DE69737779T2

DE69737779T2 - Holographisches Abbildungs- und Anzeigegerät und Verfahren

Info

Publication number: DE69737779T2
Application number: DE69737779T
Authority: DE
Inventors: Tamiki Hamamatsu-shi Takemori
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1996-02-29
Filing date: 1997-02-28
Publication date: 2008-03-06
Anticipated expiration: 2017-03-01
Also published as: EP0793152A2; DE69737779D1; EP0793152B1; US5889599A; EP0793152A3

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Holographieaufzeichnungsvorrichtung und ein Holographieaufzeichnungsverfahren sowie eine Holographieanzeigevorrichtung und ein Holographieanzeigeverfahren, und insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, eine Holographieaufzeichnungsvorrichtung zum Aufzeichnen dreidimensionaler Informationen eines Objekts und eine Holographieanzeigevorrichtung zum Auslesen der dreidimensionalen Informationen eines Objekts von der Holographieaufzeichnungsvorrichtung und zum Anzeigen einer dreidimensionalen Abbildung des Objekts.
STAND DER VERWANDTEN TECHNIK
Holographieverfahren haben als Anzeigeverfahren von dreidimensionalen Abbildungen eines Objekts große Aufmerksamkeit erfahren. Das Holographieverfahren umfasst ein Holographieaufzeichnungsverfahren zum Aufzeichnen dreidimensionaler Informationen eines Objekts und ein Holographieanzeigeverfahren zum Auslesen der dreidimensionalen Informationen eines Objekts, die mit dem Holographieaufzeichnungsverfahren aufgezeichnet worden sind, und zum Anzeigen der dreidimensionalen Abbildung des Objekts.
Das herkömmliche Holographieverfahren ist gestaltet unter der Voraussetzung, dass die Aufzeichnungsvorrichtung eine hohe Auflösung bei der Holographieaufzeichnung aufweist, und die meisten Holographieaufzeichnungsvorrichtungen verwenden eine hochauflösende Photographietrockenplatte oder Thermoplast als Aufzeichnungsvorrichtungen.
Da ein solches Aufzeichnungsverfahren aufgrund der hohen Auflösung grundsätzlich ein Photographieverfahren auf hohem Niveau ist, erfordert eine holographische Bebilderung sehr viel Arbeit. Angesichts dieses Problems sind die Holographieverfahren, die eine CCD-Kamera als eine Aufzeichnungsvorrichtung mit relativ geringer Auflösung verwenden, in „Sato et al., Journal of Television Society, Vol. 45, Nr. 7, Seiten 873–875, 1991)" (im Folgenden als bekannte Ausführung 1 bezeichnet) und „N. Hashimoto et al., SPIE, Vol. 1461, Practical Holography V (1991), Seiten 291–302" (im Folgenden als bekannte Ausführung 2 bezeichnet) beantragt.
Die bekannte Ausführung 1 entspricht einem Beispiel des Holographieverfahrens der Fresnel-Art, das keinerlei der Linsen verwendet, die üblicherweise in den Holographieaufzeichnungsverfahren verwendet werden. Beim Holographieaufzeichnungsverfahren, das als bekannte Ausführung 2 offenbart ist, ist eine Abbildungslinse derart verwendet, dass die räumliche Auflösung eines reellen Bilds der einer Aufzeichnungsvorrichtung entspricht, und vor dem Objekt ist eine Blende angeordnet.
Überlagerungsstreifen, die sowohl die Abstandsinformationen in Richtung der optischen Achse als auch die Positionsinformationen in einer Richtung senkrecht zur optischen Achse enthalten, werden erfasst, und eine Abbildung, die wiederaufgebaut werden soll, wird aus den Überlagerungsstreifen ausgelesen.
Da die räumliche Auflösung einer CCD (Ladungskopplungseinheit) im Allgemeinen ungefähr 10 μm beträgt, muss der Winkel zwischen Objektlicht und Referenzlicht in einem Bereich von 2 bis 3° liegen, wenn Holographieaufzeichnungsvorrichtungen der bekannten Ausführungen 1 und 2 verwendet werden. Wird der Winkel zwischen Objektlicht und Referenzlicht groß, so wird der Abstand zwischen den benachbarten Überlagerungsstreifen kleiner als die Auflösung der Erfassungsvorrichtung, wodurch die Überlagerungsstreifen nicht mit hohem Kontrast erfasst werden können.
Bei den Holographieaufzeichnungsvorrichtungen der bekannten Ausführungen 1 und 2 unterscheiden sich die Bildpunktteilung und die Bildpunktgröße der CCD als Erfassungsvorrichtung von jenen einer räumlichen Modulationsvorrichtung, die beim Bildwiederaufbau verwendet wird, und das optische System bei der Holographieaufzeichnung unterscheidet sich von jenem beim Wiederaufbau. Folglich verändert sich der Vergrößerungsfaktor der wiederaufgebauten Anzeigeabbildung in Abhängigkeit von der Position wesentlich.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine holographische Abbildung hoher Qualität zu erlangen.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Holographieaufzeichnungsvorrichtung wie in Anspruch 1 definiert bereitgestellt.
Eine Holographieaufzeichnungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet ein optisches System, das eine positive Brechkraft aufweist, zum Beispiel eine Sammellinse, um das Sichtfeld zu verändern, und spiegelt den Abstand zum Objekt in Richtung der optischen Achse in der Teilung zwischen benachbarten Überlagerungsstreifen, und die Position des Objekts in einer Richtung senkrecht zur Richtung der optischen Achse im Verteilungsbereich der Überlagerungsstreifen derart wieder, dass ein erforderlicher Abstand zwischen benachbarten Überlagerungsstreifen sichergestellt ist. Somit weist die Vorrichtung die Reflexionsfunktion des Abstands zum Objekt in Richtung der optischen Achse unabhängig von der Reflexionsfunktion der Position des Objekts in der Richtung senkrecht zur optischen Achse auf, und gleicht die Position einer Abbildungsvorrichtung in Richtung der optischen Achse ab, wodurch die Entstehung von Überlagerungsstreifen, deren Teilung geringer ist, als die Auflösung der Belichtungsvorrichtung, unterdrückt wird.
Die erste und die zweite Lichtquelle können als eine einzige Lichtquelle ausgeführt sein.
Des Weiteren kann die Vorrichtung auch erste Bewegungsmittel zum Ändern des ersten Abstands umfassen. In diesem Fall kann eine optimale Abbildungsposition in Übereinstimmung mit dem Abstand zum Objekt, das erfasst werden soll, und der Auflösung der Bilderfassungsfläche eingestellt werden.
Das Abbildungsergebnis der Bilderfassungsmittel kann entweder (i) die Lichtintensität auf der Bilderfassungsfläche oder (ii) die Amplitude und die Phase von Lichtwellen in der Bilderfassungsfläche sein. Im ersten Fall wird ein Intensitätshologramm gewonnen, und im zweiten Fall wird ein komplexes Hologramm gewonnen. Das komplexe Hologramm wird mit einem Streifenerfassungsverfahren gewonnen.
Bei der Holographieaufzeichnungsvorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Objekt, das erfasst werden soll, mit dem Licht, das von einer ersten Lichtquelle ausgestrahlt wird, bestrahlt. Als Ergebnis der Bestrahlung wird das Objektlicht als das Licht, das vom Objekt, das erfasst werden soll, reflektiert wird, über die Blendenöffnung, die eine Öffnungsweite, welche die Beziehung (1): a ≤ λf/p erfüllt, aufweist, in das erste optische Abbildungssystem eingegeben.
Ein Hauptstrahl der Lichtstrahlen, die in das optische Abbildungssystem eingeleitet worden sind, der den Brennpunkt im Objektraum des optischen Abbildungssystems passiert hat, wird in Übereinstimmung mit dem Einfallswinkel auf das erste optische Abbildungssystem an der Austrittsposition des ersten optischen Abbildungssystems ausgestrahlt, wobei diese Position in einem vorbestimmten Abstand von der Mittelachse (die im Weiteren auch einfach als eine optische Achse bezeichnet wird) des ersten optischen Abbildungssystems angeordnet ist, und trifft entlang eines Strahlenwegs, der parallel zur optischen Achse angeordnet ist, senkrecht auf die Bilderfassungsfläche auf. Das Licht, das die Blendenöffnung passiert hat, wird beim Passieren des optischen Abbildungssystems in Licht umgewandelt, das sich zum abgebildeten Punkt fortpflanzt. Dementsprechend werden Wellenfronten, welche die Blendenöffnung passiert haben, zu Kugelwellen, die von der Durchtrittsstelle des optischen Abbildungssystems zum abgebildeten Punkt zusammenlaufen, und werden zu Kugelwellen, die auseinander laufen, nachdem sie den abgebildeten Punkt passiert haben.
Andererseits wird kohärenter Lichtausgang von der Lichtquelle in die Überlagerungsmittel (optisches System) eingeleitet. Die Überlagerungsmittel wandeln das kohärente Licht, das von der zweiten Lichtquelle ausgestrahlt wird, in Referenzlicht in Form von Planwellen um, und bringen das Objektlicht über das optische Abbildungssystem und das Referenzlicht zur Überlagerung.
Man beachte, dass die erste und die zweite Lichtquelle als eine einzige Lichtquelle ausgeführt sein können, und dass das Licht, das von der Lichtquelle ausgestrahlt wird, durch einen Strahlenteiler in Licht, mit dem das Objekt, das erfasst werden soll, bestrahlt werden soll, und in das kohärente Licht als eine Quelle des Referenzlichts geteilt werden kann.
Werden die Objektkugelwellen, die das optische Abbildungssystem passiert haben, mit Planwellen, welche dieselbe Wellenlänge wie die Kugelwellen aufweisen, überlagert, und werden Überlagerungswellen in einem Abschnitt an einer Position nach dem optischen Abbildungssystem, der senkrecht zur optischen Achse angeordnet ist, betrachtet, so wird der Abschnitt eine Kosinuswellen-Fresnel-Zonenplatte, die den Hauptstrahl als Mittelpunkt aufweist, und eine Linie, welche die Mittelpunkte der Kosinuswellen-Fresnel-Zonenplatten an verschiedenen Positionen verbindet, ist parallel zur optischen Achse angeordnet.
Wenn der Abstand in Richtung der optischen Achse gleich bleibt, definieren die Abstände zu hellen Punkten des Objekts, das erfasst werden soll, in der Richtung senkrecht zur optischen Achse folglich den Verteilungsbereich von Überlagerungsstreifen, die von den hellen Punkten stammen. Ebenso definieren die Abstände zu den hellen Punkten des Objekts, das erfasst werden soll, in Richtung der optischen Achse die Abstände zwischen benachbarten Überlagerungsstreifen der Kosinus-Fresnel-Zonenplatte.
Die Aufzeichnungsvorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet eine Blendenöffnung, die eine Öffnungsweite, welche die oben beschriebene Beziehung (1) erfüllt, aufweist, um die Entstehung von Überlagerungsstreifen, deren Abstände geringer sind als die räumliche Auflösung der Bilderfassungsmittel, das heißt die Größe (in der Folge auch als Teilung bezeichnet) p der Einheit einer Bilderfassungsvorrichtung, die in den Bilderfassungsmitteln verwendet ist, zu unterdrücken.
Trifft das Referenzlicht senkrecht auf die Bilderfassungsoberfläche auf, so muss der Einfallswinkel, θ, von Objektlicht, bei dem Überlagerungsstreifen, die an der Bilderfassungsvorrichtung entstehen und welche die Teilung p aufweisen, bei der Nyquist-Teilung oder einer noch geringeren Teilung erfasst werden können, die folgende Beziehung erfüllen: θ ≤ sin–1 ((λ/2)/p)
Andererseits erfüllt der Winkel (in der Folge auch als Einfallswinkel auf den abgebildeten Punkt bezeichnet), θ_i zwischen dem Objektlicht und der optischen Achse bei der Aufzeichnungsvorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die eine Blendenöffnung, die eine Öffnungsweite a, welche die oben beschriebene Beziehung (1) erfüllt, aufweist, aufweist, die Beziehung: θi < tan–1 ((λ/2)/p)
Da λ > 0, erfüllt der Winkel θ_i darüber hinaus die Beziehung: θi < sin–1 ((λ/2)/p)
Somit kann die Aufzeichnungsvorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Überlagerungsstreifen bei der Nyquist-Teilung erfassen, und aufgrund des Abtasttheorems können Informationen mit hoher Wiederholbarkeit gespeichert werden.
Erfüllt die Öffnungsweite a der Blendenöffnung der Aufzeichnungsvorrichtung die Beziehung (1) nicht, können unaufgelöste Überlagerungsstreifen entstehen. In diesem Fall wird die Lichtmenge unaufgelöster Überlagerungsstreifen als eine Gleichstromkomponente erkannt, und verringert den Kontrast der aufgelösten Überlagerungsstreifen. Es ist günstig und praktisch, eine rechteckige oder kreisförmige Blendenöffnung zu wählen.
In der Folge wird das Funktionsprinzip, das in der Holographieaufzeichnungsvorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommt, kurz beschrieben.
1 ist eine erläuternde Ansicht des Prinzips der Holographieaufzeichnungsvorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in 1 gezeigt ist, umfasst die Holographieaufzeichnungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung (a) ein optisches Abbildungssystem 110, das eine positive Brechkraft aufweist, (b) eine Blende 210, die eine Blendenöffnung 211 aufweist, die an einer Position in der Nähe des Brennpunkts im Objektraum des optischen Abbildungssystems 110 angeordnet ist, (c) ein optisches Überlagerungssystem 300 zur Überlagerung von Objektlicht und Referenzlicht, und (d) eine Bilderfassungsvorrichtung 400, die eine Bilderfassungsfläche 410, die senkrecht zur optischen Achse angeordnet ist, und die Überlagerungsstreifen des Überlagerungslichtausgangs vom optischen Überlagerungssystem 300 erfasst, aufweist.
Bei der Aufzeichnungsvorrichtung, die in 1 gezeigt ist, passieren Objektlichtstrahlen von hellen Punkten (P1, P2, P3 ...) des Objekts, das erfasst werden soll, die Blendenöffnung 211 und treten dann in das optische Abbildungssystem 110 ein.
Ein Hauptstrahl der Lichtstrahlen, die in das optische Abbildungssystem 110 eintreten, der den Mittelpunkt der Blendenöffnung 211, das heißt den Brennpunkt im Objektraum des optischen Abbildungssystems 110, passiert hat, wird in Übereinstimmung mit dem Einfallswinkel auf das optische Abbildungssystem 110 an der Austrittsposition des optischen Abbildungssystems ausgestrahlt, wobei diese Position in einem vorbestimmten Abstand von der optischen Achse des optischen Abbildungssystems 110 angeordnet ist, und trifft entlang eines Strahlenwegs, der parallel zur optischen Achse angeordnet ist, senkrecht auf die Bilderfassungsfläche 410 auf. Andererseits werden die Lichtstrahlen, welche die Blendenöffnung 211 passiert haben, nach dem Passieren des optischen Abbildungssystems 110 in Lichtstrahlen, die sich zu abgebildeten Punkten (Q1, Q2, Q3, ...), die den hellen Punkten (P1, P2, P3, ...) entsprechen, fortpflanzen, umgewandelt. Dementsprechend werden Wellenfronten, welche die Blendenöffnung 211 passiert haben, zu Kugelwellen, die von ihren Durchtrittsstellen durch das optische Abbildungssystem 110 zu den abgebildeten Punkten (Q1, Q2, Q3, ...) zusammenlaufen, und werden zu Kugelwellen, die auseinander laufen, nachdem sie die abgebildeten Punkte (Q1, Q2, Q3, ...) passiert haben.
2 ist eine erläuternde Ansicht des Einfallswinkels des Objektlichts beim abgebildeten Punkt. Das Objektlicht, das den hellen Punkt p als Startpunkt aufweist, und das durch die Blendenöffnung 211 in das optische Abbildungssystem 110 eintritt, läuft am abgebildeten Punkt Q zusammen. L ist die Öffnungsweite der Blendenöffnung 211, gegeben durch: L = λ f/pwobei

λ: die Wellenlänge des Objektlichts ist;
f: die Brennweite im Objektraum des optischen Abbildungssystems ist; und
p: die räumliche Auflösung der Bilderfassungsvorrichtung ist.

Somit ist jeder der Winkel, θ_i0, zwischen den Lichtstrahlen, welche die beiden Endpunkte der Blendenöffnung 211 und das optische Abbildungssystem passiert haben, und der optischen Achse gegeben durch: θi0 = tan–1 ((λ/2)/p)
Dementsprechend erfüllt der Winkel, θ_i0, zwischen einem Lichtstrahl, der die Blendenöffnung 211 und das optische Abbildungssystem passiert hat, und der optischen Achse die Beziehung: θi ≤ tan–1 ((λ/2)/p)
Wenn A > 0, tan^–1A < sin^–1A
so gilt θi < sin–1 ((λ/2)/p)
Somit erfüllt der Winkel θ_i die Bedingung, die durch die oben genannte Beziehung (2) gegeben ist.
Das Objektlicht über das optische Abbildungssystem 110 und Referenzlicht (kohärentes Licht, das dieselbe Wellenlänge wie das Objektlicht aufweist, in Form von Planwellen treten in das optische Überlagerungssystem 300 ein und werden zur Überlagerung gebracht. Man beachte, dass die Fortpflanzungsrichtung des Referenzlichts vom optischen Überlagerungssystem derart vorgegeben ist, dass sich das Referenzlicht über das optische Überlagerungssystem 300 parallel zur optischen Achse fortpflanzt und senkrecht auf die Bilderfassungsfläche 410 auftrifft.
Da (die Öffnungsweite a der Blendenöffnung in der vorliegenden Erfindung) < L, kann die Holographieaufzeichnungsvorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Überlagerungsstreifen, die als Ergebnis der Überlagerung von Objektlicht über das optische Abbildungssystem 110 und Referenzlicht (kohärentes Licht, das dieselbe Wellenlänge wie das Objektlicht aufweist) im optischen Überlagerungssystem 300 entstehen, bei der Nyquist-Teilung oder einer noch geringeren Teilung erfassen, da der Einfallswinkel am abgebildeten Punkt immer die Bedingung, die durch die oben genannten Beziehung (2) gegeben ist, erfüllt.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Holographieaufzeichnungsverfahren wie in Anspruch 7 definiert bereitgestellt.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Holographieanzeigevorrichtung wie in Anspruch 4 definiert bereitgestellt.
Man beachte, dass die Vorrichtung vorzugsweise des Weiteren zweite Bewegungsmittel zum Ändern des Abstands zwischen der Position der Hologrammebene und der Fokussierebene im Objektraum des zweiten optischen Abbildungssystems umfasst. In diesem Fall kann die Anordnung des optischen Wiederaufbausystems, das ein Bild ohne jegliche Verzerrung wiederaufbauen kann, bei der Holographieabbildungsvorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, sogar wenn sich der gewählte erste Abstand ändert, wiederum in Übereinstimmung mit dem geänderten ersten Abstand eingerichtet werden.
Im Fall eines Intensitätshologramms können die Hologrammbildungsmittel vorzugsweise durch optische Elemente gebildet sein, indem sie (i) Anzeigemittel zum Anzeigen einer optischen Abbildung des Abbildungsergebnisses, das von der Informationseingabeeinheit (den Informationseingabemitteln) bereitgestellt wird, (ii) einen räumlichen Lichtmodulator, in dem ein räumliches, lichtmoduliertes Bild, das dem optischen Bild, das an den Anzeigemitteln angezeigt wird, entspricht, geschrieben wird, (iii) eine Lichtquelle zur Erzeugung von Leselicht, mit dem der räumliche Lichtmodulator bestrahlt werden soll, und (iv) ein optisches Hologrammbildungssystem zum Empfangen von phasen- oder amplitudenmoduliertem Licht, das durch Phasen- oder Amplitudenmodulation des Leselichts über den räumlichen Lichtmodulator gewonnen wird, und zum Bilden eines Hologramms, das dieselbe Größe wie die Bilderfassungsvorrichtung der Holographieaufzeichnungsvorrichtung aufweist, umfassen.
Ist das Bildergebnis in der Holographieaufzeichnungsvorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hingegen ein komplexes Hologramm, das die Amplitudeninformationen und die Phaseninformationen von einfallenden Licht an den jeweiligen Punkten auf der Bilderfassungsfläche enthält, kann die Hologrammbildungseinheit vorzugsweise durch optische Elemente gebildet sein, in dem sie (i) eine Phasen- und Amplitudenmodulationseinheit zur Phasen- und Amplitudenmodulation von einfallendem Licht in Übereinstimmung mit den Amplitudeninformationen und den Phaseninformationen, die von der Informationseingabeeinheit bereitgestellt werden, und zum Ausstrahlen von moduliertem Licht, (ii) eine Lichtquelle zur Erzeugung von Leselicht, mit dem die Phasen- & Amplitudenmodulationseinheit bestrahlt werden soll, (iii) ein optisches Hologrammbildungssystem zum Empfangen von Phasen- und amplitudenmoduliertem Licht, das durch Phasen- und Amplitudenmodulation des Leselichts über die Phasen- & Amplitudenmodulationseinheit erlangt wird, und zum Bilden eines Hologramms, das dieselbe Größe wie die Bilderfassungsvorrichtung der Holographieaufzeichnungsvorrichtung aufweist, umfassen.
Man beachte, dass die Funktionen der Hologrammbildungseinheit, des zweiten optischen Abbildungssystems und der Lichtabschirmungsplatte (der Lichtabschirmungsmittel) nullter Ordnung auch durch Berechnungsverarbeitung unter Verwendung eines Computers ausgeführt werden können.
In der Folge wird das Prinzip des Hologrammwiederaufbaus, das in der Holographieanzeigevorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommt, kurz beschrieben. Die Holographieanzeigevorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liest ein Überlagerungsstreifenbild, das durch das oben erwähnte Prinzip erfasst worden ist, aus, und zeigt ein Hologramm an.
In der Folge ist ein Fall erklärt, bei dem die Abbildungsfläche bei der Holographieabbildung auf der entfernten Fokussierebene angeordnet ist.
3 zeigt die Anordnung des grundlegendsten optischen Wiederaufbausystems. Wie in 3 gezeigt ist, umfasst dieses optische System (a) ein optisches Abbildungssystem 120, das dem optischen Abbildungssystem 110, das in der optischen Aufzeichnungsvorrichtung verwendet ist, entspricht, (b) ein komplexes Hologramm 510, das in Bezug auf das optische Abbildungssystem 110 an einer Position, die der Bilderfassungsfläche 410 entspricht, das heißt auf einer Fokussierebene des optischen Abbildungssystems 120, angeordnet ist, und (c) eine Blende 220, die in Bezug auf das optische Abbildungssystem 110 an einer Position, die der Blende 210 entspricht, das heißt, auf der anderen Fokussierebene des optischen Abbildungssystems 120, angeordnet ist, und die eine Blendenöffnung 221, die der Blendenöffnung 211 entspricht, aufweist.
Wenn bei diesem optischen Wiederaufbausystem das komplexe Hologramm 510 mit gebündeltem Licht als konjugierte Wellen des Referenzlichts, das beim Aufzeichnen verwendet wird, das heißt des Leselichts, bestrahlt wird, wird Licht, dessen Wiederaufbauwellenfronten eine Objektabbildung, die bei der Aufzeichnung durch das optische Abbildungssystem 110 als ein virtuelles Bild IM1 gebildet werden, aufweisen, erzeugt. Dieses Licht tritt in das optische Abbildungssystem 120 ein und bildet durch die Blendenöffnung 221 ein reelles Bild RL1 an einer Position, die der Position des erfassten Objekts beim Aufzeichnen entspricht, ab.
Da ein Wiederaufbaulichtstrahl an der Position nahe der Blendenöffnung 221 im optischen Wiederaufbausystem, das in 3 gezeigt ist, gebündelt wird, ist die Blende 220 beim Wiederaufbau nicht immer erforderlich.
Da das komplexe Hologramm 510 keinerlei konjugierte Abbildung erzeugt, werden keine Abbildungen außer dem oben erwähnten virtuellen Bild IM1 und dem reellen Bild RL1 wiederaufgebaut.
Das reelle Bild RL1 wird von einem Standpunkt P11 oder P12 an einer Position hinter dem beim Aufzeichnen erfassten Objekt betrachtet. Somit ist die zu betrachtende Abbildung die Rückseite des wiederaufgebauten Bilds.
Am Standpunkt P11 oder P12 kann der Betrachter nur einen Abschnitt des reellen Bilds RL1, der nur mit dem Wiederaufbaulicht, das am jeweiligen Standpunkt einfällt, zusammenhängt, betrachten.
Die Nachteile des optischen Wiederaufbausystems, das in 3 gezeigt ist, können beseitigt werden. 4 zeigt die Anordnung eines optischen Wiederaufbausystems, das die Nachteile des optischen Wiederaufbausystems, das in 3 gezeigt ist, beseitigen kann.
Wie in 4 gezeigt ist, umfasst dieses optische Wiederaufbausystem (a) ein optisches Abbildungssystem 120, das dem optischen Abbildungssystem 110, das in der optischen Aufzeichnungsvorrichtung verwendet ist, entspricht, (b) ein komplexes Hologramm 510, das in Bezug auf das optische Abbildungssystem 110 an einer Position, die der Bilderfassungsfläche 410 entspricht, das heißt auf einer Fokussierebene des optischen Abbildungssystems 120, angeordnet ist, und das um eine Achse senkrecht zur Ebene der Zeichnung von 4 als Drehachse um 180° gedreht ist, und (c) eine Blende 220, die in Bezug auf das optische Abbildungssystem 110 an einer Position, die der Blende 210 entspricht, angeordnet ist, und die eine Blendenöffnung 221, die der Blendenöffnung 211 entspricht, aufweist.
Wenn bei diesem optischen Wiederaufbausystem das komplexe Hologramm 510 mit gebündeltem Licht als konjugierte Wellen des Referenzlichts, das beim Aufzeichnen verwendet wird, das heißt des Leselichts, bestrahlt wird, wird Licht, dessen Wiederaufbauwellenfronten ein reelles Bild RL2 an einer in Bezug auf die Fokussierebene des virtuellen Bilds IM1 symmetrischen Position bilden, erzeugt. Dieses Licht tritt in das optische Abbildungssystem 120 ein und wird in Licht umgewandelt, das Wellenfronten aufweist, die eine virtuelle Abbildung IM2 zwischen dem optischen Abbildungssystem 120 und der Blende 220 bilden. Wird die virtuelle Abbildung IM2 von der Blendenöffnung 221 als Standpunkt aus betrachtet, kann die gesamte Abbildung in einer normalen Abbildungsrichtung ohne jegliche Verzerrung betrachtet werden.
In der Folge ist ein Fall erläutert, bei dem ein Hologramm mit einer Hologrammvorrichtung der Intensitätsaufzeichnungsart aufgezeichnet wird.
5 zeigt die Anordnung des grundlegendsten optischen Wiederaufbausystems eines Intensitätshologramms. Wie in 5 gezeigt ist, weist dieses optische Wiederaufbausystem im Wesentlichen dieselbe Anordnung wie das optische Wiederaufbausystem, das in 3 gezeigt ist, auf, außer dass ein Intensitätshologramm 560 das komplexe Hologramm 510 ersetzt.
Wird das Intensitätshologramm 560 des optischen Wiederaufbausystems, das in 5 gezeigt ist, mit Leselicht bestrahlt, so wird Wiederaufbaulicht, das Wellenfronten, die wie beim optischen Wiederaufbausystem, das in 3 gezeigt ist, an der beim Aufzeichnen abgebildeten Position eine virtuelle Abbildung IM1 bilden, sowie Wellenfronten, die an einer zur virtuellen Abbildung IM1 symmetrischen Position mit dem Intensitätshologramm 560 als Symmetrieebene ein reelles Bild RL3 bilden, aufweist, erzeugt.
Das Licht, das die Wellenfronten aufweist, die das virtuelle Bild IM1 bilden, wird durch das optische Abbildungssystem 120 als ein reelles Bild RL1 an der Position des Objekts, das beim Aufzeichnen erfasst wird, wiederaufgebaut. Andererseits wird das Licht, das die Wellenfronten, die das reelle Bild RL3 bilden, aufweist, durch das optische Abbildungssystem 120 als ein virtuelles Bild IM3 an der zum reellen Bilds RL1 symmetrischen Position mit der Blende 220 als Symmetrieebene wiederaufgebaut.
Durch Betrachten des virtuellen Bilds IM3 von der Blendenöffnung 221 als Standpunkt aus kann das gesamte wiederaufgebaute Bild erlangt werden.
Wie in 3 ist das betrachtete Bild jedoch vertikal verkehrt.
Dieses Problem kann mit dem optischen Wiederaufbausystem, das in 4 gezeigt ist, durch jenes Verfahren gelöst werden, welches dasselbe Problem auch beim optischen Wiederaufbausystem, das in 3 gezeigt ist, löst.
6 zeigt die Anordnung des optischen Wiederaufbausystems, welches das Problem des optischen Wiederaufbausystems, das in 5 gezeigt ist, löst. Wie in 6 gezeigt ist, weist dieses optische Wiederaufbausystem im Wesentlichen dieselbe Anordnung wie das System, das in 5 gezeigt ist, auf, außer dass das Intensitätshologramm 560 so angeordnet ist, dass es um die Richtung senkrecht zur Ebene der Zeichnung von 6 als eine Achse um 180° gedreht ist.
Wird das Intensitätshologramm des optischen Wiederaufbausystems, das in 6 gezeigt ist, mit Leselicht bestrahlt, so wird Wiederaufbaulicht, das Wellenfronten, die an derselben Position wie beim optischen Wiederaufbausystem, das in 4 gezeigt ist, ein reelles Bild RL2 bilden, sowie Wellenfronten, die an einer zum reellen Bild RL2 symmetrischen Position mit dem Intensitätshologramm 560 als Symmetrieebene ein virtuelles Bild IM4 bilden, aufweist, erzeugt.
Das Licht, das die Wellenfronten aufweist, die das virtuelle Bild IM4 bilden, wird durch das optische Abbildungssystem 120 als ein reelles Bild RL4 an der Position des Objekts, das beim Aufzeichnen erfasst wird, wiederaufgebaut. Andererseits wird das Licht der Wellenfronten, die das reelle Bild RL2 bilden, durch das optische Abbildungssystem 120 als ein virtuelles Bild IM2 an einer zum reellen Bilds RL4 symmetrischen Position mit der Blende 220 als Symmetrieebene wiederaufgebaut.
Durch Betrachten des virtuellen Bilds IM2 von der Blendenöffnung 221 als Standpunkt aus kann das gesamte wiederaufgebaute Bild mit derselben Richtungsbeziehung wie das Bild, das mit dem optischen Wiederaufbausystem, das in 4 gezeigt ist, abgebildet wird, betrachtet werden.
In der obigen Beschreibung ist die Bilderfassungsfläche auf der Fokussierebene (Brennweite = f) des optischen Abbildungssystems beim Aufzeichnen angeordnet. In der Folge ist ein Fall erläutert, bei dem die Bilderfassungsfläche nicht auf der Fokussierebene des optischen Abbildungssystems beim Aufzeichnen angeordnet ist. In der folgenden Beschreibung geht man davon aus, dass die Bilderfassungsfläche beim Aufzeichnen im Abstand z von der hinteren Bildfokussierebene des optischen Abbildungssystems angeordnet ist.
7 zeigt die Anordnung eines optischen Wiederaufbausystems, bei dem das komplexe Hologramm 510 in Übereinstimmung mit 3 an der Position der Bilderfassungsfläche beim Aufzeichnen angeordnet ist. Wird das optische Wiederaufbausystem, das in 7 gezeigt ist, mit Leselicht bestrahlt, so wird Licht, das Wellenfronten, die ein virtuelles Bild IM1 bilden, an der vom optischen Abbildungssystem beim Aufzeichnen abgebildeten Position wiederaufgebaut (der Abstand zwischen dem optischen Abbildungssystem und der abgebildeten Position ist b). Zu diesem Zeitpunkt ist der Abstand, c, zwischen dem komplexen Hologramm 510 und dem virtuellen Bild IM1: c = b – (f + z) (5)
In der Folge wird das Licht, das die Wellenfronten aufweist, die das virtuelle Bild IM1 bilden, durch das optische Abbildungssystem 120 an der Position des Objekts, das beim Aufzeichnen erfasst wird, abgebildet, wodurch ein reelles Bild RL1 wiederaufgebaut wird. Bei diesem optischen Wiederaufbausystem erleidet das reelle Bild RL1 als das wiederaufgebaute Bild bei der Abbildung keinerlei Verzerrung.
Da jedoch beim Betrachten des reellen Bilds RL1 in 7 dasselbe Problem auftaucht wie beim obigen Fall von 3, wird ein optisches Wiederaufbausystem verwendet, welches in Bezug auf das optische Wiederaufbausystem in 3 dieselbe Maßnahme trifft wie das optische Wiederaufbausystem in 4.
Beim optischen Wiederaufbausystem, das in 8 gezeigt ist, ist das komplexe Hologramm 510 um die Richtung senkrecht zur Ebene der Zeichnung von 7 als Achse um 180° gedreht und um einen Abstand y verschoben. Wird bei diesem optischen Wiederaufbausystem Leselicht ausgestrahlt, so wird an der Position, an der das virtuelle Bild IM1 um dieselbe Achse wie die Drehungsachse des komplexen Hologramms um 180° gedreht ist, wiederaufgebaut. Der Abstand, d, zwischen diesem reellen Bild RL2 und dem optischen Abbildungssystem 120 ist: d = f + z – c – y = 2f + 2z – b – y (6)
Um beim optischen Abbildungssystem 120 ein virtuelles Bild IM2 ohne jegliche Verzerrung durch die Abbildung von Wellenfronten, die das reelle Bild RL2 bilden, wiederaufzubauen, muss die Position des reellen Bilds RL2 an einer zum virtuellen Bild IM1 symmetrischen Position um die Fokussierebene in 7 gebildet werden. Diese Bedingung ist ausgedrückt durch: d = 2f – b (7)
Somit ergibt sich aus den Gleichungen (6) und (7) die folgende Bedingung in Abhängigkeit von der Position zur Erlangung des virtuellen Bilds IM2 unabhängig vom Unterschied des Vergrößerungsfaktors: y = 2z
8 zeigt die Anordnung eines optischen Wiederaufbausystems, das die durch Gleichung (8) angegebene Bedingung erfüllt.
Auch wenn ein Intensitätshologramm verwendet wird kann das gesamte Bild in einer normalen Abbildungsrichtung ohne jegliche Verzerrung durch dasselbe optische Wiederaufbausystem, wie jenes, das in 8 gezeigt ist, betrachtet werden.
Bei der Holographieaufzeichnungsvorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die Bilderfassungsmittel die Bilderfassungsfläche, die im ersten Abstand von der Fokussierebene im Bildraum des ersten optischen Abbildungssystems in der Fortpflanzungsrichtung des Referenzlichts, das vom ersten optischen Abbildungssystems ausgestrahlt wird, angeordnet ist, die an der Position angeordnet ist, an der sie keinerlei Hauptstrahl des Lichts, das vom Objekt, das erfasst werden soll, stammt, empfängt, und die den Brennpunkt im Objektraum des ersten optischen Abbildungssystems passiert und senkrecht zur optischen Achse des ersten optischen Abbildungssystems angeordnet ist, umfassen.
Die Holographieanzeigevorrichtung, die das Bild des Objekts, das erfasst werden soll, auf Grundlage der optischen Informationen, die durch die Holographieaufzeichnungsvorrichtung erfasst werden, wiederaufbaut und anzeigt, umfasst vorzugsweise des Weiteren Hauptstrahlabschirmungsmittel, die auf der Fokussierebene im Bildraum (gegenüber des Hologrammstandorts) des zweiten optischen Abbildungssystems angeordnet sind, und schirmen den Hauptstrahl des Lichts, das Wellenfronten, die ein reelles Bild bilden, aufweist, ab, wobei dieses Licht über das zweite optische Abbildungssystem gewonnen wird, indem Licht, das Wellenfronten, die ein Hologramm bilden, aufweist, umgewandelt wird.
Bei der Holographieaufzeichnungsvorrichtung und der Holographieanzeigevorrichtung, die den Hauptstrahl nicht verwenden, kann ein konjugiertes Bild, das im Fall des Intensitätshologramms erzeugt wird, wirksam entfernt werden, wie in der Folge beschrieben ist.
9 zeigt die Anordnung eines optischen Aufzeichnungssystems das zur Entfernung eines konjugierten Bilds beim Wiederaufbau geeignet ist. Wie in 9 gezeigt ist, umfasst das optische System (a) ein optisches Abbildungssystem 110, das eine positive Brechkraft aufweist, (b) eine Blende 210, die eine Blendenöffnung 211 an einer Position nahe des Brennpunkts im Objektraum des optischen Abbildungssystems 110 aufweist, (c) ein optisches Überlagerungssystem 300, um Objektlicht und Referenzlicht zur Überlagerung zu bringen, und (d) eine Bilderfassungsvorrichtung 400, die eine Bilderfassungsfläche 410 senkrecht zur optischen Achse aufweist, und die Überlagerungsstreifen des Überlagerungslichts, das vom optischen Überlagerungssystem 300 ausgestrahlt wird, erfasst. Das gesamte optische System ist derart gestaltet, dass der Hauptstrahl des Objektlichts, der den Brennpunkt im Objektraum des optischen Abbildungssystems 110 passiert hat, nicht auf die Bilderfassungsfläche 410 auftrifft.
Eine solche Anordnung kann nur durch die geometrische Anordnung eines Objekts 900, das erfasst werden soll, der Blende 210, des optischen Abbildungssystems 110 und der Bilderfassungsfläche 410 erreicht werden, oder sie kann erreicht werden, dass ein Filter 419, dessen Durchlässigkeit an der Einfallsposition des Hauptstrahls des Objektlichts, das den Brennpunkt im Objektraum des optischen Abbildungssystems 110 passiert hat, auf der Bilderfassungsfläche 410 allmählich auf 0 geht, angeordnet wird. Mit dieser Anordnung kann der Einfluss der Beugung an einer Position nahe des Endpunkts verhindert, und die Bildqualität verbessert werden.
Gemäß dem optischen Aufzeichnungssystem, das in 9 gezeigt ist, werden Überlagerungsstreifen erfasst, die durch Objektlicht, das keinerlei Hauptstrahl des Objektlichts, das den Brennpunkt des Objektraums des optischen Abbildungssystems 110 passiert hat, umfasst, und das Referenzlicht gebildet werden.
In der Folge ist ein optisches Wiederaufbausystem zum Wiederaufbauen einer Abbildung des Hologramms, das durch das optische System, das in 9 gezeigt ist, erfasst worden ist, beschrieben.
10 zeigt die Anordnung eines solchen optischen Wiederaufbausystems. Man beachte, dass 10 den Strahlenweg von Licht, das dazu geeignet ist, das wiederaufgebaute Bild zu betrachten, abbildet.
Wie in 10 gezeigt ist, umfasst diese optische Wiederaufbausystem (a) ein optisches Abbildungssystem 120, das dem optischen Abbildungssystem 110 entspricht, (b) ein Hologramm 510, das an einer Position, die in Bezug auf das optische Abbildungssystem 110 der Bilderfassungsfläche 410 entspricht, das heißt, auf einer Fokussierebene des optischen Abbildungssystems 120, angeordnet ist, und das um die Richtung senkrecht zur Ebene der Zeichnung von 4 als Drehachse um 180° gedreht ist, (c) eine Lichtabschirmungsplatte nullter Ordnung 291, die nahe dem Brennpunkt im Bildraum des optischen Abbildungssystems 120 angeordnet ist, und (d) eine planare Lichtabschirmungsplatte 252, die auf der Ebene der Zeichnung an einer Position unterhalb des Brennpunkts im Bildraum des optischen Abbildungssystems 120 angeordnet ist. Man beachte, dass die Anordnungsposition des Hologramms 510 dieselbe ist wie in 8.
Wenn beim optischen Wiederaufbausystem das Hologramm 510 mit gebündeltem Licht als konjugierte Wellen des Referenzlichts, das beim Aufzeichnen verwendet wird, das heißt, des Leselichts, bestrahlt wird, so entsteht Licht, das Wellenfronten, die ein reelles Bild RL2 bilden, aufweist, wie in 6 gezeigt ist. Dieses Licht tritt in das optische Abbildungssystem 120 ein und wird in Licht umgewandelt, das Wellenfronten aufweist, die eine virtuelle Abbildung IM2 bilden. Da, wie in 10 gezeigt ist, das Licht, das Wellenfronten, die das virtuelle Bild IM2 bilden, aufweist, auf der Ebene der Zeichnung eine Position oberhalb des Brennpunkts auf der Fokussierebene im Bildraum des optischen Abbildungssystems 120 passiert, kann das gesamte Bild in einer normalen Abbildungsrichtung zufrieden stellend ohne jegliche Verzerrung betrachtet werden, indem dieses Licht, das heißt, das virtuelle Bild IM2, von der Position hinter der Fokussierebene im Bildraum des optischen Abbildungssystems 120 betrachtet wird.
11 ist eine erläuternde Ansicht der Beseitigung eines konjugierten Bilds durch das optische System, das in 10 gezeigt ist. Wenn, wie in 11 gezeigt ist, das Hologramm 510 mit gebündeltem Licht als konjugierte Wellen des Referenzlichts, das beim Aufzeichnen verwendet wird, das heißt, des Leselichts, bestrahlt wird, so entsteht Licht, das Wellenfronten, die ein virtuelles Bild IM1 eines reellen Bilds RL2 bilden, aufweist, wie in 6 gezeigt ist. Dieses Licht tritt in das optische Abbildungssystem 120 ein, und wird in Licht umgewandelt, das Wellenfronten, die ein reelles Bild RL1 bilden, aufweist. Da, wie in 11 gezeigt ist, das Licht, das Wellenfronten, die das virtuelle Bild IM1 bilden, aufweist, auf der Ebene der Zeichnung eine Position unterhalb des Brennpunkts auf der Fokussierebene im Bildraum des optischen Abbildungssystems 120 passiert, wird es durch die Lichtabschirmungsplatte nullter Ordnung 251 oder die Lichtabschirmungsplatte 252 abgeschirmt. In der Folge wird beim Betrachten des virtuellen Bilds IM2 von der Position hinter der Fokussierebene im Bildraum des optischen Abbildungssystems 120 kein Licht, das die Wellenfronten, die das reelle Bild RL1 bilden, vermischt, wodurch eine zufrieden stellende Bildbetrachtung möglich ist.
Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Holographieanzeigeverfahren wie in Anspruch 8 definiert zum Wiederaufbauen und Anzeigen einer Abbildung eines erfassten Objekts auf Grundlage der optischen Informationen, die durch ein Holographieaufzeichnungsverfahren gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung erfasst werden, bereitgestellt.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden ausführlichen Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen, die ausschließlich zur Veranschaulichung dienen und in keiner Weise als Einschränkung der vorliegenden Erfindung ausgelegt werden dürfen, besser verständlich.
Des Weiteren ist der Umfang der Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung aus der folgenden ausführlichen Beschreibung ersichtlich. Es versteht sich jedoch, dass die ausführliche Beschreibung und besondere Beispiele zwar bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung erläutern, jedoch nur zur Veranschaulichung beschrieben sind, da verschiedene Änderungen und Modifikationen aus dieser ausführlichen Beschreibung für Fachleute offensichtlich werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine erläuternde Ansicht des Prinzips einer Holographieaufzeichnungsvorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine erläuternde Ansicht des Einfallswinkels von Objektlicht am Abbildungspunkt;
3 ist eine Ansicht, welche die Anordnung eines grundlegenden optischen Wiederaufbausystems eines komplexen Hologramms zeigt (wobei das Hologramm in der Fokussierebene angeordnet ist);
4 zeigt die Anordnung eines optischen Wiederaufbausystems, welches das optische Wiederaufbausystem, das in 3 gezeigt ist, verbessert.
5 ist eine Ansicht, welche die Anordnung eines grundlegenden optischen Wiederaufbausystems eines Intensitätshologramms zeigt (wobei das Hologramm in der Fokussierebene angeordnet ist);
6 zeigt die Anordnung eines optischen Wiederaufbausystems, welches das optische Wiederaufbausystem, das in 5 gezeigt ist, verbessert;
7 ist eine Ansicht, welche die Anordnung eines grundlegenden optischen Wiederaufbausystems zeigt (wobei das Hologramm an einer Position außerhalb der Fokussierebene angeordnet ist);
8 ist eine Ansicht, welche die Anordnung eines optischen Wiederaufbausystems, welches das optische Wiederaufbausystem, das in 7 gezeigt ist, verbessert, zeigt;
9 ist eine schematische Darstellung der Anordnung eines optischen Abbildungssystems einer Holographieaufzeichnungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die keinerlei Hauptstrahl verwendet;
10 ist eine schematische Darstellung der Anordnung eines optischen Abbildungssystems einer Holographieanzeigevorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die keinerlei Hauptstrahl verwendet;
11 ist eine erläuternde Ansicht der Beseitigung eines konjugierten Bilds durch das optische Wiederaufbausystem, das in 10 gezeigt ist;
12 ist ein Schaubild, das die Anordnung einer Holographieaufzeichnungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
13 ist eine Graphik, die Änderungen des maximalen Auflösungsgrads und des maximalen Abbildungsgrads bei Änderung des Abstands L in der Aufzeichnungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
14 ist ein Schaubild, das die Anordnung einer Holographieaufzeichnungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
15 ist ein Blockschaltbild, das die Anordnung einer Verarbeitungseinheit der Holographieaufzeichnungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
16 ist ein Schaubild, das die Anordnung einer Holographieaufzeichnungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
17 ist ein Schaubild, das die Anordnung einer Holographieaufzeichnungsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
18 ist eine Darstellung, welche die Anordnung eines optischen Abbildungssystems 120 zeigt;
19 ist eine Darstellung, welche die Anordnung von Steilmitteln 270 zeigt;
20 ist eine Graphik, welche die Beziehung zwischen den Abständen L1, L2, L3, der synthetisierten Brennweite f und dem Drehwinkels θ zeigt;
21 ist eine Graphik, welche die Beziehung zwischen den Drehwinkeln θ_m und θ zeigt;
22 ist ein Schaubild, das die Anordnung einer Holographieaufzeichnungsvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
23 ist ein Schaubild, das die Anordnung einer Holographieaufzeichnungsvorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
24 ist ein Schaubild, das die Anordnung einer Holographieanzeigevorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
25 ist ein Schaubild, das die Anordnung einer Holographieanzeigevorrichtung gemäß einer zweiten – nicht beantragten – Ausführungsform zeigt;
26 ist ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung der Berechungsverarbeitung der Holographieanzeigevorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform;
27 ist ein Schaubild, das die Anordnung einer Holographieanzeigevorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
28 ist ein Schaubild, das die Anordnung einer Holographieanzeigevorrichtung gemäß einer vierten – nicht beantragten – Ausführungsform zeigt;
29 ist ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung der Berechungsverarbeitung der Holographieanzeigevorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform;
30 ist ein Schaubild, das die Anordnung einer Holographieanzeigevorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
31 ist ein Schaubild, das die Anordnung einer Holographieanzeigevorrichtung gemäß einer sechsten – nicht beantragten – Ausführungsform zeigt;
32 ist ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung der Berechungsverarbeitung der Holographieanzeigevorrichtung gemäß der sechsten Ausführungsform;
33 ist ein Schaubild, das die Anordnung einer Holographieanzeigevorrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
34 ist ein Schaubild, das die Anordnung einer Holographieanzeigevorrichtung gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Bevorzugte Ausführungsformen der Holographieaufzeichnungsvorrichtung und der Holographieanzeigevorrichtung werden in der Folge unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Man beachte, dass dieselben Bezugsziffern in sämtlichen Zeichnungen dieselben Bauteile bezeichnen, und dass eine wiederholte Beschreibung derselben vermieden wird.
[Ausführungsformen von Holographieaufzeichnungsvorrichtungen]
(Erste Ausführungsform)
12 ist ein Schaubild, das die Anordnung einer ersten Ausführungsform einer Holographieaufzeichnungsvorrichtung zeigt. Die Holographieaufzeichnungsvorrichtung dieser Ausführungsform ist eine Aufzeichnungsvorrichtung der Intensitätsaufzeichnungsart. Wie in 12 gezeigt ist, umfasst diese Vorrichtung (a) eine Lichtquelleneinheit 610 zur Erzeugung von Bestrahlungslicht, mit dem ein Objekt 900, das erfasst werden soll, bestrahlt werden soll, und von Referenzlicht, (b) eine Blende 210, die eine Blendenöffnung 211 aufweist, und die das Objektlicht, das vom Objekt 900, das erfasst werden soll, als Ergebnis der Bestrahlung des Objekts 900, das erfasst werden soll, mit dem Licht, das von der Lichtquelleneinheit 610 ausgestrahlt wird, reflektiert wird, durchlässt, (c) ein optisches Abbildungssystem 110, das an einer Position, die der Fokussierebene im Objektraum der Blende 210 entspricht, angeordnet ist, und das eine positive Brechkraft aufweist, (d) ein optisches Überlagerungssystem 310, um das Objektlicht über das optische Abbildungssystem 110 und das Referenzlicht zur Überlagerung zu bringen, (e) und Bilderfassungsmittel 400, die eine Bilderfassungsfläche 410 senkrecht zur optischen Achse des optischen Abbildungssystems 110 aufweisen, und die ein Bild, das durch das Überlagerungslicht, das vom optischen Überlagerungssystem 310 ausgestrahlt wird, gebildet wird, erfassen, (f) Speichermittel 710 zum Empfangen und Speichern der Bildinformationen, die von den Bilderfassungsmitteln 400 ausgegeben werden, und (g) Übertragungsmittel 720 zum Empfangen der Bildinformationen, die von den Bilderfassungsmitteln 400 ausgegeben werden, und zum Übertragen derselben zu einer Holographieanzeigevorrichtung.
Ist die Wellenlänge des Objektlichts = λ, die Öffnungsweite der Blendenöffnung der Blende = a, die Brennweite im Objektraum des optischen Abbildungssystems = f, und die räumliche Auflösung der Bilderfassungsmittel = p, gilt die folgende Beziehung (1): a ≤ λ f/p
Die Lichtquelleneinheit 610 umfasst (i) eine Laserquelle 611 zur Erzeugung kohärenten Lichts, (ii) einen Strahlenteiler 612 zum Teilen des Lichts, das von der Laserlichtquelle ausgestrahlt wird, in zwei Strahlen, (iii) einen Polarisator 613 zum Empfangen eines der Strahlen, die vom Strahlenteiler 612 ausgesendet werden, zum Auswählen der Polarisationsrichtung und zum Aussenden des polarisierten Strahls, (iv) und einen optischen Polarisator 614 zum Aussenden des Strahls als Bestrahlungslicht in Form von Kugelwellen auf das Objekt 900, das erfasst werden soll, (v) einen Polarisator 615 zum Empfangen des anderen Strahls, der vom Strahlenteiler 612 ausgesendet wird, zum Auswählen der Polarisationsrichtung und zum Aussenden des polarisierten Strahls, und (vi) ein optisches System 616, welches das Licht über den Polarisator 615 als Licht in Form von Kugelwellen zum optischen Überlagerungssystem 310 ausgibt.
Das optische Überlagerungssystem 310 umfasst (i) ein optisches System 311 zum Empfangen des Lichts über das optische System 616 und zum Umwandeln desselben in Planwellen, (ii) einen Spiegel 312 zum Reflektieren des Lichts über das optische System 311 und zum Einrichten eines Strahlenwegs, und (iii) einen Halbspiegel 313 zum Empfangen des Objektslichts über das optische Abbildungssystem 110 und des Referenzlichts über den Spiegel 312, und zum Aussenden dieser beiden Strahlen in die im Wesentlichen gleiche Richtung, um sie zur Überlagerung zu bringen.
Das Bilderfassungsmittel 400 umfasst (i) einen Analysator 430 zum Empfangen des Überlagerungslichts, das vom optischen Überlagerungssystem 310 ausgestrahlt wird, zum Auswählen der Polarisationsrichtung und zum Ausstrahlen des Lichts, (ii) eine Bilderfassungsvorrichtung 420, welche die Bilderfassungsfläche 410 zum Empfangen des Lichts über den Analysator 430 aufweist, und die eine optische Abbildung auf der Bilderfassungsfläche 410 erfasst, und (iii) Bewegungsmittel 440 zum Verschieben der Position der Bilderfassungsfläche 410 in Bezug auf das optische Überlagerungssystem 310.
Wenn die Bilderfassungsvorrichtung 420 als CCD-Kamera ausgeführt ist, wird die Kamera in einer solchen Richtung eingestellt, dass sie ein Bild, das durch das optische Abbildungssystem 110 gebildet wird, weder in waagrecht umgekehrter noch in senkrecht umgekehrter Richtung abtastet. Um eine Reflexion durch das Schutzglas der Bilderfassungsfläche 410 zu verhindern, wird anstelle des gewöhnlichen Schutzglases vorzugsweise eine Glasfaserplatte, die einen Kerndurchmesser, der gleich oder kleiner als die Bildauflösung ist, aufweist, verwendet.
In der Folge ist ein Fall beschrieben, bei dem das optische Abbildungssystem 110 eine Sammellinse verwendet, die eine Brennweite f = 18 cm aufweist, wobei die Bilderfassungsfläche 410 durch ein Feld von 512 (= N) × 512 Bilderfassungsvorrichtungen mit einer Teilung p = 11 μm definiert ist, das Licht, das verwendet werden soll, eine Wellenlänge λ = 0,628 μm aufweist, und das Objekt 900 an einer Position ungefähr 46,6 cm vor dem optischen Abbildungssystem 110 angeordnet ist. In diesem Fall entspricht der abgebildete Punkt des Objekts 900, das durch das optische Abbildungssystem 110 erfasst werden soll, einer Position, die in einem Abstand von 29,4 cm vom optischen Abbildungssystem 110 angeordnet ist. Des Weiteren wird eine kreisförmige Blendenöffnung 211 verwendet, deren Größe definiert ist durch: a = λf/p = 1,0 cm
Man beachte, dass die optische Achse des Objektlichts als die z-Achse definiert ist, dass die Auf- und Abrichtung der Ebene der Zeichnung von 12 als die y-Richtung definiert ist, und dass die Richtung senkrecht zur Ebene der Zeichnung von 12 als die x-Richtung definiert ist.
Die Holographieaufzeichnungsvorrichtung dieser Ausführungsform erfasst ein Intensitätshologramm des Objekts 900, das erfasst werden soll, wie folgt.
Die Bilderfassungsfläche 410 wird durch Verwendung der Bewegungsmittel 440 in Übereinstimmung mit der Auflösung der Bilderfassungsmittel an einer Position in einem angemessenen Abstand L von der Abbildung des Objekts 900, das erfasst werden soll, angeordnet, während das Stellungsverhältnis zwischen der Blende 210 und dem optischen Abbildungssystem 110 unverändert gelassen wird.
Der Abstand L kann ermittelt werden, wie folgt.
Eine Kosinuswellen-Fresnel-Zonenplatte F(x, y, L), die durch Überlagerung des Kugelwellenlichts, nachdem das Objektlicht als das Bestrahlungslicht, das von der Lichtquelleneinheit 610 ausgestrahlt wird, das durch das Objekt 900, das erfasst werden soll, reflektiert worden ist, das optische Abbildungssystem 110 passiert hat, und Planwellenlicht, das durch Umwandeln des Referenzlichts, das von der Lichtquelleneinheit 610 ausgestrahlt wird, in Planwellen gewonnen wird, erzeugt wird, ist gegeben durch: F(x, y, L) = 1 + cos((2π/λ)(x2 + y2 + L2)1/2 (9)
Der Einfachheit halber wird davon ausgegangen, dass der Abstand L durch Näherung ein ganzzahliges Vielfaches der Wellenlänge λ ist, und dass r_xy den Abstand vom Mittelpunkt der Bilderfassungsebene 410 in der x-y-Ebene darstellt. In diesem Fall wird die Gleichung (9) umgeformt zu: F(x, y, L) = 1 + cos((2π/λ)(rxy 2 + L2)1/2) (10)
Dementsprechend ist die Position, r_xyb(n), des Lichtabschnitts n-ter Ordnung der Kosinuswellen-Fresnel-Zonenplatte F(x, y, L) gegeben durch: rxyb(n) = (2Lnλ + n2λ2)1/2 (11)
Andererseits ist die Position, r_xyd(n) des dunklen Abschnitts n-ter Ordnung der Kosinuswellen-Fresnel-Zonenplatte F(x, y, L) gegeben durch: rxyd(n) = (2Ln(λ + 1/2) + (n + 1/2)2λ2)1/2 (12)
Die Bedingung zur Lösung der Kosinuswellen-Fresnel-Zonenplatte F(x, y, L) bis zu maximal n-ter Ordnung durch die Bilderfassungsfläche 410, welche die Auflösung p aufweist, lautet: rxyd(n) – rxyb(n) > p (13)
Wird davon ausgegangen, dass n, welches das Verhältnis (13) der rechten und der linken Seiten einander angleicht, ein maximaler Auflösungsgrad (maximum resolution order) n_maxp ist, so ist der maximale Auflösungsgrad n_maxp eine Funktion des Abstands L, und ist beinahe umgekehrt proportional zum Abstand L.
Gilt des Weiteren die folgende Beziehung: rxyb(n) = (N/2)p (14) das heißt, geht man davon aus, dass n, das die Position des Lichtabschnitts n-ter Ordnung annähernd an den beiden Enden der Bilderfassungsfläche 410 anordnet, ein maximaler Abbildungsgrad (maximum imaging order) n_maxd ist, so ist der maximale Abbildungsgrad n_maxd eine Funktion des Abstands L und ist proportional zum Abstand L.
13 ist eine Graphik, welche die Abhängigkeit des maximalen Auflösungsgrads n_maxp und des maximalen Abbildungsgrads n_maxd vom Abstand L in dieser Ausführungsform zeigt.
Der Abstand L, der die folgende Beziehung erfüllen kann, wird zu einem optimalen Abstand: nmaxp = nmaxd (15)
Durch Einstellung dieses optimalen Abstands erscheinen die Lichtabschnitte des maximalen Auflösungsgrads n_maxp an den beiden Enden der Bilderfassungsfläche 410, und der Abstand zwischen benachbarten Überlagerungsstreifen innerhalb dieser Lichtabschnitte ist größer als die Auflösung p. Das bedeutet, die Bilderfassungsfläche 410 kann mit dem größtmöglichen Wirkungsgrad verwendet werden.
Wie aus 13 ersichtlich ist, ist n, das die Bedingung der Gleichung (15) erfüllt, = 64, und ein optimaler Abstand Lopt beträgt ungefähr 9,8 cm.
Bei der Holographieaufzeichnungsvorrichtung dieser Ausführungsform kann der optimale Abstand Lopt als der Abstand vom Punkt, der durch das optische Abbildungssystem 110 abgebildet wird, zur Bilderfassungsfläche 410 festgelegt werden.
Wird ein Abstand L von mehr als 9,8 cm festgelegt, können Informationen, die ursprünglich erfasst werden können, nicht empfangen werden, während Streifeninformationen, die durch die gesamte Bilderfassungsfläche aufgelöst werden können, empfangen werden können.
Im Besonderen legen die Bewegungsmittel 440 einen Abstand L zwischen dem abgebildeten Punkt des Objekts 900, das erfasst werden soll, und der Bilderfassungsfläche 410 von 10 cm fest, das heißt, sie stellen die Bilderfassungsfläche 410 an eine Position in einem Abstand von 19,4 cm vom optischen Abbildungssystem 110.
In der Folge gibt die Lichtquelleneinheit 610 Bestrahlungslicht für das Objekt, 900, das erfasst werden soll, sowie Referenzlicht aus. Das Objekt 900, das erfasst werden soll, und das mit dem Bestrahlungslicht bestrahlt wird, verursacht eine Reflexion, wodurch es Objektlicht in Form von Kugelwellen erzeugt.
Einige Lichtkomponenten des Objektlichts treten durch die Blendenöffnung 211 in das optische Abbildungssystem 110 ein, werden zum abgebildeten Punkt ausgestrahlt und treten in das optische Überlagerungssystem 310 ein. Andererseits tritt das Referenzlicht, das von der Lichtquelleneinheit 610 ausgestrahlt wird, in das optische Überlagerungssystem 310 ein und überlagert sich mit dem Objektlicht.
Überlagerungslicht, das vom optischen Überlagerungssystem 310 ausgestrahlt wird, wird durch die Bilderfassungsfläche 410 aufgenommen, nachdem das Objektlicht und das Referenzlicht durch den Analysator 430 ausgewählt worden sind. Ein Streifenbild, das durch das Licht, welches die Bilderfassungsfläche 410 aufgenommen hat, gebildet wird, wird durch die Bilderfassungsvorrichtung 420 erfasst, und das Abbildungsergebnis wird zusammen mit den Informationen über den Abstand L in den Speichermitteln 710 gespeichert, oder es wird durch die Übertragungsmittel 720 zur Holographieanzeigevorrichtung übertragen.
Man beachte, dass eine Laserlichtquelle, welche die drei Primärfarben des Lichts der Reihe nach ausstrahlen kann, als die Laserlichtquelle 611 vorbereitet werden kann, und dass Hologramme der jeweiligen Farben der Reihe nach erfasst werden können, um Bildinformationen zu erlangen, die ein Farbbild wiederaufbauen können. Als die Laserlichtquelle, welche die drei Primärfarben des Lichts der Reihe nach ausstrahlen kann, können Laservorrichtungen, welche die jeweiligen Farbstrahlen ausstrahlen, vorbereitet und der Reihe nach betrieben werden, oder eine Laserlichtquelle, welche Licht ausgibt, das die drei Primärfarben von Licht aufweist, kann vorbereitet werden, und Filter zum Auswählen jeweils einer der drei Primärfarben von Licht können der Reihe nach angewandt werden.
(Zweite Ausführungsform)
14 ist ein Schaubild, das die Anordnung der zweiten Ausführungsform einer Holographieaufzeichnungsvorrichtung zeigt. Die Holographieaufzeichnungsvorrichtung dieser Ausführungsform ist eine Holographieaufzeichnungsvorrichtung der Art, die komplexe Hologramme aufzeichnet. Wie in 14 gezeigt ist, umfasst diese Vorrichtung (a) eine Lichtquelleneinheit 610 zur Erzeugung von Bestrahlungslicht, mit dem ein Objekt 900, das erfasst werden soll, bestrahlt werden soll, und von Referenzlicht, (b) eine Blende 210, die eine Blendenöffnung 211 aufweist, und die das Objektlicht, das vom Objekt 900, das erfasst werden soll, als Ergebnis der Bestrahlung des Objekts 900, das erfasst werden soll, mit dem Licht, das von der Lichtquelleneinheit 610 ausgestrahlt wird, reflektiert wird, durchlässt, (c) ein optisches Abbildungssystem 110, das an einer Position, die der Fokussierebene im Objektraum der Blende 210 entspricht, angeordnet ist, und das eine positive Brechkraft aufweist, (d) ein optisches Überlagerungssystem 110, um das Objektlicht und das Referenzlicht zur Überlagerung zu bringen, (e) Bilderfassungsmittel 400, die eine Bilderfassungsfläche 410 senkrecht zur optischen Achse des optischen Abbildungssystems 110 aufweisen, und die ein Bild, das durch das Überlagerungslicht, das vom optischen Überlagerungssystem 320 ausgestrahlt wird, gebildet wird, erfassen, (f) eine Verarbeitungseinheit 800 zum Empfangen und Verarbeiten der Bildinformationen, die von den Bilderfassungsmitteln 400 ausgegeben werden, um die Intensität und die Phase des Objektlichts auf der Bilderfassungsfläche 410 zu erlangen, und um die Phase des Referenzlichts an das optische Überlagerungssystem 320 weiterzugeben, (g) Speichermittel 710 zum Speichern der Intensitätsinformationen und der Phaseninformationen, die durch die Verarbeitungseinheit 800 gewonnen worden sind, und (h) Übertragungsmittel 720 zum Empfangen der Bildinformationen, die von den Bilderfassungsmitteln 400 ausgegeben werden, und zum Übertragen derselben zur Holographieanzeigevorrichtung.
Ist die Wellenlänge des Objektlichts = λ, die Öffnungsweite der Blendenöffnung der Blende = a, die Brennweite im Objektraum des optischen Abbildungssystems = f, und die räumliche Auflösung der Bilderfassungsmittel = p, so erfüllt die Vorrichtung die folgende Beziehung: a < λ·f/p (1)
Das optische Überlagerungssystem 320 umfasst (i) ein optisches System 311 zum Empfangen des Lichts über das optische System 616 und zum Umwandeln desselben in Planwellen, (ii) einen Phaseneinsteller 321 zum Empfangen des Lichts über das optische System 311, zum Einstellen der Phase des Ausgangslichts durch die Menge, welche die Verarbeitungseinheit 800 angibt, und zum Ausstrahlen des eingestellten Lichts, (iii) einen Halbspiegel 322 zum Einrichten des Strahlenwegs des Lichts über den Phaseneinsteller 321, und (iv) einen Halbspiegel 313 zum Empfangen des Objektslichts über das optische Abbildungssystem 110 und des Referenzlichts über den Halbspiegel 322, und zum Aussenden dieser beiden Strahlen in die im Wesentlichen gleiche Richtung, um sie zur Überlagerung zu bringen. Man beachte, dass der Phaseneinsteller 321 die Phaseneinstellung in vier Schritten für jedes λ/4 ausführt.
Der Phaseneinsteller 321 umfasst (i) einen Spiegel 326 zum Reflektieren des einfallenden Lichts, und (ii) eine piezoelektrische Vorrichtung 327 zum Bewegen des Spiegels 326 in Übereinstimmung mit einer Anweisung von der Verarbeitungseinheit 800.
15 ist ein Blockschaltbild der Verarbeitungseinheit 800. Wie in 15 gezeigt ist, umfasst die Verarbeitungseinheit 800 (i) Frame Memories 810₀ bis 810₃ zum Speichern der Lichtintensitätsdaten der jeweiligen Bildpunkte auf der Bilderfassungsfläche 410 in Einheiten der Phaseneinstellungsmengen, (ii) eine Berechnungseinheit 820 zum Berechnen der Amplituden und Phasen des Objektlichts an den jeweiligen Bildpunktpositionen auf Grundlage der Daten der Bildpunkte, die in den Frame Memories 810₀ bis 810₃ gespeichert sind, und (iii) eine Steuereinheit 830 zum Steuern der Frame Memories 810₀ bis 810₃ und der Berechnungseinheit 820, und zum Ausgeben eines Phaseneinstellungsanweisungssignals des Phaseneinstellers 321.
Die Holographieaufzeichnungsvorrichtung dieser Ausführungsform erfasst ein komplexes Hologramm wie folgt.
Wie in der ersten Ausführungsform wird die Bilderfassungsfläche 410 durch Verwendung der Bewegungsmittel 440 in Übereinstimmung mit der Auflösung der Bilderfassungsmittel an einer Position in einem angemessenen Abstand L vom Bild des Objekts 900, das erfasst werden soll, angeordnet, während das Stellungsverhältnis zwischen der Blende 210 und dem optischen Abbildungssystem 110 unverändert gelassen wird.
Die Verarbeitungseinheit 800 gibt eine Phaseneinstellungsanweisung einer Phaseneinstellungsmenge = 0 aus, und der Phaseneinsteller 321 stellt den Spiegel 326 an die Position der Phaseneinstellungsmenge = 0.
Anschließend gibt die Lichtquelleneinheit 610 Bestrahlungslicht für das Objekt 900, das erfasst werden soll, sowie Referenzlicht aus. Das Objekt 900, das erfasst werden soll, und das mit dem Bestrahlungslicht bestrahlt wird, verursacht eine Reflexion, wodurch es Objektlicht in Form von Kugelwellen erzeugt.
Einige Lichtkomponenten des Objektlichts treten durch die Blendenöffnung 211 in das optische Abbildungssystem 110 ein, werden zum abgebildeten Punkt ausgestrahlt, und treten in das optische Überlagerungssystem 320 ein. Andererseits tritt das Referenzlicht, das von der Lichtquelleneinheit 610 ausgestrahlt wird, in das optische Überlagerungssystem 320 ein, und überlagert sich mit dem Objektlicht durch die Phaseneinstellungsmenge = 0.
Überlagerungslicht, das vom optischen Überlagerungssystem 320 ausgestrahlt wird, wird von der Bilderfassungsfläche 410 aufgenommen, nachdem das Objektlicht und das Referenzlicht von einem Analysator 430 ausgewählt worden sind. Ein Streifenbild, das durch das Licht, das die Bilderfassungsfläche 410 aufgenommen hat, gebildet worden ist, wird durch eine Bilderfassungsvorrichtung 420 erfasst, und das Abbildungsergebnis wird im Frame Memory 810₀ als Daten (I₀), welche die Phaseneinstellungsmenge = 0 aufweisen, gespeichert.
Die Verarbeitungseinheit 800 gibt der Reihe nach Phaseneinstellungsanweisungen der Phaseneinstellungsmengen = π/2, π und 3π/2 aus, und speichert die entsprechenden Bildergebnisse (I₁, I₂ und I₃) in den Frame Memories 810₁ bis 810₃ .
ΦΔ ist die Phaseneinstellungsmenge, A₀exp[jΦ₀] ist das Objektlicht, und A_Rexp[Φ_R + ΦΔ] ist das Referenzlicht. Somit ist die Lichtintensität, I, auf der Bilderfassungsfläche 410 beschrieben durch: I = A02 + AR 2 + 2A0AR(cos(Φ0 – ΦR)cosΦΔ + sin(Φ0 – ΦR)sinΦΔ) (16)
Dadurch sind I₀ bis I₃ für ΦΔ = 0, π/2, π beziehungsweise 3π/2 gegeben durch: I0 = A02 + AR 2 + 2A0ARcos(Φ0 – ΦR) (17) I1 = A0 2 + AR 2 + 2A0ARsin(Φ0 – ΦR) (18) I2 = A0 2 + AR 2 + 2A0ARcos(Φ0 – ΦR) (19) I3 = A0 2 + AR 2 + 2A0ARsin(Φ0 – ΦR) (20)
Aus den Gleichungen (17) bis (20) erhalten wir: I0 – I2 = 4A0ARcos(Φ0 – ΦR) (21) I1 – I3 = 4A0ARsin(Φ0 – ΦR) (22)
Aus den Gleichungen (21) und (22) ergibt sich für die Phase des Objektlichts in Bezug auf das Referenzlicht: Φ0 – ΦR = tan–1((I1 – I3)/(I0 – I2)) (23)
Da das Referenzlicht die Form von Planwellen aufweist, und da daher die Phase ΦR des Referenzlichts an sämtlichen Punkten auf der Bilderfassungsfläche 410 konstant ist, erlangt man die relative Phase zwischen benachbarten Bildpunkten durch den Wert Φ₀ – Φ_R der entsprechenden Bildpunkte, der sich aus Gleichung (23) ergibt.
Aus den Gleichungen (21) und (23) ist die Amplitude, A₀, des Objektlichts definiert durch: A0 = (I0 – I2)/(4ARcos(Φ0 – ΦR)) (24)
Die Berechnungen der obigen Gleichungen (21) bis (24) werden durch die Berechnungseinheit 820 unter der Ablaufsteuerung der Steuereinheit 830 durchgeführt wie folgt.
Die Abbildungsergebnisse I_i werden in Videogeschwindigkeit gleichzeitig aus den Frame Memories 810, (i = 0, 1, 2, 3) ausgelesen.
I₀ und I₂ werden in ein Subtrahierwerk 821 eingegeben, um (I₀ – I₂) zu berechnen, und (I₀ – I₂) wird in ein Synchronisationsregister 823 und einen Teiler 824 eingegeben. I₁ und I₃ werden in ein Subtrahierwerk 822 eingegeben, um (I₁ – I₃) zu berechnen, und (I₁ – I₃) wird in den Teiler 824 eingegeben. Der Teiler 824 berechnet (I₁ – I₃)/(I₀ – I₂), und gibt einem Arkustangensrechner 825 das Berechnungsergebnis ein. Der Arkustangensrechner 825 führt die Berechnung der Gleichung (23) durch, gibt einem Kosinusrechner 826 (Φ₀ – Φ_R) als Berechnungsergebnis ein, und gibt den Wert über ein Synchronisationsregister 828 als das erste Berechnungsergebnis der Berechnungseinheit 820 aus.
Der Kosinusrechner 826 berechnet 4A_Rcos(Φ₀ – Φ_R), und gibt einem Teiler 827 das Berechnungsergebnis ein. Der Teiler 827 empfängt zusätzlich zum Berechnungsergebnis des Kosinusrechners 826 die Speicherdaten (I₀ – I₂) im Register 823, und führt die Berechnung der Gleichung (24) durch. Die Amplitude A₀ des Objektlichts als Berechnungsergebnis wird als das zweite Berechnungsergebnis der Berechnungseinheit 820 ausgegeben.
Die Berechnungsergebnisse der Berechnungseinheit 820 werden zusammen mit den Informationen über den Abstand L in den Speichermitteln 710 gespeichert, oder sie werden von den Übertragungsmitteln 720 zur Holographieanzeigevorrichtung übertragen.
Wie in der ersten Ausführungsform kann eine Laserlichtquelle, welche die drei Primärfarben des Lichts der Reihe nach ausstrahlen kann, als die Laserlichtquelle 611 vorbereitet werden, und Hologramme der jeweiligen Farben können der Reihe nach erfasst werden, um Bildinformationen zu erlangen, die ein Farbbild wiederaufbauen können. Als die Laserlichtquelle, welche die drei Primärfarben des Lichts der Reihe nach ausstrahlen kann, können Laservorrichtungen, welche die jeweiligen Farbstrahlen ausstrahlen, vorbereitet und der Reihe nach betrieben werden, oder eine Laserlichtquelle, welche Licht ausgibt, das die drei Primärfarben von Licht aufweist, kann vorbereitet werden, und Filter zum Auswählen jeweils einer der drei Primärfarben von Licht können der Reihe nach angewandt werden.
(Dritte Ausführungsform)
16 ist ein Schaubild, das die Anordnung der dritten Ausführungsform einer Holographieaufzeichnungsvorrichtung zeigt. Wie in 16 gezeigt ist, umfasst diese Vorrichtung (a) eine Lichtquelleneinheit 610 zur Erzeugung von Bestrahlungslicht, mit dem ein Objekt 900, das erfasst werden soll, und das oberhalb einer optischen Achse LL auf der Ebene der Zeichnung von 16 angeordnet ist, bestrahlt werden soll, und von Referenzlicht, (b) eine Blende 210, die eine Blendenöffnung 211 aufweist, und die das Objektlicht, das vom Objekt 900, das erfasst werden soll, als Ergebnis der Bestrahlung des Objekts 900, das erfasst werden soll, mit dem Licht, das von der Lichtquelleneinheit 610 ausgestrahlt wird, reflektiert wird, durchlässt, (c) ein optisches Abbildungssystem 110, das an einer Position, die der Fokussierebene im Objektraum der Blende 210 entspricht, angeordnet ist, und das eine positive Brechkraft aufweist, (d) ein optisches Überlagerungssystem 310, um das Objektlicht über das optische Abbildungssystem 110 und das Referenzlicht zur Überlagerung zu bringen, (e) Bilderfassungsmittel 480, die eine Bilderfassungsfläche 410 senkrecht zur optischen Achse des optischen Abbildungssystems 110 aufweisen, und die ein Bild, das durch das Überlagerungslicht, das vom optischen Überlagerungssystem 310 ausgestrahlt wird, gebildet wird, erfassen, (f) Speichermittel 710 zum Empfangen und Speichern der Bildinformationen, die von den Bilderfassungsmitteln 480 ausgegeben werden, und (g) Übertragungsmittel 720 zum Empfangen der Bildinformationen, die von den Bilderfassungsmitteln 400 ausgegeben werden, und zum Übertragen derselben zu einer Holographieanzeigevorrichtung.
Ist die Wellenlänge des Objektlichts = λ, die Öffnungsweite der Blendenöffnung der Blende = a, die Brennweite im Objektraum des optischen Abbildungssystems = f, und die räumliche Auflösung der Bilderfassungsmittel = p, gilt die folgende Beziehung: a ≤ λ·f/p (1)
Die Bilderfassungsmittel 480 umfassen (i) einen Analysator 430 zum Empfangen des Überlagerungslichts, das vom optischen Überlagerungssystem 310 ausgestrahlt wird, zum Auswählen der Polarisationsrichtung und zum Ausstrahlen des Lichts, (ii) eine Bilderfassungsvorrichtung 420, welche die Bilderfassungsfläche 410 zum Empfangen des Lichts über den Analysator 430 aufweist, und die eine optische Abbildung auf der Bilderfassungsfläche 410 erfasst, (iii) eine Bildverarbeitungseinheit 450 zum Abnehmen des Abbildungsergebnisses von der Bilderfassungsfläche 410 nur unterhalb der optischen Achse LL in der Ebene der Zeichnung von 16, und (iv) Bewegungsmittel 440 zum Verschieben der Position der Bilderfassungsfläche 410 in Bezug auf das optische Überlagerungssystem 310.
Die Bildverarbeitungseinheit 450 umfasst (i) einen Bildspeicher 451 zum Speichern eines für Bildpunkte nutzbaren Werts (zum Beispiel 1) in einem Bereich, der dem unteren Bereich in der Ebene der Zeichnung der Bilderfassungsfläche 410 entspricht, zum Speichern eines für Bildpunkte nicht nutzbaren Werts (zum Beispiel 0) in einem Bereich, der dem oberen Bereich in der Ebene der Zeichnung der Bilderfassungsfläche 410 entspricht, und zum Ausgeben von für Bildpunkte nutzbaren/nicht nutzbaren Signalen für die jeweiligen Bildpunkte, und (ii) einen Multiplikator 452 zum Berechnen der Produkte zwischen Bildpunktsignalen, die von der Bilderfassungsvorrichtung 420 ausgegeben werden, und den für Bildpunkte nutzbaren/nicht nutzbaren Signalen, die den Bildpunktpositionen, die vom Bildspeicher 451 ausgegeben werden, entsprechen, und zum Ausgeben der Multiplikationsergebnisse.
Man beachte, dass die für Bildpunkte nutzbaren/nicht nutzbaren Werte nicht nur durch binäre Werte ausgedrückt sind, sondern nahe der Umgrenzung fließend geändert werden können, um die Entstehung eines Beugungsbilds an Randpunkten zu verhindern.
In der Folge ist ein Fall veranschaulicht, bei dem das optische Abbildungssystem 110 eine Sammellinse verwendet, die eine Brennweite f = 18 cm aufweist, wobei die Bildfläche 410 durch ein Feld 512 (= N) × 512 Bilderfassungsvorrichtungen mit einer Teilung p = 11 μm definiert ist, das Licht, das verwendet werden soll, eine Wellenlänge λ = 0,628 μm aufweist, und das Objekt 900 an einer Position ungefähr 46,6 cm vor dem optischen Abbildungssystem 110 angeordnet ist, wie bei der ersten Ausführungsform. In diesem Fall entspricht der abgebildete Punkt des Objekts 900, das durch das optische Abbildungssystem 110 erfasst werden soll, einer Position, die in einem Abstand von 29,4 cm vom optischen Abbildungssystem 110 angeordnet ist. Des Weiteren wird eine kreisförmige Blendenöffnung 211 verwendet, deren Größe definiert ist durch: a = λf/p = 1,0 cm
Man beachte, dass die optische Achse des Objektlichts als die z-Achse definiert ist, dass die Auf- und Abrichtung der Ebene der Zeichnung von 16 als die y-Richtung definiert ist, und dass die Richtung senkrecht zur Ebene der Zeichnung von 16 als die x-Richtung definiert ist wie bei der ersten Ausführungsform.
Die Holographieaufzeichnungsvorrichtung dieser Ausführungsform erfasst ein Intensitätshologramm des Objekts 900, das erfasst werden soll, wie folgt.
Wie in der ersten Ausführungsform wird die Bilderfassungsfläche 410 durch Verwendung der Bewegungsmittel 440 in Übereinstimmung mit der Auflösung der Bilderfassungsmittel an einer Position in einem angemessenen Abstand L vom Bild des Objekts 900, das erfasst werden soll, angeordnet, während das Stellungsverhältnis zwischen der Blende 210 und dem optischen Abbildungssystem 110 unverändert gelassen wird.
Der Abstand L kann auf dieselbe Weise erlangt werden wie bei der ersten Ausführungsform.
Anschließend gibt die Lichtquelleneinheit 610 Bestrahlungslicht für das Objekt 900, das erfasst werden soll, sowie Referenzlicht aus. Das Objekt 900, das erfasst werden soll, und das mit dem Bestrahlungslicht bestrahlt wird, verursacht eine Reflexion, wodurch es Objektlicht in Form von Kugelwellen erzeugt.
Einige Lichtkomponenten des Objektlichts treten durch die Blendenöffnung 211 in das optische Abbildungssystem 110 ein, werden zum abgebildeten Punkt ausgestrahlt, und treten in das optische Überlagerungssystem 310 ein. Andererseits tritt das Referenzlicht, das von der Lichtquelleneinheit 610 ausgestrahlt wird, in das optische Überlagerungssystem 310 ein und überlagert sich mit dem Objektlicht.
Überlagerungslicht, das vom optischen Überlagerungssystem 310 ausgestrahlt wird, wird von der Bilderfassungsfläche 410 aufgenommen, nachdem das Objektlicht und das Referenzlicht von einem Analysator 430 ausgewählt worden sind. Ein Streifenbild, das durch das Licht, das die Bilderfassungsfläche 410 aufgenommen hat, gebildet worden ist, wird durch die Bilderfassungsvorrichtung 420 erfasst, und das Abbildungsergebnis wird zusammen mit den Informationen über den Abstand L in den Speichermitteln 710 gespeichert, oder es wird von den Übertragungsmitteln 720 zur Holographieanzeigevorrichtung übertragen.
Man beachte, dass eine Laserlichtquelle, welche die drei Primärfarben des Lichts der Reihe nach ausstrahlen kann, als die Laserlichtquelle 611 vorbereitet werden kann, und dass Hologramme der jeweiligen Farben der Reihe nach erfasst werden können, um Bildinformationen zu erlangen, die ein Farbbild wiederaufbauen können. Als die Laserlichtquelle, welche die drei Primärfarben des Lichts der Reihe nach ausstrahlen kann, können Laservorrichtungen, welche die jeweiligen Farbstrahlen ausstrahlen, vorbereitet und der Reihe nach betrieben werden, oder eine Laserlichtquelle, welche Licht ausgibt, das die drei Primärfarben von Licht aufweist, kann vorbereitet werden, und Filter zum Auswählen jeweils einer der drei Primärfarben von Licht können der Reihe nach angewandt werden.
(Vierte Ausführungsform)
17 ist ein Schaubild, das die Anordnung der vierten Ausführungsform einer Holographieaufzeichnungsvorrichtung zeigt. Die Holographieaufzeichnungsvorrichtung dieser Ausführungsform ist eine Aufzeichnungsvorrichtung der Intensitätsaufzeichnungsart. Wie in 17 gezeigt ist, umfasst diese Vorrichtung (a) eine Lichtquelleneinheit 610 zum Erzeugen von Bestrahlungslicht, mit dem ein Objekt 900, das erfasst werden soll, bestrahlt werden soll, und von Referenzlicht, (b) eine Blende 210, die eine Blendenöffnung 211 aufweist, und die das Objektlicht, das vom Objekt 900, das erfasst werden soll, als Ergebnis der Bestrahlung des Objekts 900, das erfasst werden soll, mit dem Licht, das von der Lichtquelleneinheit 610 ausgestrahlt wird, reflektiert wird, durchlässt, (c) ein optisches Abbildungssystem 110, das eine verstellbare Brennweite aufweist, und das an einer Position, die der Fokussierebene im Objektraum der Blende 210 entspricht, angeordnet ist, und das eine positive Brechkraft aufweist, (d) und Stellmittel 270 zum Einstellen der Brennweite des optischen Abbildungssystems 110 und zum Ändern des Abstands zwischen der Blende 210 und dem optischen Abbildungssystem 110 sowie der Öffnungsweite der Blendenöffnung 211 in Übereinstimmung mit der Brennweite im Objektraum, (e) ein optisches Überlagerungssystem 310, um das Objektlicht über das optische Abbildungssystem 110 und das Referenzlicht zur Überlagerung zu bringen, (f) Bilderfassungsmittel 400, die eine Bilderfassungsfläche 410 senkrecht zur optischen Achse des optischen Abbildungssystems 110 aufweisen, und die ein Bild, das durch das Überlagerungslicht, das vom optischen Überlagerungssystem 310 ausgestrahlt wird, gebildet wird, erfassen, (g) Speichermittel 710 zum Empfangen und Speichern der Bildinformationen, die von den Bilderfassungsmitteln 400 ausgegeben werden, und (h) Übertragungsmittel 720 zum Empfangen der Bildinformationen, die von den Bilderfassungsmitteln 400 ausgegeben werden, und zum Übertragen derselben zu einer Holographieanzeigevorrichtung.
Ist die Wellenlänge des Objektlichts = λ, die Öffnungsweite der Blendenöffnung der Blende = a, die Brennweite im Objektraum des optischen Abbildungssystems = f, und die räumliche Auflösung der Bilderfassungsmittel = p, so erfüllt die Vorrichtung die folgende Beziehung: a ≤ λ·f/p (1)
18 ist eine Darstellung, welche die Anordnung eines optischen Abbildungssystems 110 zeigt. Wie in 18 gezeigt ist, umfasst das optische Abbildungssystem (1) eine auf der nahen Seite angeordnete Sammellinse 111, die eine Brennweite f1 = 300 mm aufweist, und (ii) eine auf der entfernten Seite angeordnete Sammellinse 112, die in einem Abstand D von der Sammellinse 111 angeordnet ist, und die eine Brennweite f2 = 150 mm aufweist.
Eine synthetisierte Brennweite f des optischen Abbildungssystems 110 ergibt sich aus: f = f1·f2/(f1 + f2 – D)
Der Abstand, ff, vom nahe angeordneten Brennpunkt zur Sammellinse 111 ist definiert durch: ff = f1(f2 – D)/(f1 + f2 + D),und der Abstand, L2, vom entfernt angeordneten Brennpunkt zur Sammellinse 112 ist beschrieben durch: L2 = f2(f1 – D)/(f1 + f2 – D)
19 zeigt die Anordnung der Stellmittel 270. Wie in 19 gezeigt ist, umfassen die Stellmittel 270 (i) einen Halter 271 für die Sammellinse 111, wobei dieser Halter einen selbst auslösenden Stift 271₁ aufweist, (ii) einen Halter 272 für die Sammellinse 112, wobei dieser Halter einen selbst auslösenden Stift 272₁ aufweist, (iii) einen Halter 273 für die Blende 210, wobei dieser Halter einen selbst auslösenden Stift 273₁ sowie einen selbst auslösenden Regler 273₂ zum Regeln der Öffnungsweite aufweist, und (iv) einen Zwischenhalter 274, der selbst auslösende Stifte 274₁ und 274₂ aufweist, der die Halter 271, 272 und 273 aufnimmt, und der des Weiteren eine Kerbe 274₃ zur Eingrenzung der Bewegung der selbst auslösenden Stifte 271₁ , 272₁ und 273₁ in horizontaler Richtung, und eine Kerbe 274₄ , um die Bewegung des selbst auslösenden Reglers 273₂ innerhalb des Bewegungsbereichs des selbst auslösenden Reglers 273₂ zuzulassen, aufweist. Des Weiteren umfassen die Stellmittel 270 einen Außenhalter 275, der den Zwischenhalter 274 aufnimmt, und der eine Kerbe 275₁ zur Eingrenzung der Bewegung des selbst auslösenden Stifts 274₁ auf eine Drehung um die optische Achse, eine Kerbe 275₂ zur Eingrenzung der Bewegung des selbst auslösenden Stifts 274₂ auf eine Drehung um die optische Achse, eine Kerbe 275₃ zur Eingrenzung der Bewegung des selbst auslösenden Stifts 272₁ , eine Kerbe 275₄ zur Eingrenzung der Bewegung des selbst auslösenden Stifts 271₁ , eine Kerbe 275₅ zur Eingrenzung der Bewegung des selbst auslösenden Stifts 273₁ und eine Kerbe 275₆ zur Eingrenzung der Bewegung des selbst auslösenden Reglers 273₂ aufweist.
Wird der Außenhalter 275 in den Stellmitteln 270 in Bezug auf den Zwischenhalter 274 verdreht, definieren die Schnittpunkte der Kerbe 274₃ und der Kerben 275₃ , 275₄ und 275₅ die horizontalen Positionen der Blendenöffnung 210 und der Sammellinsen 111 und 112. Die Kerbe 275₆ definiert die Position des selbst auslösenden Reglers 273₂ , um die Öffnungsweite der Blendenöffnung 211 der Blende 210 zu definieren.
Die Stellmittel 270, die in 19 gezeigt sind, sind unter den Bedingungen gestaltet, dass die Sammellinsen 111 und 112 verwendet werden, um einen Mindestwert fmin = 110 mm und einen Maximalwert fmax = 220 mm der synthetisierten Brennweite festzulegen, wobei der Drehwinkel, 0, des Außenhalters 275 in Bezug auf den Zwischenhalter 274 im Bereich von 0° bis 90° liegt, um die folgende Bedingungen zu erfüllen, und um f = fmin, wenn θ = 0°, und f = fmax, wenn θ = 90°, zu erlangen: f = fmin + kθ
Unter diesen Bedingungen erhalten wir: k = (fmax – fmin)/90° = 1,222 [mm/°]
Der Abstand L2 kann durch Verwendung des Drehwinkels θ als eine Variable durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden, die den Abstand L2 vom entfernt angeordneten Brennpunkt zur Sammellinse 112 definiert: L2 = f2(f1 – D)/(f1 + f2 – D)
Auch der Abstand L1, vom entfernt angeordneten Brennpunkt zur Sammellinse 111, kann durch Verwendung des Drehwinkels θ als eine Variable durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden: L1 = D + L2
Des Weiteren kann der Abstand L3, vom entfernt angeordneten Brennpunkt zum nahe angeordneten Brennpunkt, das heißt zur Blende 210, durch Verwendung des Drehwinkels θ als eine Variable durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden: L3 = D + L2 – ff
20 zeigt die Beziehung zwischen den Abständen L1, L2 und L3, der synthetisierten Brennweite f und dem Drehwinkel θ, wenn die oben erwähnten numerischen Werte eingestellt sind.
Andererseits ist die Öffnungsweite a der Blendenöffnung 211 definiert durch: a = λf/p
Der Drehwinkel θ_m des selbst auslösenden Reglers 273₂ und der Drehwinkel θ sind derart gestaltet, dass sie das folgende Verhältnis aufweisen: θm = k2·θ + θ0 und dass sie die folgende Beziehung erfüllen: a = amin + k1·θm und sie sind unter den Bedingungen gestaltet, dass a = 0, wenn θ_m = 0°, und a = 38 × 10^–3, wenn θ_m = 90°.
Unter diesen Bedingungen erhalten wir: k1 = 4,222 × 10–4 [/°]
Folglich ist θ_m beschrieben durch: θm = λf/(k1·p)
Auf diese Weise kann der Drehwinkel θ_m ausgedrückt werden, indem der Drehwinkel θ als eine Variable verwendet wird.
21 zeigt die Beziehung zwischen den Drehwinkeln θ_m und θ bei Einsetzung der oben erwähnten numerischen Werte.
In der Folge ist ein Fall veranschaulicht, bei dem das optische Abbildungssystem 110 eine Sammellinse verwendet, die eine Brennweite f = 18 cm aufweist, wobei die Bildfläche 410 durch ein Feld 512 (= N) × 512 Bilderfassungsvorrichtungen mit einer Teilung p = 11 μm definiert ist, das Licht, das verwendet werden soll, eine Wellenlänge λ = 0,628 μm aufweist, und das Objekt 900 an einer Position ungefähr 46,4 cm vor dem optischen Abbildungssystem 110 angeordnet ist, wie bei der ersten Ausführungsform. In diesem Fall entspricht der abgebildete Punkt des Objekts 900, das durch das optische Abbildungssystem 110 erfasst werden soll, einer Position, die in einem Abstand von 29,4 cm vom optischen Abbildungssystem 110 angeordnet ist. Des Weiteren wird eine kreisförmige Blendenöffnung 211 verwendet, deren Größe definiert ist durch: a = λf/p = 1,0 cm
Man beachte, dass die optische Achse des Objektlichts als die z-Achse definiert ist, dass die Auf- und Abrichtung der Ebene der Zeichnung von 17 als die y-Richtung definiert ist, und dass die Richtung senkrecht zur Ebene der Zeichnung von 17 als die x-Richtung definiert ist wie bei der ersten Ausführungsform.
Die Holographieaufzeichnungsvorrichtung dieser Ausführungsform erfasst ein Intensitätshologramm des Objekts 900, das erfasst werden soll, wie folgt.
Die Stellmittel legen die Positionen der Blende 210 und des optischen Abbildungssystems 110 in Übereinstimmung mit der Auflösung der Bilderfassungsmittel derart fest, dass die Bilderfassungsfläche 410 in einem angemessenen Abstand L von der Abbildung des Objekts 900, das erfasst werden soll, angeordnet ist.
Der Abstand L kann in derselben Weise erlangt werden wie bei der ersten Ausführungsform.
Danach setzen die Stellmittel 270 den Abstand L zwischen dem abgebildeten Punkt des Objekts 900, das erfasst werden soll, und der Bilderfassungsfläche 410 auf 10 cm, das heißt, sie ordnen die Bilderfassungsfläche 410 in einem Abstand von 19,4 cm vom optischen Abbildungssystem 110 an.
Anschließend gibt die Lichtquelleneinheit 610 Bestrahlungslicht für das Objekt 900, das erfasst werden soll, sowie Referenzlicht aus. Das Objekt 900, das erfasst werden soll, und das mit dem Bestrahlungslicht bestrahlt wird, verursacht eine Reflexion, wodurch es Objektlicht in Form von Kugelwellen erzeugt.
Einige Lichtkomponenten des Objektlichts treten durch die Blendenöffnung 211 in das optische Abbildungssystem 110 ein, werden zum abgebildeten Punkt ausgestrahlt, und treten in das optische Überlagerungssystem 310 ein. Andererseits tritt das Referenzlicht, das von der Lichtquelleneinheit 610 ausgestrahlt wird, in das optische Überlagerungssystem 310 ein, und überlagert sich mit dem Objektlicht.
Überlagerungslicht, das vom optischen Überlagerungssystem 310 ausgestrahlt wird, wird von der Bilderfassungsfläche 410 aufgenommen, nachdem das Objektlicht und das Referenzlicht von einem Analysator 430 ausgewählt worden sind. Ein Streifenbild, das durch das Licht, das die Bilderfassungsfläche 410 aufgenommen hat, gebildet worden ist, wird durch die Bilderfassungsvorrichtung 420 erfasst, und das Abbildungsergebnis wird zusammen mit den Informationen über den Abstand L in den Speichermitteln 710 gespeichert, oder es wird von den Übertragungsmitteln 720 zur Holographieanzeigevorrichtung übertragen.
Man beachte, dass eine Laserlichtquelle, welche die drei Primärfarben des Lichts der Reihe nach ausstrahlen kann, als die Laserlichtquelle 611 vorbereitet werden kann, und dass Hologramme der jeweiligen Farben der Reihe nach erfasst werden können, um Bildinformationen zu erlangen, die ein Farbbild wiederaufbauen können. Als die Laserlichtquelle, welche die drei Primärfarben des Lichts der Reihe nach ausstrahlen kann, können Laservorrichtungen, welche die jeweiligen Farbstrahlen ausstrahlen, vorbereitet und der Reihe nach betrieben werden, oder eine Laserlichtquelle, welche Licht ausgibt, das die drei Primärfarben von Licht aufweist, kann vorbereitet werden, und Filter zum Auswählen jeweils einer der drei Primärfarben von Licht können der Reihe nach angewandt werden.
(Fünfte Ausführungsform)
22 ist ein Schaubild, das die Anordnung der fünften Ausführungsform einer Holographieaufzeichnungsvorrichtung zeigt. Die Holographieaufzeichnungsvorrichtung dieser Ausführungsform ist eine Holographieaufzeichnungsvorrichtung der Art, die komplexe Hologramme aufzeichnet. Wie in 22 gezeigt ist, umfasst diese Vorrichtung (a) eine Lichtquelleneinheit 610 zur Erzeugung von Bestrahlungslicht, mit dem ein Objekt 900, das erfasst werden soll, bestrahlt werden soll, und von Referenzlicht, (b) eine Blende 210, die eine Blendenöffnung 211 aufweist, und die das Objektlicht, das vom Objekt 900, das erfasst werden soll, als Ergebnis der Bestrahlung des Objekts 900, das erfasst werden soll, mit dem Licht, das von der Lichtquelleneinheit 610 ausgestrahlt wird, reflektiert wird, durchlässt, (c) ein optisches Abbildungssystem 110, das an einer Position, die der Fokussierebene im Objektraum der Blende 210 entspricht, angeordnet ist, und das eine positive Brechkraft aufweist, (d) Stellmittel 270 zum Einstellen der Brennweite des optischen Abbildungssystems 110 und zum Ändern des Abstands zwischen der Blende 210 und dem optischen Abbildungssystem 110 sowie der Öffnungsweite der Blendenöffnung 211 in Übereinstimmung mit der Brennweite im Objektraum, (e) ein optisches Überlagerungssystem 320, um das Objektlicht über das optische Abbildungssystem 110 und das Referenzlicht zur Überlagerung zu bringen, (f) Bilderfassungsmittel 400, die eine Bilderfassungsfläche 410 senkrecht zur optischen Achse des optischen Abbildungssystems 110 aufweisen, und die ein Bild, das durch das Überlagerungslicht, das vom optischen Überlagerungssystem 320 ausgestrahlt wird, gebildet wird, erfassen, (g) eine Verarbeitungseinheit 800 zum Empfangen und Verarbeiten der Bildinformationen, die von den Bilderfassungsmitteln 400 ausgegeben werden, um die Intensität und die Phase des Objektlichts auf der Bilderfassungsfläche 410 zu gewinnen, und um dem optischen Überlagerungssystem 320 die Phase des Referenzlichts anzugeben, (h) Speichermittel 710 zum Speichern der Intensitätsinformationen und der Phaseninformationen, die durch die Verarbeitungseinheit 800 gewonnen werden, und (i) Übertragungsmittel 720 zum Empfangen der Bildinformationen, die von den Bilderfassungsmitteln 400 ausgegeben werden, und zum Übertragen derselben zur Holographieanzeigevorrichtung.
Ist die Wellenlänge des Objektlichts = λ, die Öffnungsweite der Blendenöffnung der Blende = a, die optische Brennweite im Objektraum des optischen Abbildungssystems = f, und die räumliche Auflösung der Bilderfassungsmittel = p, so gilt die folgende Beziehung: a ≤ λ f/p
Insbesondere ist bei dieser Ausführungsform eine Modifikation von der ersten zur zweiten Ausführungsform auf die vierte Ausführungsform angewendet.
Das optische Überlagerungssystem 320 umfasst (i) ein optisches System 311 zum Empfangen des Lichts über das optische System 616 und zum Umwandeln desselben in Planwellen, (ii) einen Phaseneinsteller 321 zum Empfangen des Lichts über das optische System 311, zum Einstellen der Phase des Ausgangslichts durch die Menge, welche die Verarbeitungseinheit 800 angegeben hat, und zum Ausstrahlen des eingestellten Lichts, (iii) einen Halbspiegel 322 zum Einrichten des Strahlenwegs des Lichts über den Phaseneinsteller 321, und (iv) einen Halbspiegel 313 zum Empfangen des Objektslichts über das optische Abbildungssystem 110 und des Referenzlichts über den Halbspiegel 322, und zum Aussenden dieser beiden Strahlen in die im Wesentlichen gleiche Richtung, um sie zur Überlagerung zu bringen. Man beachte, dass der Phaseneinsteller 321 die Phaseneinstellung in vier Schritten für jedes λ/4 ausführt.
Der Phaseneinsteller 321 umfasst (i) einen Spiegel 326 zum Reflektieren des einfallenden Lichts, und (ii) eine piezoelektrische Vorrichtung 327 zum Bewegen des Spiegels 326 in Übereinstimmung mit einer Anweisung von der Verarbeitungseinheit 800.
23 ist ein Blockschaltbild, das die Anordnung der Verarbeitungseinheit 800 zeigt. Wie in 23 gezeigt ist, umfasst die Verarbeitungseinheit 800 (i) Frame Memories 810₀ bis 810₃ zum Speichern der Lichtintensitätsdaten der jeweiligen Bildpunkte auf der Bilderfassungsfläche 410 in Einheiten der Phaseneinstellungsmengen, (ii) eine Berechnungseinheit 820 zum Berechnen der Amplituden und der Phasen des Objektlichts an den jeweiligen Bildpunktpositionen auf Grundlage der Daten der Bildpunkte, die in den Frame Memories 810₀ bis 810₃ gespeichert sind, und (iii) eine Steuereinheit 830 zum Steuern der Frame Memories 810₀ bis 810₃ und der Berechnungseinheit 820, und zum Ausgeben eines Phaseneinstellungsanweisungssignals des Phaseneinstellers 321.
Die Holographieaufzeichnungsvorrichtung dieser Ausführungsform erfasst ein komplexes Hologramm wie folgt.
Wie in der vierten Ausführungsform stellen die Bewegungsmittel 440 die Bilderfassungsfläche 410 in Übereinstimmung mit der Auflösung der Bilderfassungsmittel an eine Position in einem angemessenen Abstand L vom Bild des Objekts 900, das erfasst werden soll, während die Stellmittel 270 das Stellungsverhältnis zwischen der Blende 210 und dem optischen Abbildungssystem 110 unverändert halten.
Andererseits gibt die Verarbeitungseinheit 800 wie in der zweiten Ausführungsform eine Phaseneinstellungsanweisung einer Phaseneinstellungsmenge = 0 aus, und der Phaseneinsteller 321 stellt den Spiegel 326 auf die Position der Phaseneinstellungsmenge = 0.
Anschließend gibt die Lichtquelleneinheit 610 Bestrahlungslicht für das Objekt 900, das erfasst werden soll, sowie Referenzlicht aus. Das Objekt 900, das erfasst werden soll, und das mit dem Bestrahlungslicht bestrahlt wird, verursacht eine Reflexion, wodurch es Objektlicht in Form von Kugelwellen erzeugt.
Einige Lichtkomponenten des Objektlichts treten durch die Blendenöffnung 211 in das optische Abbildungssystem 110 ein, werden zum abgebildeten Punkt ausgestrahlt, und treten in das optische Überlagerungssystem 320 ein. Andererseits tritt das Referenzlicht, das von der Lichtquelleneinheit 610 ausgestrahlt wird, in das optische Überlagerungssystem 320 ein, macht die Phaseneinstellungsmenge = 0 durch und überlagert sich mit dem Objektlicht.
Überlagerungslicht, das vom optischen Überlagerungssystem 320 ausgestrahlt wird, wird von der Bilderfassungsfläche 410 aufgenommen, nachdem das Objektlicht und das Referenzlicht von einem Analysator 430 ausgewählt worden sind. Ein Streifenbild, das durch das Licht, das die Bilderfassungsfläche 410 aufgenommen hat, gebildet worden ist, wird durch die Bilderfassungsvorrichtung 420 erfasst, und das Abbildungsergebnis wird im Frame Memory 810₀ als Daten (I₀), welche die Phaseneinstellungsmenge = 0 aufweisen, gespeichert.
Wie bei der zweiten Ausführungsform gibt die Verarbeitungseinheit 800 der Reihe nach Phaseneinstellungsanweisungen der Phaseneinstellungsmengen = π/2, π und 3π/2 aus, und speichert die entsprechenden Bildergebnisse (I₁, I₂ und I₃) in den Frame Memories 810₁ bis 810₃ .
Dann wird die Phase (Φ₀ – Φ_R) als erstes Berechnungsergebnis der Berechnungseinheit 820 ausgegeben, und die Amplitude A₀ des Objektlichts wird als zweites Berechnungsergebnis der Berechnungseinheit 820 ausgegeben.
Die Berechnungsergebnisse der Berechnungseinheit 820 werden zusammen mit den Informationen über den Abstand L in den Speichermitteln 710 gespeichert, oder sie werden von den Übertragungsmitteln 720 zur Holographieanzeigevorrichtung übertragen.
Wie in der vierten Ausführungsform kann eine Laserlichtquelle, welche die drei Primärfarben des Lichts der Reihe nach ausstrahlen kann, als die Laserlichtquelle 611 vorbereitet werden, und Hologramme der jeweiligen Farben können der Reihe nach erfasst werden, um Bildinformationen zu erlangen, die ein Farbbild wiederaufbauen können. Als die Laserlichtquelle, welche die drei Primärfarben des Lichts der Reihe nach ausstrahlen kann, können Laservorrichtungen, welche die jeweiligen Farbstrahlen ausstrahlen, vorbereitet und der Reihe nach betrieben werden, oder eine Laserlichtquelle, welche Licht ausgibt, das die drei Primärfarben von Licht aufweist, kann vorbereitet werden, und Filter zum Auswählen jeweils einer der drei Primärfarben von Licht können der Reihe nach angewandt werden.
[Ausführungsformen von Holographieanzeigevorrichtungen]
(Erste Ausführungsform)
24 ist ein Schaubild, das die erste Ausführungsform einer Holographieanzeigevorrichtung zeigt. Die Holographieanzeigevorrichtung dieser Ausführungsform ist eine Vorrichtung zum Wiederaufbauen der Abbildung eines Objekts 900, das erfasst werden soll, auf Grundlage des Intensitätshologramms, das durch die Holographieaufzeichnungsvorrichtung, die in 12 gezeigt ist, erfasst worden ist.
Wie in 24 gezeigt ist, umfasst diese Vorrichtung (a) eine Informationseingabeeinheit 750 zum Empfangen der Hologramminformationen, die durch die Holographieaufzeichnungsvorrichtung, die in 12 gezeigt ist, erfasst werden, (b) eine Hologrammbildungseinheit 650 zum Empfangen der Hologramminformationen über die Informationseingabeeinheit 750, und zum Bilden eines Hologramms 511 auf Grundlage der empfangenen Hologramminformationen, (c) ein optisches Abbildungssystem 120, das gleich dem optischen Abbildungssystem 110 in 12 ist, und das durch Empfangen von Licht mit Wellenfronten, die das Hologramm 511 bilden, eine Abbildung bildet, (d) Bewegungsmittel 150 zum Ändern des Abstands zwischen der Hologrammebene 511 und dem optischen Abbildungssystem 120, und (e) eine Lichtabschirmungsplatte nullter Ordnung 250, die an der Brennpunktposition im Bildraum des optischen Abbildungssystems 120 angeordnet ist.
Die Informationseingabeeinheit 750 umfasst (i) eine Informationslesevorrichtung 751 zum Auslesen gespeicherter Informationen aus einem Speichermedium für das Abbildungsergebnis der Holographieaufzeichnungsvorrichtung, und (ii) einen Empfänger 752 zum Empfangen des Abbildungsergebnisses, das von der Holographieaufzeichnungsvorrichtung übertragen wird.
Die Hologrammbildungseinheit 650 umfasst (i) eine Anzeigevorrichtung 651 zum Anzeigen einer Abbildung auf Grundlage der Informationen, die von der Informationseingabeeinheit 750 bereitgestellt werden, (ii) einen räumlichen Lichtmodulator 652 zum Schreiben der Abbildung, die auf der Anzeigevorrichtung 651 angezeigt wird, (iii) eine Laserlichtquelle 653 zum Erzeugen von kohärentem Licht in Form von Planwellen, mit denen der räumliche Lichtmodulator 652 bestrahlt wird, (iv) ein optisches Relaissystem 654 zum Lenken des Lichts, das von der Laserlichtquelle 653 ausgestrahlt wird, zum räumlichen Lichtmodulator 652, und (v) ein afokales optisches System 655 zum Empfangen des durch den räumlichen Lichtmodulator 652 phasenmodulierten Lichts, und zum Abbilden der räumlichen Lichtmodulatorbildinformationen in der Hologrammebene 511, um diese der Größe der Bilderfassungsfläche, die beim Aufzeichnen verwendet wird, anzupassen.
Um eine Reflexion durch das Schutzglas des räumlichen Lichtmodulators 652 zu verhindern, wird anstelle des gewöhnlichen Schutzglases vorzugsweise eine Glasfaserplatte, die einen Kerndurchmesser, der gleich oder kleiner als die Bildauflösung ist, aufweist, verwendet.
In der Folge ist ein Fall beschrieben, bei dem das optische Abbildungssystem 120 eine Sammellinse, die eine Brennweite f = 18 cm aufweist, verwendet, und bei dem das Licht, das zu verwenden ist, in Übereinstimmung mit der Holographieaufzeichnungsvorrichtung, die in 12 gezeigt ist, eine Wellenlänge λ = 0,628 μm aufweist.
Diese Holographieanzeigevorrichtung baut das Bild des erfassten Objekts wieder auf und zeigt es wie folgt auf Grundlage des Abbildungsergebnisses der Holographieaufzeichnungsvorrichtung, die in 12 gezeigt ist, an.
Die Bewegungsmittel 150 richten die Position des optischen Abbildungssystems 120 in Bezug auf die Hologrammebene 511 in Übereinstimmung mit der Bedingung, die durch Gleichung (8) gegeben ist, ein. Da z = 1,4 cm in der Holographieaufzeichnungsvorrichtung in 12, wird diese Position im Besonderen um 2,8 cm (= 2z) in die Richtung des optischen Abbildungssystems 110 in 12 verschoben. Folglich ist die Hologrammebene 511 in einem Abstand von 16,6 cm vom optischen Abbildungssystem 120 angeordnet.
Bildinformationen als Hologramminformationen werden von der Informationseingabeeinheit 750 empfangen und auf der Anzeigevorrichtung 651 angezeigt. Die angezeigten Bildinformationen werden in den räumlichen Lichtmodulator 652 geschrieben. Die Anzeigevorrichtung 651 umfasst vorzugsweise eine kompakte Bildröhre (CRT), und der räumliche Lichtmodulator 652 umfasst vorzugsweise eine optische räumliche Flüssigkristalllichtmodulationsvorrichtung der Schreibart. Man beachte, dass die Anzeigevorrichtung 651 das Bildergebnis anzeigt, während sie es um 180° um die optische Achse (z-Achse) dreht.
Anschließend wird der räumliche Lichtmodulator 652 über das optische Relaissystem 654 mit Licht, das von der Laserlichtquelle 653 ausgestrahlt wird, bestrahlt. Das durch den räumlichen Lichtmodulator 652 phasenmodulierte Licht bildet in der Hologrammebene 511 über das afokale optische System 655 ein Bild des räumlichen Lichtmodulators 652, das dieselbe Größe wie bei der Aufzeichnung aufweisen soll. Die Vergrößerung des afokalen optischen Systems ergibt sich aus dem Verhältnis der Bildpunktgröße der Anzeigevorrichtung 651 zu jener bei der Aufzeichnung. Verwendet die Anzeigevorrichtung 651 zum Beispiel eine kompakte 1,5-Zoll-Bildröhre, so beträgt die Bildpunktgröße ungefähr 40 μm, und die Bildpunktgröße bei der Aufzeichnung beträgt ungefähr 11 μm, wie oben beschrieben ist. Daher wird ein afokales optisches System von ungefähr 4:1 verwendet.
Ein reelles Bild RL2, das durch das Hologramm 511 wiederaufgebaut wird, wird an einer Position in einem Abstand von ungefähr 6,6 cm vom optischen Abbildungssystem 120 wiedergegeben. Man geht davon aus, dass die Wellenfronten, die das reelle Bild RL2 bilden, jene sind, die durch das optische Abbildungssystem 120 ein virtuelles Bild IM2 bilden. Die Lichtabschirmungsplatte nullter Ordnung 250, die an der Brennpunktposition des optischen Abbildungssystems 120 angeordnet ist, schirmt Lichtkomponenten nullter Ordnung des Lichts, das vom optischen Abbildungssystem 120 ausgestrahlt wird, ab, und lässt Lichtkomponenten der ersten oder einer höheren Ordnung durch.
Betrachtet man das Licht, das durch die Lichtabschirmungsplatte nullter Ordnung 250 nicht abgeschirmt wird, von der Position hinter der Lichtabschirmungsplatte nullter Ordnung 250, so kann das wiederaufgebaute Bild des Objekts 900, das erfasst werden soll, ohne jegliche Verzerrung betrachtet werden.
Werden Hologramm in Einheiten der drei Primärfarben von Licht erfasst, so kann das Farbbild des Objekts 900, das erfasst werden soll, durch das Synthetisieren der wiederaufgebauten Bilder in Farbeinheiten wiederaufgebaut werden, wie bei den obigen Ausführungsformen.
(Zweite Ausführungsform)
25 ist ein Schaubild, das die zweite – nicht beantragte – Ausführungsform einer Holographieanzeigevorrichtung zeigt. Die Holographieanzeigevorrichtung dieser Ausführungsform ist eine Vorrichtung zum Wiederaufbauen der Abbildung eines erfassten Objekts 900 auf Grundlage eines Intensitätshologramms, das durch die Holographieaufzeichnungsvorrichtung, die in 12 gezeigt ist, erfasst worden ist.
Wie in 25 gezeigt ist, umfasst diese Vorrichtung (a) eine Informationseingabeeinheit 750 zum Empfangen der Hologramminformationen, die durch die Holographieaufzeichnungsvorrichtung, die in 12 gezeigt ist, erfasst werden, (b) eine Berechnungseinheit 770 zum Empfangen der Hologramminformationen über die Informationseingabeeinheit 750, und zum Berechnen des wiederaufgebauten Bilds des Objekts 900, das erfasst werden soll, auf Grundlage der empfangenen Hologramminformationen, und (c) ein Abbildungssystem 790 zum Anzeigen des Berechnungsergebnisses der Berechnungseinheit 770.
Die Berechnungseinheit 770 verwendet einen Computer, der eine Funktionsberechnungsarbeitsweise aufweist.
Diese Holographieanzeigevorrichtung baut das Bild des erfassten Objekts wieder auf und zeigt es wie folgt auf Grundlage des Abbildungsergebnisses der Holographieaufzeichnungsvorrichtung, die in 12 gezeigt ist, an. 26 ist ein Ablaufdiagramm, das die Berechungsverarbeitung der Berechnungseinheit 770 dieser Ausführungsform zeigt.
Die Berechnungseinheit 770 empfängt Hologramminformationen von der Informationseingabeeinheit. Anschließend wird bestimmt, ob das Objekt, das berechnet werden soll, entweder die Amplitude oder die Phase ist, bevor es in einen reellen Zahlenanteil und einen imaginären Zahlenanteil geteilt wird, um eine komplexe Zahlenverteilung H(x, y) zu erlangen.
Die Position eines Hologramms wird imaginär festgelegt, indem sie in Übereinstimmung mit Gleichung (8) derart korrigiert wird, dass die Berechnung auf Grundlage der Bauart des optischen Wiederaufbausystems, das in 8 gezeigt ist, ausgeführt wird. Da bei der Holographieaufzeichnungsvorrichtung, die in 12 gezeigt ist, z = 1,4 cm, wird das Hologramm imaginär an einer Position in einem Abstand von 16,6 cm von einem imaginären optischen Abbildungssystem, das dem optischen Abbildungssystem 110 in der ersten Ausführungsform entspricht, angeordnet.
Wellenfronten vom imaginär angeordneten Hologramm werden nach Fresnel umgewandelt, um jene auf der Fokussierebene im Objektraum (in der Folge auch als nahe angeordnete Seite bezeichnet) des imaginären optischen Abbildungssystems zu berechnen.
Als Berechnungsverfahren stehen ein Kugelwellenwiederaufbauverfahren und ein schnelles Fourier-Transformationsverfahren zur Verfügung. Diese Verfahren sind in der Folge beschrieben.
(1) Kugelwellenwiederaufbauverfahren
Ein Fortpflanzungsabstand L (= 1,4 cm), eine Teilung p (= 11 μm) und die Zahl N (= 512) × N Bildpunkte werden festgelegt, und Wellenfronten von all den Hologrammgitterpunkten werden gemeinsam mit den jeweiligen Punkten der Fokussierebene auf der nahe angeordneten Seite des imaginären optischen Abbildungssystems zusammengezählt.
Wenn h_p die Teilung auf der Fokussierebene auf der nahe angeordneten Seite angibt, werden Wellenfronten Of(h_pm, h_pn) im Besonderen berechnet durch: Of(hpm, hpn) = ΣjΣi[H(pq, pi) × {1/((pq – hpm)2 + (pi – hpn)2 + L2)1/2} × exp[jk((pq – hpm)2 + (pi – hpn)1/2 + L2)1/2]]wobei:

m: = eine ganze Zahl im Bereich von –N/2 bis N/2 – 1
n: = eine ganze Zahl im Bereich von –N/2 bis N/2 – 1
q: = eine ganze Zahl im Bereich von –N/2 bis N/2 – 1
i: = eine ganze Zahl im Bereich von –N/2 bis N/2 – 1
j: = eine imaginäre Zahleneinheit.

(2) Schnelles Fourier-Transformationsverfahren
Ein Fortpflanzungsabstand L (= 1,4 cm), eine Teilung p (= 11 μm) und die Zahl N (= 512) × N Bildpunkte werden festgelegt, und h_p stellt die Teilung auf der Fokussierebene auf der nahe angeordneten Seite dar. Dann werden Wellenfronten Of(h_pm, h_pn) auf der Fokussierebene auf der nahe angeordneten Seite durch die folgende Berechnung gewonnen: Of(hpm, hpn) = F–1[F[H(hpm, hpn)]·F[f(hpm, hpn)]]wobei:

F = schnelle Fourier-Transformation
F^–1 = umgekehrte schnelle Fourier-Transformation
f(hpm, hpn) = (1/r)exp[jkr]
r = (hpm2 + hpn2 + L2)1/2
m = eine ganze Zahl im Bereich von –N/2 bis N/2 – 1
n = eine ganze Zahl im Bereich von –N/2 bis N/2 – 1

Man beachte, dass die folgende Gleichung in Abhängigkeit vom Fresnel-Fortpflanzungsabstand L vorzugsweise die oben erwähnte ersetzt: F[f(hpm, hpn)] = exp[2πL[(1/λ)2 – (m/hpN))2 – (n/(hpN))2]1/2]
Nachdem die Wellenfronten auf der Fokussierebene auf der nahe angeordneten Seite gemäß obiger Beschreibung berechnet worden sind, wird das Vorzeichen der Fresnel-Fortpflanzungsrichtung unterschieden. Das Vorzeichen der Fresnel-Fortpflanzungsrichtung wird derart definiert, dass die Richtung vom Hologramm zum imaginären optischen Abbildungssystem positiv ist, und es wird unterschieden, ob die Betrachtungsrichtung der Fokussierebene auf der nahe angeordneten Seite vom Hologramm aus positiv oder negativ ist.
Ist das Vorzeichen der Fresnel-Fortpflanzungsrichtung positiv, so werden die Wellenfronten Of(h_pm, h_pn) direkt verwendet; ist es negativ, so werden konjugiert-komplexe Zahlen der Wellenfronten Of(h_pm, h_pn) verwendet, um die Fortpflanzungsrichtung der Wellenfronten anzugleichen.
Da bei dieser Ausführungsform das Vorzeichen der Fresnel-Fortpflanzungsrichtung negativ ist, werden konjugiert-komplexe Zahlen berechnet.
Die verwendeten Wellenfronten auf der Fokussierebene auf der nahe angeordneten Seite werden einer zweidimensionalen Fourier-Transformation unterzogen, um Wellenfronten G(f_pm, f_pn) auf der Fokussierebene im Bildraum (in der Folge auch als die entfernt angeordnete Seite bezeichnet) des imaginären optischen Abbildungssystems zu berechnen. Man beachte, dass f_p die Bildpunktteilung auf der Fokussierebene auf der entfernt angeordneten Seite ist. Die Wellenfronten G(f_pm, f_pn) sind an Gitterpunkten im Bereich, der eine Teilung f_p = λf/(h_pN) (= 20,22 μm) und eine Seite = λf/h_p aufweist, verteilt.
Dann wird die Berechnung ausgeführt, während das nach nullter Ordnung abgeschirmte Licht auf G(0, 0) = 0 gesetzt ist. Man beachte, dass der Bereich des Lichtabschirmungsvorgangs nullter Ordnung mit G(x, y) = 0 in angemessener Weise angepasst wird.
Anschließend werden die Wellenfronten G(f_pm, f_pn), die der Lichtabschirmungsaufbereitung nullter Ordnung unterzogen worden sind, zur Berechnung einer umgekehrten Fresnel-Transformation unterzogen, um die Wellenfrontenverteilung der virtuellen Abbildung IM2 zu gewinnen.
Bei dieser Ausführungsform beträgt der Abstand, L₀, zwischen dem Brennpunkt auf der entfernt angeordneten Seite und der virtuellen Abbildung IM2 28,4 cm.
Als Berechnungsverfahren stehen ein Kugelwellenwiederaufbauverfahren und ein schnelles Fourier-Transformationsverfahren zur Verfügung. Diese Verfahren sind in der Folge beschrieben.
(1) Kugelwellenwiederaufbauverfahren
Ein Fortpflanzungsabstand L₀ (= 28,4 cm), eine Teilung o_p (= 11 μm) und die Zahl N (= 512) × N Bildpunkte werden festgelegt, und Wellenfronten von all den Hologrammgitterpunkten auf der Fokussierebene auf der entfernt angeordneten Seite des imaginären optischen Abbildungssystems werden gemeinsam mit den jeweiligen Punkten der virtuellen Abbildung IM2 zusammengezählt.
Das bedeutet, die Wellenfronten O(o_pm, o_pn) an der virtuellen Abbildung IM2 werden berechnet durch: O(opm, opn) = ΣjΣi[H(fpq, fpi) × {1/((fpq – opm)2 + (fpi – opn)2 + L0 2)1/2} × exp[jk((fpq – opm) 2 + (fpi – opn)2 + L0 2)1/2]]wobei:

Man beachte, dass bei dieser Ausführungsform o_p = f_p gilt.
(2) Schnelles Fourier-Transformationsverfahren
Ein Fortpflanzungsabstand L₀ (= 28,4 cm), eine Teilung o_p (= 11 μm) und die Zahl N (= 512) × N Bildpunkte werden festgelegt, und Wellenfronten O(o_pm, o_pn) an der virtuellen Abbildung IM2 werden durch die folgende Berechnung gewonnen: O(fpm, fpn) = F–1[F[G(hpm, hpn)]·F[f(hpm, hpn)]]wobei:

Man beachte, dass die folgende Gleichung in Abhängigkeit vom Fresnel-Fortpflanzungsabstand L vorzugsweise die oben erwähnte ersetzt: F[f(hpm, hpn)] = exp[2πL[(1/λ)2 – (m/hpN))2 – (n/(hpN))2]1/2]
Schließlich werden die Wellenfronten O(o_pm, o_pn) oder O(f_pm, f_pn) umgewandelt, und das wiederaufgebaute Bild des Objekts, das erfasst werden soll, wird auf der Anzeigevorrichtung 790 angezeigt.
Man beachte, dass die oben erwähnte Verarbeitung im Allgemeinen eine tomographische Abbildung der virtuellen Abbildung IM2 anzeigt.
Sind Abbildungsergebnisse verfügbar, die den drei Primärfarben von Licht entsprechen, kann ein Farbbild wiederaufgebaut werden, indem die Berechnungen für die jeweiligen Farben durchgeführt und die endgültigen wiederaufgebauten Bilder synthetisiert werden.
(Dritte Ausführungsform)
27 ist ein Schaubild, das die dritte Ausführungsform einer Holographieanzeigevorrichtung zeigt. Die Holographieanzeigevorrichtung dieser Ausführungsform ist eine Vorrichtung zum Wiederaufbauen der Abbildung eines erfassten Objekts 900 auf Grundlage eines komplexen Hologramms, das durch die Holographieaufzeichnungsvorrichtung, die in 14 gezeigt ist, erfasst worden ist.
Wie in 27 gezeigt ist, umfasst diese Vorrichtung (a) eine Informationseingabeeinheit 750 zum Empfangen der Hologramminformationen, die durch die Holographieaufzeichnungsvorrichtung, die in 14 gezeigt ist, erfasst werden, (b) eine Hologrammbildungseinheit 660 zum Empfangen der Hologramminformationen über die Informationseingabeeinheit 750, und zum Bilden eines Hologramms 511 auf Grundlage der empfangenen Hologramminformationen, (c) ein optisches Abbildungssystem 120, das gleich dem optischen Abbildungssystem 110 in 14 ist, und das durch Empfangen von Licht mit Wellenfronten, die das Hologramm 511 bilden, eine Abbildung bildet, (d) Bewegungsmittel 150 zum Ändern des Abstands zwischen der Hologrammebene 511 und dem optischen Abbildungssystem 120, und (e) eine Lichtabschirmungsplatte nullter Ordnung, die an der Brennpunktposition im Bildraum des optischen Abbildungssystems 120 angeordnet ist.
Die Hologrammbildungseinheit 660 umfasst (i) eine Phasen- und Amplitudenmodulationseinheit 663, die einen Phasenmodulator 661 zum Modulieren der Phase von Eingangslicht auf Grundlage der Phaseninformationen, die von der Informationseingabeeinheit 750 bereitgestellt werden, und einen Amplitudenmodulator 662 zum Modulieren der Amplitude von Eingangslicht aufweist, (ii) eine Laserlichtquelle 653 zum Erzeugen kohärenten Lichts in Form von Planwellen, mit denen die Phasen&Amplituden-Modulationseinheit 663 bestrahlt werden soll, (iii) ein optisches Relaissystem 654 zum Lenken von Licht, das von der Laserlichtquelle 653 ausgestrahlt wird, zum Phasenmodulator 661 und zum Amplitudenmodulator 662, und (iv) ein afokales optisches System 655 zum Empfangen von Licht über die Phasen&Amplituden-Modulationseinheit 663 und zum Bilden einer Abbildung der Phasen&Amplituden-Modulationseinheit 663 in der Hologrammebene 511, die der Größe auf der Bilderfassungsfläche, die beim Aufzeichnen verwendet worden ist, entspricht.
In der Folge ist ein Fall beschrieben, bei dem das optische Abbildungssystem 120 eine Sammellinse, die eine Brennweite f = 18 cm aufweist, verwendet, und bei dem das Licht, das zu verwenden ist, in Übereinstimmung mit der Holographieaufzeichnungsvorrichtung, die in 14 gezeigt ist, eine Wellenlänge λ = 0,628 μm aufweist.
Diese Holographieanzeigevorrichtung baut das Bild des erfassten Objekts wieder auf und zeigt es wie folgt auf Grundlage des Abbildungsergebnisses der Holographieaufzeichnungsvorrichtung, die in 14 gezeigt ist, an.
Wie bei der ersten Ausführungsform richten die Bewegungsmittel 150 die Position des optischen Abbildungssystems 120 in Bezug auf die Hologrammebene 511 in Übereinstimmung mit der Bedingung, die durch Gleichung (8) gegeben ist, ein. Da z = 1,4 cm in der Holographieaufzeichnungsvorrichtung in 14, wird diese Position im Besonderen um 2,8 cm (= 2z) in die Richtung des optischen Abbildungssystems 110 in 14 verschoben. Folglich ist die Hologrammebene 511 in einem Abstand von 16,6 cm vom optischen Abbildungssystem 120 angeordnet.
Die Phasen&Amplituden-Modulationseinheit 663 wird über das optische Relaissystem 654 mit dem Licht, das von der Laserlichtquelle 653 ausgestrahlt wird, bestrahlt. Die Phasen&Amplituden-Modulationseinheit 663 empfängt Phaseninformationen und Amplitudeninformationen als Hologramminformationen von der Informationseingabeeinheit 750, und der Phasen- beziehungsweise der Amplitudenmodulator 661 beziehungsweise 662 führen die Phasen- und Amplitudenmodulation durch. Die Phasen- und Amplitudenmodulatoren 661 und 662 können auf einfache Weise durch Verwendung von Flüssigkristallplatten ausgeführt werden, indem die Verfahren, die in den Japanischen Patent-Auslegeschriften Nr. 5-127139 und 5-119341 offenbart sind, verwendet werden.
Das durch den Phasenmodulator 661 phasenmodulierte Licht bildet in der Hologrammebene 511 über das afokale optische System 655 ein Bild des Phasenmodulators 661, das dieselbe Größe wie bei der Aufzeichnung aufweist. Die Vergrößerung des afokalen optischen Systems ergibt sich aus dem Verhältnis der Bildpunktgröße der Anzeigevorrichtung 651 zu jener bei der Aufzeichnung.
Ein reelles Bild RL2, das durch das Hologramm 511 wiederaufgebaut wird, wird an einer Position in einem Abstand von ungefähr 6,6 cm vom optischen Abbildungssystem 120 wiedergegeben. Man geht davon aus, dass die Wellenfronten, die das reelle Bild RL2 bilden, jene sind, die durch das optische Abbildungssystem 120 ein virtuelles Bild IM2 bilden. Die Lichtabschirmungsplatte nullter Ordnung 250, die an der Brennpunktposition des optischen Abbildungssystems 120 angeordnet ist, schirmt Lichtkomponenten nullter Ordnung des Lichts, das vom optischen Abbildungssystem 120 ausgestrahlt wird, ab, und lässt Lichtkomponenten erster oder noch höherer Ordnung durch.
Betrachtet man das Licht, das durch die Lichtabschirmungsplatte nullter Ordnung 250 nicht abgeschirmt wird, von der Position hinter der Lichtabschirmungsplatte nullter Ordnung 250, so kann das wiederaufgebaute Bild des Objekts 900, das erfasst werden soll, ohne jegliche Verzerrung betrachtet werden.
Können die Phase und die Amplitude ideal moduliert werden, so ist die Lichtabschirmungsplatte nullter Ordnung 250 nicht immer erforderlich.
Werden Hologramm in Einheiten der drei Primärfarben von Licht erfasst, so kann das Farbbild des Objekts 900, das erfasst werden soll, durch das Synthetisieren der wiederaufgebauten Bilder in Farbeinheiten wiederaufgebaut werden, wie bei den obigen Ausführungsformen.
(Vierte Ausführungsform)
28 ist ein Schaubild, das die Anordnung der vierten – nicht beantragten – Ausführungsform einer Holographieanzeigevorrichtung zeigt. Die Holographieanzeigevorrichtung dieser Ausführungsform ist eine Vorrichtung zum Wiederaufbauen der Abbildung eines erfassten Objekts 900 auf Grundlage eines komplexen Hologramms, das durch die Holographieaufzeichnungsvorrichtung, die in 14 gezeigt ist, erfasst worden ist.
Wie in 28 gezeigt ist, umfasst diese Vorrichtung (a) eine Informationseingabeeinheit 750 zum Empfangen der Hologramminformationen, die durch die Holographieaufzeichnungsvorrichtung, die in 14 gezeigt ist, erfasst werden, (b) eine Berechnungseinheit 780 zum Empfangen der Hologramminformationen über die Informationseingabeeinheit 750, und zum Berechnen des wiederaufgebauten Bilds des Objekts 900, das erfasst werden soll, auf Grundlage der empfangenen Hologramminformationen, und (c) eine Anzeigevorrichtung 790 zum Anzeigen des Berechnungsergebnisses der Berechnungseinheit 780.
Die Berechnungseinheit 780 verwendet einen Computer, der eine Funktionsberechnungsarbeitsweise aufweist.
Diese Holographieanzeigevorrichtung baut das Bild des Objekts, das erfasst werden soll, wieder auf und zeigt es wie folgt auf Grundlage des Abbildungsergebnisses der Holographieaufzeichnungsvorrichtung, die in 14 gezeigt ist, an. 29 ist ein Ablaufdiagramm, das die Berechungsverarbeitung der Berechnungseinheit 770 dieser Ausführungsform zeigt.
Die Berechnungseinheit 780 empfängt Hologramminformationen von der Informationseingabeeinheit. Anschließend wird jede der Phaseninformationen und jede der Amplitudeninformationen des Objekts, das berechnet werden soll, in einen reellen Zahlenanteil und einen imaginären Zahlenanteil geteilt, um eine komplexe Zahlenverteilung H(x, y) zu erlangen.
Anschließend werden dieselben Berechnungen wie bei der zweiten Ausführungsform durchgeführt, um die endgültig berechneten Wellenfronten O(o_pm, o_pn) oder O(f_pm, f_pn) umzuwandeln, und das wiederaufgebaute Bild des Objekts, das erfasst werden soll, wird auf der Anzeigevorrichtung 790 angezeigt.
Man beachte, dass die oben erwähnte Verarbeitung im Allgemeinen eine tomographische Abbildung der virtuellen Abbildung IM2 anzeigt, wie bei der zweiten Ausführungsform.
(Fünfte Ausführungsform)
30 ist ein Schaubild, das die fünfte Ausführungsform einer Holographieanzeigevorrichtung zeigt. Die Holographieanzeigevorrichtung dieser Ausführungsform ist eine Vorrichtung zum Wiederaufbauen der Abbildung eines erfassten Objekts 900 auf Grundlage eines Intensitätshologramms, das durch die Holographieaufzeichnungsvorrichtung, die in 16 gezeigt ist, erfasst worden ist.
Wie in 30 gezeigt ist, umfasst diese Vorrichtung (a) eine Informationseingabeeinheit 750 zum Empfangen der Hologramminformationen, die durch die Holographieaufzeichnungsvorrichtung, die in 16 gezeigt ist, erfasst werden, (b) eine Hologrammbildungseinheit 650 zum Empfangen der Hologramminformationen über die Informationseingabeeinheit 750, und zum Bilden eines Hologramms 511 auf Grundlage der empfangenen Hologramminformationen, (c) ein optisches Abbildungssystem 120, das gleich dem optischen Abbildungssystem 110 in 16 ist, und das durch Empfangen von Licht mit Wellenfronten, die das Hologramm 511 bilden, eine Abbildung bildet, (d) Bewegungsmittel 150 zum Ändern des Abstands zwischen der Hologrammebene 511 und dem optischen Abbildungssystem 120, (e) eine Lichtabschirmungsplatte nullter Ordnung 251, die an der Brennpunktposition im Bildraum des optischen Abbildungssystems 120 angeordnet ist, und (f) eine Lichtabschirmungsplatte 252, die auf der Ebene der Zeichnung von 30 unterhalb der Fokussierebene im Bildraum des optischen Abbildungssystems 120 angeordnet ist.
In der Folge ist ein Fall beschrieben, bei dem das optische Abbildungssystem 120 eine Sammellinse, die eine Brennweite f = 18 cm aufweist, verwendet, und bei dem das Licht, das zu verwenden ist, in Übereinstimmung mit der Holographieaufzeichnungsvorrichtung, die in 16 gezeigt ist, eine Wellenlänge λ = 0,628 μm aufweist.
Diese Holographieanzeigevorrichtung baut das Bild des erfassten Objekts wieder auf und zeigt es wie folgt auf Grundlage des Abbildungsergebnisses der Holographieaufzeichnungsvorrichtung, die in 16 gezeigt ist, an.
Die Bewegungsmittel 150 richten die Position des optischen Abbildungssystems 120 in Bezug auf die Hologrammebene 511 in Übereinstimmung mit der Bedingung, die durch Gleichung (8) gegeben ist, ein. Da z = 1,4 cm in der Holographieaufzeichnungsvorrichtung in 16, wird diese Position im Besonderen um 2,8 cm (= 2z) in die Richtung des optischen Abbildungssystems 110 in 16 verschoben. Folglich ist die Hologrammebene 511 in einem Abstand von 16,6 cm vom optischen Abbildungssystem 120 angeordnet.
Bildinformationen als Hologramminformationen werden von der Informationseingabeeinheit 750 empfangen und auf der Anzeigevorrichtung 651 angezeigt. Die angezeigten Bildinformationen werden in einem räumlichen Lichtmodulator 652 geschrieben. Die Anzeigevorrichtung 651 umfasst vorzugsweise eine kompakte Bildröhre (CRT), und der räumliche Lichtmodulator 652 umfasst vorzugsweise eine optische räumliche Flüssigkristalllichtmodulationsvorrichtung der Schreibart. Man beachte, dass die Anzeigevorrichtung 651 das Bildergebnis anzeigt, während sie es um 180° um die optische Achse (z-Achse) dreht.
Anschließend wird der räumliche Lichtmodulator 652 über ein optisches Relaissystem 654 mit Licht, das von einer Laserlichtquelle 653 ausgestrahlt wird, bestrahlt. Das durch den räumlichen Lichtmodulator 652 phasenmodulierte Licht bildet in der Hologrammebene 511 über ein afokales optisches System 655 eine Abbildung des räumlichen Lichtmodulators 652, welche dieselbe Größe wie bei der Aufzeichnung aufweisen soll. Die Vergrößerung des afokalen optischen Systems ergibt sich aus dem Verhältnis der Bildpunktgröße der Anzeigevorrichtung 651 zu jener bei der Aufzeichnung. Verwendet die Anzeigevorrichtung 651 zum Beispiel eine kompakte 1,5-Zoll-Bildröhre, so beträgt die Bildpunktgröße ungefähr 40 μm, und die Bildpunktgröße bei der Aufzeichnung beträgt ungefähr 11 μm, wie oben beschrieben ist. Daher wird ein afokales optisches System von ungefähr 4:1 verwendet.
Ein reelles Bild RL2, das durch das Hologramm 511 wiederaufgebaut wird, wird an einer Position in einem Abstand von ungefähr 6,6 cm vom optischen Abbildungssystem 120 wiedergegeben. Man geht davon aus, dass die Wellenfronten, die das reelle Bild RL2 bilden, jene sind, die durch das optische Abbildungssystem 120 ein virtuelles Bild IM2 bilden. Die Lichtabschirmungsplatte nullter Ordnung 251, die an der Brennpunktposition des optischen Abbildungssystems 120 angeordnet ist, schirmt Lichtkomponenten nullter Ordnung des Lichts, das vom optischen Abbildungssystem 120 ausgestrahlt wird, ab, und die Lichtabschirmungsplatte 252 schirmt Licht mit Wellenfronten, die eine konjugierte Abbildung des virtuellen Bilds IM2 bilden, ab.
Betrachtet man das Licht, das durch die Lichtabschirmungsplatte nullter Ordnung 251 oder die Lichtabschirmungsplatte 252 nicht abgeschirmt wird, von der Position hinter der Lichtabschirmungsplatte nullter Ordnung 251 und der Lichtabschirmungsplatte 252, so kann das wiederaufgebaute Bild des Objekts 900, das erfasst werden soll, ohne jegliche Verzerrung betrachtet werden.
Werden Hologramme in Einheiten der drei Primärfarben von Licht erfasst, so kann das Farbbild des Objekts 900, das erfasst werden soll, durch das Synthetisieren der wiederaufgebauten Bilder in Farbeinheiten wiederaufgebaut werden, wie bei den obigen Ausführungsformen.
(Sechste Ausführungsform)
31 ist ein Schaubild, das die Anordnung der sechsten – nicht beantragten – Ausführungsform einer Holographieanzeigevorrichtung zeigt. Die Holographieanzeigevorrichtung dieser Ausführungsform ist eine Vorrichtung zum Wiederaufbauen der Abbildung eines erfassten Objekts 900 auf Grundlage eines Intensitätshologramms, das durch die Holographieaufzeichnungsvorrichtung, die in 16 gezeigt ist, erfasst worden ist.
Wie in 31 gezeigt ist, umfasst diese Vorrichtung (a) eine Informationseingabeeinheit 750 zum Empfangen der Hologramminformationen, die durch die Holographieaufzeichnungsvorrichtung, die in 16 gezeigt ist, erfasst werden, (b) eine Berechnungseinheit 770 zum Empfangen der Hologramminformationen über die Informationseingabeeinheit 750, und zum Berechnen des wiederaufgebauten Bilds des Objekts 900, das erfasst werden soll, auf Grundlage der empfangenen Hologramminformationen, und (c) eine Anzeigevorrichtung 790 zum Anzeigen des Berechnungsergebnisses der Berechnungseinheit 770.
Die Berechnungseinheit 770 verwendet einen Computer, der eine Funktionsberechnungsarbeitsweise aufweist.
Diese Holographieanzeigevorrichtung baut das Bild des Objekts, das erfasst werden soll, wieder auf und zeigt es wie folgt auf Grundlage des Abbildungsergebnisses der Holographieaufzeichnungsvorrichtung, die in 16 gezeigt ist, an. 32 ist ein Ablaufdiagramm, das die Berechungsverarbeitung der Berechnungseinheit 770 dieser Ausführungsform zeigt.
Die Berechnungseinheit 770 empfängt Hologramminformationen von der Informationseingabeeinheit. Anschließend wird bestimmt, ob das Objekt, das berechnet werden soll, entweder die Amplitude oder die Phase ist, bevor es in einen reellen Zahlenanteil und einen imaginären Zahlenanteil geteilt wird, um eine komplexe Zahlenverteilung H(x, y) zu erlangen.
Die Position eines Hologramms wird imaginär festgelegt, indem sie in Übereinstimmung mit Gleichung (8) derart korrigiert wird, dass die Berechnung auf Grundlage der Bauart des optischen Wiederaufbausystems, das in 8 gezeigt ist, ausgeführt wird. Da bei der Holographieaufzeichnungsvorrichtung, die in 16 gezeigt ist, z = 1,4 cm, wird das Hologramm imaginär an einer Position in einem Abstand von 16,6 cm von einem imaginären optischen Abbildungssystem, das wie in der ersten Ausführungsform dem optischen Abbildungssystem 110 entspricht, angeordnet.
Wellenfronten vom imaginär angeordneten Hologramm werden nach Fresnel umgewandelt, um jene auf der Fokussierebene im Objektraum (in der Folge auch als nahe angeordnete Seite bezeichnet) des imaginären optischen Abbildungssystems zu berechnen.
Als Berechnungsverfahren stehen wie bei der zweiten Ausführungsform ein Kugelwellenwiederaufbauverfahren und ein schnelles Fourier-Transformationsverfahren zur Verfügung.
Nachdem die Wellenfronten auf der Fokussierebene auf der nahe angeordneten Seite gemäß obiger Beschreibung berechnet worden sind, wird das Vorzeichen der Fresnel-Fortpflanzungsrichtung unterschieden. Das Vorzeichen der Fresnel-Fortpflanzungsrichtung wird derart definiert, dass die Richtung vom Hologramm zum imaginären optischen Abbildungssystem positiv ist, und es wird unterschieden, ob die Betrachtungsrichtung der Fokussierebene auf der nahe angeordneten Seite vom Hologramm aus positiv oder negativ ist.
Ist das Vorzeichen der Fresnel-Fortpflanzungsrichtung positiv, so werden die Wellenfronten Of(h_pm, h_pn) direkt verwendet; ist es negativ, so werden konjugiert-komplexe Zahlen der Wellenfronten Of(h_pm, h_pn) verwendet, um die Fortpflanzungsrichtung der Wellenfronten anzugleichen.
Da bei dieser Ausführungsform das Vorzeichen der Fresnel-Fortpflanzungsrichtung negativ ist, werden konjugiert-komplexe Zahlen berechnet.
Die verwendeten Wellenfronten auf der Fokussierebene auf der nahe angeordneten Seite werden einer zweidimensionalen Fourier-Transformation unterzogen, um Wellenfronten G(f_pm, f_pn) auf der Fokussierebene im Bildraum (in der Folge auch als die entfernt angeordnete Seite bezeichnet) des imaginären optischen Abbildungssystems zu berechnen. Man beachte, dass f_p die Bildpunktteilung auf der Fokussierebene auf der entfernt angeordneten Seite ist. Die Wellenfronten G(f_pm, f_pn) sind an Gitterpunkten im Bereich, der eine Teilung f_p = λf/(h_pN) (= 20,22 μm) und eine Seite = λf/h_p aufweist, verteilt.
Dann wird die Berechnung ausgeführt, während das nach nullter Ordnung abgeschirmte Licht auf G(0, 0) = 0 gesetzt ist. Man beachte, dass der Bereich des Lichtabschirmungsvorgangs nullter Ordnung mit G(x, y) = 0 in angemessener Weise angepasst wird. Das Entfernen einer konjugierten Abbildung erfolgt durch die Berechnung G(x, y(≤0)) = 0.
Anschließend werden die Wellenfronten G(f_pm, f_pn), die der Lichtabschirmungsaufbereitung nullter Ordnung unterzogen worden sind, zur Berechnung einer umgekehrten Fresnel-Transformation unterzogen, um die Wellenfrontenverteilung der virtuellen Abbildung IM2 zu gewinnen.
Bei dieser Ausführungsform beträgt der Abstand, L₀, zwischen dem Brennpunkt auf der entfernt angeordneten Seite und der virtuellen Abbildung IM2 28,4 cm.
Als Berechnungsverfahren stehen wie bei der zweiten Ausführungsform ein Kugelwellenwiederaufbauverfahren und ein schnelles Fourier-Transformationsverfahren zur Verfügung.
Schließlich werden die Wellenfronten O(o_pm, o_pn) oder O(f_pm, f_pn) umgewandelt, und das wiederaufgebaute Bild des Objekts, das erfasst werden soll, wird auf der Anzeigevorrichtung 790 angezeigt.
Man beachte, dass die oben erwähnte Verarbeitung im Allgemeinen eine tomographische Abbildung der virtuellen Abbildung IM2 anzeigt.
Sind Abbildungsergebnisse verfügbar, die den drei Primärfarben von Licht entsprechen, so kann ein Farbbild wiederaufgebaut werden, indem die Berechnungen für die jeweiligen Farben durchgeführt und die endgültigen wiederaufgebauten Bilder synthetisiert werden.
(Siebte Ausführungsform)
33 ist ein Schaubild, das die Anordnung der siebten Ausführungsform einer Holographieanzeigevorrichtung zeigt. Die Holographieanzeigevorrichtung dieser Ausführungsform ist eine Vorrichtung zum Wiederaufbauen der Abbildung eines erfassten Objekts 900 auf Grundlage eines Intensitätshologramms, das durch die Holographieaufzeichnungsvorrichtung, die in 17 gezeigt ist, erfasst worden ist.
Wie in 33 gezeigt ist, umfasst diese Vorrichtung (a) eine Informationseingabeeinheit 750 zum Empfangen der Hologramminformationen, die durch die Holographieaufzeichnungsvorrichtung, die in 17 gezeigt ist, erfasst werden, (b) eine Hologrammbildungseinheit 650 zum Empfangen der Hologramminformationen über die Informationseingabeeinheit 750, und zum Bilden eines Hologramms 511 auf Grundlage der empfangenen Hologramminformationen, (c) ein optisches Abbildungssystem 120, das gleich dem optischen Abbildungssystem 110 in 17 ist, und das durch Empfangen von Licht mit Wellenfronten, die das Hologramm 511 bilden, eine Abbildung bildet, (d) Bewegungsmittel 150 zum Ändern des Abstands zwischen der Hologrammebene 511 und dem optischen Abbildungssystem 120, (e) eine Lichtabschirmungsplatte nullter Ordnung 250, die an der Brennpunktposition im Bildraum des optischen Abbildungssystems 120 angeordnet ist, und (f) Stellmittel 280 zum Ändern der Brennweite im Bildraum des optischen Abbildungssystems 120, und zum Ändern des Abstands zwischen dem optischen Abbildungssystem 120 und der Lichtabschirmungsplatte nullter Ordnung 250 in Übereinstimung mit der Brennweite im Bildraum des optischen Abbildungssystems 120.
Die Stellmittel 280 weisen dieselbe Anordnung wie die Stellmittel 170 in 17 auf, um das optische Abbildungssystem entsprechend dem optischen Abbildungssystem 110, das durch die Stellmittel 270 bestimmt ist, auszuführen.
In der Folge ist ein Fall beschrieben, bei dem das optische Abbildungssystem 120 eine synthetisierte Brennweite f = 18 cm aufweist, und bei dem das Licht, das zu verwenden ist, in Übereinstimmung mit der Holographieaufzeichnungsvorrichtung, die in 17 gezeigt ist, eine Wellenlänge λ = 0,628 μm aufweist.
Diese Holographieanzeigevorrichtung baut das Bild des erfassten Objekts wieder auf und zeigt es wie folgt auf Grundlage des Abbildungsergebnisses der Holographieaufzeichnungsvorrichtung, die in 17 gezeigt ist, an.
Die Stellmittel 280 richten die Position des optischen Abbildungssystems 120 in Bezug auf die Hologrammebene 511 in Übereinstimmung mit der Bedingung, die durch Gleichung (8) gegeben ist, ein. Da z = 1,4 cm in der Holographieaufzeichnungsvorrichtung in 17, wird diese Position im Besonderen um 2,8 cm (= 2z) in die Richtung des optischen Abbildungssystems 110 in 17 verschoben. Folglich ist die Hologrammebene 511 in einem Abstand von 16,6 cm vom optischen Abbildungssystem 120 angeordnet.
Bildinformationen als Hologramminformationen werden von der Informationseingabeeinheit 750 empfangen und auf der Anzeigevorrichtung 651 angezeigt. Die angezeigten Bildinformationen werden in einem räumlichen Lichtmodulator 652 geschrieben. Die Anzeigevorrichtung 651 umfasst vorzugsweise eine kompakte Bildröhre (CRT), und der räumliche Lichtmodulator 652 umfasst vorzugsweise eine optische räumliche Flüssigkristalllichtmodulationsvorrichtung der Schreibart. Man beachte, dass die Anzeigevorrichtung 651 das Bildergebnis anzeigt, während sie es um 180° um die optische Achse (z-Achse) dreht.
Anschließend wird der räumliche Lichtmodulator 652 über ein optisches Relaissystem 654 mit Licht, das von einer Laserlichtquelle 653 ausgestrahlt wird, bestrahlt. Das durch den räumlichen Lichtmodulator 652 phasenmodulierte Licht bildet in der Hologrammebene 511 über ein afokales optisches System 655 eine Abbildung des räumlichen Lichtmodulators 652, welche dieselbe Größe wie bei der Aufzeichnung aufweisen soll. Die Vergrößerung des afokalen optischen Systems ergibt sich aus dem Verhältnis der Bildpunktgröße der Anzeigevorrichtung 651 zu jener bei der Aufzeichnung. Verwendet die Anzeigevorrichtung 651 zum Beispiel eine kompakte 1,5-Zoll-Bildröhre, so beträgt die Bildpunktgröße ungefähr 40 μm, und die Bildpunktgröße bei der Aufzeichnung beträgt ungefähr 11 μm, wie oben beschrieben ist. Daher wird ein afokales optisches System von ungefähr 4:1 verwendet.
Ein reelles Bild RL2, das durch das Hologramm 511 wiederaufgebaut wird, wird an einer Position in einem Abstand von ungefähr 6,6 cm vom optischen Abbildungssystem 120 wiedergegeben. Man geht davon aus, dass die Wellenfronten, die das reelle Bild RL2 bilden, jene sind, die durch das optische Abbildungssystem 120 ein virtuelles Bild IM2 bilden. Die Lichtabschirmungsplatte nullter Ordnung 251, die an der Brennpunktposition des optischen Abbildungssystems 120 angeordnet ist, schirmt Lichtkomponenten nullter Ordnung des Lichts, das vom optischen Abbildungssystem 120 ausgestrahlt wird, ab, und lässt Licht erster oder noch höherer Ordnung durch.
Betrachtet man das Licht, das durch die Lichtabschirmungsplatte nullter Ordnung 250 nicht abgeschirmt wird, von der Position hinter der Lichtabschirmungsplatte nullter Ordnung 250, so kann das wiederaufgebaute Bild des Objekts 900, das erfasst werden soll, ohne jegliche Verzerrung betrachtet werden.
Werden Hologramme in Einheiten der drei Primärfarben von Licht erfasst, so kann das Farbbild des Objekts 900, das erfasst werden soll, durch das Synthetisieren der wiederaufgebauten Bilder in Farbeinheiten wiederaufgebaut werden, wie bei den obigen Ausführungsformen.
(Achte Ausführungsform)
34 ist ein Schaubild, das die achte Ausführungsform einer Holographieanzeigevorrichtung zeigt. Die Holographieanzeigevorrichtung dieser Ausführungsform ist eine Vorrichtung zum Wiederaufbauen der Abbildung eines erfassten Objekts 900 auf Grundlage eines komplexen Hologramms, das durch die Holographieaufzeichnungsvorrichtung, die in 22 gezeigt ist, erfasst worden ist.
Wie in 34 gezeigt ist, umfasst diese Vorrichtung (a) eine Informationseingabeeinheit 750 zum Empfangen der Hologramminformationen, die durch die Holographieaufzeichnungsvorrichtung, die in 22 gezeigt ist, erfasst werden, (b) eine Hologrammbildungseinheit 660 zum Empfangen der Hologramminformationen über die Informationseingabeeinheit 750, und zum Bilden eines Hologramms 511 auf Grundlage der empfangenen Hologramminformationen, (c) ein optisches Abbildungssystem 120, das gleich dem optischen Abbildungssystem 110 in 22 ist, und das durch Empfangen von Licht mit Wellenfronten, die das Hologramm 511 bilden, eine Abbildung bildet, (d) Bewegungsmittel 150 zum Ändern des Abstands zwischen der Hologrammebene 511 und dem optischen Abbildungssystem 120, (e) eine Lichtabschirmungsplatte nullter Ordnung 250, die an der Brennpunktposition im Bildraum des optischen Abbildungssystems 120 angeordnet ist, und (f) Stellmittel 280 zum Ändern der Brennweite im Bildraum des optischen Abbildungssystems 120, und zum Ändern des Abstands zwischen dem optischen Abbildungssystem 120 und der Lichtabschirmungsplatte nullter Ordnung 250 in Übereinstimung mit der Brennweite im Bildraum des optischen Abbildungssystems 120.
In der Folge ist ein Fall beschrieben, bei dem das optische Abbildungssystem 120 eine synthetisierte Brennweite f = 18 cm aufweist, und bei dem das Licht, das zu verwenden ist, in Übereinstimmung mit der Holographieaufzeichnungsvorrichtung, die in 22 gezeigt ist, eine Wellenlänge λ = 0,628 μm aufweist.
Diese Holographieanzeigevorrichtung baut das Bild des erfassten Objekts wieder auf und zeigt es wie folgt auf Grundlage des Abbildungsergebnisses der Holographieaufzeichnungsvorrichtung, die in 22 gezeigt ist, an.
Wie bei der siebten Ausführungsform richten die Stellmittel 280 die Position des optischen Abbildungssystems 120 in Bezug auf die Hologrammebene in Übereinstimmung mit der Bedingung, die durch Gleichung (8) gegeben ist, ein. Da z = 1,4 cm in der Holographieaufzeichnungsvorrichtung in 22, wird diese Position im Besonderen um 2,8 cm (= 2z) in die Richtung des optischen Abbildungssystems 110 in 22 verschoben. Folglich ist die Hologrammebene 511 in einem Abstand von 16,6 cm vom optischen Abbildungssystem 120 angeordnet.
Die Phasen&Amplituden-Modulationseinheit 663 wird über das optische Relaissystem 654 mit dem Licht, das von der Laserlichtquelle 653 ausgestrahlt wird, bestrahlt. Die Phasen&Amplituden-Modulationseinheit 663 empfängt Phaseninformationen und Amplitudeninformationen als Hologramminformationen von der Informationseingabeeinheit 750, und der Phasen- beziehungsweise der Amplitudenmodulator 661 beziehungsweise 662 führen die Phasen- und Amplitudenmodulation durch.
Das durch den Phasenmodulator 661 phasenmodulierte Licht bildet in der Hologrammebene 511 über das afokale optische System 655 ein Bild des Phasenmodulators 661, das dieselbe Größe wie bei der Aufzeichnung aufweist. Die Vergrößerung des afokalen optischen Systems ergibt sich aus dem Verhältnis der Bildpunktgröße der Anzeigevorrichtung 651 zu jener bei der Aufzeichnung.
Ein reelles Bild RL2, das durch das Hologramm 511 wiederaufgebaut wird, wird an einer Position in einem Abstand von ungefähr 6,6 cm vom optischen Abbildungssystem 120 wiedergegeben. Man geht davon aus, dass die Wellenfronten, die das reelle Bild RL2 bilden, jene sind, die durch das optische Abbildungssystem 120 ein virtuelles Bild IM2 bilden. Die Lichtabschirmungsplatte nullter Ordnung 250, die an der Brennpunktposition des optischen Abbildungssystems 120 angeordnet ist, schirmt Lichtkomponenten nullter Ordnung des Lichts, das vom optischen Abbildungssystem 120 ausgestrahlt wird, ab, und lässt Lichtkomponenten erster oder noch höherer Ordnung durch.
Betrachtet man das Licht, das durch die Lichtabschirmungsplatte nullter Ordnung 250 nicht abgeschirmt wird, von der Position hinter der Lichtabschirmungsplatte nullter Ordnung 250, so kann das wiederaufgebaute Bild des Objekts 900, das erfasst werden soll, ohne jegliche Verzerrung betrachtet werden.
Werden Hologramme in Einheiten der drei Primärfarben von Licht erfasst, so kann das Farbbild des Objekts 900, das erfasst werden soll, durch das Synthetisieren der wiederaufgebauten Bilder in Farbeinheiten wiederaufgebaut werden, wie bei den obigen Ausführungsformen.
Aus der obigen Beschreibung der Erfindung ist offensichtlich, dass die Erfindung auf vielfältige Weise abgeändert werden kann. Sämtliche Änderungen, die für Fachleute offensichtlich sind, sind als im Umfang der folgenden Ansprüche eingeschlossen zu betrachten.
Hiermit wird Bezug genommen auf die grundlegenden Japanischen Patentanmeldungen Nr. 043420/1996 , eingebracht am 29. Februar 1996, Nr. 068729/1996, eingebracht am 25. März, und Nr. 068737/1996 , eingebracht am 25. März.

Claims

Holographieaufzeichnungsvorrichtung, umfassend: ein Blendenmittel (210), das eine Blendenöffnung (211) aufweist, wobei die Blendenöffnung (211) Objektlicht durchlässt, das von einem Objekt (900), das erfasst werden soll, als Ergebnis der Einstrahlung des Lichtausgangs einer ersten Lichtquelle (611) auf das Objekt (900), das erfasst werden soll, reflektiert wird; ein erstes optisches Abbildungssystem (110), das eine positive Brechkraft aufweist, und das einen Objektraum, der das Objekt enthält, und einen Bildraum definiert, wobei das Blendenmittel (210) auf der Fokussierebene im Objektraum des ersten optischen Abbildungssystems (110) angeordnet ist; ein optisches Überlagerungssystem (300) zum Umwandeln des kohärenten Lichtausgangs einer zweiten Lichtquelle (611) in Referenzlicht als Planwellen, und zum Überlagern des Objektlichts durch das erste optische Abbildungssystem (110) und des Referenzlichts; und ein Bilderfassungsmittel (400), das eine Bilderfassungsfläche (410) aufweist, und das so angeordnet ist, dass es das Überlagerungsbild, das sich auf der Bilderfassungsfläche (410) bildet, erfasst, wobei die Bilderfassungsfläche (410) senkrecht zur optischen Achse des ersten optischen Abbildungssystems (110) an einer Position in einer ersten Entfernung von der Fokussierebene im Bildraum des ersten optischen Abbildungssystems (110) entlang der optischen Achse angeordnet ist, wobei die folgende Beziehung gilt: a ≤ λ f/pwobei λ die Wellenlänge des Objektlichts, a die Öffnungsweite der Blendenöffnung des Blendenmittels (210), f die Brennweite im Objektraum des ersten optischen Abbildungssystems (110) und p die räumliche Auflösung des Bilderfassungsmittels (400) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Bilderfassungsfläche (410) keinen Hauptstrahl des Lichts, das vom Objekt (900), das erfasst werden soll, reflektiert wird, auffängt, wobei der Hauptstrahl den Brennpunkt im Objektraum des ersten optischen Abbildungssystems (110) passiert.
Vorrichtung nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend: ein erstes Verflechtungsmittel (270) zum Ändern der Brennweite im Objektraum des ersten optischen Abbildungssystems (110), und zum Ändern eines Abstands zwischen dem Blendenmittel (210) und dem ersten optischen Abbildungssystem (110), sowie der Öffnungsweite der Blendenöffnung (211) in Übereinstimmung mit der Brennweite im Objektraum.
Holographieanzeigevorrichtung zum Wiederaufbauen und Anzeigen einer Abbildung eines Objekts, das basierend auf optischen Informationen, die durch die Holographieaufzeichnungsvorrichtung von Anspruch 1 erfasst worden sind, erfasst wird, umfassend: ein Informationseingabemittel (750) zum Empfangen eines Abbildungsergebnisses von der Holographieaufzeichnungsvorrichtung als Hologramminformation; eine Hologrammbildungseinheit (650) zum Bilden eines Hologramms aus der Hologramminformation auf einer Ho logrammebene (511) bei einer Belichtungseinstellung der Holographieaufzeichnungsvorrichtung basierend auf Informationen, die vom Informationseingabemittel (750) bereitgestellt werden; ein zweites optisches Abbildungssystem (120), das einen Objektraum, der die Hologrammebene (511) enthält, und einen Bildraum definiert, wobei das zweite optische Abbildungssystem (120) so angeordnet ist, dass die Hologrammebene (511) in der ersten Entfernung, die in der Holographieaufzeichnungsvorrichtung von Anspruch 1 definiert ist, von der Fokussierebene im Objektraum angeordnet ist; und ein Lichtabschirmungsmittel nullter Ordnung (250), angeordnet am Brennpunkt im Bildraum des zweiten optischen Abbildungssystems.
Vorrichtung nach Anspruch 4, des Weiteren umfassend: ein Hauptstrahlabschirmungsmittel (252), angeordnet auf der Fokussierebene im Bildraum des zweiten optischen Abbildungssystems (120) zum Abschirmen eines Hauptlichtstrahls aus Wellenfronten, die ein reelles Bild bilden, wobei dieses Licht gewonnen wird, wenn Licht aus Wellenfronten, die das Hologramm (511) bilden, das zweite optische Abbildungssystem (120) passiert.
Vorrichtung nach Anspruch 4, des Weiteren umfassend: ein zweites Verflechtungsmittel (280) zum Ändern der Brennweite im Bildraum des zweiten optischen Abbildungssystems (120), und zum Ändern eines Abstands zwischen dem zweiten optischen Abbildungssystem (120) und dem Lichtabschirmungsmittel nullter Ordnung (250) in Übereinstimmung mit der Brennweite im Bildraum des zweiten optischen Abbildungssystems (120).
Holographieaufzeichnungsverfahren, umfassend: den ersten Schritt des Bestrahlens eines Objekts (900), das erfasst werden soll, mit kohärentem Licht; den zweiten Schritt des Leitens von Objektlicht, das vom Objekt (900), das erfasst werden soll, reflektiert wird, durch eine Blendenöffnung (211) einer Blende (210); den dritten Schritt des Leitens des Objektlichts über die Blende (210) durch ein erstes optisches Abbildungssystem (110), das eine positive Brechkraft aufweist, und das einen Objektraum, der das Objekt enthält, und einen Bildraum definiert, wobei die Blende (210) an einer Position angeordnet ist, die der Fokussierebene im Objektraum des ersten optischen Abbildungssystems (110) entspricht; den vierten Schritt des Umwandelns von Licht, das dieselbe Wellenlänge wie das Objektlicht aufweist, in Referenzlicht als Planwellen; den fünften Schritt des Überlagerns des Objektlichts, welches das erste optische Abbildungssystem (110) passiert, und des Referenzlichts; und den sechsten Schritt des Erfassens eines Überlagerungsbildes mit einem Bilderfassungsmittel auf einer Bilderfassungsfläche (410), die senkrecht zur optischen Achse des ersten optischen Abbildungssystems (110) und an einer Position in einer ersten Entfernung von der Fokussierebene im Bildraum des ersten optischen Abbildungssystems (110) entlang der optischen Achse angeordnet ist, wobei die folgende Beziehung gilt: a ≤ λ f/pwobei λ die Wellenlänge des Objektlichts, a die Öffnungsweite der Blendenöffnung (211) der Blende (210), f die Brennweite im Objektraum des ersten optischen Abbildungssystems (110) und p die räumliche Auflösung des Bilderfassungsmittels ist.
Holographieanzeigeverfahren zum Wiederaufbauen und Anzeigen einer Abbildung eines Objekts, das basierend auf optischen Informationen, die durch das Holographieaufzeichnungsverfahren von Anspruch 7 erfasst worden sind, erfasst wird, umfassend: den ersten Schritt des Empfangens einer Abbildung des Holographieaufzeichnungsverfahrens als Hologramminformation; den zweiten Schritt des Bildens eines Hologramms aus der Hologramminformation auf einer Hologrammebene (511) bei einer Belichtungseinstellung des Holographieaufzeichnungsverfahrens basierend auf Informationen des empfangenen Abbildungsergebnisses; den dritten Schritt des Leitens des Lichtausgangs vom Hologramm (511) durch ein zweites optisches Abbildungssystems (120), wobei das zweite optische Abbildungssystem (120) derart angeordnet ist, dass die Hologrammebene (511) in der ersten Entfernung, die im Holographieaufzeichnungsverfahren von Anspruch 7 definiert ist, von der Fokussierebene im Objektraum angeordnet ist; und den vierten Schritt des Abschirmens eines Lichtanteils nullter Ordnung des Lichts, welches das zweite optische Abbildungssystem (120) passiert.