden Lochscheibe nicht ab, sondern liefert vielmehr in geeigneter Weise einen Linien-Fokus an der Stelle, an der sich anschließend die Platte 26 befinden wird. Dieser Linien-Fokus wird als "Objekt" für die zuvor beschriebene holographische Linse benutzt, wodurch der "Wiedergabe"- bzw. "Rekonstruktions"-Strahl 57 den Linien-Fokus zur Aufzeichnung und Wiedergabe von Informationen bezüglich der Platte 26 zu reproduzieren imstande sein wird.

Eine noch weitere Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 7 dargestellt. In diesem Falle wird dieselbe Anordnung, umfassend den Laser 72 und die Steuereinrich-

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tung 74, die zur Bildung der holographischen Linsen verwendet wird, anschließend bei der Aufzeichnung und Wiedergabe von Daten auf bzw. von der Platte 26 benutzt. Der von dem Laser 72 abgegebene Laserstrahl gelangt durch den halbdurchlässigen Spiegel 76, der einen Strahl 78 durch das Mikroskopobjektiv bzw. Projekt!ν 12 und die Lochscheibe 14 zum Zwecke der Abgabe eines Strahles 80 hindurchleitet. Der Strahl 80 wird in diesem Falle sowohl als Bezugsstrahl als auch als Wiedergabestrahl verwendet. Der nicht reflektierte Anteil 82 des von dem Laser abgegebenen Laserstrahls wird zu dem Spiegel 84 hingeleitet, der den betreffenden Laserstrahlanteil durch eine Axikonlinse 86 reflektiert, um ein Axikon- oder Linienbild an der Stelle 88 hervorzurufen. Die Linse 90, die eine gute, hinsichtlich der Defraktion begrenzte Linse ist, bildet das Axikonbild an der Stelle ab, an der sich die Platte 26 befinden wird. Eine Betrachtungslinse bzw. Lupe 90 bildet einen konvergierenden Strahl in Richtung der Schicht 34, und zwar zur Bildung des Hologramms. Die Ausführungsform gemäß Fig.7 besitzt den Vorteil, daß dasselbe optische System für die Bildung der Linsenanordnung 24 und für die anschließende Benutzung bei der Aufzeichnung und Wiedergabe von Informationen auf bzw. von der Platte 26 benutzt wird. Unter diesen !Anständen wird ungeachtet von festen Fehlern bei der Bearbeitung oder Anbringung der Komponenten der als Wied_ergabestrahl verwendete Strahl den Linien-Fokus an genau festgelegten Stellen wieder bilden, die festgelegt werden, wenn die Linsenanordnung gebildet wird. Da die holographischen Linsen an den entsprechenden Stellen dadurch gebildet werden, daß dieselbe optische Anordnung benutzt wird wie bei der Aufzeichnung oder Wiedergabe, bedeutet dies, daß die Optiken für ein genaues Nachlaufen der Information unabhängig von festen Fehlern in der mechanischen Konstruktion des Systems genau positioniert sein werden. Obwohl bei der in Fig. 7 darge-

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stellten Ausführungsform eine Axikonlinse 86 verwendet wird, um einen Linien-Fokus zu bilden, dürfte einzusehen sein, daß anstelle dieser Anordnung die alternative Konstruktion gemäß Fig. 6, bei der eine Linse mit sphärischer Aberration verwendet wird, oder die Konstruktion gemäß Fig. 5 verwendet werden kann, um einen "balligen" Linien-Fokus zu liefern. Es dürfte ferner einzusehen sein, daß eine Axikon-Linse 86 oder irgendeine Ersatzanordnung für eine solche Linse in Verbindung mit den Elementen 84 und 90 lediglich zur Bildung der Linsenanordnung verwendet

kann
werden/und nicht während des Aufzeichnens und Wiedergebens von Informationen auf bzw. von der Platte 26. In entsprechender Weise fehlt die Platte 26 während der Bildung der Linsenanordnungen.

Durch die vorliegende Erfindung sind also holographische Linsen geschaffen, die auf einer weitgehend transparenten Abtastscheibe gebildet werden, wobei ein Linien-Fokus als Objekt für das jeweilige Hologramm dient. Ein derartiges Hologramm wird dann dazu benutzt, den Linien-Fokus an der Stelle der abzutastenden Aufzeichnung wieder zu bilden, wodurch Toleranzbedingungen hinsichtlich der Positionierung oder Flachheit der abgetasteten Aufzeichnung gemildert sind.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung einer holographischen Linse, ^—dadurch gekennzeichnet, daß ein Objektstrahl und ein Bezugsstrahl erzeugt werden, die sich durch eine gemeinsame kohärente Strahlung auszeichnen, daß der Objektstrahl und der Bezugsstrahl unter einem Winkel zueinander derart abgegeben werden, daß eine Schicht aus einem lichtempfindlichen Material belichtet und in diesem Material ein Interferenzmuster erzeugt wird, daß der Objektstrahl derart abgegeben wird, daß ein länglicher Brennpunkt gebildet wird, der als Objekt für die Erzeugung des Interferenzmusters verwendet wird, und daß das lichtempfindliche Material zur Wiedergabe des Interferenzmusters aus dem Objektstrahl und dem Bezugsstrahl entwickelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Objektstrahl einer solchen Brechung ausgesetzt wird, daß als länglicher Brennpunkt ein Axikonbild zur Bildung des Objekts fUr die Erzeugung des genannten Interferenzmusters erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Objektstrahl durch eine Axikonlinse derart gebrochen wird, daß das Axikonbild entsteht.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der längliche Brennpunkt dadurch erzeugt wird, daß der Objektstrahl nahezu auf einen Punkt als ein Objekt auf dem betreffenden Objektstrahl fokussiert wird, daß das lichtempfindliche Material belichtet wird, daß der Brennpunkt zu anderen Stellen längs des Objektstrahles hin bewegt wird und daß anschließend die Schicht aus dem lichtempfindlichen Material damit belichtet wird.

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5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der Objektstrahl mittels einer Linse abgelenkt wird, die eine sphärische Aberration besitzt, derart, daß der längliche Brennpunkt unter Bildung des Objektes für die Erzeugung des genannten Interferenzmusters entsteht.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein WiedertieStellungsstrahl auf das Interferenzmuster derart gerichtet wird, daß der längliche Brennpunkt an seiner ursprünglichen Stelle wieder erzeugt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als lichtempfindliches Material ein nahezu transparentes Material verwendet wird, daß der Wiederherstellungsstrahl auf dieses lichtempfindliche Material von einer ersten Seite her gerichtet wird, die gegenüber der Seite liegt, von der der Objektstrahl und der Bezugsstrahl auf das lichtempfindliche Material gerichtet werden, und daß als Wiederherstellungsstrahl ein Strahl verwendet wird, der zu dem Bezugsstrahl konjugiert ist.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als lichtempfindliches Material weitgehend transparentes Material verwendet wird, daß der Wiederherstellungsstrahl auf das lichtempfindliche Material von derselben Seite her abgegeben wird, von der der Objektstrahl und der Bezugsstrahl abgegeben werden, daß als Wiederherstellungsstrahl ein mit dem Bezugsstrahl weitgehend identischer Strahl verwendet wird und daß als Objektstrahl ein konvergierender Strahl verwendet wird, durch den der längliche Brennpunkt auf der gegenüberliegenden Seite des lichtempfindlichen Materials gebildet wird.

9. Verfahren zur Aufzeichnung und Wiedergabe einer Information auf bzw. von einer empfindlichen Plattenanordnung,

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insbesondere unter Verwendung einer holographischen Linse nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die holographische Linse auf einem mit einem lichtempfindlichen Material versehenen drehbaren Teil dadurch gebildet wird, daß ein Objektstrahl und ein Bezugsstrahl erzeugt werden, die gemeinsam durch eine kohärente Strahlung gebildet sind, daß der Objektstrahl und der Bezugsstrahl unter einem Winkel zueinander derart abgegeben werden, daß das lichtempfindliche Material auf dem genannten Teil belichtet und in diesem Material ein Interferenzmuster erzeugt wird, daß der Objektstrahl unter Bildung eines länglichen Brennpunktes als Objekt für die Erzeugung des Interferenzmusters abgegeben wird, daß das lichtempfindliche Material unter Bildung einer holographischen Linse entwickelt wird, daß das genannte drehbare Teil gedreht wird, daß das lichtempfindliche Material unter Bildung von weiteren hologrq? hisehen Linsen erneut belichtet wird, daß die empfindliche Plattenanordnung neben den holographischen Linsen des drehbaren Teiles angeordnet wird, daß das drehbare Teil gedreht wird , daß aufeinanderfolgend ein Wiederherstellungsstrahl durch die holographischen Linsen an die Plattenanordnung derart abgegeben wird, daß der längliche Brennpunkt auf der Plattenanordnung wiedergegeben wird, und daß zwischen dem drehbaren Teil und der Plattenanordnung eine solche Relativbewegung hervorgerufen wird, daß mit dem länglichen Brennpunkt auf der betreffenden Plattenanordnung eine Bewegung auf bogenförmigen Lichtbahnen ausgeführt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß WiederhersteHuagsstrahl derart moduliert wird, daß eine digitale Aufzeichnung auf der Plattenanordnung gebildet wird.

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11. Verfahren nach Anspruch 9t dadurch gekennzeichnet, daß durch die Plattenanordnung von dem Wiederherstellungsstrahl her hindurchtretendes Licht zur Feststellung der auf der Plattenanordnung aufgezeichneten Information ermittelt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß der Objektstrahl und der Bezugsstrahl an das genannte Teil von dessen erster Seite her abgegeben werden, daß der Wiederherstellungsstrahl an das betreffende Teil von dessen zweiter Seite her abgegeben wird und daß als Wiederherstellungsstrahl ein Strahl verwendet wird, der zu dem Bezugsstrahl konjugiert ist.

13* Verfahren nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß der Bezugsstrahl, der Objektstrahl und der Wiederherstellungsstrahl an das genannte Teil von ein und derselben Seite her abgegeben werden und daß zur Sicherstellung eines genauen Nachlaufens der auf der Plattenanordnung befindlichen Info na ation der Wiederherstellungsstrahl weitgehend identisch mit dem Bezugsstrahl in demselben optischen Weg gebildet wird.

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