DE3901166A1 - Lesevorrichtung fuer fourier-hologramme in reflexion - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Lesevorrichtung für Fourier-Hologramme in Reflexion mit einer Quelle für kohärentes Licht zum Beleuchten eines Fourier-Hologramms und einer Kamera mit einem geeigneten Linsensystem zum Rekonstruieren des Hologramms.

Die Rekonstruktion eines mit kohärentem Licht bestrahlten Fourier-Hologramms kann mit einer Kamera gelesen werden, der ein Linsensystem vorgeschaltet ist, das das Fourier-Hologramm auf der Kamerafläche rekonstruiert. Da sich das Hologramm ähnlich wie ein Spiegel verhält, müssen Hologramm, Laserquelle und Kamera genau zueinander justiert werden, damit das am Hologramm reflektierte und gebeugte Licht die Kamera trifft. Bereits bei kleinen Verkippungen des Hologramms wandert die Rekonstruktion aus dem Gesichtsfeld der Kamera.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Herstellung eines Lesesystems, das gegenüber Verkippungen und Verkippungen mit Verschiebungen des Hologramms weniger empfindlich ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß entsprechend Anspruch 1 gelöst. Mit Hilfe eines Linsensystems wird das vom Hologramm reflektierte und gebeugte Licht zunächst auf einem Reflektor fokussiert. Das von ihm durch das Linsensystem zurückgeworfene Licht ist antiparallel zum in das Linsensystem einfallende Licht und wird wiederum am Hologramm reflektiert und gebeugt.

Die zweite Reflexion erfolgt gegensinnig zur ersten, und das reflektierte Licht ist antiparallel zum Beleuchtungsstrahl bzw. das gebeugte Licht hat einen wohldefinierten Winkel dazu. Dieses Licht wird von dem das Hologramm beleuchtende Licht getrennt entweder durch hinreichend große Beugungswinkel des Hologramms oder vorzugsweise durch einen Strahlteiler. Mit Hilfe eines Linsensystems wird die Rekonstruktion des Hologramms auf der Kamera erzeugt.

Wird ein Spiegel als Reflektor verwendet, so wird das Licht nur dann in sich reflektiert, wenn sich die Brennpunkte des Linsensystems jeweils in der Spiegelebene und in der Mitte des Hologramms befinden. Befindet sich das Hologramm nicht im vorderen Brennpunkt des Linsensystems, so wird das Licht bei Verkippung mit Parallelversatz reflektiert. Daher trifft das Licht das Hologramm bei gegebener Verkippung bzw. Verkippung mit Verschiebung nur bei einer bestimmten Mindestgröße des Hologramms, so daß der mögliche Verkippungswinkel und die zulässige Verschiebung maßgeblich durch die Größe des Hologramms mitbestimmt werden.

Bei Verwendung eines Retroreflektorfeldes wird das Licht in sich reflektiert. Es trifft somit das Hologramm immer ohne seitlichen Versatz. Der mögliche Verkippungswinkel und die Verschiebung werden daher nicht durch die Größe des Hologramms begrenzt.

Auf der Kamerafläche entstehen zwei punktgenau überlagerte Rekonstruktionen, einerseits durch Reflexion des Lichts am Hologramm und Beugung des zurücklaufenden Lichts und andererseits durch Beugung des Lichts und Reflexion des zurücklaufenden Lichts. Diese beiden Rekonstruktionen interferieren und führen zu einem Specklemuster. Dieses kann in vorteilhafter Weise dadurch eliminiert werden, daß der Reflektor um eine Achse in seiner Ebene in Schwingung versetzt wird. Schwingungsamplitude und Frequenz sind dabei so zu wählen, daß bei vorgegebenen Zeitmittlungsintervallen das Specklemuster gerade verschwindet.

Bei einem möglichst kompakten Aufbau der Lesevorrichtung wird sich der Reflektor in der Nähe des Strahlteilers befinden, so daß der Winkel zwischen beleuchtetem Licht und reflektiertem Licht am Hologramm sehr klein wird. Bei einer solchen Anordnung besteht die Möglichkeit, daß das vom Hologramm reflektierte und gebeugte Licht auch direkt zur Kamera gelangt und dort zumindest zu einer Teilrekonstruktion des Hologramms führt. Diese unerwünschte Rekonstruktion kann in vorteilhafter Weise durch linear polarisiertes kohärentes Licht vermieden werden. Das linear polarisierte Licht beleuchtet das Hologramm, gelangt zum Reflektor, wo die Polarisation des vom Reflektor zurücklaufenden Lichts mit Hilfe eines λ/4-Plättchens vor dem Reflektor gegenüber dem einfallenden Licht um 90° gedreht wird; somit hat es gegenüber dem direkt vom Hologramm reflektierten Licht eine um 90° gedrehte Polarisation, die mit Hilfe eines Polarisationsfilters vor der Kamera herausgefiltert wird.

Eine besonders kompakte Bauweise des Lesesystems läßt sich dadurch erreichen, daß das am Hologramm reflektierte Licht über einen weiteren Strahlteiler auf den Reflektor mit seinem Linsensystem umgelenkt wird.

Die angeführte Lesevorrichtung mit zwei Strahlteilern hat im allgemeinen den Nachteil, daß durch die Strahlteiler ein erheblicher Lichtverlust bedingt ist. Besonders vorteilhaft sind daher Anordnungen, bei denen mit Hilfe polarisationsabhängiger Strahlteiler der Lichtverlust erheblich reduziert werden kann. Besonders günstig ist daher eine Anordnung, bei der sich zwischen dem Hologramm und dem Reflektor nur ein Strahlteiler befindet mit einem λ/4-Plättchen vor dem Hologramm, wobei der Strahlteiler das Licht in Abhängigkeit von der Polarisationsrichtung entweder auf den Reflektor umlenkt oder von der Lichtquelle und zur Kamera durchgelassen wird.

Die kompakten Anordnungen der Lesevorrichtung mit zwei Strahlteilern können insofern noch verbessert werden, als die beiden Linsensysteme für den Reflektor und die Kamera durch ein Linsensystem vor dem Strahlteiler zum Reflektor und zur Kamera ersetzt werden können. In diesem Fall ist darauf zu achten, daß sich der Reflektor und die Kamera beide in der Brennebene des Linsensystems befinden.

Die Zeichnung zeigt in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung. Das Hologramm 1 wird von der Lesevorrichtung 12 gelesen. Es hat eine Größe von ca. 1 cm². In der Lesevorrichtung 12 erzeugt der Laser 2 ein kohärentes Lichtbündel, das mit dem Polarisationsfilter 9 polarisiert wird, am Spiegel 8 und am Strahlteiler 4 umgelenkt wird und das Hologramm 1 beleuchtet. Das Lichtbündel wird am Hologramm 1 reflektiert und gebeugt. Mit Hilfe des Linsensystems 6 wird die Rekonstruktion des Hologramms auf den Spiegel 7 erzeugt. Dieser ist so aufgehängt, daß er um eine Achse in seiner Ebene schwingen kann. Das g/4-Plättchen 11 vor dem Spiegel dreht die Polarisationsrichtung des reflektierten Lichts um 90° gegenüber dem einfallenden Licht. Das am Spiegel reflektierte Licht wird am Hologramm 1 ein weiteres Mal reflektiert und gebeugt. Dieses Licht wird über den Strahlteiler 4 von dem das Hologramm 1 beleuchtenden Licht getrennt und mit Hilfe des Linsensystems 5 auf die Kamera 3 fokussiert. Mit Hilfe des Polarisationsfilters 10 wird dieses Licht herausgefiltert, so daß nur einmal am Hologramm reflektiertes Licht die Kamera nicht erreicht. In einer konkreten Ausführungsform beträgt der Abstand Hologramm - Lesevorrichtung ca. 235 mm. Der Laser 2 hat eine Wellenlänge von 670 nm und der Laserstrahl einen Durchmesser von 22 mm. Die Winkeldivergenz des gebeugten Lichts beträgt 5,4°.

Der Winkel α zwischen den optischen Achsen der Linsensysteme 5 und 6 beträgt 14°, der Winkel β zwischen der optischen Achse des Linsensystems 5 und dem Laserstrahl 4,1°. Der Strahlteiler hat eine Kantenlänge von 60 mm.

Die Linsensysteme 5 und 6 weisen eine Brennweite von 85 bzw. 180 mm und eine Lichtstärke von 1:1,4 bzw. 1:3 auf.

Claims (9)

1. Lesevorrichtung für Fourier-Hologramme in Reflexion mit einer Quelle für kohärentes Licht zum Beleuchten eines Fourier-Hologramms und einer Kamera mit einem geeigneten Linsensystem zum Rekonstruieren des Hologramms, dadurch gekennzeichnet, daß an die Stelle der Kamera mit ihrem Linsensystem ein Reflektor (7) mit einem geeigneten Linsensystem (6) tritt, so daß das Licht auf diesem Reflektor fokussiert und wiederum auf das Hologramm (1) reflektiert wird, und daß die Kamera (3) mit ihrem Linsensystem (5) so angeordnet ist, daß das vom Hologramm (1) zum zweiten Mal reflektierte Licht das rekonstruierte Bild auf der Kamera (3) erzeugt.

2. Lesevorrichtung für Fourier-Hologramme nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das beleuchtende Laserlicht und das auf die Kamera einfallende Licht mit einem Strahlteiler räumlich getrennt werden.

3. Lesevorrichtung für Fourier-Hologramme nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor ein Spiegel ist.

4. Lesevorrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor ein Retroreflektorfeld ist.

5. Lesevorrichtung nach den Ansprüchen 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor in Vibration versetzt wird, um die Specklemuster in der Rekonstruktion an der Kamera durch zeitliche Mittelung zu eliminieren.

6. Lesevorrichtung nach den Ansprüchen 3 und 5 oder 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß das kohärente Licht linear polarisiert ist, die Polarisation des vom Reflektor zurücklaufenden Lichts mit Hilfe eines vor dem Reflektor befindlichen λ/4-Plättchens gegenüber dem einfallenden Licht um 90° gedreht wird und mit einem Polarisationsfilter vor der Kamera herausgefiltert wird.

7. Lesevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Hologramm näherungsweise senkrecht beleuchtet wird und das am Hologramm reflektierte Licht über einen weiteren Strahlteiler auf den Reflektor gelenkt wird.

8. Lesevorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das kohärente Licht linear polarisiert ist und sich zwischen dem Hologramm und dem Reflektor nur ein Strahlteiler befindet mit einem λ/4-Plättchen vor dem Hologramm, wobei der Strahlteiler das Licht in Abhängigkeit von der Polarisation entweder auf den Reflektor umlenkt oder von der Quelle und zur Kamera durchläßt.

9. Lesevorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnt, daß die Linsensysteme vor dem Reflektor und vor der Kamera durch ein gemeinsames Linsensystem vor dem Strahlteiler zum Reflektor und zur Kamera ersetzt sind.