DE2345761A1 - Optisches system zur aufzeichnung und zum lesen von informationen - Google Patents

Description

Dipl.-Ing. Egon Prinz D - eoco Mod.» to. lO.September 1973 Dr. Gertrud Hauser Er«b.r_g.r.»faB. n,

Dipl.-Ing. Gottfried Leiser no/ cn α Λ

Patentanwälte Z O H O / D I

! Labyrinth Mund»·

TaMoa: S3 15 10

Tttaxi 5212 226 prhl d Portschwiltooto: Münthen 1170 78-800 Bank: Dcutsdi« Bank. Möndi« 66/CSOOO Unser Zeichen; T 1450

THOMSON-CSF

173 Bd.Haussmann

7500B Paris, Frankreich

Optisches System zur Aufzeichnung und zum Lesen von Informationen

Die Erfindung betrifft ein optisches System zur Aufzeichnung und zum Lesen von Informationen mit großer Speicherdichte, die auf der holographischen Technik beruht.

Es sei daran erinnert, daß die Informationsaufzeichnung nach dieser Technik dadurch erfolgt, daß eine Platte aus einem lichtempfindlichen Material gleichzeitig durch zwei kohärente Lichtbündel beleuchtet wird, von denen ein Lichtbündel eine sogenannte Objektebene beleuchtet, welche die aufzuzeichnende Information trägt, während das andere Bündel ein Bezugsbündel darstellt. Nach dem Entwickeln bildet die lichtempfindliche Platte ein Hologramm, das bei Be- . leuchtung durch ein sogenanntes Leselichtbündel wenigstens ein Bild der Ob.jektebene liefert; wenn dieses Bild auf eine Photodetektormatrix projiziert wird, ermöglicht es die Auswertung der aufgezeichneten Information.

4098 12/09.7 1

Für die Informationsspeicherung mit großer Dichte ist es bekannt, die Oberfläche des holographischen Speichers in eine bestimmte Anzahl von Zonen ( Unterhologrammen oder "Seiten" ) zu unterteilen, wobei jede dieser Zonen durch das Hologramm eines genau definierten ebenen modulierenden Objekts gebildet ist, das die aufzuzeichnende Information beispielsweise in binärer Form trägt und in der Objektebene angeordnet wird.

Die Organisation eines solches Systems zur Aufzeichnung und zum Lesen von Informationen muß also eine sehr präzise Lage des Objektsbündels und des Bezugsbündels auf jeder der Zonen gewährleisten und ferner sicherstellen, daß das Objektbündel die Objektebene richtig beleuchtet. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dies mit Hilfe von Vorrichtungen zu erreichen, die sich infolge ihrer technologischen Eigenschaften für die Realisierung von holographischen Speichern großer Kapazität eignen.

Andrerseits ist es zur Erzielung von noch größeren Kapazitäten möglich, auf eine andere Organisation zurückzugreifen, welche die Aufzeichnung von mehreren Hologrammen in der gleichen Zone des Speichers vorsieht. Zu diesem Zweck stellt jedes Hologramm ein definiertes Objekt dar, dessen Aufzeichnung sich durch einen besonderen Wert des Winkels zwischen dem Bezugsbündel und dem Objektbündel kennzeichnet. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, dies mit Hilfe einer Hilfsablenkvorrichtung zu erreichen, die sich in die zuvor erwähnte Organisation einfügt.

409812/0971

Nach der Erfindung ist ein- optisches System zur Aufzeichnung und zum Lesen von Informationen mit einer Einrichtung zur Erzeugung eines ersten kohärenten Lichtbündels, einer Trennvorrichtung zum Zerlegen des ersten Lichtbündels in wenigstens ein Bezugsbündel und ein Objektbündel, wobei das Objektbündel bei der Aufzeichnung eine Objektebene beleuchtet, welche die Information trägt, und mit dem !Bezugsbündel auf einer vorbestimmten Zone einer Speicherebene konvergiert, wobei die Zone mit Hilfe eines Lichtablenkers gewählt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkung des Bezugsbündels zu der Zone der Speicherebene durch ein holographisches Gitter erfolgt.

Eine Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß die Zone mit Hilfe eines Ablenkglieds für das erste Bündel gewählt wird, und daß die Beleuchtung der Objektebene für das Objektbündel mit Hilfe einer Linseninatrix erfolgt, der ein Objektiv zugeordnet ist, dessen bildseitige Brennebene mit der Objektebene- zusammenfällt.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß ein zweites Ablenkglied vorgesehen ist, das dem Bezugsbündel eine Verschiebung von vorb;estimmtem Wert aus einer diskreten Folge von η Vierten parallel zu einer durch das erste Ablenkglied festgelegten und einer bestimmten Zone entsprechenden Richtung erteilt, so daß das zweite Ablenkglied die Überlagerung von η elementaren Hologrammen in der gleichen Zone ermöglicht.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Darin zeigen:

Fig.1 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems zur Aufzeichnung und zum Lesen von Informationen,

409812/0971

Fig·2 eine Abänderung der Ausführungsform von'Fig.1,

Fig·3 eine andere Ausfiihrungsform des erfindungsgemäßen Systems, welche die Aufzeichnung von mehreren Hologrammen in der gleichen Zone ermöglicht und

Fig.4 und 5 schematische Darstellungen zur Erläuterung der Wirkungsweise der Ausführungsform von Fig.3.

Fig.1 zeigt eine Lichtquelle L, beispielsweise ein Laser, die ein kohärentes Lichtbündel 1 liefert. Ein Lichtablenker D empfängt das Bündel 1 und erteilt ihm eine Ablenkung θ in Bezug auf seine Einfallsrichtung 11; das austretende Bündel ist mit 2 und die Austrittsebene des Lichtablenkers D^ mit F^ bezeichnet. Eine Trennvorrichtung S teilt das Bündel 2 in · zwei Bündel 3 und 4, von denen das erste Bündel Objektbündel und das zweite Bündel Bezugsbündel genannt werden; diese Trennvorrichtung kann, wie in der Zeichnung dargestellt ist, durch eine halbdurchlässige Platte gebildet sein, die um 45° gegen die Richtung 11 des Bündels 1 geneigt ist.

Im Weg des Bezugsbündels 4 sind der Reihe nach beispielsweise auf einer gemeinsamen optischen Achse 12, die in Bezug auf die Trennvorrichtung S symmetrisch zur Achse 11 ist, folgende Teile angeordnet: Eine erste Sammellinse L-,, deren gegenstandsseitige Brennebene in Bezug auf die Trennvorrichtung S symmetrisch zu der Ebene F^ ist; ein Planspiegel M, der gegen die optische Achse 12 um einen Winkel geneigt ist, der annähernd dem Neigungswinkel der Trennvorrichtung S in Bezug auf die Achse 11 entspricht; eine zweite Sammellinse L₂ mit der bildseitigen Brennebene Fp J ein Objektiv O^ mit der gegenstandsseitigen Brennebene Fp und der Bildseitigen Brennebene F^ ; und ein Hologramm R, in dem ein

409812/0971

Phasengitter aufgezeichnet ist. Die beiden Linsen L₁ und Lp und der Spiegel M sind so beschaffen, daß in der Ebene F₉ das Bild 13 der in der Ebene F liegenden öffnung des Lichtablenkers D mit der Vergrösserung -1 erhalten wird; das Bündel 4 ist also zwischen der Linse L₂ und dem Objektiv O^ ein paralleles Bündel, das einen Winkel -Θ mit der optischen Achse 12 bildet.

Wenn das holographische Gitter R nicht vorhanden ist, konvergiert das Bezugsbündel geometrisch entlang dem in der Zeichnung dargestellten Weg 5 in einem Punkt A der Ebene F^, wobei dieser Punkt durch den Ablenkwinkel Q bestimmt ist. Die Einfügung des Gitters R verursacht die Beugung des einfallenden Bündels 4 zu einem Punkt C entlang einem in der Zeichnung dargestellten Weg 6. Die Lage des Punktes C ist durch die Konjugationsformeln der Hologramme und den Beugungswinkel des Gitters R bestimmt: Wenn man nämlich den Winkel zwischen den Wegen 5 und 6 mit α bezeichnet, den Schnittpunkt der Ebene des Gitters R mit der Achse des einfallenden Bündels mit E, die Lichtwellenlänge des Bezugsbündels mit λ , die Lichtwelleiiänge der für die Aufzeichnung des Hologramms R verwendeten Bündel mit X_Q und den Beugungswinkel des Gitters R für ein einfallendes Bündel der Wellenlänge λ_ mit α , so gilt:

2 λ

EC = EA cos α und sin α = -τ- sin a_n,

Es ist somit möglich, die Lage einer den Punkt C enthaltenden Ebene π zu wählen.

Im Weg des Objektbünxlels 3 sind der Reihe nach angeordnet: Ein Objektiv 0-j, das die gleiche Brennweite F wie das Objektiv O^ hat; eine Matrix M, von Sammellinsen, d.h. eine Anordnung von kleinen Linsen der gleichen Brennweite f, die in der gleichen Ebene liegen; ein Objektiv 0 j ein Objektiv O*; ein

409812/0971 ²

ebenes Objekt D; und die Ebene rr « Diese verschiedenen Teile sind so angeordnet, daß die Ebene F₁ und die gegenstandsseitige Brennebene des Objektivs CL zusammenfallen, daß die Linsenmatrix M_L in der Brennebene des Objektivs O₁ liegt , und daß das Objektiv O₂ in der gemeinsamen bildseitigen Brennebene der Linsenmatrix IYL liegt; das ebene Objekt D, das die in einer in der Ebene π liegenden Speicherzone aufzuzeichnende■*..Information trägt, Ist an das Objektiv 0, angelegt, das miftder Vergrösserung -1 verwendet wird. Alle diese Teile haben beispielsweise die gleiche optische Achse 11, welche die Achse des Bündels 1 ist.

Das Bündel 3 konvergiert also geometrisch in einem Punkt b der Ebene M-, der durch den Wert des Ablenkwinkels θ bestimmt ist; dieser Konvergenzpunkt ist in Wirklichkeit der Mittelpunkt eines Beugungslichtflecks, wie später erläutert wird. Da der Lichtablenker D^ die Aufgabe hat, die Adressierung jeder der Zonen des Speichers π zu gewährleisten, sind die Werte von θ vorbestimmt, und jeder von ihnen entspricht einem definierten geometrischen Konvergenzpunkt nach Art des Punktes B, der als optischer Mittelpunkt einer der die Matrix M_L bildenden Linsen gewählt ist; die Richtung des Bündels 3 (parallel zur Achse 11) bleibt also bis zu dem Objektiv O₂ gleich, und das Bündel 3 bildet auf dem Objektiv O₂ einen Lichtfleck 14,dessen Abmessungen durch die Beugungserscheinungen und durch die Brennweite f der Linsen der Matrix M^ so bestimmt sind, daß für das Bündel ein zur Beleuchtung des gesamten Objekts D ausreichender Öffnungswinkel gewährleistet ist. Der wirkliche Maßstab des Systems, der in der Zeichnung nicht eingehalten worden ist, Ist nämlich so bemessen, daß das Bündel 3 im Punkt B sehr schwach konvergiert; beispielsweise ist das System

409812/0971

mit einer Brennweite F von 120 cm tun einer Brennweite f von 1,3 cm praktisch ausgeführt worden.

Das Objektiv O₂ hat die Aufgabe, die Beleuchtung des Objekts D durch das Objektbündel 3 unabhängig von der Lage des Punktes B zu gewährleisten. Das Objektiv O, hat die Aufgabe, die geometrische Konvergenz des Bündels 3 in der Speicherebene Tr in einerZone mit dem Mittelpunkt C zu gewährleisten, wobei die Lage des Punktes C von derLage des Punktes B, also von dem Winkel θ abhängt. Die Adressierung einer Zone der Ebene ti erfolgt also tatsächlich durch den Lichtablenker D₁.

Im übrigen haben die zuvor erwähnten und in der Zeichnung durch die geometrischen Punkte A und B dargestellten Konvergenzzonen in Wirklichkeit eine Ausdehnung, die durch die Beugungserscheinungen bestimmt ist: Die im Punkt B erhaltene Beugungsfigur ist die Fourier-Transformierte der Verteilung der komplexen Amplituden der aus dem Objektiv Ojaustretenden Wellenfläche; diese Beugungsfigur ist rotationssymmetrisch und besteht bekanntlich aus einem hellen zentralen Fleck, dessen Durchmesser insbesondere von der Brennweite des Objektivs für eine gegebene Wellenlänge des Lichtbündels abhängt·-,und der von Ringen umgeben ist, deren Intensität mit zunehmender Entfernung vom geometrischen Mittelpunkt B der Beugungsfigur sehr schnell abnimmt. Am Punkt A wird die gleiche Beugungsfigur erhalten, da die Parameter (Wellenlänge der Strahlungsenergie, Breite des Bündels und Brennweite des Objektivs ) gleich sind. Mit einem Gaußschen Objektbündel 3. und einem Gaußschen Bezugsbündel 4 von etwa 1 mm Durchmesser und mit Objektiven 0-, und Ολ mit einer

409812/0971

Brennweite von etwa 2 m ist es beispielsweise möglich, auf der Ebene π eine kreisrunde Zone von 1 mm Durchmesser zu beleuchten.

Bei der Aufzeichnung arbeitet das System in folgender Weise:Ein ebenes Objekt, das die in einer gegebenen Speicherzone aufzuzeichnende Information trägt, wird in der Ebene D angeordnet, und eine Platte aus lichtempfindlichem Material wird in der Ebene .ττ angeordnet; der Lichtablenker D-j erteilt dem Lichtbündel 1 einen Ablenkwinkel θ , welcher der betreffenden Zone entspricht, und diese Zone wird gleichzeitig durch das Bezugsbündel 4 und das Objektbündel 3 nach dem zuvor beschriebenen Verfahren beleuchtet, wodurch die holographische Aufzeichnung der vom Objekt D getragenen Information in der zentrisch zum Punkt C liegenden Zone der Ebene ττ möglich ist.

Für das Lesen der Information, die in einem auf der Ebene ττ angebrachten Hologramm enthalten ist, wird nur das Bezugsbündel 4, 6 verwendet; zu diesem Zweck wird eine in der Zeichnung nicht dargestellte Abdeckvorrichtung im Weg des Bündels 3 so angeordnet, daß sie dieses Bündel dann zurückhält; diese Abdeckvorrichtung kann beispielsweise durch ein elektrooptisches Element gebildet sein,das im Weg des Bündels- 4 hinter der Trennvorrichtung S angeordnet ist, oder auch dadurch, öiß die halbdurchlässige Platte S durch einen totalreflektierenden Spiegel ersetzt wird. Das System benötigt in diesem Fall ferner eine Projektionslinse Lp und ein Detektorelement, beispielsweise eine Photodetektormatrix M_p, die an der Stelle¹ angeordnet ist, an der sich das reelle Bild des in der Zone der Ebenen· aufgezeichneten ObjektsD bildet, so daß die in den Objekt D

409812/0971

enthaltene Information beispielsweise in Form von elektrischen Signalen wiedergegeben wird. Bei dieser Ausführungsform, bei welcher das Lesebündel mit dem Bezugsbündel identisch ist, ergibt die Beleuchtung des Hologramms ein Bild, üblicherweise direktes Bild genannt, an der Stelle des Objekts D; damit dessen Projektion auf die Matrix M_p erhalten wird, wird diese Matrix symmetrisch zu der Ebene D in Bezug auf das Hologramm π angeordnet, und die Linse Lp wird an die Ebene ίτ angelegt. '

Fig.2 zeigt eine Abänderung des Systems von Fig.1, bei welcher das Lesen der in einem Hologramm πaufgezeichneten Information nicht mehr durch das für die Aufzeichnung verwendete Bezugsbündel 4 erfolgt, sondern durch ein in Bezug auf das Objektbündel dazu symmetrisches Bündel*

In Fig.2 sind die gleichen Teile wie in Fig.1 dargestellt, nämlich der Laser L, der Lichtablenker D^, die Trennvorrichtung S, die aus dem vom Lichtablenker D-j austretenden Bündel 2 das Objektbündel 3 und das Bezugsbündel 4 erzeugt, die in einer Zone mit dem Mittelpunkt C auf der Speicherebene tr konvergieren, nachdem sie durch die verschiedenen zuvor beschriebenen Teile hindurchgegangen sind, sowie derDetektor M_p. Ferner sind dargestellt: Eine zweite Stellung S-r der Trennvorrichtung S, die einen Winkel von 90° mit der Stellung S^ bildet, welche die Trennvorrichtung im Fall von Fig.1 einnimmt, eine Sammellinse S^ ein Planspiegel M^, eine Sammellinse L₂^, ein Objektiv 0^, und ein holographisches Gitter R_L; diese verschiedenen Teile haben die gleiche optische Achse 22, die in Bezug auf die Achse 11 symmetrisch zur Achse 12 liegt, und sie sind mit den Teilen L₁, M, L₂, O^ bzw. R identisch.

409812/0971

Die Trennvorrichtung S ermöglicht es in der Stellung S, , das Bündel 7 zu erhalten, das dann auf der Zone mit dem Mittelpunkt C in der gleichen Weise konvergiert, wie dies zuvor für das Bezugsbündel 4 beschrieben wurde.

Eine andere, nicht dargestellte Möglichkeit zur Bildung des Lesebündels 7 kann darin bestehen, daß zwischen dem Lichtablenker D^ und der Trennvorrichtung S ein doppelbrechender elektro-optischer Umschalter eingefügt wird. Es sei daran erinnert, daß ein solcher Umschalter gewöhnlich aus drei Elementen gebildet ist:

- einem elektro-optischen Glied, beispielsweise einem Kaliumphosphatkristall (KDP), der durch eine elektrische Spannung gesteuert wird, die es ermöglicht, die Polarisation des einfallenden Bündels 2 je nach dem Wert der daran angelegten Spannung um 90° zu drehen;

- einem doppelbrechendon Kristall, der aas Bündel 2 (ordentlicher Strahl) zu der Trennvorrichtung S überträgt, wenn seine Polarisation durch das vorhergehende tGlied nicht verändert worden ist, und der das gleiche Bündel um 90° entlang dem Weg 7 ablenkt, wenn seine Polarisation eine Drehung erfahren hat;

- einem elektro-Optischen Glied,das"im Weg des außerordentlichen Strahls angeordnet ist und die Wiederherstellung der ursprünglichen Polarisationrichtung des Bündels 7 ermöglicht.

Bei dem in Fig.2 dargestellten System erfolgt die Aufzeichnung der Information mit Hilfe der Bündel 3 und 4 wie zuvor. Das Lesen erfolgt"allein mit Hilfe des Bündels 7; die Beleuchtung einer Zone des Hologramms π liefert unter diesen Bedingungen insbesondere ein Bild, das üblicherweise konjugiertes Bild des direkten Bildes genannt wird und sich

409812/0971

symmetrisch zum Objekt D in Bezug auf die Ebene π , d.h. auf den Detektor Mp bildet.

Diese Ausführungsform erübrigt die Verwendung einer Projektionslinse nach Art der Linse Lp von Fig.1, deren Realisierung bei' Systemen großer Kapazität, bei denen die Speicherebenen große Abmessungen hat, schwierig wird. Ganz allgemein ist die Organisation des Systems nach der Erfindung bei den beiden zuvor beschriebenen Ausführungsformen besonders für die Informationsaufzeichnung mit großer Speicherdichte geeignet,dank der Verwendung von Teilen, die der Linsenmatrix VL mit geraden Achsen oder des holographischen Gitters R, die auch dann leicht ausführbar sind, wenn die Abmessungen der .Speicherebenen- beträchtlich groß werden.

Fig.3 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems, bei welcher die Überlagerung von Hologrammen in einer gleichen Speicherzone angewendet wird.

In dieser Figur sind außer den Teilen L, Mp und L_p alle Teile von Fig.1 dargestellt, nämlich: der Lichtablenker D^, der das Strahlungsenergiebündel 2 liefert, das einen Winkel θ mit der Achse 11 bildet; die Bündeltrennvorrichtung S; das Objektiv O₁, die Linsenmatrix NL, das Objektiv O₂, das Objektiv O^ und die Ebene D im Weg des Objektbündels; die Linse L^, der Planspiegel M, die Linse L₂ mit der bildseitigen Brennebene F₂, das Objektiv O^ mit der bildseitigen Brennebene F^ und das holographische Gitter R ira lieg des Bezugsbündels; und schließlich die Speicherebene ττ. Das System enthält außerdem einen zweiten Lichtablenker D₂, der zwischen dem Lichtablenker D^ und der Trennvorrichtung S angeordnet ist. Das aus dem Licht able nie er D^ austretende Lichtbündel 2 ist nach dem Durchgang durch den Lichtablenker D₂ mit 27 bezeichnet; es wird von der Trennvor-

4098 12/097

richtung S in ein Objektbündel 28 und ein Bezugsbündel zerlegt, und diese beiden Bündel,konvergieren in einer Zone mit dem Mittelpunkt C der Ebene π in der gleichen Weise wie die Bündel 3 und 4 von Fig.1.

Der Lichtablenker D₂ hat die Funktion, einerseits ein Bündel 27 zu liefern, dessen Richtung mit der Achse 11 einen vom Lichtablenker D^ definierten Winkel bildet (beispielsweise den Winkel -Θ, wie in der Figur dargestellt ist), und andrerseits die Verschiebung des Bündels parallel zu sich selbst um einen vorbestimmten Betrag Δ Χ in Bezug auf eine Achse 7 zu steuern.

Eine Ausführungsform eines solchen Lichtablenkers entspricht der Beschreibung und der Darstellung in der Patentanmeldung P 23 28 Ο69.5. Es sei hier kurz an den Aufbau und die Wirkungsweise erinnert: Der Lichtablenker besteht aus drei Elementen, nämlich einer Sammellinse L-z, einem akustooptischen Ablenkglied 20 und einerSammellinse L^; diese Teile sind so angeordnet, daß die Symmetrieebene F-* des Ablenkglieds 20 die bildseitige Erennebene der Linse L^ und die gegenstandsseitige Brennebene der Linse L^ bildet, während die gegenstandsseitige Brennebene der ersten Linse L durch die Ebene F^ gebildet ist und die bildseitige Brennebene der zweiten Linse L^ mit der gegenstandsseitigen Brennebene des Objektivs O^ zusammenfällt.

Diese Vorrichtung arbeitet in folgender Weise: Die Linse L₇₅ verursacht die geometrische Konvergenz des Bündels 2 in einem sekundären Brennpunkt 30. Das akusto-optische Ablenkglied 20 ist durch eine Flüssigkeit oder durch einen Festkörper, wie Bleimolybdat, gebildet, in welchem Ultraschallwellen der Wellenlänge \„ mit Hilfe eines Generators erzeugt werden, der mit dem Ablenkglied 20 über einen Wandler verbunden ist; diese beiden Einrichtungen sind in der Zeichnung nicht dargestellt. Die Ultraschallwellen verursachen die

409812/0971

Erzeugung eines Indexgitters, dessen Wellenebenen die Teilung ρ = A„ haben, und das die Beugung des einfallenden-Bündels in einer Richtung bewirkt, die einen Winkel Θ¹ mit der Achse des einfallenden Bündels bildet, wobei dieser Ablenkwinkel 9' im wesentlichen von der Wellenlänge Δ_ abhängt. In diesem Fall liegen die verschiedenen möglichen Werte für den Winkel Θ¹ in der gleichen Ebene, die senkrecht zu den Wellenebenen liegt; eine räumliche Ablenkung wird mit Hilfe der in der zuvor erwähnten Patentanmeldung beschriebenen Einrichtungen erhalten, beispielswdse mit Hilfe eines Generators, dem ein zweiter Wandler zugeordnet ist, der Wellenebenen senkrecht zu den zuvor erwähnten Wellenebenen erzeugt.

Nach dem Durchgang durch die Linse L^ bildet das Bündel 27 einen konstanten Winkel des Wertes -Θ mit der Achse 11; die Ablenkung Θ¹ äußert sich also in dem Austrittsbündel 27 durch eine Verschiebung ΔX in Bezug auf eine Bezugsachse 7, für die beispielsweise die optische Achse eines von dem Ablenkglied 20 nicht gebeugten Bündels gewählt wird.

Wie zuvor erwähnt wurde, zerlegt die Trennvorrichtung S das Bündel 27 in ein Objektbündel 28 und ein Bezugsbündel Es sind auch die optischen Achsen 8 und 9 des Objektbündels bzw. des Bezugsbündels dargestellt, die dem zuvor erwähnten Bündel mit der Achse 7 entsprechen.

Das Objektbündel 28 und die Achse 8 konvergieren in dem gleichen Punkt B der Linsenmatrix M_L, und der Winkel, unter welchem das Objektbündel eine Zone der Ebene ir beleuchtet, ist praktisch unabhängig von dem Wert des vom Ablenkglied verursachten Ablenkwinkels Θ¹.

409812/0971

Das Bezugsbündel 29 ist in der Ebene F₂ durch die Verschiebung ΔX in Bezug auf die Achse 9 gekennzeichnet, während die Achse 9 durch den bildseitigen Brennpunkt der Linse L₂ geht und einen Winkel θ mit der Achse 12 einschließt. Das Bündel 29 und die Achse 9 konvergieren in einem Punkt A der Ebene F^, wenn das Gitter R nicht vorhanden ist, unter einem Winkel Δ φ in Bezug auf die Achse 9, dessen Wert proportional zu Δ X ist. Wenn das Gitter R vorhanden ist, wird das Bündel 29 zu dem Punkt C gebeugt, mit einem Winkel φ in Bezug auf die Achse 9, wobei der Winkel φ natürlich einerseits von den für die verschiedenen Linsen gewählten Brennweiten und andrerseits von dem durch das Ablenkglied D₂ verursachten Ablenkwinkel Θ¹ abhängt: Insbesondere mit Hilfe der Konjugationsformeln der Hologramme läßt sich nämlich zeigen, daß gilt: φ=Δφ/οοεα , d.h. daß φ von Δ X und somit von Θ¹ abhängt.

Diese Anordnung ermöglicht also die Beleuchtung einer Zone der Ebene π mit Hilfe von zwei kohärenten Lichtbündeln, wobei der Winkel wenigstens eines dieser Lichtbündel in Bezug auf die Speicherebene mit Hilfe des Ablenkglieds D₂ geändert werden kann. Es ist somit möglich, die Aufzeichnung von mehreren elementaren Hologrammen in der gleichen Zone der Ebene nr vorzunehmen, wobei jedes dieser elementaren Hologramme einem anderen in der Ebene D angeordneten modulierenden Objekt entspricht und durch einen besonderen Wert des Winkels φ und demzufolge des Winkel ©'und der Wellenlänge A_G gekennzeichnet ist.

Ferner ergibt die Einfügung des Ablenkglieds D₂ in das System vor der Trennvorrichtung S ein Verschwenken des Objektbündels 28 am Punkt B, wodurch Bedingungen für die Brennweite f der Linsen der Matrix ML vorgeschrieben werden:

A09812/0971

Die Brennweite f darf nämlich nicht zu groß werden, damit sich der Schnittpunkt 31 zwischen der Achse des Bündels und dem Objektiv O₂ nicht merklich verschiebt und die Objektebene D stets richtig beleuchtet wird.

Vorstehend ist zur Erzielung einer diskreten Folge von η möglichen Werten für den Winkel ^ ein akusto-optisches Ablenkglied D₂ beschrieben,worden, dessen Lage dadurch vorgeschrieben ist, daß es notwendig ist, für die beiden Lichtbündel, nämlich das Objektbündel und das Bezugsbündel, die gleiche Lichtwellenlänge beizubehalten« Dieses Ablenkglied D₂ kann auch durch mechanische Einrichtungen realisiert werden, jedoch mit dem Nachteil einer Vergrößerung der Zugriffszeit zu dem Speichern· , oder auch durch elektro-optische Mittel, beispielsweise durch eine Folge von elektrisch gesteuerten doppelbrechenden Kristallen, die N Stufen bilden und zwischen der Linse L₂ und dem Objektiv Or angeordnet werden, wodurch die zuvor erwähnten Ungenauigkeiten auf der Höhe der Matrix M_T vermieden werden,

und die n= 2 verschiedene Lagen für das Bündel 29 ermöglichen, die stets parallel zur Achse 9 sind.

Das Lichtbündel, das für das selektive Lesen eines der in einer Zone der Ebene π aufgezeichneten elementaren Hologramme verwendet wird, ist mit dem Bezugsbündel 29 identisch, was die genaue Reproduktion der Aufzeichnungsbedingungen ermöglicht, die durch den Wert des Winkels φ gekennzeichnet sind; die Genauigkeit der Reproduktion ist eine notwendige Bedingung für das Ablesen. Es ist auch möglich, wie dies an Hand von Fig.2 für die Ausführungsform von Fig.1 beschrieben wurde, das Lesen mit Hilfe eines Bündels durchzuführen, das insgesamt symmetrisch zu dem Bündel 29 in Bezug auf die Achse 11 ist.

40981 2/097 1

Abschließend läßt sich feststellen, daß zur Aufzeichnung oder zum Lesen eines in der Ebene η liegenden Hologramms zwei Ablenkvorgänge notwendig sind: Eine erste Ablenkung mit Hilfe des Lichtablenkers D₁, welche die Wahl desjenigen Werts des Winkels θ ermöglicht, der der betreffenden Zone der Ebene n- entspricht, und eine zweite Ablenkung, die durch Verschiebung des Bezugsbündels die Wahl des Wertes des Winkels <p ermöglicht, welcher dem betreffenden elementaren Hologramm entspricht.

Das für die Informationsaufzeichnung verwendete lichtempfindliche Material, das am besten für ein solches System geeignet ist, ist ein sogenanntes dickes Material, d.h. ein Material, dessen Dicke sehr viel größer als die Lichtwellenlänge der Lichtbündel ist, beispielsweise ein Photopolymer oder ein ferroelektriscb.es Material. Es ist jedoch auch möglich, eine Überlagerung von Hologrammen an einem sogenannten dünnen Material vorzunehmen, d.h. einem Material dessen Dicke von der gleichen Größenordnung wie die Lichtwellenlänge ist. Fig.4 zeigt für diesen Fall die Bildung der Bilder der elementaren Hologramme, die in der gleichen Zone aufgezeichnet sind, wenn diese Zone durch das Lesebündel beleuchtet wird.

Fig.2 zeigt die Ebenen, in welcher der zu lesende holographische Speicher angeordnet ist; Zonen 41 dieses Speichers; die Normale 42 auf die Ebene η; die Photoleitermatrix Mp, die in der zuvor beschriebenen Weise angeordnet ist; einen Kreis 43 mit dem Radius R und dem Mittelpunkt O, der in der Ebene der Matrix M_p liegt und durch deren Mitte und diejenige der zuvor erwähnten Bilder I₁ ... I_K ... I_n geht, und einen Kreis 44, der gleichfalls in der Ebene der Matrix M_p liegt und auf dem der Umriß 45 des Lesebündels dn dieser Ebene liegt.

409812/0971

Wenn das Lesebündel eine Zone 41 der Ebene π mit einem Einfallswinkel beleuchtet, der mit demjenigen des Bezugsbündels bei der Aufzeichnung des k-ten elementaren Hologramms dieser Zone identisch ist (oder im Fall der Ablesung gemäß Fig.2 dazu symmetrisch ist), entstehen die η Bilder I₁ ... I_n, die den η elementaren Hologrammen entsprechen, auf der die Matrix Mp enthaltenden Ebene, wobei das dem k-ten Hologramm entsprechende Bild I_K unter guten optischen Rekonstruktionsbedingungen auf der Matrix M_p selbst entsteht, wie zuvor angegeben worden ist.

Damit die Matrix M_p ohne Verschiebung für das Lesen der η elementaren Hologramme verwendet werden kann, ist es erforderlich, daß sich die Bilder I auf dem Kreis 43 bilden, was eine Bedingung für die Wahl des Ablenkwinkels Θ¹ erzwingt: Bei der Aufzeichnung muß die Hüllkurve der Lagen des Bezugsbündels nämlich ein Kegel mit dem Scheitel C und mit kreisrundem Querschnitt sein.

Andrerseits ist die Anzahl η der Aufzeichnungen in der gleichen Zone 41 durch die mögliche Überlagerung von zwei aufeinanderfolgenden Bildern I begrenzt. Der Grenzfall ist in Fig.5 dargestellt, die vier nebeneinanderliegende Bilder I_k_₂» *k-1» *k ¹^ *k+1 ^au^ ^dem ^⁰"^^{5 mi}^ ^dem Mittelpunkt 0 und dem Radius R zeigt, wobei jedes dieser Bilder ein .Suadrat mit der Seitenlänge d ist, das vom Punkt 0 aus unter einem Winkel ß gesehen wird. Die maximale Anzahl n^ von Bildern kann in folgender Weise bestimmt werden:

mit

arc tg

409812/0971

Da man weiß, daß die Matrix M_p symmetrisch zu der Ebene D ( und zum Objektiv 0,) liegt und daß die Parameter d und OC (Fjg.4) nicht unabhängig sind, sondern daß ihr Verhältnis d/OC=k die Öffnung des Objektivs 0, darstellt, kann man schreiben:

_ π

^arc *«

Dies ergibt einen Grenzwert für den Winkelγ des Objektbündels mit der Normalen auf die Ebene ττ für den Fall, daß das Hologramm auf einem dünnen Material aufgezeichnet ist. Im Fall von dicken Hologrammen besteht kein solcher Grenzwert, weil dann, wenn das Lesebündel in der gleichen Lage wie das Bezugsbündel bei der Aufzeichnung des k-ten elementaren Hologramms ist, bekanntlich nur das entsprechende Bild I, praktisch rekonstruiert wird.

Patentansprüche 409812/0971

Claims (4)

1. Patentansprüche

   JIy Optisches System zur Aufzeichnung und zum Lesen von Informationen mit einer Einrichtung zur Erzeugung eines ersten kohärenten Lichtbündels, einer Trennvorrichtung zum Zerlegen des ersten Lichtbündels in wenigstens ein Bezugsbündel und ein Objektbündel, wobei das Objektbündel bei der Aufzeichnung eine Objektebene beleuchtet, welche die Information trägt, und mit dem Bezugsbündel auf einer vorbestimmten Zone einer Speicheretene konvergiert, wobei die Zone mit Hilfe eines Lichtablenkers gewählt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkung des Bezugsbündels (4) zu der Zone der Speicherebene ( ττ) durch ein holographisches Gitter (R) erfolgt.
2. 2. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zone mit Hilfe eines Ablenkgliedes (D₁). für das erste Bündel (1) gewählt wird und daß die Beleuchtung der Objektebene (D) durch das Objektbündel (3) mit Hilfe einer Linsenmatrix (M_L) erfolgt, der ein Objektiv (O₂) zugeordnet ist, dessen bildseitige Brennebene mit der Objektebene (D) zusammenfällt.
3. 3. Optisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites Ablenkglied (D₂) vorgesehen ist, das dem Bezugsbündel (4) eine Verschiebung ( Δ X) von vorbestimmtem Wert aus einer diskreten Folge von η Werten parallel zu einer durch das erste Ablenkglied (D^) festgelegten und einer bestimmten Zone entsprechenden Richtung erteilt, so daß das zweite Ablenkglied (D₂) die Überlagerung von η elementaren Hologrammen in der gleichen Zone ermöglicht.

   4O9812/0971
4. 4. Optisches System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Ablenkglied (Dp) zwischen dem ersten Ablenkglied (D-j) und der Trennvorrichtung (S) angeordnet ist und durch wenigstens eine Ablenkanordnung gebildet ist, die enthält:

   - eine erste Linse (L^), die das erste Bündel im Inneren eines elektrisch steuerbaren akusto-optischen Elements (20) konvergieren läßt;

   - eine zweite Linse (L^), die das aus dem akusto-optischen Element (20) austretende Bündel empfängt und zusammen mit der ersten Linse (Lz) ein afokales optisches System bildet.

   409812/0971

   ^w ·

   Leerseite