DE2060934A1

DE2060934A1 - Holographische Aufzeichnungs- und Ausleseanordnung fuer Fournier-transformierte Informationen

Info

Publication number: DE2060934A1
Application number: DE19702060934
Authority: DE
Inventors: Rodal David R; Markevitch Bob V; Heeckern Jacob Van
Original assignee: Ampex Corp
Current assignee: Ampex Corp
Priority date: 1969-12-10
Filing date: 1970-12-10
Publication date: 1971-06-16
Also published as: GB1320538A; US3697149A; BE760000A; FR2074969A5

Description

Patentanwälte Dipl-Ing. F. Weickmann,

Dipl*-Ing. H.Weickmann, Dipl-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. F. A/Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

S MÜNCHEN 86, DEN 2060334

POSTFACH 860 820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 4S 39 21/22

<983921/22>

Ampex Corporation, 401 Broadway, Redwood City, Calif.

HoIographische Aufzeiehnungs- und Ausleseanordnung für 3?ourier-transformierte Informationen

Die vorliegende Erfindung betrifft eine holographische Aufzeichnungs- und Ausleseanordnung für Pouriertransformierte, Phasen- und Amplitudensignale enthaltende Informationen mit einer Quelle für kohärentes Licht und einem lichtempfindlichen Aufzeichnungsmedium·

Bei einer Art von bekannten Aufzeichnungsanordnungen hoher Dichte werden laser- oder Elektronenstrahlen benutzt, um eine Aufzeichnung von eng benachbarten kleinen Informationsbits zu erzeugen. Dabei wird digitale Information entweder in Porm von "weißen" Punkten (oder Quadraten) auf einem "schwarzen" Hintergrund oder "schwarze" Punkte auf einem weißen "Hintergrund" aufgezeichnet. Im Prinzip kann dabei die digitale Packungsdichte bei extrem feinkörnigen Filmen sehr groß sein. Derartige Anordnungen können zuverlässig sein, wenn die Informationsbetrachtungen auf der Basis des statistischen Häuschens durchgeführt werden, das beispielsweise durch die Filmfcörnigkeit hervorgerufen werden kann. Auch können große AUSGANGS-Signalwerte erhalten werden, wenn der gesamte dynamische Bereich des Films ausgenutzt wird. Da Jedoch jedes Bit einen !Teil

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der Information repräsentiert, können schon kleine Ungenauigkeiten oder geringförmige Zerstörungen der Aufnahme "beispielsweise durch Zerstörung der Emulsion, durch kleine sich auf dem Film ansetzende Staubpartikel, durch Yerkratzungen bei der Handhabung des Films, usw., zu einer Zerstörung eines großen Teils der Information führen.

Um derartige Probleme zu eliminieren, kann entweder eine Redundanz der Aufzeichnung vorgenommen werden, oder es kftnnen genereller größere Bereiche für jedes Bit vorgesehen werden j damit wird jedoch die verfügbare Packungsdichte vermindert, tfird eine große Packungsdichte ausgenutzt, so müssen die Zeilen oder Reihen von Bits sehr sorgfäMg lokalisiert werden, um eine optimale Auslesung des richtigen Bits zu einer gegebenen Zeit zu gewährleisten, d.h. beim Auslesen muß eine genaue Abtastung sichergestellt sein.

Bei einer weiteren Anordnung zur digitalen Aufzeichnung werden die Bits mittels eines Lasers durch selektive Verdampfung einer dünnen metallischen Schicht auf einem transparenten Substrat aufgezeichnet. Die Auslesung basiert auf der durch Strahlung des selektiv vom Überzug befreiten Substrats. Da die Bitgröße in der Größenordnung von einem Mikrometer liegt, wird die Bitergiebigkeit, durch Staub, Verkratzungen und den Verdampfungser— scheinungen beim Aufzeichnen beeinflußt. Weiterhin ist auch beim Auslesen wie im oben beschriebenen Fall eine genaue Zeilenabtastung erforderlich.

Bei einer zweiten Art von Aufzeichnungsanordnungen mit hoher Dichte erfolgt eine gemeinsame Informationsbereichsausnutzung, wobei jedes Bit durch eine andere Oszillations-

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frequenz gegeben ist. Diese Oszillationsfrequenzen werden ilirerseits zur Intensitätsmodulation eines Strahls einer Kathodenstrahlröhre "benutzt. Die abgetastete Zeile auf der Kathodenstrahlröhre wird auf einen photοgraphischen PiIm abgebildet, so daß eine einzige Zeile mit vorgegebener Breite und Lgnge die Vielzahl dieser Informationsbits enthält. Bei einer derartigen Aufzeichnung handelt es sieh um eine zweidimensional© Aufzeichnungsform, bei der sich ebenfalls noch Ausleseprobleme ergeben. Eine geringe Drehung des mit der Aufzeichnung versehenen Films führt nämlich, zu einem schwerwiegenden Nebensprechen während der Auslesung, da die Teile von benachbarten Aufzeichnungszeilen zusammen ausgelesen werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Aufzeichnung- und Ausleseanordnung der in Hede stehenden Art anzugeben, bei der die im vorstehenden aufgeführten Nachteile bekannter Anordnungen vermieden werden.

Diese Aufgabe wird bei einer holographischen Aufzeichnungsund Ausleseanordnung der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung durch folgende Merkmale gelöst;

eine optische Strahlformungseinrichtung zur Aufnahme eines Lichtstrahls von der Quelle für kohärentes Licht sowie zur Erzeugung eines kohärenten Bezugslichtstrahls und eines kohärenten ObjektlichtStrahls,

einen Lichtmodulator zur Aufnahme des ObjektlichtStrahls und zu dessen Modulation mit vorgegebener Information,

eine erste Linsenanordnung zur Einführung des Objektlichtstrahls in den Lichtmodulator und zur Aufnahme des modulier-

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ObjektlichtStrahls sowie zur Erzeugung einer Fouriertransformation des modulierten Objektlichtstrahls auf einem vorgegebenen Bereich des in einer vorgegebenen Transformationsebene angeordneten Aufzeichnungmediums,

eine Einstrahlung des Bezugslichtstrahls unter einem vorgegebenen Winkel, auf den die Fourier-Transformatiοη definierenden vorgegebenen Bereich zur Erzeugung einer holographischen Aufzeichnung auf dem Aufzeichnungsmedium, welche die Phasen- oder Amplitudensignale der Information enthält, und

durch eine Ausleseeinrichtung mit einer Lichtquelle für kohärentes Licht, welche das aufgezeichnete Hologramm unter dem vorgegebenen Winkel des Bezugslichtstrahls bestrahlt, sowie mit einer optischen Ausleseanordnung zur Aufnahme des auf das Hologramm fallenden Strahls und zur Erzeugung einer inversen Transformation in Form eines bestimmten Lichtrasters in einer Bildebene.

Die erfindungsgemäße Anordnung dient also zur Aufzeichnung und Auslesung von Hologrammen, \irelche eine selektive Zielzahl von Informationsbits enthalten, Der Lichtmodulator, welcher die Fähigkeit besitzt, zeitweise eine Darstellung einer Yielzahl von Bits zu speichern, wird von einem vorzugsweise kohärenten Lichtstrahl bestrahlt. Ein gepulster Laser dient zur Belichtung der gespeicherten Bits, welche ihrerseits ein in der Ehase variiertes Easter des durch den Modulator übertragenen Lichtimpglses liefern. Eine Transformationslinse ist so angeordnet, daß sie den resultierenden Objektstrahl aufnimmt und das Ehasenraster in eine Fourier-Transformation überführt. Gleichzeitig wird, vorzugsweise aus dem gleichen Laser-Lichtstrahl,

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ein Bezugsstrahl abgezweigt und am Modulator und an der Transformationslinse vorbei zusammen mit der Fourier-Transformation auf das Aufzeichnungsmedium geführt. Das resultierende Iransformationshologramm wird auf dem Aufzeichnungsmedium, das vorzugsweise ein photographischer Film ist, aufgezeichnet. Der Bezugsstrahl "bildet zusammen mit dem Objektstrahl ein Mittel zur Aufzeichnung sowohl der Phase als auch der Amplitude des Lichtes vom Modulator. Die Aufzeichnung auf dem Film erfolgt über ein komplexes Lichtinterferrenzraster, das durch Überlagerung des Objektstrahls und des Bezugsstrahls erzeugt wird.

Bei einer grundlegenden Ausführungsform der Erfindung wird im optischen System für die holographische Aufzeichnungsanordnung zur Erzeugung des Objektstrahls und des Bezugsstrahls eine StrahlaufspaIteinrichtung verwendet. Im Objektstrahlweg sind Strahlexpanderlinsen, Strahlkollimatorlinsen und Transformationslinsen vorgesehen. Zur Führung des Bezugsstrahls von der Strahlaufspalteinrichtung zum Film dient eine Vielzahl von Spiegeln.

Im erfindungsgemäßen Auslesesystem wird ein dem Strahl bei der Aufzeichnung gleichartiger laserstrahl verwendet, welcher das aufgezeichnete. Iransformationshologramm unter dem gleichen Winkel, unter dem der Bezugsstrahl bei Aufnahme einfällt, belichtet. Die (inverse) !Uransformation wird über eine im Lichtweg des durch das Hologramm laufenden Strahls angeordnete Linse erzeugt, welche an einer um eine Brennlänge von dem Hologramm auf dem Film entfernten StelLe angeordnet ist. Die Brennweite der Linse ist nicht größer als die, welche für den Aufzeichnungsvorgang erforderlich ist. Auf diese Weise wird das Bitraster wiedergewonnen und in eine photo-

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empfindliche Anordnung eingebracht, welche ein den aufgezeichneten Bits entsprechendes elektrisches Ausgangssignal erzeugt.

Die erfindungsgemäße Anordnung stellt nicht nur eine solche zur Aufzeichnung und Auslesung individueller Hologramme unter Ausnutzung einer Po urier-I'ra ns formation zur Repräsentation der Information dar, sondern sie kann auch als Gesamt-Aufzeichnungs- und Auslesesystem unter Verwendung von Mikroficheβ als Speichermedien ausgebildet sein, wobei ausgewählte Yielzahlen von Hologrammen in einem vorgegebenen Format auf den Mikrofiches aufgezeichnet sind.

Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren, Es zeigt:

Fig. 1 und 2 schematische Anordnungen zur Erläuterung des Grundkonzepts einer holographischen Aufzeichnung;

Fig. 3 eine schematische Anordnung zur Erläuterung der Grundlagen einer holographischen Auslesung;

Fig. 4 in schematischer Darstellung eine vereinfachte Ausführungsform zur Aufzeichnung mit einem lichtübertragenden Modulator;

Fig. 5 in schematischer Darstellung eine vereinfachte Ausleseanordnung gemäß der Erfindung;

Fig. 6 in schematischer Darstellung eines weitere Ausführungsform der in Fig, 4 dargestellten Aufzeichnungsanordnung j

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Pig. 7j 8 und 9 jeweils eine perspektivische Ansicht von Ausführungsformen erfindungsgemäßer Aufzeichnungsanordnungen mit lichtreflektierenden Modulatoren;

Pig.IO eine perspektivische Ansieht einer weiteren Ausführungsform einer Ausleseanordnung gemäß der Erfindung;

Pig.11 eine ebene Ansicht einer Mikrofiches-Earte zur Verwendung in einer Anordnung nach Pig. 12}

Pig.12 ein Blockdiagramm einer Aufzeiehnungs- und Ausleseanordnung gemäß der Erfindung, welche durch Bedienungspersonen oder maschinell auslesbar ist;

Pig.13 bis 17 jeweils eine schematische Darstellung von vorteilhaften Dekannten Iransformationslinsensystemen, von Maßnahmen zur Verbesserung der Auslegung von derartigen bekannten Systemen und ein Dreilinsen-Iransfonaationssystem gemäß der Erfindung.

Die vorliegende Erfindung befaßt sich generell mit der Aufzeichnung und Auslesung von Information in Porm von PourieriCransformationen unter Ausnutzung eines holographischen Auf— ζei chnungsverfahrens. Zur Eraläuterung dieses holographischen Aufzeiehnungsverfahrens sei ein sehr einfaches Objekt, wie beispielsweise ein einziger heller Lichtpunkt, betrachtet· Gemäß Pig. 1 bestrahlt eine Quelle 10 kohärenten lichtes eine ein kleines loch 14 aufweisende liehtun . durchlässige Maske 12 mit einer kohärenten ObjektweEe unter Verwendung einer linse 16. Gleichzeitig wirfd ein iEeil des lichtes beispielsweise mittels einem Prisma 18 abgezweigt, um eine kohärente Bezugswelle 19 zu erzeugen. Daher fällt auf eine pn.o to graphische Platte 20 die Summe von zwei kohärenten Wellen auf, wovon eine eine ebene Bezugswelle ·

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und die zweite eine von dem Loch 14 ausgehende divergierende sphärische Welle ist. Die photographische Platte 20 zeichnet das Interferrenzraster wischen diesen beiden Wellen auf. Das auf der Platte 20 aufgezeichnete Intenöitätsraster setzt sich aus hellem und dunklen Bereichen mit spezieller Struktur zusammen, welche mit der sogenannten "Versetzungsi'resnel-Zonenplatte" identisch ist. Wenn das auf der Platte 20 aufgezeichnete transparente Hologramm mit einer ebenen Welle bestrahlt wjrd, werden durch diePlatte 3 definiert verschiedene Wellen übertragen, wie dies in Pig. 2 dargestellt isto

Zunächst läuft ein Teil 21 der einfallenden Welle gleichförmig gedämpft, jedoch ansonsten unverändert durch das Iransparente Hologramm. Zwei weitere Wellen werden durch Beugung am transparenten Hologramm erzeugt. Eine dieser Wellen, welche mit 22 bezeichnet ist, ist eine divergierende sphärische Welle, welche von einer virtuellen Punktquelle auf der linken Seite des Hologramms auf der Platte 20 auszugehen scheint₀ Diese Welle 22 kann so betrachtet werden, als ob sie ein virtuelles Bild des ursprünglichen Loches im Punkt 22 erzeugen würde. Die weitere Welle der beiden letztgenannten Wellen ist eine mit 26 bezeichnete konvergierende sphärische Welle, welche in einem Brennpunkt auf der rechten ^eite des Hologramms auf der Platte 20 konvergiert. Dieser helle fokussierte Lichtpunkt 28 kann als reelles Bild des ursprünglichen Objekts also des Lochs 14 angesehen werden«, Durch das Holograph-Verfahren werden also Zwillingsbilder des ursprünglichen Loches 14 erzeugt. Eines davon ist das virtuelle Bild auf der linken Seite der transparenten Platte 20, während das andere ein reelles Bild auf der rechten Seite der Platte 20 ist.

Ein im Vergleich zu einem Loch kompliziertes Objekt, wie

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beispielsweise ein kontinuierlich getöntes durchsichtiges Objekt kann ebenfalls als eine komplizierte Mannigfaltigkeit von Löchern angesehen werden, wobei jedes Loch eine unterschiedliche Helligkeit besitzt. Daher erzeugt jeder Punktdes Objektes einen eindeutig ausgedehnten Rastserbereich im Hologramm, wobei auch das Hologramm Zwillingsbilder jedes Punktes des Objektes auf jeder seiner Seiten hervorruft,

In Pig. 1 ist weiterhin eine zweite Art von Aufzeichnungsgeometrie in gestrichelten Linien dargestellt. Dabei ist in dem vom Loch 14 ausgehenden Objektstrahl eine Transformationslinse 30 jeweils um eine Brennlänge f von der Maske 12 und der Platte 20 entfernt angeordnet. Diese spezielle Geometrie liefert ein sogenanntes IPourier-Transformationshologramm, das deshalb so bezeichnet wird, weil die in der hinteren Brennebene der Linse 30 aufgezeichnete Lichtverteilung die Courier.-Transformation der Lichtverteilung in der forderen Brennebene darstellt. Bei dieser speziellen Aufzeichnungsgeometrie erzeugt jeder Objektpunkt statt einer "Versetzungs-lresnel-Zonenplatte einen einfachen sinusförmigen Rasterbereich. Der durch eine derartige Geometrie gewonnene Vorteil besteht darin, daß während des Auslesevorgangs die speziellen Stellen der in der hinteren Brennebene einer Transformations linse 32 (3?ig. 3) wiedergewonnenen Bilder unabhängig von der Lage des Hologramms auf der Platte 20 sind.

¥enn ein Lichtsignal mit einer nach einem quadratischen Gesetz arbeitenden Anordnung, wie dies beispielsweise das menschliche Auge, photographische Vervielfacher, photographische Ulme, Photodioden, usw₀, sind, betrachtet wird, ·

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so wird lediglich die Intensität des Lichtes "beobachtet. Durch eine derartige Anordnung wird dagegen nicht die Lichtphase relativ zu einem Bezugsteil des Signalstrahls "beobachtet. Aus diesem Grunde wird also nicht das gesamte Signal beobachtet₀ Insbesondere im lalle eines photographischen Pilms kann also das gesamte Signal einschließlich der Phaseninformation nicht aufgezeichnet werden.

Mittels einer holographischen Aufzeichnung kann sowohl die Phaseninformation als auch die Intensität auf einem photographischen PiIm aufgezeichnet werden. Der photographische PiIm selbst kann jedoch nur die Intensität aufzeichnen; um auch die Phase aufzuzeichen, wird ein gewünschtes (Objekt-)Signal, das die Phase enthält, einem Bezugssignal hinzuaddiert, so daß das letztlich auf dem PiIm aufgezeichnete Signal die Summe des Bezugssignals und des Objekt— signals ist. Der PiIm nimmt nunmehr das Produkt aus dem Summensignal und dessen konjungiert komplexen Wert auf, so daß im mathematischen Sinne nicht nur die Intensitäten des Signallichtstrahls und des Bezugslichtstrahls, sondern auch die Intensitäten der Kreuzprodukte aufgenommen werden, Diese Kreuzprodukte enthalten da3 vollständige Signal und dessen Phaseninformation. Da in einem holographischen Aufzeichnungs- und Ausleseverfahren ein genauer relativer Phasenbezug erforderlich ist, ist es vorteilhaft, eine Quelle kohärenten Lichtes, wie beispielsweise einen Laser, in Verbindung mit einer angemessenen geometrischen Stabilität zu verwenden.

Mit einem gemäß der Erfindung verwendeten Pourier-Eransformationskonzept wird es möglich, eine gegebene Punktion eines Koordinatensatzes durch eine Punktion eines anderen Koordinatensatzes eindeutig zu beschreiben. Mittels einer

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zweiten Fourier-Transformation wird die ursprüngliche Funktion mit ihrer Phaseninformation eindeutig zurückgewonnen« Bei optischer Informationsverarbeitung kann eine Linse zur Durchführung derartiger !Kurier-Transformationen benutzt werden.

Die Pourier-Transformation besitzt u.a. folgende zweckmäßige Eigenschaften: einmal wird ein Lichtpunkt in eine gleichförmige Beleuchtung mit unbegrenzter Weite transformiert. Weiterhin ist die !Transformation einer verschobenen Punktion die gleiche wie die einer unverschobenen Punktion mit der einen Ausnahme, daß sie mit einem linearen Phasenterm multipliziert ist. Aus der ersten Eigenschaft ergibt sich, daß ein sehr kleiner Bit, wie es bei digitaler Aufzeichnung verwendet wird, über die Pourier-Transformation in einem relativ großen Bereich aufgezeichnet werden kann. Diese Tatsache mag an sich als der Aufzeichnung mit hoher Dichte wiedersprechend angesehen werden; es ergibt sich dabei jedoch eine extrem hohe Zuverlässigkeit und ein guter Schutz der Aufzeichnung. Aufgrund der zweiten Eigenschaft können andererseits viele Bits im gleichen Bereich aufgezeichnet werden. Daraus ergibt sich, daß die erreichbare Bitdichte extrem hoch sein kann, wobei aber der gleiche Schutz gegen Zerstörung der Aufzeichnung wie bei einem einzigen Bit vorhanden ist, wenn dessen !Transformation über den gesamten Bereich aufgespreizt ist.

Wie oben erwähnt, wird eine Fourier-Transformation durch eine einfache Linse erzeugt. Auf die Linse auffalXendes paralleles Licht wird in einen Punkt in der Brennebene der Linse fokussiert, wobei umgekehrt entsprechendes gilt. Daher ist.die Fourier-Transformation eines in einer Brennebene einer Linse vorhandenen Signals in der anderen Brenn-

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ebene der Linse lokalisiert. Zur Aufzeichnung einer Fourier-Transformation muß notwendigerweise eine komplexe Funktion aufgezeichnet werden, wobei sowohl die Amplitude als auch die Phase erhalten "bleibt, wie dies in Verbindung mit der Diskussion der Fig. 1 und 2 erläutert wurde. Da mit einem holographischen Verfahren sowohl die Amplitude als auch die Phase aufgezeichnet wird, eignet sich dieses Verfahren von selbst zur Aufzeichnung einer Fouriertransformation eines Signals.

Um bei einer partiellen Zerstörung einer Aufzeichnung einen bestimmten Toleranzbereich zur Verfügungzu haben, ist es erforderlich, eine Redundanz in irgendeiner Form vorzusehen. Bei einem konventionellen digitalen Aufzeichnungsverfahren wird dies entweder durchAufzeichnung großer Bits oder durch mehrfache Aufzeichnung von kleinen Bits erreicht.Die Größe der Bits und ihre relative Lage definieren die Packungsdichte. Bei der gemäß der Erfindung ausgenutzen Fourier-Transformation wird die Redun'anz durch Auswahl der Größe der Fourier-Transformation eines einzigen Bits bei der Aufzeichnung festgelegt. Die Anzahl der in diesem Bereich überlagerten Bittransformationen definiert nunmehr die Packungsdichte.

Innerhalb der Transformationseinhüllenden gelangt die Transformationsphase aller Bits in der Aufzeichnungsebene zur Interferrenz, so daß ein Raster erzeugt wird, das sich mit abnehmendem Abstand zwischen den Bits und abnehmender Informationsfläche in immer mehr Stellen löscht. Je weiter die Informationsbits voneinander getrennt sind, umso geringer ist die in der Transformation erzeugte Auslöschung,· Um eine gute Redundanz zu erhalten, ist es daher generell

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vorteilhaft, durch einen relativ großen Abstand der Informationsbits einen Kompromiss zwischen der Redundanz und der effektiven Packungsdichte der Information zu schließen. Wenn die Zentren der Bits um zwei Bit-Durchmesser voneinander entfernt sind, so können auf der gleichen Iransformationsfläche viermal soviel Bits aufgezeichnet werden. Dabei macht jedoch die Redundanz und damit die Zerstörungstoleranz lediglich einen Faktor vier aus. Dieser Faktor würde gleich 16 sein, wenn die Bits einen Abstand von vier Bit-Durchmessern besitzen.

Die Bit-Sicherheit, bei der es sich um eine andere gewünschte Eigenschaft bei der digitalen Aufzeichnung handelt, kann als die Qualität der wiedergewonnenen Information nacheinem bestimmten Grad von Zerstörung des Aufzeichnungs-Transformationsbereichs angesehen werden. Wenn ein kreisförmiges Bit verwendet wird, so stellt die aufzuzeichnende volle Fourier-Transformation einen vollständigen Satz von konzentrischen Ringen dar, welche als Airy-Scheiben bezeichnet werden. Diese Ringe verlaufen mit abnehmender Amplitude bis ins Unendliche. Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß es im Hinblick auf die Packungsdichte nachteilig ist, die gesamte unendliche Ebene aufzuzeichnen. In der erfindungsgemäßen Anordnung wird daher eine Begrenzung derart aufgenommen, daß lediglich ein begrenzter Teil der Transformation aufgezeichnet wird«, Dies kann mathematisch als Multiplikation in der Transformationsebene mit einer Aperture-Funktion beschrieben werden. In der Wiedergabeeebene ist dies einer Faltung des Signals mit einem anderen Satz von Airy-Scheiben äquivalent. Je gr(?er der aufgezeichnete Bereich der Transformation ist, umso enger sind die resultierenden Airy-Scheiben. Bei einer Faltung tendieren die Airy-Soheiben dazu, die scharfe Festlegung

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der Bitränder zu reduzieren, was so erscheint, als ob sich die Bits aufgeweitet hätten. Die Auflösung der Bildwiedergewinnung ist daher ein wenig reduziert. Lurch die erfindungsgemäße Aufzeichnung lediglich des zentralen hellen Teils der Information werden die Bits bei der Wiedergewinnung etwa um den Paktor zwei "aufgeweitet". Diese Maßnahme liegt natürlich im Sinne der Faltung, bei der die Kanddefinierung zu einer mehr graduellen Änderung ψ reduziert wird.

V/enn bei einem anfänglichen Bit-Abstandsverhältnis von zwei lediglich der zentrale Teil der Transformation aufgezeichnet wird, so "berühren" sich die Bits bei der Wiedergewinnung. Bei einem Bit-Abstandsverhältnis von vier ist das Bit-Abstandsverhältnis bei der Wiedergewinnung gleich zv/ei. Aufgrund des scharfen Abfalls der Airy-Scheibenfaltung in der Nähte des Zentrums ist eine Degeneration um einen Faktor von eins bis 0,5 tatsächlich zweckmäßiger.

Die erfindungsgemäße holographische Aufzeichnung mittels einer Fourier-Transformation stellt eine extrem zuverläs- ^ sige Möglichkeit zur (digitalen) aufnahme mit hoher Dichte dar. Obwohl das Verfahren in sich kompliziert ist, kann es denn relativ leicht gehandhabt werden. Ein schwerwiegender Ausfall der Aufzeichnungergibt sich nur dann, wenn weit mehr als die Hälfte der Aufzeichnung vollständig zerstört wird, Ii)s muß daher beispielsweise mehr ala die Hälfte einer Fläche von einem Quadratmillimeter, welcher in einem speziellen Fall beispeilsweise 3 600 Bits enthält, zerstört werden, damit die Information verlorengeht. Ein derartig hoher Grad an Zuverlässigkeit eignet sich für alle Formen von Aufzeichnungen mit hoher Dichte, wobei nicht unbedingt

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holographische Aufzeiehnungstechniken zur Anwendung kommen müssen.

Line der vorgenannten Eigenschaften der Fourier-Transformation "besteht mathematisch gesprochen darin, daß eine unbegrenzte Folge von gleich beabstandeten Delta-Funktionen in eine andere unbegrenzte Po.Ige von gleich beabstandeten Delta-Funktionen, transformiert wird. Eine Begrenzung der transformierten Folgen wird dadurch erreicht, daß die ursprünglichen '.Delta-Funktionen eine endliche Breite besitzen. Besitzen die ursprünglichen Delta-Funktionen eine endliche Breite, so ergibt sich aus der Breite der Delta-Funktionen eine Multiplikation der Einhüllenden über der Fouriertransformation, welche die Transformation "begrenzt"ο Daher führt ein ursprüngliches Feld mit einem Abstandsverhältnis von vier zu einer Fourier-Transformation mit etwa neun hellen Punkten über dem Durchmesser des zentra len Teils. Zwischen diesen Punkten befinden sich Bereiche sehr geringer Intensität. Bei einem Bit-Abstandsverhältnis von vier beträgt der Abstand zwischen den Bit-Zentren das Vierfache des Bit-Durchmessers . Um die in diesen wenigen hellen Punkten enthaltene Energie über den gesamten Bereich aufzuspreitzen (das'bedeutet eine Reduzierung des PiImdynamikbereiehs), ist es zweckmäßig, in einer praktischen Anordnung statt ein regulären Feldstruktur in der ursprünglichen Funktion äne willkürliche Feldstruktur zu verwenden. Dabei kann die vollständigste Energieverteilung durch Verwendung eines rein willkürlichen Feldes erreicht werden, das eine virtuell gleichförmige Terteilung in der Airy-Scheibeneinhüllenden ergibt. Eine zweckmäßigere Lösung ergibt sich jedoch, wenn gefordert wird, daß jedes Bitt willkürlich in seinem eigenen zulässigen Bereich liegt. Alle Bereiche für die einzelnen Bits sind ihrerseits regulär verteilt. Damit ergibt sich ebenfalls eine virtuell gleichförmige Energieverteilung in der Transfor-*

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mation innerhalb der Airy-Scheibeueinhüllen'den.

Eine weitere annehmbare Möglichkeit, welche jedoch keine ebenso gute Energieverteilung in der Aufzeichnungsebene ergibt, besteht darin, daß das Feld in Blocks aufgeteilt wird. Die Blocks selbst sind vollständig regulär, wobei auch ihre Zentren regulär lokalisiert sind. Wenn der Abstand vom Zentrum zu Zentrum dieser Blocks ein spezielles nicht ganzzahliges Vielfaches des Bitabstandes beträgt, so ist eine Auslöschung in der Fourier-Transformation vorhanden, so daß die hellen Punkte genau an der Stelle einer Null einer Multiplikation der Einhüllenden liegen. Weiterhin ergeben sich in den Räumen, welche ursprünglich virtuell keinen Beitrag aufwiesen, neue Beitragszentren. Das Ergebnis ist eine Fourier-Transformation, welche nicht so gleichförmig wie die Transformation im Falle eines rein willkürlichen Feldes ist. Eine derartige Transformation ist jedoch gleichförmiger als die Transformation, welche sich bei einem regulären Feld ergibt. Die resultierende Transformation eignet sich zur Aufzeichnung im Rahmen einer Anordnung der Erfindung.

Eine weitere Verbesserung kann dadurch erreicht v/erden, daß das Feld in Segmente aufgeteilt wird, wobei jedes Segment einem Block im vorbeschriebenen Sinne entspricht und wobei die Segmente in einem speziellen nicht ganzzahligen Vielfachen des Bit-Abstandes zentriert sind.

Ein Feld mit logarithmischem Abstand oder spiralförmig ausgeführtem Abstand führt ebenfalls zu optimalen Ergebnissen bei der Erzeugung eina? virtuell gleichförmigen Verteilung.

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Bei einem rechteckförmigem EeId, in dem sich der Abstand zwischen benachbarten Bits um einen Faktor zwei von einer Seite des Feldes zum anderen ändert, und bei dem sich der Bitabstand gleichmäßig, beispielsweise nach einem logarithmischen Gesetz, ändert, liefert die Fourier-Transformation eine sehr gleichförmige Verteilung; dies gilt lediglich nicht für einen begrenzten Bereich, um die Hauptachse einer Breite, welche der !Transformation des weitesten Bitabstandes entspricht. Bin derartiges Feld erscheint dem Beobachter als reguläres Feld.

Eine weitere Verbesserung kann durch Elimination der Winkeirregularität erreicht werden,indem ein spiralförmiges Raster verwendet werden kann, bei dem sich der Bit-Abstand beispielsweise logarithmisch in Radialdichtung um einen Faktor zwei ändert. Dabei ist die Fourier-Transformation abgesehen von einem zentralen kreisförmigen Bereich, welcher dem größten radialen Bitabstand entspricht, sehr gleichförmig. Dies ist eine fast perfekte Bedingung, da die dunkle zentrale Scheibe die unerwünschte gestreute und übermodulierte üFullordnung enthält, wobei brauchbare Signale nicht beeinträchtigt werden.

Im Rahmen der erfindungsgemäßen Anrdnung sind verschiedene grundsätzliche Ausführungen möglich. Darüber htiaus sind im Rahmen der Erfindung mehrere Modifikationen des optischen Systems verwendbar. Die Fig. 4 bis 10 zeigen verschiedene mehr oder weniger komplizierte Ausführungsformen dar Erfindung..

In Figt 4 ist eine grundsätzliche Ausführungaform 36 der Erfindung dageateilt. Eine Quelle kohärenten Liohtea, wie

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beispielsweise ein Laser 38, erzeugt einen kohärenten Lichtstrahl mit vorzugsweise einer einzigen Ire(iuenz_r welcher in eine 8trah.laufspaltanord.nung 40 gegeben wird. Darin wird der Strahl in zwei strahlen aufgespalten und zwar in einen mit 42 baeeichneten Objektstrahl und in einen mit 44 bezeichneten Bezugsstrahl. Die Strahlaufspaltanordnung 40 liefert etwa fünf Prozent des eingegebenen Strahls als Bezugsstrahl 44 und etwa 95 ^ch als Objektstrahl 42. Die 95 ϊ* des Objektstrahls

™ werden zum großen Teil gedämpft, so daß derBezugsstrahl eine größere Intensität als der endgültige Objektstrahl besitzt. Der Objektstrahl· 42 e wird durch eine Einrichtung zur Querschnittsaufweitung geschickt, welche in der Ausführungsform 36 ein konventionelles Galilei-Teieskop 46 ist. Dieses Teleskop 46 wird durch eine Expanderlinse 48 und eine Kollimatorlinse 50 gebildet. Die Linse 48 ist eine negative Linse, welche eine Ionisation der Luft durch die hohe Intensität eines gepulsten, von einem Rubin-Laser gelieferten Strahles verhindert, wenn dieser durch eine positive Linse mit kurzer Brennlänge fokussiert wird. Die Linse 50 dient zur Erzeugung ehes kollimierten

fc Lichtstrahls 52 als Eingangsstrahl für das Objekt bzw. das Feld, nämlich einen Lichtmodulator 54» der im Strahlweg angeordnet ist. Der Modulator 54 ist für den einfallenden Strahl durchlässig und kann daher als "das Objekt übertragender" Modulator betrachtet werden. Die AusfUhrungsform 36 wird daher als eine nach Pouriertransformierende holographische Aufzeichnungsanordnung mit einem Übertragenden Modulator bezeichnet.

Der Strahl vom Modulator 54 wird auf eine Transformationslinae geführt, welche ihn unter Bildung einer Pourier-

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[Transformation, d.h. des Hologramms in einer Transformaticmsebene 58 fokussiert. Line längs des Films angeordnete Aufzeiehnungsapertur 57 "bestimmt die Größe eines Hologramms 59 durch. Maskierung des lichtes der "beiden Strahlen» In der Transformationsebene 58 ist ein lichtempfindliches Aufzeichnungsmedium 60, wie "beispielsweise ein Silberhalogenidfilm in I'orm einer Karte oder eines flexiblen Bandes angeordnet, wobei eine Aufzeichnung des Hologramms 59 durch Bestrahlen des Mediums 60 durch den Laser 38 erfolgt.

Der durch die Strahlaufspaltanordnung 40 abgespaltene Bezugsstrahl 44 wird von einem ersten Spiegel 62 auf einen . zweiten Spiegel 64 reflektiert, von wo er unter einem vorgegebenen Winkel alpha auf die Transformationsebene 58 im Bereich des Hologramms 59 geführt wird. Der Bezugsstrahl 44 bildet zusammen mit dem Objektstrahl 42 ein Mittel· zur erhaltung der Phase der lOurier-Transformation, welche durch den Objektstrahl 42 gegeben ist.

Wie aus I¹Xg. 4 zu ersehen ist, besteht das optische· System für die holographische Aufzeichnungsanordnung aus einer Strahlaufspaltanordnung, einer Strahlexpanderanordnung, einer Strahlkollimatoranordnung und einer Transformationslins era nor dnung. Wie im folgenden noch erläutert wird, kann die Kollimator- und Transforniationsfunktion auch durch eine einzige Linsenanordnung durchgeführt werden. Die verschiedenen, in der Anordnung verwendeten Linsen sind generell "positive" bzw. "konvergierende" Eonvex-Linsen mit der Ausnahme, daß beispielsweise die Linse 48 eine "negative" Linse ist. Weiterhin ist eine beispielsweise aus Spiegeln bestehende lieflektoranordnung zur Führung des Bezugsstrahls vorgesehen. Die durch eine l^?ourier-Tr a ns formation aufzuzeichnende Information wird durch den Modulator

on

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in den Objektstrahl eingeführt. Der Modulator kann dabei entweder eine lichtübertragende Anordnung wie im Falle der Ausführungsform nach Fig. 4 oder eine lichtreflektierende Anordnung sein, wie im folgenden och erläutert wird. Um Vibrationen der verschiedenen Komponenten so klein wie möglich zu halten, wodurch die für eine Aufzeichnung der Interferrenz mehrerer Strahlen von kohärentem Licht erforderliche Stabilität erreicht wird, sind die optischen Komponenten in einer praktischen Anordnung gewöhnrlich starr auf _< einer Metallplatte oder einem optischen Tisch montiert» Da eine derartige Form des Montierens an sich bekannt ist, wird sie hier im einzelnen nicht beschrieben und dargestellt.

Ls ist wünschenswert, den Strahl 42 (und auch den Bezugsstrahl 44, wie im folgenden noch beschriebenwird) so aufzuweiten, daß lediglich sein zentraler Bereich ausgenutzt wird ο Damit wird ein besserer Wirkungsgrad erreicht, weil ein Laser einen Strahl mit einer Gauss-Intensiiäsverteilung erzeugt, was zu einem ungleichförmigen Bezugsstrahl und einer ungleichförmigen Beleuchtung des Modulators 54 führt. Die zentralen Bereiche der Strahlen in allen Ausführungsformen enthalten daher den größten Anteil der Energie und sind gleichförmiger. .

Fig. 5 zeigt eine vereinfacht dargestellte Anordnung zur holographischen Auslesung, Dabei wird die im Hologramm 59 auf dem -aufzeichnungsmedium 60 enthaltene digitale Information mit einem Auslesestrahl 66 kohärenten Lichtes von einem Laser 38· beleuchtet, welcher dem Laser 38 der Aufzeichnungsanordnung nach Fig. 4 gleichartig sein kann (jedoch nicht muß). Die Achse des einfallenden Auslesestrahls liegt ebenso wie die Achse des (Aufzeichnungs-) Bezugsstrahls 44 (Fig. 4) unter einem Winkel alpha relativ

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zur Ebene des Aufzeichnungsmediums, um den Wirkungsgrad zu verbessern. Der auf die Vorderseite des Hologramms 59 auffallende Auslesestrahl 66 erzeugt ein Bild des ursprünglich aufgezeichneten digitalen Feldes· Eine um eine Brennlänge von dem Hologramm 59 entfernt angeordnete linse 68 fokussiert das digitale Lichtfeldraster in eine Bildebene 70. Die Brennlänge der Linse 68 ist vorzugsweise nicht größer als die der Linse 56 in der Aufzeichnungsanordnung nach 3JIg, 4.

Ist beispielsweise das Verhältnis eines gewünschten Bit-Abs tandes (d.h. der Abstand zwischen den Zentren von benachbarten Bits) zum Bit-Durchmesser gleich vier, so werden optimale Ergebnisse erreicht. Weiterhin ist ein Informationsfeld von 60 χ 60 Bit wünschenswert, wobei lediglich der zentrale Teil der Transformation des leides innerhalb eines Millimeters aufgezeichnet wird. Daher beträgt die Seitenlänge des quadratischen Feldes 240 Bit-Durchmesser. Die Apertur der Linse 56 nach Hg. 4 muß daher wenigstens so groß wie die Diagonale des Objektesibzw, des Feldes, d.h. des Modulators 54 sein. Im AufzeichnungsVorgang für das angegebene Beispiel ist daher eine Transformationslinse 56 erforderlich, welche eine numerische Brennlänge von nicht größer als 1,2 besitzt. Es ergibt sich also,

daß eine Packungsdichte von 3 600 Bit pro mm in einem quadratischen Modulator 54 mit einem Bereichs-Redundanzfaktor von 16, eine Linse 56 mit einer maximalen Brennlänge von 1,2 erfordert.

Wegen der Größe von beispielsweise 7,62 χ 7,62 cm eines bevorzugten praktischen Modulators (wie beispielsweise des Modulators 54) wie dies für ein Feld mit 3 600 Bit er-

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2 U δ Ü υ 3 Λ

forderlich, ist, ergibt sich eine wesentliche Schwierigkeit bei der Lokalisierung einer Linse mit richtiger Brennlänge und aperationsfreier Apertur. Für eine derartige typische Modulatorgröße muß die Linse eine Brennlänge von 15»24 cm und eine Apertur von 10,8 cm oder ein f von etwa 1,2 besitzen. Linsen mit derartigen Aperturen sind für eine Brennlänge von 5»O4 cm allgemein erhältliche Mir Brennlängen von 15,24 cm sind sie jedoch nur auf speziellen Auftrag erhältlich. Um Speziallinsen oder eine neue Auslegung des Feldes unnötig zu machen, wird in der Anordnung zur Fokussierung des Objektstrahls auf das Aufzeichnungsmedium ein teleskopartiges optisches System verwendet.

Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführung der Erfindung mit verschiedenen Modifikationen, von denen ein spezielles Beispiel ein erfindungsgemäßes Dreilinseo-Transformationssystem 74 ist. Bei dieser Ausführungsform sind weiterhfa räumliche Filteranordnungen 76 und 78 vorgesehen, welche den mit Bauschen behafteten Teil des Laserlichtes ausfiltern, um einen Strahl gleichförmiger Intensität zu erzeugen. Die räumliche Filteranordnung 76 enthält ein Paar von Linsen 80 sowie eine im zusammenfallenden Brennpunkt der Linsen angeordnete Blende 82. Entsprechend enthält die räumliche Filteranordnung 78 eine Linse 84 und eine Blende 86, wobei die Kollimatorlinse 50 nach Fig. 4 ebenfalls ein Teil der Filteranordnung 78 ist. Mit Ausnahme des .Dreilinsen-Transformationssystems 74 sind die übrigen Komponenten der Anordnung nach Fig. 6 mit denen der Anordnung nach Fig. 4 identisch. Allerdings ist bei der Ausführungsform nach Fig. 6 der Spiegel 64 so gedreht, daß er das Licht vom Weg des Objektstrahls 42' wegführt» Damit wird die Optik an die Anordnung des Dreilinsen-Transformationssystems 74ι das im vorliegenden Falle durch einen Spiegel gefaltet ist, und des Aufzeichnungsmediums 60 angepaßt.

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Im Hinblick auf das Dreilinsen-Transformationssystem 74 liefert der durch den Modulator 54 laufende Strahl die Pourier-Transformation 59 der Daten in der Brennebene, d»h. inder Transformationsebene 58 der Linse 56 (Ptg. A-) t abgesehen von einem sphärischen Phasenfaktor. Die Transformation 59 ist jedoch an dieser Stelle zu groß, um eine praktische Aufzeichnung möglich zu machen«Daher muß sie in der Größe reduziert werden. Ebenso muß die sphärische Phase eliminiert werden. Zu diesem Zweck wird der Objektstrahl 42¹ vom Modulator 54 durch eine ers -te Linse 56 geschickt, welche abgesehen von einer größeren Brennlänge der Linse 56 nach Pig. 4 entspricht» Danach wird der Strahl durch wenigstens zwei Iransformationslinsen 88 und 90 geschickt. Bei richtiger Justierung liegt die Fouriertransformation hinter der Linse 90 in der Aufzeichnungsöffnung 58, wobei die mittlere Linse 88 die sphärische Phase eliminiert. "Um die Strahlen richtig zu orientieren und ihre Gesamtlänge zu reduzieren, ist der reflektierende Spiegel 92 zur Rückfaltung des Objektstrahls 42' in die Richtung des Bezugsstrahls 44* und gegen das Aufzeichnungsmedium 60 vorgesehen."liine begrenzende Blende 94 kann in der ersten Amplituden-Transformationsebene des von der Linse 56' ausgehenden Objektstrahls angeordnet werden. Wird auch eine Bezugsstrahl-Begrenzungsblende auf das Aufzeichnungsmedium 60 fokussiert, so kann die Aufzeichnungsblende 58 entfallen. Ss ist zu bemerken, daß der vom Spiegel 92 ausgehende Strahl divergiert, hinter der Linse 88 konvergiert und schließlich durch die Linse 90 fokussiert wird.

Das Dreilinsen-Transformationssystem 74 nach Pig. 6 wird deshalb verwendet, weil die Transformationslinse (beispielsweise die Linse 56*) eine numerische Apertur von

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f = 1,2 haben soll, um die erforderliche Packungsdichte zu erreichen. Eine derartige ho chq.ua Ii ta ti.ve Linse mit großer Apertur zur Bedeckung der Fläche des Modulators 54 ist nicht leicht erhältlich und aufwendig herzustellen. Die Linse 56· mit großem Durchmesser im System nach Pig. 6 kann einen relativ großen Wert f von beispielsweise 5»6 besitzen. Eine weitere Linse mit dem Wert f von 5»6» nämlich die Linse 88, dient zur Vervollständigung der Reduzierung der Transformation, Die tatsächliche Transformation wird dann durch die Linse 80 mit kleinem Durchmesser gebildet, welche den gewünschten Wert f von 1,2 besitzt, um das Hologramm gewünschter Größe, das an die optimalen Packungsdichten angepaßt ist, zu erhalten.

Wie oben schon erwähnt, stellen die Ausführungsformen 36 und 72 nach Hg, 4 bzw, nach Fig. 6 holographische Aufzeichnungsanordnungen gemäß der Erfindung dar, welche einen das Objekt übertragenden Modulator 54 aufweisen. Es sind jedoch auch Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Anordnung möglich, bei denen ein reflektierender Modulator vorgesehen ist. Derartige Ausführungsformen werden im folgenden anhand der Fig. 7 bis 9 beschrieben.

In der,holographischen Aufzeichnungsanordnung 96 nach Fig. 7 wird eine Quelle kohärenten Lichtes, wie beispielsweise der Laser 38, verwendet. Der von diesem Laser ausgehende Lichtstrahl wird in eine Strahlaufspaltungsanordnung 40 eingestrahlt, welche ihn in einen Bezugsstrahl 98 mit etwa 5 $ des Ljdates und einen Objektstrahl 100 mit etwa 95 ίο des Lichtes aufspaltet. Der Objektstrahl wird ebenso wie bei den im vorstehenden beschriebenen Ausfuhrungsformen so weit gedämpft, daß der Bezugsstrahl mehr Licht als der Objektstrahl enthält. Der Objektetrahl 100 wird durch eine Ensenanordnung 101 vom Mikroskoptyp geschickt, welche aus

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linsen 102 und 104 gebildet wird,, In der Brennebene dieser Linsen ist eine räumliche lochblende 106 vorgesehen, wodurch Irregularitäten im Objektstrahl 100 eliminiert werden· Im Weg des Bezugsstrahls 98 kann ebenfalls eine derartige Mikroskop-llnsenanordnung angeordnet werden. In der Aus führ ungs form nach Fig. 7 ist eine solche jedoch nicht vorhanden. Der Objektstrahl 100 wird auf das Doppelte des Durchmessers aufgeweitet, so daß lediglich sein zentraler Bereich ausgenutzt wird.Mittels einer zweiten konvergierenden linse 104 erfährt der Strahl eine Riickko llimia tion.

Der Bezugsstrahl 98 wird über einen Spiegel 107 auf ein Aufzeichnungsmedium 108 und eine zu diesem benachbart angeordnete Aufzeichnungsblende 110 gerichtet. Der von der Kollimatorlinse 104 kommende Objektstrahl 100 wird auf die Fläche eines reflektierenden Modulators 112 gerichtet und von dieser in die linse 104 rücki'eflektiert» Da der Modulator 112 relativ zur Achse des Objektstrahls 100 in geringem Maße gedreht ist, liegt die Achse des reflektierten lichtstrahls 114 nicht in der Achse des ankommenden Strahls 100. Der reflektierte Strahl 114 wird durch einen Spiegel 116 von der Achse des Objektstrahls 100 weggelenkt und auf die Aufzeichnungblende 110 und das,Aufzeichnungsmedium 108 gerichtet.

Wie bei der Ausführungsform 36 nach Fig. 4 ist die Fourier-Iransformation der durch den Objektstrahl 100 über dem Modaulator 112 gegebenen Daten in der Brennebene der linse 104 vorhanden. Dies gilt, abgesäsn von der oben erwähnten Eigenschaft des sphärischen Faktors. Die in der Brennebene, d.h. am Aufzeiohnungsmedium 108 vorhandene Iranaformation kann in dieser Form aufgezeichnet werden. Für

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20Ü0'j3A

praktische Zwecke und für praktische Aufzeichnungsdichten ist die Transformation jedoch zu groß und wird daher in ihrer Größe vorzugsweise reduziert. Zu diesem Zweck kann das Dreilinsen-Transformationssystem der Ausführungsform nach Pig. 6 verwendet werden. Dabei wird ebenfalls der sphärische Phasenfaktor eliminiert.

Pig. 8 zeigt eine weitere kompliziertere Ausführungs— form der vorliegenden Erfindung. Der Laser 38 richtet einen Strahl kohärentes Licht auf die Strahlaufspaltanordnung 40, welche etwa 5 $ des Lichtes zur Bildung des Bezugsstrahls 98 und etwa 95 $ des Lichtes zur Bildung des ObjektStrahles 100 liefert, wobei der Objektstrahl ebenso wie bei der Ausfiihrungsform nach Fig. 7 gedämpft wird. Zur Regelung des Lichtstrahls kann eine rotierende Scheibenblende 121 vorgesehen werden. Im Weg des Bezugsstrahls 98 ist bei der Ausführungsform nach Pig. 8 eine räumliche Pilteranordnung 122 vorgesehen, welche derjenigen in der Ausführungsform nach Pig. 6 entspricht. Die räumliche Pilteranordnung 101 bei der Ausführungsform nach Pig, 7 kann bei der Ausführungsform nach Pig. 8 im Wege des Objektstrahls entfallen. Der Bezugsstrahl 98 wird bei der Ausführungsform nachPig. 8 ebenso wie der Objektstrahl 100 bei den Ausführungsformen nach den Pig. 4 und 7 aus den gleichen Gründen auf das Doppelte des erforderlichen Durchmessers aufgeweitet. Der konvergente Bezugs— strahl 98 wird über zwei reflektierende Spiegel 124 und 126 auf das Aufzeichnungsmedium 108 und die Aufzeichnungsblende 110 zurückgeführt, wobei die letztgenannten Elemente den entsprechenden Elementen der Ausführungsform nach Pig.7 entsprechen. Es ist zu erwähnen, daß die Spiegel 124 und 126 so angeordnet sind, daß sich ein Bezugsstrahlweg ergibt, dessen Länge gleich der des Objektstrahlweges ist, wodurch eine optimale Strahlkohärenz erreicht wird.

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OFWGlNAL

Der durch die Sträiaufspaltanordnung 40 laufende Strahl wird auf eine der Mnse 48 der Ausführungsform nach Pig. 4 entsprechende negative Expanderlinse 128 gegeben, um einen divergierenden Objektstrahl 100 zu erzeugen, der auf die Kollimatorlinse 104 fällt. Der aus der linse 104 austretende strahl 100 gelangt auf den reflektierenden Modulator 112, welcher in einem kleinen Winkel in bezug auf den Objektstrahl angeordnet ist. Der mit 114 bezeichnete reflektierte Gbjektstrahl wird vom ankommenden Strahl 100 abgetrennt und auf einen reflektierenden ßpie-r gel 116 gegeben. JJer von diesem Spiegel reflektierte Objekt-Strahl 114 wird auf das Aufzeichnungsmedium 108 und speziell auf die Aufzeiehnungsblende 110 gegeben. Wie im ialle der das Objekt übertragenden Ausführungsform nach Hg«, 6 ist ein mit 130 bezeichnetes Dreilinsen-iDransformationssystem vorgesehen, um die Aufzeichnungseigenschaften der Ausführungsform 120 zu verbessern. Das Dreilinsen-Iransformationssystem 130 enthält die Kollimatorlinse 104, welche als erste Transformationslinse für den reflektierten Strahl 114 dient. Weiterhin enthält das System 130 die Transformationslinsen 132 und 134, welche die sphärische Phase auslöschen bzw. die [Transformation fokussieren.

Fig. 9 zeigt eine weitere Ausführungsform 136 einer Aufzeichnungsanordnung mit Objektreflexion, wobei der Modulator 112 jedoch im wesentlichen unter einem rechten Winkel zum ankommenden Objektstrahl 100 angeordnet ist. Jäine etwas außer der Achse angeordnete spezielle ötrahlaufspaltanordnung dient zur Trennung des Bezugsstrahls 98 vom reflektierten Objektstrahl 138 sowie zur !rennung der Objektstrahlen 100 und 138. Der Laser 38 liefert einen kohärenten Lichtstrahl zu einer Strahlaufweitungslinse 140, welche den Strahl ihrerseits auf eine halb verspiegelte

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Strahlaufspaltanordnung 142 richtet. Diese Strahlaufspaltanordnung 142 dient zur Trennung des B_eζugsstrahle 98 vom Objektstrahl 100, wobei der B_ezugsstrahl durch eine Kollimatorlinse 144 läuft und durch Spiegel 124 und 126 auf das Aufzeichnungsmedium 108 und speziell die Aufzeichnungsblende 110 gerichtet wird. Wie üblich, gelangt eine größere Lichtmenge (welche nachfolgend stark gedämpft wird) als Objektstrahl 100 in die Kollimatorlinse I04 und von dieser in den reflektierenden Modulator 112, welcher unter einem kleinen Winkel in bezug auf die Achse des ankommenden Objektstrahls angeordnet ist. Der reflektierte Objektstrahl 138 wird etwas außerhalb der Achse des ankommenden Strahls 100 zurückgeführt und fällt auf die vollreflektierende Oberfläche der halbverspiegelten Strahlaufspaltanordnung I42.

Der Strahl 138 wird durch die beiden Transformationslinsen des Dreilinsen-Transformationssystems 130 geschickt, dessen Elemente den Linsen IO4, 132 und 134 der Ausführungsform nach Fig. 8 entsprechen. Die resultierende Fourier-Transformation wird über die Aufzeichnungsblende 110 auf das aufgezeichnete Medium 108 gerichtet.

Fig. 10 zeigt eine detailliertere Version der erfindungsgemäßen Ausleseanordnung nach Fig. 5. Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 wird eine Anzeige zur Auslesung verwendet, wobei die Auswertung der Hologrammwiedergabe visuell erfolgt. Bei der Ausführungsform nach Fig. 10 handelt es sich um eine kompliziertere Ausleseform, bei der das wiedergewonnene Bild mittels einer Vidicon-Röhre 146 (Fernsehkamera) in eine elektrische Form überführt wird. Der Laser 38^f richtet einen kohärenten Lichtstrahl 26 auf das Aufzeichnungsmedium 108 (beispielsweise ein Mikrofiches), auf dem eine Folge von Hologrammen 148 aufgezeichnet ist.

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Der Strahl wird durch eine Ausleseblende 150 unter dem gleichen Winkel alpha wie der des Aufzeichnungsbezugsstrahls auf ein einziges Hologramm gerichtet. Die Fourier-Transformation der Hologramm-Information wird mittels einer Transformationslinse 68 auf der fläche der Vidicon-Röhre 146 rekonstruiert, wobei die linse 68 das vom Aufzeichnungsmedium 108 ausgehende Bit-Basterfeld abbildet. Die Linse 68 kann beispielsweise eine Nikor mit einer Brennlänge von 55 mm und einem Wert von f = 1,2 sein. Das Ausgangssignal der Vidicon-Röhre 146 besteht aus einer Folge von Digitaldaten, welche den in der Fourier-Transformation aufgezeichneten Daten entsprechen. Die elektrische Auslesung von der Vidicon-Röhre kann beispielsweise in zwei Formen gegeben sein. Erstens kann es sich um die Darstellung eines Fernsehbildes handeln, das die Bits in ihrer Rekonstruktion zeigt. Zweitens kann es sich um eine Darstellung der Ablenkung über einer einzigen Bitzeile in der "A-scope"-Form handeln. In der letztgenannten Darstellung tastet die Video-Röhre 146 eine Zeile des rekonstruierten Bilces ab, wobei ein Oszilloskop (nicht dargestellt) ebenfalls eine Zeile abtastet. Ist das Bit vorhanden, so wird der Strahl vertikal abgelenkt und zeigt die digitalen Signale an, welche zur Übertragung zu einem Computer (nicht dargestellt) verfügbar sind. Die durch die Röhre 146 repräsentierte Vidicon-Kamera kann eine Toshiba-Vidicon-Eamera sein, welche das Bild des vom Aufzeichnungsmedium zurückgewonnenen Digitalfeldes in die ursprüngliche elektrische Form überführt. Die Technik der überführung einer Lichtanzeige in ein elektrisches Signal ist mit der in Videobild-Umwandlungssystemen identisch, mit der Ausnahme, daß ein gröberes Zeilenraster auf dem Schirm der Röhre verwendet werden kann.

Die Kamera ist zur Anpassung an die Ausleseanordnung etwas modifiziert«, innerhalb der Kamera befinden sich die Vldicon-

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2 U ο υ ? 3 A

Röhre%6, Videoverstärker sowie Fokussierungs-Speisekreise (nicht dargestellt). Um die Ablenkfrequenz zu variieren, sind eine äußere Jochtreiberschaltung, ein Sägezahngenerator und eine Spannungsversorgung vorgesehen. Das digitale Ausgangssignal der Anordnung liegt in Form einer Impulsfolge mit vorgegebener Amplitude vor. Die Impulse, welche die digitale Information sowie ein gewisses Bauschen repräsentieren, ändern sich in der Frequenz, da der Bitabstand im Digitalfeld nicht konstant ist, wie im folgenden noch erläutert wird.

Das Digitalsignal kann auf einem Paar von Oszilloskopen angezeigt werden. Eines dieser Oszilloskope zeigt entsprechend einem Fernsehmonitor ein vergrößertes Bild des Bitfeldes an. Dies erfolgt durch Intensitätsmodulation des Elektronenstrahls des Oszilliskops, wobei die Synchronisation der Horizontal- und Vertikalablenkung mit der des Kameraablenksystems erfolgt. Das zweite Oszilloskop zeigt einen Absschnitt einer einzigen Bitspalte in Form einer Folge von Rechteckimpulsen an. üin positiver Impuls gibt dabei das Vorhandensein eines Bits längs einer speziellen Spalte an.

Bei einer weiteren Ausleseanordnung wird das rekonstruierte Bildfeld in einer Ebene längs des Schirms, der Röhre 146 durch eine photoempfindliche Anordnung abgetastet. Bei geeigneter Abtastung liefert eine Gruppe von Bits eine entsprechende Gruppe von parallelen Äusgangssignalen, Vielehe sodann in die Bit-Positionen eines Registers (nicht dargestellt) eingegeben werden. Das parallele Eingangssignal wird in eine Bit-Folge überführt. Weitere Gruppen von Bits steuern weitere Register an, wobei die gesamte : Ausgangsbitfolge eine Wiedergabe der ursprünglich aufge-

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ORIGINAL INSPECTED

zeichneten EingangsMtfolge ist.

Der Laser 38 "bei der Ausführungsform nach I¹Ig. 8 kann beispielsweise das Modell 124 von bpektra-Physics sein. Dabei handelt es sich um einen kontinuierliche Wellen aussendenden Helium—lieon- Las er, welcher eine hohe Zuverlässigkeit und eine große Lebensdauer besitzt. Er liefert ein Ausgangssignal in Form von rotem Licht (652,8 Hannometer), "bei einer Leistung von 20 Milliwatt. Da dieser Laser einen hohen Grad an Konvergenz besitzt, ist es unnötig, die optischen Weglängen des Bezugsstrahls und des Objekt^strahls aneinander anzugleichen.Bei der Ausführungsform nach JFig. 8 können daher ebenso wie beispielsweise bei der Ausführuηgsform nach Pig. 7 ungleiche optische ¥eglängen vorgesehen werden. Als Expanderlinse (Linse 128) kann das räumliche Filter-Modell 332 von Spektra-Pliysics verwendet werden, das einen stark diveragierenden Strahl liefert und zur Elimination einer ungleichen Lichtintensitätsverteilung im Objektstrahl aufgrund von geringfügigen Laser-und Linsen-Ungenauigkeiten dient. -

Das Aufzeichnungsmedium (beispielsweise 60 oder 108) ist ein lichtempfindlicher !film in !form eines einstückig aus einem leil einer EiTrokarte gebildeten Streifens, wie beispielsweise ein Mikrofiches (Pig. 7 bis 10). Andererseits kann es sich auch.um einen kontinuierlichen PiIm oder ein lichtempfindliches Band handeln, wie dies beispielsweise in den E'ig. 4 bis 6 dargestellt ist. Die Ebene des Pilms steht senkrecht auf der Achse des von der Iransformationslinse (beispielsweise die Linse 134 nach Pig. 8) ausgehenden Objekt Strahls. Eine Itiickp latte steht mit dem PiIm nicht

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2 Ü 6 Ü 9 3 U

in Kontakt. Damit wird die Projektion eines Bildes des Modulators mittels einer Abbildungslinse und einem Abbildungsschirm zu Anzeigezwecken erleichtert. Auch wird damit der Transport beim Auslesen erleichtert, Bei der erfindungsgemäßen Anordnung ist keine meßbare nachteilige B_eeinflußung aufgrund irgendwelcher möglichen Vibrationen vorhanden. Weiterhin ist auch lediglich eine minimale Abschirmung zum Schütze des Filmes gegen Streulicht erforderlch, wobei die Aufzeichnungen in Gelblicht-Räumen vorgenommen werden. Das Aufzeichnungsmedium 108 nach Fig. 8 kann beispielsweise ein 35-mm-Film vom Typ 649F von Eastmen-Codac mit hoher Auflösung sein. Das den Filmstreifen enthaltende Aufzeichnungsmedium 108 (Mikrofiches) wird beispielsweise in Führungen einer Transportvorrichtung eingesetzt, welche es in bezug auf den einfallenden Objektstrahl, welcher in der z-Achse verläuft, in x- und y-Richtung transportiert. In einem Filmstreifen von etwa 16,5 cm Länge können 800 Aufzeichnungen in acht Spalten von jeweils 100 Aufzeichnungen untergebracht werden, welche einen zentralen Abstand von 1 mm besitzen.

Andererseits kann der Film in Form eines kontinuierlichen Bandes (Fig. 6 und 4) verwendet werden, wobei das Aufzeichnungsmedium in seiner Längsrichtung schrittweise weiterbewegt wird and Querzeilen über der Bandbreite bei jedem Abstoppen des Mediums aufgezeichnet werden. Da Filmtransportvorrichtungen sowohl für Karten als auch für Bänder an sich bekannt sind, werden sie hier nicht im einzelnen beschrieben.

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Die bei der erfindungsgemäßen Anordnung zur Anwendung kommende holographische Technik macht es erforderlich, daß das modulierte licht mit dem Bezugsstrahl kohärent ist. Dieses Kohärenzerforderniss engt die Wahl der lichtmodulationsarten auf diejenigen ein, bei denen die Kohärenz des einfallenden Liohtes erhalten bleibt. Dies ist beispielsweise bei übertragenden oder reflektierenden Modulatoren der Pail, wie sie anhand der Fig. 4 bis 10 beschrieben wurden. Einige der möglichen Modulationsarten sind Beugung, Absorption, Streuung, Elektro-Optik-Effekt, magnetooptischer Effekt, usw. Primär interessierende Modulatoren sind solche, bei denen Beugung (akustische Zellen), Streuung (flüssige Kristalle, Keramiken, usw.) und der elektrooptische Effekt (Festkörperkristalle, Keramiken) zur Anwendung kommen, wie dies in den Kg. 4 und 6 bis 9 dargestellt ist.

Ein typischer Modulator in Form einer akustischen Zelle zur Verwendung in den Ausführungsformen nach den Fig. 4 und 6 umfaßt beispielsweise ein Yielkanalfeld von Debye-Sears-lichtmodulatoren, in denen das Bitraster durch Einspeisen von Bitfolgen in jeden der akustischen Kanäle erzeugt wird. Die Bitfolgen bestehen aus Impulsen einer Trägerfrequenz, bei der die akustischen Wandler in Resonanz sind. Das Vorhandensein eines Impulses zeigt ein "Eins"-Bit an, während das Fehlen eines Impulses ein "NuIl"-Bit anzeigt. Da die durch die Geschwindigkeit eines akustischen Strahls im Wasser eines Quarzkristallwandlers hervorgerufene effektive Wellenbewegung "gestoppt" werden muß, wird ein Impulslaser mit einer Spitzenleistung von beispielsweise 100 Megawatt und einer Impulsdauer von beispielsweise 10 Nanosekunden verwendet. Der Modulator wird mit einer Trägerfrequenz von 10 Megahertz betrieben,

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wobei Hologramme von 6x6 Bit-Feldern (d.h. 36 Bits pro Feld) erzeugt und mit sehr guten Ergebnissen wiedergewonnen werden. Da die Wirkungsweise von akustischen Zellen an sich bekannt ist, werden derartige Elemente nicht im einzelnen beschrieben.

Bei reflektierenden Modulatoren, wie sie in den iusführungsformen nach den Fig. 7 bis 9 verwendet werden, kommt ein Streumechanismus zur Anwendung. Derartige Modulatoren werden generell als Modulatoren mit flüssigen kristallen bezeichnet. Derartige Modulatoren beruhen auf dem Prinzip des Anlegens eher Gleichspannung an die in ihnen befindliche Flüssigkeit, welche dazu führt, daß die !flüssigkeit zu einem Lichtstr^ouenden Medium wird. Me Flüssigkeit bleibt dabei nicht mehr durchsichtig, sondern wird "milchig" (durchscheinend). In der Modulatoroberfläche sind einzelne reflektierende Elemente vorgesehen, wobei jedes dieser Elemente zu einem durch die hoIographisehe Aufzeichnungsanordnung aufzuzeichenden Bits gehört. JDas Feld von reifektierenden Oberflächen wird dabei selektiv erregt, um eine Fourier-Transformation der über den holographischen Prozess aufzuzeichnenden Daten zu erzeugen. Der reflektierende Modulator, beispielsweise der Modulator 112 in den Ausführungsformen nach den Fig. 7 bis 9, kann beispielsweise oin Modulator von der Art sein, wie er in einer älteren Anmeldung der Anmelderin bereit« vorgeschlagen wurde.

Fig. 11 zeigt eine Ebene einos Mikrofiche^ \^ljc-r welcher bei. den verschiedenem erfindun^sgemöOon Aucfuhrun^uformeu als Ljpoiohermedium zur selektiven Aufseichnun^ und Auslesung der Information verwendbar ist. Dieser Mikroficheö X532 eignet oicli speziell zur Verwendung in einer .uifzeich-

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nutigs- und Ausleseanordnung, welche durch eine Bedienungsperson oder maschinell auslesbar ist. Der Hikrofiches kann beispielsweise 60 generell mit 154 bezeichnete leiten mit Textinformation enthalten, welche visuell auslesbar ist. Weiterhin sind ein maschinell auslesbarer Informationsstreifen 156, eine visuell auslesbare Zugriffsziffer, eine einzige Seile mit einem visuell auslesbaren Eitel sowie Identifikationsnuten am oberen Band vorgesehen. Die letztgenannten Teile sind generell mit 158 bezeichnet. Bisher war die Aufzeichnung von maschinell auslesbarer Information zusammen mit konventioneller visuell auslesbarer Information nicht möglich. Durch die vorliegende Erfindung wird erstmals eine Zusammenfassung dieser beiden Auslesearten möglich.

Fig. 12 zeigt in Verbindung mit Pig. 11 eine visuell und maschinell auslesbare Gesamtspeicher- und Ausleseanordnung im Hahmeii der Erfindung mit einem neuartigen Informationseingang 116. Lieser Informationseingang kann beispielsv/eise einen optischen Zeichenleser, eine Fernschreibereinheit, Bandaufzeichnungsgeräte, Radio-Datenverbindungen, usw., enthalten, iiine Eingangsstufe 162 führt Informationsachaltfunktionen aus und kann im Effekt als Teil eines Hauptcomputers 164 angesehen werden, welcher im unteren Teil der Fig. 12 dargestellt ist. Ein an die Eingangsstufe 162 angekoppelter ücheibenordner 166 dient zur Zwischenspeicherung der Information. Eine Ausgangsstufe 168 djait zur Ankopplung der Ausgangssignale vom Scheibenordner an die verschiedenen weiteren Einheiten der Gesamtanordnung. Eine Datenverarbeitungsstufe 170 enthält weitere datenverarbeitende Anlagen, wie beispielsweise einen assoziativen Suchmodul (nicht dargestellt), welcher zwischen der Ausgangs- und Eingangsstufe 168 und 162 arbeitet. Eine Radio-Datenausgangsverbindung 172 kann an die Ausgangs-

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stufe 162 angekoppelt sein, um Information vom ■ Scheibenordner 166 an entfernt liegende Stellen zu übertragen.

Gemäß der Erfindung ist zwischen die Ausgangsstufe 168 und einen Mikrofiches-Speicher 176 eine Mikrofiches-AufZeichnungsanordnung 174 geschaltet. An den Mikrofiches-Speicher ist eine Hologramm-Lesestufe 178 angekoppelt. Eine Sicht- und Kopiereinrichtung 180 ist an den Speicher 176 zur Anzeige der verschiedenen Mikrofiches und/oder zur Herstellung von Kopien und Doppeln angekoppelt. Wie dargestellt, ist die Mikrofiches-Aufzeichnungsanordnung 174 in eine Filmvorratskammer, eine visuelle Auslesestufe, eine maschinelle Auslesestufe und eine Prüfstufe unterteilt.

Ein typischer Informationsfluß zwischen diesen Einheiten sei an einem InformationsänderungsVorgang beschrieben. Es sei angenommen, daß ein Mikrofiches A (152 in Pig. 11) hinsichtlich seines Informationsinhaltes geändert werden soll. Dieser Mikrofiches wird dann aus dem Mikrofiches-Speicher 176 ausgewählt und in die Hologramm-Lesestufe 178 eingebracht. Die Lesestufe überträgt die digitale Information über die Eingangsstufe 162 auf einen ausgewählten Abschnitt A des Scheibenordners 166. Die verschiedenen Eingangsanordnungen speisen die Information auch über den Computer in die anderen Teile des Scheibenordners 166 ein. Der Computer führt dann einen Redigier- oder Löschvorfeang durch und liefert neu einzuspeisende Information, welche zur nachfolgenden Aufzeichnung auf einen Mikrofiches in den Abschnitt A des Scheibenordners 166 eingegeben wird.

Das Drucken eines neuen Mikrofiches kann nunmehr beginnen.

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...,.., ORlQiNALlNSPECTED

Dieser "Vorgang beginnt mit der Übertragung von Film (entweder abschnittsweise oder kontinuierlich) aus der PiImVorratskammer der Mikrofiches-AufZeichnungsanordnung 176 in die visuelle Auslesestufe. Die im Abschnitt A des Scheibenordners 166 enthaltene Information fließt dann über die Ausgangsstufe 168 in die visuelle Aualesestufe der Mikrofiches-AufZeichnungsanordnung 174, in der ein visuell auslesbarer Seil eines neuen Mikrofiches A hergestellt wird.

Gleichzeitig mit dem Beschriften des visuell auslesbaren Teils des neuen Mikrofiches A wird ein Mikrofiches B vom Speicher 176 in die Hologramm-Lesestufe 178 eingebracht, wonach ein dem vorstehend beschriebenen Inderungsvorgang entsprechender weiterer AnderungsVorgang abläuft, wobei die Information nunmehr in einem Abschnitt B des Scheibenordners 166 gespeichert ist. Fach Fertigstellung des visuell auslesbaren Teils des Mikrofiches A oder B sind zwei vollständige Datensätze im Scheibenordner 166 vorhanden. Der Abschnitt A, welcher die in visuell auslesbarer ITorm geschriebenen Daten enthält, wird nunmehr wiederum dazu benutzt, den digitalen Teil des Mikrofiches A zu schreiben. Der Abschnitt B des Scheibenordners 166 enthält die Information, welche In der visuellen Auslesestufe der Mikrofiches-Aufzeichnungsanordnung 174 zur Herstellung des visuell auslesbaren Teils des Mikrofiches B verwendet wird.

Nunmehr kann ein weiterer Mikrofiches G In die Hologrammlesestufe 178 gebracht werden, dessen Information über die Eingangsstufe 162 in der anhand der Abschnitte A und B beschriebenen Weise in einen ausgewählten Abschnitt O des ücheibenordnera 166 geleietet wird. Die Mikrofiches werden nun in der Mikrofiches-AufZeichnungsanordnung 174

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erneut weitertransportiert, so daß sich der IIikrofieh.es A in der Prüfstufe, der Mikrofiches S in der maschinellen Auslesestufe und ein neues Filmstück aus der Filmvorratskammer zur Aufnahme der Information G in der visuellen Auslesestufe der Mikrofiches-Aufzeichnungsanordnung 174 befindet. Während die Prüfstufe die Zugriffsziffer abtastet und die Information auf dem Mikrofiches A prüft, schreibt die maschinelle Auslesestufe die Information aus dem Abschnitt B des Scheibenordners 166 an, während W die visuelle Stufe die Infornrfcion aus dem Abschnitt ü des Scheibenordners 166 in den dritten Mikrofiches einschreibt. Gleichzeitig mit den vorbeschriebenen Vorgängen kann ein weiterer Mikrofiches 1) durch Speicherung seiner Information in einem Abschnitt D des Scheibenordners 166 geändert und redigiert werden. Nachdem dieser Vorgang abgeschlossen iot, kann der Mikrofiches A im Speicher 176 gespeichert v/erden, wenn die Prüfstufe die richtige Aufzeichnungsinformation festgestellt hat. Diese schrittweise ablaufenden Vorgänge setzen sich solange fort, wie sich die Anordnung im Betrieb befindet.

^ Aus Übersichtlichkeitsgründen sind in Fig. 12 eine Filmverarbeitungsstufe und eine Gtanzctufo für die Ilikrofichos-Kr,rten nicht dargestellt. Derartige Geräte sind jedoch in der Technik der holographischen Aufzeichnung an sicli bakarit und brauchen daher nicht näher beschrieben zu worden. Während der 'Film verarbeitet und der Mikrofichej gesbanzfc wird, müssen weitere Informationsspeichervorgp.ngo im Scheibenordner 166 ablaufen. Da Geräte zur Durchführung dieser Funktionen ebenfalls bekannt sind, v/erden sie hier nicht dargestellt und beschrieben.

Die Fig. 13 bis 17 zeigen die Zusammenhänge zwischen zweck-

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mäßigen und erhältlichen "bekannten Transformationslinsen-S3^rsteraen und einem Dreilinsen-Transformationss3^rstem gemäß der Erfindung. Mg. 13 zeigt speziell ein erwünschtes Transformationslinsensystem. Darin ist eine Transformationslinse 182 um eine Brennlänge f von einem Objekt 184 entfernt angeordnet. Diese Transformationslinse 184 erzeugt eine resultierende Transformation 186 in einer zugehörigen Transformationsebene, welche um eine Brennlänge f von der anderen Leite der Linse 182 entfernt ist. Die minimale Größe der Apertur der Linse 162 ist jedoch wenigstens gleich der Modulatorfeldgröße (siehe 3Tig. 4, 6 bis 9). lim die geforderten Bedingungen einer Linsenapertur von wenigstens 7j62 cm (zur Anpassung der Feldgröße des Modulators 54 nach Fig. 4) und eine maximale Größe der zentralen Transformationszone in der Größenordnung von 1 mm zu realisieren, muß die Linse 182 einen ¥ert von f = 1,2 bei einem Durchmesser von über 7,62 cm besitzen. Da eine derartige Linse nicht ohne weiteres erhältlich ist, wird ihre entsprechende Anfertigung ielativ aufwendig und damit teuer.

In Pig.14 ist ein bekanntes erhältliches Linsentransformationssystem dargestellt. Line Transformationslinse 188 ist um eine Brennlänge f' vom Objekt 184 entfernt und erzeugt eine Transformation 190 in einer Bildebene, welche ebenfalls um eine Brennlänge f¹ von der Linse entfernt ist. Dabei wird eine allgemein erhältliche Linse 168 mit dem geforderten Durchmesser (beispielsweise größer als 7,62 cm) und einem Wert f von beispielsweise 5»6 benutzt. Ein derartiges bekanntes System erzeugt jedoch eine relativ große Transformation 190, welche die geforderte Packungsdichte bei der Aufzeichnung der Hologramme nicht ermöglicht. Ersichtlich ist die Transformationsgröße zwischen den An-

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Ordnungen nach den Fig. 13 und 14 um das Verhältnis von f / f zu groß.

Um eine Transformation von praktischer Größe für die gewünschten hohen Packungsdichteη zu erreichen, kann die Linsenkonfiguration nach Fig. 15 verwendet werden. Bei diesem System ist zuäsätzlich zum System nach Fig. 14 in Serie ein Paar von Transformationslinsen 192 und 194 vorgesehen. Die Linse 192 kann einen Wert f von 5» 6 besitzen und um eine Brennlänge f" von dem TransformationsMld 190 entfernt angeordnet sein, das durch das System nach Pig. erzeugt wird. Ein reduziertes Bild 196 des Feldes wird um eine Brennlänge f" von der Linse 192 entfernt fokussiert. Die Transformationslinse 194» welche um eine Brennlänge f" von dem reduziertenBild 196 entfernt angeordnet ist, liefert das endgültige Transformationsbild 198 mit gewünschter Größe in einem Abstand von einer Brennlänge f"¹ entfernt von der Linse 194. Das (zweite) Transformationsbild 198 ist gegenüber dem (ersten) Transformationsbild 190 um das Verhältnis f"¹ / f" kleiner. Daher ist f / f« gleich F" / F ».

Allerdings beträgt die Gesamtlänge des Systems nach Fig. nunmehr zwei (f¹ + f" + Ϊ"'). Eine derartige Länge ist offensichtlich in einem praktischen Transformationssystem zur Verwendung in Aufzeichnunsanordnungen nach den Fig. 4 und 6 bis 9 unzweckmäßig.

Im System nach Fig. 16 ist eine Transformationslinse 200 mit einem Wert f von beispielsweise 5»6 vom Objekt 184 um eine Strecke entfernt angeordnet, welche kleiner als die Brennlänge f¹ ist. Ein virtuelles Bild 202 wird um eine

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Strecke d von der Linse 200 entfernt erzeugt. Weiterhin wird ein Transformationsbild 204 um eine Strecke von einer Brennlänge f von der Linse 200 entfernt erzeugt, Allerdings ist das Transformationsbild 204 ebenso wie im System nach Fig. 14 zu groß, um praktisch zu sein. Eine weitere Transformation führt zu einer unerwünschten sphärischen Phase, da die Punktq.uelle in der Objektebene 184 längs des Bildes 204 zu keiner Kollimation auf der entsprechenden rechten Seite der Linse 200 führt.

Die vorgenannten Nachteile der Systeme nach denFig. 14 bis 16 werden mit einem Dreilinsen-Transformationssystem nach Fig. 17 vermieden, wobei ein kleines Transformationsbild auseinem relativ großen Modulatorfeld mit billigen Linsen erzeugt wird. Dieses System nach Fig. 17 entspricht den Dreilinsen-Transformationssystemen 74 und 130, welche , in den Ausführungsformen nach den Fig. 6 und 8 bis 9 verwendet werden.

Ebenso wie im System nach Fig. 16 ist im System nach Fig.17 eine Linse 206 in einem Abstand a vom Objekt 184 entfernt angeordnet« Die Strecke a ist dabei kleiner als der Wert f¹. Damit wird ein virtuelles Bild 202 des Objekts in einem Abstand b von der Linse 206 erzeugt. Die Linse 206 kann einen Wert f von 5»6 besitzen, und ist daher leicht in einer Größe zu erhalten, welche die vorgenannten Modulatorfeider von 7,62 cm übersteigt. In einem Abstand c von der Linse 206 ist eine mittlere Linse 208 angeordnet, welche in einem Punkt 210 ein reelles Bild erzeugt. Dieser Punkt 210 befindet sich in einem Abstand e von der mittleren Linse 208. Das virtuelle Objekt liegt in einem Abstand d von der mittleren Linse 208. Die in Fig. 17 ' dargestellte Brennlänge ? der Linse 208 ist kleiner als der Abstand e in dem das reelle Bild im Punkt 210 erzeugt

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wird. Eine dritte Transformationslinse 212 (welche der Linse 194 nach 'Fig. 15 analog ist) ist im Abstand von einer Brennlänge f" vorn reellen Bildpunkt 210 angeordnet und fokussiert eine (zweite) Transformation 214 in einem Abstand j. Die Linse 212 kann einen Wert f von 1,2 bei einem konventionell erhältlichen Durchmesser sein. Darüber hinaus wird die Transformation 214 geringer üröße mit konventionellen Linsen erzeugt, die im Vergleich zum System nach EIg. 15 in einem Gesamtsystem kurzer Länge angeordnet sind.

Wie in ausgezogenen und gestrichelten Linien dargestellt, wird das von beiden Enden des bystems nach Fig. 17 eingestrahlte konvergierende Licht in Punkten fokussiert, welche der Objektebene A und der endgültigen SransformationsbiIdebene B entsprechen, wenn diese beiden (gegenläufigen) Bedingungen erfüllt sind, ist das erfindungsgemäße Dreilinse n- Tr a η s f ο rnw t i ο ns sys t em r ea üs ier t.

Die Festlegung der verschieden en ifeuptparameter dos Dreilinsen-Transforraationssystems erfolgt folgendernaßen: Zunächst wird die Bit-Peldgröße, d.h. die .anzahl und der Abstand der einzelnen Bits und damit die Hodulatorgröße ausgewählt, Sodann wird die gewünschte Aufzeichnung- und Bit-Dichte und damit die aufgezeichnete Trjuiszormationagröße festgelegt. Schließlich werden die Linsen, speziell die Linsen 206 und 212 nach Pig. 17 im Hinklick auf kommerzielle ii_rhaltlichkeit, Preis, Qualität, usw., ausgewählt. Die Auswahl der vorgenannten Parameter bestimmt wiederum die Länge des Dreilinsen-Systems. Sur lielaisierung der gewünschten Länge, Tran3formationsgröße, usw., kann ein Kompromiss zwischen den einzelnen Parametern geschlossen werden. In Pig. 17 wird die Linse 206 in einem Abstand a vom Objekt 184 angeordnet, der kleiner als die

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Brsnnlänge uieosr Linse lot. Godann wird die Linse 208 derart angeordnet, daß das durch die Linse 206 erzeugte virtuelle Bild einer Punktquelle auf dem Objekt 184 als Objekt für die Linse 208 dient. Daher liefert die Linse 208 ein Bild des Objektes, in der (Lingangs-Brennebene der Linse 212. Dieser Abstand stellt die erste vorgenannte Bedingung dar. Damit wird dutch, die Linse 212 konvergierendes Licht von einer Punktquelle auf dem Objekt erzeugt, das in der Objektebene A liegt.

Bei der weiteren Abstandsfestlegung ist zu beachten, daß konvergierendes Licht auf der Objektseite der Linse 206 in einem Punkt mit der Brennlänge f' der Linse 206 konvergiert (wie dies gestrichelt hinter der Linse 208 dargestellt ist). Damit ist die Linse 208 an einer Stelle angeordnet, in der sie im konvergierenden Lichtweg liegtuid das Licht iti einen Punkt 216 konvergiert, welcher näher als die Brennlänge f an der Linse 206 liegt, wie dies Fig. 16 in gestrichelten Linien zeigt. Die Linse 212 ist dann derart angeordnet, daß der Punkt 216 auf einen Punkt in der Ebene B abgebildet wird (damit ist die zweite Bedingung erfüllt). Wie oben erwähnt, bildet das System nach Pig. 17 bei einer derartigen Festlegung der Abstände der Linsen 206, 208 und 212 und damit bei der Erfüllung der beiden Bedingungen einDreilinsen-Transformationssystem gemäß der Erfindung, bei dem Lichtsignale in den Ebenen A und B ein wahres Eourier-Transformationspaar bilden.

- Patentansprüche -

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Claims

2 O G Ü 9 3 Λ

- 44 PATENTANSPRÜCHE

• Holographische Aufzeichnungs- und Ausleseanordnung für ITourier-transformierte, Phasen- und Amplitudensignale enthaltende Informationen mit einer Quelle für kohärentes licht und einem lichtempfindlichen Aufzeichnungsmedium, gekennzeichnet durch eine optische Strahlformungseinrichtung (40; 142) zur Aufnahme eines Lichtstrahls von der Quelle 38 fürkohärentes Licht sowie zur Erzeugung eines kohärenten Bezuglichtstrahls und eines kohärenten Objektlichtstrahls, einen Lichtmodulator (54; 112) zur Aufnahme des Objektlichtsisrahls und zu dessenModulation mit vorgegebener Information, eine erste Linsenanordnung (56; 56^!; 104) zur Einführung des Objektlichtstrahls in den Lichtmodulator und zur Aufnahme des modulierten Objekt lichtstrahls sowie zur Erzeugung einer Fourier-Transformation des modulierten Objektlichtstrahls auf einem vorgegebenen Bereich des in einer vorgegebenen Transformationsebene angeordneten Aufzeichnungsmediums (60; 108), eine Einstrahlung des Bezugslichtstrahls unter einem vorgegebenen Winkel, auf den die Fourier-Transformation definierenden vorgegebenen Bereich zur Erzeugung einer holographischen Aufzeichnung auf dem Aufzeichnungsmedium, welche die Phasen- und Amplitudensignale der Information enthält, und durch eine Ausleseeinrichtung (38¹, 68, 70) 38», 68, 146) mit einer Lichtquelle (38¹) für kohärentes Licht, welche das aufgezeichnete Hologramm unter dem vorgegebenen Yiinkel des Bezugslichtstrahls bestrahlt, sowie mit einer optischen Ausleseanordnung (68) zur Aufnahme des auf das Hologramm fallenden Strahls und zur Erzeugung einer inversen Transformation in Form eines bestimmten Lichtrasters in einer Bildebene.

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2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurqhgekennzeichnet,daß die QP 'tis pile St^alalfqrmuiigsein^lch-tiung eine Strahlauf- ^ltajaq^iiiviiif £4$j ^42) zur₍ A^f^ahijie ^es. ί£ B^t Strahls \xnä zur Bildung des Bezugslichtstrahls und dee Objekt- ^ehtstrah.ls, umfaßt, daß eine zweite Linsenanordnung (4g, 62, ^; 7pS, ^7 76, 64; 1Q2, 106, 107; 128, 122, ^} 126; 144, i?4,'l26) _m% iü&putig des QbJeitUcht-

aus der, Strahlaufspaltanordnung in die erste Iiinseaanqr,d,nung (56; 56! j IO4) vorgesehen ist, und daß die zweite Iiinseaanpi;dnung Spiegel (62, 645 106; 124, 126) zur lüüirung des, BezugsliclitS₁^aIiIs aus der, StraJil·-

^ti£ ^s₁ -iwfz.eichnungsmedium in Iic$tweg u|id

aufyieipt.

5. Anqr,dfiung napli Anspruch 1 und/oder 2, dadurcli gekenozeiphnet, daß der lichtmodulator (112) als qin das Objekt reflektierender Modulator mit einer Vielzahl von lichtreflektierenden Elementen ausgebildet ist, welche selektiv auf sie als !Funktion der aufzuzeichnenden Information fallendes Licht reflektieren.

4. Anordnung nach Angruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der 'Lichtmodulator (54) als ein das Objekt übertragender Modulator mit einer Vielzahl von in einem vorgegebeneti ?eld angeordneten Lichtübertragungs-Elementen ausgebildet ist, welche selektiv auf sie als Funktion der aufzuzeichneflen Informatipn fallendes Licht reflektieren.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtreflektierenden Elemente des LiPht.·^ modulators (112) in einem vorgegebenen PeId mit selektiv gewähltem Abstand angeordnet sind und daß an jedes

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reflektierende KLement eine Einrichtung zur Steuerung des reflektierenden Grades als funktion der eingestrahlten Information angekoppelt ist.

Ö.Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis *j, dadurch gekennzeichnet, daß das Feld von liciitreflektiercnden elementen innerhalb von regulär angeordneten zulässigen Bereichen willkürlich lokalisiert ist.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand des Feldes der lichtreflektierenden Elemente sich gerade in einer vorgegebenen Richtung als Punktion eines logarithmischen Zusammenhangs ändert·

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Linaenanordnung eine einzige im Lichtweg des von der optischen Strahlf ormungoeinriclitung (40; 142) ausgehenden ObjektStrahls angeordnete konvergierende Linse (I04) aufweist und daß die konvergierende Linse den Objektstrahl auf den reflektierenden Lichtiuodulator (112) führt, den vom Lichtmodulator reflektierten modulierton Objoktstrahl aufnimmt uud diesen auf das. ^aufzeichnungsmedium (108) zurückführt.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Lidemodulator (112) oino dor Vielzahl von lic htrexloktierenden '.. lementen gemeinsame .//bcno aufweist, welche unter einem kleinen Winkel zur Achse des von der konvergierenden Linse (IO4) einfallenden Objektlichtstrahls angeordnet ist, wodurch der reflektierte modulierte Ob jektlichtstrahl gering außerhalb der JLcIi üo auf die konvergierende Linso auvückgeführt wird, und daß

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eine weitere gering außer der Achse der konvergierenden Linse angeordnete optische ^no-.'dnun£ (116, 132, 154) vorgesehen ist, welche den reflektierten modulierten Objekt lichtstrahl auf das Aufzeichnungsmedium (108) führt.

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die konvergierende Linse (104) und . öie weitere optische Anordnung (116, 132, 134) ein jJreilinsen-l'rausforinationssystem (130) "bilden, das ein Paar von konvergierenden, selektiv längs einer gemeinsamen optischen Achse und relativ zur konvergierenden Linse

. - (104) angeordnete Linsen (132, 134) enthält und zur Bildung einer Fourier-ffransformatlonsanzeige kleiner G_röße "bei Verwendung einer konvergierendenLinse mit im Yergliecli zur Größe der Transformationsanzeige großen Viert'_vfydient.

11. -anordnung nach einem der Ansprüche 1 Ms 10, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Strahlformungseinrichtung (140, 142) eine zusätzliche konvergierende Linse (140) zur Aufnahme des Lichtstrahls von der Lichtquelle (38) und eine doppelte StrahlauspaltaηOrdnung (142) mit einer ersten AufspaItfläche zur Aufnahme des Lichtstrahls von der zusätzlichen konvergierenden Linse (142) und eine zweite Aufspaltfläche zur Aufnahme des gering außer der Achse liegenden reflektierten modulierten Lichtstrahls und zur Pührung dieses Strahls auf das Aufzeichnungsmedium (108) "besitzt.

12. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Linsenanordnung eine im Weg des von der optischen Strahlformungseinrichtung (40) und vom Lichtmodulator (44) ausgehenden Objektlichtstrahl eine Kollimatorlinse und eine Transformationslinse aufweist,

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v/elche den modulierten Objektlichtstrahl aufnimmt und ihm transformiert auf das .aufzeichnungsmedium führt.

13c anordnung nach einem der .Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Ausleseeinrichtung (38¹, 68, 70; 38', 68, 146) eine zur Aufnahme des durch das Aufzeichnungsmedium (60; 108) laufenden Lichtstrahls dienende Linse *« zur l'okussierung des Lichtranters in uJ-c Bildebene und eine in der bildebene angeordnete Yerarbeitungseinrichtung (70; 146) aufv/eist, v/elche das fclrussierte Lichtraster aufnimmt und ein Ausgangssignal liefert, das die im aufgezeichneten Hologramm enthaltene Information repräsentiert.

14r. i-iehrfachlinson-llransformationssystem zur Erzeugung einer Fouriertransformation vorgegebener Größe unter Eliminierung einer sphärischen Phase zur Verwendung in einer anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dessen Gesamtlänge zwischen Ebenen A und E kurz ausgebildet ist, gekennzeichnet durch eine erste Linse (206) mit vorgegebener Brennlänge(f') zur Aufnahme und Konvergierung eines von der Ebene(A)ausgehenden Lichtstrahls, eine zweite Linse (208) mit einer Brennlänge (f) zur Aufnahme des konvergierenden Lichtes von der ersten Linse, die von der ersten Linse in einem Abstand angeordnet ist, der kleiner als deren Brennlänge (f' ) ist und durch eine dritte Linse (212) mit einer Brennlänge (f"^!) zur Aufnahme des Lichtes von der zweiten Linse und zur Abbildung dieses Lichtes in einem Punkt in der Ebene (B), wobei in die Pläche(B) eintretendes konvergierendes Licht in einen Punkt in der Fläche (A) abgebildet wird.

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