DE2242470A1

DE2242470A1 - Einrichtung zur rekonstruktion eines hologrammes durch breitbandige schwingungsenergie

Info

Publication number: DE2242470A1
Application number: DE2242470A
Authority: DE
Inventors: Burton Ross Clay; Douglas Alan Gore
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1971-08-30
Filing date: 1972-08-29
Publication date: 1973-03-08
Also published as: JPS4857647A; FR2150991B1; IT956373B; FR2150991A1; NL7208553A; AU4540272A; US3754808A

Description

Einrichtung zur Rekonstruktion eines Holograntmes durch breitbandige Schwingungsenergie

Es sind derzeit drei Typen von Hologrammen bekannt, zu deren Rekonstruktion breitbandige Schwingungsenergie, wie weißes Licht, anstelle der normalerweise benötigten extrem schmalbandigen Schwingungsenergie, wie monochromatisches oder
sogar kohärentes Licht, verwendet werden kann. Der erste dieser drei Grundtypen besteht aus den Volumenhologr ainmen, bei denen
die Information in Schichten von absorbierenden Bereichen oder Brechungsindexänderungen im ganzen Medium in einer Dicke von
vielen Wellenlängen aufgezeichnet ist (Lippman-Bragg). Volumenhologramme liefern helle und scharfe Bilder, sie sind jedoch
schwierig zu rekonstruieren und können nicht kopiert oder vervielfältigt werden.

Im Gegensatz zu den Volumenhologrammen lassen

sich dünne oder Oberflächen-Hologramme leicht vervielfältigen.
Z.B. kann ein dünnes Amplitudenhologramm, das aus Punkten unterschiedlicher Dichte besteht, ohne Schwierigkeiten durch Kontaktkopieren photographisch vervielfältigt werden und dünne Phasenhologramme in Form eines Reliefmusters lassen sich bequem durch Gieß- oder Heißpressverfahren vervielfältigen.

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Der zweite und der dritte Grundtyp von Hologrammen, die mit breitbandiger Schwingungsenergie, wie weißem Licht, abgefragt oder reproduziert werden können, bestehen beide aus dünnen Hologrammen und lassen sich daher vervielfältigen. Sie haben jedoch ebenfalls Nachteile. Der zweite Typ von Hologrammen, die sich für eine Reproduktion mit weißem Licht eignen, besteht aus Fouriertransformationshologrammen, bei denen man während der Aufzeichnung mit kleinen Referenzbündelwinkeln arbeiten und zur Wiedergabe sehr stark gefiltertes weißes Licht verwenden muß. Die erforderliche kleine Bandbreite des bei der Wiedergabe verwendeten Filters setzt aber den Ausnutzungsfaktor des zur Wiedergabe verwendeten Lichtes und die Bildhelligkeit stark herab.

Der dritte Typ von Hologrammen, die mit breitbandiger Schwingungsenergie, i?eißem Licht, rekonstruiert werden können, besteht aus Bildebenen- oder Fokussiertbildhologrammen, bei denen ein Bild des Objekts in die Aufzeichnungsebene des Hologrammes fokussiert wird. Das Problem bei Fokussiertbildhologrammen besteht darin, daß ihnen von Natur aus die Fähigkeit zur Redundanz mangelt. Bekanntlich haben redundante Hologramme (bei deren Aufzeichnung ein unfokussiertes oder unscharf fokussiertes Objektinformationsbündel verwendet wird) gewisse wünschenswerte Eigenschaften, die nichtredundanten Hologrammen fehlen, u.a. tritt beim Verkratzen oder Verschmutzen von redundanten Hologrammen kein wesentlicher Informationsverlust im rekonstruierten Bild auf.

Der vorliegenden Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Rekonstruktion eines dünnen Hologrammes, bei dem es sich um ein redundantes Hologramm handeln kann, mit breitbandiger Schwingungsenergie oder weißem Licht anzugeben, bei der der größte Teil oder sogar praktisch die ganze verfügbare Schwingungsenergie nutzbar ge-

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macht wird und zur Bildhelligkeit des holographisch rekonstruierten Bildes beiträgt.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch

die Verwendung eines Vordispersions-Beugungsgitters gelöst, dessen Strichabstand so gewählt ist, daß die Winkeldispersion der einfallenden breitbandigen Schwingungsenergie ausreicht, um Änderungen in der Lage des mittels eines Hologrammes rekonstruierten Bildes zu kompensieren, die entstehen, wenn ein Hologramm mit Schwingungsenergie rekonstruiert wird, die eine andere Wellenlänge hat wie die bei der Aufzeichnung des Hologrammes verwendete Schwingungsenergie.

Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Im folgenden wird der Erfindungsgedanke anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform einer Einrichtung zum Aufzeichnen eines Hologrammes, das sich zur Wiedergabe durch eine Einrichtung gemäß der Erfindung eignet;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Rekonstruktion der Information, die durch die Einrichtung gemäß Fig. 1 holographisch aufgezeichnet worden ist;

Fig. 2a eine Ansicht eines Teiles der Einrichtung gemäß Fig. 2, in der die Winkeldispersion der auf ein Vordispersions-Beugungsgitter fallenden Schwingungsenergie dargestellt ist; und

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Ab-

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-4-wandlung der Aufzeichnungseinrichtung gemäß Fig. 1.

Die in Fig. 1 dargestellte bevorzugte Aufzeichnungseinrichtung liefert ein sogenanntes quasi-abgebildetes Hologramm oder Quasibildhologramm, dies braucht jedoch nicht der Fall zu sein. Die Vordispersiontechnik gemäß der vorliegenden Erfindung läßt sich mit gleichem Erfolg auch bei anderen holographischen Aufzeichnungseinrichtungen anwenden, die andere Arten von Hologrammen liefern, wie z.B. Fresnel-Hologrammen, Fourier trans forma tionshologrmamen und Fraunhofer-Hologrammen.

Die Aufzeichnungseinrichtung gemäß Fig. 1 enthält einen Laser 100, der ein Bündel 102 kohärenten Lichtes der Wellenlänge λ emittiert. Der Laser 100 kann z.B. He-Cd-Laser sein und λ kann dem emittierten blauen Spektralanteil entsprechen. Das Bündel 102 fällt auf einen Bündelte!ler 104, der aus einem teilweise reflektierenden Spiegel bestehen kann und das Bündel 102 in ein erstes, reflektiertes Teilbündel 106 ufid ein zweites, durchgelassenes Teilbündel 108 aufteilt. Das erste Teilbündel 106 wird von einem Spiegel 110 reflektiert und fällt dann durch eine Konvexlinse 112. Das zweite Tel!bündel 108 fällt nach Reflexion an einen Spiegel 114 auf eine kurzbrennweitige Linse 116.

Das von der kurzbrennweitigen Linse 116 austretende Bündel fällt nach seiner Erweiterung auf eine Kondensorlinse 120. Das aus der Kondensorlinse austretende, konvergierende Bündel 122 wird durch die Information in einem Transparentbild 124 räumlich intensitätsmoduliert. Außer der Intensitätsmodulation des das Transparentbild 124 durchsetzenden Lichtes beugt die räumliche Information im Transparentbild 124 außerdem das durchfallende Licht um Beträge, die von den Werten der räumlichen Frequenzkomponenten der räumlichen Information abhängen. Im speziellen resultiert aus der höchstfrequenten räumlichen Komponente entsprechend der kleinstenBitgröße (höchsten Auflö-

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sung) der räumlichen Information im Transparentbild 124 ein um einen Winkel <J> gebeugter Teil eines intensitätsmodulierten Lichtbündels 128 entsprechend diesen Komponenten hoher räumlicher Frequenz. . ,

Koaxial zu den Linsen 116 und 120 sowie dem

Transparentbild 124 ist, wie dargestellt, eine Quasiabbildungslinse 130, die aus einer Konvexlinse vorgegebener Brennweite und vorgegebener Apertur oder Breite besteht, in einem vorgegebenen Abstand vom Transparentbild 124 angeordnet. Dieser vorgegebene Abstand stellt den effektiven Objektabstand der Quasiabbildungs linse 130 dar und ist so gewählt, daß die Apertur der Linse 130 den Beugungswinkel φ erfaßt, wie es in Fig. 1 dargestellt ist. Auf diese Weise beleuchten alle Teile des intensi- , tätsmodulierten Lichttändeis 128, die durch die verschiedenen räumlichen Informationspunkte des Transparentbildes 124 moduliert sind, die ganze Apertur der Quasiabbildungslinse 130, ohne daß eine zusätzliche Optik zwischengeschaltet werden müßte, um dies zu erreichen.

Auf der anderen Seite der Quasiabbildungslinse 130 ist in einem bestimmten Abstand von dieser ein holographisches Aufzeichnungsmedium 134 angeordnet. Das Lichtbündel 128 bildet, nachdem es durch die Abbildungslinse 130 gefallen ist, ein Informationsteilbündel oder kurz Objektbündel 136, das mit einer sphärischen Wellenfront vorgegebener Krümmung auf das Aufzeichnungsmedium 134 fällt. Die Brennweite der Linse 112 und ihr Abstand vom Aufzeichnungsmedium 134 sind so gewählt, daß ein von dieser Linse aus auf das Aufzeichnungsmedium 134 fallendes Referenz teilbündel oder kurz Referenzbändel 138 auf das Aufzeichnungsmedium 134 mit einer spährischei* Wellenfront auf trifft, deren Krümmung im wesentlichen gleich der erwähnten Krümmung des Objektbündels 136 ist. Außerdem ist, wie dargestellt, die mittlere Richtung des Referenzbündels 138 bezüglich der mittlerem Richtung des Objektbündels 136 um einen Winkel R winfcelmäßig

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versetzt.

Die Quasiabbildungslinse 130 erzeugt ein reelles Bild der durch das Transparentbild 124 dargestellten Szene oder Information in einer Bildebene, die in einem vorgegebenen Abstand rechts von der Quasiabbildungslinse 130 liegt und vom Objektabstand zwischen dem TransparentiId 124 und der Quasiabbildungslinse 130 und der Brennweite dieser Linse abhängt. Die photoempfindliche Oberfläche des Aufzeichnungsmediums 134 liegt etwas vor oder hinter der Bildebene. Aus diesem Grund wird die Linse 130 auch als "Quasiabbildungslinse" und nicht "Abbildungslinse" bezeichnet.

Für die Erläuterung der Arbeitsweise der Aufzeichnungseinrichtung gemäß Fig. 1 soll lediglich beispielsweise angenommen werden, daß der Laser 100 ein He-Cd-Laser ist und daß es sich bei der Wellenlänge des kohärenten LichtbUndels 102 um die Wellenlänge des charakteristischen blauen Spektralanteiles der von einem HeCd-emittierten Strahlung handelt.

Im Betrieb liefert der Laser 100 entweder mit Hilfe eines nichtdargestellten Verschlusses oder durch Impulsbetrieb das Lichtbündel 102 nur während einer Zeitspanne vorgegebener, kurzer Dauer. Während dieser kurzen Zeitspanne wird die photoempfindliche Oberfläche des Aufzeichnungsmediums 134 gleichzeitig durch das Objektbündel 136 sowie das Referenzbündel 138 belichtet. Diese beiden Bündel interferieren miteinander an der photoempfindlichen Oberfläche des holographischen Aufzeichnungsmediums 134, so daß auf einem bestimmten Bereich dieses Mediums ein Hologramm der durch das Transparentbild 124 dargestellten Szene oder Information aufgezeichnet wird. Die kurze Zeitspanne, während der das Lichtbündel 102 erzeugt wird, ist so gewählt, daß sich die für die Aufzeichnung des Hologrammes erforderliche Belichtung ergibt.

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Die photoempfindliche Oberfläche des holographischen Aufzeichnungsmediums 134 kann durch eine konventionelle photographische Silberemulsion oder irgend ein anderes lichtempfindliches Material ausreichenden Auflösungsvermögens gebildet werden. Die Verwendung von Photolack ist jedoch besonders vorteilhaft. Bei Verwendung von Photolack zur Aufzeichnung des Hologrammes erhält man dieses nämlich in Form eines Reliefmusterhologrammes, das als Mutteraufzeichnung zur Herstellung von Duplikaten oder Kopien entweder direkt oder indirekt durch Gießen oder Heißpressen verwendet werden kann. Die Duplikate können entweder mit einem durchlässigen Material, wie einem transparenten Vinylkunststoff, oder mit einem reflektierenden Material, wie Vinylkunststoff, der mit einer reflektierenden Schicht überzogen ist, hergestellt werden.

Vor der Beschreibung der in Fig. 2 dargestellten Einrichtung zur Wiedergabe der Hologramme soll noch kurz auf die Vorteile der "Quasi-Abbildung" eingegangen werden.

Die Schärfentiefe f, einer Linse oder Optik ist durch die folgende Gleichung definiert:

f - = 1/2 A λ (1)

A {

wobei f die Brennweite der Linse, A die Apertur der Linse und λ die Wellenlänge des einfallenden Lichtes bedeuten.

Wie erwähnt, ist das Aufzeichnungsmedium 134

bei der Einrichtung gemäß Fig. 1 in einem gewissen Abstand von der Bildebene der Quasiabbildungslinse 130 angeordnet. Der Gxhind hierfür besteht darin, daß das Fehlen jeder Redundanz in einem Fokussiertbildhologramm bedeutet, daß bei der Wiedergabe des Hologrammes, das normalerweise aus einem Vinylkunststoff oder irgend einem anderen verhältnismäßig weichen Material besteht und daher leicht verkratzt, ein erheblicher Informationsverlust

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im rekonstruierten Bild auftritt. Wenn man andererseits das Aufzeichnungsmedium 134 in einem gewissen Abstand von der Bildebene der Linse 130 anordnet, ergibt sich ein gewisser Grad an Redundanz, der der Verschlechterung des rekonstruierten Bildes durch Kratzer und Staub auf dem holographischen Aufzeichnungsträger während der Wiedergabe entgegenwirkt.

Es hat sich gezeigt, daß sich der effektive Abstandsbereich zwischen der Bildebene der Quasiabbildungslinse 130 und der photoempfindlichen Oberfläche des Aufzeichnungsmediums 134 bis zum 20fachen der Schärfentiefe f_d der Quasiabbildungs linse 130 erstreckt, unabhängig davon, auf welcher Seite der Bildebene sich das Aufzeichnungsmedium 134 befindet. Bisher mußte die auf diese Weise eingeführte Redundanz jedoch dadurch erkauft werden, daß das für die Abfrage oder Rekonstruktion des Hologrammes verwendete LiAt umso monochromatischer sein mußte, je größer der Abstand und damit die Redundanz waren. Dieser Nachteil wird durch die Erfindung vermieden.,

Fig. 2 zeigt eine Abfrage- oder Wiedergabeeinrichtung für ein reflektierendes Hologramm, wie es durch die Aufzeichnungseinrichtung gemäß Fig. 1 erzeugt werden kann. Die Einrichtung gemäß Fig. 2 enthält eine breitbandige Lichtquelle 20, z.B. einen erhitzten Wolframfaden, die Licht liefert, das Komponenten in einem Spektralbereich zwischen λ. und λ, enthält. Die breitbandige Lichtquelle 200 liefert ein divergentes Lichtbündel 202, das durch eine Linse 206 zu einem Bündel 204 mit ebenen Wellenfronten kollimiert wird. Das Bündel 204 besteht aus parallelen Lichtstrahlen, von denen einer bei 208 dargestellt ist.

Im Wege des Bündels 204 ist ein reflektierendes Vordispersions-Beugungsgitter 210 angeordnet, dessen Strichabstand d beträgt. Das Gitter 210 ist vorzugsweise ein spiegelndes oder Echelette-Gitter hohen optischen Wirkungsgrades.

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Das reflektierende Beugungsgitter 210 liefert

ein reflektiertes dispergiertes Bündel 212, das sich im wesentlichen in der in Fig. 2 dargestellten Hauptrichtung ausbreitet. Da jedoch das Beugungsgitter 210 eine Dispersion des einfallenden breitbandigen Lichtes bewirkt, breiten sich jedoch die Anteile verschiedener Wellenlängen jeweils praktisch in etwas unterschiedlichen, von der Wellenlänge abhängigen Richtungen aus.

Fig. 2a zeigt zur Erläuterung einen Teil des Beugungsgitters 210, auf dem der breitbandige Lichtstrahl 208 des Bündels 204 fällt. Wie in Fig. 2a angegeben ist, besteht der breitbandige Lichtstrahl 208 aus Komponenten, deren Wellenlängen sich von der kürzesten Wellenlänge λ, bis zur längsten Wellenlänge "X₂ erstrecken. Die Dispersion der Komponente mit der Wellenlänge λ. durch das Vordisperions-Beugungsgitter 210 hat zur Folge, daß der Anteil der kürzesten Wellenlänge λ vom Gitter 210 in Reflexion als Strahl 214 gebeugt wird, während die Komponente mit der längsten Wellenlänge λ, bei der Reflexion am Beugungsgitter 210 als Strahl 216 gebeugt wird.

Da das Beugungsgitter 210 senkrecht zum einfallenden Bündel 204 und dem einfallenden Lichtstrahl 208 orientiert ist, wie es die Figuren 2 und 2a zeigen, gehen der Winkel Q₁ zwischen den Strahlen 208 und 214 sowie der Winkel Θ, zwischen den Strahlen 208 und 216 jeweils zur Gänze auf die Beugung am Gitter 210 zurück. Die Werte der Winkel Θ_χ und Q₂ sind daher, wie es in Fig. 2a angegeben sind, durch die folgenden Gleichungen gegeben:

-1 ^λ1

Θ, = sin sr-

θ, =

² d

Es soll darauf hingewiesen w@r&©ra, daß @s aicht wesentlich ist, 'daß "das Beugungsgitter 210

204 und zum Strahl 208 (Fig. 2 und 2a) verläuft. Eine solche Anordnung wird jedoch bevorzugt, daß der Reflexionswinkel unter diesen Umständen in diesem Falle gleich Null ist. Wenn das Beugungsgitter 210 schräg zum einfallenden Bündel 204 verläuft und der Reflexionswinkel daher ungleich Null ist, geben die Gleichungen (2) und (3) nur diejenigen Teile der jeweiligen Winkel zwischen den Strahlen 214 und 20' bzw. den Strahlen 216 und 208 an, die auf der Beugung, nicht jedoch auf der Reflexion, beruhen.

Bei der Anordnung gemäß Fig. 2 wird angenommen, daß das Hauptbündel 212 in einem solchen Winkel bezüglich des Beugungsgitters 210 orientiert ist, daß es längs der Winkelhalbierenden des in Fig. 2a durch die Strahlen 214 und 216 gebildeten Winkels verläuft. Da der Unterschied zwischen Q₂ und Θ. relativ klein ist, kann die Divergenz der Strahlen 214 und 216 bei der Diskussion der Fig. 2 vorerst außer acht gelassen werden. Auf die Wirkungen der Divergenz der Bündel 214 und 216 wird jedoch später noch unter Bezugnahme auf die fig. 2 genauer eingegangen werden.

Bei der Einrichtung gemäß Fig. 2 fällt das disperse Bündel 212 auf eine Linse 218 zur Erzeugung eines Abfragebündels. Linse 218 ändert die Krümmung der Wellenfronten des durchfallenden Bündels und liefert ein Abfragebündel 220. Das Abfragebündel 220 fällt durch eine Feldlinse 222 auf die Oberfläche des reflektierenden Hologrammes 224, das bezüglich des Beugungsgitters 210 fest (vorzugsweise parallel) orientiert ist. Die Information, die im Hologramm 224 ursprünglich durch die Einrichtung gemäß Fig. 1 aufgezeichnet worden war, beugt das einfallende Abfragebündel in Reflexion. Durch die Reflexion und Beugung entsteht ein Hologrammausgangsbündel 226, das die Feldlinse 222 wieder durchsetzt und auf eine AbbiIdungslinse 228 fällt, die das rekonstruierte Bild des Hologrammes, wie dargestellt, auf einen Linsenschirm 230 abbildet, wo es durch einen rechts vom Schirm 230 befindlichen Beobachter betrachtet werden kann. Der

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Linsenschirm 230 enthält einen Linsenteil 232, der das Licht in eine Vorzugsrichtung lenkt, so daß das Bild aus der Richtung des austretenden Lichtbündels in bekannter Weise heller erscheint als bei einem nur streuenden Schirm.

Die Feldlinse 222 hat den Zweck, das HoIo-

grammausgangsbündel 226 konvergent zu machen und dadurch die Größe oder Apertur der Abbildungslinse 228 zu verringern, die erforderlich ist, um im wesentlichen das ganze Licht des HoIogrammausgangsbündels 226 zu erfassen. Außerdem sollte die Krümmung der Wellenfronten des Bündels 220, das nach Durchlaufen der Feldlinse 222 auf die Oberfläche des reflektierenden HoIogrammes 224 fällt, im wesentlichen gleich der Krümmung der Wellenfronten des Referenzbündels 138 (Fig. 1) sein. Die Brennweite und Anordnung der das Abfragebündel liefernden Linse und der Feldlinse 222 werden also so gewählt, daß das Abfragebündel 220 nach Durchlaufen der Feldlinse 222 an der Oberfläche des reflektierenden Hologrammes 224 mit der erforderlichen WeIlenfrontkrümmung eintrifft.

Bekanntlich besteht eine holographische Interferenzfigur aus einem räumlich modulierten räumlichen Träger. Die Wellenlänge des räumlichen Trägers wird durch die bei der Aufzeichnung des Hologrammes verwendete Wellenlänge und den Winkel zwischen dem Objektbündel und Referenzbündel bei der Aufzeichnung des Hologrammes bestimmt. Der räumliche Träger hat insbesondere bei der in Fig. 1 dargestellten Aufzeichnungseinrichtung eine Periode p, die durch die folgende Gleichung gegeben ist:

dabei wiederum λ die Wellenlänge des bei der Aufzeichnung ver wendeten Lichtes und R der Winkel zwischen Objekt- und Referenz bündel .

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Wie in Fig. 2a angegeben ist, wird der Strich abstand d des reflektierenden Vordispersions-Beugungsgitters 210 durch die folgende Gleichung gegeben:

Der Strichabstand d des reflektierenden Vordispersions-Beugungsgitters 210 wird also gleich der Periode ρ des räumlichen Trägers des abzufragenden oder zu rekonstruierenden aufgezeichneten Hologrammes geäwhlt.

Bei der Abfrage eines aufgezeichneten Hologrammes ist der Beugungswinkel zwischen nullten Ordnung und einer der ersten Ordnungen durch die folgende Gleichung gegeben:

X_r

sin α ■» -=— (6)

dabei sind

α der Abfragebeugungseinkel

λ die Wellenlänge der zur Abfrage verwendeten Schwingungsenergie und

ρ die Periode des räumlichen Trägers des aufgezeichneten Hologrammes .

Setzt man die Gleichung (4) in die Gleichung (6) ein, so erhält man

sin α = —- sin R (7)

Aus der Gleichung (7) ist ersichtlich, daß der Abfragebeugungswinkel α nur dann gleich dem Winkel R zwischen dem Objekt- und Referenzbündel bei der Aufzeichnung des HoIogrammes ist, wenn die Abfragewellenlänge λ gleich der Aufzeich-

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nungswellenlänge Xist. Wenn die zur Abfrage verwendete Schwingungsenergie breitbandig ist, was für den hier diskutierten Fall zutrifft, wird der Beugungswinkel α im allgemeinen vom Winkel R verschieden sein, da sich gemäß Gleichung (7) für jede einzelne Komponente unterschiedlicher Wellenlänge der breitbandigen Schwingungsenergie notwendigerweise ein anderer Beugungswinkel ergibt. Man kann jedoch die den verschiedenen Wellenlängen der breitbandigen Schwingungsenergie entsprechenden gebeugten Bündel erster Ordnung miteinander zur Deckung bringen, wenn man die winkelmäßige Orientierung der nullten Ordnung entsprechend den Wellenlängen der verschiedenen Komponenten um einen von der Wellenlänge dieser Komponenten jeweils entsprechenden Betrag dreht. Da die Winkelorientierung der nullten Ordnung bezüglich des abzufragenden Hologrammes lediglich von dem Einfallswinkel des Abfragebündels abhängt, kann « man die Koinzidenz der gebeugten Bündel erster Ordnung für die Komponenten aller Wellenlängen dadurch erreichen, daß man für die den Komponenten der betreffenden Wellenlängen entsprechenden Teile des Abfragebündels entsprechende richtige, unterschiedliche Winkel verwendet. Diese verschiedenen Winkel werden durch die Dispersion erzeugt, die sich durch die Verwendung des reflektierenden Vordispersions-Beugungsgitters 210 ergibt.

Wegen der Geometrie der Abfrage- oder Wiedergabeeinrichtung gemäß Fig. 2, bei der das Beugungsgitter 210 und das reflektierende Hologramm 224 parallel zueinander angeordnet sind, und wegen der Tatsache, daß der Strichabstand d des Beugungsgitters 210 gleich der Trägerperiode ρ des reflektierenden Hologrammes 224 ist, ist also insbesondere die durch die Gleichungen (2) und (3) gegebene Dispersion der Komponenten verschiedener Wellenlänge in der breitbandigen Schwingungsenergie gerade so groß, wie es erforderlich ist,- um die richtige winkelmäßige Versetzung der dea Komponenten unterschiedlicher Wellenlänge entsprechenden Teilen des Abfragebündeis und damit die gewünschte Koinzidens aller geberngtera Bündel ©s—

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ster Ordnung zu gewährleisten. Die Wellenlängenabhängigkeit der holographischen Lichtbeugung wird also effektiv beseitigt, soweit es den örtlichen Träger betrifft.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird zwar der Farbfehler für die dem räumlichen Träger entsprechende Hintergrundinformation im ganzen Gesichtsfeld beseitigt, es verbleiben jedoch noch Fehler aufgrund der Modulationsterme, die den Betrag der Bildvergrößerung angeben. Der Rotanteil des rekonstruierten Bildes würde also größer sein als der Blauanteil. Die Bildgröße ist nämlich gegeben durch den Winkel, unter dem der Hauptstrahl in einer Restaurationsebene ankommt, und dem Abstand dieser Ebene von der Abbildungslinse. Der Wert dieses Winkels sollte für alle Wellenlängen gleich sein, um die Fehler zu Null zu machen, in der Praxis ändert sich dieser Winkel jedoch innerhalb eines kleinen Winkelbereiches. Der Fehler ist also in der Praxis nur auf der Achse gleich Null und nimmt mit zunehmendem Gesichtsfeld des Systems zu. Für Hologramme mit relativ kleinem Gesichtsfeld, wie sie normalerweise vorliegen, sind die Größenabweichungen klein und können daher toleriert werden.

Anstelle des bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 zur Abfrage eines reflektierenden Hologrammes mit breitbandiger Schwingungsenergie verwendeten reflektierenden Vordispersions-Beugungsgitters können selbstverständlich ein lichtdurchlässiges Beugungsgitter und/oder Hologramm verwendet werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu überschreiten.

Die zur Rekonstruktion des Hologrammes verwendete breitbandige Schwingungsenergie mit Wellenlängen im Bereich zwischen λ. und A₂ enthält im allgemeinen, jedoch nicht notwendigerweise, die bei der Aufzeichnung verwendete Wellenlänge λ als eine ihrer Komponenten. Die Aufzeichnungswellenlänge λ kann z.B. also die blaue Linie eines He-Cd-Iaseri, üe-in,

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BAD ORIGINAL

während die breitbandige Schwingungsenergie im wesentlichen weißes Licht sein kann, das von einem erhitzten Wolframfaden emittiert wird und sich dazu eignet, ein helles rekonstruiertes Bild der in dem Hologramm aufgezeichneten Szene mit hohem optischen Wirkungsgrad zu rekonstruieren.

Die Abfrage eines Hologrammes mit breitbandiger Schwingungsenergie hat nicht nur bei Verwendung von weißem Licht Vorteile. Es gibt z.B. Systeme zur holographischen Aufzeichnung einer mehrfarbigen Szene und zum anschließenden Rekonstruieren eines Bildes dieser Szene in vollen Farben mittels des aufgezeichneten Hologrammes.

Bei einem in der DT-OS 2 151 039 beschriebenen System dieser Art entspricht die Aufzeichnungseinrichtung der Einrichtung gemäß Fig. 1 mit der Ausnahme der in Fig. 3 dargestellten Abänderung. Bei Fig. 3 ist die nur als Block dargestellte Aufzeichnungseinrichtung 300 identisch mit der Aufzeichnungseinrichtung gemäß Fig. 1 und beleuchtet wie die Aufzeichnungseinrichtung gemäß Fig. 1 das holographische Aufzeichnungsmedium 134 gleichzeitig mit dem Objektbündel 136 sowie dem Referenzbündel 138. Die Einrichtung gemäß Fig. 3 unterscheidet sich von der Einrichtung gemäß Fig. 1 nur darin, daß das holographische Aufzeichnungsmedium 134 in einem voreingestellten, winkelmäßig verstellaren Hologrammhalter 332 angeordnet ist. Der Hologrammhalter 332 ist derart um eine Achse drehbar, daß er nach Wahl in eine von mehreren, vorgegebenen, verschiedenen Winkellagen einstellbar ist. Der Meridionalwinkel des Aufzeichnungsmediums 134 ist daher durch die voreingestellte Winkellage des Hologrammhalters 332 bestimmt.

Im Betrieb wird in die Aufzeichnungseinrichtung gemäß Fig. 1 zuerst ein erstes Farbauszug-Transparentbild entsprechend einer der drei additiven Primärfarben, wie Rot, als Transparentbild 124 verwendet. Der Hologrammhalter

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332 ist dabei so eingestellt, daß das holographische Aufzeichnungsmedium eine vorgegebene erste Winkellage einnimmt und auf dem Aufzeichnungsmedium 134 wird ein erstes Hologramm aufgezeichnet .

Nach der Aufzeichnung des ersten Hologrammes wird der Hologrammhalter 332 in eine vorgegebene zweite Winkellage gedreht und das erste Farbauszug-Transparentbild wird durch ein zweites Farbauszug-Transparentbild ersetzt, das einer zweiten additiven Teilfarbe, wie Grün, der mehrfarbigen Szene entspricht.

Nachdem das zweite Hologramm auf dem Aufzeichnungsmedium 134 aufgezeichnet worden ist, wird der Hologramm halter 332 in eine vorgegebene dritte Winkellage gedreht und es wird dann ein Hologramm eines dritten Farbauszug-Transparentbildes entsprechend einer dritten additiven primären Teilfarbe, wie Blau, derselben mehrfarbigen Szene aufgezeichnet.

Auf dem Aufzeichnungsmedium 134 sind dann also übereinander drei getrennte Hologramme aufgezeichnet, die verschiedene vorgegebene Meridionalwinkel bezüglich des Aufzeichnungsmediums 134 einnehmen und dem roten, grünen und blauen Farbauszug derselben mehrfarbigen Szene entsprechen.

Zur Rekonstruktion eines Bildes in vollen Farben mittels eines solchen Hologrammes ist es erforderlich, gleichzeitig ein rotes, grünes und blaues Abfragebündel zu verwenden und diese getrennten Bündel jeweils in einem Meridionalwinkel entsprechend dem Rot-, Grün- bzw. Blau-Hologramm anzuordnen. Diese drei getrennten farbigen Abfragebündel werden gewöhnlich mittels getrennter weißer Lichtquellen und entsprechenden Farbfiltern erzeugt, welche ein schmalbandiges, . im wesentlichen monochromatisches rotes, grünes bzw. blaues Abfragebündel liefern. Bei der Erzeugung dieser farbigen Ab-

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fragebündel wird also der größte Teil des ursprünglich erzeugten weißen Lichtes durch die Filter absorbiert, wodurch der optische Wirkungsgrad der Wiedergabeeinrichtung und die Helligkeit des in vollen Farben rekonstruierten Bildes stark leiden.

Bekanntlich kann man weißes Licht mit einem breitbandigen Filter so filtern, daß man eine Mischung von Komponenten verschiedener Wellenlänge und verschiedener relativer Amplitude erhält, die dem Auge in einer bestimmten Farbe erscheint, wie Rot, Grün oder Blau. Durch die vorliegende Erfindung ist es dementsprechend möglich, bei einem System der oben angegebenen Art Bilder in voller Farbe mit wesentlich Jiöherem optischen Wirkungsgrad und heller als bisher zu rekonstruieren, indem man bei der Erzeugung der erforderlichen Ab- · fragebündel eine weiße Lichtquelle mit einem breitbandigen Filter sowie einem eigenen Vordispersions-Beugungsgitter für jedes der Abfragebündel verwendet.

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Claims

Patentansprüche

\l) Einrichtung zur Rekonstruktion eines HoIogranunes durch breitbandige Schwingungsenergie, welches einen räumlichen Träger enthält, der entsprechend einer Objektinformation räumlich moduliert ist, mit einer Vorrichtung zum Beleuchten des Hologrammes mit der breitbandigen Schwingungsenergie, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungsvorrichtung (200, 206, 210, 218, 222) ein Vordispersions-Beugungsgitter (210) mit vorgegebenem Strichabstand (d) zum Erzeugen eines das Hologramm (224) beleuchtenden Abfragebündels (220) aus in verschiedene Winkel gebeugten Komponenten unterschiedlicher Wellenlänge der breitbandigen Schwingungsenergie, die unter verschiedenen Winkeln auf das Hologramm (224) auffallen, enthält und daß der Strichabstand (d) bezüglich der Periode (p) des räumlichen Trägers so gewählt ist, daß die den Komponenten verschiedener Wellenlänge entsprechenden rekonstruierten Bilder der Objektinformation im wesentlichen zusammenfallen.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn ζ ei chnet, daß der Strichabstand (d) des Vordispersions-Beugungsgitters (210) im wesentlichen gleich der Periode (p) des räumlichen Trägers der Hologrammes ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Hologramm (224) im wesentlichen parallel zum Vordisperions-Beugungsgitter (210) angeordnet ist.
4. Einrichtung nach Anspruch l_f 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Hologramm

(224) ein redundantes Hologramm ist.

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5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche für ein Hologramm, das mit einem Objektbündel und einem Referenzbündel aufgezeichnet wurde, die aus sphärischen Wellen im wesentlichen gleicher Krümmung in der Hologrammaufzeichnungsfläche bestanden, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungsvorrichtung eine Anordnung (200, 206) zum Erzeugen eines aus im wesentlichen ebenen Wellen bestehenden und das Vordispersions-Beugungsgitter (210) beleuchtenden Bündels (204) der breitbandigen Schwingungsenergie und eine Vorrichtung (218, 222) zur Umwandlung des vom Vordispersions-Beugungsgitters erzeugten, winkelmäßig dispergierten Bündels (212) in ein das Hologramm (224) beleuchtendes Abfragebündel (220) enthält, das aus gekrümmten Wellen besteht, deren Krümmung beim Auffallen auf das Hologramm der Krümmung der beim Aufzeichnen des Hologrammes verwendeten Objekt- und Referenzbündel am Ort des Aufzeichnungsträgers entspricht.
6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die breitbandige Schwingungsenergie eine Komponente der Wellenlänge enthält, die bei der Aufzeichnung des Hologrammes verwendet wurde.
7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche für breitbandige Schwingungsenergie, die von einer ersten Komponente der Wellenlänge λ. bis zu einer.zweiten Komponente der Wellenlänge λ, reicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Beziehungen zwischen dem Vordispersions-Beugungsgitter (210), dem Hologramm (224) und den anderen Anordnungen der Einrichtung so gewählt ist, daß die erste und zweite Komponente Winkelorientierungen Q^ bzw. Q₂ bezüglich des Hologrammes (224) haben, die den Gleichungen

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2247470

^λ1

sin 0. = —τ— sin R

^λ2
sin Θ₂ = -γ- sin R

genügen, wobei λ die bei der Aufzeichnung des Hologrammes verwendete Wellenlänge und R der Winkel zwischen dem Objektbündel (136) und dem Referenzbündel (138), die bei der Aufzeichnung des Hologrammes verwendet worden sind, bedeuten.

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