DE69010065T2 - Verfahren und Vorrichtung für Holographie mit inkohärentem Licht zum Bestimmen des Erdreliefs. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Holographie.
• Sie betrifft genauer das Gebiet der mit inkohärentem Licht erhaltenen Holographie, die von den Spezialisten allgemein als "konoskopische Holographie" bezeichnet wird.
• Eine Vorrichtung, die ermöglicht eine konoskopische Holographie mit inkohärentem Licht zu erhalten, ist in dem Dokument US-A-4 602 844 beschrieben. Die in diesem Dokument beschriebene Vorrichtung umfaßt, wie schematisch in der beigefügten Fig. 1 gezeigt, einen doppelbrechenden Kristall, der zwischen zwei zirkularen Polarisatoren eingesetzt ist, und ein lichtempfindliches Element, das ein Aufnahmemedium bildet.
• Entsprechend dem Dokument US-A-4 602 844 ist die Kristallachse parallel zur geometrischen Achse des Systems, also senkrecht zum Aufnahmemedium.
• Der Kristall spaltet einen einfallenden Strahl einerseits in einen ordentlichen Strahl, der mit einem Brechungsindex n&sub0; versehen wird, und andererseits in einen außerordentlichen Strahl, der mit einem variablen Brechungsindex versehen ist, der als Funktion des Einfallswinkels Θ variiert, also mit ne(Θ) als diesem variablen Brechungsindex.
• Diese beiden Strahlen pflanzen sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten im Inneren des Kristalls fort. Aus diesem Grunde treten sich phasenverschoben aus. Die konoskopische Holographie basiert auf der Tatsache, daß diese Phasenverschiebung eine Funktion des Einfallswinkels Θ ist. Die beiden Strahlen interferieren auf dem Aufnahmemedium (photographischer Film, CCD ...), nachdem sie den Ausgangspolarisator durchquert haben, so daß die Intensität des resultierenden Strahls ebenfalls eine Funktion des Winkels Θ ist. Anders gesagt erzeugt im Gegensatz zur klassischen Holographie jeder einfallende Strahl seinen eigenen Bezugsstrahl. Die Gesamtheit der sich auf einem Kegel mit einer Achse parallel zur optischen Achse und einem Öffnungswinkel Θ befindenden Strahlen ergibt dieselbe Intensität auf der Beobachtungsebene.
• Das konoskopische Hologramm eines Punktes, das mittels der zuvor erwähnten Vorrichtung erhalten wird, entspricht, wie in der beigefügten Fig. 2 gezeigt, einem unterteilten Netz, also einer Reihe von ringförmigen und konzentrischen Interferenzstreifen.
• Das konoskopische Hologramm eines Objekts ist die Überlagerung der Hologramme jedes der das Objekt bildenden Punkte. Die Figuren 3b und 3c des zuvor zitierten Dokuments US-A-4 602 844 zeigen jeweils das Hologramm von 2 und 3 Punkten eines ebenen Objekts.
• Das resultierende Hologramm enthält die gesamte nutzbare Information, so daß es möglich ist, das ursprünglich Objekt in drei Dimensionen zu rekonstruieren.
• Das konoskopische System erzeugt eine lineare Transformation zwischen dem Objekt und seinem Hologramm.
• Der Impulsresponse des Systems, der die lineare Transformation kennzeichnet, schreibt sich wie folgt:
• (1) T(x', y') = 1 + cos(αr²),
• wobei r² = x'² + y'², und
• mit:
• λ: Wellenlänge der Quelle,
• L : Länge des Kristalls,
• n&sub0; : ordentlicher Brechungsindex des Kristalls,
• Δn: Absolutwert der Differenz zwischen den ordentlichen und dem außerordentlichen Brechungsindizes,
• x, y, z : Koordinaten im Objektvolumen,
• x', y' : Koordinaten in der Ebene des Hologramms,
• (3) Zc Z(x, y) - L + L/n&sub0;,
• wo Z(x, y) der Abstand zwischen der holographischen Ebene und dem betrachteten Objektpunkt ist, der sich in der lateralen Position (x, y) befindet. Der Fresnel-Parameter α schreibt sich auch:
• (4) α = π / (λeq(Zc)Zc),
• wodurch eine äquivalente Wellenlänge λeq definiert wird:
• (5) λeq = λn&sub0;²Zc/(Δn2L),
• oder auch:
• (6) α = π/λfc,
• wodurch die Brennweite der fc der Fresnellinse definiert wird:
• In dem Fall, in dem der betrachtete Gegenstand eben ist (α = konstant), sind die äquivalente Wellenlänge und die Brennweite fc Konstante des Systems.
• Die Beziehung (4) zeigt, daß das konoskopische Hologramm eines aufgezeichneten Punktes bei der Wellenlänge λ ähnlich dem Hologramm desselben Punktes ist, der mit kohärentem Licht (Gaborhologramm) mit der äquivalenten Wellenlänge λeq aufgezeichnet wird; es ist festzustellen, daß das konoskopische Hologramm Intensitäten und keine Amplituden mißt.
• Wenn die Entfernungen Zc und L von derselben Größenordnung sind, und Δn von der Größenordnung von 0,1 ist, ist die Wellenlänge λeq größer als die tatsächliche Aufnahmewellenlänge λ; typischerweise ist λeq = 3 bis 100 um.
• Daraus folgt, daß die laterale Auflösung im Hologramm (proportional der Wellenlänge λ) bei der konoskopischen Holographie geringer ist als bei der klassischen Holographie; sie beträgt einige zehn Mikrometer.
• Wie zuvor gesagt, enthält ein mit einer Konoskopiervorrichtung aufgenommenes Hologramm die gesamte nutzbare Information.
• Als Beispiel betrachte man das Hologramm eines Punktes, das einem unterteilten Netz entspricht:
• - Der Mittelpunkt der Zone und der Objektpunkt befinden sich auf derselben Geraden parallel zur optischen Achse, und wenn der Objektpunkt transversal oder lateral verschoben wird, verschiebt sich das Hologramm auf identische Weise in der Holographieebene. Die Mittelpunktskoordinaten C(x&sub0;, y&sub0;) der Fresnelzone sind somit gleich den zwei ersten Koordinaten des holographierten Punktes P(x&sub0;, y&sub0;, y&sub0;).
• - Die Intensität des Hologramms gibt die Leuchtenergie in dem Lichtöffnungskegel.
• - Der Abstand der Streifen ergibt den Abstand des Gegenstands von der Beobachtungsebene unabhängig von der Position der konoskopischen Vorrichtung. In der Tat kann man schreiben:
• (8) Zc = R²/Fλeq, und
• (9) Z(x, y) = Zc + L - L/n&sub0; = R²/Fλeg + L - L/n&sub0;
• wobei R der Radius der Fresnelzone und F die Anzahl der hellen und dunklen Streifen auf diesem Radius ist.
• Trotz der großen auf der zuvor erwähnten konoskopischen Holographie basierenden Hoffnungen, hat diese bislang noch keine industrielle Entwicklungen erfahren.
• Das scheint auf der Tatsache zu beruhen, daß sich das derart erhaltene Hologramm als ziemlich schwierig auszunutzen erweist.
• Die vorliegende Erfindung hat nun zum Ziel, Mittel vorzuschlagen, die eine einfachere Ausnutzung des Hologramms ermöglichen.
• Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dank einer holographischen Vorrichtung zum Aufnehmen eines Hologramms eines Objekts erreicht, wobei die Vorrichtung umfaßt:
• - eine Halterung;
• - ein lichtempfindliches Element zur Aufnahme des Hologramms;
• - ein konoskopisches System, das auf dem Weg der Lichtstrahlen zwischen dem Objekt und dem lichtempfindlichen Element angeordnet ist, wobei das System einen zwischen zwei Polarisatoren eingesetzten, doppelbrechenden Kristall umfaßt;
• wobei die Vorrichtung gekennzeichnet ist durch optische Mittel, die auf dem Weg der Lichtstrahlen angeordnet sind, wobei die optischen Mittel solcher Art sind, daß das konoskopische System nur zu einer Ebene, die durch die optische Achse des konoskopischen Systems geht, parallele oder quasiparallele Strahlen sammelt, und durch
• Abtastmittel, die geeignet sind, sequentiell das am Ausgang des lichtempfindlichen Elements erhaltene Signal abzutasten.
• Ein Hilfsziel der vorliegenden Erfindung ist, die Untersuchung einer großen Oberfläche des untersuchten Objekts, zum Beispiel der Erdoberfläche, zu ermöglichen.
• Dazu wird entsprechend einem vorteilhaften Merkmal der vorliegenden Erfindung die Halterung, auf dem das lichtempfindliche Element und das konoskopische System angeordnet sind, einer Relativbewegung bezüglich des zu untersuchenden Objekts in einer Richtung parallel zu einer mittleren Ebene des Objekts und senkrecht zur Ebene des Strahlen, die durch das konoskopische System gehen, unterworfen.
• Die vorliegende Erfindung umfaßt außerdem ein Verfahren zum Aufnehmen eines Hologramms eines Objekts unter Verwendung der holographischen Vorrichtung des oben zitierten Typs, wobei das Verfahren den folgenden Verfahrensschritt umfaßt:
• - das sequentielle Abtasten der am Ausgang des lichtempfindlichen Elements verfügbaren Information.
• Entsprechend einem weiteren vorteilhaften Merkmal der vorliegenden Erfindung umfaßt das konoskopische System eine Reihe von nebeneinander angeordneten konoskopischen Anordnungen, die in der Form eines geradlinigen Stegs angeordnet ist, der sich transversal zur relativen Bewegungsrichtung erstreckt.
• Weitere Merkmale, Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden bei der Lektüre der nachfolgenden, detaillierten Beschreibung und bei der Betrachtung der beigefügten Zeichnungen, welche als nicht einschränkende Beispiele gegeben sind, deutlich.
• Die Figuren 1 und 2 zeigen den schon beschriebenen Stand der Technik.
• Fig. 3 zeigt eine schematische Ansicht eines Systems entsprechend der vorliegenden Erfindung.
• Fig 4 stellt schematisch die verschiedenen Komponenten einer konoskopischen Photodetektoranordnung nach der vorliegenden Erfindung dar.
• Fig. 5 zeigt schematisch vier Photodetektorelemente, die eine konoskopische Photodetektoranordnung nach der vorliegenden Erfindung bilden.
• Die Figuren 6 und 7 stellten zwei zueinander orthogonale, schematische Ansichten jeweils entlang den Schnittebenen YZ und XZ der entsprechend der vorliegenden Erfindung verwendeten optischen Mittel dar.
• In den beigefügten Figuren 3 und 4 ist schematisch eine konoskopische Photodetektoranordnung 100 dargestellt, die optische Mittel 110 und ein konoskopisches Element 120 zum untersuchen eines Objekts O (zum Beispiel die Erdoberfläche) umfaßt. Dieses Objekt soll seine mittlere Ebene parallel zu der durch die Achsen X und Y gebildeten Ebene haben.
• Die konoskopische Photodetektoranordnung 100 ist auf einem mobilen Gerät, zum Beispiel auf einem Satelliten oder Luftfahrzeug, angeordnet, das sich mit einer Geschwindigkeit v parallel zur Achse X bewegt.
• Das konoskopische Element 120 hat seine optische Achse 121 parallel zur Z-Achse (die senkrecht zu den Achsen X und Y ist).
• Das konoskopische Element 120 umfaßt einen doppelbrechenden Kristall 122, der zwischen einem zirkularen Polarisator 123 und einem Analysator 124 angeordnet ist, gefolgt von einem Photodetektor 125, wie etwa einem CCD-Photodetektor. Der Kristall 122 hat seine optische Achse parallel zur Z-Achse. Sein Brechungsindex ist no, seine Doppelbrechung &submin;n und seine Länge L.
• Die optischen Mittel 100 sind eindimensional (zum Beispiel zylindrisch). Sie geben ein Bild in einer Dimension. Mit anderen Worten sind die optischen Mittel 110 so aufgebaut, daß nur das Licht parallel oder quasi-parallel zur X- Z-Ebene von dem konoskopischen Element gesammelt wird.
• Entsprechend der in den Figuren 6 und 7 gegebenen, schematischen Darstellung weisen die optischen Mittel 110 eine normale, zweidimensionale Optik 112 und einen Schirm 114 auf, der eine Öffnung 115 in der Objekt-FOURIER-Ebene besitzt, die die Öffnung des Systems auf zur X-Z-Ebene parallele oder quasi-parallele Strahlen begrenzt. Die Darstellung der Figuren 6 und 7 stellt nur ein Prinzipschema dar. Zahlreiche bekannte optische Strukturen sind geeignet, die gewünschte Funktion zu erfüllen. Vorzugsweise sind die optischen Mittel so aufgebaut, daß sie die chromatische Aberration des konoskopischen Systems 120 kompensieren. Sie könnten ein Interferenzfilter aufweisen, um ein spezielles Wellenlängenband auszuwählen. Außerdem ist vorzugsweise ein Teleskop mit geringer Vergrößerung, das eine Vergrößerung des Angriffswinkels des Lichtstrahls ermöglicht, in dem optischen System 110 eingebaut.
• Somit sammelt das konoskopische Element 100 das Licht, das von einem Erdstreifen der Breite dy und der Länge X=Ndx gestreut wird, wobei dy und dx die lateralen Auflösungen des Systems sind; N ist die Anzahl der Bildpunkte und T=dx/v ist die Durchgangszeit pro Bildpunkt.
• Es folgt daraus, daß ein Lichtstrahl (Wellenlänge λ, Intensität Io), der von dem Objekt O herrührt und sich in der Ebene X-Z oder im wesentlichen in derselben ausbreitet (indem er einen Winkel Θ bezüglich der Z-Achse und einen kleinen Winkel φ bezüglich der X-Z-Ebene bildet), von dem ersten zirkularen Polarisator 123 polarisiert wird, bevor er den Kristall 122 erreicht.
• Der einfallende Strahl wird von dem Kristall 122 in einen ordentlichen und einen außerordentlichen Strahl aufgespalten. Diese beiden Strahlen verlassen den Kristall phasenversetzt und erreichen den Photodetektor 125, nachdem sie den Ausgangsanalysator 124 durchlaufen haben.
• Somit interferieren die beiden Strahlen auf dem Photodetektor 125 solcher Art, daß die Intensität des resultierenden Strahls eine Funktion des Einfallswinkels Θ ist.
• Dagegen umfaßt die derart auf dem Photodetektor 125 erhaltene Information in der Tat zwei parasitäre Informationen, die jeweils dem kontinuierlichen, kohärenten Hintergrund und einem konjugierten Bild entsprechen (siehe zum Beispiel die am 27. Dezember 1988 mit der Nummer 88 17225 eingereichte französische Patentanmeldung). Diese beiden parasitären Informationen stören die zur Rekonstruktion des Objekts ausreichende Basisinformation.
• Aus diesem Grund sind entsprechend der Erfindung Mittel vorgesehen, die ermöglichen, verschiedene konoskopische Hologramme des Objekts entlang verschiedener (vorzugsweise 4) jeweiliger Polarisationskonfigurationen aufzunehmen und die verschiedenen, derart erhaltenen konoskopischen Hologramme zu kombinieren, um den kontinuierlichen Hintergrund und das konjugierte Bild zu eliminieren.
• Die vier erforderlichen Polarisationskonfigurationen sind die folgenden:
• (i) zirkularer Analysator 124 mit derselben Richtung wie der Polarisator 123,
• (ii) zirkularer Analysator 124 mit einer dem Polarisator 123 entgegengesetzten Richtung,
• (iii) linearer Analysator 124, dessen Achse mit 45º in der X-Y-Ebene liegt,
• (iv) linearer Analysator 124, dessen Achse mit -45º in der X-Y-Ebene liegt.
• Dazu ist vorzugsweise, wie in Fig. 5 schematisch dargestellt, der Ausgangsanalysator 124 aus einer Matrix von 4 Elementen 124&sub1;, 124&sub2;, 124&sub3; und 124&sub4; hergestellt, die jeweils den erforderlichen Polarisationen entsprechen, und der Photodetektor 125 ist aus einer Matrix von 4 Elementen 125&sub1;, 125&sub2;, 125&sub3; und 125&sub4; hergestellt, die jeweils den zuvor erwähnten Analysatorelementen überlagert werden.
• Die ein und demselben Punkt entsprechende Intensität, die von jedem der vier Photodetektorelemente 125&sub1;, 125&sub2;, 125&sub3; und 125&sub4; erhalten wird, ist:
• (10) I1, 2, 3, 4 = T1, 2, 3, 4 I&sub0; mit:
• (11a) T&sub1; = cos²(Δφ)
• (11b) T&sub2; = sin²(Δφ)
• (11c) T&sub3; = 1+sin(2Δφ)
• (11d) T&sub4; = 1-sin(2Δφ)
• jeweils für die vier Elemente, wobei
• und:
• wo a die Fresnelkonstante ist, die von dem zuvor definierten Fresnelparameter α verschieden ist (α a/Zc²).
• Mit den vier Elementen verbundene Verarbeitungsvorrichtungen (die in Fig. 3 schematisch mit dem Bezugszeichen 200 dargestellt sind) kombinieren die so erhalten Antworten dieser Elemente entsprechend der folgenden Transferfunktion:
• (14) T = (T&sub1; - T&sub2;) + j(T&sub3; -T&sub4;).
• Die so erhaltene Information ist von dem kontinuierlichen Untergrund und dem konjugierten Bild gesäubert.
• Sie kann für einen Objektpunkt der Intensität Im, der bei xm = mdx mit einer Höhe zm bezüglich einer Systemreferenz positioniert ist, in folgender Form geschrieben werden:
• (15) S(t) = Im exp(j[a(xm - vt)/zm²])
• wobei a die durch die Beziehung (13) definierte Fresnelkonstante darstellt.
• Das Signal wird mit einer Frequenz f = 1/T = v/dx derart abgetastet, daß man als Funktion der Zeit, die durch Schritte T diskretisiert ist, wobei der laufende Index die Variable ni ist, wobei die Variable X durch Schritte dx diskretisiert ist, wobei der laufende Index in ist, schreiben kann:
• (16) Sn = S(nT) = Im exp(j[a&sub0;(m - n)²/(zm/z&sub0;)²])
• mit der normierten Fresnelkonstanten a&sub0;, die gegeben ist durch:
• wobei Δn und n&sub0; die Doppelbrechung und der ordentliche Brechungsindex des Kristalls 122, L seine Länge, λ die Wellenlänge des Lichts und z&sub0; die mittlere Höhe des mobilen Geräts bezüglich des untersuchten Objekts sind. Wenn die Änderung der Höhe Δzm = zm-z&sub0; klein bezüglich der mittleren Höhe ist (was zum Beispiel bei einem Satelliten immer der Fall ist), kann die Gleichung (16) umgeschrieben werden in:
• (18) Sn=Imexp{j[a&sub0;(m-n)²]}+jImβm(m-n)²]}+O(β)
• wobei βm die normierte Höhe ist, die gegeben ist durch:
• und O Terme höherer, vernachlässigbarer Ordnung sind. Das System ist linear. Für eine N Punkte umfassende Anordnung erhält man:
• Es genügt, Im und βm aus Gleichung (20) abzuleiten, um gleichzeitig die Intensität Im und die Höhe bezüglich des Bezugspunktes xm zu erhalten.
• Verschiedene Verfahren, die zum Beispiel mathematische Algorithmen verwenden, erlauben, die beiden Terme zu entkorrelieren und Im und βm zu finden.
• Das einfachste entspricht einer Faltung des Signals Sn mit der Funktion exp{j[a&sub0;(m-n)²]}; der mathematische Formalismus wird stark durch den Übergang zu kontinuierlichen Variablen vereinfacht; Gleichung (20) schreibt sich dann:
• (21) S(x) = I(x)**exp(a&sub0;x²) + jI(x)β(x)**x²exp(a&sub0;x²)
• wobei ** die Faltung darstellt. Durch Korrelation erhält man:
• (22) T(x) = S(x)**exp(-a&sub0;x²} = I(x)**exp(a&sub0;x²) + jI(x)β(x)**x²exp(a&sub0;x²)**exp(-a&sub0;x²} = I(x) + jI(x)β(x)H&sub2;(x)
• wobei H&sub2; die Hermitesche Funktion zweiter Ordnung ist. Diese Bearbeitungen werden von den Vorrichtungen 200 durchgeführt.
• Allgemein stellt man fest, daß man zu jedem Zeitpunkt die Information eines Gebietsstreifen, der durch M Zellen mit der Schrittweite dx dargestellt wird, kollationiert und daß man durch Aneinanderreihen dieser Information auf n Zeitpunkten (mit n2N) die Information jeder der N Zellen erhalten kann.
• Noch genauer ist erfindungsgemäß nicht nur eine einzige konoskopische Photodetektoranordnung 100 vorgesehen, sondern, wie schematisch in Fig. 3 gezeigt, eine Reihe von nebeneinander angeordneten Anordnungen 100, die sich in der Form eines geradlinigen Stegs parallel zur Achse Y erstrecken.
• Somit sammeln die verschiedenen Anordnungen 100, die untereinander identisch sind und der zuvor gegebenen Definition entsprechen, jeweils das von den parallelen und nebeneinander angeordneten Landstreifen der Breite dy und der Länge X = Ndx abgestrahlte Licht.
• Die Verarbeitung der von den verschiedenen Anordnungen 100 gesammelten Informationen erlaubt, das Relief des untersuchten Objekts, zum Beispiel das Erdrelief, wiederherzustellen und dasselbe in der Form eines digitalen Landmodells, das heißt in der Form einer Zahlenmatrix, die jedem Pixel einen Wert proportional der Höhe dieses Punktes bezüglich der Referenz entsprechen läßt, darzustellen.
• Durch Analyse eines weit entfernten Objekts, so wie etwa des Erdreliefs, muß ein Teleskop den optischen Mitteln beigefügt werden.
• Man stellt fest, daß das erfindungsgemäße System in dem Sinne passiv ist, in dem es die von dem untersuchten Objekt - zum Beispiel der Erde - abgestrahlten Strahlungen verwendet und nicht eine Quelle mitnimmt.
• Im folgenden wird ein nicht einschränkendes Beispiel der Leistungen eines Systems entsprechend der vorliegenden Erfindung gegeben, das dazu bestimmt ist, in einem mobilen Gerät, wie etwa einem Raumschiff, das sich mit einer Geschwindigkeit v in der Größenordnung von 8000 m/s in einer mittleren Höhe z&sub0; in der Größenordnung von 250 km bewegt, mitgenommen zu werden.
• Für eine Bodenauflösung dx x dy in der Größenordnung von 10m x 10m und für einen CCD-Detektor von 4 x 1024 Pixeln ist die Durchgangszeit 1,25 ms und die Bildfrequenz ist 0,8 kHz. Man erinnert sich, daß typische Frequenzen eines CCD in der Größenordnung von 10 MHz liegen und daß die Rechenzeiten für eine eindimensionale FFT von 1024 komplexen Punkten durch einen Spezialprozessor in der Größenordnung von einer Millisekunde liegt. Somit ist eine Realzeitverarbeitung an Bord möglich.
• Für eine Auflösung von N Punkten ist die maximale Phasenverschiebung πN/4; die Länge des Kalzitkristalls (Doppelbrechung Δn = 0,17, Brechungsindex n&sub0; = 1.42) beträgt, wenn das optische System ein kleines Teleskop von 1:5 verwendet, 64 mm für eine blaue Wellenlänge.
• Die longitudinale Auflösung kann in der Größenordnung von 32 Auflösungsniveaus auf einer Breite von 500 m, also ungefähr 15 m sein.
• Die vorliegende Erfindung erlaubt zum Beispiel, das Erdrelief zu untersuchen. Daher kann sie für die agronomische Forschung aber auch für die Bereiche der Öl- und Rohstoffsuche, die Untersuchung der Umwelt und der Ausrüstung von Territorien interessant sein.
• Die vorliegende Erfindung erlaubt in einem einzigen Durchgang, Informationen zu erhalten, die zur Rekonstitution eines Objekts (Informationen über Intensität und Höhe bezüglich der Referenz) nützlich sind. Darin liegt ein sehr wesentlicher Vorteil verglichen mit bekannten Systemen, die zwei Durchgänge mit einer Betrachtung der Ansicht unter zwei verschiedenen Winkeln und einer anschließenden Rekonstruktion der Höhe durch Triangulation erforderten. Diese bekannten Vorrichtung mit zwei Durchgängen besitzen zahlreiche, unter dem Namen Diachronie versteckte Probleme: da die Bilder nicht gleichzeitig aufgenommen werden, treten beträchtliche Aspektdifferenzen zwischen den beiden Bildern auf, die die Berechnung der Höhe beeinträchtigen; Änderungen in der Beleuchtung, der Pflanzenbedeckung, der Höhe von Meeren und Seen, des Vorhandensein von Schnee, Änderungen aufgrund menschlicher Aktivitäten (Pflanzungen, Gruben unter freiem Himmel, Rauch, usw...).
• Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf die gerade beschriebene, spezielle Ausführungsform beschränkt, sondern erstreckt sich auf alle ihrem Wesen entsprechenden Varianten.
• An Stelle einer Reihe von in der Form eines Stegs, der sich parallel zur Y-Achse erstreckt, angeordneten Photodetektoren, kann man eine Matrix von Photodetektoren verwenden.
• Es ist somit interessant, die von Photodetektoren, die denselben Gebietsbereich beobachten, erhaltenen Informationen zu summieren (also von Photosensoren, die im wesentlichen entlang einer Linie parallel zur Bewegung angeordnet sind).
• Man kann auch Photodetektoren verwenden, die sich auf unterschiedlichen Höhen mit bekanntem Abstand befinden, um die Zuverlässigkeit der Informationen zu verbessern.
• In der vorstehenden Beschreibung wurde die Bewegung des konoskopischen Systems bezüglich eines festen, zu untersuchenden Objekts beschrieben. Man kann auch umgekehrt das zu untersuchende Objekt vor einem konoskopischen System bewegen, wenn es die Dimensionen des Objekts erlauben.
• In der vorstehenden Beschreibung wurde für die Beseitigung des kontinuierlichen Hintergrunds und des konjugierten Bildes die Möglichkeit erwähnt, mit Hilfe einer Matrix aus vier Polarisationselementen gleichzeitig vier Hologramme aufzunehmen, die vier Polarisations-Konfigurationen entsprechen.
• Man kann auch Polarisationselemente verwenden, die für eine Rotation geeignet sind, wie die am 27. Dezember 1988 unter der Nummer 88 17225 eingereichten französischen Patentanmeldung beschreibt, um der Reihe nach die verschiedenen erforderlichen Hologramme aufzuzeichnen.
• Man kann das konjugierte Bild außerdem unter Verwendung der Maßnahmen beseitigen, die in einer Patentanmeldung beschrieben sind, die am selben Tage wie die vorliegende Anmeldung eingereicht wurde, und die im wesentlichen darin bestehen, eine Öffnungswinkelbegrenzung im Weg der Lichtstrahlen vor oder nach dem doppelbrechenden Kristall einzusetzen, wobei man entweder den doppelbrechenden Kristall oder die Öffnungsbegrenzung außerhalb der Achse anordnet. Das heißt, daß man entweder eine Öffnungswinkelbegrenzung verwenden kann, die sich außerhalb der optischen Achse der Vorrichtung befindet, wobei sich der doppelbrechende Kristall auf der optischen Achse der Vorrichtung befindet, oder eine Öffnungswinke1begrenzung verwenden kann, die auf der optischen Achse der Vorrichtung zentriert ist, während der doppelbrechende Kristall seine Achse bezüglich der optischen Achse der Vorrichtung geneigt hat.
• Der kontinuierliche Hintergrund wird in diesem Falle durch Hologrammsubtraktion eliminiert.

Claims (21)

1. Holographische Vorrichtung zum Aufnehmen eines Hologramms eines Objekts erreicht, wobei die Vorrichtung umfaßt:

- eine Halterung;

- ein lichtempfindliches Element (125) zur Aufnahme des Hologramms;

- ein konoskopisches System (120), das auf dem Weg der Lichtstrahlen zwischen dem Objekt und dem lichtempfindlichen Element angeordnet ist, wobei das System einen zwischen zwei Polarisatoren (123, 124) eingesetzten, doppelbrechenden Kristall (122) umfaßt;

wobei die Vorrichtung gekennzeichnet ist durch optische Mittel, die auf dem Weg der Lichtstrahlen angeordnet sind, wobei die optischen Mittel solcher Art sind, daß das konoskopische System nur zu einer Ebene, die durch die optische Achse des konoskopischen Systems geht, parallele oder quasiparallele Strahlen sammelt, und durch

Abtastmittel, die geeignet sind, sequentiell das am Ausgang des lichtempfindlichen Elements erhaltene Signal abzutasten.

2. Holographische Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Tatsache, daß die Halterung, auf der das lichtempfindliche Element (125) und das konoskopische System (120) angeordnet sind, einer Bewegung bezüglich des zu untersuchenden Objekts in einer Richtung parallel zu einer mittleren Ebene des Objekts und senkrecht zur Ebene der Strahlen, die durch das konoskopische System gehen, unterworfen wird.

3. Holographische Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die Tatsache, daß die Frequenz f der Abtastung von der Größenordnung v/dx ist, wobei v die Relativgeschwindigkeit zwischen dem konoskopischen System und dem untersuchten Objekt und dx die gewünschte Auflösung in der relativen Bewegungsrichtung darstellen.

4. Holographische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch die Tatsache, daß das konoskopische System (120) eine Reihe von nebeneinander angeordneten, konoskopischen Anordnungen umfaßt, die in der Form eines geradlinigen Stegs angeordnet ist, so daß die verschiedenen konoskopischen Anordnungen jeweils parallele und nebeneinander liegenden Bänder des Objekts beobachten.

5. Holographische Vorrichtung nach Anspruch 4 in Verbindung mit Anspruch 2, gekennzeichnet durch die Tatsache, daß der Steg sich transversal zur relativen Bewegungsrichtung (X) erstreckt, die sich ihrerseits parallel zur Öffnungsebene (XZ) der optischen Mittel erstreckt.

6. Holographische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch die Tatsache, daß sie Bearbeitungsvorrichtungen umfaßt, die geeignet sind,

- das am Ausgang des konoskopischen Systems (120) erhaltene Signal mit der Funktion exp(j[-a&sub0;(m - n)²]) zurückzufalten und dann

- das so erhaltene Signal mit der Funktion exp(-a&sub0;x²) zurückzukorrelieren, wobei

Δn = Doppelbrechung des Kristalls (122),

n&sub0; = ordentlicher Brechungsindex des Kristalls (122),

L Länge des Kristalls,

dx = gewünschte Auflösung,

λ = Wellenlänge des Lichts,

z&sub0; = mittlere Höhe des beweglichen Geräts, das das konoskopische System trägt.

7. Holographische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch die Tatsache, daß sie Vorrichtungen umfaßt, die ermöglichen, verschiedene konoskopische Hologramme des Objekts entsprechend verschiedenen, jeweiligen Polarisationskonfigurationen aufzunehmen und die so erhaltenen, verschiedenen konoskopischen Hologramme zu kombinieren, um den kontinuierlichen Hintergrund und das konjugierte Bild zu eliminieren.

8. Holographische Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch die Tatsache, daß jede konoskopische Anordnung umfaßt:

- einen Ausgangsanalysator (124) aus einer Matrix von 4 Elementen (124&sub1;, 124&sub2;, 124&sub3; und 124&sub4;), die den folgenden Polarisationen entsprechen:

a) Ausgangsanalysator mit derselben Richtung wie der Eingangspolarisator,

b) Ausgangsanalysator mit einer dem Eingangspolarisator entgegengesetzten Richtung,

c) linearer Analysator, dessen Achse mit 45º in der X-Y- Ebene liegt,

d) linearer Analysator 124, dessen Achse mit -45º in der X-Y-Ebene liegt, und

einen Photodetektor (125), der aus einer Matrix von 4 Elementen (125&sub1;, 125&sub2;, 125&sub3; und 125&sub4;) hergestellt ist, die jeweils den Analysatorelementen überlagert sind, um jeweils Transferfunktionen (T&sub1;, T&sub2;, T&sub3;, T&sub4;) zu bilden, und durch die Tatsache, daß Bearbeitungsvorrichtungen vorgesehen sind, die geeignet sind, die so auf den Elementen des Photodetektors erhaltenen Antworten entsprechend der Transferfunktion T = (T&sub1; - T&sub2;) + j(T&sub3; - T&sub4;) zu kombinieren, um den kontinuierlichen Hintergrund und das konjugierte Bild zu eliminieren.

9. Holographische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch die Tatsache, daß die optischen Mittel ein Teleskop umfassen.

10. Holographische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch die Tatsache, daß das konoskopische System (120) eine Reihe von nebeneinander, in der Form einer Matrix angeordneten konoskopischen Anordnungen umfaßt.

11. Holographische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch die Tatsache, daß sie konoskopische Anordnungen umfaßt, die auf verschiedenen Höhen mit bekanntem Abstand bezüglich des zu untersuchenden Objekts angeordnet sind.

12. Holographische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, einerseits gekennzeichnet durch die Tatsache, daß sie außerdem eine Öffnungswinkelbegrenzung (10; 40) umfaßt, die im Lichtstrahlengang eingesetzt ist, und andererseits durch die Tatsache, daß entweder der doppelbrechende Kristall (21) oder die Öffnungswinkelbegrenzung (10; 40) außerhalb der optischen Achse (O-O) der Vorrichtung angeordnet ist.

13. Holographische Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch die Tatsache, daß die Öffnungswinkelbegrenzung (10; 40) sich außerhalb der optischen Achse der Vorrichtung befindet und daß sich der doppelbrechende Kristall (21) auf der optischen Achse der Vorrichtung befindet.

14. Holographische Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch die Tatsache, daß die Öffnungswinkelbegrenzung (10; 40) auf der optischen Achse (O-O) der Vorrichtung zentriert ist, während der doppelbrechende Kristall (21) seine Achse (C-C) bezüglich der optischen Achse (O-O) der Vorrichtung geneigt hat.

15. Verfahren zum Aufnehmen eines Hologramms eines Objekts unter Verwendung einer holographischen Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei das Verfahren den folgenden Verfahrensschritt umfaßt:

- das sequentielle Abtasten der am Ausgang des lichtempfindlichen Elements (125) verfügbaren Information.

16. Verfahren nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch die Tatsache, daß es außerdem den Verfahrensschritt umfaßt, der darin besteht:

- eine Relativbewegung zwischen dein konoskopischen System (120) und dem zu untersuchenden Objekt in einer Richtung (X) parallel zur mittleren Ebene des zu untersuchenden Objekts und senkrecht zur Ebene der Strahlen, die durch das konoskopische System gehen, zu sichern.

17. Verfahren nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch die Tatsache, daß die Frequenz der Abtastung von der Größenordnung v/dx ist, wobei v die Relativgeschwindigkeit zwischen dein konoskopischen System und dein untersuchten Objekt und dx die gewünschte Auflösung in der relativen Bewegungsrichtung darstellen.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 und 17, gekennzeichnet durch die Tatsache, daß sich die relative Bewegungsrichtung (X) zwischen dem konoskopischen System (120) und dem zu untersuchenden Objekt parallel zur Öffnungsebene (XZ) der optischen Mittel (110) erstreckt.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, gekennzeichnet durch die Tatsache, daß das konoskopische System (120) eine Reihe von nebeneinander angeordneten, konoskopischen Anordnungen uinfaßt, die in der Form eines geradlinigen Stegs angeordnet ist, so daß die verschiedenen konoskopischen Anordnungen jeweils parallele und nebeneinander liegenden Bänder des Objekts beobachten.

20. Verfahren nach Anspruch 19 in Verbindung mit Anspruch 16, gekennzeichnet durch die Tatsache, daß sich der Steg transversal zur relativen Bewegungsrichtung (X) erstreckt.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 20, gekennzeichnet durch die Tatsache, daß es die Verfahrensschritte umfaßt, die darin bestehen:

- das am Ausgang des konoskopischen Systems (120) erhaltene Signal mit der Funktion exp(j[-a&sub0;(m - n)²]) zurückzufalten und dann

- das so erhaltene Signal mit der Funktion exp(-a&sub0;x²) zurückzukorrelieren, wobei

Δn = Doppelbrechung des Kristalls (122),

n&sub0; = ordentlicher Brechungsindex des Kristalls (122),

L = Länge des Kristalls,

dx = gewünschte Auflösung,

λ = Wellenlänge des Lichts,

z&sub0; = mittlere Höhe des beweglichen Geräts, das das konoskopische System trägt.