DE2146391A1

DE2146391A1 - Verfahren zum aufnehmen und rekonstruieren einer eine information tragenden kohaerenten strahlungswellenfront

Info

Publication number: DE2146391A1
Application number: DE2146391A
Authority: DE
Inventors: Kenneth A Haines
Original assignee: Holotron Corp
Current assignee: Holotron Corp
Priority date: 1970-04-01
Filing date: 1971-09-16
Publication date: 1973-03-22
Also published as: FR2152405A1; US3639029A; FR2152405B1; NL7112122A

Description

Verfahren zum Aufnehmen und Rekonstruieren einer eine Information tragenden, kohärenten Strahlungswellenfront.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufnehmen und Rekonstruieren einer eine Information tragenden, kohärenten Strahlungswellenfront und insbesondere eine Technik, um von einem Hologramm eine Reproduktion einer eine Information tragenden Strahlungswellenfront zu rekonstruieren, die vor der Aufnahme auf dem Hologramm gestreut wurde.

Die allgemeine Technik der Außer-Achse-Holographie ist in verschiedenen Veröffentlichungen beschrieben (z, B. Leith und Uptatnleks in dem Scientific American, Juni 1965, S. 25 " bis 35). Kurz gesagt, besteht eine Art der Außer-Achse-Holographie darin, daß zwei kohärente Lichtstrahlen miteinander aur Interferenz gebracht werden, die auch initein-

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ander kohärent sind. Einer der Strahlen enthält in seiner Wellenfront die aufzuzeichnende Information. Beispielsweise kann einer der Strahlen durch ein physikalisches objekt modifiziert sein. Der andere Strahl dient als Bezugsenergie, und auf diese Weise werden^s$öhl die Phase, als auch die Ampli_tude der Information tragenden Wellenfront auf dem Hologramm-Aufnahmemedium aufgezeichnet. Die die Information tragende Wellenfront wird von dem fertigen Hologramm rekonstruiert, wenn dieses durch kohärentes Licht in einem Strahl beleuchtet wird, der physikalisch in Beziehung zu dem Bezugswellenfront-Strahl steht, der zum Aufbau des Hologramms verwendet wurde. Ein Beobachter in dem Weg dieser die rekonstruierte Information tragenden Wellenfront kann ein vollständig in drei· Dimensionen erscheinendes Bild des Original-Objektes beobachten, wie wenn er das Objekt selbst beobachten würde.

Eine Abwandlung dieser grundlegenden Außer-Achse-Holographie-Technik besteht darin, die die Information tragende Wellenfront in einer bekannten Weise vor der Aufzeichnung der Wellenfronfc auf dem Hologramm zu modulieren. Die aufgezeichnete Wellenfront und daher die direkt von dem Hologramm rekonstruierte Wellenfront ist dadurch "verschlüsselt". Eine Reproduktion der die Information tragenden Wellenfront, wie sie vor der Phasenmodulation vorhanden war, kann von dem Hologramm während seiner Rekonstruktion dadurch wiedergewonnen werden, daß die rekonstruierte Wellenfront in derselben Weise moduliert wird. Diese Technik ist an sich bekannt (Leith und Upatriieks in dem. Journal of the Optical Society of America, Band 56, Nr. 4, Seite 523, April 1966). Ein durch ein Objekt abgewandelter kohärenter Strahl wird

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durch ein Dispersionsmedium geschickt und die gestreute Wellenfront wird auf dem Hologramm aufgezeichnet. Die gestreute Wellenfront wird von dem Hologramm rekonstruiert und durch dasselbe Dispersionsmedium zurückgeschickt, um die Wellenfront zu "entschlüsseln".

Eine damit zusammenhängende Holographie-Technik sorgt dafür, daß das auf einem Hologramm aufgezeichnete, maximale Produkt von Raum und räumlicher Frequenz reduziert wird. Bei vielen Anwendungsfällen ist die Menge an Daten, die in Form eines Brechungsmusters auf einem photoempfindlichen Hologramm-Detektor aufgezeichnet ist, größer als die, die notwendig ist, um davon eine Wellenfront mit genügend Information zu rekonstruieren, um ein adädquates Bild des Objektes zu erzeugen. Ferner ist es bei vielen komerziellen Anwendungen der im folgenden betrachteten Außer-Achse-Holographie sehr erwünscht, die Menge der Daten,die übertragen oder gespeichert werden müssen, zu reduzieren, wobei das Zeit-Bandbreite-Produkt einer übertragungseinrichtung und auch die Größe der Hologrammflache reduziert wird, die zum Aufzeichnen einer vorgegebenen Menge von Information notwendig ist. Eine spezielle Technik für die Reduzierung von Hologrammdaten ist bekannt (Haines und Brumm in Proceedings of the IEEE, August 1967, Seiten 1512 bis 1513» und in größerem Detail in Applied Optics, Juni 1968, Band 7, No. 6, Seiten 1185 bis 1189). Ein Objektstrahl wird gestreut, bevor er auf den Hologramm-Detektor zur Aufnahme auf demselben auftrifft. Die relativen Lagen des aufzuzeichnenden Objektes, des Hologramm-Detektors und einem dazwischen angeordneten Disperionsmedium definieren zum Teil die maximalen Produkte von Raum und räumlicher Frequenz, die auf dem Hologramm aufgenommen werden, so daß Anpassungen

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möglich sind, um dieses Produkt zu reduzieren. Auch kann die Größe des Hologramms erheblich kleiner als die Größe des Dispersionsmediüms gemacht werden. Bei der Rekonstruktion des Hologramms wird ein gebeugter, das Bild tragender Strahl durch dasselbe Dispersionsmedium zurückgeschickt, das während seiner Herstellung verwendet wurde, so daß ein bezüglich seiner Daten reduziertes Bild des ursprünglich aufgenommenen Objektes gebildet wird. Der Beobachtungswinkel des auf diese Weise rekonstruierten Objektbildes ist der gleiche, wie wenn ein Hologramm von der. Größe des Dispersionsmediums in Beziehung zu dem Objekt statt dem bezüglich der Daten reduzierten Hologramm aufgebaut und dafür eingesetzt worden wäre. Diese Technik ist im wesentlichen eine solche, bei der von der gesamten Objektinformation Proben genommen und diese Proben aufgezeichnet werden. Natürlich muß durch diese Probennahme etwas geopfert werden, wodurch sich entweder eine verminderte Auflösung des rekonstruierten Bildes oder ein größerer Rauschpegel in dem rekonstruierten Bild ergibt. Ein gewünschter Ausgleich zwischen der Verschlechterung der Bildauflösung und der Erhöhung des Hintergrundrauschpegels kann durch steuern der Dispersionscharakteristiken des zur Reduzierung der Daten dienenden Dispersionsmediums gesteuert werden. Mit wachsender Periode der Phasenvariation über dem Dispersionsmedium werden die sich ergebende Auflösung bei der Rekonstruktion des Bildes und

mit

der Hintergrundrauschpegel reduziert. Folglich wird wachsender Periode der Phasenvariation über dem Dispersionsmedium das rekonstruierte Bild eine größere Auflösung haben, die jedoch von einem größeren Hintergrundrauschpegel begleitet ist.

Wenn Bilder von solchen Hologrammen gemäß dieser grundlegenden Codierungs- oder Daten-Reduzierungstechnik rekonstruiert werden, muß ein Bild des Dispersionsmediums

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oder einer anderen Modulationsstruktur im reellen Raum in einem gebrochenen Strahl gebildet werden. An dieser Stelle wird ein Dispersionsmedium (oder eine allgemeinere phasenmodulierende Struktur für die Codierung der Wellenfront), das beim Herstellen des Hologrammes verwendet wurde, erneut angeordnet, um seinen ursprünglichen Effekt aufzuheben und dadurch eine Wellenfront zu rekonstruieren, die der die Information tragenden Objektwellenfront entspricht. Um ein gutes Bild des Dispersionsmediums im reellen Raum direkt von dem Hologramm zu rekonstruieren, wird eine gestreute Wellenfront rekonstruiert, die zu der auf dem Hologramm aufgezeichneten Wellenfront phasenkonjungiert ist. Das Ergebnis ist, daß die von dem ursprünglichen, die Information tragenden Objektstrahl rekonstruierte Reproduktion in der falschen Richtung läuft, so daß die darin gebildeten Bilder für den Beobachter pseudoskopisch erscheinen, d.h. die Punkte der ursprünglichen Objektszene, die als weit entfernt erschienen, sind nun die am nächsten liegenden Punkte in dem rekonstruierten Bild, während die am nächsten liegenden Punkte der Objektszene nun als die am weitesten entfernt liegenden Punkte in dem rekonstruierten Bild erscheinen. In den meisten Anwendungsfällen ist es erwünscht, eine wirkliche Reproduktion der die Information tragenden Objektwellenfront rekonstruieren zu können, um ein orthoskopisches (tatsächliches) Bild der aufgenommenen Originalobjektszene zu bilden.

Eine Technik zum Rekonstieren eines orthoskopischen Bildes der ursprünglichen Objektszene ist bekannt (Applied Optics, Juni 1968, Seite 1188). Eine tatsächliche Reproduktion der die Information tragenden Objektwellenfront wird direkt von dem Hologramm rekonstruiert, wobei ein Bild des Dispersionsmediums

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durch, herkömmliche ,optische Mittel in den reellen Raum übertragen wird. Ein phasenkonjungiertes des ursprünglichen Dxspersionsmediums wird an seinem Bild im reellen Eaum angeordnet, so daß der Effekt des Dispersions- mediums eliminiert und eine Eeproduktion der die Information tragenden Objektwellenfront rekonstruiert wird.

Andere Techniken zum Ableiten eines orthoskopischen Bildes der aufgezeichneten Originalobjektszene bestehen in der Herstellung eines zweiten Hologramms, von dem eine Wellenfront rekonstruiert werden kann, die die gleiche wie die gestreute Wellenfront ist, die auf dem ersten Hologramm aufgenommen ist. Diese bekannten Techniken sind hauptsächlich darauf gerichtet, von einem Hologramm eine tatsächliche, gestreute, die Information tragende Wellenfront zu rekonstruieren, um ein orthoskopisches Objektbild zu erzeugen. Diese so entwickelten Techniken sind sehr nützlich in den meisten Anwendungsfällen, leiden jedoch unter einem Nachteil in anderen Anwendungsfällen, da sie verhältnismäßig komplex und schwierig durchzuführen sind.

Es wurde entdeckt, daß es nicht notwendig ist, eine Wellenfront zu rekonstruieren, die die gleiche wie die gestreute, die Information tragende,ursprünglich aufgezeichnete Objektwellenfront ist, um ein orthoskopisehes Bild des Objektes zu erhalten. Eine Wellenfront kann direkt von dem Hologramm rekonstruiert werden, die zu der gestreuten, die Information tragenden Objektwellenfront,

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dxe darauf aufgezeichnet istr, Kionju. giert ist. Ein Dispersionsmedium, das zu dem beim Herstellen des Hologramms verwendeten Medium phasenkonjungiert ist, wird

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in der rekonstruierten Wellenfront an einem in dem reellen Raum erzeugten Bild des ursprünglichen Dispersionsmediums angeordnet. Ein orthoskopisch.es Bild des ursprünglichen Objektes wird in dem rekonstruierten Strahl gebildet.

Ein bevorzugtes Dispersionsmedium zur Verwendung bei der Durchführung der Erfindung ist ein transperentes Material, beispielsweise Glas oder Kunststoff, das eine gleichförmige Transmission für Licht hat, wobei eine Oberfläche desselben mit Oberflächenwellenstrukturen versehen ist, um die relative Phase auf einer es durch setzenden Wellenfront zu variieren. Diese Oberflächenwellenstruktur Jcönnen eine statistische Verteilung

sind aufweisen, wie sie bei einer Mattscheibe zu finden, sie sind jedoch vorzugsweise periodisch wiederkehrende Strukturen. Unter "konjugierten" Modulationsstrukturen werden zwei Strukturen verstanden, die in ihrer Ausdehnung solche Fhasenvariations-Funktionen haben, die im wesentlichen entgegengesetzte Vorzeichen aufweisen.

Die Erfindung ist anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles an einer Modulationsstruktur der Art beschrieben, die zum Reduzieren der holographisch aufgezeichneten Menge an Daten dient, da dies die bevorzugte Anwendung des erfindungsgemäßen Konzeptes zu sein scheint. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Anwendungsfall beschränkt, da sie immer dann anwendbar ist, wenn ein Hologramm hergestellt wird, wobei eine Modulationsstruktur zwischen dem aufzuzeichnenden Objekt und dem Hologramm-Detektor angeordnet ist.

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Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der beiliegenden Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 und 2 die Erzeugung bzw. dip Rekonstruktion eines bezüglich seiner Daten reduzierten Hologramms;

Fig. 5 eine abgewandelte Ausführungsform der

Erfindung, wobei ein orthoskopisch.es Bild eines Objektes direkt betrachtet werden kann;

Fig. 4- einen Querschnitt durch ein periodisches Dispersionsmedium zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5 einen Teil von Fig. 5 in vergrößerter Darstellung, wobei das per_iodische Dispersionsmedium von Fig. 4 verwendet wird; und

Fig. 6 einen Querschnitt durch ein anderes periodisches Dispersionsmedium zur Verwendung bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung.

In Fig. 1 ist eine grundlegende Technik für die Herstellung eines bezüglich der Daten reduzierten Hologrammes gezeigt. Ein aufzuzeichnendes Objekt 11 wird mit einem kohärenten Lichtstrahl 13 von einer geeigneten Quelle, beispielsweise einem Laser (nicht gezeigt) beleuchtet. Das Objekt reflektiert und bricht dieses Licht, so daß ein die Information tragender Objektstrahl 16 gebildet wird. Ein Dispersionsmedium 15 wird mit einer solchen

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Fläche ausgewählt und an einer solchen Lage relativ zu dem Objekt 11 angeordnet, daß es ein Blickfeld durch eine von dem Dispersionsmedium eingenommene Fläche gibt, welches das gewünschte Blickfeld des rekonstruierten Bildes ist. Jeder Teillichtstrahl des ObjektStrahles 14 wird durch das Dispersionsmedium über einen weiten Winkel gestreut. Das Dispersionsmedium kann beispielsweise ein Stück Mattscheibe sein, das einen Teillichtstrahl unter einem Winkel bricht, der eine statistische Funktion des Ortes auf dem Dispersionsmedium ist. Ein bevorzugtes Medium für die meisten Anwendungsfälle ist ein solches Medium, das über seiner Fläche eine periodische Phasenvariation hervorruft, wie noch beschrieben wird.

Ein'Hologramm-Detektor 17 liegt in einem gestreuten Objektstrahl 19· Ein Bezugsstrahl 21, der wechselseitig mit dem das Objekt beleuchtenden Strahl 13 kohärent ist, wird auf dem Hologrammdetektor 17 zur Interferenz mit dem gestreuten Strahl 19 gerichtet. Das Interferenzmuster, das durch diese beiden sich schneidenden Strahlen gebildet wird, wird auf dem photoempfindlichen Detektor 17 aufgezeichnet. Es ist zu beachten, daß der Bezugsstrahl 21 von einer im wesentlichen punktförmigen Quelle 23 zu kommen scheint, die im wesentlichen in der Ebene des Dispersionsmediums 15 liegt. Dies wird für die meisten Anwendungsfälle bevorzugt, weil der Interferenzwinkel zwischen dem gestreuten Strahl 19 und dem Bezugsstrahl 21 sehr klein gemacht werden kann und weil ferner ein Dispersionsmedium leichter richtig in eine von dem Hologramm rekonstruierte Wellenfront eingebracht werden kann. Es ist jedoch zu beachten, daß dies keine notv/endige Beschränkung bei der Ausübung der vorliegenden Erfindung bedeutet.

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Die auf dem Hologrammdetektor 17 aufgezeichneten Daten können dadurch reduziert werden, daß entweder der Detektor weiter von dem Dispersionsmedium 15 als das Dispersionsmedium von dem Objekt entfernt angeordnet wird oder daß die Fläche des Hologrammdetektors 17 kleiner als die Fläche des Dispersionsmediums 15 gemacht wird oder es können beide Maßnahmen gleichzeitig getroffen werden. Was bei einem speziellen Anwendungsfall gemacht wird, hängt von mehreren Faktoren einschließlich der Art der gewünschten Datenreduktion ab. Wenn es in einem speziellen Anwendungsfall nur erwünscht ist, die Raumfrequenz in der auf dem Hologrammdetektor 17 aufgezeichneten Information zu reduzieren, wird der Abstand zwischen dem Detektor und dem Dispersionsmedium 15 erheblich großer als der Abstand zwischen dem Objekt und dem Dispersionsmedium gemacht. Andernfalls kann diese Trennung zwischen dem Dispersionsmedium und dem Detektor wirksam durch die Verwendung einer geeigneten, dazwischen angeordneten Linse erzielt werden. Der Teil des gestreuten Objektstrahles 19, der auf dem Hologrammdetektor 17 aufgenommen wird, ist auf diese Weise im Bereich räumlicher Frequenzen begrenzt. Für andere Anwendungsfälle, beispielsweise die Herstellung eines Hologrammfilmbandes, ist es wichtiger, daß die Größe des Hologrammdetektors 17 erheblich kleiner als die Größe des Dispersionsmediums 15 ist.

Die Faktoren, die berücksichtigt werden,wenn eine optimale Struktur des Typs mit prismenförmigen Erhe^· bungen bzw. Vertiefungen an der Oberfläche für das Dispersionsmedium 15 entworfen wird, entweder um eine

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statistische oder periodische Phasenvariation über einen durch dieses hindurchtretenden Lichtstrahl aufzuprägen, ist bekannt (VeröffentlichungApplied Optics, Juni 1968, Seiten 1185-1189).

Gemäß Fig. 2 wird ein Hologramm 17'» das mit der unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschriebenen Technik aufgenommen worden ist, mit einem kohärenten Rekonstruktionslichtstrahl in einer Weise beleuchtet, um ein gutes Bild in tatsächlicher Größe des Dispersionsmediums 15 im reellen RcOim zu konstruieren. Eine bevorzugte Art der Rekonstruktion solch eines Bildes wird hier beschrieben. Ein kohärenter Rekonstruktionslichtstrahl beleuchtet das Hologramm 17' von einer Seite her, die der Seite gegenüberliegt, die während der Herstellung des Hologramms beleuchtet wurde. Dieser Rekonstruktionslichtstrahl ist antiparallel zu dem Bezugsstrahl 21, der bei der Herstellung des Hologramms verwendet wurde. Das Rekonstruktionslicht hat dieselbe Wellenlänge wie das zum Herstellen des Hologramms verwendete Licht. Ferner bekommt der Rekonstruktionslichtstrahl 25 einen Kurvenverlauf, der zu dem des Bezugsstrahls 21 entgegengesetzt ist, der bei der Herstellung des Hologramms verwendet wurde. Der Rekonstruktionslichtstrahl 25 ist daher zu dem Bezugsstrahl 21 phasenkonjugiert. Das Licht 27 (Fig. 2), das ungebeugt durch das Hologramm 17' hindurchtritt, wird zweckmäßigerweise durch ein räumliches Filter 50 abgeblockt, Der gebrochene Strahl 29 ist phasenkonjugiert zu dem aufgezeichneten, gestreuten Objekt strahl 19 (Fig. 1) und enthält die Information des Dispersionsmediums 15 und des Objektes 11. An einer Stelle in dem gebeugten Strahl 29 (Fig. 2) unter einem Abstand von dem Hologramm der gleich dem Abstand zwischen dem Dispersionsmedium 15 und dem Detektor 17 (Fig. 1) ist, kommt ein Bild des Dispersionsmediums 15

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in den Fokus. Da8 Dispersionsmedium 15 wird in Koinzidenz mit Beinern Bild in solch einer Weise ersetzt, daß die Information des Dispersionsmediums gelöscht wird, so daß ein das Bild tragender Objektstrahl 31 übrig bleibt. Ein Bild 11* wird in dem Bildstrahl 31 gebildet und kann durch ein lichtempfindliches Mittel, beispielsweise das menschliche Auge, beobachtet werden, welches in dem Strahl 31 liegt.

Das Bild des auf diese Weise (Fig. 2) rekonstruierten Dispersionsmediums ist pseudoskopisch und hat damit eine Phasenfunktion, die zu der Phasenfunktion des Dispersionsmediums 15 konjugiert ist. Die8 ist der Grund, warum die Wirkung des Dispersionsmediums gelöscht wird, wenn das ursprüngliche Dxßpersionsmedium in Koinzidenz mit einem Bild desselben ersetzt wird. Der rekonstruierte Objektstrahl 31 (Fig· 2) ist das Gegenstück des ObjektStrahles 14 (Fig. 1) mit der Ausnahme, daß die Strahlen zueinander phasenkonjugiert sind. Darüber hinaus ist die in dem rekonstruierten Strahl 31 enthaltene Information auf Grund Probennahme etwas reduziert, die sich aus der Verwendung eines Dispersionsmediums ergibt. Das re-. konstruierte Bild 11* ist pseudoskopisch, was im allgemeinen ■ für Rekonstruktionen von dreidimensionalen Bildern unerwünscht ist. Die vorliegende Erfindung gibt einen einfachen Weg an, um ein orthoskopisches Bild zu rekonstruieren.

In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Ein Hologramm 17» das nach der Technik von Fig. 1 erzeugt worden ist, wird in derselben Weise beleuchtet, wie im Zusammenhang mit Fig. 2 beschrieben wurde. Die Elemente und Lichtstrahlen von Fig. 3* die die gleichen wie die oben beschriebenen sind, tragen dieselben Bezugszahlen. Ein gebrochener Strahl 29 trägt ein Bild eines Dispersionsmediums 15 und ein damit zusammenhängendes Lispersionsmedium 15* wird im wesentlichen in Koinzidenz damit angeordnet. Das

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Dispei'sionsmedium 15* ist zu dem Dispersionsmedium 15 phasenkonjugiert, das bei der Herstellung des Hologramms 17* verwendet wurde. Das Ergebnis ist ein Bildstrahl 33, der eine tatsächliche Reproduktion des Objektstrahles 14 von Fig. 1 ist. Ein orthoskopisches Bild 11' kann von einer Lage in dem Strahl 33 (Fig. 3) beobachtet werden. Das orthoskopische Bild 11' scheint für den Betrachter hinter dem Dispersionsmedium 15* zu liegen und ist eine tatsächliche Reproduktion des Objektes 11, das ursprünglich auf dem Hologramm 17' aufgenommen worden ist. Diese Technik arbeitet am besten, wenn der Winkel >:unter dem das Hologramm 17 von Fig. 1 an dem Dispersionsmedium 15 erscheint, klein ist. Mit wachsendem Winkel α nimmt die Auflösung des rekonstruierten orthoskopischen Bildes 11' nach Fig. 3 ab.

Obwohl ein Dispersionsmedium mit statistisch variierenden, relativen Phasencharakteristiken über seiner Oberfläche bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, wird vorzugsweise ein Dispersionsmedium mit einer periodisch variierenden relativen Phasenfunktion über seiner Fläche verwendet. Ein hauptsächlicher Vorteil einer periodisch variierenden Phasenstruktur liegt darin, daß es einfacher ist, sie während der Rekonstruktion mit ihrem eigenen Bild auszurichten, wenn eine rekonstruierte Wellenfront "entschlüsselt" wird, als dies bei einer statistischen Struktur der Fall ist. Ein Beispiel einer periodischen Phasen-Dispersions-Struktur ist in Fig. 4 im Querschnitt gezeigt. Ein transparentes Blattmaterial 35 mit lichtbrechenden Eigenschaften, beispielsweise Glas oder Kunststoff, weist eine Oberfläche 37 auf, die durch Ätzen oder Spritzgießen mit einer mit einer Periode ^periodisch variierenden Fläche versehen ist. Solch eine variierende Oberflächenfürm kann sinusförmig sein,

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wobei gute Ergebnisse erzielt werden. Idealer ist jedoch eine paraboloidisch variierende Oberfläche. Die parabolische Oberfläche ist deshalb ideal,weil das Licht gleichmäßig in alle Richtungen in einem gewünschten Winkelkonus gebrochen wird, und weil sich daher eine bessere Intensität sverteilung über dem rekonstruierten Bild ergibt. Darüber hinaus wird die Bildhelligkeit dadurch erhöht, daß die Intensüät des gebrochenen Lichtes in den gewünschten Winkelkonus konzentriert wird.

Wenn erst eine solche Dispersionsstruktur aufgebaut ist, kann die phasenkonjugierte Struktur dazu dadurch gebildet werden, daß der Eindruck der Oberfläche 37 des Dispersionsmediums nach Fig. 4 genommen wird. Wenn jedoch eine periodische, relative, die Phase variierende Dispersionsstruktur 35» deren Phase auf abwechselnden Halbwellen umgekehrt ist, zur Herstellung eines Hologramms nach Pig. 1 verwendet wird, kann dasselbe Dispersionsmedium 35 zur Rekonstruktion des Hologramms 17 gemäß der in Zusammenhang mit Fig. 3 beschriebenen Technik verwendet werden, wobei dennoch ein orthoskopisches Bild 11' rekonstruiert wird. Solch eine Rekonstruktion ist in Fig. 5 gezeigt, wo angenommen ist, daß das Hologramm von einem Objekt (nicht gezeigt) durch das Dispersionsmedium 35 aufgenommen worden ist. Die Rekonstruktion des Hologramms nach der Technik von Fig. 3 ist teilweise in vergrößertem Maßstab in Fig. 5 gezeigt. Ein gebeugter Strahl 39 von dem Hologramm fällt auf das Dispersionsmedium 35 und tritt durch dieses als ein das Bild tragender Objektstrahl 41 hindurch, in dem ein orthoskopisches Bild 43 des Originalobjektes dadurch beobachtet werden kann, daß man durch das Dispersionsmedium 35 zurückschaut. Um das orthoskopische Bild 43 zu rekonstruieren, muß das Dispersionsmedium 35 jedoch sorgfältig bezüglich seines rekonstruierten Bildes

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45 in Position gebracht werden. Das Dispersionsmedium 35 wird bei der Rekonstruktion mit seiner periodisch variierenden Oberfläche 37 um 180° gegenüber seinem Bild versetzt angeordnet. Diese Versetzung ist die Halte der Periode der Schwankungen der wellenartigen Oberfläche 37 (T/ 2). Die gleiche Sache läßt sich auch so ausdrücken, daß das Dispersionsmedium mit einer periodischen Phasenvariation dieses Typs auf einer Fläche gegenüber dem Hologramm während der Rekonstruktion im Vergleich zu der Lage relativ zu dem Hologramm während der Herstellung desselben um den halben Betrag seiner Oberflächenvariation versetzt werden muß. Venn diese Bedingung erfüllt ist, ist das rekonstruierte Bild orthoskopisch. Wenn das Dispersionsmedium 35 von Fig. in Koinzidenz mit seinem rekonstruierten Bild 45 angeordnet wäre, wäre andererseits das rekonstruierte Objektbild pseudoskopisch, wie oben im Zusammenhang mit Fig. 2 erläutert wurde.

Ein anderes periodisches, die Phase variierendes Dispersionsmedium ist in Fig. 6 gezeigt, wobei seine periodisch variierende Oberfläche 47 vorzugsweise parabolische Form hat. Die scharfe Änderung in der Neigung bei der Grenze zwischen zwei Parabeln, beispielsweise an dem Punkt 49, ist im allgemeinen unerwünscht, weil hier eine Lichtstreuung um einen großen Winkel stattfindet. Daher können diese Punkte der Verbindungsstellen opak gemacht werden, wobei die opaken Bereiche allmählich in durchlässige Bereiche in solch einer Weise übergehen, daß eine unerwünschte Lichtbrechung durch scharfe Änderungen in der Transmission verhindert werden. Das DisperBxonsmedium, das in Fig. 6 gezeigt ist, hat den Vorteil, daß weniger Präzision in der Ausrichtung bei derRekonstruktxon notwendig ist als es bei anderen Formen periodischer, die Phase variierender Strukturen, beispielsweise der in Fig. gezeigten, notwendig ist.

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Claims

Patentansprüche

'Λ.)Verfahren zum Aufnehmen und Rekonstruieren einer eine Information tragenden, kohärenten Strahlungswellenfront dadurch gekennzeichnet, daß die die Information tragende Strahlungswellenfront gemäß einer vorgegebenen, die relative Phase variierenden Funktion über ihrer Querausdehnung gestreut wird, daß die gestreute, die Information tragende Strahlungswellenfront auf einer Hologramm-Detektorfläche aufgenommen wird, die in dem Weg der gestreuten Wellenfront angeordnet ist, daß von diesem Hologramm eine phasenkonjugierte Wellenfront zu der gestreuten, die Information tragenden Strahlungswellenfront rekonstruiert wird, und daß die rekonstruierte, konjugierte Wellenfront gemäß einer die relative Phase variierenden Funktion über ihrer Querausdehnung gestreut wird, die phasenkonjugiert zu der vorgegebenen, die relative Phase variierenden Funktion ist, die zum Streuen der die Information tragenden Wellenfront bei der Herstellung des Hologramms verwendet wird.

Verfahren nach Anspruch 1:dadurch gekennzeichnet, daß die die Information tragende Strahlungswellenfront von einem physikalischen Objekt durch Beleuchtung desselben mit einem monochromatischen, räumlich kohärenten Strahl abgeleitet wird, wobei ein orthoskopisches Bild des Objektes von dem Hologramm rekonstruiert wird.

Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufnahme des Hologramms auf die Hologramm-Detektor-. fläche eine Bezugsstrahlungswellenfront gerichtet ist, die wechselweise mit der die Information tragenden

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Strahlungswellenfront kohärent ist, wobei sich die Wellenfronten unter einem endlichen Winkel schneiden und beide auf die Detektorfläche von einer Seite desselben hergerichtet sind.

4-. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Rekonstruktion des Hologramms eine Seite der Detektorfläche, die der Seite gegenüberliegt, auf die die Information tragende Wellenfront und die Bezugswellenfront gerichtet sind, mit monochromatischer, räumlich kohärenter Strahlung beleuchtet wird, und daß die Rekonstruktions-Strahlungswellenfront auf die Detektorfläche in einer Richtung antiparallel zu der Richtung der Bezugswellenfront und mit einem gegenüber diesem entgegengesetzten Kurvenverlauf gerichtet wird.

5· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Streuung der die Information tragenden Strahlungswellenfront eine die Phase modulierende Struktur in dieser angeordnet wird, die eine periodisch variierende relative Phasencharakteristik in ihrer Fläche hat.

6. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß zum Streuen der rekonstruierten, konjugierten Wellenfront die die Phase modulierende Struktur darin erneut in Stellung gebracht und gegenüber der rekonstruierten Wellenfront um eine halbe Periode der Phasenvariationsperiode der Struktur von ihrer Lage während der Herstellung des Hologramms versetzt wird.

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